CN116394008A - 一种复合材料零件原位铣切装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料零件原位铣切装置及使用方法，装置包括模具本体和辅助压紧结构；模具本体上设置倒梯形连接固定区和铣切退刀槽；辅助压紧结构包括钩型压块以及与压块配套的外六方螺栓和螺纹钢衬套；倒梯形连接固定区内铺贴碳纤维预浸料，铣切退刀槽内填充可加工材料。本发明通过在复材制件成型模具上设置倒梯形连接固定区、铣切退刀槽以及辅助压紧结构，以保证模具表面的平整性、气密性以及局部可加工性，实现复材零件成型模具的铺贴成型和铣切装夹双重用途，节约专用铣切夹具，降低制造成本，避免零件二次装夹定位，提高零件加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制造技术中的热压成型领域和机械加工领域，具体涉及一种复合材料零件原位铣切装置及使用方法。
背景技术
随着复合材料制造技术的不断进步，复合材料制件逐渐成为了飞机翼面、机身等部位的主要结构件，而且由于复材制件的尺寸厚度越来越大，精度要求越来越高，装配需求越来越多，产品的高质量、高效率、低成本机械加工技术已经成为了复合材料制造技术迫切需要解决的问题。鉴于目前复材制件最主流的成型方法为热压成型法，故而成型模具是不可或缺的，因此复材制件成型模具与铣切夹具的合用技术正可作为解决该问题的主要技术途径之一。成型模具的结构设计作为成型铣切合用技术中的关键，其设计理念直接影响产品最终的加工质量、加工效率以及制造成本。
传统的复材制件数控铣切主要借助专用铣切夹具实现零件的快速定位装夹固定，零件在成型模具上铺贴固化后，借助其上的附属装置制出数控铣切定位孔，脱模后再通过数控铣切定位孔与铣切夹具进行二次定位，但如此便引入了零件的二次定位误差，降低了零件的加工精度，且需要单独投制一套专用铣切夹具，成本高，周期长。可用于铣切装夹的复材制件成型模具则能够实现不脱模状态下的零件原位铣切，通过对成型模具进行结构设计改进，达到成型铣切共用的目的，避免了零件的二次定位误差，降低了制造成本，提高了零件加工精度和加工质量。
作为成型模具使用时，需将零件四周余量延伸至型板连接固定区碳纤维表面所覆盖的胶膜上，同时需在模具型板铣切退刀槽内填入环氧树脂，保证模具表面的平整性和气密性；作为铣切夹具使用时，需利用零件四周余量与模具型板在连接固定区的全方位零间隙胶接固定状态，完成零件上表面牺牲层型面的数控铣切，随后数控钻制外六方螺栓通过孔，安装辅助压紧结构，再进行零件四周外形轮廓的数控铣切，进行轮廓铣切时刀具在固态环氧树脂内切割，保证零件余量边能够切断且不损伤模具型板金属基体、加工刀具和数控机床，零件底面与模具型板表面完全贴合，能够有效避免零件底面出现铣切分层风险。
发明内容
本发明的目的在于降低现有技术的实施成本，提供一种复合材料零件原位铣切装置及使用方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种复合材料零件原位铣切装置，包括模具本体和辅助压紧结构；模具本体包括型板和框架，型板上的零件余量区设置倒梯形连接固定区和铣切退刀槽；倒梯形连接固定区内铺贴碳纤维预浸料，固化后将其打磨至与模具型板表面光滑过渡；铣切退刀槽内填充可加工材料，填充区与模具型板表面光滑过渡无阶差；固化后的倒梯形连接固定区碳纤维上钻制螺纹钢衬套压紧孔；辅助压紧结构包括钩型压块以及与钩型压块配套的外六方螺栓和螺纹钢衬套。
作为优选方式，倒梯形连接固定区呈封闭回路分布在模具型板上，环绕铣切退刀槽，倒梯形连接固定区的内边界与铣切退刀槽外边界间距不小于钩型压块中心到钩型压块前端压紧点的距离。
作为优选方式，铣切退刀槽呈封闭回路沿零件轮廓分布在模具型板上。
作为优选方式，铣切退刀槽内填充的可加工材料为环氧树脂。
作为优选方式，钩型压块前后端高度相等。
作为优选方式，倒梯形连接固定区上底边外边界距离零件铺贴余量边界不小于5mm，下底边宽度不小于上底边宽度的2/3，深度不大于模具型板厚度的2/3。
作为优选方式，辅助压紧结构沿零件四周等间距设置，螺纹钢衬套上表面低于连接固定区碳纤维上表面。
