CN104647165B - 一种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法，该方法解决的是纤维金属层板疲劳分层扩展试验初始缺口加工难题，一方面保证能够以很高成功率在疲劳载荷下产生金属裂纹萌生，进而断开，并随后有效产生分层裂纹；另一方面又不损伤纤维预浸料且不造成层间分层，使得长时间疲劳加载过程中纤维预浸料不产生断裂，保证分层扩展顺利进行。

Description

一种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法
技术领域
本发明是一种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法，属于材料力学性能试验件加工技术领域。
背景技术
纤维金属层板是由特定胶粘剂浸渍强韧纤维形成的预浸料与金属板相互交叠铺层，然后经一定的固化工艺成型得到的一种新型层压板材料，已初步应用于大型飞机的机身、机翼结构。该新型材料主要应用于飞机损伤容限结构，在其损伤容限性能分析与预测中，疲劳分层扩展性能测试占据重要地位。为将纤维金属层板大量应用于大型飞机结构，迫切需要加工大量试验件用于疲劳分层扩展试验。在测试所需试验件，如图1所示，金属层上加工具有一定深度、且尖端半径小(0.1±0.03mm)的缺口，如图2所示，其主要用途是在缺口尖端产生应力集中，疲劳载荷下有效产生裂纹萌生，裂纹扩展至金属板和预浸料粘接面的时候沿粘接面产生分层裂纹，保证试验顺利进行。
金属材料试验件预置裂纹缺口一般采用线切割方式加工，而对于纤维金属层板疲劳分层扩展试验件，缺口尖端与预浸料距离小于0.5mm，线切割加工产生的热量容易使预浸料产生损伤，疲劳加载下预浸料易产生断裂，无法保证疲劳分层试验顺利进行。为了解决纤维金属混合层板中心裂纹试样切口加工问题，中国航空工业集团公司北京航空材料研究院开展了此方面研究，探索并发展了相关加工方法，通过对国内专利文献的调研和检索，尚未见到有关该方面的描述。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法，其目的是保证缺口的尖端曲率半径达到0.1±0.03mm，有效地防止试验件在缺口加工过程中发生预浸料损伤同时不产生层间分层，从而使疲劳分层扩展试验有效进行。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的：
该种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法，所述纤维金属层板是由胶粘剂浸渍强韧纤维形成的预浸料层(2)与金属铝板(1)相互交叠铺贴后经固化工艺成型得到的层压板(6)，所述疲劳分层扩展试验缺口是加工在层压板(6)的金属铝板(1)上面的的条形缺口(3)，该条形缺口(3)的截面呈V形，V形的尖端曲率半径应小于等于0.1±0.03mm，V形的尖端与预浸料层(2)的距离D小于等于0.5mm，其特征在于：该方法的步骤是：
步骤一：用弓形夹(5)将层压板(6)装夹在胎具(7)的台肩面上，在胎具(7)上安装定位销(4)与层压板(6)一端接触作为定位基准，用百分表确定条形缺口(3)的加工位置，并确保条形缺口(3)与层压板(6)表面垂直；
步骤二：使用光学曲线工具磨，选取280#白刚玉砂轮(8)，砂轮(8)的切削刃与条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径一致，进给量为ap0.01mm，磨削掉条形缺口(3)目标深度的一半；
步骤三：在光学曲线工具磨上，在放大50倍条件下，使用120目金刚笔修整砂轮(8)的切削刃，使砂轮(8)的切削刃与条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径吻合，调整进给量至ap0.01mm～0.005mm，磨削掉剩余条形缺口(3)目标深度的一半；
步骤四：在光学曲线工具磨上，在放大50倍条件下，使用120目金刚笔光修砂轮(8)的切削刃，使砂轮(8)的切削刃与条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径吻合，调整进给量至ap0.008mm～0.003mm，磨削掉剩余条形缺口(3)目标深度，使条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径小于等于0.1±0.03mm，然后往返光刀一次。
对于金属铝板(1)厚度小于0.5mm的层压板(6)，采用本发明方法保证条形缺口(3)的V形的尖端曲率半径应小于等于0.1±0.03mm即可。
本发明的有益效果是：能够方便地实现纤维金属层板疲劳分层扩展试验件缺口的成型，不仅能够保证缺口的尖端曲率半径达到0.1±0.03mm，而且能够有效地防止试验件在缺口加工过程中发生预浸料损伤以及层间分层，从而使疲劳分层扩展试验有效进行。此加工方法具有装置简单、易操作和试验件合格率高的优点。
附图说明
图1是本发明所需加工的试验件的正视图
图2为图1的侧视图
图3是试验件条形缺口的V形截面的示意图
图4是用于本发明方法的加工夹具的结构示意图
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参见附图1～4所示，该种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法中，所述纤维金属层板是由胶粘剂浸渍强韧纤维形成的预浸料层2与金属铝板1相互交叠铺贴后经固化工艺成型得到的层压板6，所述疲劳分层扩展试验缺口是加工在层压板6的金属铝板1上面的的条形缺口3，该条形缺口3的截面呈V形，V形的尖端曲率半径应小于等于0.1±0.03mm，V形的尖端与预浸料层2的距离D小于等于0.5mm，该方法的步骤是：
步骤一：用弓形夹5将层压板6装夹在胎具7的台肩面上，在胎具7上安装定位销4与层压板6一端接触作为定位基准，用百分表确定条形缺口3的加工位置，确保条形缺口3在层压板6的中心，通过弓形夹5的夹紧力，实现层压板6与胎具7互相垂直的台肩面紧密贴合，确保条形缺口3与层压板6表面垂直；
步骤二：使用光学曲线工具磨，选取280#白刚玉砂轮8，砂轮8的切削刃与条形缺口3V形截面的尖端曲率半径一致，进给量为ap0.01mm，磨削掉条形缺口3目标深度的一半；
步骤三：在光学曲线工具磨上，在放大50倍条件下，使用120目金刚笔修整砂轮8的切削刃，使砂轮8的切削刃与条形缺口3V形截面的尖端曲率半径吻合，调整进给量至ap0.01mm～0.005mm，磨削掉剩余条形缺口3目标深度的一半，此时，条形缺口3V形截面的尖端曲率半径应小于0.15mm；
步骤四：在光学曲线工具磨上，在放大50倍条件下，使用120目金刚笔光修砂轮8的切削刃，使砂轮8的切削刃与条形缺口3V形截面的尖端曲率半径吻合，调整进给量至ap0.008mm～0.003mm，磨削掉剩余条形缺口3目标深度，使条形缺口3V形截面的尖端曲率半径小于等于0.1±0.03mm，当进入条形缺口3V形截面的尖端曲率半径公差后，往返光刀一次，以获得缺口处较高粗糙度，同时实现V形截面的尖端曲率半径达到0.1±0.03mm或更小。

