本发明涉及一种陶瓷材料预压应力钻削装置及方法，特别是一种预压应力钻削装置及钻削方法。
背景技术：
工程陶瓷呈高脆性，钻孔时在钻削力的作用下，在孔的入口和出口处容易产生大的裂纹，严重时甚至产生崩豁。开始钻削陶瓷材料时，钻头对陶瓷表面的冲击使得材料表面出现微裂纹，随着钻削加工的继续，钻头对接触表面周围的材料施加了很大的挤压剪切作用，由于陶瓷材料的脆性对载荷非常敏感，微细裂纹尖端会产生很大的应力集中，应力集中的能量又不能由塑性变形释放，故微裂纹迅速向周围扩展，当裂纹扩展至陶瓷材料自由表面时，就导致入口处周围材料的破裂。在孔的钻出阶段，底部的未钻削陶瓷材料薄圆环与已加工表面的的最后分离不是由于正常磨削，而是由于钻头的挤压剪切作用所引起的拉伸破坏所致。若钻头的轴向力很大，则拉应力较大，会使出口处的材料崩豁非常严重，甚至使整个陶瓷块底面破裂。
对于陶瓷复合构件，各层间是用树脂粘结复合，层间连接强度很低，加工中在钻头的钻削力和冷却液的浸泡作用下，相对较薄的铝合金和纤维复合材料层容易发生变形和退让，因此还会产生孔口处材料分层和隆起。在出口处，由于底层材料在钻头的挤压剪切作用下处于较大的拉伸应力状态，层间分层和铝合金面板的隆起现象尤其严重。另外，铝合金的塑性很强，孔口处会有残留的铝合金毛刺；孔壁还会出现纤维抽丝、拉毛等现象。上述加工缺陷是复合构件应力集中、龟裂和吸湿的根源，影响了孔的连接强度及复合构件的使用性能，必须加以解决。
文献1:韩荣第，王扬，张文生.现代机械加工新技术.北京:电子工业出版社，2003。提出改善复合构件(纤维复合材料、陶瓷材料)加工性能的预压应力钻削原理。由于复合构件的拉伸强度相对较低，在钻削力的作用下容易导致材料的拉伸破坏。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于提供一种预压应力钻削装置，从而改善其加工性能，提高加工质量，减少甚至避免加工缺陷。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种预压应力钻削装置，包括下压板、上压板、上垫板、下垫板，所述上垫板、下垫板分别位于待钻件上侧和下侧，所述上压板位于上垫板上侧，所述下压板位于下垫板下侧。
优选地，所述上垫板为普通瓷砖或硬塑料板。
优选地，所述下垫板为普通瓷砖或硬塑料板。
优选地，所述上垫板、下垫板厚度相同
优选地，所述上垫板、下垫板的厚度均为3mm。
优选地，所述下压板、上压板厚度相同。
优选地，所述下压板、上压板的厚度范围为3—10mm。
本发明还提供了一种预压应力钻削方法，包括以下步骤：
步骤1、将上垫板、下垫板分别装夹在待钻件上侧和下侧；
步骤2、将上压板装夹在上垫板上侧，将下压板装夹在下垫板下侧；
步骤3、对待钻件施加预压力进行加紧；
步骤4、对待钻件进行钻削加工。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)通过夹具装夹上、下垫板从而实现预压应力钻削加工，从而改善其加工性能；(2)上垫板改善陶瓷复合构件钻入条件，同时减缓钻头冲击；(3)下垫板改善陶瓷复合构件钻出条件，从而减少加工缺陷并提高加工质量。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明的一种预压应力钻削装置结构图。
具体实施方式
一种预压应力钻削装置，包括下压板4、上压板1、上垫板2、下垫板3，所述上垫板2、下垫板3分别位于待钻件上侧和下侧，所述上压板1位于上垫板2上侧，所述下压板4位于下垫板3下侧。通过下压板4以及上压板1装夹上垫板2、下垫板3，钻头向下钻时从上向下给陶瓷复合构件施加预压力。
结合图1，本发明的预压应力钻削装置优先适用于陶瓷复合构件的钻削，但仍然能够适用于工程陶瓷、纤维复合材料以及其他类似结构和组份材料的轻质复合构件的钻削。
本发明的预压应力钻削装置的作用主要体现在以下几个方面：(1)提高了复合构件各层间的连接强度及钻削区材料的刚度，改善了其钻削加工性能。特别是上垫板2、下垫板3极大地改善了复合构件的钻入、钻出条件，有效地防止了孔口处的层间分层及外层材料隆起。(2)增强了孔口处纤维复合材料中纤维和基体的粘接强度，减轻了纤维的回弹和退让，从而更为有效地实现刀具对纤维的快速切断，并防止孔壁纤维拔出、拉毛。(3)施加的预压应力平衡了陶瓷加工中产生的拉伸应力，减少甚至避免了陶瓷材料出、入口处的裂纹及崩豁；上垫板2还减缓了钻头开始钻削时对陶瓷材料的冲击，较大程度地减少了入口处裂纹的出现。
进一步的实施例中，上垫板2为普通瓷砖或硬塑料板。
进一步的实施例中，下垫板3为普通瓷砖或硬塑料板。
进一步的实施例中，所述上垫板2、下垫板3厚度相同。
进一步的实施例中，上垫板2、下垫板3的厚度为3mm。
进一步的实施例中，所述下压板4、上压板1厚度相同。
进一步的实施例中，所述下压板4、上压板1的厚度范围为3—10mm。
本发明的原理是：通过上压板和下压板装夹上垫板、下垫板实现给陶瓷复合构件施加预压力。
一种预压应力钻削方法，包括以下步骤：
步骤1、将上垫板2、下垫板3分别装夹在待钻件上侧和下侧；
步骤2、将上压板1装夹在上垫板2上侧，将下压板4装夹在下垫板3下侧；
步骤3、对待钻件施加预压力进行加紧；
步骤4、对待钻件进行钻削加工。
步骤1中上压板1、下压板4装夹上垫板2、下垫板3实现待钻复合构件的预压应力钻削加工，改善了其加工性能。上垫板2改善待钻复合构件钻入条件，同时减缓钻头冲击，下垫板3改善陶瓷复合构件钻出条件。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种预压应力钻削装置，，包括下压板4、上压板1、上垫板2、下垫板3，所述上垫板2、下垫板3分别位于待钻件上侧和下侧，所述上压板1位于上垫板2上侧，所述下压板4位于下垫板3下侧。上垫板2、下垫板3均为普通瓷砖，厚度为3mm。通过上压板1、下压板4装夹上垫板2、下垫板3从而给陶瓷复合构件施加预压力。
实施例2
一种预压应力钻削方法，包括以下步骤：
步骤1、将上垫板2、下垫板3分别装夹在待钻件上侧和下侧，其中，上垫板2、下垫板3均为普通瓷砖，厚度均为3mm，上压板1、下压板4厚度均为6mm；
步骤2、将上压板1装夹在上垫板2上侧，将下压板4装夹在下垫板3下侧；
步骤3、对待钻件从上向下施加预压力进行加紧；
步骤4、对待钻件进行钻削加工。