具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，包括钻头主体，所述的钻头主体外圆周面上沿轴向加工两条小倾角螺旋槽，所述的螺旋槽旋向相同，两螺旋槽在钻头主体头部分别连接刀片，刀片包含两条切削刃，刀片由圆弧形的钻尖部、圆弧形的扩孔部、具有圆弧形内切削刃的多刃尖部和倾角扩孔部依次连接而成，钻尖部处两条切削刃通过横刃相连接。本发明专利技术可以有效地避免碳纤维增强复合材料钻削过程中毛刺、分层等现象的出现，降低制孔缺陷，提高加工效率、加工质量和刀具寿命，从而提高产品的合格率。

Carbon fiber reinforced composite special bit with a circular arc blade blade

【技术实现步骤摘要】
具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头
本专利技术属于钻削工具
，特别是涉及一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头。
技术介绍
碳纤维增强复合材料（CFRP）具有比强度高、比模量大等优异性能，在航空航天高新
具有广阔的应用前景。当前，欧美大型飞机机体材料正由铝合金为主向以复合材料为主过渡，50wt%复合材料用量将是未来飞机的起点。在装配连接时，需要进行大量的孔加工，如一架波音747战斗机有近300多万个连接孔。但由于CFRP具有各向异性和层间连接强度差等特点，采用普通钻头制孔在孔出、入口侧容易产生分层、毛刺等加工缺陷。而分层严重影响材料性能，它将导致应力集中和裂纹扩展，降低复合材料构件的使用性能和连接强度，甚至是报废。另外，为避免毛刺的影响，需要通过去毛刺工序将毛刺去除，从而影响加工效率和加工成本。这些均严重制约着CFRP材料在航空航天领域高端产品中的推广与应用。因此，必须对现有钻头结构进行改进，使其在碳纤维增强复合材料钻削中能有效避免分层、毛刺的产生。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种能够有效解决现有制孔刀具难以避免毛刺、分层的问题，提高支孔质量的碳纤维增强复合材料专用钻头。本专利技术采用的技术方案是：一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，包括钻头主体，所述的钻头主体外圆周面上沿轴向加工两条小倾角螺旋槽，所述的螺旋槽旋向相同，两螺旋槽在钻头主体头部分别连接刀片，刀片包含两条切削刃，刀片由圆弧形的钻尖部、圆弧形的扩孔部、具有圆弧形内切削刃的多刃尖部和倾角扩孔部依次连接而成，钻尖部处两条切削刃通过横刃相连接。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，钻尖部的顶尖角为110°～120°，扩孔部的顶尖角为14°～20°。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，钻尖部的切削刃的圆弧半径及圆心与钻头主体的轴线偏距与钻头整体几何尺寸成正比，钻尖部的切削刃与扩孔部的切削刃相切。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，多刃尖部中，切削刃为圆弧形，其圆弧半径与钻头整体几何尺寸的成正比，内切削刃与钻头主体轴线的夹角为60°～85°。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，倾角扩孔部中的切削刃与钻头主体轴线之间具有夹角，该夹角应小于圆弧形的扩孔部的顶尖角的一半。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，刀片的厚度为0.8～1mm，横刃宽度为0.5～1.5mm，横刃的倾斜角为50°～60°。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，刀片上两条切削刃的法向前角为0°～15°，法向后角为10°～20°。上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，所述的刀片材质为聚晶金刚石，焊接在钻头主体的头部；或者刀片与钻头主体为一整体结构，采用硬质合金制成。与现有技术两边，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的钻头主体外圆周面上设置两条小倾角螺旋槽，可以在钻孔过程中将切屑顺利排出。2.本专利技术的钻头主体的头部钎焊聚晶金刚石（PCD）刀片，可以降低切削力，提高刀具耐磨性能，提高制孔质量。3.本专利技术的刀片包含两条切削刃，两条切削刃的刃型结构均设置圆弧形钻尖部、扩孔部、多刃尖部和倾角扩孔部，通过各部在制孔过程中的不同分工，可以实现阶段性的去除毛刺、分层，达到无毛刺和分层制孔效果，其中，圆弧形钻尖部的功能在于顺利钻入工件，同时起到定心的功能，但此时会导致制孔毛刺、分层的初步形成；扩孔部的功能在于使孔径进一步扩大，但在扩孔中能保证毛刺、分层的程度不恶化；多刃尖部的功能在于在孔最终形成前，将孔周边的纤维能被顺利切断，同时确保毛刺、分层的程度比扩孔阶段小；倾角扩孔部的功能在于使孔径进一步扩大至最终孔径，同时利用“微刃切削”原理将毛刺、分层的程度进一步减小，最终达到去除毛刺和分层的目的，提高了制孔质量。