CN107984005B - 一种加工纤维复合材料的高效钻头 - Google Patents
一种加工纤维复合材料的高效钻头Info
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Abstract
本发明提供一种加工纤维复合材料的高效钻头，包括钻尖部、排屑部和柄部；钻尖部包括前刀面、后刀面和横刃；前刀面和后刀面相交形成主切削刃；主切削刃包括相连接的直线切削刃和内凹抛物线型切削刃。本发明提供的加工纤维复合材料的高效钻头，由直线切削刃和内凹抛物线型切削刃相交形成主切削刃，在加工产品过程中可以有效分散切削阻力，减低在加工过程中产生的轴向分力，并可快速切断纤维，有效减少被加工产品上出现毛刺和分层。采用本发明提供的加工纤维复合材料的高效钻头，加工纤维复合材料获得的孔，孔的表面粗糙度精度等级高，处无毛刺和分层现象，有效提高了纤维复合材料产品加工的产品合格率以及加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及切削刀具技术领域，特别涉及一种加工纤维复合材料的高效钻头。
背景技术
碳纤维复合材料与钛合金材料构成的叠层构件在飞机机翼和尾舵中应用广泛，叠层构件装配过程中需要大量的铆接孔或螺接孔。在这些航空产品装配制孔中，最佳的工艺是在碳纤维复合材料和钛合金材料叠层构件上同时加工出所需要的铆接孔或螺接孔，这是确保叠层材料构件产品连接强度、刚度和安全性的主要手段。
钻孔是碳纤维复合材料制件装配加工工艺中一个极为重要的工序。由于碳纤维复合材料性能脆，强度大，硬度高，导热能力差(导热系数仅为奥氏体不锈钢的1/10～1/5)，各向异性，层间强度低，因此切削时在切削力的作用下容易产生碳纤维复合材料烧伤、分层、撕裂和毛边等缺陷，且钻头易磨损，不仅孔质量难以保证，而且生产效率低下。因此，用于加工碳纤维复合材料的钻头结构有待进一步改进。
发明内容
为解决上述现有技术中提到的不足，本发明提供一种加工纤维复合材料的高效钻头，包括钻尖部、排屑部和柄部；所述排屑部设有自钻尖部向柄部螺旋延伸的排屑槽和副切削刃；所述钻尖部包括前刀面、后刀面和横刃；所述前刀面和所述后刀面相交形成主切削刃；所述主切削刃包括相连接的直线切削刃和内凹抛物线型切削刃；其中，所述直线切削刃位于所述钻尖部远离所述柄部的一端；所述内凹抛物线型切削刃位于所述钻尖部靠近所述柄部的一端。
进一步地，所述钻尖部的钻尖角为60°～90°。
进一步地，所述横刃呈N形。
进一步地，所述主切削刃的第一后角为8°～12°，所述主切削刃的第二后角为24°～30°。
进一步地，所述副切削刃的第一后角为8°～12°，所述副切削刃第二后角为24°～30°。
进一步地，所述钻尖部和所述排屑部的表面包覆有TiSiAl纳米复合涂层。
本发明提供的加工纤维复合材料的高效钻头，由直线切削刃和内凹抛物线型切削刃相交形成主切削刃，在加工产品过程中可以有效分散切削阻力，减低在加工过程中产生的轴向分力，并可快速切断纤维，有效减少被加工产品上出现毛刺和分层。采用本发明提供的加工纤维复合材料的高效钻头，加工纤维复合材料获得的孔，孔的表面粗糙度精度等级高，孔的入口处及孔的出口处无毛刺和分层现象，有效提高了纤维复合材料产品加工的产品合格率以及加工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的加工纤维复合材料的高效钻头的结构示意图；
图2为图1钻尖部的左视图；
图3为图1中A部的局部放大示意图；
图4为图1的K-K剖视图；
图5为图3的P-P剖视图。
附图标记：
10 钻尖部 11 前刀面 12 后刀面
13 横刃 14 主切削刃 20 排屑部
21 排屑槽 22 副切削刃 30 柄部
141 直线切削刃 142 内凹抛物线型切削刃
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1～图5所示，本发明实施例提供一种加工纤维复合材料的高效钻头，包括钻尖部10、排屑部20和柄部30；所述排屑部20设有自钻尖部10向柄部30螺旋延伸的排屑槽21和副切削刃22；所述钻尖部10包括前刀面11、后刀面12和横刃13；所述前刀面11和所述后刀面12相交形成主切削刃14；所述主切削刃14包括相连接的直线切削刃141和内凹抛物线型切削刃142；其中，所述直线切削刃141位于所述钻尖部10远离所述柄部30的一端；所述内凹抛物线型切削刃142位于所述钻尖部10靠近所述柄部30的一端。
具体实施时，如图1所示，本发明实施例提供一种加工纤维复合材料的高效钻头整体由硬质合金制成，包括一体同轴成型的钻尖部10、排屑部20和柄部30；如图1所示，排屑部20设有自钻尖部10向柄部30螺旋延伸的排屑槽21和副切削刃22，其中排屑槽21用于排出切削时产生的切削屑，副切削刃22用于修整由钻尖部10制成的孔的孔壁，并在切削时其一定的导向作用；如图4所示，所述副切削刃22的第一后角为8°～12°，所述副切削刃22第二后角为24°～30°。
