[发明专利]一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头

说明书

本发明提供了一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头，包括顺序连接的刀刃段、过渡段、刀柄；所述的钻头设有吸气空腔，可以减少CFRP碎屑的产生，并且利用负压自动收集CFRP废料，提高废料的回收率，增加了制孔的效率，节省了能量；刀刃段的表面被前排屑槽与后排屑槽分割为多个梯形微切单元，梯形微切单元上有微切主切刃和微切副切刃对碳纤维毛刺切削去除，提高孔壁质量。

技术领域

本发明涉及一种用于碳纤维复合材料制孔加工用的钻头，具体涉及一种用于碳纤维增强复合材料制孔的吸气式钻头。

背景技术

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其高的比强度和弹性模量在航空航天工业中得到了广泛的应用，市场需求量大。

CFRP固化成型后，为了装配需要，必须在材料中加工大量的孔。由于碳纤维与基体性能差别很大，CFRP材料的各向异性，以及层间强度较低，CFRP在打孔过程中很容易造成分层、毛刺、撕裂等缺陷。这些孔大多都是用麻花钻刀加工的，这种方法产生了大量的纤维碎屑，CFRP切割产生的碎屑会变成粉尘颗粒，粒度的尺寸分布集中在0.25～1μm范围内，这种大小的粉尘颗粒很容易到达人体肺部，会对工作人员的健康造成危害。近年来，随着CFRP使用量的增长，国际上对CFRP废料回收利用的研究也有了新的进展，Jack Howarth等发表的《Energy intensity and environmental analysis of mechanical recycling ofcarbon fibre composite》与Li X等发表的《Environmental and financial performanceof mechanical recycling of carbon fibre reinforced polymers and comparisonwith conventional disposal routes》均分析了CFRP废料回收的经济性与环境友好性，提高碳纤维的回收率可以降低生产成本，CFRP的循环利用也正从试验研究发展为工业规模化，CFRP加工中收集尽可能多的纤维碎屑具有十分重要的意义。

刀具是影响CFRP加工的主要因素之一，国内外学者对刀具的结构做了大量的研究，例如，大连理工大学牛斌等人发明的“一种用于碳纤维复合材料制孔的多阶梯多刃渐变微齿刀具”申请号：201710638289.3，它涉及了一种用于碳纤维复合材料制孔的多阶梯多刃渐变微齿刀具，该刀具由直刃钻孔区、扩孔区、修整区与刀柄组成的，钻削时先对CFRP进行钻孔，然后进行扩孔，最后再对孔壁进行修整，从一定程度上提高了制孔的效率与质量。哈尔滨理工大学的王义文发明的“一种可换刀片的CFRP钻削加工用吸气式钻头”，申请号：201811041486.8，该钻头的刀片可以更换，降低加工成本，而且在钻头上还设计了吸气孔道，可以有效回收切屑，减少切屑对环境的污染并提高加工质量。但是，以上两种刀具均对孔内的CFRP切成碎屑，CFRP碎屑量的产生并没有减少，对制孔效率与质量的提高具有一定的局限性。

因此，有必要对现有CFRP刀具进行改进，使其在CFRP钻孔过程中，减少CFRP碎屑的产生，自动回收废料，从根本上提高CFRP加工质量、加工效率和CFRP废料的回收率。

发明内容

为了达到提高CFRP加工质量与加工效率、减少CFRP碎屑的产生、增加CFRP废料的回收率的目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头包括顺序连接的刀刃段、过渡段、刀柄；所述的刀刃段下端有多个刀齿，刀齿上设有刀齿主刀刃和刀齿副刀刃；所述刀刃段的表面具有梯形微切单元、前排屑槽、后排屑槽；所述的梯形微切单元上设有微切主切刃、微切副切刃；所述的刀刃段、过渡段、刀柄内部均设有吸气空腔。

所述的过渡段下端的外径与刀刃段的外径相同，上端的外径与刀柄的外径相同。

所述的刀齿上的刀齿主刀刃为圆弧状，刀齿上的刀齿副刀刃为抛物线状。

所述的钻头材料是金刚石、合金或者陶瓷材料。