一种复合材料零件原位铣切装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：在模具型板倒梯形连接固定区内铺贴碳纤维预浸料，高温固化后打磨碳纤维上表面，使其表面与模具型板表面光滑过渡；
步骤2：在模具型板倒梯形连接固定区碳纤维上钻制螺纹钢衬套压紧孔，安装螺纹钢衬套；
步骤3：在模具铣切退刀槽内填充环氧树脂，常温固化后打磨环氧树脂上表面，使其表面与模具型板表面光滑过渡无阶差；
步骤4：在模具型板倒梯形连接固定区的碳纤维表面上铺贴一层胶膜，然后进行零件主材料铺贴，主材料铺贴余量完全覆盖胶膜且超出倒梯形连接固定区外边界不小于5mm；
步骤5：将模具作为铣切夹具进行零件上表面牺牲层的数控铣切，完成后数控钻制外六方螺栓通过孔，安装辅助压紧结构，再进行零件四周外形轮廓的数控铣切；
步骤6：手工切除压紧耳片后取下铣切完的零件，然后通过数控铣切去除模具型板倒梯形连接固定区上的零件余量和铣切退刀槽内的残余填充物，按照步骤3-步骤5进行下一件产品的制造，直至整批零件制造完成。
本发明的有益效果是：
本发明通过对复材制件成型模具进行结构设计改进,实现复材制件成型模具的铺贴成型和铣切装夹双重用途，从而达到节约专用铣切夹具，降低制造成本以及提高产品加工精度和加工质量的目的。
1.在成型模具型板上增设倒梯形连接固定区，并在连接固定区内铺贴碳纤维预浸料，固化后打磨平整，通过胶膜将零件铺贴余量与型板倒梯形连接固定区采用共胶接的工艺方法固化在一起，实现零件在模具上的固定夹紧，且能够保证零件边缘区域与模具型板无间隙贴合，提高了零件边缘区域牺牲层型面的加工精度；
2.在成型模具型板上增设铣切退刀槽，槽内填充环氧树脂类可加工材料，固化后打磨平整，在保证模具气密性的同时，使得零件进行边缘铣切时能够切断零件余量边且不损伤模具型板金属基体和复材专用加工刀具；铣切退刀槽内的可加工材料与零件底面在边缘处紧密贴合，起到了底部支撑作用，有效的预防了零件边缘铣切分层风险和加工毛刺缺陷；进行边缘铣切时，零件本体与余量边发生了分离，增加辅助压紧结构则能够有效保证边缘铣切时零件依然处于固定夹紧状态；
3.将成型模具作为铣切夹具使用，避免了零件脱模后与专用铣切夹具装夹定位产生的二次定位误差，有效提高了零件整体的加工精度，节约了专用铣切夹具带来的制造成本；
4.零件加工完毕后数控铣切去除模具型板倒梯形连接固定区上的零件余量，并在铣切退刀槽内重新填充可加工材料，固化后打磨平整，即可重新进行下一件零件的制造，工装二次准备的周期短、成本低。
附图说明
图1为本发明使用示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为模具本体示意图；
图4为辅助压紧结构示意图；
图中编号说明，1-型板，2-碳纤维，3-环氧树脂，4-辅助压紧结构，5-倒梯形连接固定区，6-铣切退刀槽，7-钩型压块，8-外六方螺栓,9-螺纹钢衬套。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1-4所示，一种复合材料零件原位铣切装置，包括模具本体和辅助压紧结构4；模具本体包括型板1和框架，型板1上的零件余量区设置倒梯形连接固定区5和铣切退刀槽6；倒梯形连接固定区5内铺贴碳纤维预浸料，固化后将其打磨至与模具型板1表面光滑过渡；铣切退刀槽6内填充可加工材料，填充区与模具型板1表面光滑过渡无阶差；固化后的倒梯形连接固定区5碳纤维2上钻制螺纹钢衬套压紧孔；辅助压紧结构4包括钩型压块7以及与钩型压块配套的外六方螺栓8和螺纹钢衬套9。
倒梯形连接固定区5呈封闭回路分布在模具型板1上，环绕铣切退刀槽6，倒梯形连接固定区5的内边界与铣切退刀槽6外边界间距不小于钩型压块中心到钩型压块前端压紧点的距离。
铣切退刀槽6呈封闭回路沿零件轮廓分布在模具型板1上。
铣切退刀槽6内填充的可加工材料可选环氧树脂。
钩型压块7前后端高度相等。
倒梯形连接固定区5上底边外边界距离零件铺贴余量边界不小于5mm，下底边宽度不小于上底边宽度的2/3，深度不大于模具型板1厚度的2/3。
辅助压紧结构4沿零件四周等间距设置，螺纹钢衬套9上表面低于连接固定区碳纤维2上表面。
一种复合材料零件原位铣切装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：在模具型板1倒梯形连接固定区5内铺贴碳纤维预浸料，高温固化后打磨碳纤维2上表面，使其表面与模具型板1表面光滑过渡；
