[發明專利]一種用于碳纖維復合材料制孔的吸氣式鉆頭

在審

• 申請號: 202010006894.0
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111113554A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 寧海峰;鄭華林;袁信滿;趙清泉;蒙玉培
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B26F1/16
• 分類號: B26F1/16;B26D7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種用于碳纖維復合材料制孔的吸氣式鉆頭，包括順序連接的刀刃段、過渡段、刀柄；所述的鉆頭設有吸氣空腔，可以減少CFRP碎屑的產生，并且利用負壓自動收集CFRP廢料，提高廢料的回收率，增加了制孔的效率，節省了能量；刀刃段的表面被前排屑槽與后排屑槽分割為多個梯形微切單元，梯形微切單元上有微切主切刃和微切副切刃對碳纖維毛刺切削去除，提高孔壁質量。

技術領域

本發明涉及一種用于碳纖維復合材料制孔加工用的鉆頭，具體涉及一種用于碳纖維增強復合材料制孔的吸氣式鉆頭。

背景技術

碳纖維增強復合材料(CFRP)以其高的比強度和彈性模量在航空航天工業中得到了廣泛的應用，市場需求量大。

CFRP固化成型后，為了裝配需要，必須在材料中加工大量的孔。由于碳纖維與基體性能差別很大，CFRP材料的各向異性，以及層間強度較低，CFRP在打孔過程中很容易造成分層、毛刺、撕裂等缺陷。這些孔大多都是用麻花鉆刀加工的，這種方法產生了大量的纖維碎屑，CFRP切割產生的碎屑會變成粉塵顆粒，粒度的尺寸分布集中在0.25～1μm范圍內，這種大小的粉塵顆粒很容易到達人體肺部，會對工作人員的健康造成危害。近年來，隨著CFRP使用量的增長，國際上對CFRP廢料回收利用的研究也有了新的進展，Jack Howarth等發表的《Energy intensity and environmental analysis of mechanical recycling ofcarbon fibre composite》與Li X等發表的《Environmental and financial performanceof mechanical recycling of carbon fibre reinforced polymers and comparisonwith conventional disposal routes》均分析了CFRP廢料回收的經濟性與環境友好性，提高碳纖維的回收率可以降低生產成本，CFRP的循環利用也正從試驗研究發展為工業規模化，CFRP加工中收集盡可能多的纖維碎屑具有十分重要的意義。

刀具是影響CFRP加工的主要因素之一，國內外學者對刀具的結構做了大量的研究，例如，大連理工大學牛斌等人發明的“一種用于碳纖維復合材料制孔的多階梯多刃漸變微齒刀具”申請號：201710638289.3，它涉及了一種用于碳纖維復合材料制孔的多階梯多刃漸變微齒刀具，該刀具由直刃鉆孔區、擴孔區、修整區與刀柄組成的，鉆削時先對CFRP進行鉆孔，然后進行擴孔，最后再對孔壁進行修整，從一定程度上提高了制孔的效率與質量。哈爾濱理工大學的王義文發明的“一種可換刀片的CFRP鉆削加工用吸氣式鉆頭”，申請號：201811041486.8，該鉆頭的刀片可以更換，降低加工成本，而且在鉆頭上還設計了吸氣孔道，可以有效回收切屑，減少切屑對環境的污染并提高加工質量。但是，以上兩種刀具均對孔內的CFRP切成碎屑，CFRP碎屑量的產生并沒有減少，對制孔效率與質量的提高具有一定的局限性。

因此，有必要對現有CFRP刀具進行改進，使其在CFRP鉆孔過程中，減少CFRP碎屑的產生，自動回收廢料，從根本上提高CFRP加工質量、加工效率和CFRP廢料的回收率。

發明內容

為了達到提高CFRP加工質量與加工效率、減少CFRP碎屑的產生、增加CFRP廢料的回收率的目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于碳纖維復合材料制孔的吸氣式鉆頭包括順序連接的刀刃段、過渡段、刀柄；所述的刀刃段下端有多個刀齒，刀齒上設有刀齒主刀刃和刀齒副刀刃；所述刀刃段的表面具有梯形微切單元、前排屑槽、后排屑槽；所述的梯形微切單元上設有微切主切刃、微切副切刃；所述的刀刃段、過渡段、刀柄內部均設有吸氣空腔。

所述的過渡段下端的外徑與刀刃段的外徑相同，上端的外徑與刀柄的外徑相同。

所述的刀齒上的刀齒主刀刃為圓弧狀，刀齒上的刀齒副刀刃為拋物線狀。

所述的鉆頭材料是金剛石、合金或者陶瓷材料。