CN106270700A - 用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀 - Google Patents

用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀 Download PDF

Info

Publication number
CN106270700A
CN106270700A CN201610806761.5A CN201610806761A CN106270700A CN 106270700 A CN106270700 A CN 106270700A CN 201610806761 A CN201610806761 A CN 201610806761A CN 106270700 A CN106270700 A CN 106270700A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tooth
micro
cutting
cutting edge
edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610806761.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王福吉
宿友亮
毕广健
贾振元
马建伟
刘巍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201610806761.5A priority Critical patent/CN106270700A/zh
Publication of CN106270700A publication Critical patent/CN106270700A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/28—Arrangement of teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/28—Arrangement of teeth
    • B23C2210/282—Unequal angles between the cutting edges, i.e. cutting edges unequally spaced in the circumferential direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

本发明一种用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀属于难加工材料切削加工研究领域，涉及一种碳纤维复合材料高速铣切专用刀具。多刃微齿铣刀由刀柄部分、有效切削刃部分和钻尖部分组成；其有效切削刃部分由左旋螺旋槽与右旋分屑槽形成的若干微齿组成；微齿的每齿切深可达25微米；微齿的主切削刃的前角为负，后角为正，微齿刀背采用直线背齿形，左旋螺旋槽与右旋分屑槽采用了不同深度的设计，形成较大的副偏角；钻尖主切削刃前角为零，后角为正。多刃微齿铣刀提高了单微齿的强度，改善了成屑连续性，实现了大切削用量下高速平稳地铣削加工，可满足不同纤维级别、不同厚度、多种铺层方式碳纤维复材制件的高质、高效加工需求。

