CN105719100A - 一种frp高质量钻削加工温度范围确定方法 - Google Patents

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段玉岗
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陈文成
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Abstract

本发明公开了一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，包括：第一步，确定高质量钻削加工的钻削温度范围；第二步，确定树脂基纤维增强复合材料的钻削加工的钻削参数；第三步，采用第二步确定的钻削参数进行FRP钻削加工。本发明基于树脂基体的玻璃化转变特性和树脂的低温脆性，提出FRP钻削加工时的钻削温度控制的上限范围为该树脂基体的玻璃化转变温度减去10℃，下限温度和环境温度控制为该树脂基体的脆化温度以上10℃，在该温度范围内钻削加工FRP可以得到孔壁表面加工质量更好、粗糙度更低、纤维拔出、撕裂、分层缺陷更少的高质量孔。

Description

一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法
技术领域
本发明涉及复合材料加工技术领域，尤其涉及一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法。
背景技术
随着树脂基纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer/Plastic，FRP)在航空、航天及汽车轻量化领域中的广泛使用，复合材料构件的加工精度和表面质量已成为影响其使用的重要因素。尤其是在构件联接部位的孔加工中，存在着毛刺、撕裂、分层、磨刀等诸多问题，已成为复合材料研究和应用领域面临的一项亟待解决的难题。为解决上述问题，本发明基于树脂基体的玻璃化转变特性和低温脆性提出了一种树脂基纤维增强复合材料高质量钻削加工温度确定方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，以解决上述技术问题。本发明通过测量树脂基体的玻璃化转变温度和脆化温度来确定钻削加工FRP的温度控制范围为：最高钻削区温度控制的上限范围为玻璃化转变温度减去10℃，最低钻削区温度为树脂基体脆化温度以上10℃。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，通过被加工FRP的树脂基体的玻璃化转变特性和低温脆性确定高质量钻削加工的温度范围，钻削加工FRP并控制被加工FRP的加工区温度在上述确定的温度范围内。
进一步的，通过动态热机械分析实验得到固化后树脂的玻璃化转变温度，设定该树脂玻璃化转变温度以下10℃为FRP材料钻削加工区的最高钻削温度。
进一步的，通过低温脆化冲击实验得到固化后树脂的脆化温度，设定该脆化温度以上10℃为FRP材料钻削加工区的最低钻削温度。
进一步的，在保证钻削加工的加工区温度在上述确定的温度范围内，同时环境温度不低于树脂基体的脆化温度。
进一步的，还包括以下步骤：
在室温下，采用不同钻削参数对所加工FRP进行钻削，同时测量不同钻削参数下钻削加工所产生的钻削温度；
列出不同钻削参数对应的钻削温度；
如有满足低于所设定钻削区温度范围最高钻削温度的钻削参数，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；如果没有低于所设定最高钻削温度的钻削参数，降低钻削加工环境温度；在新的加工环境温度下，重复采用不同钻削参数对所加工FRP进行钻削，同时测量不同钻削参数下钻削加工所产生的钻削温度，列出不同钻削参数对应的钻削温度；直到找到的钻削参数所对应的钻削温度低于所设定最高钻削温度、高于第一步所设定的最低钻削温度，且对应的环境温度高于所加工FRP中树脂基体的脆化温度，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；
采用所确定的加工参数钻削加工FRP。
一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，包括以下步骤：
第一步，确定高质量钻削加工的钻削区温度范围；
第二步，确定树脂基纤维增强复合材料的钻削加工的钻削参数；
第三步，采用第三步确定的钻削参数进行FRP钻削加工。
进一步的，第一步具体包括以下步骤：
1.1、按照所加工FRP中树脂基体固化要求，固化该树脂，并把固化后的该树脂按照动态热机械分析和塑料低温脆化试验尺寸要求制作实验样件；
1.2、按照动态热机械分析标准对该树脂进行动态热机械分析，并得到储能模量与温度的变化图；
1.3、对所得到的储能模量与温度的变化图进行分析，确定该树脂玻璃化转变温度，并设定该树脂玻璃化转变温度以下10℃为钻削加工该FRP材料钻削加工的最高钻削温度；
1.4、按照塑料低温脆化试验标准对该树脂进行低温脆化分析，获得该树脂的脆化温度；并设定该树脂的脆化温度以上10℃为该FRP材料的最低钻削温度，且环境温度不能低于树脂的脆化温度。
进一步的，第二步具体包括以下步骤：
2.1、在室温下，采用不同钻削参数对所加工FRP进行钻削，同时测量不同钻削参数下钻削加工所产生的钻削温度；
2.2、列出不同钻削参数对应的钻削温度。
2.3、如步骤2.2中有满足低于第一步所设定钻削区温度范围最高钻削温度的钻削参数，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；
2.4、如果步骤2.2中没有低于第一步所设定最高钻削温度的钻削参数，降低钻削加工环境温度；重复第2.1和2.2步，直到找到的钻削参数所对应的钻削温度低于第一步所设定最高钻削温度、高于第一步所设定的最低钻削温度，且对应的环境温度高于所加工FRP中树脂基体的脆化温度，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数。
进一步的，所述钻削参数为钻削速度、进给量和刀具参数。
进一步的，步骤2.4中采用液氮降温或空气压缩机等降温的方式降低环境温度。
进一步的，第三步具体包括：采用步骤2.3所找到的钻削参数进行FRP钻削加工，或者采用步骤2.4所找到的钻削参数在对应的环境温度下进行FRP钻削加工。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明考虑材料本身特性对复合材料加工质量的影响，从树脂基体的玻璃化转变特性和低温脆性对钻削质量的影响着手，提出FRP钻削加工温度控制在树脂基体玻璃化转变温度以下10℃和树脂基体脆化温度以上10℃范围内，加工可以得到孔壁表面加工质量更好、粗糙度更低、纤维拔出、撕裂、分层缺陷更少的高质量孔。
