SE500933C2 - Metod för håltagning i fiberarmerade kompositmaterial och verktyg för genomförande av metoden - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 500 933 2 bultförband påverkas i hög grad av hålets kvalitet och precision. Vid framställning av hål i polymera komposit- material kan tre problemområden särskilt nämnas: Vid bearbetning av laminerade kompositmaterial finns risk för att skikten separerar (delaminerar) p g a den låga interlaminära hàllfastheten.

Omfattande delamineringsskador kan äventyra hällfastheten hos laminatet.

Vär- meutvecklingen vid bearbetning kan orsaka att matrisen mjuknar och sätter igen verktyget, vilket omöjliggör vidare bearbetning. För att uppnå god hàlkvalitet, krävs därför effektiv kylning av verktyget/hàlkant samt att avverkat material (spànor, flisor, slipdamm) avlägsnas kontinuerligt från hålet.

Vid skärande bearbet- ning av fiberkompositer slits verktyget hårt p g a fiberma- terialens goda nötningsegenskaper. Detta leder till höga slitagekostnader, speciellt vid tillverkning av hål med höga precisionskrav.

De metoder som används för hàltagning i kompositlaminat är traditionell 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/ekomonisk synpunkt.

Ett generellt problem vid skärande bearbetning med höga precisionskrav är höga slitagekostnader. Vid.borrning måste stor försiktighet iakttas, sä att delamineringsskador undviks på såväl ingångs- som utgàngssidan. För erforderlig hàlkvalitet krävs speciella.hàrdmetallskär samt utarbetande av speciella procedurer. För att undvika omfattande delamineringsskador på laminatets utgångssida, erfordras att ett lokalt lateralt tryck anläggs runt hàlets kant. Ett 10 15 20 25 30 35 EDO 933 3 annat känt sätt att skydda utgångssidan från skador är att förse laminatet med ett extra skyddsskikt.

Ságning 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 kælagd med ett nötningsbeständigt ytskikt. Hål tillverkas genom att materialytan slipas transversellt vid rotation hos slipkroppen. Metoden är långsam och ger låg precision.

Genom den svenska patentansökan 9201420-8 är känd en metod för utformning av skadefria hål i fiberarmerade material genom att slipkroppens rotationsaxel orienteras ortogonalt mot fibrernas längdriktning vid hàlkanten. Den föreslagna metoden skiljer sig vidare från kända ytmodifierande hålbearbetningsmetoder därigenom, att den avverkade materialvolymen.är väsentligt större. Vid hålformning genom radiell materialavverkning är den avverkade materialvolymen proportionell mot radieändringen före och efter bearbet- ning. Vid traditionell ytmodifierande bearbetning är hålkantens 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 hålkantens pro- fildjup. Av ovanstående förstås att det färdigformade hàlets storlek skiljer sig signifikant jämfört med det förformade hålet.

I detta sammanhang bör påpekas att genom US~A-4,l90,386 är en hålbearbetningsmetod känd, enligt vilken ett verktyg bringas att utföra en kretsande rörelse. Det är här emellertid frågan om endast en rotation hos verktyget, varvid dettas centrumaxel är något förskjuten relativt dess rotationsaxel (offset). Genom SE 173 899 avslöjas en verktygsmaskin med en kring en huvudaxel excentriskt roterande verktygsbärare, vid vilken avståndet mellan 10 15 20 25 30 35 500 933 4 verktygsbäraren och huvudaxeln är inställbart. För in- ställning av avståndet mellan vertygsbäraren och huvudaxeln tjänar en styrdel, som tillsammans med verktygsbäraren roterar kring huvudaxeln. Den tillsammans med verktygshál- laren roterande styrdelen, är anordnad vinkelrätt mot huvudaxeln och utbildad som en kring denna i förhållande till verktygshållaren vridbar kurvskiva med vars styrande kurvyta verktygshållaren 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 skärverktyg för upptagning av hål i stillastående arbetsstycken, vilka hål kan förses med konisk ingångsfasning.