步骤2：在模具型板倒梯形连接固定区5碳纤维2上钻制螺纹钢衬套压紧孔，安装螺纹钢衬套9；
步骤3：在模具铣切退刀槽6内填充环氧树脂，常温固化后打磨环氧树脂上表面，使其表面与模具型板1表面光滑过渡无阶差；
步骤4：在模具型板倒梯形连接固定区5的碳纤维2表面上铺贴一层胶膜，然后进行零件主材料铺贴，主材料铺贴余量完全覆盖胶膜且超出倒梯形连接固定区5外边界不小于5mm；
步骤5：将模具作为铣切夹具进行零件上表面牺牲层型面的数控铣切，完成后数控钻制外六方螺栓通过孔，安装辅助压紧结构，再进行零件四周外形轮廓的数控铣切；
步骤6：手工切除压紧耳片后取下铣切完的零件，然后通过数控铣切去除模具型板倒梯形连接固定区5上的零件余量和铣切退刀槽6内的残余填充物，按照步骤3-步骤5进行下一件产品的制造，直至整批零件制造完成。
本发明在保证复材制件成型模具铺贴固化用途的基础上，改进结构设计，使其同时具备铣切装夹的能力，节约专用铣切夹具，降低制造成本，提高零件加工精度和加工质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：包括模具本体和辅助压紧结构；模具本体包括型板和框架，型板上的零件余量区设置倒梯形连接固定区和铣切退刀槽；倒梯形连接固定区内铺贴碳纤维预浸料，固化后将其打磨至与模具型板表面光滑过渡；铣切退刀槽内填充可加工材料，填充区与模具型板表面光滑过渡无阶差；固化后的倒梯形连接固定区碳纤维上钻制螺纹钢衬套压紧孔；辅助压紧结构包括钩型压块以及与钩型压块配套的外六方螺栓和螺纹钢衬套。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：倒梯形连接固定区呈封闭回路分布在模具型板上，环绕铣切退刀槽，倒梯形连接固定区的内边界与铣切退刀槽外边界间距不小于钩型压块中心到钩型压块前端压紧点的距离。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：铣切退刀槽呈封闭回路沿零件轮廓分布在模具型板上。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：铣切退刀槽内填充的可加工材料为环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：钩型压块前后端高度相等。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：倒梯形连接固定区上底边外边界距离零件铺贴余量边界不小于5mm，下底边宽度不小于上底边宽度的2/3，深度不大于模具型板厚度的2/3。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料零件原位铣切装置，其特征在于：辅助压紧结构沿零件四周等间距设置，螺纹钢衬套上表面低于连接固定区碳纤维上表面。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种复合材料零件原位铣切装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在模具型板倒梯形连接固定区内铺贴碳纤维预浸料，高温固化后打磨碳纤维上表面，使其表面与模具型板表面光滑过渡；
步骤2：在模具型板倒梯形连接固定区碳纤维上钻制螺纹钢衬套压紧孔，安装螺纹钢衬套；
步骤3：在模具铣切退刀槽内填充环氧树脂，常温固化后打磨环氧树脂上表面，使其表面与模具型板表面光滑过渡无阶差；
步骤4：在模具型板倒梯形连接固定区的碳纤维表面上铺贴一层胶膜，然后进行零件主材料铺贴，主材料铺贴余量完全覆盖胶膜且超出倒梯形连接固定区外边界不小于5mm；
步骤5：将模具作为铣切夹具进行零件上表面牺牲层型面的数控铣切，完成后数控钻制外六方螺栓通过孔，安装辅助压紧结构，再进行零件四周外形轮廓的数控铣切；
步骤6：手工切除压紧耳片后取下铣切完的零件，然后通过数控铣切去除模具型板倒梯形连接固定区上的零件余量和铣切退刀槽内的残余填充物，按照步骤3-步骤5进行下一件产品的制造，直至整批零件制造完成。
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