CN111516047A - 一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，包括加工单元、降温单元和清洁单元，加工单元包括刀头和刀杆，刀杆靠近刀头的螺旋槽上开设有排屑孔，刀头的后刀面开设有注气孔，排屑孔较注气孔的孔径大，降温单元包括冷却气源，清洁单元包括负压罩和气泵，工作时，冷却气源通过第一通道利用注气孔向刀头的后刀面输送冷却气体，以降低刀头后刀面与工件摩擦产生的高温，与此同时，气泵抽气，令负压罩内腔形成负压状态，加工产生的切屑在负压作用下由排屑孔进入第二通道内，达到迅速收集切屑的目的，输送冷却气体和吸收排屑同时进行，相当于形成了气流回路，能够有效降低切屑摩擦和钻削部位的温度，减少切削热，提高加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维增强复合材料加工设备技术领域，特别是涉及一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统。
背景技术
碳纤维增强复合材料具有轻质、高强等特点，广泛用于航空航天、军工国防等高端制造领域。然而，碳纤维增强复合材料切屑为粉末状，在钻削过程中，切削温度高，排屑不畅，切屑与刀具和孔壁摩擦，刀具磨损快，导致刀具寿命短、孔壁质量较差等缺陷。传统钻削方法中，碳纤维增强复合材料的粉末状切屑排屑困难，且会造成环境污染。而排屑不畅会导致降低刀具耐用度，使得钻削效率和加工质量一定程度上受到限制。当切削温度高于基体树脂的玻璃化温度时，热损伤缺陷严重，易产生软化、烧蚀等现象，尤其是在钻深孔时更为凸显。目前碳纤维增强复合材料的制孔多采用外部吸尘以及使用内冷式钻头注入冷却液等方法，但是仍然无法解决钻孔过程热损伤以及排屑不畅的问题，导致碳纤维增强复合材料加工质量降低。
因此，如何改变现有技术中，碳纤维增强复合材料钻孔加工过程中排屑不畅和热损伤的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，以解决上述现有技术存在的问题，避免碳纤维增强复合材料钻孔加工过程中出现排屑不畅和热损伤的现象，提高碳纤维增强复合材料的加工质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，包括加工单元、降温单元和清洁单元，所述加工单元包括刀头和刀杆，所述刀杆能够与加工机床可拆卸连接，所述刀头能够对碳纤维复合材料进行钻削加工，所述刀头位于所述刀杆远离加工机床的一侧，所述刀头的后刀面开设有注气孔，所述刀杆靠近所述刀头的一端的螺旋槽上开设有排屑孔，所述排屑孔的孔径较所述注气孔的孔径大，所述刀杆内设置第一通道和第二通道，所述降温单元包括冷却气源，所述冷却气源通过所述第一通道与所述注气孔相连通，所述冷却气源能够向所述第一通道内输送冷却气体，所述清洁单元包括负压罩和气泵，所述负压罩通过所述第二通道与所述排屑孔相连通，所述气泵与所述负压罩相连通，所述负压罩的腔体内能够保持负压状态。
优选地，所述降温单元还包括冷气罩，所述第一通道、所述冷却气源均与所述冷气罩的内腔相连通，所述冷气罩、所述负压罩均套装于所述刀杆的外部，所述刀杆的一端可转动地穿过所述冷气罩、所述负压罩并与所述刀头相连，所述冷气罩与所述刀杆之间、所述负压罩与所述刀杆之间均设置密封元件。
优选地，所述刀杆远离所述刀头的一端设置进气孔和出屑孔，所述进气孔通过所述第一通道与所述注气孔相连通，所述进气孔位于所述冷气罩的内腔中，所述出屑孔通过所述第二通道与所述排屑孔相连通，所述出屑孔位于所述负压罩的内腔中。
优选地，所述冷气罩能够与加工机床相连，所述负压罩位于所述冷气罩的底部，所述冷气罩、所述负压罩同轴设置，所述负压罩为分体式结构。
优选地，所述刀杆为双螺旋结构，所述第一通道、所述第二通道均为螺旋状，所述排屑孔位于所述刀杆的螺旋槽内。
优选地，所述第一通道、所述第二通道的径向截面均为椭圆形。
优选地，所述加工单元还包括刀柄，所述刀柄与所述刀杆可拆装连接，所述刀柄能够与加工机床相连。
