一种高速钻削复合材料的陶瓷钻头制造技术

本发明专利技术涉及一种高速钻削复合材料的陶瓷钻头，所述陶瓷钻头带有一种特定几何形状，非常适合应用于超高速钻削复合材料制成的部件，特别是环氧树脂基体的碳纤维复合材料。本发明专利技术还涉及到一种高速钻削复合材料的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷钻头，特别适用于超高速钻削复合材料制成的部件，尤其 是环氧树脂基体的碳纤维复合材料。这种复合材料由于具有机械特性高和密度低的山+. >n—、、,, r^ra卞一、/t々ASUt^ 」J2Hnfh士^7V厶7^k^
技术介绍
目前，陶瓷材料由于具有硬度高和耐高温特性，正在研制用于制造切削工具。已知陶瓷刀具，诸如EP 0 477 093号专利文件中所描述的刀具， 一般都是铣刀或车 削刀具，可以在非常坚硬的材料上进行高速加工作业。然而，在钻削作业中，作用 在钻头上的可能的限制因素(钻削深度、切屑排出、强度和切肖l」力方向)都要大于 在铣削作业期间作用在铣刀上的限制因素。这些限制因素使得陶瓷钻头很难用于进 行高速钻削非常坚硬的材料，诸如金属超合金。FR 2 861 001号专利提出了一种解决这个问题的方案，即提供一种陶瓷钻头， 游占头带有一M寺别的几何形状，适合在非常坚硬的金属材料上进行超高速切屑。 与钢钻头相比，这种几何形状可以克服陶瓷钻头低扭力强度所造成的问题，并能达 到超过400米/分钟的圆周切削速度。与此同时，仍能确保满足钻头的使用寿命。当前的趋势是一特别是在航空航天领域一复合材料的使用在不断增加，这种材 料因其具有良好的机械特性，同时又比金属材料的密度低，所以非常方便使用。复合材料一特别是环氧树脂基体的碳纤维复合材料一的钻削目前都是使用整体 式碳化鹆钻头或在切肖lj刃上使用PCD潔晶金刚石)刀片的钻头。采用这种刀具后， 可以达到20到80米/^H中的圆周切削速度，例如碳化鸽刀具。 一般来讲，超过这个 速度后，刀具的主切削部分一由碳化鸨或PCD组成一的磨损就会加快。这是因为这 些钻头作用在被切肖U部件上的各种切削力和钻头的径向外表面和钻孔内部圆柱形表 面之间的摩擦力会产生热应力，这些热应力出现在钻头上，也会出现在被钻削的部 件上，另夕卜也因为磨蚀;嫁，这同样也会加快钻头性能的下降，随之出现部件变形。此外，随着钻孔深度的增加，钻头上的应用扭力也^i来越大，这不仅是因为会增加钻头外表面与钻 L内圆柱表面的摩擦，而且也因为对于高钻削速度来讲，钻 头必须能够有效排出大量切屑，这些切屑会拥塞在钻头部分，从而增加了钻头上的 应用扭力，造成钻头断裂的风险。此外，在钻孔方面，钻头的切削刃必须能够承受一个很大的切削速度梯度，因为在钻头的中心位置，切削速度为0，而后逐渐增加，在钻头的周缘上达至嘬大。 这种附加柳艮制因素会弓胞刀具过早磨损，并会增加其断裂风险。复合材料加工作业时的另一个限制因素是，而且特别是钻削时，在加工作业进 行的同时，还必须保持被钻 L材料的整体性。在钻削作业期间，传统的钻头在被钻 孔的内圆柱表面上会作用九而这些力一般会从钻头处被引到被加工的材料上。这 就会造成材料出现分层现象，这种情况是绝对必须避免的。所以，尽管刀具一特别是钻头一的陶瓷切肖榔分能够高速加工非常坚硬的材料， 诸如金属超合金，尽管其在市场上可以获得，但已有技术的已知钻头都不倉树复合 材料一特别是环氧树脂基体的碳纤维复合材料一进行一定的高速加工。例如，专利FR 2 861 001号专利中所介绍的钻头确实适宜高速钻削非常坚硬的金属材料，但却 不适合复合材料，因为在这种情况下，会引起被加工材料的分层。专利技术专利内容本专利技术的目的是避免上述缺陷，提供一种技术上简单且成本低廉的解决方案， 以改善陶瓷钻头的性能，能超高速钻削复合材料，诸如环氧树脂基体的碳纤维复合 材料，且又不会出现材料的分层，或者也不需要将加工温度升高到20(TC以上，因 为大于该^it时，复合材料的机械性能会下降。在不会出现分层情况下超高速钻削 这类材料可以提高产量，同时縮短加工时间。为此，本专利技术提供了一种新颖的钻头， 能够达到30到50W/cmV分钟的特别切削能力，这种钻头带有一个采用陶瓷制成的切 削部分，其几何形状得到优化，适合高速钻削复合材料。这种新颖的钻头能够承受 以这些速度加工的材料所产生的各种机械力。