[发明专利]碳纤维增强复合材料微孔的加工系统及加工工艺

说明书

本发明涉及了一种碳纤维增强复合材料的新型孔加工系统和加工工艺，具有钻孔机构和去毛刺机构，先进行钻孔操作，然后再进行去毛刺操作，其中，钻孔机构采取放电加工的工艺对碳纤维增强复合材料进行钻孔操作，去毛刺机构采取强脉冲电子束辐照的工艺对钻孔后的孔件进行去毛刺操作。能够有效克服分层，孔出口撕裂、劈锥等重大缺陷，同时去毛刺效果显著，对实现高效、低缺陷、高质量航空、汽车制孔具有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及专门适用于孔加工领域，更具体地讲，涉及一种碳纤维增强复合材料的孔加工系统和加工工艺。

背景技术

先进的航空产品要求航空零部件具有更优异的性能、更低的成本和更高的环保性。为了满足航空产品高精度、高效率、高可靠性等要求，人们力求飞机轻量化，以达到高效运输和降低能耗的目的，越来越多的新型材料被广泛用于航空产品的加工制造中。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称CFRP)等一批轻质难加工材料的应用带来了诸多生产加工难题。

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种新型结构材料，是以环氧树脂为基体材料，碳纤维作为增强材料，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化处理等工艺制成的材料。作为一种先进的航空材料，CFRP具有比重小、刚性好和强度高的特点。近些年来，CFRP在航空航天、工业、国防、汽车及其他领域的应用也越来越广泛。

但是由于碳纤维复合材料是由纤维和基体组成的二相或多相结构，增强体通常为多层不同铺设方向的碳纤维组合而成，表现出明显的各向异性和层间强度低及硬度高等不利于加工的因素，在加工过程中，材料分层、表面剥离、毛刺、树脂或纤维崩缺等问题始终困扰着制造现场。此外，由于CFRP 材料的机械特性与金属材料有本质的区别，不能将加工传统金属材料的经验和知识直接应用于复合材料的加工。

钻削加工CFRP 约占其总切削加工量的一半以上，而制孔工具的选择是影响钻孔质量最重要的参数，不然极易造成孔壁表面周围材料分层，孔出口撕裂、劈锥等重大缺陷。而碳纤维复合材料具有层间强度低、各向异性、硬度高、脆性大等特点，在钻孔时易出现毛刺等制孔缺陷，从而引起质量问题，甚至导致零件报废。

实际上，制孔已经成为此类产品制造过程中最繁重的机械加工工序之一，因此，研究碳纤维复合材料的制孔方法与工艺，对实现高效、低缺陷、高质量航空制孔具有非常重要的意义。针对这一现状，因而迫切需要开发一种新型的碳纤维增强复合材料的孔加工系统及其加工工艺，以满足实际使用的需要。

发明内容

因此，针对现有技术上存在的不足，提供本发明的示例以基本上解决由于相关领域的限制和缺点而导致的一个或更多问题，安全性和可靠性大幅度提高，有效的起到保护设备的作用。

按照本发明提供的技术方案，该孔加工系统包括钻孔机构和去毛刺机构，钻孔机构采取放电加工的工艺对碳纤维增强复合材料进行钻孔操作，去毛刺机构采取强脉冲电子束辐照的工艺对钻孔后的孔件进行去毛刺操作。

进一步的，钻孔机构包括底座，底座的一侧设有线电极电火花磨削装置，线电极电火花磨削装置用于工具电极的制作，底座上还设有夹持装置，夹持装置用于夹持碳纤维增强复合材料，钻孔机构还包括主轴箱，工具电极可拆卸的连接在主轴箱下方的承载座上，钻孔机构还包括数字显微镜，数字显微镜用于聚焦工具电极和碳纤维增强复合材料工件的光纤层，钻孔机构还包括控制终端，控制终端用于控制主轴箱的运转。

进一步的，线电极电火花磨削装置包括线材，线材可以在线轴之间以可变的速度行进。

进一步的，工具电极由碳化钨棒制成，工具电极包括实口电极、单切口电极、双切口电极三种，均由线电极电火花磨削装置加工而成。

进一步的，夹持装置包括夹持柱和夹持爪，夹持爪能够通过螺栓进行调节。

进一步的，数字显微镜与显示装置连接。