DE3112439A1

DE3112439A1 - "verfahren zur herstellung von bohrungen mit einem vorbestimmten durchmesser in einer anordnung von uebereinander angeordneten platten mit wenigstens einer platte aus einem glasfaser- oder kohlenstoffaser verstaerkten material, einer platte aus stahl und einer platte aus titan"

Info

Publication number: DE3112439A1
Application number: DE19813112439
Authority: DE
Inventors: Aldo 10051 Avigliana Falchero; Francesco 10090 Gassimo Torinese Galluzzo; Agostino 13043Cigliano Pino
Original assignee: Aeritalia Societa Aerospaziale Italiana pA; Aeritalia SpA
Current assignee: Leonardo SpA
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1981-03-28
Publication date: 1982-01-28
Also published as: FR2480644B3; GB2074059B; FR2480644A1; NL8101861A; IT8067590A0; IT1130119B; GB2074059A

Description

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AERITALIA Societa Aerospatiale
Italiana ρ.Λ.
V.Tecchio 51/A

1-80125 Neapel 3/174

"Verfahren zur Herstellung von Bohrungen mit einem vorbestimmten Durchmesser in einer Anordnung von üben·.inander an<jf-ordne ten platten mit wenigstens einer Platte aus einem Glasfaser- oder Kohloust:off-Faser verstärkter Material, einer Platte aus Stahl und einer Platte au:; Titan".

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bohrungen mit einem vorbestimmten Durchmesser Ln einer Anordnung von iilx'Teinander angeordneten Platten, die wenigstens eine Platte aus Glasfaser- oder Kohlenstoff-Faser verstärktem Material, eine Platte aus Stahl und eine Platte aus Titan umfaßt.

Verbundplatten dieses Typs werden in der Luftfahrtindustrie zur Herstellung von Bauteilen mit einer sehr hohen mechanischen Festigkeit und sehr geringem Gewicht verwendet. Ihi die drei !Matten der Anordnung fest: miteinander und/oder mit unterschiedlichen Teilen einer Konstruktion zu verbinden, worden die oben genannten Platten mit Hilfe von Vorbindungselementen verbunden, die in entsprechende, darin angeoidnete Bohrungen eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung derartiger Bohrungen in Verbundplatten des angegebenen Typs.

Solche Bohrungen werden gewöhnlich mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers oder mit Hilfe einer geeigneten Bohrmaschine hergestellt, die mit einem Betätigungskopf versehen ist, der mit einer vorbestiimiten Vorschub geschwindigkeit auf geeigneten Bohrungen beweglich ist. In beiden Fällen ist das verwendete Werkzeug ein Spiralbohrkopf aus Wölframkarbid.

Bohrungen, die nach den obigen Methoden hergestellt wurden, besitzen beträchtliche Nachteile, die sie für luftfahrttochnische Konstruktionen kaum geeignet machen, für die Konstruktionselemente erforderlich sind, die gänzlich fehlerfrei sind.

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Bohrungen, die auf die oben beschriebene Weise hergestellt wurden, besitzen zahlreiche Fehler, da sie nicht in Form und Abmessungen entsprechend den beabsichtigten hergestellt werden und da die Oberflächen der Bohrungen im Bereiche in unmittelbarer Nähe hiervon beschädigt sind, wodurch die mechanische Festigkeit von hiermit vorgenommenen Verbindungen beeinträchtigt werden, wobei die Befestigungen, wie bekannt, sehr hohen Arbeitsbelastungen widerstehen müssen.

In solchen Bohrungen werden häufig kleine Risse und gebrochene Teile von Fasern im Bereich der Kante des in der Platte aus Glasfaser- oder Kohlenstoffaser verstärktem Material oder Beschädigungen der Oberfläche hiervon, erzeugt durch Stahlbohrspäne, gefunden. Die Oberflächenrauhheit der auf diese Weise erhaltenen Bohrungen ist immer sehr hoch. Darüberhinaus ist es nur möglich, sehr große Toleranzen bezüglich des Bohrlochdurchmessers zu erhalten, und die Bohrlöcher besitzen häufig eine ungewunschte Ovalform oder Konizität.

Schließlich ist eine beträchtliche Werkzeugabnutzung in Betracht zu ziehen, und zwar insbesondere aufgrund der auf die Schneidkanten durch die Kohlenstofffasorn ausgeübte Beanspruchung. Die Werkzeuge müssen daher häufig ersetzt werden .

