CN105689765A - 碳纤维复合材料专用钻头 - Google Patents

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陈涛
王艳艳
刘献礼
杨辰
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Abstract

碳纤维复合材料专用钻头，涉及一种钻削钻具技术领域。以解决碳纤维复合材料在钻削加工过程中易脱层、纤维散开、生成燃烧附着物及毛刺的问题。碳纤维复合材料专用钻头，包括钻头主体，钻头主体的外圆周面上沿轴向加工有两条螺旋槽，两条螺旋槽旋向一致，设置在钻头主体头部圆锥面上的后刀面被两个扁平槽一分为二，两个扁平槽的轴向截面均为圆弧形状，两个扁平槽的相接处为凸起的横刃，横刃设置在钻头主体头部中心处，两个扁平槽相对于横刃对称设置；前刀面与后刀面之间通过斜面相连，斜面为第二切削刃。本发明可以有效避免碳纤维复合材料钻削过程中脱层、毛刺以及烧伤现象的出现，降低制孔缺陷，提高加工效率和加工质量，从而提高产品的合格率。

Description

碳纤维复合材料专用钻头
技术领域
本发明涉及钻削钻具技术领域，特别是一种碳纤维复合材料专用钻头。
背景技术
碳纤维复合材料是材料领域的一个重要的发展方向，它的加工方式多为钻削，但原理却与金属有着不同。加工碳纤维复合材料时是通过锋利的刀刃去强制折断纤维和切断环氧树脂层，而纤维又会反过来摩擦磨损刀具。加工复合材料时，不应使它造成脱层、纤维散开、生成燃烧附着物以及毛刺。但由于普通钻头在结构上存在一些问题，使其在钻削碳纤维复合材料时难以避免发生上述问题。
碳纤维复合材料钻孔时的主要问题是：钻各层时材料阻力有变化和钻透时力的突然消失，引起进给速度的变化，导致脱层毛刺、材料剥蚀。碳纤维复合材料不同层面直径不同，再加上碳纤维复合材料导热性极差，很容易造成烧伤。因此，必须对原有钻头结构进行改进，使其在钻削碳纤维复合材料时，可以避免或者减轻上述问题的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料专用钻头，以解决碳纤维复合材料在钻削加工过程中易脱层、纤维散开、生成燃烧附着物及毛刺的问题，从而提高了碳纤维加工过程的效率和零件的工艺品质。
本发明从碳纤维这一特殊的复合材料出发研究出的专用钻头，同时可以适用于有着同样纤维结构的复合材料。
实现上述目的，本发明的技术方案是：
碳纤维复合材料专用钻头，包括钻头主体，所述的钻头主体的外圆周面上沿轴向加工有两条螺旋槽，所述的两条螺旋槽旋向一致，设置在钻头主体头部圆锥面上的后刀面被两个扁平槽一分为二，两个所述的扁平槽的轴向截面均为圆弧形状，两个扁平槽的相接处为凸起的横刃，所述的横刃设置在钻头主体头部中心处，两个扁平槽相对于横刃对称设置；设置在所述的钻头主体的螺旋槽处的前刀面与后刀面之间通过斜面相连，所述的斜面为第二切削刃。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1．在钻头主体头部的圆锥面上加工了两个扁平槽，可以实现碳纤维复合材料和纤维板以及热塑性塑料和热固性塑料可靠的钻孔加工。
2．横刃采用加强的芯厚结构，能够防止钻头因为切削时的扭矩和弯矩产生变形，从而提高钻头的使用寿命。
3.两个扁平槽与凸起的横刃组合形成扁平钻尖，可以提供高效的断屑和排屑功能。而且在加工多层铝合金或钛合金的叠层复合材料时，当加工到金属层与复合材料之间进行过渡时，此设计可降低金属屑破坏钻孔的风险，可以保持复合材料表明粗糙度完好无损。
4.第二切削刃与两个扁平槽联合使用，可以有效避免碳纤维复合材料钻削过程中脱层、纤维散开、毛刺以及烧伤现象的发生，并能降低制孔缺陷，提高加工效率和加工质量，从而提高产品的合格率。
附图说明
图1是本发明的碳纤维复合材料专用钻头的主视图；
图2是图的俯视图；
图3是图1的左视图；
图4是本发明的碳纤维复合材料专用钻头的立体图。
图中：后刀面1、双螺旋状内冷孔2、主切削刃3、横刃4、螺旋槽5、第二切削刃6、副切削刃7、扁平槽8、前刀面9、钻头主体10。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1~图4所示，本实施方式披露了一种碳纤维复合材料专用钻头，包括钻头主体10，所述的钻头主体10的外圆周面上沿轴向加工有两条螺旋槽5，所述的两条螺旋槽5旋向一致，设置在钻头主体10头部圆锥面上的后刀面1被两个扁平槽8一分为二，两个所述的扁平槽8的轴向截面均为圆弧形状，两个扁平槽8的相接处为凸起的横刃4，所述的横刃4设置在钻头主体10头部中心处，两个扁平槽8相对于横刃4对称设置；设置在所述的钻头主体10的螺旋槽5处的前刀面9与后刀面1之间通过斜面相连（即通过斜面将前刀面9和后刀面1隔开），所述的斜面为第二切削刃6。
本实施方式中设置第二切削刃6，可以提高切削的效率和断屑能力，同时也能将主切削刃3与钻头主体10的外圆柱面隔开。
钻头主体10的外圆周面上沿轴向加工有两条螺旋槽5，为普通钻头结构构造，可以有效地在各种现有钻床设备上使用，结构上比较简单，不必为钻头设计专用的夹具或者机床。
横刃4的长度由两个扁平槽8的相交线来确定的，横刃4的长度较长。
本实施方式中的横刃4较长，并且采用加强的芯厚结构，能够防止钻头因为切削时的扭矩和弯矩产生变形，从而提高钻头的使用寿命。
