[发明专利]用于对纤维复合材料进行孔加工的钻头

说明书

一种用于对纤维复合材料进行孔加工的钻头，包括一条纵向轴线，可安装到旋转机械上的柄部、一个切削主体和一个切削端头。切削端头至少含有2刃主切削部，切削主体上至少设置2条具有0°±45°螺旋角的螺旋槽。主切削部的后刀面为凹陷的弧面，其与切削端头的钻尖形成第一尖点，与切削端头的肩部形成第二尖点，第一尖点高出第二尖点0.1mm～2mm。本发明钻头，对普通麻花钻的切削部、螺旋槽和后刀面等处进行再加工，实现对复合材料加工中的分层，进、出口毛刺及碎裂现象的完全抑制，还比传统加工钻头的进给速度显著提高了30%以上。

技术领域

本发明涉及一种用于孔加工的刀具，尤其涉及一种钻头，适用于对纤维复合材料进行孔加工，以改善以往对此类材料进行加工的孔所存在的毛刺、破裂和分层等现象。

背景技术

钻头是一类用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔进行扩孔的刀具的总称。其常规种类如：麻花钻、扁钻、深孔钻、扩孔钻和中心钻等。

目前使用的普通麻花钻头，往往采用锋角值大于90度的先端。在切削过程中，尤其是对纤维复合材料进行切削时，随着钻头先端部分不断扎入被加工材料，被加工材料承受的轴向力不断增加。同时，纤维复合材料的材料特性，使过大的轴向力导致材料间发生分层和纤维断裂，以及切削过程失效的现象，以至于加工中经常性地出现孔壁分层、孔口毛刺和孔口碎裂等问题的发生，由此造成工件大量报废或不合格。

为了克服过大的轴向力对纤维复合材料造成的上述问题，现有技术大都采用减少了锋角的方式来解决。中国实用新型专利ZL200320125153.6在减小锋角角度（60°-80°）的同时，在钻头的钻杆和头部之间增加了有刀刃的锥形过渡区，使钻头在薄壁制件上钻孔的原理和过程发生很大的变化，而提出一种具有锥形过渡区的新型钻头。该技术方案在钻杆和头部之间有一倾斜角度为2°-8°的锥形过渡区，其上有切削材料的3-6个刀刃。该钻头具有铰孔作用，消除了普通钻头钻孔经常产生的孔出口边缘分层、拉毛和崩裂等问题，以及孔内壁不光滑和起毛等各种缺陷。

这些技术采用减小锋角角度的目的是为了减少加工中的轴向力，以克服孔口毛刺破裂和分层的现象。但并不能有效抑制孔口毛刺的形成，在实际加工中通常只能用于一部分复合材料的加工，并需要辅以后续工序清除毛刺。

为此，中国发明专利ZL200780024847.1在减少锋角角度钻头上涂覆了5μm的金刚石，而提出了一种用于加工纤维增强复合材料的钻头。该技术方案具有一个在10度到20度之间的钻缘后隙角，一个约-5度到10度之间的槽口前角，一个小于0.035mm的凿尖长度，以及一个约70度到100度之间的顶点角。其通过附着在刀体先端的金刚石颗粒对复合材料进行磨削的加工方法来加工纤维材料，从而抑制分层和孔口毛刺。但仍存在一些缺陷，如：需要用特殊的方法将金刚石颗粒附着到刀体先端上，不但这一工艺的质量控制复杂，而且对刀体所用材料和金刚石颗粒大小等都有严格要求，限制颇多；由于其上附着大量金刚石，单价往往数倍于普通刀具，且工作的转速大约在1万转以上，必须配套专用高转速机床，使用成本过高；往往只能用于12mm以上的大直径孔加工，而航空工业大量需要的是12mm以下的中小直径孔加工，两者并不能很好匹配，加工范围有限。

另有一些技术被相继提出，如：中国实用新型专利ZL200820175886.3对麻花钻的副刃结构和参数上进行了改进，而提出了一种微阶梯、窄刃带、大副后角、大倒锥、正偏差、刃带分段的多刃尖钻头。该技术方案以直线刃或折线刃为主刀刃，微阶梯的阶梯高度hv在0.1～0.3mm之间，阶梯长度f4在0.2d～0.8d之间，窄刃带宽度f1在0.1mm～0.4mm之间，副切削刃后角αf在5°～60°之间，钻头倒锥量在0.24mm～0.32mm/100mm，，正偏差d+0.03，窄刃带上对称或不对称凹槽使窄刃带分成若干段，凹槽宽度f2在0.5～2mm之间，槽中心距f3在2mm～6mm之间。该钻头能对收缩的孔壁进行切削或刮削，以保证精度，提高孔的质量并减少孔的正反面毛刺。