[发明专利]具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头

说明书

技术领域

本发明属于钻削工具技术领域，特别是涉及一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头。

背景技术

碳纤维增强复合材料（CFRP）具有比强度高、比模量大等优异性能，在航空航天高新技术领域具有广阔的应用前景。当前，欧美大型飞机机体材料正由铝合金为主向以复合材料为主过渡，50wt%复合材料用量将是未来飞机的起点。在装配连接时，需要进行大量的孔加工，如一架波音747战斗机有近300多万个连接孔。但由于CFRP具有各向异性和层间连接强度差等特点，采用普通钻头制孔在孔出、入口侧容易产生分层、毛刺等加工缺陷。而分层严重影响材料性能，它将导致应力集中和裂纹扩展，降低复合材料构件的使用性能和连接强度，甚至是报废。另外，为避免毛刺的影响，需要通过去毛刺工序将毛刺去除，从而影响加工效率和加工成本。这些均严重制约着CFRP材料在航空航天领域高端产品中的推广与应用。因此，必须对现有钻头结构进行改进，使其在碳纤维增强复合材料钻削中能有效避免分层、毛刺的产生。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够有效解决现有制孔刀具难以避免毛刺、分层的问题，提高支孔质量的碳纤维增强复合材料专用钻头。

本发明采用的技术方案是：一种具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头，包括钻头主体，所述的钻头主体外圆周面上沿轴向加工两条小倾角螺旋槽，所述的螺旋槽旋向相同，两螺旋槽在钻头主体头部分别连接刀片，刀片包含两条切削刃，刀片由圆弧形的钻尖部、圆弧形的扩孔部、具有圆弧形内切削刃的多刃尖部和倾角扩孔部依次连接而成，钻尖部处两条切削刃通过横刃相连接。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，钻尖部的顶尖角为110°～120°，扩孔部的顶尖角为14°～20°。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，钻尖部的切削刃的圆弧半径及圆心与钻头主体的轴线偏距与钻头整体几何尺寸成正比，钻尖部的切削刃与扩孔部的切削刃相切。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，多刃尖部中，切削刃为圆弧形，其圆弧半径与钻头整体几何尺寸的成正比，内切削刃与钻头主体轴线的夹角为60°～85°。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，倾角扩孔部中的切削刃与钻头主体轴线之间具有夹角，该夹角应小于圆弧形的扩孔部的顶尖角的一半。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，刀片的厚度为0.8～1mm，横刃宽度为0.5～1.5mm，横刃的倾斜角为50°～60°。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，刀片上两条切削刃的法向前角为0°～15°，法向后角为10°～20°。

上述的具有圆弧刃刀片的碳纤维增强复合材料专用钻头中，所述的刀片材质为聚晶金刚石，焊接在钻头主体的头部；或者刀片与钻头主体为一整体结构，采用硬质合金制成。

与现有技术两边，本发明的有益效果是：

1.本发明的钻头主体外圆周面上设置两条小倾角螺旋槽，可以在钻孔过程中将切屑顺利排出。

2. 本发明的钻头主体的头部钎焊聚晶金刚石（PCD）刀片，可以降低切削力，提高刀具耐磨性能，提高制孔质量。

3. 本发明的刀片包含两条切削刃，两条切削刃的刃型结构均设置圆弧形钻尖部、扩孔部、多刃尖部和倾角扩孔部，通过各部在制孔过程中的不同分工，可以实现阶段性的去除毛刺、分层，达到无毛刺和分层制孔效果，其中，圆弧形钻尖部的功能在于顺利钻入工件，同时起到定心的功能，但此时会导致制孔毛刺、分层的初步形成；扩孔部的功能在于使孔径进一步扩大，但在扩孔中能保证毛刺、分层的程度不恶化；多刃尖部的功能在于在孔最终形成前，将孔周边的纤维能被顺利切断，同时确保毛刺、分层的程度比扩孔阶段小；倾角扩孔部的功能在于使孔径进一步扩大至最终孔径，同时利用“微刃切削”原理将毛刺、分层的程度进一步减小，最终达到去除毛刺和分层的目的，提高了制孔质量。

4. 本发明的两切削刃由横刃相连接，横刃的设置可以确保钻头顺利钻入复合材料。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为图1中B向视图。

图3为为图1中A-A剖视图。

图4为本发明的切削刃处的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。