[发明专利]一种蜂窝材料大切入角低损伤的加工刀具及加工方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝材料大切入角低损伤的加工刀具及加工方法，所述的加工刀具包括有齿刀盘和刀杆部件，有齿刀盘的刀齿具有主切削刃、副切削刃和侧刃。本发明采用圆盘形刀具切削加工蜂窝材料，根据理论计算确定刀具与工件孔格的位置关系，使加工过程中单层孔壁处切入角范围尽可能接近90°≤θ＜165°，有效降低表面毛刺，并利用具有正刃倾角的加工刀具，使切入点位置内移，避免缺陷扩展形成孔壁撕裂，实现蜂窝材料型面、倒角、切边的低损伤加工。本发明的加工刀具可有效切断蜂窝材料面内低刚度的复杂孔壁结构，减少表面毛刺；此外，主切削刃刃倾角有利于切入点位置内移，避免缺陷扩展形成较长孔壁撕裂。

技术领域

本发明属于蜂窝材料机械加工领域，尤其是涉及一种蜂窝材料大切入角低损伤的加工刀具及加工方法。

背景技术

蜂窝材料常作为夹芯材料与金属或复合材料蒙皮粘接固化形成夹层构件使用，因其具有轻质高强、绝缘隔热、阻燃吸振等优点，在汽车工业、航空航天等领域得到广泛应用，如直-9直升机蜂窝夹层构件多达280多个，B-58高速军用轰炸机内部结构的85％面积采用蜂窝夹层材料，C919大型民用飞机的襟翼、整流罩以及舱门等部件也大比例地利用了蜂窝夹层材料。

随着蜂窝材料应用的拓展，其加工需求也越来越多，如制孔、切边及曲面加工等。但受限于面内低刚度的结构特点，以及基体材料较差的切削加工性，工件表面频繁出现毛刺、撕裂等加工缺陷，进而严重影响蜂窝夹层构件的性能和寿命，制约了蜂窝材料的发展与应用。目前，受金属切削理论的影响，针对蜂窝材料的切削加工也多从宏观角度考虑，致使蜂窝材料切削加工的质量问题难以解决，而只有从蜂窝材料细观结构入手，才能揭示蜂窝材料的加工机理，进而实现蜂窝材料的低损伤加工。

在现有文献资料及专利检索中，尚未发现针对蜂窝材料低损伤加工方法的研究，且蜂窝材料刀具的研究主要集中在排屑和散热方面，缺乏低损伤加工刀具的相应研究。中航飞机股份有限公司西安飞机分公司开发了一种蜂窝芯加工的方法(CN 104001973 A)，其本质是利用聚乙二醇填充蜂窝孔格以实现较好的加工质量，此方法通过改变固持方法增强材料刚度，由于填充物加工后不易去除且可能影响材料性能，具有一定的使用局限性。此外，大连理工大学开发的一种金属蜂窝工件冰固持加工方法(CN 105171460 A)以及上海交通大学开发的一种用于蜂窝芯材料加工的制冷夹持装置及方法(CN 105737433 A)，将填充物换成了冰，同样通过改变固持方法增强材料刚度，存在相同的使用局限性问题。昌河飞机工业(集团)有限责任公司开发了一种纸基蜂窝零件数控加工方法(CN 104668925 A)，主要针对蜂窝零件正反面加工定位问题以及整体轨迹规划问题，未对细观切削过程与表面质量关系进行考量和控制。哈尔滨飞机工业集团有限责任公司开发了一种蜂窝铣削刀具(CN202137435 U)，解决了蜂窝加工过程的排屑问题。成都飞机工业(集团)有限责任公司开发了一种组合式蜂窝专用铣刀(CN 103203492 A)，主要解决了蜂窝加工中组合铣刀上下两部分连接不可靠的问题。沈阳西子航空产业有限公司开发了一种具有冷却功能的蜂窝加工刀具(CN 204221865 U)，利用在刀体上开斜孔的方法，通过刀具旋转实现吹气或吸气现象，旨在加快散热或排屑。因此，如何实现蜂窝材料低损伤加工仍是企业亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术仍无法实现蜂窝材料低损伤加工的现状，本发明要提出一种蜂窝材料大切入角低损伤的加工刀具及加工方法。

本发明的技术思路如下：

蜂窝材料为周期性多孔结构材料。其中，每个孔格相对的两边与其他孔格相连形成双层孔壁，其余四边为单层孔壁，单层孔壁刚度相对较低，在切削加工过程中产生的缺陷最严重。蜂窝材料的结构参数包括孔壁转角双层孔壁长度a、单层孔壁长度b以及单层孔壁厚度t，通常采用金属箔或芳纶纸等薄层材料制成。