CN110497461A - 一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置及其钻铣加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，包括有冰盘装置、水循环装置和气体转换装置，所述气体转换装置内部设有涡流管，所述冰盘装置通过传气管道分别与所述气体转换装置内部的涡流管的冷气流出口和热气流出口连通，所述气体转换装置设有操作手柄，所述操作手柄和所述涡流管的控制阀连接，所述冰盘装置上开设有用于放置待加工件的凹槽，所述水循环装置与所述凹槽连通，该装夹装置，不仅能够有效的解决多层树脂基复合材料层压板的装夹变形问题，同时还降低复合材料机械加工过程时的温度，保证了树脂基复合材料层压板的高质量、高可靠性机械加工。

Description

一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置及其钻铣加工 方法

技术领域

本发明涉及装夹装置技术领域，特别是涉及一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置及其钻铣加工方法。

背景技术

树脂基复合材料层压板是以有机聚合物为基体，玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶等为增强材料，多层交替压合而成的板材，广泛应用于航空、汽车、海洋工业等。其材料组分多元化、层数多、结构复杂，是典型的难加工复合材料。树脂基复合材料层压板经常需要对其表面进行钻削大量孔和铣削键槽，从而实现与其他器件的互连。

但是现有的树脂基复合材料层压板在实际生产加工时，通常在板材四角或四边钻定位孔，然后拧动螺杆，使螺杆抵紧板材进行固定，随后直接进行干切削加工。这种加工方法存在以下几个问题：（1）定位孔内及出入口可能会存在毛刺，从而影响电路板的后续固定和加工；（2）螺杆固定会使板材内部存在内应力，松紧过程引起板材的形变；（3）干切削加工过程中易产生大量切削热，使得加工温度过高，引起树脂软化，板材翘曲、加工质量低下的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，该用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，通过水到冰的转化时可以实现与材料的无缝接触和装夹更为牢靠的效果，不仅能够有效的解决多层树脂基复合材料层压板的装夹变形问题，同时还降低复合材料加工过程时的温度，保证了树脂基复合材料层压板的高质量、高可靠性加工。

本发明的目的之一通过以下技术方案实现：

一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，包括有冰盘装置、水循环装置和气体转换装置，所述气体转换装置内部设有涡流管，所述冰盘装置通过传气管道分别与所述气体转换装置内部的涡流管的冷气流出口和热气流出口连通，所述气体转换装置设有操作手柄，所述操作手柄和所述涡流管的控制阀连接，所述冰盘装置上开设有用于放置待加工件的凹槽，所述水循环装置与所述凹槽连通。

进一步的，所述涡流管上端还开设有与所述涡流管连通的压缩空气进口，所述压缩空气进口连通有压缩空气进气管，所述压缩空气进气管外露于所述气体转换装置用于与压缩空气源连通。

进一步的，所述传气管道包括有热气传管和冷气传管，所述热气传管的一端与所述热气流出口连通，另一端与所述冰盘装置连通，所述冷气传管的一端与所述冷气流出口连通，另一端与所述冰盘装置连通。

有益效果：由于设置有冰盘装置、水循环装置和气体控制装置，使得树脂基复合材料层压板在实际生产加工时，可以通过水循环装置向冰盘装置内通入一定量的水，然后将待加工的树脂基复合材料层压板件放入冰盘装置的凹槽内后，开启气体控制装置，使得凹槽内部的水处于极低的温度并开始快速凝结成冰，利用冰的强力粘合效果，将待加工的树脂基复合材料层压板件固定于冰盘装置上，相对于现有的定位孔螺杆压紧装夹，利用了冰和水的特性，水到冰的转化时可以实现与材料的无缝接触，装夹更为牢靠，不仅得可以有效解决螺杆固定时由于内应力引起的板材形变或者破损，而且还可以使被加工件处于低温状态，通过冰块吸热有效降低加工温度，避免了板材翘曲和树脂软化现象的发生，减少刀具损耗，提高树脂基复合材料层压板的加工质量，同时当冰融化挥发后不会留下任何的残渣，不会对加工材料造成污染；