Description

用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀
技术领域
本发明属于难加工材料的切削加工研究领域，涉及一种用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀。
背景技术
碳纤维复合材料(CFRP)具有高比强度、高比刚度、抗疲劳性等特点，能有效降低飞机结构重量，在航空航天领域中得到大量应用，其应用和发展是大幅度提高飞机结构效率、舒适性和环保性的重要保证。先进大型飞机构件制造及在位快速修复技术往往需要大量的铣切加工，以实现机翼蒙皮牺牲层的去除，大梁工艺窗口的加工，以及损伤区域的快速切除。随着碳纤维复合材料在大型航空航天主承力构件上的大量应用，基于大型主承力构件复杂受力环境中高服役可靠性的要求，对其机械加工的质量要求也更加严格。同时，此类构件往往具有大尺寸、大厚度特征，材料去除量极大，急需通过高速铣削来实现高效加工。此外，碳纤维复合材料具有多向层合、各向异性的特征，层间强度低易损伤；尤其对于高性能纤维增强复合材料来说，其纤维相强度更高、硬度更大，更加难以去除。其多向层合、各向异性、脆性特征导致其切削加工呈间歇性，尤其在刀具设计不当及参数选择不合理时，往往导致高速铣削过程极不平稳，切削力振动及冲击极易加剧刀具性能衰退及损伤扩展，导致频繁换刀，制件报废，加工效率极低，成本高。
唐臣升等人发明的“整体硬质合金鱼鳞铣刀”，专利申请号200910013142.0，它涉及一种用于碳纤维、玻璃纤维等复合材料的铣削加工的铣刀，采用左、右旋对称交错的构成切削单元，每个切削单元主切削刃长为0.05～0.1mm，切削刃前角制成10°～15°，螺旋槽深为刀具直径的7％-8％，通过增加切削刃数至24条，在一定程度上相对于双刃、四刃等铣刀提高了切削效率，降低了铣削力。但是，其设计尺寸最大0.1mm的微小切削单元强度较低，其每齿切深仅为2μm-4μm。此设计限制了其切削用量的提高，只能通过大转速配大进给来提高加工效率。由于其切削速度已大幅超过了硬质合金的适用速度范围，高转速必将导致硬质合金切削刃的过快磨损，并伴随大量摩擦热产生，加剧粘刀问题及复材热损伤。进而，对于高强、高硬纤维级别碳纤维复合材料，此微刃结构强度明显不足，极易崩刃，更无提升切削用量的空间。
发明内容
本发明要解决的难题是大幅提高高性能碳纤维复合材料铣切加工中的切削用量，同时有效降低高速加工中的振动与冲击，以提高铣切效率，加工表面质量。为此，发明一种用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀，通过负前角及大副偏角设计，辅以微齿切削刃长度的增加，提高了单微齿的强度，并大大降低了高速切削振动，实现了碳纤维复合材料大切削用量下高速平稳地铣削加工。特别适用于高性能碳纤维级别，如T800级的复合材料大尺寸、大厚度制件的高质高效加工。
本发明采用的技术方案是一种用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀，多刃微齿铣刀具有刀柄部分、有效切削刃部分，其特征是，多刃微齿铣刀还具有钻尖部分3，钻尖部分3具有钻尖顶角θ、钻尖主切削刃前角γ2和钻尖主切削刃后角α2，钻尖顶角θ，取θ＝135°；
多刃微齿铣刀有效切削刃部分2是非对称螺旋交错结构，由m条左旋螺旋槽5与n条右旋分屑槽6形成的若干大尺寸的微齿4构成，左旋螺旋槽5的深度H1，取H1＝(8～10％)D，右旋分屑槽6的深度H2，取H2＝(5～6％)D。
微齿4的每齿切深达25μm；其微齿4的主切削刃7采用负前角设计；并增大右旋分屑槽6形成的微齿副切削刃10的副偏角κ'，取κ'＝75.5°，使微齿副切削刃与主切削刃接近垂直；微齿刀背8采用直线背齿形，微齿主后刀面9的长度L6，取L6＝0.5mm；左旋螺旋槽的螺旋角β1，取β1＝25°，右旋分屑槽的螺旋角β2，取β2＝28°；刀具直径D设计范围为D＝6～10mm；
本发明的有益效果是一种碳纤维复合材料大尺寸、大厚度板高质、高效铣切的专用刀具，采用微齿结构以减小切削宽度，将整体切削变为局部切削，大大降低开裂及分层损伤；同时，通过合理增大微齿尺寸，大大增加了需用最大每齿切深，大大提高了切削效率；微齿切削刃为负前角，在合理每齿切深下保证纤维以局部压断的形式去除，切削变形范围小，由采用正前角刀刃时的断续成屑转变为连续成屑，大大降低了切削振动；此外，刀刃强度得到了极大提高，大大延长了刀具寿命。加之，采用了较大的副偏角设计，缩短了微齿副切削刃参与切削部分的长度，降低了铣切制件边缘时，由微齿副切削刃推挤表层材料而产生的分层损伤。刀具自带钻尖可提高铣切窗口及异形孔时的效率，满足不同纤维级别、不同厚度、多种铺层方式碳纤维复材制件的高质、高效加工需求。
附图说明
