加工航空复合材料的PCD成型刀具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种加工航空复合材料的PCD成型刀具，包括刀柄和刀头，所述刀头上设置有半径为2.4毫米的球头导向柱，所述球头导向柱关于所述刀具的轴线对称，所述刀头上的刃口与轴线倾斜形成导向锥并向所述刀柄的方向延伸形成100°±10′的倒角，所述导向锥和所述球头导向柱间隔。本实用新型专利技术中的刀具通过刀头上的球头导向柱提高了加工过程中刀头行进方向的精准度；导向锥消除了加工过程中因刀具偏摆与振动导致的孔壁台阶面或毛刺；成型面前角设计比一般的硬质合金刀具前角增加了2～3°，降低了切削抗力，提高了切削效率。

PCD forming tool for machining aviation composite materials

【技术实现步骤摘要】
加工航空复合材料的PCD成型刀具
本技术涉及航空复合材料加工领域，尤其涉及一种加工航空复合材料的PCD成型刀具。
技术介绍
复合材料CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics)是以碳纤维为增强体的树脂基复合材料，具有底密强度高、抗疲劳性好、化学性能稳定等特性，广泛应用于航空航天领域、风力发电、汽车领域。随着中国新一代飞行器的不断涌现，航空领域蓬勃发展；新能源领域的科技不断推陈出新，碳纤维复合材料的重要性也日渐突出。如何保质、高效、高精度加工这些材料，日益引起机械制造工程技术人员的重视。由于CFRP的力学性能呈各向异性，层间强度低，且碳纤维的硬度高、强度大、导热性差，为机械加工带来极大的困扰。目前加工CFRP的刀具材料有硬质合金、聚晶金刚石PCD。相对于硬质合金刀具，PCD刀具具有更好的锋利性、耐磨损性，加工CFRP材料缺陷更少、好的表面质量、好的耐用度。目前航空领域大部分加工CFRP材料的PCD刀具被欧美厂家霸持，如瑞士SECO、德国Mapal、美国Kennal、以色列ISCAR等。国内PCD刀具只是少量用于非关键工。一方面是由于中国的航空复合材料加工起步晚，PCD刀具的底蕴弱于西方航空大国。较为突出的，现有技术中加工航空复合材料的PCD成型刀具的刀头在加工过程中容易发生偏向，同时切屑抗力较大，导致加工效率低下且表面粗糙度较差，孔口有毛刺与撕裂等现象。
技术实现思路
本技术实施方式提供的加工航空复合材料的PCD成型刀具，包括刀柄和刀头，所述刀头上设置有半径为2.4毫米的球头导向柱，所述球头导向柱关于所述刀具的轴线对称，所述刀头上的刃口与轴线倾斜形成导向锥并向所述刀柄的方向延伸形成100°±10′的倒角，所述导向锥和所述球头导向柱间隔。本技术中的刀具通过刀头上的球头导向柱提高了加工过程中刀头行进方向的精准度；导向锥消除了加工过程中因刀具偏摆与振动导致的孔壁台阶面或毛刺；成型面前角设计比一般的硬质合金刀具前角增加了2～3°，降低了切削抗力，提高了切削效率。进一步地，所述导向锥和所述刀具的轴线形成的角度为1～2°。进一步地，所述导向锥向所述刀柄的方向延伸形成半径0.6毫米的圆弧结构。进一步地，所述圆弧结构与所述球头导向柱的延长线相切。进一步地，所述刃口上凸起颗粒的尺寸小于0.004毫米。进一步地，所述刀头和刀柄采用了5um的细颗粒PCD材料制成。本技术实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本技术实施方式的加工航空复合材料的PCD成型刀具的平面结构示意图；图2是图1在I处的放大示意图；图3是本技术实施方式的加工航空复合材料的PCD成型刀具的刀头的端面平面结构示意图。具体实施方式下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。