Claims (1)

1.一种纤维金属层板疲劳分层扩展试验缺口的加工方法，所述纤维金属层板是由胶粘剂浸渍强韧纤维形成的预浸料层(2)与金属铝板(1)相互交叠铺贴后经固化工艺成型得到的层压板(6)，所述疲劳分层扩展试验缺口是加工在层压板(6)的金属铝板(1)上面的的条形缺口(3)，该条形缺口(3)的截面呈V形，V形的尖端曲率半径应小于等于0.1±0.03mm，V形的尖端与预浸料层(2)的距离D小于等于0.5mm，其特征在于：该方法的步骤是：
步骤一：用弓形夹(5)将层压板(6)装夹在胎具(7)的台肩面上，在胎具(7)上安装定位销(4)与层压板(6)一端接触作为定位基准，用百分表确定条形缺口(3)的加工位置，并确保条形缺口(3)与层压板(6)表面垂直；
步骤二：使用光学曲线工具磨，选取280#白刚玉砂轮(8)，砂轮(8)的切削刃与条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径一致，进给量为ap0.01mm，磨削掉条形缺口(3)目标深度的一半；
步骤三：在光学曲线工具磨上，在放大50倍条件下，使用120目金刚笔修整砂轮(8)的切削刃，使砂轮(8)的切削刃与条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径吻合，调整进给量至ap0.01mm～0.005mm，磨削掉剩余条形缺口(3)目标深度的一半；
步骤四：在光学曲线工具磨上，在放大50倍条件下，使用120目金刚笔光修砂轮(8)的切削刃，使砂轮(8)的切削刃与条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径吻合，调整进给量至ap0.008mm～0.003mm，磨削掉剩余条形缺口(3)目标深度，使条形缺口(3)V形截面的尖端曲率半径小于等于0.1±0.03mm，然后往返光刀一次。
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