CN103894662A - 一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具，包括依次连接的切削头、颈部和刀杆，切削头端部设有四个刀齿，颈部四个侧刃，其中一对刀齿为第一刀齿，另一对刀齿为第二刀齿，每个刀齿均包括依次连接的内切削刃、中切削刃以及外切削刃，所有内切削刃处在同一平面上，第一刀齿和第二刀齿构成分布式多点阵的布局结构。本发明通过两种刀齿，实现分布式多点阵的布局设计，这样的结构对叠层材料所存在的物性相异性较大界面完成高效稳定变速切削，同时降低侧刃切削比例，确保制孔质量，进而提高刀具整体寿命。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋铣孔专用刀具，具体涉及一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具。
背景技术
随着航空产业迅猛发展，为了有效提高飞机的结构强度，减轻飞机结构重量，降低飞机能耗，飞机上大量使用由铝合金、钛合金、碳纤维复合材料（CFRP)等构成的叠层结构。尤其在飞机机翼中就广泛运用这种叠层结构，机翼壁板为复合材料，骨架为铝和钛合金。传统的钻孔技术已经不能满足产品的要求。对于钛合金而言，传统的钻孔技术很难解决出口毛刺、表面光洁度等技术难题；对于复合材料而言，传统的钻孔技术由于轴向力大，很难避免材料分层的现象，产品加工质量无法控制。
螺旋铣孔技术是一种新型的孔加工技术，在加工过程中，刀具自转、轴向进给同时绕加工孔的中心公转，即刀具的运动轨迹是螺旋线，这种运动方式决定了螺旋铣孔具有以下优点：1）偏心加工能实现单一直径刀具加工一系列直径的孔，提高刀具利用率，降低成本；2）螺旋铣孔加工中轴向力小，降低了复合材料分层风险；3）刀具直径比孔小，切屑方便排出，提高了孔的表面光洁度；4）复合材料加工过程中会产生细微颗粒，对人体有害，通过螺旋铣孔实现自动化孔加工可以有效地降低对人体的危害。
螺旋铣孔技术重要的组成部分是螺旋铣孔刀具，因为螺旋铣孔与传统制孔方法不同，导致螺旋铣孔刀具与传统刀具有较大区别。
如申请公布号为CN102941373A的专利文献公开了一种复合材料螺旋铣锪窝专用刀具，该刀具由一体成型的刀杆及切削部分组成，切削部分的最大外径与刀杆的直径相同，其中切削部分包括三个结构相同的刀齿，刀齿之间开有螺旋槽，并等间距分布；刀具前端切削刃形成刀具顶角为100～120°，切削刃都采用有刃带的双重后刀面形式，并在切削刃双重后刀面的刃带上具有一组锯齿状的切削齿。该专利能够有效延长刀具的使用寿命，增加切削部分的强度，提高埋头窝的表面光洁度。但是该刀具仅针对复合材料，对于叠层结构的材料加工时并不适用。
授权公告号为CN202571427U的专利文献公开了碳纤维复合材料以及钛合金螺旋铣孔专用刀具，它包括由切削头部、颈部和刀柄组成的刀体，切削头部和颈部为阶梯状，在切削头部侧壁上对称的开有四个延伸至颈部的螺旋槽，四个螺旋槽以刀体中心轴线对称，在刀颈的切削头部沿周向均匀设置有四个周边铣齿，每个铣齿的径向前角的角度为4-6°；每个铣齿的径向第一后角的角度为14-16°；每个铣齿的径向第二后角的角度为18-22°，每个铣齿的切削底刃和侧刃之间依次通过第一圆弧、圆角以及第二圆弧相连，切削底刃与竖直线的夹角为3-5°，在刀体内开有两个以刀体中心轴线对称的通孔。该刀具的四个周边铣齿结构均相同，分屑和排屑效率较低。
申请公布号为CN102728882A的专利文献公布了一种基于齿背冷却方式的复合材料/钛合金螺旋铣专用刀具。该刀具包括刀杆、颈部和切削部分，切削部分通过颈部与刀杆连接，切削部分由四个刀齿组成，每一个刀齿齿背上都有一个冷却孔，四个斜向冷却孔由过刀杆轴线的中心孔引出，各斜向冷却孔的孔径小于中心孔，其轴线方向正对刀具端部切削刃前刀面，刀具的外围切削刃和每一个端部切削刃采用刃带的双重后刀面，四个刀齿的端部内侧切削刃过刀杆轴线且互相垂直，每一个刀齿的端部共有三段切削刃。该刀具能有效避免冷却孔堵塞，减少刀具磨损，增大散热面积抑制切削过程中的振动，减小分层及毛刺现象。该专利重点在于冷却孔的位置布局对排屑的影响，没有对端刃和侧刃的切削刃布局进行优化设计。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种加工效率高、制孔质量高的叠层材料螺旋铣孔专用刀具。
