一种航空非金属材料预制裂纹的加工装置和方法与流程

1.本发明涉及航空发动机材料性能试样加工领域，具体涉及一种航空非金属材料预制裂纹的加工装置和方法。


背景技术：

2.裂纹扩展试样是脆性材料力学性能研究的一个重要载体，而预制裂纹加工质量好坏直接影响性能测试数据的准确性。金属材料因具备导电特性，常采用线切割方式加工预制裂纹。相比金属材料，非金属材料具备强度低、韧性差等特点，加工过程中容易产生脆性破坏，表面易出现龟裂现象，且大部分非金属材料不导电，因而无法采用金属材料裂纹预制的电加工方式。
3.现有文献和专利中，马德隆等人在《陶瓷薄基板材料裂纹预制与断裂韧性评价》一文中采用应变诱导法预制裂纹，但仅适用于薄脆材料；专利申请号cn104535386a中采用调节螺杆带动刀片挤压成型非金属材料预制裂纹，加工效率低，易崩边，且尺寸一致性不够。
4.为解决上述问题，提高加工效率，降低预制裂纹加工质量对材料性能测试数据的影响，本专利提供一种新的预制裂纹加工方法，用于航空非金属材料试验用裂纹扩展试样的加工。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种航空非金属材料裂纹扩展试样预制裂纹的加工装置，该装置结构简单，通用性强，加工裂纹过程中无需测量加以控制，极大提高了加工效率。
6.本发明的另一目的在于提供一种航空非金属材料裂纹扩展试样预制裂纹的加工方法，最大程度降低对航空非金属材料裂纹扩展测试数据的影响，高质量支撑航空用非金属材料及产品研制。
7.为达上述目的，本发明提供技术方案如下：
8.一种航空非金属材料预制裂纹的加工装置，包括专用t型锯、装夹定位夹具，所述专用t型锯包括手柄(1)、t型锯条(2)；所述装夹定位夹具包括尺寸精度定位轴套(4)和基准定位回形块(8)，所述基准定位回形块(8)左右两面贯通用于设置试样(10)，前后面上与试样(10)相对位置设置有圆形孔(12)和预制槽缝(6)，所述试样(10)穿设在基准定位回形块(8)左右两面，且试样(10)上圆形通孔(11)与基准定位回形块(8)上圆形孔(12)位置重合，所述尺寸精度定位轴套(4)横穿在基准定位回形块(8)的圆形孔(12)和试样(10)的圆形通孔(11)上，且中心设有菱形通孔并在其下相连开有竖直槽缝，引导t型锯条竖向移动；所述专用t型锯条(2)穿过尺寸精度定位轴套(4)中心的菱形通孔，并沿尺寸精度定位轴套(4)上的竖直槽缝和基准定位回形块(8)上的预制槽缝(6)在试样(10)上加工出预制裂纹。
9.优选的，所述尺寸精度定位轴套(4)外圆内方，中心的通孔为菱形通孔，菱形通孔中心正下方加工有一竖直槽缝，且外圆两侧设有平行于槽缝的卡槽；菱形通孔比t型锯条(2)宽0.2mm以上，槽缝宽为0.18～0.2mm，引导t型锯条(2)竖向移动；尺寸精度定位轴套(4)
外径较试样(10)上圆形通孔(11)直径小0.01mm～0.02mm。
10.优选的，所述专用t型锯还包括压紧螺钉(3)，所述手柄(1)中心加工有孔槽，顶侧加工有螺纹孔，t型锯条(2)锯把插入手柄(1)孔槽中，旋紧手柄(1)顶侧螺纹孔处压紧螺栓(3)将t型锯条(2)与手柄(1)紧固在一起。
11.优选的，所述t型锯条(2)上部分为半圆形，下部分为锯齿，锯齿呈三角形，锯齿处高度比试样(10)上要求预制裂纹要求长度名义尺寸一致，锯齿厚度比试样(10)上要求预制裂纹窄0.02mm～0.03mm。
12.优选的，所述装夹定位夹具还包括呈u型的轴套限位挡片(5)，所述轴套限位挡片(5)过盈装配在尺寸精度定位轴套(4)上的外圆卡槽处，限制尺寸精度定位轴套(4)穿过基准定位回形块(8)的圆形孔(12)；轴套限位挡片(5)外圆上两侧平直，且与尺寸精度定位轴套(4)上的竖直槽缝平行。
13.优选的，所述基准定位回形块(8)前后面上设置的凸台(13)；所述轴套限位挡片(5)外圆上一侧平直段靠在凸台(13)侧面，使得尺寸精度定位轴套(4)上的竖直槽缝与基准定位回形块(8)上的预制槽缝(6)位置重合。
