一种用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具

摘要

本发明公开了一种用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具，包括圆柱体的刀杆，刀杆的前端设有表面电镀有金刚石颗粒的刀头，刀头包括径向均布的多个切削部和多个排屑槽，切削部和排屑槽按照周向交错布置，所有切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分；切削部位于刀头的前端，排屑槽与刀头等长；每个切削部包括后刀面和前刀面；后刀面与所在切削部的端面重合；前刀面与排屑槽的一个侧面共面，前刀面的法线方向与刀头旋转线速度方向一致；前刀面与后刀面的交叉处为圆弧形的主切削刃；刀头端部的中央位置处设有与多个排屑槽贯通的预存屑槽。本发明刀具可以消除现有技术中对于纤维增强复合材料钻孔加工容易出现的分层、撕裂和毛刺等现象。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻孔刀具，具体涉及到用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具。

背景技术

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它具有质量轻、比强度高、比刚度大、减振和抗疲劳性能好、耐腐蚀等诸多优点，广泛应用于航空航天、交通运输、生物医疗及体育用品等领域。随着复合材料的迅速发展和日益广泛的应用，复合材料制件的成型与加工也变得越来越重要。钻孔是复合材料制造过程中最重要的加工工序之一，由于复合材料具有硬度高、强度大、导热性差、各向异性、层间强度低等特点，在钻孔过程中容易出现撕裂、毛刺和分层等问题，造成工件表面质量下降，又由于各向异性的存在，刀具与工件表面摩擦产生热量，切削力很大，刀具磨损严重^[1～3]。

国内外对纤维增强复合材料钻孔刀具做了很多的研究，主要涉及到优化刀具结构设计、采用先进刀具材料、新增表面涂层技术等热门领域。其中纤维增强复合材料钻孔刀具的材料以硬质合金、聚晶金刚石以及两者的结合为主。硬质合金刀具可以通过刃磨形成各种几何结构，从而防止分层并快速切断纤维，但是硬质合金刀具的抗磨损性能不足，刃口磨损钝化将造成制孔质量下降。聚晶金刚石刀具，通过与硬质合金整体烧结后，再进行刃磨，可获得高硬度和高强度的刃口，从而很好地切断纤维，但是聚晶金刚石刀具抗冲击性能较差，容易产生崩刃。在硬质合金刀具表面涂上金刚石涂层可以很好的提高刀具的强度、硬度和耐磨性，同时获得低的摩擦系数，进而提高加工表面质量并减少各种缺陷的产生。其它的在改变刀具结构方面的研究，如对刀具刀尖刃性和刃型的改良优化设计等，虽然减少了加工表面各种缺陷的产生并提高了加工表面质量，但是刀具的抗磨损性能及使用寿命等方面不能得到很好的改善^[4]。

参考文献:

[1]张厚江，陈五一，陈鼎昌；纤维增强基复合材料的钻削加工[J].新技术新工艺，1998。

[2]魏威，韦红金；纤维增强基复合材料高质量制孔工艺[J].南京航空航天大学学报，2009。

[3]崔西亮，田彪，王永国；纤维增强基复合材料钻孔加工的缺陷分析[J].机电工程，2013。

[4]明伟伟，王昌赢，陈明；纤维增强复合材料制孔刀具技术研究进展[J].航空制造技术，2013。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具，可以解决现有技术中纤维增强复合材料钻孔加工容易出现分层、撕裂和毛刺等现象的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具，包括圆柱体的刀杆，所述刀杆的前端设有表面电镀有金刚石颗粒的刀头，所述刀头包括径向均布的多个切削部和多个排屑槽，切削部和排屑槽按照周向交错布置，所有切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分；切削部位于刀头的前端，所述排屑槽与刀头等长；每个切削部包括后刀面和前刀面；所述后刀面与所在切削部的端面重合；所述前刀面与排屑槽的一个侧面共面，所述前刀面的法线方向与刀头旋转线速度方向一致；所述前刀面与所述后刀面的交叉处为圆弧形的主切削刃；刀头端部的中央位置处设有与多个排屑槽贯通的预存屑槽。

其中，所述切削部和排屑槽7的个数均为三个，每个切削部的横截面形状均分别为120^D的扇形面。所述切削部的端面与刀杆的轴向之间的夹角为-70°～+70°，优选为90°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明刀头具有多个均匀分布的扇形切削部，使用该刀具进行纤维增强复合材料的钻孔(钻通孔)加工，可以提高钻孔效率；

(2)由于刀头前端每个切削部的两个侧面可随刀具的旋转方向分别作为前刀面，即每个切削部均存在有两个主切削刃，增加了刀具的使用寿命；

(3)采用预存屑槽来连接多个排屑槽，减小切削力，增加排屑和散热能力，进一步延长刀具的使用寿命；

(4)对于整个刀头部分，表面镀上金刚石颗粒，有效的增加了刀具的强度、硬度、耐磨性，同时降低摩察系数，从而改善加工表面质量，降低加工缺陷的产生，同时提高刀具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具的主视图；

图2是图1所示电镀金刚石刀具的左视图；

图3是本发明电镀金刚石刀具的立体轮廓示意图；

图4是图3所示电镀金刚石刀具的轴侧图。

图中：1-刀头，2-导杆，3-后刀面，4-主切削刃，5-前刀面，6-预存屑槽，7-排屑槽，8-金刚石颗粒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1和图2所示，本发明一种用于纤维增强复合材料钻孔的电镀金刚石刀具，包括圆柱体的刀杆2，所述刀杆2的前端设有表面电镀有金刚石颗粒8的刀头1，刀头1的长度可为15～25mm，所述刀头1包括径向均布的多个切削部和多个排屑槽7，切削部和排屑槽7按照周向交错布置，所有切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分，每个切削部的横截面形状均为扇形面，扇形切削部的数量优选为3个或4个；切削部位于刀头的前端，所述排屑槽7与刀头等长，排屑槽的宽度可为1.5～2.5mm，排屑槽7的深度可为1.5～2.5mm；每个切削部包括后刀面3和前刀面5；所述后刀面3与所在切削部的端面重合，所述切削部的端面与刀杆的轴向之间的夹角为-70°～+70°，优选为90°，即后刀面3的倾角可为-20^D～20^D。

所述前刀面5与排屑槽7的一个侧面共面，所述前刀面5的法线方向与刀头旋转线速度方向一致，也即位于刀头前端的切削部的两个侧面分别是在正、反转时作为前刀面，所述前刀面5与所述后刀面3的交叉处为圆弧形的主切削刃4；刀头端部的中央位置处设有与多个排屑槽7贯通的预存屑槽6，即预存屑槽6用于连接所有的排屑槽7，预存屑槽6的深度可为1.5～2.5mm

如图3所示，本发明电镀金刚石刀具的主要参数如下：

刀头1的长度15mm；所述切削部和排屑槽7的个数均为三个，绕刀头的圆周方向上均匀分布3个横截面为扇形的切削部，每个扇形均为120^D的扇形面；排屑槽的宽度为2mm，排屑槽7的深度为1.5mm；预存屑槽6的深度可为1.5mm；主切削刃4的圆角半径为0.5mm；后刀面3的倾角为0^D。

本发明刀具的基体材质选为金属材料，如可以选用45号钢，经调质和表面淬火处理后再在表面镀上金刚石颗粒8，本发明刀具硬度高、强度大、耐热性好和钻削性能良好等优点。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。