[發明專利]一種階梯微齒雙刃帶鉆锪一體鉆頭

有效

• 申請號: 201611182140.0
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106624080B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王福吉;付饒;賈振元;陳磊;成德;李汝鵬;葛恩德;王賢峰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: B23B51/08
• 分類號: B23B51/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明公開了一種階梯微齒雙刃帶鉆锪一體鉆頭，該鉆頭由主切削刃區，階梯微齒區，副切削刃區，锪孔區，刀柄五個部分組成；主切削刃修磨成雙頂角結構；階梯微齒區有多個階梯，每級階梯存在n個微齒結構；副切削刃區包括兩個主排屑槽，兩個副排屑槽，形成一對第一副切削刃和一對第二副切削刃；锪孔區由四個排屑槽形成四刃結構。本發明的階梯微齒雙刃帶鉆锪一體刀具在加工復材和鋁合金疊層材料時，多階梯微齒能夠有效切斷纖維，減小鉆削軸向力，降低分層損傷，提升刀具斷屑能力，減小劃痕，雙刃結構能夠提升加工效率，增強排屑能力，控制切屑流動，實現高質量加工，最終锪孔刃能夠完成锪孔加工要求，實現鉆锪一體化加工。

技術領域

本發明屬于機械加工中鉆削工具技術領域，涉及一種實現疊層材料鉆锪一體化高質量加工的階梯微齒雙刃刀具。

背景技術

纖維增強復合材料有著質量輕、強度高、抗疲勞、耐腐蝕等優異性能，現已在航空、汽車等多個領域得到了廣泛應用，如空客A350、寶馬七系汽車中，都大量采用了碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)材料來減輕結構重量，提高燃油經濟性。然而復材構件層間方向承載能力差，不能承受多向復雜載荷，因此在一些部位只能采用輕質、高強的金屬。為了最終的裝配，復材與金屬構件，特別是鋁合金構件，通常采用搭接的形式，形成疊層結構零件，用于提高連接部位強度，并防止鳥撞等撞擊事故。此類構件目前主要采用鏍接、鉚接的方式進行機械連接，這種連接方式的前提是必須進行整體制孔。而此類構件的制孔質量直接關系到產品的裝配質量和服役壽命。由于CFRP是由碳纖維增強相和樹脂基體組成，其材料本身各向異性，易在加工中產生分層、毛刺等損傷，且刀具磨損嚴重。而金屬與CFRP材料性能差異大，即使如鋁合金這類相對容易加工的金屬材料，在加工時具有與復材不同的如入口毛刺、飛邊，孔徑不圓或傾斜等缺陷，刀具易出現黏刀等現象，在同時加工兩種材料時，切削金屬產生的切屑形貌及排出路徑極難控制，極易劃傷復材孔壁，導致撕裂、分層等損傷。同時由于適用于加工復材和金屬的刀具角度不一致，現有刀具在制孔時經常出現難以匹配兩種材料而導致損傷易發，且孔徑精度難以控制的問題。可見，碳纖維增強復合材料/金屬疊層結構零件的高質量整體制孔極其困難，是航空、航天裝備制造中的技術瓶頸之一。

國內外研究發現刀具不同的幾何結構將會對最終CFRP制孔質量產生不同影響，合理的刀具結構能夠有效減小鉆削復材出入口的分層、毛刺等加工損傷，以及金屬的彎曲、扭擰、裂紋等損傷，并且有效提高刀具壽命。國內外研究人員現已開發各類針對不同結構進行優化的制孔刀具，存在著各自的優點和缺點。日本川崎重工在“SAE Technical Paper”上發表的《Development of a Drill Bit for CFRP/Aluminum-Alloy Stack:To ImproveFlexibility,Economical Efficiency and Work Environment》中提出了一種階梯結構鉆疊層刀具，提出了采用較薄的橫刃，變角度切削刃及多階梯結構。此類型刀具主要采用分階段鉆削的思想，通過前段去除大部分材料，保證去除效率，后段少量去除材料，減小金屬切屑尺寸，對復合材料和金屬結合部位的損傷影響小。然而該種刀具在加工過程中不能保證復材毛刺的有效去除，并且也沒有考慮到復材回彈的特性，很難保證加工后孔徑的一致性，且階梯段易磨損，將影響制孔質量。大連理工大學王福吉等人開發了“一種纖維增強復合材料高效制孔的專用刀具”，專利號CN201510508097，它通過設計多級階梯和多級微齒結構，同樣采用分段鉆削方式，可有效減小軸向力，降低損傷，并通過每級的微齒來去除已產生的鉆削損傷，實現復材高質量加工。然而此類雙刃刀具切削量仍較大，可能造成復材切削損傷超出孔公稱直徑，或產生較大的金屬毛刺，同時對加工表面的修整作用較弱，工件加工表面光潔度低，且過渡刃處無刃帶，影響變階梯壽命。主切削刃修磨的一個前刀面，雖然有利于切削復材，但切削金屬時，不利于切屑流動和斷屑。與此同時，在一些加工工藝中，有著锪孔工序的要求，上述專利中沒有設計锪孔結構，不能實現鉆锪一體化加工的要求。

發明內容：