[发明专利]一种适用于叠层构件制孔的钻头

说明书

本发明涉及了一种适用于叠层构件制孔的钻头，包括安装柄段、切削段。切削段由铰孔部、扩孔部以及钻孔部依序连接而成。在钻孔部上设置有定位刃、端切削刃以及第一外圆刃，其中，定位刃布置于钻孔部的端部，且端切削刃由定位刃沿着径向外延而成。第一外圆刃围绕钻孔部进行螺旋延伸，直至延伸至与端切削刃相交。在铰孔部上设置有第二外圆切削刃，其围绕铰孔部进行螺旋延伸。围绕扩孔部的外围设置有第三外圆切削刃，用来同时连接、过渡第一外圆切削刃与第二外圆切削刃。这样一来，在实际加工过程中，无需进行频繁换刀即可完成制孔的全部步骤，大大地提高了生产效率。另外，端切削刃的存在还可以降低叠层构件各分层的轴向受力值，防止其发生分层现象。

技术领域

本发明涉及切削刀具制造技术领域，尤其是一种适用于叠层构件制孔的钻头。

背景技术

碳纤维复合材料(CFRP)以其优良的力学性能，被广泛地应用于飞机零件的制造，如宽体客机CR929，其用量已经高达50％，在确保结构强度的前提下，大幅地减轻了飞机结构重量。碳纤维复合材料需覆盖于构件的表面以形成叠层构件，而后还需对该叠层构件进行制孔操作以完成后续与其他相邻部件的装配。然而，对于两种或两种以材料组成的叠层构件进行一体化制孔一直都是航空制造中的一大挑战，尤其是不同材料之间的叠层。在现有技术中，通常借用高速钢或硬质合金刀具进行制孔，工艺步骤依序为：钻孔-扩孔-铰孔，如此一来，在加工过程中必不可免地需要进行换刀操作，从而增加了加工辅助时间，大大地降低了生产效率。另外，在制孔完成后还发现：孔的出口处极易出现毛刺，碳纤维复合材料叠层易出现分层、撕裂的现象，甚至还会导致孔出现劈裂以及缩孔现象，从而导致孔的成型质量不稳定。因而，亟待技术人员解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计简单，集钻孔、扩孔、铰孔功能为一体的适用于叠层构件制孔的钻头。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种适用于叠层构件制孔的钻头，包括安装柄段、切削段。沿着远离安装柄段的方向，切削段由铰孔部、扩孔部以及钻孔部依序连接而成。在钻孔部上设置有定位刃、端切削刃以及第一外圆刃，其中，定位刃布置于钻孔部远离安装柄段的一端端部，且端切削刃由定位刃沿着径向外延而成。第一外圆刃围绕钻孔部的外侧壁进行螺旋延伸，且直至延伸至与端切削刃相交。在铰孔部上设置有第二外圆切削刃，其围绕铰孔部的外侧壁进行螺旋延伸。围绕扩孔部的外围设置有第三外圆切削刃，用来同时连接、过渡第一外圆切削刃与第二外圆切削刃。

作为本发明技术方案的进一步改进，定位刃包括至少二条倾斜刃口，围绕钻孔部的中心轴线进行周向均布，且具有共同顶点。定位刃的顶角α控制在110～130°。

作为本发明技术方案的进一步改进，第一外圆切削刃以及第二外圆切削刃具有相同的螺旋角β，且控制在30～40°。

作为本发明技术方案的进一步改进，定位刃的前角γ控制在20～35°。

作为本发明技术方案的进一步改进，定位刃的第一后角δ控制在20～25°，其第二后角ε控制在25～45°。端切削刃的第一后角ζ控制在8～10°，其第二后角η控制在10～18°。

作为本发明技术方案的进一步改进，钻孔部的外径为D，其芯厚直径为d，则d＝25～30％D。

作为本发明技术方案的进一步改进，定位刃的正芯高κ＝-0.1～0.1mm。

作为本发明技术方案的进一步改进，在第三外圆切削刃上设置有修正阶梯面，其宽度ρ控制在0.2～0.4mm。

作为本发明技术方案的更进一步改进，沿着钻孔部的径向往外，端切削刃依序由第一切削段和第二切削段连接而成。第一切削段相对于钻孔部中心轴线的倾斜角度θ控制在80～85°，且其与定位刃之间设置有过渡圆弧。第二切削段相对于钻孔部中心轴线的倾斜角度ι控制在85～89°。