[发明专利]麻花钻具、钻削复合材料的方法、用途及其再研磨和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及麻花钻具，具体地是适合于钻削、尤其是对复合材料诸如碳纤维增强塑料（CFRP）或玻璃纤维增强塑料（GFRP）进行自动钻削的麻花钻具。

背景技术

包含纤维的复合材料诸如CFRP和GFRP代表了一种特别的挑战，尤其是在良好的孔质量方面。这些材料是用于飞机结构的常用材料。这些复合材料，特别是具有斜纹纤维、单向纤维布局的CFRP，以及在出口面上具有玻璃布的材料，非常难以进行钻削，并且利用常规钻具，低劣出口孔质量是很常见的。

已经做出一些尝试来解决这些缺陷。具体地，本发明的发明人提出能够使用具有可变螺旋的麻花钻具来对复合材料诸如CFRP和GFRP进行钻削以产生良好的出口孔质量（PCT/GB2011/000478）。然而，具有可变螺旋的麻花钻具可能制造复杂。

典型的刀具寿命是60个孔，因此在飞机等的制造中使用相当大数目的麻花钻具。尽管孔质量是重要的，从而如果它们性能好就能够得到相对复杂的几何形状，但是在可能的情况下仍希望降低成本并且确保随时和快速地更换麻花钻具。因此，刀具寿命和/或单位成本的改进是有利的。

制造具有复杂几何形状如可变螺旋的钻具，不仅需要新的建模技术而且还需要新的制造方法。

WO2008/013725（Kennametal）旨在提供用于对CFRP进行钻削的麻花钻具，其具有良好的出口孔质量和良好的刀具寿命。WO2008/013725提出一种金刚石涂覆的、由具有6wt%钴的碳化钨制成的麻花钻具，该麻花钻具具有包括介于10°和20°之间的钻缘后角（lip relief angle）、介于-5°和10°之间的槽口前角（notch rake angle）、达0.035mm的横刃长度和介于70°和110°之间的钻头角的精细限定的几何形状。Kennametal教导这些特征组合起来提供具有良好的出口孔质量和良好的刀具寿命的涂覆的麻花钻具。

发明内容

最通常地，本发明提出，令人惊奇地是，利用具有包括以下特征的相对简单的几何形状的麻花钻具，能够在包括CFRP等的纤维增强复合材料中获得优秀的孔尺寸分布、出口孔质量和刀具寿命，这些特征是：具有相对大的螺旋角、小钻头角（point angle）和大副横刃角的恒定螺旋。

如此处示出的，体现恒定大螺旋、小钻头角和大副横刃角的这一组合的麻花钻具具有良好的刀具寿命，能够容易地制造，并且产生具有有着最小缺陷的出口孔和有着良好公差的孔尺寸分布的孔。

在第一方面中，本发明提供了用于对复合材料进行钻削的麻花钻具，该麻花钻具包括：

柄部；

钻具本体；

钻具尖端，钻具尖端包括切削刃、横刃、副横刃，其中所述副横刃角为145°至165°，钻具尖端还具有70°至100°的钻头角；以及

容屑槽，容屑槽从钻具尖端延伸到钻具本体，容屑槽具有恒定螺旋，容屑槽的螺旋角选自45°至55°的范围。

本发明人已经发现，令人惊奇地是，当对包含纤维的复合材料例 如环氧基或双马来酰亚胺（BMI）基的CFRP进行钻削时，相对高的角度的恒定螺旋和相对较小的钻头角以及大角度的副横刃的提供的组合，提供了具有良好的刀具寿命、良好的出口孔质量和有着良好公差的孔尺寸分布的麻花钻具。的确，该方面的钻具适合于对这种复合材料进行钻削，并且优点是，钻具的实施例对于宽范围的包含纤维的复合材料（包括具有斜纹纤维或单向纤维布局的CFRP）和在出口面上具有玻璃布的材料而言性能很好（良好的孔质量、孔尺寸公差和刀具寿命）。在实施例中，钻具是复合麻花钻具。尽管如此，钻具能够用于对其它材料进行钻削，例如钢和铝。

螺旋是恒定螺旋。即，螺旋角从钻具尖端并且遍及整个钻具本体是恒定的，即，从容屑槽的起点到容屑槽的终点是恒定的，使得螺旋没有一部分是可变的。

合适地，钻具具有至少45°、优选地至少46°、更优选地至少47°、更优选地至少48°、更优选地至少49°且最优选地至少约50°的恒定螺旋角。

合适地，钻具具有不超过55°、优选地不超过54°、更优选地不超过53°、更优选地不超过52°，更优选地不超过51°且最优选地不超过约50°的恒定螺旋角。

用于螺旋角的这些值（上限和下限）能够以任何组合的方式存在于实施例中。

特别优选的螺旋角为45°至55°，优选地为约47°至53°，更优选地为约49°至51°，且最优选地为约50°。

相对大的恒定螺旋角有助于与正被钻削的材料快速地接合。在实践中，实施例快速地且干净地切入包含纤维的复合材料中。