CN112836311B - 降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置与方法 - Google Patents
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Abstract
降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置与方法，包括外围壳体、软质贴附体、填充微粒以及推动杆；其中，软质贴附体贴附于多曲率表面复合材料构件下表面，外围壳体设置在软质贴附体下表面；气缸穿过外围壳体与软质贴附体接触；推动杆包括第一推杆和设置在第一推杆顶端的推杆底板，推动底板设置在外围壳体内，底板、外围壳体、软质贴附体与曲率表面复合材料构件下表面形成密闭空腔，空腔内填充有填充微粒。本发明一方面解决了钻削时钻削轴向力引起的钻削分层现象，另一方面也充分考虑到实际工程应用中应对的往往是多曲率表面的实际情况，且具有较好的钻削效果质量，克服了现有技术中钻削制孔效果不好以及易对材料造成损伤的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维增强树脂基复合材料钻削加工领域，具体涉及一种降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置与方法。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料是一种先进的复合材料，其构件具有高比强度、高比模量、轻质、抗疲劳强度高及耐腐蚀性等特点，而广泛应用于航空航天、风电叶片、交通运输及体育器材等多个工业领域。一般碳纤维增强树脂基复合材料构件需要与其他零部件通过铆接或螺栓连接，铆接或螺栓连接需要通过在构件表面钻削制孔，但由于碳纤维增强树脂基复合材料构件具有多相性及层间性能较弱等缺点，在钻削制孔过程中易发生分层、毛刺劈裂等缺陷，而使得其构件在后期服役过程中因缺陷存在而报废，造成巨大损失。
现有制孔技术包括刀具改进研究、环境温度控制钻削研究及超声辅助钻削研究等，且考虑到实际工程中难以实现且改善钻削效果一般，易于对材料造成损伤的问题。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置与方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置，包括外围壳体、软质贴附体、填充微粒以及推动杆；
其中，软质贴附体贴附于多曲率表面复合材料构件下表面，外围壳体设置在软质贴附体下表面；
气缸穿过外围壳体与软质贴附体接触；推动杆包括第一推杆和设置在第一推杆顶端的推杆底板，推动底板设置在外围壳体内，底板、外围壳体、软质贴附体与曲率表面复合材料构件下表面形成密闭空腔，空腔内填充有填充微粒。
本发明进一步的改进在于，外围壳体包括顶面开口的圆柱状外壳，外壳内壁设置有环状腔体，外壳底面中心开设有第一圆孔，环状腔体的底面周向均匀开设有若干第二圆孔。
本发明进一步的改进在于，气缸包括第一气道、第二气道以及第二推杆，第二推杆，第二推杆上设置有气缸体，气缸体上开设有第一气道和第二气道；第二推杆穿过第二圆孔，伸入到环状腔体内。
本发明进一步的改进在于，软质贴附体包括圆环，圆环内壁上设置有环状凸起；圆环的上表面为第一软质贴附体表面。
本发明进一步的改进在于，外围壳体的内表面为第三接触面；环状凸起与外围壳体的第三接触面相接触。
本发明进一步的改进在于，当第二推杆下行时，第二推杆的气缸推杆底面与第一软质贴附体表面相接触。
本发明进一步的改进在于，多曲率表面叠层结构材料体上方设置有切削器。
一种上述装置的降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷方法，气动气缸工作，第二推杆与软质贴附体相接触，然后推动杆工作，将填充微粒压紧多曲率表面叠层结构材料体，对多曲率表面叠层结构材料体提供向上的支撑力，最后对多曲率表面叠层结构材料体进行切削。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明通过在多曲率表面复合材料构件下表面设置软质贴附体，并且在底板、外围壳体、软质贴附体与曲率表面复合材料构件下表面形成的密闭空腔内填充有填充微粒，可以对多曲率表面复合材料构件形成向上的支撑力，当对多曲率表面复合材料构件施加载荷时，可以减分层损伤，具有综合工程实际加工中的多曲率表面构件制孔过程控制的优点，并且同时解决了钻削时轴向力引起的分层现象，相较于现有技术，本发明实用性较强，具有较大的工程应用前景。本发明在实际应用中降低了多曲率表面叠层结构材料的体分层损伤，取得了较好的效果，可以进一步推进碳纤维增强树脂基复合材料的应用，具有广阔的应用前景。
本发明在进行切削时，气动气缸工作，第二推杆与软质贴附体相接触，然后推动杆工作，将填充微粒压紧多曲率表面叠层结构材料体，对多曲率表面叠层结构材料体提供向上的支撑力，最后对多曲率表面叠层结构材料体进行切削。本发明一方面解决了钻削时钻削轴向力引起的钻削分层现象，另一方面也充分考虑到实际工程应用中应对的往往是多曲率表面的实际情况，且具有较好的钻削效果质量，克服了现有技术中钻削制孔效果不好以及易对材料造成损伤的技术问题。
附图说明
图1是本发明装置的总体示意图；
图2是外围壳体的三维示意图及截面图；其中，(a)为三维示意图，(b)为截面图。
图3是推动杆的三维轴侧视图；
图4是气缸三维示意图；
图5是软质贴附体三维示意图。
