[实用新型]用于碳纤维增强复合材料的菠萝立铣刀

说明书

技术领域：

本实用新型提供一种用于航天和汽车竞技、电路板的碳纤维增强复合材料的立铣刀。

背景技术：

碳纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、减振性好等优点，在航空航天领域得到了广泛应用，在汽车竞技、体育器械等行业的应用也日益增多。20世纪80年代后服役的战机均大量采用碳纤维增强复合材料，复合材料的用量已成为衡量飞机性能的重要指标之一。例如，法国阵风战机的复合材料用量占40%，瑞典JAS39战机占30%，欧洲“台风”战机大于40%，美国的杀手锏武器B-2战略轰炸机占到50%，美国空军最新的F-22“猛禽”战斗机复合材料用量达到了35%。1984年，日本东丽公司成功研制出高强度、大伸长量的碳纤维T800H，1986年，又研发成功T1000。随后，日本东邦、三菱人造丝公司和美国Hexcel公司相继研制出同类高性能碳纤维，为制造大飞机提供了新型复合材料。从此，碳纤维增强复合材料在大飞机上的用量直线上升。

随着复合材料应用领域的扩大，解决复合材料的高精度、高效加工问题也日益迫切。　一般情况下，在此类复合板材、叠层板上铣削加工时，容易产生分层、劈裂、烧伤等缺陷，其中尤以分层、劈裂对加工质量影响最大。据介绍，在AV-8B飞机的制造中，由于加工造成的分层、劈裂导致的零件不合格率占全机CFRP零件不合格率的60％以上。

出现分层、劈裂现象的主要原因为：（1）复合板由碳纤维层铺叠而成，层与层之间用树脂粘结。由于碳纤维增强复合是一种各向异性材料，其机械性能在不同方向各不相同，材料沿纤维铺层方向强度较高，而垂直于纤维铺层方向的强度则取决于树脂粘结强度，一般情况下，层间结合强度仅为纤维方向强度的2．2％。（2）加工时，存在垂直于纤维铺层方向的轴向力Fz，从而在叠层板内产生正应力，当切削力产生的正应力超过树脂结合强度，则会出现树脂断裂、纤维层分层或劈裂等现象，轴向力越大，分层、劈裂现象越严重。

发明内容：

本实用新型提供一种在碳纤维复合材料叠层板上进行铣削加工的刀具，以克服现树脂断裂、纤维层分层或劈裂的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种用于碳纤维增强复合材料的菠萝立铣刀，其组成包括：刀柄，所述的刀柄连接合金材料的刀颈部，所述的刀颈部具有右旋刀齿带和右旋刀齿，所述的右旋刀齿带上具有左旋齿和左旋齿槽，所述的右旋刀齿和所述的左旋齿上具有纳米复合镀层。

所述的用于碳纤维增强复合材料的菠萝立铣刀，所述的右旋刀齿带上右旋齿齿数为2-8个，螺旋角30°-60°。

所述的用于碳纤维增强复合材料的菠萝立铣刀，所述的螺旋角40°-45°，单个刀具的螺旋角的变化不超过5°。

所述的用于碳纤维增强复合材料的菠萝立铣刀，所述的刀径0.80mm至3.175mm，柄径3.175mm所述的刀颈部采用硬质合金棒材和钨钢棒材,所述的右旋刀齿和所述的左旋齿使用超细晶粒硬质合金材料。

 有益效果：

碳纤维增强复合材料在应用过程中往往要与其他结构进行连接，连接是复合材料结构的薄弱环节。据统计，航空航天飞行器中60%~80%的破坏都发生在连接部位。连接中最常采用的机械连接需要先进行机械连接部位的加工。例如，一架波音747飞机有300多万个连接孔，而美国最先进的F-22战斗机每副机翼要14000个精孔需要铣削。复合材料是典型的难加工材料，其加工工艺复杂，对刀具和工艺参数的要求更高。因此，复合材料制孔工艺已成为复合材料应用的关键工艺之一。本实用新型有效的解决了精孔加工中的劈裂分层问题。

碳纤维增强复合材料是由质软而粘性大的基体材料和强度高、硬度大的碳纤维增强材料混合而成的二相或多相结构，其力学性能呈各向异性，层间强度低，切削时在切削力的作用下容易产生分层、劈裂等缺陷。