Aufgabe dor Krflndunq ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art i'.u schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden, so daß !Führungen ohne Fehler in ökonomischer Weise in Form und Abmessung entsprechend den gewünschten und sehr engen Toleranzen sowie mit einer sehr hohen Oberflächengüte hergestellt werden können.

Erfindungsgeinäß wird ein Vorfahren zur Herstellung von Bohrungen mit ' inom vorbestimmten Enddurchmesser in einer Anordnung von übereinander geordneten Platten vorgeschlagen, die wenigstens eine Platte aus Glasfaserund/ode.r Kohlonal of faser verstärktem Material, eine Stahlplatte und eine 'l'itanplatte umfaßt, wotx;i die Dicke der Platten zwischen 2 und 10 mn. 0 und 1,5 mm bzw. 2 und 5 im liegt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß für jede Bohrung ein erster Bohrvorgang durchgeführt wird, bei dem ein manuell gesteuerter Bohrer mit einer Spiral bohrkrone eines ersten Durchmessers geringer al a der vorbestLninte Enddurchmesser verwendet wird, um am Wide dieses Artx'itsqangs eine Bohrung mit: einem Durchmesser im wesentlichen gleich dom erstem Durchmesser zu erhalten, wonach ein zweiter Arbeitsgang zum Vergrößern dieser Bohrung, die am Ende des ersten Arbeitsvorgangs

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erhalten wurde, mit eijnem automatischen Bohrer, versehen mit einer Spiralbohrkrone vorgenommen wird, wobei die Spirn]bohrkrone zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, und zwar einen oberen Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem vorbestimmten Enddurchmesser reduziert um 0,08 cm (1/32") und einen unteren Abschnitt nut (>inem Durchmesser gleich demjenigen des oberen Abschnitts reduziert um 0,08 ση (1/32"), so daß am Ende des zweiten Arbeitsgangs eine Bohrung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich demjenigen des Enddurchmessers reduziert um 0,08 cm (1/32") erzielt, wonach ein dritter Arbeitsvorgang zum Erweitern der durch den zweiten Arbeitsvorgang erhaltenen Bohrung mit einem tragbaren, automatischen Bohrer vorgenommen wird, der mit einem Räumwerkzeug versehen ist, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen oberen Absclinitt mit einem Durchmesser gleich demjenigen des endgültigen Durchmessers und einen unteren Absclinitt mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser, der am Ende des zweiten Arbeitsvorgangs erhalten wurde, um das Räumwerkzeug durch den unteren Abschnitt dieses Werkzeugs selbst während des Räumvorgangs zu führen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nächste hend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen schematlsch die Plattenanordnung

zu Beginn bzw. am Ende des eiäjen Arbcutsvorgangs .

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch die Plattenanordnung

zu Beginn und am Ende des zweiten Arbeitsvorgangs .

Fig. 5 und 6 zeigen schema tisch die Plattenanordnung zu Beginn bzw. am Ende des dritten Arbeitsvorgangs.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Bohren einer Anordnung von übereinander angeordneten Platten verwendet, wie sie in Fig. 1 dargestellt und aus wenigstens einer ersten Platte 1 aus einem Glasfaser- oder Kohlenstofffaser verstärktem Material, einer zweiten Platte 2 aus Stahl und einer dritten

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Platte 3 aus Titan gebildet, wird. Die Platte 2 besteht; überlicherweise aus einem Stahl eines Typs, der dünn gewalzt werden kann, d.h. einem solchen, der geeignet ist, eine Stärke anzunehmen, die zur Anordnung zwischen den Ix'iden anderen Patten geeignet ist. Verbundplatten dieses Typs werden weitgehend für luftfahrttechnische Konstruktionen zum Herstellen von Konstruktionsteilen mit sehr holier mcclianischer Festigkeit und geringem Gewicht verwendet. Die Verbindung zwischen den Platten der Anordnung oder zwischen verschiedenen Bauteilen wird durch Verbindungselemente erreicht, die in Boiirungon eingesetzt werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können.

Die besten Resultate des Verfahrens werden erreicht, wenn die Stärke der Platten 1, 2 und 3 zwischen 2 und 10 mn, 0 und 1,5 mm bzw. 2 und 5 mm liegt. Der Durchmesser der Bohrungen liegt gewöhnlich zwischen 2,5 und 9 mm.

