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1、新型碳纖維復(fù)合材料孔加工刀具新型碳纖維復(fù)合材料孔加工刀具——電鍍金剛石復(fù)合鉆鍍金剛石復(fù)合鉆1前言前言碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(簡稱CFRP)具有比強(qiáng)度高、比模量高、減振性好等優(yōu)點,在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,在汽車、醫(yī)療器械、體育器械等行業(yè)的應(yīng)用也日益增多。隨著CFRP應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,解決CFRP的高精度、高效加工問題也日益迫切。為此,筆者開發(fā)了一種新型孔加工刀具——電鍍金剛石復(fù)合鉆,可有效解決普通麻花鉆加工CFRP時出現(xiàn)的分層和劈裂問題,
2、并可使鉆頭壽命顯著提高。2CFRP鉆孔缺陷及改進(jìn)措施鉆孔缺陷及改進(jìn)措施一般情況下,在CFRP板材上鉆孔加工時,容易產(chǎn)生分層、劈裂、燒傷等缺陷,其中尤以分層、劈裂對加工質(zhì)量影響最大。據(jù)介紹,在AV8B飛機(jī)的制造中,由于CFRP鉆孔分層、劈裂導(dǎo)致的零件不合格率占全機(jī)CFRP零件不合格率的60%以上[1]。出現(xiàn)分層、劈裂現(xiàn)象的主要原因為:(1)CFRP疊層板由碳纖維層鋪疊而成,層與層之間用樹脂粘結(jié)。由于CFRP是一種各向異性材料,其機(jī)械性能在
3、不同方向各不相同,材料沿纖維鋪層方向強(qiáng)度較高,而垂直于纖維鋪層方向的強(qiáng)度則取決于樹脂粘結(jié)強(qiáng)度,一般情況下,層間結(jié)合強(qiáng)度僅為纖維方向強(qiáng)度的22%。(2)鉆孔加工時,存在垂直于纖維鋪層方向的軸向力Fz,從而在疊層板內(nèi)產(chǎn)生正應(yīng)力,當(dāng)切削力產(chǎn)生的正應(yīng)力超過樹脂結(jié)合強(qiáng)度,則會出現(xiàn)樹軸向力被分散,加工表面所受正應(yīng)力也顯著下降。此外,由于鉆尖鋒利,鉆削時CFRP纖維斷裂變形小,從而減輕了分層、劈裂程度。設(shè)計金剛石鉆頭時要注意以下幾點:(1)基體錐頂角
4、宜選用50~60。如頂角太小,鉆削時間將延長,工件易燒傷;如頂角過大,則鉆削軸向力增大,工件易分層、劈裂。(2)導(dǎo)孔鉆直徑不宜過大,一般取工件孔徑的1/3。直徑太大將加重分層和劈裂。(3)應(yīng)根據(jù)工件的加工要求選擇金剛砂粒度。粒度粗,生產(chǎn)率高,刀具壽命長,切屑不易堵塞,但表面粗糙度較大;粒度細(xì),則相反。4鉆削試驗鉆削試驗試驗用機(jī)床為W62X型萬能銑床。試驗時,將手風(fēng)鉆固定在銑床立銑頭上,由銑床工作臺提供進(jìn)給運動,風(fēng)鉆作旋轉(zhuǎn)運動。試驗參數(shù):
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