[发明专利]一种用于高效加工复合材料的金刚石涂层刀具

说明书

本发明公开了一种用于高效加工复合材料的金刚石涂层刀具，包括铣刀切削部和铣刀柄部，所述铣刀切削部包括端面部分及周刃部分；所述端面部分包括端面容屑槽、端刃和端刃容屑槽；所述周刃部分包括若干个圆周均布的周刃，所述周刃包括周刃微刃和若干个螺旋断屑槽，所述螺旋断屑槽与所述周刃微刃交错设置；相邻两个所述周刃之间有排屑槽，所述排屑槽为直槽，所述螺旋断屑槽与所述排屑槽之间相通；所述端刃容屑槽的出口与所述排屑槽相通。本发明目的是解决CFRP材料加工难的问题，通过提高刀具断屑能力，以此来降低切削时的震颤，以达到提高切削稳定性以及道具寿命。

技术领域

本发明涉及铣刀，具体是一种用于高效加工复合材料的金刚石涂层刀具。

背景技术

碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)是指由碳纤维层与树脂基塑性材料叠层获得的复合材料，与传统航空铝合金相比拥有高比强度、高比模量、低密(1.5～2g/cm3)以及良好的耐腐蚀与抗疲劳性能而被广泛应用于航空领域。CFRP材料常见的加工方式包括激光加工、射流加工及铣削加工三种，其中激光加工时需要考虑工件的厚度及热影响区，而射流加工只适合侧边粗切，且流体可能会降低CFRP层间结合强度，与前两者相比，铣削加工能够用于复杂形状的加工以及绝大多数的工况要求，所以目前切削加工仍是CFRP材料最主要的加工方式。但CFRP材料加工性能较差的特点严重影响了刀具的使用，与金属相比，在铣削边缘、盲槽以及窗口时工件侧面易形成毛刺、纤维撕裂、分层、崩边等加工缺陷，产生加工面粗糙、精度差的等问题，这些问题又会导致刀具寿命的降低，影响加工效率。又由于CFRP材料自身导热性差且熔点低，因此加工时要求刀具具有良好的断屑、排屑及散热性能。

金刚石涂层因具有高硬度、高弹性模量、高耐磨性以及低摩擦系数等性能而被认为是加工CFRP材料的理想涂层。在晶粒大小上主要包含微米金刚石涂层、纳米金刚石涂层以及微～纳金刚石涂层；在制备方法上主要包括热丝法(HFCVD)、偏压增强法(BECVD)、电子增强热丝法(EACVD)、直流等离子体法(DPJCVD)以及微波等离子体法(MPCVD)等。与传统的微米金刚石涂层相比，晶粒小于100纳米的纳米金刚石涂层不仅拥有更小的粗糙度，其耐磨性能也得到了很大的提升，大大延长了铣削刀具的寿命。

现有关于CFRP材料加工工具的设计与研究主要集中于传统螺旋槽铣刀、“菠萝刀”与“鱼鳞铣刀”等。例如，CN 101623778 A公开了一种“整体硬质合金鱼鳞铣刀”，该铣刀刃部由左右旋转对称交错的螺旋槽分割而成的微小切削单元构成，每个微小切削单元刃长为0.05～0.1mm，切削刃后刀面宽度0～0.01mm，该铣刀优点为：结合磨削的工艺特点，利用大量微小切锋利的切削单元，很大程度上减小了切削阻力，提高了切削速度与工件表面质量。但这种铣刀设计结构复杂，加工难度大，制造成本高；每个微小的切削单元强度低，加工时容易磨损、崩落，影响切削稳定性；鱼鳞铣刀无排屑槽设计，高速切削时大量切屑无法及时排除，加工区域温度升高，影响CFRP材料性能。CN 105364153 A公开了“一种平头立铣刀”，这种铣刀包含有至少两组螺旋排屑槽，其中含有特定的一组相交且旋向相反的螺旋槽及两者与后刀面构成的切削刃。该铣刀同时包含的左旋与右旋切削刃，在两刃的交替切削作用下，周期性且方向相反的切削分力能最大程度上利用剪切效应来去除加工碳纤维材料时产生的毛刺、锯齿等缺陷，有效提高工件表面质量。然而该铣刀断屑效果较差，在加工取向明显的CFRP材料时容易产生较大的震颤，影响切削稳定性。