具体实施方式二：如图1和图2所示，具体实施方式一所述的碳纤维复合材料专用钻头，两个所述的后刀面1位于同一轴向截面的母线的夹角为α，且α=90°。
两个所述的后刀面1位于同一轴向截面的母线的夹角α=90°，它不同于一般整体硬质合金钻头采用的140°的钻顶角，可以有效避免在钻削中产生脱层和毛刺现象。
具体实施方式三：如图1~图4所示，具体实施方式一所述的碳纤维复合材料专用钻头，设置在所述的钻头主体10的螺旋槽5槽侧壁外边缘的副切削刃7与后刀面1成45°的夹角。此处是为制造工艺而设计属于普通的结构参数。
具体实施方式四：如图1~图4所示，具体实施方式一所述的碳纤维复合材料专用钻头，设置在所述的钻头主体10的扁平槽8外边缘的主切削刃3为平缓的圆弧形状。
本实施方式中的主切削刃3为平缓的圆弧形状，可以增加主切削刃3的长度，在同样转速的情况下可以有效的提高钻头切削效率。
具体实施方式五：如图1~图4所示，具体实施方式一所述的碳纤维复合材料专用钻头，每个所述的扁平槽8的槽面上沿钻头主体10的轴向均加工有一个双螺旋状内冷孔2，两个所述的双螺旋状内冷孔2关于钻头主体10的中心线对称设置，且两个双螺旋状内冷孔2的孔口均为圆形，两个双螺旋状内冷孔2贯穿钻头主体10轴向开设，两个双螺旋状内冷孔2的螺旋旋向及路径均与两条螺旋槽5平行设置（便于加工，确保结构的稳定性）。
本实施方式可以保证钻头结构的稳定，在加工过程中相比无内冷孔的钻头可以高效的给零件降温，防止由于碳纤维复合材料较差的导热性，造成零件烧伤问题的发生。
具体实施方式六：如图1~图4所示，具体实施方式一至五中任一具体实施方式所述的碳纤维复合材料专用钻头，所述的钻头主体10的材质为聚晶金刚石（PCD），能够有效延长钻头的使用寿命。
具体实施方式七：如图1~图4所示，具体实施方式六所述的碳纤维复合材料专用钻头，所述的聚晶金刚石（PCD）材质的钻头主体10表面设有多晶硅涂层。可以提供良好的尺寸公差，该钻头持有直径（即可设计直径）范围为3~12mm。
本发明中，使用相应工具制作钻头整体，通过填料制作出双螺旋状内冷孔2，钻头采用整体PCD材料制成，外表面镀上多晶硅涂层，通过多轴磨床进行精加工，使钻头达到要求的尺寸精度范围之内。
本发明可以加工出圆度精度<15um的高精度钻孔，同时被加工孔的孔底公差精度达到IT7。设置了双螺旋状内冷孔2，因而发热量小，继而允许使用更高的加工工艺参数值，可以进一步提高钻削碳纤维复合材料孔的质量。
本发明所设计的碳纤维复合材料专用钻头，钻头主体采用普通钻头的结构，可以有效地在各种现有机床设备上适用，结构上比较简单。
本发明中的后刀面1、螺旋槽5、副切削刃7、前刀面9及钻头主体10与现有钻头结构相同。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种碳纤维复合材料专用钻头，包括钻头主体（10），所述的钻头主体（10）的外圆周面上沿轴向加工有两条螺旋槽（5），所述的两条螺旋槽（5）旋向一致，其特征在于：设置在钻头主体（10）头部圆锥面上的后刀面（1）被两个扁平槽（8）一分为二，两个所述的扁平槽（8）的轴向截面均为圆弧形状，两个扁平槽（8）的相接处为凸起的横刃（4），所述的横刃（4）设置在钻头主体（10）头部中心处，两个扁平槽（8）相对于横刃（4）对称设置；设置在所述的钻头主体（10）的螺旋槽（5）处的前刀面（9）与后刀面（1）之间通过斜面相连，所述的斜面为第二切削刃（6）。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料专用钻头，其特征在于：两个所述的后刀面（1）位于同一轴向截面的母线的夹角为α，且α=90°。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料专用钻头，其特征在于：设置在所述的钻头主体（10）的螺旋槽（5）槽侧壁外边缘的副切削刃（7）与后刀面（1）成45°的夹角。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料专用钻头，其特征在于：设置在所述的钻头主体（10）的扁平槽（8）外边缘的主切削刃（3）为平缓的圆弧形状。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料专用钻头，其特征在于：每个所述的扁平槽（8）的槽面上沿钻头主体（10）的轴向均加工有一个双螺旋状内冷孔（2），两个所述的双螺旋状内冷孔（2）关于钻头主体（10）的中心线对称设置，且两个双螺旋状内冷孔（2）的孔口均为圆形，两个双螺旋状内冷孔（2）贯穿钻头主体（10）轴向开设，两个双螺旋状内冷孔（2）的螺旋旋向及路径均与两条螺旋槽（5）平行设置。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的碳纤维复合材料专用钻头，其特征在于：所述的钻头主体（10）的材质为聚晶金刚石。
7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料专用钻头，其特征在于：所述的聚晶金刚石材质的钻头主体（10）表面设有多晶硅涂层。
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