本发明采取的技术方案如下:
一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具，包括依次连接的切削头、颈部和刀杆，切削头端部设有周向均匀分布的四个刀齿，颈部侧壁设有与对应刀齿相连的四个侧刃，其中一对关于刀杆轴线对称的刀齿为第一刀齿，另一对刀齿为第二刀齿，每个刀齿均包括依次连接的内切削刃、中切削刃以及外切削刃，所述内切削刃与刀杆轴线垂直，且与中切削刃相交于切削刃转折点，所述中切削刃与外切削刃相交于中刀尖点，所述外切削刃与对应的侧刃相交于外刀尖点，所述中刀尖点至刀杆的距离大于所述切削刃转折点至刀杆的距离，
所有内切削刃处在同一平面上；
第一刀齿的中刀尖点到刀杆轴线的距离小于第二刀齿的中刀尖点到刀杆轴线的距离；
第一刀齿的中刀尖点到对应内切削刃的垂直距离大于第二刀齿的中刀尖点到对应内切削刃的垂直距离。
刀具具有四个刀齿对称的稳定切削加工结构，端部切削刃采用了一种分布式多点陈布局，在加工过程中能够生成小尺寸切屑，并由四齿交错切削实现有效分屑。
外刀尖点直接决定加工孔壁质量，对出口质量有重要影响。由于第一刀齿的外刀尖点、第二刀齿的外刀尖点与其内刀尖点之间的切削刃是加工过程中形成的主要疲劳区，磨损最为严重，后者尤为明显。但是，刀具端刃各段切削刃的长度与角度的合理优化可以提高刀具整体寿命，同时实现高质量加工，加工效率也有较大提高。
作为优选，第一刀齿的内切削刃的长度小于第二刀齿的内切削刃的长度。
这样设置的目的是为了实现切屑变形程度控制在一定范围，避免卷屑现象的出现。
作为优选，第一刀齿的外切削刃与内切削刃的夹角小于第二刀齿的外切削刃与内切削刃的夹角。
这样设置的目的是为了生成具有不同几何特征的切屑，有利于快速排屑。
为了保证正常制孔，至少有一对刀齿的内切削刃经过刀杆轴线，为了使制孔质量更高，作为优选，所述四个刀齿的内切削刃的一端均经过刀杆轴线。
所述侧刃、内切削刃、中切削刃以及外切削刃均为具有刃带的双重后刀面形式。
设计为双重后刀面好处：增加切削刃强度，减少与工件之间的磨损，降低崩刃发生的几率。
为了顺利排屑，相连两个侧刃之间设有螺旋槽。
所述刀杆与颈部之间具有台阶，且刀杆的直径大于颈部的直径。因为刀杆会被卡持，所以具有较大的直径。
本发明的有益效果是：通过两种均由内切削刃、中切削刃以及外切削刃构成，切削刃转折点、中刀尖点和外刀尖点位置相异的刀齿，实现分布式多点阵的布局设计，这样的结构对叠层材料所存在的物性相异性较大界面完成高效稳定变速切削，同时降低侧刃切削比例，确保制孔质量，进而提高刀具整体寿命；中刀尖点能够有效降低螺旋铣孔加工方式下刀具的轴向切削力，从而减少分层及毛刺，提高孔出口质量；各刃上均采用有刃带的双重后刀面形式，这能有效增加切削部分的强度，增大散热的面积，同时抑制切削过程中的振动。
附图说明
图1是本发明叠层材料螺旋铣孔专用刀具的结构示意图；
图2是切削头的正视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是图2的B-B剖视图。
1.切削头，2.颈部，3.刀杆，4.第一刀齿，5.第二刀齿，6.中心孔，7.刀杆轴线，8.第一侧刃，9.第一外切削刃，10.第一中切削刃，11.第一内切削刃，12.第一切削刃转折点，13.第一中刀尖点，14.第一外刀尖点，15.第二侧刃，16.第二外切削刃，17.第二中切削刃，18.第二内切削刃，19.第二切削刃转折点，20.第二中刀尖点，21.第二外刀尖点，22.螺旋槽。
具体实施方式
如图1～2所示，一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具，包括依次连接的切削头1、颈部2和刀杆3，切削头端部设有周向均匀分布的四个刀齿，其中一对关于刀杆轴线对称的刀齿为第一刀齿4，另一对刀齿为第二刀齿5，颈部侧壁设有与对应刀齿相连的四个侧刃。