本发明的目的之二在于配合装夹装置的固定强度，提供一种树脂基复合材料层压板，该树脂基复合材料层压板能够稳定的固定于装夹装置上。

一种树脂基复合材料层压板，所述树脂基复合材料层压板上开通有多个第一通孔。

进一步的，所述第一通孔为第一条形孔。

本发明还提供一种用于配合树脂基复合材料层压板加工的垫板，所述垫板上对应开设有与所述树脂基复合材料层压板的第一通孔相匹配的第二通孔。

进一步的，所述第二通孔为第二条形孔。

有益效果：由于在树脂基复合材料层压板和垫板上开设有相匹配的第一通孔和第二通孔，使得树脂基复合材料层压板固定在装夹装置上时，可以向第一条形孔和第二条形孔中注入满水并冻结为冰，使得树脂基复合材料层压板和垫板之间形成一道道冰柱，不仅能够有效的将树脂基复合材料层压板固定于垫板上，同时还能有效的将树脂基复合材料层压板的前后左右进行限定，进一步的提高了装夹装置的夹持效果，避免树脂基复合材料层压板在加工的过程当中发生偏移。

本发明的目的之三在于避免现有技术中的不足之处而提供一种用于树脂基复合材料层压板的钻铣加工方法，可以使被加工材料处于低温状态，实现快速散热，有效降低加工温度，避免了板材翘曲和树脂软化现象的发生，同时减少刀具损耗，提高树脂基复合材料层压板的加工质量，操作简单。

本发明的目的之三通过以下技术方案实现：

一种用于树脂基复合材料层压板的钻铣加工方法，包括以下步骤：

1）分别选取待加工件树脂基复合材料层压板和辅助加工的垫板，然后对两者进行钻孔处理，制得带有第一通孔的树脂基复合材料层压板和带有第二通孔的垫板后，将垫板置于凹槽，再将树脂基复合材料层压板叠放在垫板上，使得第一通孔和第二通孔的位置一一对应形成一个连通的孔通向凹槽；

2）开启水循环装置往凹槽中注入一定量的水，然后往气体转换装置中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管内，同时转动操控手柄带动控制阀控制涡流管内部的热气流出口不出热气，压缩空气仅转换为温度极低的冷气流，并通过冷气传气管道将冷气流传递到冰盘装置内，使得冰盘装置表面处于极低的温度，将凹槽内部的积水凝结成冰，使得垫板初步固定在凹槽上；

3）然后向垫板和树脂基复合材料层压板的连通的孔内注满水；

4）再次开启水循环装置往凹槽中注水，并根据垫板的厚度和树脂基复合材料层压板的尺寸，调控注入凹槽内水的深度；

5）再次通过压缩空气进气管往气体转换装置中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管内，同时转动操控手柄带动控制阀控制涡流管内部不出热气，将压缩空气仅转换为温度极低的冷气流，并通过冷气传气管道将冷气流传递到冰盘装置内，使得冰盘装置表面处于极低的温度，使得冰盘装置表面处于极低的温度，将凹槽和条形槽中的水快速凝结成冰，保证树脂基复合材料层压板和垫板稳定的固定于冰盘装置上；

6）开始执行加工程序，对树脂基复合材料层压板进行机械加工；

7）加工结束后，再次通过压缩空气进气管往气体转换装置中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管内，并转动操控手柄带动控制阀控制涡流管不出冷气，将压缩空气仅转换为温度极高的热气流，并通过热气传气管道将热气流传递到冰盘装置内，使得冰盘表面的温度升高，使得冰快速融化，同时启动水循环装置，将凹槽中的水和残余的切屑吸走。

进一步的，步骤（2）中，所述凹槽内注入水的深度为所述垫板高度的1/3至2/3之间。

进一步的，步骤（2）中，所述凹槽的深度大于所述垫板的高度，所述凹槽内壁与所述垫板的侧壁之间设置有间隙。

有益效果：该用于树脂基复合材料层压板的钻铣加工方法，可以使被加工材料处于低温状态，实现快速散热，有效降低加工温度，避免了板材翘曲和树脂软化现象的发生，同时减少刀具损耗，提高树脂基复合材料层压板的加工质量，操作简单。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置的整体结构示意图。