附图说明
图1为固化后树脂基体的动态热机械分析曲线；
图2为本发明FRP钻削方法的流程图。
图3为钻削效果对比图，其中图3(a)为准各向同性低于树脂基体玻璃化转变温度钻削孔壁视图；图3(b)为准各向同性低于常温钻削孔壁视图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图1至图2所示，本发明一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，包括以下步骤：
第一步，确定满足高质量钻削加工的钻削温度范围。
1.1、按照所加工FRP中树脂基体固化要求，固化该树脂，并把固化后的该树脂按照动态热机械分析和塑料低温脆化试验尺寸要求制作实验样件；
1.2、按照动态热机械分析标准对该树脂进行动态热机械分析，并得到如图1所示的储能模量与温度的变化图；
1.3、对所得到的储能模量与温度的变化图进行分析，确定该树脂玻璃化转变温度，并设定该树脂玻璃化转变温度以下10℃为钻削加工该FRP材料钻削加工的最高钻削温度；
1.4、按照塑料低温脆化试验标准对该树脂进行低温脆化分析，获得该树脂的脆化温度；并设定该树脂的脆化温度以上10℃为该FRP材料的最低钻削温度，且环境温度不能低于树脂的脆化温度。
第二步，测量所加工树脂基纤维增强复合材料的钻削加工区的钻削温度。
2.1、在室温下，按照常规钻削方法用红外热像仪或热电偶等方法测量不同钻削参数(钻削速度、进给量、刀具参数)下钻削加工所产生的钻削温度；
2.2、列出不同钻削工艺参数对应的钻削温度。
2.3、如2.2中有满足低于第一步所设定最高钻削温度的钻削参数，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；
2.4、如果2.2中没有低于第一步所设定最高钻削温度的钻削参数，降低钻削加工环境温度(液氮降温、空气压缩机降温)；重复第2.1和2.2步，直到找到的钻削参数所对应的钻削温度低于第一步所设定最高钻削温度、高于第一步所设定的最低钻削温度，且对应的环境温度高于所加工FRP中树脂基体的脆化温度，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；
第三步，采用步骤2.3所找到的钻削参数进行FRP钻削加工，或者采用步骤2.4所找到的钻削参数在对应的环境温度下进行FRP钻削加工。
本发明进行钻削加工的加工温度满足钻削温度小于树脂基体玻璃化初始钻转变温度以下10℃，大于树脂的脆化温度以上10℃，且环境温度大于树脂基体脆化温度的钻削加工；请参阅图3所示，使用本发明加工方法钻孔可以减少孔壁微裂纹的产生、降低孔壁的粗糙度、减少纤维拔出、撕裂、分层等缺陷达到更高质量的复合材料孔，并且降低了刀具的磨损程度增加了刀具使用寿命。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出若干简单的推演或替换都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，其特征在于，通过被加工FRP的树脂基体的玻璃化转变特性和低温脆性确定高质量钻削加工的温度范围，钻削加工FRP并控制被加工FRP的加工区温度在上述确定的温度范围内。
2.根据权利要求1所述的一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，其特征在于，通过动态热机械分析实验得到固化后树脂的玻璃化转变温度，设定该树脂玻璃化转变温度以下10℃为FRP材料钻削加工区的最高钻削温度。
3.根据权利要求2所述的一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，其特征在于，通过低温脆化冲击实验得到固化后树脂的脆化温度，设定该脆化温度以上10℃为FRP材料钻削加工区的最低钻削温度。
4.根据权利要求1或3所述的一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，其特征在于，在保证钻削加工的加工区温度在上述确定的温度范围内，同时环境温度不低于树脂基体的脆化温度。
5.根据权利要求4所述的一种FRP高质量钻削加工温度范围确定方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在室温下，采用不同钻削参数对所加工FRP进行钻削，同时测量不同钻削参数下钻削加工所产生的钻削温度；
列出不同钻削参数对应的钻削温度；
如有满足低于所设定钻削区温度范围最高钻削温度的钻削参数，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；如果没有低于所设定最高钻削温度的钻削参数，降低钻削加工环境温度；在新的加工环境温度下，重复采用不同钻削参数对所加工FRP进行钻削，同时测量不同钻削参数下钻削加工所产生的钻削温度，列出不同钻削参数对应的钻削温度；直到找到的钻削参数所对应的钻削温度低于所设定最高钻削温度、高于第一步所设定的最低钻削温度，且对应的环境温度高于所加工FRP中树脂基体的脆化温度，确定该钻削参数为钻削该树脂基纤维增强复合材料的加工参数；
采用所确定的加工参数钻削加工FRP。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103837422A (zh) * 2014-02-27 2014-06-04 大连理工大学 一种碳纤维复合材料切削的实验装置
CN103970995A (zh) * 2014-05-05 2014-08-06 上海工具厂有限公司 用于cfrp加工的钻头及其结构参数的实验确定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103837422A (zh) * 2014-02-27 2014-06-04 大连理工大学 一种碳纤维复合材料切削的实验装置
CN103970995A (zh) * 2014-05-05 2014-08-06 上海工具厂有限公司 用于cfrp加工的钻头及其结构参数的实验确定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAIJIN WANG等: "Evaluation of cutting force and cutting temperature in milling carbon fiber-reinforced polymer composites", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY》 *

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