优选地，所述刀杆与所述刀柄插接相连。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，包括加工单元、降温单元和清洁单元，加工单元包括刀头和刀杆，刀杆能够与加工机床可拆卸连接，刀头能够对碳纤维复合材料进行钻削加工，刀头位于刀杆远离加工机床的一侧，刀头的后刀面开设有注气孔，刀杆靠近刀头的一端的螺旋槽上开设有排屑孔，排屑孔的孔径较注气孔的孔径大，刀杆内设置第一通道和第二通道，降温单元包括冷却气源，冷却气源通过第一通道与注气孔相连通，冷却气源能够向第一通道内输送冷却气体，清洁单元包括负压罩和气泵，负压罩通过第二通道与排屑孔相连通，气泵与负压罩相连通，负压罩的腔体内能够保持负压状态。本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统工作时，冷却气源通过第一通道利用注气孔向刀头的后刀面输送冷却气体，以降低刀头后刀面与工件摩擦产生的高温，与此同时，气泵抽气，令负压罩内腔形成负压状态，加工产生的切屑在负压作用下由排屑孔进入第二通道内，达到迅速收集切屑的目的，输送冷却气体和吸收排屑同时进行，相当于形成了气流回路，能够有效降低切屑摩擦和钻削部位的温度，减少切削热，提高碳纤维增强复合材料的钻孔加工质量。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的结构示意图；
图2为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的侧视示意图；
图3为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的剖切示意图；
图4为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的俯视示意图；
其中，1为刀头，2为刀杆，3为排屑孔，4为注气孔，5为第一通道，6为第二通道，7为冷却气源，8为负压罩，9为气泵，10为冷气罩，11为刀柄，12为加工机床。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的目的是提供一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，以解决上述现有技术存在的问题，避免碳纤维增强复合材料钻孔加工过程中出现排屑不畅和热损伤的现象，提高碳纤维增强复合材料的加工质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-4，其中，图1为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的结构示意图，图2为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的侧视示意图，图3为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的剖切示意图，图4为本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统的俯视示意图。
本发明提供一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，包括加工单元、降温单元和清洁单元，加工单元包括刀头1和刀杆2，刀杆2能够与加工机床12可拆卸连接，刀头1能够对碳纤维复合材料进行钻削加工，刀头1位于刀杆2远离加工机床12的一侧，刀头1的后刀面开设有注气孔4，刀杆2靠近刀头1的一端的螺旋槽上开设有排屑孔3，排屑孔3的孔径较注气孔4的孔径大，刀杆2内设置第一通道5和第二通道6，降温单元包括冷却气源7，冷却气源7通过第一通道5与注气孔4相连通，冷却气源7能够向第一通道5内输送冷却气体，清洁单元包括负压罩8和气泵9，负压罩8通过第二通道6与排屑孔3相连通，气泵9与负压罩8相连通，负压罩8的腔体内能够保持负压状态。
本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统工作时，冷却气源7通过第一通道5利用注气孔4向刀头1的后刀面输送冷却气体，以降低刀头1后刀面与工件摩擦产生的高温，与此同时，气泵9抽气，令负压罩8内腔形成负压状态，加工产生的切屑在负压作用下由排屑孔3进入第二通道6内，达到迅速收集切屑的目的，输送冷却气体和吸收排屑同时进行，相当于形成了气流回路，能够有效降低切屑摩擦和钻削部位的温度，减少切削热，提高碳纤维增强复合材料的钻孔加工质量。
具体地，降温单元还包括冷气罩10，第一通道5、冷却气源7均与冷气罩10的内腔相连通，冷却气源7向负压罩8内输送冷却气体，负压罩8内的冷却气体再由第一通道5输送至注气孔4，负压罩8能够缓冲冷却气体，使冷却气体输送气流稳定。冷气罩10、负压罩8均套装于刀杆2的外部，刀杆2的一端可转动地穿过冷气罩10、负压罩8并与刀头1相连，冷气罩10与刀杆2之间、负压罩8与刀杆2之间均设置密封元件，避免负压罩8、冷气罩10漏气，影响系统工作效率。
更具体地，刀杆2远离刀头1的一端设置进气孔和出屑孔，进气孔通过第一通道5与注气孔4相连通，进气孔位于冷气罩10的内腔中，出屑孔通过第二通道6与排屑孔3相连通，出屑孔位于负压罩8的内腔中，出屑孔和进气孔分别位于刀杆2的相对的两侧，提高装置结构稳定性。