图2是本发明中涡流管的剖视图。

图中包括有：

冰盘装置1、凹槽2、气体转换装置3、水循环装置4、水管41、垫板5、树脂基复合材料层压板6、第一条形孔7、操控手柄8、热气传管9、冷气传管10、定位块11、定位孔111、涡流管12、涡流室13、冷气流出口14、热气流出口15、控制阀16、压缩空气进口17、压缩空气进气管18。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

如图1-2所示，本实施例的一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，包括有冰盘装置1、水循环装置4和气体转换装置3，所述气体转换装置3内部设有涡流管12，所述冰盘装置1通过传气管道分别与所述气体转换装置3内部的涡流管12的冷气流出口14和热气流出口15连通，所述气体转换装置3上端活动连接有操作手柄8，所述操作手柄8和所述涡流管12的控制阀16螺栓连接，所述冰盘装置1上开设有用于放置待加工件的凹槽2，通过凹槽2可以依据加工件的实际厚度，来调整凹槽2内部水的深度，从而可以实现对冰盘装置1对装夹力度的调节，所述水循环装置4与所述凹槽2通过水管41相互连通且能向凹槽2内自动注水和排水、排屑，该装夹装置，不仅可以有效解决螺杆固定时由于内应力引起的板材形变或者破损，并且还使得被加工件处于低温状态，同时通过冰块吸热有效降低加工温度，避免了板材翘曲和树脂软化现象的发生，减少刀具损耗，当冰融化挥发后不会留下任何的残渣，不会对加工材料造成污染。

如图1所示，在优选实施例中，所述涡流管12上端还开设有与所述涡流管12连通的压缩空气进口17，所述压缩空气进口17连通有压缩空气进气管18，所述压缩空气进气管18外露于所述气体转换装置3用于与压缩空气源连通。

如图1所示，在优选实施例中，所述传气管道包括有热气传管9和冷气传管10，所述热气传管9的一端与所述热气流出口15连通，另一端与所述冰盘装置1连通，所述冷气传管10的一端与所述冷气流出口14连通，另一端与所述冰盘装置1连通，可以通过热气传管道9和冷气传管道10向冰盘装置1内输送冷热气。

如图1所示，在优选实施例中，所述冰盘装置1两侧固定有定位块10，进一步的，所述定位块10上开通有定位孔11，通过开设于定位块10上的定位孔11与螺栓的螺栓连接配合，将冰盘装置1稳定的固定于机床的工作台面上，有效保证了冰盘装置1在工作时的稳定性。

如图1所示，本实施例还提供一种树脂基复合材料层压板，所述树脂基复合材料层压板6上开通有多个第一通孔，进一步的，所述第一通孔为第一条形孔7，条形孔受力更加均匀，固定更加牢固。

如图1所示，本实施例还提供一种用于配合树脂基复合材料层压板加工的垫板，所述垫板上对应开设有与所述树脂基复合材料层压板的第一通孔相匹配的第二通孔，所述第二通孔为第二条形孔（图中未标示），条形孔受力更加均匀，固定更加牢固，可以向第一条形孔7和第二条形孔中注入满水并冻结为冰，从而可以使得树脂基复合材料层压板6和垫板5之间形成一道冰柱，不仅能够有效的将树脂基复合材料层压板6固定于垫板5上，同时还能有效的将树脂基复合材料层压板6前后左右进行限定，进一步的提高了装夹装置的夹持效果，避免树脂基复合材料层压板6在加工的过程当中发生偏移。

如图1-2所示，本实施例还提供一种用于树脂基复合材料层压板的钻铣加工方法，包括以下步骤：

1）分别选取待加工件树脂基复合材料层压板6和辅助加工的垫板5，然后对两者进行钻孔处理，制得带有第一通孔的树脂基复合材料层压板6和带有第二通孔的垫板5后，将垫板5置于凹槽2内，再将树脂基复合材料层压板6叠放在垫板5上，使得第一通孔和第二通孔的位置一一对应形成一个连通的孔通向凹槽2；