Un jede dieser Bohrungen herzustellen, wird ein erster Bohrvorgang mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers (nicht dargestellt) vorgenommen, der mit einem Spiralbohrkopf 4 aus Wolframknrbid versehen ist. Die relative Position dieses Bohrkopfes 4 in Bezug auf die zu durchbohrende Verbundplatte zu Beginn des ersten Arbeitsgangs ist in Fig. 1 dargestellt.

Der Spiralbohrkopf 4 ist ein normaler, rechtsschneidender Spiralbohrkopf eines Typs, der zum normalen Bohren verwendet wird, beispielsweise mit einer Spiralnut, die einen Winkel von 30° mit der Achse des Bohrwerkzeugs bildet. Der Spitzenwinkel ^i, muß in Fig. 1 135° betragen. Der Durchmesser d des

Bohrwerkzeugs liegt zwischen 1/2 und 2 /3 des vorbestimmten Enddurchmessers der Bohrung, die man herzustellen wünscht, während die: Drehzahl des Bohrwerkzeugs selbst, die während des gesamten ersten Arbeitsgangs konstant ist, zwischen 450 und 550U/min. liegen muß.

Der Arbeitsvorgang wird durchgeführt, indem das Bohrwerkzeug 4 in eine Führungsbuchse 5 eingeführt wird, die in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Platte 6, abgestützt wird und eine Höhe h aufweist, die zwischen 25 und 3o mn liegt, ao daß das Bohrwerkzeug 4 stabil geführt wird, während es durch die Verbundplatte 1,2,3 hindurchtritt. Zu diesem Zweck ist ein geringes Spiel im Durchmesser zwischen dem Bohrwerkzeug und der Innenfläche der Bohrung der Hülse 5 vorgehen, das in der Größenordnung von o,o1 mm liegen muß.

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öm diesen Arbeitsgang durchzuführen, wird, nachdem die Hülse 5 so positioniert ist, daß ihre Achse mit der Achse der herzustellenden Bohrung zuKtirrirenfällt, der Spiralbohrer in die Büchse5 eingeführt, wobei auf den Bohrer eine manuelle Kraft ausgeübt wird, die ausreicht, um den Vorschub des Spiralbohrers sicherzustellen.

Im Verlauf dieses Arbeitsvorgangs wird der Korn der herzustellenden Bohrung im wesentlichen entfernt, wobei mit beträchtlicher Geschwindigkeit, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine Bohrung im wesentlichen mit einem Durchmesser d erhalten wird, selbst wenn diese sowohl im Hin—

blick auf die Abmessungen als auch auf die Cberflächenbeschaffenheit nicht sehr regelmäßig ist.

Wenn der Durchmesser der endgültigen Bohrung sehr klein ist, kann der erste Arbeitsgang sogar entfallen.

Dar zweite Arbeitevorgang besteht im Vergrößern der so erhaltenen Bohrung: In Fig. 3 ist schoniatisch das Werkzeug, ebenfalls ein Spiralbohrer 7, dargestellt, das in bezug auf die Plattenanordnung 1,2,3 am Beginn dieses Arbeitsvorgangs positioniert ist.

Der Spiralbohrer 7 besitzt zwei Abschnitte, einen unteren Abschnitt 9 und einen oberen Abschnitt 7, von unterschiedlichem Durchmesser; der Durchmesser d des oberen Abschnitts 8 ist mit dem vorbestimmten Enddurchmesser d_f der Bohrung verknüpft, und zwar durch die Relation

d — äj- — 1/32", (1)

c ι

während der Durchmesser d, des unteren Abschnitts 9 mit dem Durchmesser d (und daher auf der Basis von (1) mit dem Durchmesser d^) durch folgende Relation verknüpft ist:

d_d = d_c - 1/32" = d_f - 2/32" (2).

Abgesehen von der Anwesenheit von zwei Abschnitten 8,9 unterschiedlichen Durchmessers ist der Spiralbohrer 7 ein normaler rechtsschneidendor Spiralbohrer aus Wolfrankarbid, beispielsweise mit Spiralnuten von 3o Neigung in bezug zur Achse des Bohrers. Der Spitzenwinkel P (Fig. 3), der gleich dem Winkel des Verbindungsbereichs zwischen dem unteren Abschnitt 9 und dem oberen Abschnitt 8 des Bohrers ist, beträgt 135°.