在本具体实施方式中，冷气罩10能够与加工机床12相连，负压罩8位于冷气罩10的底部，冷气罩10、负压罩8同轴设置，进一步增强系统稳定性，负压罩8为分体式结构，便于拆卸清理。
其中，刀杆2为双螺旋结构，第一通道5、第二通道6均为螺旋状，排屑孔3位于刀杆2的螺旋槽内，第二通道6位于刀杆2的螺旋状凸起结构内，第二通道6延伸至靠近刀头1的螺旋槽处与排屑孔3相连通，降低加工难度，节约生产成本。
另外，需要说明的是，第一通道5、第二通道6的径向截面均为椭圆形，在保证刀杆2的结构强度的同时，尽量增大第一通道5的截面积，在确保冷气注入量的前提下减少刀头1的后刀面与工件的摩擦热，另外，尽量增大第二通道6的截面积，确保切屑能够顺利排出。
进一步地，加工单元还包括刀柄11，刀柄11与刀杆2可拆装连接，刀柄11能够与加工机床12相连，设置刀柄11，便于刀杆2与加工机床12相连。
在本发明的其他具体实施方式中，刀杆2与刀柄11插接相连，方便拆装，减轻操作人员劳动负担。
本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统工作时，冷却气源7通过第一通道5利用注气孔4向刀头1的后刀面输送冷却气体，以降低刀头1后刀面与工件摩擦产生的高温，与此同时，气泵9抽气，令负压罩8内腔形成负压状态，加工产生的切屑在负压作用下由排屑孔3进入第二通道6内，达到迅速收集切屑的目的。相较于现有技术中碳纤维增强复合材料的钻孔加工，尤其是深孔加工，密闭的孔内刀具与工件摩擦产生高温，容易烧蚀材料，且产生大量的切屑难以及时排除，本发明的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，输送冷却气体和吸收排屑同时进行，相当于形成了气流回路，能够有效降低切屑摩擦和钻削部位的温度，减少切削热，提高碳纤维增强复合材料的钻孔加工质量。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：包括加工单元、降温单元和清洁单元，所述加工单元包括刀头和刀杆，所述刀杆能够与加工机床可拆卸连接，所述刀头能够对碳纤维复合材料进行钻削加工，所述刀头位于所述刀杆远离加工机床的一侧，所述刀头的后刀面开设有注气孔，所述刀杆靠近所述刀头的一端的螺旋槽上开设有排屑孔，所述排屑孔的孔径较所述注气孔的孔径大，所述刀杆内设置第一通道和第二通道，所述降温单元包括冷却气源，所述冷却气源通过所述第一通道与所述注气孔相连通，所述冷却气源能够向所述第一通道内输送冷却气体，所述清洁单元包括负压罩和气泵，所述负压罩通过所述第二通道与所述排屑孔相连通，所述气泵与所述负压罩相连通，所述负压罩的腔体内能够保持负压状态。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述降温单元还包括冷气罩，所述第一通道、所述冷却气源均与所述冷气罩的内腔相连通，所述冷气罩、所述负压罩均套装于所述刀杆的外部，所述刀杆的一端可转动地穿过所述冷气罩、所述负压罩并与所述刀头相连，所述冷气罩与所述刀杆之间、所述负压罩与所述刀杆之间均设置密封元件。
3.根据权利要求2所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述刀杆远离所述刀头的一端设置进气孔和出屑孔，所述进气孔通过所述第一通道与所述注气孔相连通，所述进气孔位于所述冷气罩的内腔中，所述出屑孔通过所述第二通道与所述排屑孔相连通，所述出屑孔位于所述负压罩的内腔中。
4.根据权利要求3所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述冷气罩能够与加工机床相连，所述负压罩位于所述冷气罩的底部，所述冷气罩、所述负压罩同轴设置，所述负压罩为分体式结构。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述刀杆为双螺旋结构，所述第一通道、所述第二通道均为螺旋状，所述排屑孔位于所述刀杆的螺旋槽内。
6.根据权利要求5所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述第一通道、所述第二通道的径向截面均为椭圆形。
7.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述加工单元还包括刀柄，所述刀柄与所述刀杆可拆装连接，所述刀柄能够与加工机床相连。
8.根据权利要求7所述的碳纤维增强复合材料的降温清洁钻削系统，其特征在于：所述刀杆与所述刀柄插接相连。
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