2）开启水循环装置4往凹槽2中注入一定量的水，然后往气体转换装置3中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管12的涡流室13内，同时转动操控手柄8带动控制阀16控制涡流管12内部的热气流出口15不出热气，压缩空气进口17进入到涡流管12后，以很高的速度沿切线方向进入到涡流室13，气流形成涡流后，旋转前进，沿涡流管12内壁的气体与管壁发生摩擦温度高，一部分从涡流管12的热气流出口15排出，另外一部分沿中心线返回，形成回流体同与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换，使得其温度逐渐降低形成冷气流，从涡流管12的冷气流出口14流出，由于热气流出口15被控制阀16堵住，使得压缩空气进入涡流管12后沿涡流管12的中心线返回，形成回流体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换，使得其温度逐渐降低形成冷气流从冷气流出口14排出，并通过冷气传管10将冷气流传递到冰盘装置1内，使得冰盘装置1表面处于极低的温度，将凹槽2内部的少量积水凝结成冰，使得垫板5初步固定在凹槽2上；

3）然后向垫板5和树脂基复合材料层压板6的连通的孔内注满水；

4）再次开启水循环装置4往凹槽2中注水，并根据垫板5的厚度和树脂基复合材料层压板6的尺寸，调控凹槽2内水的深度；

5）再次通过压缩空气进气管17往气体转换装置3中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管12的涡流室13内，同时转动操控手柄8带动控制阀16控制涡流管12内部的热气流出口15不出热气，压缩空气进口17进入到涡流管12后，以很高的速度沿切线方向进入到涡流室13，气流形成涡流后，旋转前进，沿涡流管12内壁的气体与管壁发生摩擦温度高，一部分从涡流管12的热气流出口15排出，另外一部分沿中心线返回，形成回流体同与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换，使得其温度逐渐降低形成冷气流，从涡流管12的冷气流出口14流出，由于热气流出口15被控制阀16堵住，使得压缩空气进入涡流管12后沿涡流管12的中心线返回，形成回流体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换，使得其温度逐渐降低形成冷气流从冷气流出口14排出，并通过冷气传管10将冷气流传递到冰盘装置1内，使得冰盘装置1表面处于极低的温度，将凹槽2和条形槽中的水快速凝结成冰，保证树脂基复合材料层压板6和垫板5稳定的固定于冰盘装置1上；

6）开始执行加工程序，对树脂基复合材料层压板进行机械加工；

7）加工结束后，再次通过压缩空气进气管18往气体转换装置3中通入干燥的压缩空气，压缩空气通过压缩空气进口17进入到涡流管12后，以很高的速度沿切线方向进入到涡流室13，气流形成涡流后，旋转前进，沿涡流管12内壁的气体与管壁发生摩擦温度高，一部分从涡流管12的热气流出口15排出，另外一部分沿中心线返回，形成回流体同与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换，使得其温度逐渐降低形成冷气流，从涡流管12的冷气流出口14流出，转动操控手柄8带动控制阀控制涡流管不出冷气，将压缩空气仅转换为温度极高的热气流，并通过热气传管9将热气流传递到冰盘装置1内，使得冰盘表面温度升高冰快速融化，同时启动水循环装置4，将凹槽2中的水和残余的切屑吸走。

如图1所示，在优选实施例中，步骤（2）中，所述凹槽2内注入水的深度为所述垫板5高度的1/3至2/3之间，保证加入到垫板5中的水不会流出。

如图1所示，在优选实施例中，步骤（2）中，所述凹槽2的深度大于所述垫板5的高度，所述凹槽2内壁与所述垫板5的侧壁之间设置有间隙，保证垫板5与凹槽22之间可以形成一定的水流空间。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，其特征在于：包括有冰盘装置、水循环装置和气体转换装置，所述气体转换装置内部设有涡流管，所述冰盘装置通过传气管道分别与所述气体转换装置内部的涡流管的冷气流出口和热气流出口连通，所述气体转换装置设有操作手柄，所述操作手柄和所述涡流管的控制阀连接，所述冰盘装置上开设有用于放置待加工件的凹槽，所述水循环装置与所述凹槽连通。