14.优选的，基准定位回形块(8)两大面上加工有圆形孔(12)、预制槽缝(6)、凸台(13)，圆形孔(12)直径较尺寸精度定位轴套(4)外径大0.02mm～0.03mm，预制槽缝(6)比t型锯条(2)宽0.01mm～0.02mm，凸台(13)上靠近圆形孔(12)的一侧与预制槽缝(6)平行；内部为矩形型腔，该矩形型腔内壁两垂直面定位试样(10)，使得基准定位回形块(8)两大面上圆形孔与试样(10)上通孔的高度一致。
15.优选的，所述基准定位回形块(8)顶侧有一螺纹通孔和锁紧螺栓(7)，设置一l形垫片(9)放置在试样(10)上侧面，所述锁紧螺栓(7)通过基准定位回形块(8)顶侧螺纹通孔压紧l形垫片(9)以固定试样(10)，l形垫片(9)保护试样(10)表面不被锁紧螺栓(7)旋转压紧划伤。
16.优选的，所述试样(10)具体为矩形板材裂纹扩展试样，在加工中心上完成四周外形及中心处圆形通孔(11)加工，圆形通孔(11)两侧需对称加工宽0.2mm以下的预制裂纹，材质包括有机玻璃、碳纤维复材航空用非金属材料。
17.一种航空非金属材料预制裂纹的加工方法，选用如上中任一所述加工装置，所述t型锯条(2)穿过圆形孔(12)和圆形通孔(11)沿竖直槽缝和预制槽缝(6)在试样(10)上加工出槽缝：将所述t型锯条(2)锯齿预先卡入预制槽缝(6)中，用手往复推动手柄(1)并向下施力，t型锯条(2)在预制槽缝(6)中往复切削试样(10)，同时沿着预制槽缝(6)向下移动，直至t型锯条(2)半圆形底部接触尺寸精度定位轴套(4)，拉取出t型锯条(2)，试样(10)上圆形通孔(11)一侧加工出固定宽度和长度的预制裂纹。
18.优选的：所述预制裂纹宽度可为0.1mm～0.18mm，裂纹长度0.1mm～5mm，同所述t型锯条(2)所加工出的预制裂纹一致性好，裂纹宽度、长度尺寸的差异性≤0.02mm。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.1、本发明操作简单、通用性强，预制裂纹尺寸均可通过t型锯条保证，加工过程中无需测量加以控制，加工效率高。
21.2、本发明非常适合批量化加工预制裂纹，所加工裂纹尺寸一致性高，质量稳定，对试样力学性能测试结果准确表征具有重要意义。
22.3、本发明t型锯条不易磨损钝化且切削抗力小，预制裂纹加工后不存在崩边等现象，试样加工合格率得以显著提高。
23.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
24.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
25.图1为本发明加工后裂纹扩展试样的结构示意图；
26.图2为本发明专用t型锯的结构示意图；
27.图3为本发明装夹定位夹具的结构示意图；
28.图4为本发明的整体结构示意图；
29.图5为本发明基准定位回形块的结构示意图。
30.图中：1-手柄，2-t型锯条，3-压紧螺钉，4-尺寸精度定位轴套，5-轴套限位挡片，6-预制槽缝，7-锁紧螺栓，8-基准定位回形块，9-l形垫片，10-试样，11-圆形通孔，12-圆形孔，13-凸台
具体实施方式
31.现在对照参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
32.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
33.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
34.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.下面首先结合附图具体描述本发明实施例：
37.实施例
