[实用新型]一种加工碳纤维增强复合材料与钛合金叠层板的钻头

说明书

技术领域

本实用新型属于切削刀具技术领域，涉及一种加工碳纤维增强复合材料与钛合金叠层板的钻头。

背景技术

碳纤维复合材料与钛合金材料构成的叠层构件在飞机机翼和尾舵中应用广泛，叠层构件装配过程中需要大量的铆接或螺接孔。在这些航空产品装配制孔中，最佳的工艺是在碳纤维复合材料和钛合金材料叠层构件上同时加工出所需要的铆接或螺接孔，这是确保叠层材料构件产品连接强度、刚度和安全性的主要手段。

可见，钻孔是碳纤维复合材料制件装配加工工艺中一个极为重要的工序。由于碳纤维复合材料具有硬度高、强度大、导热性差、各向异性、层间强度低等特性，属于难加工材料。在碳纤维复合材料上进行孔加工时，极易出现材料烧伤、孔表面质量差、分层、撕裂等缺陷，从而导致碳纤维复合材料制件报废。目前，国内外对在碳纤维复合材料上的钻孔技术已经开展了许多试验性研究，也得出了一些有益的经验和结论，但这些经验和结论通常都只适用于使用机械设备进行钻孔的工艺方法。对于制造企业而言，在碳纤维复合材料上使用先进的自动化设备进行钻孔操作，无疑会带来巨大的成本投入，因此较多企业仍然选择了成本较低、技术经验相对成熟的手工钻孔方式。由于手工钻孔在刀具稳定性、进给速度稳定性等方面控制性较差，因此手工在碳纤维复合材料上制孔时更容易产生各种孔加工缺陷。这已成为使用复合材料制件按传统工艺方法进行装配的难点和关键点。碳纤维复合材料性能脆，强度高，碳纤维硬度高，导热能力差（导热系数仅为奥氏体不锈钢的1/5—1/10），各向异性，层间强度低，切削时在切削力的作用下容易产生钻头磨损、材料烧伤、分层、撕裂和毛边等缺陷，手工钻孔时尤其严重，加工质量难以保证。

实用新型内容

本实用新型要解决的的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新型的适宜加工碳纤维增强复合材料与钛合金叠层板的钻头。

本实用新型的技术方案：

钻头包括钻尖部、排屑部和柄部，所述排屑部设有自钻尖部向柄部延伸的排屑槽和副切削刃，所述钻尖部的钻尖角为三顶角设计，第一顶角为105°—118°，第二顶角为60°—65°，第三顶角为8°—11°。

所述钻尖部设有前刀面、后刀面和横刃；前刀面和后刀面相交形成主切削刃。

横刃为S型。

主切削刃包括内凹内刃、圆弧刃和直线刃，直线刃与圆弧刃圆滑连接。

本实用新型的有益效果：

1.刀具非常锋利，加工出的孔不会出现撕裂和毛边现象。同时能解决材料烧伤问题；

2.工艺简单通过手动风钻加本发明钻头就能加工出合格的螺接孔或铆接孔；

3.刀具使用了最新的纳米涂层使刀具磨损快得到了很好的控制；

4.采用三顶角设计，减低了在加工过程中产生的轴向力，使被加工的产品的分层现象降到了最低。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的钻尖部主视结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的钻尖部俯视结构示意图。

图3为本实用新型实施例1的排屑部主视结构示意图。

具体实施方式

本实用新型通过下面的实施例可以对本实用新型作进一步的描述，然而，本实用新型的范围并不限于下述实施例。

实施例1： 

钻头包括钻尖部、排屑部和柄部，所述排屑部设有自钻尖部向柄部延伸的排屑槽8和副切削刃7，所述钻尖部的钻尖角为三顶角设计，第一顶角为105°—118°，第二顶角为60°—65°，第三顶角为8°—11°。所述钻尖部设有前刀面1、后刀面2和横刃3；前刀面1和后刀面2相交形成主切削刃4，横刃3为S型，主切削刃4包括内凹内刃5、圆弧刃6和直线刃9，直线刃9与圆弧刃6圆滑连接。

短的横刃3和较小的三重顶角能大幅度地减小轴向力，减少碳纤维复合材料分层、撕裂、起毛的缺陷，并在钻削钛合金层时，降低刀刃上的单位负荷。减少切削热及刀具磨损。最后一道顶角只有8—11°，加上开槽本身是针对叠层材料设计，径向前角很大，在第三个顶角钻出孔时有很大的剪切力，解决了撕裂和毛边。针对钻头磨损很快问题，本实施例还可在钻头上特别使用纳米复合涂层。提高了孔的表面质量、降低表面粗糙度参数值。

本实施例所述钻头尤其适宜加工高树脂含量的碳纤维增强树脂复合材料及钛合金的叠层板，能保证在加工过程中钻头平稳地钻入和切出。加工的孔表面粗糙度Ra<4.8μm，孔径周边小于 1mm 的分层，无纤维碎裂现象。