控温刀具、孔周基体重结晶损伤自修复方法及精加工系统

本发明涉及数控机床刀具，特别地涉及一种控温刀具、孔周基体重结晶损伤自修复方法及精加工系统。

背景技术：

1、热固性/热塑性复合材料已成为国际上先进材料产业和前沿科研机构关注的焦点，对于新一代航空航天器的性能升级有着至关重要的作用。复合材料用在主承力结构件上时，出于对抗剥离、抗剪、抗扭能力的要求，通常采用螺栓连接，连接孔处承载复杂，存在严重的应力集中，是影响构件寿命的关键部位，这就需要对复合材料进行高精度钻削制孔。在钻削加工过程中，纤维同时受到剪切与拉伸以及钻头向外推挤的轴向力，不断磨损的刀具不能瞬间切断纤维，导致初次钻孔的孔质量均较差，总是伴随着毛刺、分层、撕裂等孔周缺陷产生，且很难精准控制孔内径。另外，切屑、孔壁与刀具产生剧烈摩擦导致刀具质量受损寿命短，钻削制孔后往往还需要通过扩孔、铰孔、镗孔或磨孔来扩大孔径、提高孔的加工精度和表面质量。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种控温刀具、损伤自修复方法及精加工系统。

2、本发明的控温刀具内部具有中空结构，中空结构容纳有控温装置。

3、可选地，控温装置为加热器。

4、可选地，所述中空结构的开口方向朝向控温刀具尾部。

5、可选地，所述刀具包括刀柄和刀头，所述刀头为实心结构或部分实心结构。

6、可选地，所述加热器为陶瓷加热棒，所述陶瓷加热棒受电流或电压控制设备的控制，能够将热塑性基体加热至熔融温度，并智能调控热塑性基体的降温过程使热塑性基体再结晶。

7、可选地，所述中空结构还容纳胶黏剂和压力检测系统，所述控温刀具侧面开设有用于供胶黏剂流出的孔及黏胶剂修复装置控制的测压系统。

8、可选地，所述胶黏剂的输出和修复过程受黏胶剂修复装置控制，所述修复装置响应于测温系统、测压系统和刀具转速控制系统。

9、可选地，所述胶黏剂为热塑性树脂胶黏剂。

10、一种控温刀具精加工系统，包括机床、电流或电压控制设备、测温系统、电刷、加热装置和控温刀具；在机床进行精加工过程中，电流或电压控制设备通电使加热装置生热，加热装置产生的热量传导至刀具外表面。

11、可选地，所述测温系统为红外测温系统。

12、一种基于控温刀具的孔周基体重结晶损伤自修复方法，包括以下步骤：

13、步骤s1，在复合材料钻削制孔后，对孔周缺陷程度及位置进行检测和定位；

14、步骤s2，根据孔周的损伤程度及孔直径选用相应直径和切削刃的智能控温刀具，提前预热至一定温度，在孔周缺陷重结晶前插入孔中；

15、步骤s3，按照智能控温箱预设的保温和梯度降温模式进行孔周缺陷重结晶。

16、一种基于控温刀具的孔周基体重结晶损伤自修复方法，包括以下步骤：

17、步骤s1，根据孔直径选用相应直径和切削刃的智能控温刀具，提前预热至基体结晶温度以上；

18、步骤s2，在复合材料钻削制孔后，将智能控温刀具迅速插入孔中，按照智能控温箱预设的梯度降温模式进行降温，并在热塑性基体结晶温度区间保温10分钟，然后自然冷却至室温；

