SE500139C2 - Metod att bearbeta och forma en genomgående öppning i ett fiberarmerat kompositmaterial med ett slipverktyg - Google Patents

Description

01 C.) 10 15 20 25 30 35 CD __). fr! M9 2 vanlig fogmetod är bultförband, där lasten överförs via antingen skjuv- eller draglaster i bulten. Hâllfastheten hos ett bultförband påverkas i hög grad av hëlens kvalitet och precision. Vid framställning av hål i polymera kompo- sitmaterial kan tre problemområden särskilt nämnas: Låg interlaminär hàllfasthet.

Vid bearbetning av laminerade kompositmaterial finns risk att skikten separerar (delaminerar) pga låg interlaminär hållfasthet. Omfattande delamineringsskador kan äventyra hållfastheten hos laminatet.

Låg temperaturbeständighet hos vissa termoplaster.

Värmeutvecklingen vid bearbetning kan förorsaka, att matrisen.mjuknar och sätter igen verktyget, vilket omöjlig- gör vidare bearbetning. För att uppnå god hålkvalitet krävs av verktyg/hålkant samt att därför effektiv kylning avverkat material (spànor, flisor, slipdamm) avlägsnas kontinuerligt från hålet.

God nötningsbeständighet hos fibrer.

Vid skärande bearbetning av fiberkompositer slits verktyget hårt pga fibermaterialens goda nötningsegenskaper. Detta leder till höga slitagekostnader, speciellt vid till- verkning av hål med höga precisionskrav.

De metoder som används för hâltagning i kompositlaminat är traditionellt borrning, fräsning, sågning och slipning.

Problemet med dessa hålformningsmetoder såsom de tillämpas för närvarande är, att de av olika anledningar inte är tillräckligt effektiva ur teknisk/ekonomisk synpunkt.

Ett generellt problem vid skärande bearbetning med tradi- tionella metallbaserade verktyg är höga slitagekostnader.

Vid borrning måste stor försiktighet iakttas, så att dela- 10 l5 20 25 30 35 R 01 CD ID ...Å UJ \O 3 mineringsskador undviks på såväl ingångs- sonxutgångssidan.

För erforderlig hålkvalitet krävs skär av speciella mate- rial samt utarbetande av speciella procedurer. För att undvika omfattande delamineringsskador på laminatets utgàngssida erfordras, att ett lokalt lateralt tryck anläggs runt hálets kant. Ett annat känt sätt att skydda utgångssidan från skador är, att förse laminatet med ett extra skyddsskikt.

Sågning är en direkt olämplig metod för tillverkning av hål med höga precisionskrav. Vid hàltagning genom slipning används en cylindriskt formad rörkropp vars bearbetande ände är belagd med ett nötningsbeständigt ytskikt. Hål tillverkas genom att materialytan slipas transversellt vid rotation hos slipverktyget. Metoden är långsam och ger låg precision. Ändamålet med den föreslagna uppfinningen är att eliminera bristerna och.begränsningarna med kända metoder och möjlig- göra rationell (kostnadseffektiv) tillverkning av hål med hög precision, utan att hållfasthetsnedsättande skador upp- står och därmed säkerställa en repeterbar, god hålkvalitet.

Detta ästadkommes med uppfinningen genom att det fiberarme- rade materialet orienteras så, att slipverktygets rota- tionsaxel är väsentligen ortogonal mot fibrernas längsrikt- ning vid. hálets kant, den färdiga öppningens storlek/ geometri skiljer sig signifikant jämfört med det förformade hålet, och att skärverktyget utgörs av ett slipverktyg, varvid de i samband med upptagningen av det förformade hålet skadornas/defekternas radiella utbredning definierar en undre gräns för avverkad mängd material.

I detta sammanhang bör påpekas, att hålbearbetningsmetoder vid 'vilka ett kring en rotationsaxel roterbart drivet verktyg även bringas att utföra en kretsande rörelse (dvs rotationsaxeln förskjuts, så att verktyget kan röra sig relativt hálets kant) är allmänt kända. Genom SE 173 899 avslöjas en verktygsmaskin med en kring en huvudaxel ex- LH C) 10 15 20 25 30 35 CJ .NS QH \O I * 4 centriskt roterande verktygsbârare, vid vilken avståndet mellan verktygsbäraren och huvudaxeln är inställbart. För inställning av avståndet mellan verktygsbäraren och huvud- axeln tjänar en styrdel, som tillsammans med verktygs- bäraren roterar kring huvudaxeln. Den tillsammans med verktygshållaren.roterande styrdelen är anordnad vinkelrätt mot huvudaxeln och utbildad som en kring denna i förhåll- ande till verktygshållaren vridbar kurvskiva med vars styrande kurvyta verktygshàllaren står i direkt ingrepp.

Fördelen med denna uppfinning är bl a dess avsaknad av spelrum och den platsbesparande utformningen av styrdelen.

SE 382 506 avslöjar ett roterbart drivet, kombinerat skär- verktyg för upptagning av hål i stillastående arbets- stycken, vilka hål kan förses med en konisk ingångsfasning.