图中：1是填充微粒；2是外围壳体；3是推动杆；4是切削器；5是多曲率表面叠层结构材料体；6是软质贴附体；7是气缸；8是第二圆孔；9是第一圆孔；10是第一接触面；11是环形腔体；12是第三接触面；13是推杆底板；14是第一推杆；15是气缸第一气道；16是气缸第二气道；17是第二推杆；18是气缸推杆底面；19是第一软质贴附体表面；20是第二软质贴附体表面；21是第三软质贴附体表面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参见图1-图5，一种降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷的装置，包括外围壳体2、软质贴附体6、填充微粒1、气缸7、推动杆3、多曲率表面复合材料构件5及切削器4。
参见图5，软质贴附体6包括圆环，圆环内壁上设置有环状凸起。圆环的上表面为第一软质贴附体表面19，环状凸起的外表面为第二软质贴附体表面20，环状凸起的内表面为第三软质贴附体表面21。
参见图2中的(a)和(b)，外围壳体2包括顶面开口的圆柱状外壳，外壳内壁设置有环状腔体11，外壳底面中心开设有第一圆孔，环状腔体11的底面周向均匀开设有若干第二圆孔。外围壳体2的内表面为第三接触面12。
软质贴附体6贴附于多曲率表面复合材料构件5下表面，外围壳体2设置在软质贴附体6下表面，环状凸起与外围壳体2的第三接触面12相接触。
参见图3，推动杆3包括圆柱状的第一推杆14和设置在第一推杆14顶端的推杆底板13，推动底板13设置在外围壳体2内，第一推杆14穿过第一圆孔9，推动底板13、外围壳体2、软质贴附体6与曲率表面复合材料构件5下表面形成密闭空腔，空腔内填充有填充微粒1，填充微粒1由推动杆3压紧。填充微粒1为
参见图4，气缸7包括第一气道15、第二气道16以及第二推杆17，第二推杆17，第二推杆17上设置有气缸体，气缸体上开设有第一气道15和第二气道16。
第二推杆17穿过第二圆孔8，伸入到环状腔体11内，当第二推杆17下行时，第二推杆17的气缸推杆底面18与软质贴附体6的第一软质贴附体表面19相接触。
多曲率表面叠层结构材料体5上方设置有切削器4。切削器4下行将多曲率表面叠层结构材料体5材料去除。
推动杆3在外部载荷作用下挤压填充微粒1，从而使得填充微粒1将载荷传递于多曲率表面结构材料体5表面，从而降低多曲率表面叠层结构材料体5的分层损伤缺陷。
基于上述装置的降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷的方法为：气动气缸7工作，第二推杆与软质贴附体6相接触，然后推动杆3工作，将填充微粒1压紧多曲率表面叠层结构材料体5，对多曲率表面叠层结构材料体5提供向上的支撑力，然后开启切削器4，对多曲率表面叠层结构材料体5进行切削，实现低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷的目的。
实施例1
采用上述方法进行制孔时，当钻削制孔主轴转速为3000rpm时，进给量为810mm/r，其未采取本发明的方法时制孔分层因子为1.57；当采取本发明的方法时，其制孔的分层因子为1.14，说明制孔效果大大提升了，也证实了本发明方案的实用性。
Claims (3)
1.降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置，其特征在于，包括外围壳体(2)、软质贴附体(6)、填充微粒(1)以及推动杆(3)；
其中，软质贴附体(6)贴附于多曲率表面复合材料构件(5)下表面，外围壳体(2)设置在软质贴附体(6)下表面；
气缸(7)穿过外围壳体(2)与软质贴附体(6)接触；推动杆(3)包括第一推杆(14)和设置在第一推杆(14)顶端的推杆底板(13)，推动底板(13)设置在外围壳体(2)内，底板(13)、外围壳体(2)、软质贴附体(6)与曲率表面复合材料构件(5)下表面形成密闭空腔，空腔内填充有填充微粒(1)；
外围壳体(2)包括顶面开口的圆柱状外壳，外壳内壁设置有环状腔体(11)，外壳底面中心开设有第一圆孔，环状腔体(11)的底面周向均匀开设有若干第二圆孔(8)；
气缸(7)包括第一气道(15)、第二气道(16)以及第二推杆(17)，第二推杆(17)，第二推杆(17)上设置有气缸体，气缸体上开设有第一气道(15)和第二气道(16)；第二推杆(17)穿过第二圆孔(8)，伸入到环状腔体(11)内；
软质贴附体(6)包括圆环，圆环内壁上设置有环状凸起；圆环的上表面为第一软质贴附体表面(19)；
外围壳体(2)的内表面为第三接触面(12)；环状凸起与外围壳体(2)的第三接触面(12)相接触；
当第二推杆(17)下行时，第二推杆(17)的气缸推杆底面(18)与第一软质贴附体表面(19)相接触。
2.根据权利要求1所述的降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷装置，其特征在于，多曲率表面叠层结构材料体(5)上方设置有切削器(4)。
3.一种基于权利要求1所述装置的降低多曲率表面叠层结构材料体分层损伤缺陷方法，其特征在于，气动气缸(7)工作，第二推杆(17)与软质贴附体(6)相接触，然后推动杆(3)工作，将填充微粒(1)压紧多曲率表面叠层结构材料体(5)，对多曲率表面叠层结构材料体(5)提供向上的支撑力，最后对多曲率表面叠层结构材料体(5)进行切削。
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