如图2、图3所示，钻尖部10的钻尖角为60°～90°；钻尖部10包括前刀面11、后刀面12和横刃13；其中横刃13位于钻尖，呈N形；本实施例中横刃13的长度为钻头直径的0.02倍，较短的横刃13能大幅度地减小切削时的轴向分力，减少碳纤维复合材料加工时出现分层、撕裂、毛刺等缺陷；主切削刃14由前刀面11和后刀面12相交形成，主切削刃14包括相连接的直线切削刃141和内凹抛物线型切削刃142，其中，直线切削刃141位于钻尖部10远离柄部30的一端；内凹抛物线型切削刃142位于钻尖部10靠近柄部30的一端，内凹抛物线型切削刃142远离直线切削刃141的一端与副切削刃22相交；由直线切削刃141和内凹抛物线型切削刃142相交形成的主切削刃14，在加工产品过程中可以有效分散切削阻力，减低在加工过程中产生的轴向分力，并可快速切断纤维，有效降低被加工产品上出现毛刺和分层；如图5所示，主切削刃14的第一后角为8°～12°，主切削刃14的第二后角为24°～30°。
本发明实施例提供的加工纤维复合材料的高效钻头具体工作方式描述如下：
第一阶段，横刃13接触并挤压工件的表面，由于横刃13的挤压效应，轴向分力迅速增大；第二阶段，主切削刃14的直线切削刃141进入工件，开始切削工件，轴向分力以较小幅度增大；第三阶段，主切削刃14的内凹抛物线型切削刃142进入工件，开始去除毛刺:第四阶段，横刃13到达工件的底部，由于横刃13钻离工件下表面时，轴向分力会突然降低，此时容易在孔的出口处产生分层现象，而本实施例由直线切削刃141和内凹抛物线型切削刃142相交形成的主切削刃14，在加工过程中可以有效分散切削阻力，减低了在加工过程中产生的轴向分力，横刃13钻离工件下表面之后，轴向分力不会产生突变，减少分层现象的产生，同时内凹抛物线型切削刃142可快速切断纤维，有效避免被加工产品上出现毛刺:第五阶段，主切削刃14钻离工件，副切削刃22进入工件，开始进行铰孔。
采用相同的工艺参数和制孔方式，对本发明实施例提供的加工纤维复合材料的高效钻头，称为钻头1，以及市售用于碳纤维复合材料的传统钻头，称为钻头2，在相同的碳纤维复合材料上进行制孔测试，制孔结束后，使用超景深显微镜测量出口面的孔质量，使用粗糙度量仪测量孔壁的粗糙度。钻头1和钻头2比较结果具体说明如下:
钻头2在加工第1个孔的时候毛刺很小，且有微小分层，随着孔数的增加，毛刺很快变多，分层也开始加剧，第5个孔时毛刺和分层现象已非常严重；钻头2加工的前5个孔的平均粗糙度值Ra＞0.8μm；
钻头1加工第1个孔的时候没有分层和毛刺，质量很好，加工第5个孔时质量依旧很好，继续进行制孔实验，最终发现钻头1至少能加工20个无分层、无毛刺的高质量孔，钻头1加工的前5个孔的平均粗糙度值Ra≤0.48μm。
本发明实施例提供的加工纤维复合材料的高效钻头，由直线切削刃和内凹抛物线型切削刃相交形成主切削刃，在加工产品过程中可以有效分散切削阻力，减低在加工过程中产生的轴向分力，并可快速切断纤维，有效降低被加工产品上出现毛刺和分层。采用本发明实施例提供的加工纤维复合材料的高效钻头，加工碳纤维复合材料获得的孔，孔的表面粗糙度精度等级高，孔的入口处及孔的出口处无毛刺和分层现象，有效提高了碳纤维复合材料产品加工的产品合格率以及加工效率。
优选地，所述钻尖部10和所述排屑部20的表面包覆有TiSiAl纳米复合涂层。具体实施时，在钻尖部10和排屑部20的表面覆有一层TiSiAl纳米复合涂层，使其具有更好隔热性能以及更好的耐磨性能，进一步提高钻头的使用寿命。
尽管本文中较多的使用了诸如钻尖部、前刀面、后刀面、横刃、主切削刃、排屑部、排屑槽、副切削刃、柄部、直线切削刃、内凹抛物线型切削刃等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种加工纤维复合材料的高效钻头，包括钻尖部(10)、排屑部(20)和柄部(30)，所述排屑部(20)设有自钻尖部(10)向柄部(30)螺旋延伸的排屑槽(21)和副切削刃(22)；其特征在于：所述钻尖部(10)包括前刀面(11)、后刀面(12)和横刃(13)；所述前刀面(11)和所述后刀面(12)相交形成主切削刃(14)；所述主切削刃(14)包括相连接的直线切削刃(141)和内凹抛物线型切削刃(142)；其中，所述直线切削刃(141)位于所述钻尖部(10)远离所述柄部(30)的一端；所述内凹抛物线型切削刃(142)位于所述钻尖部(10)靠近所述柄部(30)的一端，所述内凹抛物线型切削刃(142)远离所述直线切削刃(141)的一端与所述副切削刃(22)相交；
所述钻尖部(10)的钻尖角为60°～90°；
所述主切削刃(14)的第一后角为8°～12°，所述主切削刃(14)的第二后角为24°～30°；
所述横刃(13)呈N形，横刃(13)的长度为钻头直径的0.02倍。
2.根据权利要求1所述加工纤维复合材料的高效钻头，其特征在于：所述副切削刃(22)的第一后角为8°～12°，所述副切削刃(22)第二后角为24°～30°。
3.根据权利要求1所述加工纤维复合材料的高效钻头，其特征在于：所述钻尖部(10)和所述排屑部(20)的表面包覆有TiSiAl纳米复合涂层。
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