[发明专利]一种对树脂基碳纤维复合材料制孔的刀具

说明书

技术领域

本发明属于机械加工制造技术领域，涉及一种对树脂基碳纤维复合材料制孔的刀具，该刀具是一种组合式可换刀片式拉刀，具有在难加工材料如复合材料，尤其是树脂基碳纤维复合材料表面高效率加工高质量通孔的功能。

技术背景

现今世界范围内的大型飞机如波音787，空客A380等广泛采用碳纤维复合材料作为其制造的基础材料。这是由于碳纤维复合材料具有，复合材料具有高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀等特性，能有效减轻飞机结构重量，其应用和发展是大幅度提高飞机经济性、舒适性和环保性的重要保证。然而在飞机制造过程需要加工极其大量的通孔作连接孔使用，由于碳纤维复合材料在加工过程中层间剪切强度低，极易产生分层、撕裂等损伤，且基底相导热性不好，碳纤维硬度高，对刀具的磨损严重的特性，导致使用常规材质的传统制孔刀具如高速钢钻头，硬质合金钻头无法高质量、高效率的加工碳纤维复合材料。目前，多数企业为了在碳纤维复合材料上加工一个通孔，一般使用昂贵的金刚石涂层刀具，采用“钻孔-扩孔-粗铰孔-精铰孔”多道工序加工，才能保证孔的质量。

国外针对碳纤维复合材料通孔加工的刀具，如山高公司的SD205系列钻削工具，其基体材料为硬质合金，钻的头部镶嵌有金刚石涂层的刀片，切削过程由头部的锥型的金刚石涂层刀片起主要的切削作用，利用金刚石锋利，耐磨的特性，减小了碳纤维复合材料加工时产生的缺陷，能够获得质量较高的通孔。然而，此种刀具价格昂贵，钻的头部的金刚石涂层磨损后无法修复，刀具立即报废，同时人工使用此刀具加工时，不同的推进力会直接影响切削质量和钻的寿命，另外刀具前后的材质不同，后部硬质合金刀具在加工中仍存在磨损严重，导致孔壁温度上升，造成制孔缺陷的问题。山特维克可乐满公司生产的CoroDrill系列钻削刀具，通过钻尖的十字刃设计，左旋韧带设计等方式能够有效的减小钻削过程中的轴向力，此系列钻为金刚石涂层钻，耐磨性很高。然而单个钻的其制造成本相当昂贵，大规模使用必将大幅度提高飞机的制造成本，且其钻的刃尖部一旦涂层脱落或磨损整只钻头立即报废。

国内大连理工大学，高航等人的专利，《一种钻/磨孔一体化组合刀具》，申请号200610048063.X，采用以磨带钻的方式，将粒度不同的磨粒电镀到钻的切削刃上，可实现高质量通孔钻、扩、铰一体化加工，减少加工工序，提高加工效率。但其磨粒固结在钻的切削刃上的分布情况很难控制，若分布不均将直接影响加工孔的质量，同时，人工使用此刀具的过程中，很难控制适当的切削参数，磨削热量加大很难排出，容易造成孔内壁烧伤。

拉刀是通孔类特征半精精加工一体化的专用刀具，其特点是低速拉削，发热量小，散热快，加工精度高，加工效率高，单把拉刀制造成本相对较贵，适合于大批量加工。现今使用的各类拉刀，很少适合加工碳纤维复合材料，扬州市邮谊工具制造有限公司的专利《圆孔拉刀》，申请号201210159621.5，采用多级刀齿，微量逐级加工圆孔，能够一次性完成圆孔的粗、精加工。然而此种整体式刀具，单级刀具磨损将影响整个刀具的加工质量，且刀具切削刃材料不适合加工碳纤维复合材料，刀具没有专用的冷却结构，容易造成加工中热量集中导孔内壁致热损伤。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有复合材料制孔刀具和传统拉削刀具，切削刃磨损快，刀具容易损坏报废，加工效率低，加工成本高和加工表面质量低的技术缺陷，发明一种针对难加工材料，尤其是树脂基碳纤维复合材料的制孔刀具，该刀具是一种组合式可换刀片式拉刀，刀片具有冷却孔，能够通过气体冷却的形式减小加工处的温升，进而减小刀具磨损，消除树脂基碳纤维复合材料孔壁的热损伤。具有在加工难加工材料尤其是树脂基碳纤维复合材料的通孔的过程中，刀刃磨损小，刀具寿命长，刀具成本低，加工效率高，加工质量高的特点。

本发明采用的技术方案如下：一种对树脂基碳纤维复合材料制孔的刀具，其特征是：刀具是一种组合式可换刀片式拉刀，该刀具由刀杆1、校准单元10、切削单元、前导向单元8和两个外六角紧固螺母11组成；两个外六角螺母11拧入刀杆1的螺纹段，锁紧前导向单元8并固定右面的切削单元和校准单元10。