38.如图1所示，裂纹扩展试样10结构为矩形，大面中心为圆形通孔11，圆形通孔11两侧加工出对称长度的预制裂纹，材料为树脂基复合材料。
39.如图2所示，该种航空非金属材料预制裂纹加工方法所用自主设计并制造专用t型锯由手柄1、t型锯条2、压紧螺钉3组成。所述手柄1中心加工有孔槽，顶侧加工有螺纹孔，t型锯条2锯把插入手柄1孔槽中，旋紧手柄1顶侧螺纹孔处压紧螺栓3将t型锯条2与手柄1紧固在一起。所述t型锯条2锯齿为特制三角形，上部分为半圆形，下部分为锯齿，锯齿深度比裂纹扩展试样10上要求预制裂纹要求长度名义尺寸一致，锯齿宽度比裂纹扩展试样10上要求预制裂纹窄0.02mm～0.03mm。
40.如图3所示，该种航空非金属材料预制裂纹加工方法中，裂纹扩展试样的装夹定位夹具具体包括尺寸精度定位轴套4、轴套限位挡片5、基准定位回形块8、l形垫片9、锁紧螺栓7。所述尺寸精度定位轴套4中心为菱形通孔，菱形通孔中心正下方加工有一竖直槽缝，且外圆两侧设有平行于槽缝的卡槽；菱形通孔比t型锯条2宽0.2mm以上，槽缝宽0.18～0.2mm；尺寸精度定位轴套4外径较试样10上圆形通孔11直径小0.01mm～0.02mm。如图5所示，所述基准定位回形块8两大面上加工有圆形孔12、预制槽缝6、凸台13，圆形孔12直径较尺寸精度定位轴套4外径大0.02mm～0.03mm，预制槽缝6比t型锯条2宽0.01mm～0.02mm，凸台13上靠近圆形孔12的一侧与预制槽缝6平行；基准定位回形块8顶侧有一螺纹通孔，内部为矩形型腔。所述轴套限位挡片5呈u型，过盈装配在尺寸精度定位轴套4上的外圆卡槽处，限制尺寸精度定位轴套4穿过基准定位回形块8；轴套限位挡片5外圆上两侧平直，且与尺寸精度定位轴套4上槽缝平行。所述轴套限位挡片5外圆上一侧平直段紧靠于凸台13侧面，使得尺寸精度定位轴套4上的槽缝与基准定位回形块8上的槽缝6重合。所述l形垫片9放置在试样10上侧面，锁紧螺栓7通过基准定位回形块8顶侧螺纹通孔压紧l形垫片9，从而固定试样10，l形垫片9可保护试样10表面不被锁紧螺栓7旋转压紧划伤。
41.如图4所示，本发明操作方法如下：
42.将裂纹扩展试样10穿入基准定位回形块8矩形型腔，试样10一侧大面及长侧面紧靠在矩形型腔内壁两垂直面上，粗对准试样10上圆形通孔11与基准定位回形块8上圆形孔12；随后将装有轴套限位挡片5的尺寸精度定位轴套4穿过圆形通孔11和圆形孔12，轴套限位挡片5紧靠基准定位回形块8大面及凸台13一侧，使得尺寸精度定位轴套4的槽缝与预制槽缝6重合，旋转锁紧螺栓7固定试样。手持手柄1将t型锯条3锯齿插入预制槽缝6中，用手往复推动手柄1并向下施力，t型锯条2在预制槽缝6中往复运动以切削试样10，同时受外力作用沿着预制槽缝6向下移动，直至t型锯条2半圆形底部接触尺寸精度定位轴套4，拉取出t型锯条2，即可在圆形通孔11一侧宽度方向形成与t型锯条2尺寸对应的预制裂纹。
43.待该侧预制裂纹加工完成后，拔出t型锯条2与尺寸精度定位轴套4，松开锁紧螺栓7，取出裂纹扩展试样10，将裂纹扩展试样10翻转使得已完成预制裂纹侧朝上，并将裂纹扩展试样10穿入基准定位回形块8矩形型腔，重复上述操作完成剩余预制裂纹加工，得到尺寸一致的两侧预制裂纹。
44.以上所述，仅为本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明专利技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明专利技术方案作出许多可能的变动和修饰，或者修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明专利技术方案的内容，依据本发明专利的技术对以上实施所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本发明专利技术方案的保护范围。