[发明专利]用于加工纤维增强复合材料的钻头

说明书

背景技术

碳纤维增强聚合物(CFRP)包括带有不同纤维类型、纤 维取向、纤维含量、以及基质材料的范围广泛的复合材料。近年来， 纤维增强材料的使用在许多行业一直在稳定地增长。例如，CFRP复 合材料由于它们的高比强度和高比刚度已经在航空和汽车行业找到越 来越多的应用。随着这种材料使用的增加，将会有对于一种有成本效 益的方法的增加的需要，该方法能在此类材料中产生高质量的孔而其 尺寸是在狭窄的公差范围内。

然而，CFRP复合材料在加工方面构成巨大的问题。目 前，市场是由聚晶金刚钻(PCD)钻头所占据。使用常规的PCD钻 头进行钻孔后的典型缺陷包括剥落、纤维拔出、燃烧及其相似的情况， 如图8所示。

人们已经认识到剥落和纤维拔出是由刀具推力引起的。 钻头的几何形状被认为是影响刀具性能的最重要因素之一。此外，由 于纤维增强的高强度，CFRP极具磨损作用，它要求工具具有优异的 硬度。

因此，存在一种需要来提供一种钻头，该钻头在加工 CFRP复合材料时能够使退刀孔缺陷最小化。

发明内容

简要来说，根据本发明，提供了一种用于加工纤维增强 复合材料的劈裂点式、双槽的麻花钻头。该钻头具有一个约10度到 20度之间的钻缘后隙角；一个约-5度到10度之间的槽口前角；一个 高达约0.035mm的凿尖长度；一个约105度到120度之间的凿尖角； 一个约130度到150度之间的劈裂角；以及一个约70度到100度之间 的顶点角。

在另一个实施例中，一种用于加工纤维增强复合材料的 劈裂点(split-point)式金刚石涂覆的麻花钻头是由一种包括粘合有范 围在大约3wt.％到10wt.％之间的钴(Co)的碳化钨(WC)的基体制 成，其中所述钻头具有一个约90度的顶点角。

在另一个实施例中，一种用于加工纤维增强复合材料的 劈裂式、双槽、金刚石涂覆的麻花钻头具有一个约10度到20度之间 的钻缘后隙角；一个约-5度到10度之间的槽口前角；一个小于 0.035mm的凿尖长度；一个约70度到100度之间的顶点角；一个约 25度到35度之间的螺旋角；位于劈裂点之前的约为钻头直径的20％ 到30％之间的一个钻心厚度；相对于所述钻头的一个纵向轴线的一个 约30度到40度之间槽口角；一个约105度到120度之间的凿尖角； 一个约130度到150度之间的劈裂角；约为该钻头直径的92％到96％ 之间的一个钻体空隙直径；以及约为该钻头直径的5％到10％之间的 一个刃带宽度。

附图说明

从以下参见附图做出的详细说明中，本发明的其他特征 连同从中衍生的优点将变得清楚，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例用于加工纤维加强复合 材料的一种钻头的部分透视图；

图2是图1钻头的局部侧视图，示出一个顶点角；

图3是图1钻头的另一个部分侧视图，示出一个后隙角；

图4是图1钻头的放大的侧视图，示出槽口前角；

图5是图1钻头的末端视图，示出劈裂角、钻心厚度和 刃带厚度；

图6(a)和6(b)比较分别使用本发明的一个5μm的 金刚石涂覆的钻头与一个常规的PCD钻头对A型CFRP复合材料钻 孔时所产生的孔的质量；

图7比较由一个常规的PCD钻头与本发明的一个5μm 金刚石涂覆的钻头对B型CFRP复合材料钻孔时所产生的孔的质量； 以及

图8显示了在使用常规的PCD钻头钻孔后的典型缺陷。

具体实施方式

参见图1-5，其中同样的参考符号代表同样要素，根据本 发明的一个实施例的一个双槽、金刚石涂覆的麻花钻头在劈裂之前总 体上表示为10。优选地，钻头10是由一种碳化钨(WC)基体制成， 该基体具有范围在大约3wt.％到10wt.％之间的粘合的钴(Co)以及 厚度在3μm到20μm之间的范围内的一个金刚石涂层，该涂层是利用 化学气相沉淀(CVD)的方法沉积而成。在涂层后的磨刃半径(或切 削刃半径)是在约5微米到30微米之间。