19、步骤s3，在复合材料钻削制孔后，对孔周缺陷程度及位置进行检测和定位；

20、步骤s4，根据孔周的损伤程度及孔直径选用相应直径和切削刃的智能控温刀具，提前预热至基体熔融温度以上后插入孔中。

21、步骤s5，按照智能控温箱预设的保温和梯度降温模式进行基体熔融-重结晶损伤自修复反应，同时数控机床给予一定的钻削力进行挤压涂抹。

22、一种基于控温刀具的孔周损伤修复方法，包括以下步骤：

23、步骤s1，在复合材料钻削制孔后，对孔周缺陷程度及位置进行检测和定位；

24、步骤s2，将具有高效修复孔周缺陷的热塑性树脂胶黏剂涂覆在孔周缺陷处；

25、步骤s3，根据孔周的损伤程度及孔直径选用相应直径和切削刃的智能控温刀具，提前预热至一定温度后插入孔中；

26、步骤s4，按照智能控温箱预设的保温和梯度降温模式进行胶黏反应，同时数控机床给予一定的钻削力进行挤压涂抹。

27、一种基于控温刀具的孔周损伤修复方法，包括以下步骤：

28、步骤s1，在复合材料钻削制孔后，对孔周缺陷程度及位置进行检测和定位；

29、步骤s2，根据孔周的损伤程度及孔直径选用相应直径和切削刃的智能控温刀具，提前预热至一定温度后插入孔中；

30、步骤s3，通过黏胶剂修复装置控制黏胶剂输出速率，将具有高效修复孔周缺陷的热塑性树脂胶黏剂涂覆在孔周缺陷处；

31、步骤s4，按照智能控温箱预设的保温和梯度降温模式进行胶黏反应，同时数控机床给予一定的钻削力进行挤压涂抹。

32、上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

33、本发明提供的控温刀具及精加工系统，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：本文开发了一款智能控温刀具，用于难加工材料，尤其是纤维增强材料的钻削制孔、扩孔精加工及毛刺消除。其工作原理是利用刀具和工件构成回路，通以电流使孔周材料产生焦耳热而软化，从而使钻削制孔和扩孔精加工过程更加顺利，同时消除孔周毛刺。该智能控温刀具可在一定程度上降低材料所需的钻削力，降低材料的钻削制孔和扩孔精加工难度，大幅度提高刀具质量及寿命稳定性，改善制孔加工过程的效率、扩大孔径、消除毛刺、提高制孔加工精度和质量等，提高刀具质量及寿命稳定性，节约生产升本。

技术特征：

1.一种控温刀具，其特征在于，所述控温刀具内部具有中空结构，所述中空结构容纳有控温装置。

2.根据权利要求1所述的控温刀具，其特征在于，所述中空结构的开口方向朝向控温刀具尾部。

3.根据权利要求2所述的控温刀具，其特征在于，所述控温装置为陶瓷加热棒，所述陶瓷加热棒受电流或电压控制设备的控制，能够将热塑性基体加热至熔融温度，并智能调控热塑性基体的降温过程使热塑性基体再结晶。

4.根据权利要求1所述的控温刀具，其特征在于，所述中空结构还容纳有胶黏剂和压力测试器，所述控温刀具侧面开设有用于供胶黏剂流出及检测黏胶剂压力的孔。

5.根据权利要求4所述的控温刀具，其特征在于，所述胶黏剂的输出和修复过程受修复装置控制，所述修复装置响应于测温系统、压力检测系统和刀具转速控制系统的至少一种。

6.一种基于权利要求1所述的控温刀具的孔周基体重结晶损伤自修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.一种基于权利要求1所述的控温刀具的孔周损伤修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种基于权利要求1所述的控温刀具的孔周损伤修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种控温刀具精加工系统，其特征在于，包括机床、电流或电压控制设备、测温系统、电刷、加热装置和权利要求1所述的控温刀具；在机床进行精加工过程中，电流或电压控制设备通电使加热装置生热，加热装置产生的热量传导至刀具外表面。

10.根据权利要求9所述的控温刀具精加工系统，其特征在于，所述测温系统为红外测温系统。

技术总结
本发明提供了一种控温刀具、孔周基体重结晶损伤自修复方法及精加工系统，控温刀具内部具有中空结构，所述中空结构容纳有控温装置。将电控陶瓷加热棒从刀柄处放入刀具内，陶瓷加热棒外接多路电流电压智能控制设备实现加热。刀具有钻削制孔和扩孔精加工的功能，其切削量小导向性好，为提高排屑性能设计了两种深度的排屑槽。多路电流电压智能控制设备可同时对多个电源进行PID控制，根据实验需要设置输出电压和电流。基于本发明的技术方案，智能控温刀具可在一定程度上降低材料所需的钻削力，降低材料的钻削制孔和扩孔精加工难度，大幅度提高刀具质量及寿命稳定性，改善制孔加工过程的效率、扩大孔径、消除毛刺、提高制孔加工精度和质量等。

技术研发人员：熊萍萍,胥志超,金绍峰,齐振超,陈文亮,邱建平,郝浩杰,张斌
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13