[发明专利]抑制复材制孔时刀具磨损的侧向内冷孔设计方法

说明书

本发明抑制复材制孔时刀具磨损的侧向内冷孔设计方法属于机械加工制造领域，涉及一种复材加工制孔时，抑制刀具磨损的侧向内冷孔设计方法。该方法包括侧孔开设位置、侧孔形状、侧孔角度设计三个部分；通过在刀具切削成型刃的后刀面或附后刀面上开设侧方内冷孔，喷射冷却剂，大幅降低刀具该部位在复材加工时的切削温度，抑制刀具刃圆和后刀面磨损。通过在制孔刀具上增添该结构，能够有效降低复材制孔刀具切削成型区的磨损，有针对性地抑制该区域温度升高，从而避免刀具材料软化，降低刀具磨损，提升刀具寿命，保证终孔加工质量；适用于各类复合材料制孔加工。

技术领域

本发明属于机械加工制造领域，涉及一种抑制复材制孔时刀具磨损的侧向内冷孔设计方法,通过在制孔刀具上增添该结构，能够有效降低复材制孔刀具切削成型区的磨损。

背景技术

目前，纤维增强相复合材料由于其比强度高、比模量高等诸多优越的机械特性，在航空航天、化工、汽车制造等多个领域取得了不可替代的位置，例如在空客A380大型飞机上，其机身重量的22％是由复合材料制造，波音公司生产的787型客机更是主要结构的50％都采用了复合材料制作。在这些复合材料加工出的各类结构件上，其最主要的加工方式是钻孔加工，例如一架F-16飞机上就有着多达40000个连接孔，一架波音747飞机上更是有多达300万个连接孔。然而，由于纤维增强相复合材料具有层间强度低、硬度高、脆性大等力学性能，在钻孔时极易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷，从而引起质量问题，甚至导致零件报废，因此，需要保证制孔刀具在加工过程中有着足够的锋锐度，能够维持较长时间的优秀切削性能，即保证刀具的磨损速度较慢。然而纤维增强相复合材料内部的纤维增强相由于其本身强烈的硬脆性和较高的磨蚀性，在加工过程中纤维和刀具表面会发生剧烈的摩擦，从而在切削区产生大量的热量，造成刀具材料软化，磨损加剧，切削性能发生急剧退化。此外，大量的研究表明，制孔刀具的切削成型位置对终孔质量起着决定性作用，例如钱宝伟等人在论文“双顶角钻头钻削CFRP复合材料的刀具磨损机制”[J].复合材料学报，2017，(04):521-529)中提出，在加工CFRP复合材料时，双顶角类型钻头的第二主切削刃最外沿切削刃的锋锐度对终孔的质量起决定性作用，外沿切削刃锋锐度降低将使复材孔壁和出口出现严重的损伤。因此，对加工刀具外延成型位置的切削刃进行磨损抑制，可保证刀具切削性能，提升刀具寿命。目前，已有研究提出了钻削刀具磨损的抑制方法如喷射大量切削液、改变刀具结构形式、增设内冷孔等方法。其中增设内冷孔并在其中通入冷却液或冷却气的方案是方便且有效的，例如黄东杰等人提出的“一种内部自动制冷深孔钻”，专利号CN205851939U，陈涛等人公开的“碳纤维复合材料专用钻头”，专利号CN105689765A，二者均采用在刀尖处开设双直内冷孔的方法降低加工时的切削热，何耿煌等人公开的“一种多内冷孔通用刀片槽可转位钻头刀体”，专利号CN201420706558.7，通过多开内冷孔的方式，提升冷却效果。然而上述专利，其提出的内冷孔开设方法均未有针对性地将冷却液喷射在复材制孔刀具的切削成型位置上，不能有效抑制复材加工时切削成型区的磨损，达不到大幅提升刀具寿命的要求。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，发明一种抑制复材制孔时刀具磨损的侧向内冷孔设计方法，该方法包括侧向内冷孔开设位置、侧向内冷孔形状、侧向内冷孔角度设计三个部分。通过在制孔刀具的切削成型位置开设圆形内冷孔，在后续钻削过程中，使冷却液从侧向喷出，有效降低该部分的切削温度，并提供了一定的润滑，降低了加工时刀具上的温度，避免了刀具材料软化，减小了刀具的磨损，且该方法能够应用于绝大多数制孔刀具上。

本发明采用的技术方案是一种抑制复材制孔时刀具磨损的侧向内冷孔结构，通过在刀具切削成型刃1的后刀面或附后刀面上开设侧方内冷孔2，喷射冷却剂，大幅降低刀具该部位在复材加工时的切削温度，抑制刀具刃圆和后刀面磨损。该方法包括侧向内冷孔开设位置、侧向内冷孔形状、侧向内冷孔角度设计三个部分。