Som ytterligare exempel på teknikens ståndpunkt tjänar US- A-4,338,05O och US-A-4,757,645, vilka visar sätt att ta upp hål i kompositmaterial samt GB-A-2 048 135, som avslöjar ett sätt att bearbeta ett förformat hål till önskad storlek/geometri. Ändamålet med den föreslagna uppfinningen är, att eliminera bristerna och begränsningarna med kända metoder och möjlig- göra rationell kostnadseffektiv upptagning av hål med hög precision utan att förutsätta ett förformat hål och utan att hållfasthetsnedsättande skador uppstår och för att där- igenom säkerställa en repeterbar god hålkvalitet. Detta åstadkommes enligt uppfinningen genom att minst ett skär- verktyg med en nötningsbeständig yta positioneras excent- riskt i förhållande till nämnda centrumaxel och att materi- alet bearbetas samtidigt i axiell och radiell riktning ge- nom att verktyget utför en axiell rörelse och roterar dels kring sin egen axel, dels excentriskt kring centrumaxeln, att verktygets rotationsaxel är väsentligen ortogonal mot fibrernas längsriktningar i en nära omgivning av nämnda punkt och att verktygets diameter är väsentligt mindre än det upptagna hålets diameter.

Enligt ett särskilt kännetecken för uppfinningen avverkas 10 15 20 25 30 35 500 933 5 materialet företrädesvis med slipande bearbetning.

Metoden uppvisar ett flertal väsentliga fördelar jämfört med allmänt kända tekniker: l. Metoden medger framställning av hål utan hållfast- hetssänkande skador. 2. Metoden medger framställning av häl med snäva toleran- ser. Hälets mâttnoggrannhet bestäms väsentligen av noggrannheten hos verktygets positionering relativt hàlets centrum. Däremot ställs inte speciellt höga krav på verktygets geometri eftersom varje individ enkelt kan kalibreras före användning. 3. Metoden minskar risken för igensättning av verktyget.

Dà verktygets diameter är väsentligt mindre än hàlets, medger metoden att avverkat material kan avlägsnas på ett enkelt sätt, t ex med tryckluft. Vidare medger metoden effektiv kylning av verktyg och hålkant. 4. Metoden minskar väsentligt slitagekostnaderna jämfört med kända metoder tack vare att verktyget kan beläggas med nötningsbeständigt material, t ex diamantbelägg- ning.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare med hänvis- ning till bifogad ritning. På denna illustrerar fig la en skiva av ett fiberarmerat kompositmaterial med armerings- fibrernas huvudriktningar markerade. Fig lb visar ett snitt genom skivan i fig la. Fig lc illustrerar hur ett häl tas upp i skivan enligt fig la och fig ld visar fig lc i ett tvärsnitt. Figurerna 2a och 2b visar schematiskt i en planvy från sidan resp underifrån ett verktyg för utförande av den uppfinningsenliga metoden.

En platta 1 (ett laminat) är uppbyggd av ett antal lameller (skikt) 2 med kontinuerliga fibrer, vilka lameller staplats 10 15 20 500 933 6 pà varandra. Fibrerna ligger i det visade exemplet oriente- rade i plan parallella med laminatets plan. Fiberrikt- ningarna (O,90, +45 och -45 grader) visas schematiskt i fig l .

Ett hål tas upp genom att minst ett skärverktyg 3 med en radiellt och axiellt bearbetande yta 4a, 4b, positioneras excentriskt i förhållande till det blivande hålets centrumaxel. Härvid orienteras laminatet så, att vertygets rotationsaxel 5 är ortogonal mot fibrernas huvudsakliga längsriktningar. Materialet bearbetas i axiell och radiell riktning genom att verktyget utför en axiell rörelse och roterar dels kring sin egen axel, dels excentriskt kring centrumaxeln.

Verktyget enligt figurerna 2a, 2b är primärt avsett för upptagning av cylindriska hål med den uppfinningsenliga metoden.

Claims (1)

1. lO 15 20 500 933 l. Metod för upptagning av ett hål i en detalj av ett fiberarmerat kompositmaterial (1), varvid hàlets centrumaxel går genom en förutbestämd punkt på detal- jens yta och är orienterad i en viss bestämd riktning i förhållande till fibrernas längsriktningar i en nära omgivning av nämnda punkt, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst ett skärverktyg (3) med en nötnings- beständig' yta (4) positioneras excentriskt i för- hållande till nämnda centrumaxel, att materialet bearbetas samtidigt i axiell och radiell riktning genom att verktyget utför en axiell rörelse och roterar dels kring sin egen axel (5), dels excen- triskt kring centrumaxeln, att verktygets rotations- axel (5) är väsentligen ortogonal mot fibrernas längs- riktningar i en nära omgivning av nämnda punkt och att verktygets diameter är väsentligt mindre än det upptagna hälets diameter. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att materialet avverkas med slipande bearbet- ning.