[发明专利]一种渐次切削钻头及基于渐次切削钻头的CFRP制孔方法

说明书

本发明公开了一种渐次切削钻头及基于渐次切削钻头的CFRP制孔方法，涉及复合材料加工技术领域，渐次切削钻头包括包括钻头本体，从钻头本体的前端至后端依次设置有第一主切削区、第二主切削区、连续副切削区和刀柄夹持区，第一主切削区设有锥度角为α的锥度，第二主切削区设有锥度角为β的锥度，钻头本体的外周上设有排屑直槽，排屑直槽从第一主切削区延伸至连续副切削区，位于第一主切削区的排屑直槽的朝着切削方向的槽边为第一主切削刃，第二主切削区的周侧设有多微刃结构，多微刃结构包括多个均匀排布的微刃，位于连续副切削区的排屑直槽的朝着切削方向的槽边为副切削刃。

技术领域

本发明涉及复合材料加工技术领域，具体涉及一种渐次切削钻头和基于渐次切削钻头的CFRP制孔方法。

背景技术

结构轻量化和疲劳耐久性已成为现代飞机结构共同追求的目标，以碳纤维增强复合材料(CFRP)为代表的先进复合材料具有高比强度、高比模量和抗疲劳性能好等优势被广泛应用于航空航天领域。

虽然目前已经可以实现CFRP复杂结构件的大面积整体成型，但是仍然需要对CFRP成型制件进行机械加工以满足连接装配需求，如采用铣削、钻削等方式完成CFRP制件的切边、制孔等加工。由于CFRP的宏观各向异性，其切削难度远远高于传统的金属材料，用普通的麻花钻或者匕首钻切削效率低、刀具寿命短并且无法避免产生分层、毛刺、纤维撕裂和孔壁划伤等加工缺陷，会大大降低切削的质量和效率。

国内外学者在优化刀具结构参数方面开展了诸多研究，设计了很多对于碳纤维增强复合材料的加工刀具，各有利弊。如深圳光启创新技术有限公司发明的“匕首钻和用于孔加工的方法”专利申请号201510400642.5，它提供了一种新型匕首钻用于碳纤维复合材料的加工，实现了从原有的钻、扩、铰分刀加工工艺优化为一刀加工到位，提高了加工效率、降低了分层风险并且提高了孔的质量。此种刀具与普通麻花钻相比能够在一定程度上减少分层的风险，但是随着刀具的磨损，毛刺等缺陷很快就会出现，使刀具的寿命变短。本发明要解决的问题是由于钻头作用在复合材料上的力较大而导致切削刃承担的切削负荷高，使刀具的使用寿命缩短以及制孔表面质量差的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种渐次切削钻头及基于渐次切削钻头的CFRP制孔方法，以解决现有技术中由于钻头作用在复合材料上的力较大而导致切削刃承担的切削负荷高，使刀具的使用寿命缩短以及制孔表面质量差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供了一种渐次切削钻头，包括钻头本体，从钻头本体的前端至后端依次设置有第一主切削区、第二主切削区、连续副切削区和刀柄夹持区，第一主切削区具有锥度角为α的锥度，第二主切削区具有锥度角为β的锥度，钻头本体的外周上设有排屑直槽，排屑直槽从第一主切削区延伸至连续副切削区，位于第一主切削区的排屑直槽的朝着切削方向的槽边为第一主切削刃，第二主切削区的周侧设有多微刃结构，多微刃结构包括多个均匀排布的微刃，位于连续副切削区的排屑直槽的朝着切削方向的槽边为副切削刃。

进一步地，锥度角α为110°-120°，锥度角β为10°-30°。

进一步地，排屑直槽设有多条，多条排屑直槽沿钻头本体的周向均匀分布。

进一步地，排屑直槽设有两条。

进一步地，多个位于同一垂直于钻头本体轴线的平面的微刃至钻头本体轴线的距离相等。

进一步地，每个微刃上朝着切削方向的面为微刃的前刀面，每个微刃具有两个后刀面，第一后刀面与微刃的前刀面相交，第一后刀面与切削方向形成的夹角为第一后角，第二后刀面与微刃的第一后刀面相交，第二后刀面与切削方向形成的夹角为第二后角，微刃的第一后角为6°-12°，微刃的第二后角为25°-30°，微刃的前刀面和微刃的切削方向形成的微刃的前角为0°-5°。

进一步地，多个微刃沿从第二主切削区的前端延伸至后端的螺旋线分布，螺旋线的升角为30°-40°。