[發(fā)明專利]一種高強纖維樹脂基復(fù)合材料無毛邊高效切割工具

無效

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• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102581862A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高航;郭東明;黃均亮;鮑永杰;王奔
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B26D1/14
• 分類號: B26D1/14
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料的切割工具，具體涉及一種高強纖維樹脂基復(fù)合材料的高效切割工具。

背景技術(shù)

高強纖維樹脂基復(fù)合材料是由質(zhì)軟而粘性大的樹脂基體與強度高、硬度大的纖維絲混合而成的二相或多相結(jié)構(gòu)。該類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件大多是直接在成型模上用多層纖維(布)編織并用特種樹脂粘接起來的薄壁零件，其力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性，層間強度低，纖維硬度高或高韌性、強度大，屬于典型的難加工材料。因此，選擇一種合適的切割工具加工是保證該種材料切割質(zhì)量的關(guān)鍵。

由于纖維具有較高的強度或韌性，在切割過程中會產(chǎn)生大量的切削熱，這些切削熱使得樹脂與纖維的粘結(jié)強度下降，纖維從樹脂中拔出。如果切割工具的鋒利度不夠，不能將高強纖維及時切斷，則易形成毛邊、分層等缺陷。因此加工工具必須保證刀具刃口鋒利且切削區(qū)域殘留的切削熱要低。

期刊《國外固體火箭技術(shù)》1987年第9期中，文獻(xiàn)《凱夫拉芳綸纖維的切割與機加》提到了一種交錯齒軍刀形鋸片的制造。該刀具鋸齒正反方向交錯，切削刃較鋒利，易于切斷凱夫拉纖維，但由于凱夫拉纖維強度和硬度較高，加速了刀具磨損而且使用工藝范圍較窄，不利于加工效率的提高。

中國公開號為CN1146945中公布了一種超薄金剛石切割片及其制造方法。此專利采用化學(xué)鍍和電鍍兩種方法相結(jié)合制造了一種無基體式的金剛石切割片，厚度僅為0.02～0.1mm。該專利由于其強度低、剛性差，只適用于切深小，寶石、硅片等硬脆材料的切割加工中，在加工切深大高強纖維樹脂基復(fù)合材料時則容易發(fā)生破碎破壞。

期刊《導(dǎo)彈與航天運載技術(shù)》1994年第5期中，《碳纖維復(fù)合材料切削工藝》提到了一種金剛石砂輪片的制造。該工具基體為金屬材料，厚度為0.20mm，切削區(qū)域電鍍金剛石磨粒。該工具在加工碳纖維復(fù)合材料時，散熱條件不好，易發(fā)生樹脂粘附失效，在加工厚板時一般要采用雙面切割工藝，產(chǎn)生的毛邊缺陷要經(jīng)過金剛石磨輪和精細(xì)砂紙的打磨，工序繁雜，降低了加工效率。

可以看出，現(xiàn)有切割工具存在強度低、剛度差，冷卻排屑能力不足，切割過程中易發(fā)生樹脂粘結(jié)堵塞失效，磨損過快，壽命低等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于已有切割工具存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種高強纖維樹脂基復(fù)合材料無毛邊高效切割工具，通過采取高切割線速度(v≥30m/sec)和三個表面均粘附微粉級金剛石磨粒(150-300目)的超薄切刃工藝措施，有效地提高了切割工具的鋒利度和耐磨性，并利用超薄鋸齒3的切割作用和超硬磨料的多刃磨削作用將高強纖維快速切斷，利用依據(jù)槽齒寬比e/a＝0.5-1.5設(shè)計的排屑槽1及時地將切屑排出，避免切削熱在切削區(qū)域的殘留，有效降低切削區(qū)域的溫度，達(dá)到高強纖維樹脂基復(fù)合材料的無毛邊高效加工的目的。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種高強纖維樹脂基復(fù)合材料無毛邊高效切割工具，是一種高強度金屬材料制造的圓環(huán)形帶齒結(jié)構(gòu)，其特征是，該切割工具的外圓圓周上開有若干排屑槽，厚度L＝0.2-0.5mm，使切割工具在高線速度(v≥30m/sec)下具有較高的鋒利度。為確保排屑槽有足夠大的容屑空間，使得切屑和大量的切削熱能夠及時地隨著切屑的流出而排出，避免因切割溫度高導(dǎo)致復(fù)合材料基體樹脂軟化，加劇加工毛邊和毛刺的形成，排屑槽寬度e和鋸齒寬度a之比，即槽齒寬比應(yīng)控制在e/a＝0.5-1.5；為了增強切割刀具的耐磨性，在鋸齒的圓周方向正面、前端面和兩側(cè)面電鍍或熱壓燒結(jié)一層超硬金剛石微粉磨粒層。

所述的排屑槽1和鋸齒3的形狀可以根據(jù)不同的纖維強度，設(shè)計為矩形或梯形。

所述的金剛石微粉磨料粒度為：200-300目，可以通過電鍍或熱壓燒結(jié)方式固結(jié)在鋸齒的正面、前端面和兩側(cè)面上。

當(dāng)采用該切割工具進行加工時，主軸帶動切割工具高速旋轉(zhuǎn)，該切割工具正面刀齒就像裁紙刀一樣地鋒利，在線速度v≥30m/sec的條件下劃切高強纖維，起到對高強纖維的快速切斷作用，刀齒前端和兩側(cè)的超硬金剛石微粉磨粒在切割過程中進一步對鋸口底部和兩側(cè)面的纖維與樹脂基體進行磨削，排屑槽提供了足夠大的容屑空間，使得切屑和大量的切削熱能夠及時地隨著切屑的流出而排出，避免因切割溫度高導(dǎo)致復(fù)合材料基體樹脂軟化，加劇加工毛邊和毛刺的形成，以確保切割表面無毛邊和無毛刺缺陷。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)在高線速度(v≥30m/sec)的工作條件下，刀具的鋒利度得到了顯著提高。

(2)通過電鍍或熱壓燒結(jié)固結(jié)在鋸齒上的金剛石微粉磨料顯著提高了該切割工具的耐磨性，增加了該工具的使用壽命。