2.如权利要求1所述的一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，其特征在于：所述涡流管上端还开设有与所述涡流管连通的压缩空气进口，所述压缩空气进口连通有压缩空气进气管，所述压缩空气进气管外露于所述气体转换装置用于与压缩空气源连通。

3.如权利要求1所述的一种用于树脂基复合材料层压板的装夹装置，其特征在于：所述传气管道包括有热气传管和冷气传管，所述热气传管的一端与所述热气流出口连通，另一端与所述冰盘装置连通，所述冷气传管的一端与所述冷气流出口连通，另一端与所述冰盘装置连通。

4.一种树脂基复合材料层压板，其特征在于：所述树脂基复合材料层压板上开通有多个第一通孔。

5.如权利要求4所述的一种树脂基复合材料层压板，其特征在于：所述第一通孔为第一条形孔。

6.一种用于配合树脂基复合材料层压板加工的垫板，其特征在于：所述垫板上对应开设有与所述树脂基复合材料层压板的第一通孔相匹配的第二通孔。

7.如权利要求6所述的一种用于配合树脂基复合材料层压板加工的垫板，其特征在于：所述第二通孔为第二条形孔。

8.利用权利要求1所述的装夹装置和权利要求6所述的垫板对权利要求4的一种用于树脂基复合材料层压板进行钻铣加工的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）分别选取待加工件树脂基复合材料层压板和辅助加工的垫板，然后对两者进行钻孔处理，制得带有第一通孔的树脂基复合材料层压板和带有第二通孔的垫板后，将垫板置于凹槽，再将树脂基复合材料层压板叠放在垫板上，使得第一通孔和第二通孔的位置一一对应形成一个连通的孔通向凹槽；

2）开启水循环装置往凹槽中注入一定量的水，然后往气体转换装置中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管内，同时转动操控手柄带动控制阀控制涡流管内部的热气流出口不出热气，压缩空气仅转换为温度极低的冷气流，并通过冷气传气管道将冷气流传递到冰盘装置内，使得冰盘装置表面处于极低的温度，将凹槽内部的积水凝结成冰，使得垫板初步固定在凹槽上；

3）然后向垫板和树脂基复合材料层压板的连通的孔内注满水；

4）再次开启水循环装置往凹槽中注水，并根据垫板的厚度和树脂基复合材料层压板的尺寸，调控注入凹槽内水的深度；

5）再次通过压缩空气进气管往气体转换装置中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管内，同时转动操控手柄带动控制阀控制涡流管内部不出热气，将压缩空气仅转换为温度极低的冷气流，并通过冷气传气管道将冷气流传递到冰盘装置内，使得冰盘装置表面处于极低的温度，使得冰盘装置表面处于极低的温度，将凹槽和条形槽中的水快速凝结成冰，保证树脂基复合材料层压板和垫板稳定的固定于冰盘装置上；

6）开始执行加工程序，对树脂基复合材料层压板进行机械加工；

7）加工结束后，再次通过压缩空气进气管往气体转换装置中通入干燥的压缩空气，使得压缩空气进入到涡流管内，并转动操控手柄带动控制阀控制涡流管不出冷气，将压缩空气仅转换为温度极高的热气流，并通过热气传气管道将热气流传递到冰盘装置内，使得冰盘表面的温度升高，使得冰快速融化，同时启动水循环装置，将凹槽中的水和残余的切屑吸走。

9.如权利要求8所述的钻铣加工的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述凹槽内注入水的深度为所述垫板高度的1/3至2/3之间。

10.如权利要求8所述的钻铣加工方法，其特征在于：步骤（2）中，所述凹槽的深度大于所述垫板的高度，所述凹槽内壁与所述垫板的侧壁之间设置有间隙。