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Der Spiralbohrer 7 ist an einem beweglichen Kopf einer Bohrmaschine eines tragbaren Typs mit automatischem Vorschub (nicht dargestellt) montiert. Die Drehzahl des Bohrers 7 ist im Bereich von 25o bis 35o U/min zu wählen, während die Vorschubgeschwindigkeit gleich 2/Io mm pro Cmdrehung sein muß.

Im Verlauf des Bohrens bei diesem Arbeitsgang wird der Spiralbohrer 7 durch eine Buchse 1o geführt, die in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Platte 11 abgestützt wird. In diesem Fall ist ebenfalls ein Durchmesserspiel von o,o1 mm zwischen dem Bohrer und der Innenfläche der Buchse 1o vorgesehen, während die Höhe h der Buchse 1o zwischen 25 und 3o mn liegt.

Während des Arbeitsvorgangs wird die Bohrung mit dem Durchmesser d^, die am Ende des vorhergehenden Arbeitsvorgangs erhalten wurde, vergrößert, und zwar zunächst durch den unteren Abschnitt und dann durch den oberen Abschnitt 8 des Bohrers, so daß am Ende dieses Arbeitsvorgangs, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, eine Bohrung mit einem Durchmesser d erhalten wird, die auf der Basis der Relation (1) wenig kleiner als der Enddurchmesser dr ist, den man zu erhalten wünicht.

Beim dritten Arbeitsvorgang wird die bishahin erhaltene Bohrung geräumt, um sie auf den endgültig gewünschten Durchmesser zu bringen und ihrer Oberfläche eine sehr hohe Oberflächengüte zu verleihen.

Das Räumwerkzeug 15, das während dieses Arbeitsvorgangs verwendet wird, ist in Fig. 5 dargestellt, und zwar in der relativen Position, die es in bezug auf die Plattenanordnung 1,2,3 am Beginn des Räumvorgangs einnimmt.

Dieses Werkzeug ist ein normales Bohrungsräunwerkzeug aus Wolframcarbid, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen unteren Abschnitt 16 und einen oboien Abschnitt 17 nut Durchmessern d und d_f. Der Verbindungswinkel X* und der Spitzenwinkel CsO- (Fig. 5) sind entsprechend 135° bzw. 9o°. Das Werkzeug ist wie bei den vorhergehenden Arbeitsgängen an einer Bohrmaschine oder einem Räumer mit einem Werkzeugträgerkopf mit automatischem Vorschub montiert und wird im Verlauf des Arbeitsvorganges durch eine Buchse 18 einer Höhe h von 25 bis 3o nm geführt. Zwischen dem Werkzeug und der Innenfläche der

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Buchse 18 besteht ein Durchmesserspiel von o,o1 mm.

Die Drehzahl des Räunwerkzeugs muß zwischen 25o und 35o U/min liegen, während die Vorschubgescliwindigkelt gleich 2/1o nm pro Undtahiinq beträgt.

Während dieses dritten Arbeite Vorgangs wird der unten? Absei mit); 16 des Werkzeuts V> in die Bohrung eingesetzt, dorvn Durdimesfsor gleic:h derjenigen dea Abschnitts 16 selbst ist-, so daß »"Inr ober« Abschnitt 16 sehr genau durch diese Kopplung geführt wird und daher während des Vorschubs in der Lage ist, ein perfektes Räumen der Bohrung des Durchmessers d vorzunehmen, um diese auf den Enddurchmesser d^ (Fig. 6) zu bringen.

Bohrungen, die auf die erfindungsgemäße Waise erhalten wurden, sind vollkommen zylindrisch und die Durchmessertoleranz in bezug auf den Ncmnaldurchmesser liegt in der Größenordnung von o,oo2" (o,o5 nm). Die Oberflächengüte ist ebenfalls beträchtlich verbessert und fast spiegelnd. Mittlere Rauheiten, die erfindungsgemäß erhalten werden, sind gleich oder geringer als 8o RHR. Es findet keine Beschädigung der Kanten der Bohrlöcher der oberen Platte 1 und der unteren Platte 3 statt, und diese Kanten sind frei von Delaminierungen oder anderen Etehlern.