如图3所示，第一刀齿4包括依次连接的第一内切削刃11、第一中切削刃10以及第一外切削刃9，第一内切削刃与刀杆轴线7垂直，且与第一中切削刃相交于第一切削刃转折点12，第一中切削刃与第一外切削刃相交于第一中刀尖点13，第一外切削刃与对应的第一侧刃8相交于第一外刀尖点14，第一中刀尖点至刀杆的距离大于第一切削刃转折点至刀杆的距离。如图4所示，第二刀齿5包括依次连接的第二内切削刃18、第二中切削刃17以及第二外切削刃16，第二内切削刃与刀杆轴线7垂直，且与第二中切削刃相交于第二切削刃转折点19，第二中切削刃与第二外切削刃相交于第二中刀尖点20，第二外切削刃与对应的第二侧刃15相交于外刀尖点21，第二中刀尖点至刀杆的距离大于第二切削刃转折点至刀杆的距离。
所有内切削刃处在同一平面上且内切削刃的一端均经过刀杆轴线7；第一中刀尖点13到刀杆轴线7的距离小于第二中刀尖点20到刀杆轴线的距离；第一中刀尖点13到对应的第一内切削刃11的垂直距离大于第二中刀尖点20到对应第二内切削刃18的垂直距离；第一内切削刃11的长度小于第二内切削刃18的长度；第一外切削刃9与第一内切削刃11的夹角小于第二外切削刃16与第二内切削刃18的夹角。
为了顺利排屑，相连两个侧刃之间设有螺旋槽23。
为了增加切削头的强度，减少与工件之间的磨损，降低崩刃发生的几率。第一刀齿和第二刀齿的侧刃、内切削刃、中切削刃以及外切削刃均为具有刃带的双重后刀面形式。其中侧刃的双后刀面内外侧与刀具截面分别成8.5°和23°，端刃的双后刀面内外侧与刀具截面分别成12°和25°。
为了保证有良好的散热刀杆轴心处设有中心孔6，每个螺旋槽均设有若干与中心孔连通的冷却孔。
本发明通过对两种刀齿的内切削刃、中切削刃、外切削刃和侧刃的布局进行优化，实现分布式多点阵的布局设计，这样的结构对叠层材料所存在的物性相异性较大界面完成高效稳定变速切削，同时降低侧刃切削比例，确保制孔质量，进而提高刀具整体寿命；中刀尖点能够有效降低螺旋铣孔加工方式下刀具的轴向切削力，从而减少分层及毛刺，提高孔出口质量；各刃上均采用有刃带的双重后刀面形式，这能有效增加切削部分的强度，增大散热的面积，同时抑制切削过程中的振动。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具，包括依次连接的切削头、颈部和刀杆，切削头端部设有周向均匀分布的四个刀齿，颈部侧壁设有与对应刀齿相连的四个侧刃，其特征在于，其中一对关于刀杆轴线对称的刀齿为第一刀齿，另一对刀齿为第二刀齿，每个刀齿均包括依次连接的内切削刃、中切削刃以及外切削刃，所述内切削刃与刀杆轴线垂直，且与中切削刃相交于切削刃转折点，所述中切削刃与外切削刃相交于中刀尖点，所述外切削刃与对应的侧刃相交于外刀尖点，所述中刀尖点至刀杆的距离大于所述切削刃转折点至刀杆的距离，
所有内切削刃处在同一平面上；
第一刀齿的中刀尖点到刀杆轴线的距离小于第二刀齿的中刀尖点到刀杆轴线的距离；
第一刀齿的中刀尖点到对应内切削刃的垂直距离大于第二刀齿的中刀尖点到对应内切削刃的垂直距离。
2.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，第一刀齿的内切削刃的长度小于第二刀齿的内切削刃的长度。
3.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，第一刀齿的外切削刃与内切削刃的夹角小于第二刀齿的外切削刃与内切削刃的夹角。
4.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，四个刀齿的内切削刃的一端均经过刀杆轴线。
5.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，相连两个侧刃之间设有螺旋槽。
6.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，所述刀杆与颈部之间具有台阶，且刀杆的直径大于颈部的直径。
7.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，所述侧刃为具有刃带的双重后刀面形式。
8.根据权利要求1所述的叠层材料螺旋铣孔专用刀具，其特征在于，、所述内切削刃、中切削刃以及外切削刃均为具有刃带的双重后刀面形式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160210 |