4.本专利技术的两切削刃由横刃相连接，横刃的设置可以确保钻头顺利钻入复合材料。附图说明图1为本专利技术的结构图。图2为图1中B向视图。图3为为图1中A-A剖视图。图4为本专利技术的切削刃处的结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1～4所示，本专利技术包括钻头主体1，所述的钻头主体1外圆周面上沿轴向加工两条螺旋槽2，所述的螺旋槽2均为左旋，且螺旋槽2与轴线的夹角为螺旋角δ，两螺旋槽2在钻头主体1的头部分别连接刀片11，所述的刀片11材质为聚晶金刚石（PCD），焊接在钻头主体1的头部。也可以是刀片11与钻头主体1为一整体结构，采用硬质合金制成。刀片11包括两条切削刃，刀片由圆弧形的钻尖部Ⅰ、圆弧形的扩孔部Ⅱ、具有圆弧形内切削刃的多刃尖部Ⅲ和倾角扩孔部Ⅳ依次连接而成，钻尖部Ⅰ处两条切削刃通过横刃3相连接。所述横刃3与其中一条切削刃的后刀面相切，与另一条切削刃的钻尖轮廓平行。钻尖部Ⅰ的顶尖角范围在110°～120°之间，钻尖部Ⅰ的切削刃4的圆弧半径R1及圆心与钻头主体1的轴线偏距Δε与钻头整体几何尺寸成正比，钻尖部Ⅰ的切削刃4与扩孔部Ⅱ的切削刃5相切。扩孔部Ⅱ的顶尖角2β范围在14°～20°之间。多刃尖部Ⅲ中，切削刃6为圆弧形，其圆弧半径R2与钻头整体几何尺寸的成正比，内切削刃6与扩孔部Ⅱ的切削刃5相切，内切削刃6与钻头主体1轴线的夹角θ为60°～85°。倾角扩孔部Ⅳ中，切削刃7应与钻头主体1轴线之间具有夹角γ，该夹角γ应小于扩孔部Ⅱ的顶尖角的一半，范围在5°～10°之间。螺旋槽2与轴线的夹角为螺旋角δ，该螺旋角δ的设计范围在0～15°之间，本实施方案中设置该螺旋槽，可以将切屑顺利排出，提高切削效率和排屑能力。钻头主体1的外圆周面设置两条小倾角螺旋槽2，为普通钻头结构构造，可以有效的在各类钻铣设备上使用，结构简单，不需要设计专用夹具或机床。两切削刃的刃型结构均设置钻尖部Ⅰ、扩孔部Ⅱ、多刃尖部位Ⅲ和倾角扩孔部Ⅳ，通过各部分在制孔过程中的不同分工，可以实现阶段性的去除毛刺、分层，达到无毛刺和分层制孔效果。钻尖部位Ⅰ，可以使钻头在钻削开始时顺利钻入工件，同时起到定心的作用，但此时会导致制孔毛刺、分层的初步形成。扩孔部Ⅱ，可以使孔径进一步被扩大，但在扩孔中能保证毛刺、分层的程度不恶化，有效地控制毛刺、分层的产生。多刃尖部Ⅲ，在孔最终成形前（孔径即将达到最终尺寸前），可以将孔周边的纤维先被顺利切断，消除孔周边纤维的拽拉作用，可以确保毛刺、分层的程度比扩孔阶段小，该实施方式利用了钻头在钻削过程中“先切后推”的钻孔原理。倾角扩孔部Ⅳ，可以使孔径进一步扩大至最终孔径，同时利用“微刃切削”原理将毛刺、分层的程度进一步减小，最终达到去除毛刺和分层的目的。如图2、3所示，本实施例中钻头主体1的头部钎焊聚晶金刚石（PCD）材质的刀片11，刀片11的厚度Δt在0.8～1mm之间。可提高刀具的耐磨性能和进一步降低毛刺、分层，可进一步有效提高制孔质量和刀具寿命。钻尖部Ⅰ的横刃宽度ΔL范围为0.5～1.5mm之间，横刃的倾斜角ζ为50°～60°，可有效降低钻入时的钻削轴向力。刀片11的两条切削刃的法向前角γ0范围在0°～15°之间，法向后角α0范围在10°～20°之间，可有效降低切削力。以φ12mm的钻头为例，钻尖部Ⅰ的顶尖角2α为115°，钻尖部Ⅰ中切削刃4圆心与钻头主体1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，包括钻头主体（1），所述的钻头主体（1）外圆周面上沿轴向加工两条小倾角螺旋槽（2），所述的螺旋槽（2）旋向相同，两螺旋槽（

【技术特征摘要】
1.一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，包括钻头主体（1），所述的钻头主体（1）外圆周面上沿轴向加工两条小倾角螺旋槽（2），所述的螺旋槽（2）旋向相同，两螺旋槽（2）在钻头主体头部分别连接刀片（11），其特征在于：刀片（11）包含两条切削刃，刀片由圆弧形的钻尖部（Ⅰ）、圆弧形的扩孔部（Ⅱ）、具有圆弧形内切削刃的多刃尖部（Ⅲ）和倾角扩孔部（Ⅳ）依次连接而成，钻尖部（Ⅰ）处两条切削刃通过横刃（3）相连接。2.根据权利要求1所述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，其特征在于：钻尖部（Ⅰ）的顶尖角为110°～120°，扩孔部（Ⅱ）的顶尖角为14°～20°。3.根据权利要求1所述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，其特征在于：钻尖部（Ⅰ）的切削刃（4）的圆弧半径（R1）及圆心与钻头主体（1）的轴线偏距（Δε）与钻头整体几何尺寸成正比，钻尖部（Ⅰ）的切削刃（4）与扩孔部（Ⅱ）的切削刃（5）相切。4.根据权利要求3所述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏飞，孙富建，邓朝晖，李时春，陈冰，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43