Det är emellertid inte känt att en sådan metod kan användas för att forma skadefria hål i fiberarmerade material genom att slipverktygets rotationsaxel orienteras ortogonalt mot fibrernas längsriktning vid hålkanten. Den föreslagna metoden skiljer sig vidare från kända ytmodifierande hålbearbetningsmetoder därigenom, att den avverkande materialvolymen är väsentligt större. Vid hålformning genom radiell materialavverkning är den avverkande materialvoly- men proportionell mot radieändringen före och efter bearbetning. Vid traditionell ytmodifierande bearbetning är hàlkantens profildjup ett karakteristiskt mått på denna radieändring. Vid bearbetning med den föreslagna metoden definierar skadornas radiella utbredning en.undre gräns för radieskillnaden före och efter bearbetning. Denna undre gräns är i allmänhet avsevärt större än hàlkantens profil- djup. Av ovanstående förstås, att den färdigformade öpp- ningens storlek skiljer sig signifikant jämfört med det förformade hålet.

Metoden uppvisar ett flertal väsentliga fördelar jämfört med kända tekniker: Metoden medger framställning av genomgående öppningar utan 10 15 20 25 30 35 hàllfasthetssänkande skador (skador hos det förformade hålet avlägsnas genom mekanisk avverkning).

Metoden medger framställning av genomgående öppningar med snäva toleranser. Öppningens màttnoggrannhet bestäms väsentligen av noggrannheten hos slipverktygets positione- ring i öppningen. Däremot ställs inte speciellt höga krav på slipverktygets geometri, eftersom varje individ enkelt kan kalibreras före användning.

Metoden minskar risken för igensättning av slipverktyget.

Eftersom slipverktyget är väsentligt mindre än öppningen, medger metoden, att avverkat material kan avlägsnas på ett enkelt sätt, t ex med tryckluft. Vidare medger metoden effektiv kylning av slipverktyg och hàlkant.

Metoden minskar väsentligt slitagekostnaderna jämfört med kända metoder tack vare att slipverktyget kan, ges en nötningsbeständig yttre arbetsyta.

Metoden kräver ett förformat hål. Detta hål, som kan vara väsentligt mindre än den slutformade genomgående öppningen, kan tas upp enligt känd teknik. Emellertid ställs låga krav på det förformade hàlets kvalitet, varför de traditionella verktygen kan användas under en betydligt längre tid utan att kasseras/slipas om, än vad som vore fallet vid tradi- tionell användning.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare med hänvisning till bifogad ritning. Pâ denna illustrerar fig l fiberrikt- ningar hos en laminerad, fiberarmerad kompositplatta. Fig 2a visar ett förformat hål i plattan och figurerna 2b, 2c illustrerar hur en genomgående öppning formas i plattan med hjälp av ett roterbart slipverktyg.

En plan platta 1 (ett laminat) är uppbyggd av ett antal lameller 2 (skikt) med kontinuerliga fibrer, vilka lameller staplats pà varandra. Fibrerna ligger orienterade i plan UI CD 10 15 CD .-.. .S rJN I %Ö 6 parallella med laminatets plan. Fiberriktningarna (O, 90, +45 och -45 grader) visas schematiskt i fig 1. En öppning i laminatet formas genom att ett förformat cirkulârt hål 3 tas upp med traditionell metod. Härvid uppstår skador/ defekter 4 vid hàlets 3 kant. I det förformade hålet 3 positioneras ett roterbart slipverktyg 5 med en.nötningsbe- ständig yttre arbetsyta 6. Härvid orienteras laminatet så, att slipverktygets 5 rotationsaxel 7 är' ortogonal mot fibrernas längsriktningar 8, dvs avverkningen sker i plan parallella med laminatets plan. Öppningen bearbetas genom att slipverktyget 5 får dels rotera runt sin egen axel 7, dels utföra en translationsrörelse relativt öppningens kant. Vid bearbetningen avlägsnas skadorna/defekterna 4.

Den färdigformade öppningens storlek skiljer sig signifi- kant i jämförelse med det förformade hålet 3.

Claims (1)

1. 0 15 (J CD CD _.>. f N xfs: Metod att bearbeta och forma en genomgående öppning i ett fiberarmerat kompositmaterial (1) utgående från ett förfor- mat hàl (3), med en nötningsbeständig yttre arbetsyta (6) och med varvid minst ett roterbart slipverktyg (5) väsentligt mindre diameter än det förformade hålet (3) positioneras i detta och hålet (3) bearbetas och formas genom att slipverktyget (5) dels roterar runt sin egen axel (7), dels utför en translationsrörelse relativt hålets (3) kant, k ä n n e t e c k n a d edärav, att det fiberarmera- de materialet (1) orienteras så, att slipverktygets (5) rotationsaxel (7) är väsentligen ortogonal mot fibrernas längsriktning vid hàlets (3) kant, den färdiga öppningens storlek/geometri skiljer sig signifikant jämfört med det förformade hålet (3) och att slipverktyget (5) utgörs av ett verktyg, varvid de i samband med upptagningen av det förformade hålet (3) skadornas/defekternas (4) radiella utbredning definierar en undre gräns för avverkad mängd material.