为此，本专利技术的一个目的是提供一种钻头，其包括一个钻头钻柄、形状为斜截 锥形的沿钻头钻柄齡长度延伸的本体，以及位于钻头自由轴向端的本体底部，所 述端部带有至少两个主要切削刃，由两个中心刃连接在一起，所述本体带有两^l占 唇和两个屑槽，围绕钻头的纵向旋转轴线交错螺线式延伸，所述钻唇和屑槽从自由 轴向端延伸至钻头钻柄，每个钻唇带有一个棱面，而每个屑槽在棱面附近和主切削 刃附近带有一个主切削面，所述主切削刃在钻头的自由轴向端与后刀面形成交汇， 每个后刀面都在带有钻唇的一侧通过前刀面延伸，两个凹槽自中心刃向钻头的周缘延伸，并形成两个副切削面，钻头本体的至少一端用陶瓷制成，戶;M钻头的特征在于，每个棱面通过曲线斜切面以及后刀面向钻头的旋转轴线方向径向延伸，这样， 刃口 一其径向夕卜端比其径向内端沿钻头旋转轴线在轴向上更远离钻头钻柄一就在每 个曲线斜切面和临近屑槽之间形成交汇，而且其特征还在于，每个曲线锥形面在带有前刀面的一侧通过斜切面而延伸。为此，钻头的后刀面和前刀面者卩会分别通过形成后刀面的第一曲线斜切面和形 成前刀面的第二斜切面向外侧方向径向延伸。第一和第二斜切面的向内曲线部分防 止了钻头钻削的复合材料的分层。本专利技术还涉及到一种通过上述类型陶瓷钻头来钻肖愎合材料的方法，按照这种 方法，钻头的圆周切削速度在600到1000米/分钟之间。特别是，钻头的进给速度可以为0. 05到0. 20毫米/转。 钻削操作可以干进行，不需要提前定中心操作。仅一次操作就足以形成最终钻孔。钻孔的深度可以大于钻头本体的直径。被钻削的材料优选为环氧树脂基体的碳纤维复合材料。按照最佳实施例和各种实施方式的说明，通过示例并结合附图，可以更好地理 解本专利技术，而且本专利技术的其它优点也会更清楚地显现出来，但本专利技术并不仅限于所 示示例附图说明图1为根据本专利技术的钻头的侧面示意图； 图2为图1所示钻头的本体部分的详图； 图3为图1所示钻头的仰视图4为根据本专利技术的钻头的本体部分的侧视图，沿图2所示钻头的E方向。 图5为类似图2的示意图，示出了根据本专利技术的钻头的实施例详图。具体实施例方式图1到图5给出了一种整体式陶瓷钻头的示例，用于高速钻削复合材料，特别 是环氧树脂基体的碳纤维复合材料。这种陶瓷钻头1包括(见图1) 一个圆柱形或锥形钻柄2和一个沿钻头轴线4 自钻柄向下延伸至自由轴向端13b的本体3。钻柄可以是平整光滑的，如此图所示， 也可以带有环形槽(图中未示)，用来将钻头夹持在钻床(图中未示)的钻卡上。钻 柄的自由轴向端6在斜切面7处终止，从而可以很容易地将其插入机床的钻卡内。 钻头1的钻柄2和本体3可以通过一^^f切面5而连接在一起，当钻柄的外径与本 体的外径不同时，这个斜切面是必需的。钻头1的本体3包括了两^H占唇8和两个屑槽9，沿轴线4自钻头1的钻柄2 向下交替延伸至自由轴向端13b。钻唇8和屑槽9围绕轴线4以螺线方式蜿蜒，其螺线角度11大约在25°至40°之间。每啊占唇8都带有一个棱面12，沿钻 L内壁滑行，另外，还带有一个间隙面13。 棱面12和间隙面13都呈螺线形。根据本专利技术，每个棱面的厚度14等于或小于钻头 本体3直径d的十分之一。每个屑槽9在棱面12附近有一个主切削面16。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻头，所述钻头包括一个钻柄、一个一直延伸到钻柄的形状为斜截锥形的本体和位于钻头自由轴向端的本体底部，所述自由轴向端带有至少两个由两个中心刃连接在一起的主切削刃，所述本体带有两个钻唇和两个屑槽，围绕钻头的纵向旋转轴线交错螺线式延伸，所述钻唇和屑槽自钻头自由轴向端延伸到钻柄，每个钻唇带有一个棱面，而每个屑槽在棱面附近和主切削刃附近带有一个主切削面，所述主切削刃在钻头的自由轴向端处与后刀面形成交汇，每个后刀面在带有钻唇的一侧通过前刀面延伸，两个凹槽自中心刃向钻头的周缘延伸并形成两个副切削面，钻头本体至少一端是用陶瓷制成的，其特征在于，每个棱面通过曲线斜切面以及后刀面向钻头的旋转轴线方向径向延伸，这样，刃口－其径向外端比其径向内端沿钻头旋转轴线在轴向上更远离钻头钻柄－就在每个曲线斜切面和临近屑槽之间形成交汇，而且其特征还在于，每个曲线锥形面在带有前刀面的一侧通过斜切面而延伸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克劳德图雷尼，
申请(专利权)人：斯奈克玛，
类型：发明
国别省市：FR[法国]