[发明专利]一种碳纤维复合材料低损伤螺旋铣扩专用复合刀具

说明书

一种碳纤维复合材料低损伤螺旋铣扩专用复合刀具，属于铣削工具，解决了现有螺旋铣孔刀具加工时工件上下表面出现分层、撕裂加工损伤的问题。本发明的切削部包括依次连接的前部铣孔区、中部扩孔区、后部修整区；直径较小的铣孔区和直径较大的修整区由投影面呈等腰梯形的扩孔区相连接，铣孔区切削刃向刀具内侧偏转，其围绕刀具回转轴运动所形成曲面为倒置于扩孔区的圆锥形，修整区呈周铣刀结构；铣孔区设置有多条沿刀具轴线方向进给切削的切削刃，扩孔区设有与铣孔区等数量且依次连接的右旋扩孔切削刃，修整区设有数量大于扩孔切削刃的左旋切削刃。本发明可有效抑制碳纤维复合材料孔加工中工件顶层、底层形成的分层及撕裂损伤。

技术领域

本发明涉及层叠结构复合材料的螺旋铣孔工具，具体涉及碳纤维复合材料螺旋铣孔专用复合刀具。

背景技术

碳纤维复合材料凭借其轻质高强、抗疲劳性好等优良特性广泛应用于航空航天领域飞行器蒙皮及结构件的制作，因此有大量的连接孔加工需求。当前常用的碳纤维复合材料孔加工方法为使用钻头钻孔或使用立铣刀铣孔，加工质量差长期制约着碳纤维复合材料的广泛应用。碳纤维复合材料一般是由碳纤维制作的预浸布经环氧树脂粘合而成的层叠材料。由于碳纤维及由碳纤维制作的预浸布具有明显的各向异性，造成了制孔过程中容易出现撕裂及分层等加工损伤的产生，分层损伤严重影响了加工质量，甚至导致工件报废，造成了加工成本增加、生产周期加长的严重后果。分层损伤往往发生在工件表面附近，分为发生在工件上表面的剥离分层和发生在工件下表面的挤推分层。挤推分层是由于加工过程刀具产生的轴向力大于预浸布层间粘附力而导致材料层间脱粘分离。专家学者认为剥离分层是由切削过程中带有螺旋角的刀具侧刃产生切削力的轴向力分力引起了工件上表面的剥离。

在使用立铣刀进行螺旋铣孔时其轴向力较钻孔虽然减小，但仍然无法避免各种加工损伤的产生，因此从刀具结构优化设计方面出发减小轴向力是提高加工效率、加工质量必要措施和重要手段。

专利号为ZL2020112856901的发明公开了以下内容：切削部包括依次连接的前端铣孔区、过渡扩孔区和后段切削区；前端铣孔区直径小于后段切削区直径，前端铣孔区和后段切削区之间采用过渡扩孔区平滑过渡；前端铣孔区为端铣刀结构，前端铣孔区设置有多条沿刀具轴线方向进给切削的底部切削刃，过渡扩孔区的外表面、后段切削区外表面分别设有与底部切削刃相等数量且依次平滑连接的过渡切削刃和侧切削刃。该方案中，通过鼓锥形平头立铣刀的结构降低了碳纤维复合材料螺旋铣孔过程中的轴向力减小了出口挤推分层的可能，但该方案中并未对入口处剥离分层提出有效的应对方案，且过渡扩孔区不同高度切削刃磨损程度差异较大。

发明内容

针对现有碳纤维复合材料螺旋铣孔过程中容易出现分层、撕裂损伤的问题，本发明提供一种碳纤维复合材料低损伤螺旋铣扩专用复合刀具。

本发明的一种碳纤维复合材料低损伤螺旋铣扩专用复合刀具，所述的刀具包括相连接的切削部、缩颈结构和柄部。

所述的切削部包括依次连接的铣孔区（1）、扩孔区（2）、修整区（3）。

所述的铣孔区（1）设置有中心对称分布且沿刀具轴线方向进给切削的多条底部切削刃，切削刃呈伞状倾斜布置，其围绕刀具回转轴运动所形成曲面为倒置于扩孔区（2）的圆锥形，铣孔区（1）切削刃与扩孔区（2）切削刃交汇处形成尖锐的刀尖。

所述的铣孔区（1）直径小于修整区（3）直径，铣孔区（1）和修整区（3）之间由扩孔区（2）相连接，所述扩孔区（2）的径向投影为等腰梯形。

作为优选，所述铣孔区（1）包括中心对称分布且沿刀具轴线方向进给切削的四条底部切削刃。

所述的扩孔区（2）的外表面设有与铣孔区（1）相同数量且相连接的扩孔切削刃，扩孔切削刃均匀分布于扩孔区（2）外表面，延伸至修整区（3）且排屑槽深度逐渐减小至淡出。