Wenn die herzustellenden Bohrlöcher mit den gleichen Eigenschaften wie vorstehend beschrieben, jedoch mit Durchmessertoleranzen zwischen o,oo2" (o,o5 mm) und o,oo3" (o,o76 mm) hergestellt werden, kann die Drehzahl des Bohrers beim zweiten Arbeitsgang und des Räunwerkzeugs beim dritten Arbeitsgang in bezug auf die oben angegebenen Werte erhöht werden, wodurch die Herstellungszeit für die Bohrungen verringert wird. Wenn die Durchnessertoleranz für die Bohrungen in dem oben angegebenen Bereich liegen, muß die Drehzahl zwischen 45o und 55o U/min liegen. Diese Arbeitsvorgänge können unter diesen Bedingungen mit einem manuell gesteuerten Bohrer vorgenommen weiden.

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Leerseite

Claims

Anspruch ο

( 1. ) Verfahren zur Herstellung von Bohrungen mit einem vorbestimmten Enddurchmesser in einer Anordnung von übereinander angeordneten Flatten, liinfassend wenigstens eine Platte nur. einem Glasfaser- oder Kohlenstofffaser verstärkten Material, eine Stahlplatte und eine Titanplatte, wobei die Dicke der Platten zwischen 2 und 10 mm, O und 1,5 mm bzw. 2 und 5 mn liegt, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Bohrung ein erster Bohrvorgang mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers vorgenormnen wird, der mit einem Spiralbohrerkopf mit einem ersten Durchmesser geringer als der vorbestimmte Enddurchmesser derart versehen ist, daß am Finde des ersten Arbeitsvorgangs eine Bohrung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich diesem ersten Durchmesser erhalten wird, ein zweiter Arbeitsvorgang zum vergrößern der beim ersten Arbeitsvorgang erhaltenen Bohrung mit einem automatischen Bohrer mit einem Spiralbohrkopf vorgenommen wird, der zwei Abschnitte unterschied]ichen Durchmessers aufweist, einen oberen Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem vorbestimmten Erddurchmesser reduziert um 0,078 cm und einen unteren Abschnitt mit einem Durchmesser gleich demjenigen des oberen Abschnittes, reduziert um 0,078 en, so daß am Ende dieses Arbeitsvorgangs eine Bohrung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem endgültigen Durchmesser reduziert um 0,078 cm erhalten wird und ein dritter Arbeitsvorgang zum Räumen der Bohrung, die am Ende des zweiten Arbeitsvorgang erhalten wurde, mit Hilfe eines tragbaren, automatischen Bohrers vorgenonmen wird, der mit einem Räumwerkzeug versehen ist, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen oberen Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem endgültigen Durchmesser und einen unteren Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser, der am Ende des zweiten Arbeitsvorgangs erhalten wurde, um das Räumwerkzeug mittels des unteren Abschnittes hiervon während des Rävimens zu führen.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzciclinet, daß während der Arbeitsvorgänge die Spiralbohrerköpfe und das Räumwerkzeug durch eine Führungsbuchse geführt werden, in die die Werkzeuge mit einem minimalen Durchmessc;rüpiel in dor Größenordnung von 0,01 mn eingesetzt werden, wobei die axiale Ixinge der l'tihrunysbuchwn /wischen 25 und 30 mm licxjt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn ze iclinet, daß beim ersten Arbeitsvorgang die Drehzahl dos Spiralbohrers im Bereich von 450 bis 550 U/min, und bei dem zweiten und dritten Arbeitsvorgang die Drehzahl des Spiralbohrers und des Räumwerkzeugs im Bereich von 250 bis 350 U/min, liegt, wenn eine ToLeranz bezüglich des Enddurchmessers der Bohrung gleich oder geringer als 0,02" gewünscht ist.
4. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Spiralbohrers und des Räumwerkzeugs beim zweiten und dritten Arbeitsvorgang gleich 0,2 mm pro Umdrehung gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Arbeitsvorg<ingen die Drehzahl des Spiralbohrers Lind des Räumwerkzeugs derart gewählt ist, daß im Bereich von 450 bis 550 U/min, liegt, wenn gewünscht ist, eine Töleranz bezüglich des gewünschten Enddurchmessers der Bohrung größer als 0,002" und kleiner als 0,003" gewünscht wird, wobei diese Arbeitsvorgänge mit Hilfe einer manuell gesteuerten Bohrmaschine durchgeführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des beim ersten Arbeitsvorgang verwendeten Spiralbohrers 135° beträgt.
7. Verfahren nach einem de>r Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Verbindung zwischen den unteren und oberen Abschnitten des Raumwerkzeuys 13^r)° beträgt.

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