请参阅图1-图3，本技术实施方式提供的加工航空复合材料的PCD成型刀具，包括刀柄1和刀头2，刀头2上设置有半径为2.4毫米的球头导向柱21，球头导向柱21关于刀具的轴线对称，刀头2上的刃口与轴线倾斜形成导向锥22并向刀柄1的方向延伸形成100°±10′的倒角α，导向锥22和球头导向柱21间隔。本技术中的刀具通过刀头2上的球头导向柱21提高了加工过程中刀头2行进方向的精准度；导向锥22消除了加工过程中因刀具偏摆与振动导致的孔壁台阶面或毛刺；成型面前角设计比一般的硬质合金刀具前角增加了2～3°，降低了切削抗力，提高了切削效率。具体地，本技术利用PCD的高硬度和高耐磨性，结合加工刀具结构上的改进，减少CFRP材料加工过程中产生的毛刺、撕裂、分层等加工缺陷，达到行业的较高加工标准，转变欧美刀具霸持局面，实现航空产业复合材料加工刀具的进口替代。此外，请参考图3，本技术中的刀具的槽面低过中心，形成较大前角。进一步地，为辅助理解本技术的
技术介绍
，作如下说明：CFRP材料在厚度和水平方向上的力学性能较差，在钻、锪、铰的过程中，当纤维层受到的轴向力大于复合材料纤维层之间的粘结强度时，材料内部就容易出现分层破坏；当刀刃接触到最后一层纤维材料时，由于下层没有材料的支撑，刚性低，纤维束易发生分散，不易被剪切断，从而出现撕裂和毛刺现象。而碳纤维的高硬度及粉末状的切屑，易导致刀具的剧烈磨损。进一步地，导向锥22和刀具的轴线形成的角度为1-2°。如此，导向锥22避免了制造公差带来的不平滑相交。进一步地，导向锥22向刀柄1的方向延伸形成半径0.6毫米的圆弧结构23。进一步地，圆弧结构23与球头导向柱21的延长线相切。具体地，刀具刃口半径0.6毫米的圆弧与球头导向柱21的延长线相切。进一步地，刃口上凸起颗粒的尺寸小于0.004毫米。具体地，本技术中的刀具采用细颗粒5um的PCD材料制成，刃口的不平滑度小于0.004mm，从而大大增加了刀具的刃口锋利性。进一步地，刀头2和刀柄1采用了5um的细颗粒PCD材料制成。同时，本技术中的刀具的尾端螺纹采用磨削工艺，半径2.4毫米的球头导向柱21与120°定位面采用光学曲线磨床，通过一次装夹完成磨削，保证了刀具与风钻的连结精度，保证了刀具刃口的跳动精度。具体地，5um的细颗粒PCD材料由美国DI公司生产，从源头保证了刀具的质量。进一步地，本技术中的刀具还采用了硬质合金刀体，替代原来的合金钢刀体，增加刀具的弹性模量和强度。尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加工航空复合材料的PCD成型刀具，其特征在于，包括刀柄(1)和刀头(2)，所述刀头上设置有半径为2.4毫米的球头导向柱(21)，所述球头导向柱关于所述刀具的轴线对称，所述刀头上的刃口与轴线倾斜形成导向锥(22)并向所述刀柄的方向延伸形成100°±10′的倒角(α)，所述导向锥和所述球头导向柱间隔。/n

【技术特征摘要】
1.一种加工航空复合材料的PCD成型刀具，其特征在于，包括刀柄(1)和刀头(2)，所述刀头上设置有半径为2.4毫米的球头导向柱(21)，所述球头导向柱关于所述刀具的轴线对称，所述刀头上的刃口与轴线倾斜形成导向锥(22)并向所述刀柄的方向延伸形成100°±10′的倒角(α)，所述导向锥和所述球头导向柱间隔。


2.根据权利要求1所述的加工航空复合材料的PCD成型刀具，其特征在于，所述导向锥和所述刀具的轴线形成的角度为1°～2°。


3.根据权利要求1所述的加工航空复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王必永，吕显豹，张峰，过金军，叶子，张波，杨威，
申请(专利权)人：国宏工具系统无锡股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32