[发明专利]用于碳纤维复合材料高速铣削的带端刃立铣刀

说明书

本发明用于碳纤维复合材料高速铣削的带端刃立铣刀属于难加工材料切削加工领域，涉及一种碳纤维复合材料高速铣削盲槽、盲窗以及异形盲孔的专用刀具。该立铣刀在铣刀端部设计切削刃，并且开有端面容屑槽；立铣刀由端刃部分、变分屑槽螺旋角周刃部分、刀柄部分以及周刃与端刃的过渡圆弧刃组成。在端刃部分开有两条平行，具有一定深度的端面容屑槽；在端刃的刃间开有端刃容屑槽。变分屑槽螺旋角周刃部分是非对称螺旋交错结构，由m条右旋螺旋槽与n条左旋分屑槽交错形成若干等尺寸的微齿。该立铣刀采用变螺旋角分屑槽降低了铣削时刀具的颤振效应，提高了铣削时的容屑性能，降低了复材热损伤，从而实现碳纤维复合材料高速平稳有效的加工。

技术领域

本发明属于难加工材料的切削加工领域，涉及一种碳纤维复合材料高速铣削盲槽、盲窗以及异形盲孔的专用刀具。

背景技术

碳纤维复合材料(CFRP)具有比强度高、比刚度高、抗疲劳性和耐腐蚀性等特点，在航空航天领域得到广泛应用，且它的使用逐渐从非承力构件向次承力、主承力和全复合材料结构方向发展。随着碳纤维复合材料在航空航天中主承力构件上的广泛使用，基于大型复杂受力环境中高服役可靠性的要求，对其机械加工的质量要求也更加严格。碳纤维复合材料属于典型的难加工材料，其细观呈纤维和树脂构成的混合形态，宏观上呈现各向异性和叠层特征，导致其切削加工中呈间歇性，在刀具设计不当及参数选择不合理时，加工中极易出现分层、撕裂、毛刺等加工损伤以及刀具磨损情况；碳纤维复合材料成型后，为了满足其装配要求和应用需要，通常需要二次加工，特别是在发动机活塞、飞机机翼等构件上需要大量的开盲槽、开盲窗口以及开异形盲孔。高速铣削加工盲槽以及盲窗时形成封闭空间，切削区域温度较高，排泄不畅，存在刀具端刃磨损严重，槽的出入口处易发生刀尖崩碎，加工表面质量差等问题，严重制约飞机构件的高质高效加工。目前应用于加工复合材料盲槽、盲窗有“以磨代铣”的工艺方式，封闭空间内磨削温度极高，产生的切屑不容易排出，容易造成表面刮伤和树脂烧伤的问题。而刀具结构的优化设计对提高加工效率和质量、提高刀具寿命、降低加工成本具有重要意义。

目前，部分学者已针对复合材料铣削用的多刃刀具展开研究，例如,唐臣升等人发明的“整体硬质合金鱼鳞铣刀”，专利申请号 200910013142.0，它涉及一种用于碳纤维、玻璃纤维等复合材料的铣削加工的铣刀，该铣刀包括铣刀周刃和铣刀柄部，采用左、右旋对称交错的构成切削单元，螺旋槽深为刀具直径的7％～8％，切削刃数增至24条，在一定程度上相对于双刃、四刃等铣刀提高了切削效率，降低了铣削力。为了增加微齿切削的切削深度、提高加工效率，大连理工大学王福吉等人发明的“用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀”，申请专利号201610806761.5，该铣刀包括周刃部分、钻尖部分和刀柄部分，增大了微齿的长度，带钻尖结构可以有效加工窗口、通孔，但是这两种铣刀不能用于铣盲窗、铣盲槽以及加工异形盲孔，所以该铣刀在实际应用中存在一定的局限性。其次，碳纤维复合材料的铣削速度较高，一般在3000r/min到10000r/min之间，切削刃数的增多，相比于双刃、四刃铣刀虽提高了切削效率，但是大大降低了排屑和散热能力，加剧了复材热损伤问题。

发明内容

本发明要解决的难题是提高高性能碳纤维复合材料高速铣削盲槽、盲孔以及异形孔的加工时排屑、散热能力，降低刀刃在高速铣削加工中的破损几率和刀具颤振效应。为此，发明了一种用于CFRP高速铣削的带端刃立铣刀。通过在铣刀端部设计切削刃，并且开有端面容屑槽，使得高速铣削盲槽、盲窗时能快速有效排除端刃处的切屑，在端刃与周刃的过渡部分倒圆弧，有效避免高速切削时刀尖的崩刃现象，靠近端刃的周刃部分采用变螺旋角分屑槽的设计方法，从而实现碳纤维复合材料大切削用量下高速平稳有效的加工。

本发明采用的技术方案是一种用于碳纤维复合材料高速铣削的带端刃立铣刀，其特征是，该立铣刀在铣刀端部加工有切削刃，并且开有端面容屑槽；立铣刀由端刃部分I、变分屑槽螺旋角周刃部分III、刀柄部分IV以及周刃与端刃的过渡圆弧刃II组成；