[發明專利]一種適用于纖維增強復合材料制孔加工的鉆頭

在審

• 申請號: 201711164856.2
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107900420A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 明偉偉;沈彬
• 申請（專利權）人: 常州山迪智能科技有限公司
• 主分類號: B23B51/00
• 分類號: B23B51/00
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所32225
• 代理人: 孫彬

技術領域

本發明涉及一種鉆頭，具體為一種適用于纖維增強復合材料制孔加工的鉆頭，屬于纖維增強復合材料裝配制孔應用技術領域。

背景技術

纖維增強復合材料，如CFRP、GFRP和AFRP在航空航天領域中應用廣泛，在纖維增強復合材料裝配過程中需要進行大量的制孔操作，且對于制孔質量要求較高，對于制孔加工是一種挑戰。

纖維增強復合材料在制孔過程中容易出現孔壁燒蝕、劃傷、分層，鉆孔入口和出口容易出現劈裂、毛刺等缺陷，直接影響零件的服役性能。纖增強復合材料明顯的各向異性，也使得其制孔刀具與傳統的金屬加工刀具明顯不同，要求刀具能夠具有良好的切削鋒利性與特殊的幾何結構，實現纖維切斷。而且，纖維增強復合材料一般都具有良好的耐磨性，對刀具磨損嚴重，因此，針對上述問題提出一種適用于纖維增強復合材料制孔加工的鉆頭。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種適用于纖維增強復合材料制孔加工的鉆頭，鉆頭具有確定起始螺旋角和最終螺旋角的可變螺旋，以及確定的第一后角和第二后角，使鉆削扭矩最小化。鉆頭可以在鉆削纖維增強復合材料獲得良好的制孔質量。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的，一種適用于纖維增強復合材料制孔加工的鉆頭，包括鉆頭主體以及與所述鉆頭主體連接為整體的頭部，所述鉆頭主體與所述頭部之間設有第一倒角和第二倒角；所述鉆頭主體上設有螺旋槽，且所述螺旋槽的一側的所述鉆頭主體上設有排屑槽；所述頭部上設有導向機構，且所述頭部的端部設有鉆頭刀尖；所述鉆頭刀尖的中心處設有橫刃，且所述橫刃所在平面形成主切削面；所述主切削面所在的邊緣設有切削刃，與所述主切削面相連的所述頭部上形成副切削面；所述主切削面的后角為10°至20°，所述副切削面的后角為10°至40°，至少有一個所述切削刃從所述鉆頭刀尖延伸至鉆頭主體，每個刀刃的螺旋角在刀尖處為25°到45°，延伸至刀柄為0°到30°。

其中，其中主切削面的后角為10°至30°，優選10°至20°，副切削面的后角為10°至40°，優選20°至35°；至少一個切削刃從鉆頭刀尖延伸到鉆頭主體，其螺旋角是可變螺旋，所述切削刃的起始螺旋角為45°至55°，最終螺旋角5°至30°，優選10°至20°。

優選的，螺旋角從起始螺旋角連續減小到最終螺旋角，螺旋切削刃沒有螺旋角不變的任何直線部分。沿著螺旋線距離變化的螺旋角的變化率是連續的。因此，螺旋切削刃沒有任何部分是螺旋角變化率恒定的。螺旋角函數優選為非線性函數，例如指數函數。螺旋角函數特別優選的是隨起始螺旋角到最終螺旋角減小的樣條函數。適合的樣條函數是任何非線性樣條函數，例如指數，二次或三次樣條函數。

在纖維增強復合材料在制孔過程中，如上所述的可變螺旋角設計和主切削面和副切削面組合可以顯著降低扭矩。相對較大的起始螺旋角有助于快速且干凈地切割纖維增強復合材料。此外，大的起始螺旋角也提供低切削阻力。主切削面和副切削面組合可以提高孔加工質量，特別是當鉆削本文所述的纖維增強復合材料時的出孔質量。本發明人進行的實驗已經表明，加工后的纖維增強復合材料出口劈裂較少。

在實例中，特別是適用自動鉆孔的實例中，主后角應為11°至19°，優選為13°至17°，最優選為約15°。

在實例中，特別是適用自動鉆孔的實例中，副后角為15°至25°，優選為17°至23°，最優選為約20°。

鉆頭僅具有兩個切削刃。然而，也可以有兩個以上的切削刃，例如三或四個切削刃。在實施方案中，優選兩或三個切削刃。

鉆頭具有導向結構，鉆頭導向結構具有定心尖端，定心點進一步提高了鉆頭性能，適合協助精確定位。特別地，延長導向結構長度有助于形成高質量的孔。

本發明人發現具有至少2mm長度的導向結構是特別有效的。導向結構長度優選至少2.5mm～5mm。導向結構的直徑為鉆頭直徑的40％至60％，優選為44％至50％，最優選為約47％。

通常，鉆頭直徑是通過鉆頭邊緣轉點測量，即在鉆頭的最寬處測量的直徑。當鉆頭包括導向結構時，鉆頭直徑也在鉆頭主體的最寬部分測量，通常在鉆頭主體的最前端。在鉆頭主體和導向結構之間存在過渡部分時，鉆頭直徑是鉆頭主體鄰近過渡部分的直徑。

在鉆頭上增加導向結構的另外一個好處就是可以重新修磨。具體來說，包含導向結構的鉆頭，在實例中，至少能重新研磨兩次。

在存在導向結構的情況下，可以實現性能的進一步改進。本發明人發現，設置有雙倒角的鉆頭可以降低加工過程中的扭矩，改善尖端和鉆頭主體之間的切割過渡。