图1a)-多刃微齿铣刀的主视图；图1b)-多刃微齿铣刀的左视图；图2-微齿局部放大视图；图3a)-图2的K-K剖视图；图3b)-图2的J-J剖视图；其中，1-刀柄部分，2-有效切削刃部分，3-钻尖部分，4-微齿，5-左旋螺旋槽，6-右旋分屑槽，7-主切削刃，8-微齿刀背，9-微齿主后刀面，10-微齿副切削刃，β1-左旋螺旋槽螺旋角，β2-右旋分屑槽螺旋角，L1-刀柄部分的长度，L2-有效切削刃部分的长度，L3-钻尖部分的长度，L4-右旋分屑槽6的宽度，L5-微齿主切削刃长度，γ1-微齿主切削刃前角，α1-微齿主切削刃后角，L6-主后刀面长度，H1‐左旋螺旋槽深度，H2-右旋分屑槽深度，κ'-副偏角，θ-钻尖顶角，γ2-钻尖主切削刃前角，α2-钻尖主切削刃后角。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案对本发明的实施例做进一步详细说明。
如图1、图2、图3所示，本发明用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿刀具，由刀柄部分1、有效切削刃部分2和钻尖部分3组成。有效切削刃部分2的微齿4由m条左旋螺旋槽5与n条右旋分屑槽6交错形成，左旋螺旋槽5的螺旋角β1为25°，右旋分屑槽6的螺旋角β2为28°；微齿4的主切削刃7的长度L5为0.55-1mm，微齿刀背8采用直线背齿形，微齿主后刀面9的长度L6为0.5mm；左旋螺旋槽5的深度H1为刀具直径D的8-10％，右旋分屑槽6的深度H2为刀具直径D的5-6％，所形成的副偏角κ'为75.5°；钻尖3的顶角θ为135°。刀柄部分1的长度L1设计范围为L1＝30～40mm，有效切削刃部分2的长度L2设计范围为L2＝20～30mm，钻尖部分3的长度L3设计范围为L3＝2～4mm；微齿4的主切削刃7的长度L5设计范围为L5＝0.55～1mm；
实施例1,碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿刀具，刀具直径D＝6mm，由刀柄部分1、有效切削刃部分2和钻尖部分3组成，刀柄部分1长度L1＝30mm，有效切削刃部分2长度L2＝20mm，钻尖部分3长度L3＝2mm。其有效切削刃部分2由14个左旋螺旋槽5与13个右旋分屑槽6形成的若干微齿4组成，左旋螺旋槽5的角度β1＝25°，右旋分屑槽6的角度β2＝28°；微齿4的主切削刃7长度L5＝1mm，前角γ1＝-19°，微齿刀背8采用直线背齿形，主后刀面9长度L6＝0.5mm；左旋螺旋槽5的深度H1＝8％D＝0.8mm，右旋分屑螺旋槽12的深度H2＝5％D＝0.5mm，所形成的副偏角κ'＝75.5°；钻尖3的顶角θ＝135°。
该刀具适用于T300级碳纤维复合材料4-8mm厚板材的高速铣切加工，推荐加工参数为：转速5300RPM，进给速度2000mm/min。
实施例2,碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿刀具，刀具直径D＝10mm，由刀柄部分1、有效切削刃部分2和钻尖部分3组成，刀柄部分1长度L1＝40mm，有效切削刃部分2长度L2＝28mm，钻尖部分3长度L3＝4mm。其有效切削刃部分2由14个左旋螺旋槽5与13个右旋分屑槽6形成的若干微齿4组成，左旋螺旋槽5的角度β1＝25°，右旋分屑槽6的角度β2＝28°；微齿4的主切削刃7长度L5＝0.55mm，前角γ1＝-19°，微齿刀背8采用直线背齿形，主后刀面9长度L6＝0.5mm；左旋螺旋槽5的深度H1＝9％D＝0.9mm，右旋分屑螺旋槽12的深度H2＝6％D＝0.6mm，所形成的副偏角κ'＝75.5°；钻尖3的顶角θ＝135°。
该刀具适用于T800级碳纤维复合材料6-10mm厚板材的高速铣切加工，推荐加工参数为：转速3180RPM，进给速度1020mm/min。通过本发明可实现T300级到T800级不同级别纤维的厚度大于等于6mm小于等于10mm的复合材料大尺寸制件的高质、高效铣切加工。
多刃微齿铣刀提高了单微齿的强度，改善了成屑连续性，实现了大切削用量下高速平稳地铣削加工，可满足不同纤维级别、不同厚度、多种铺层方式碳纤维复材制件的高质、高效加工需求。

Claims (1)

1.一种用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀，多刃微齿铣刀具有刀柄部分、有效切削刃部分，其特征是，多刃微齿铣刀还具有钻尖部分(3)，钻尖部分(3)具有钻尖顶角θ、钻尖主切削刃前角γ2和钻尖主切削刃后角α2，钻尖顶角θ＝135°；
多刃微齿铣刀有效切削刃部分(2)是非对称螺旋交错结构，由m条左旋螺旋槽(5)与n条右旋分屑槽(6)形成的若干大尺寸的微齿(4)构成，左旋螺旋槽与右旋分屑槽采用了不同深度，左旋螺旋槽(5)的深度H1，取H1＝(8～10％)D，右旋分屑槽(6)的深度H2，取H2＝(5～6％)D；
微齿(4)的每齿切深达25μm；其微齿(4)的主切削刃(7)采用负前角设计；并增大右旋分屑槽(6)形成的微齿副切削刃(10)的副偏角κ'，取κ'＝75.5°，使微齿副切削刃与主切削刃接近垂直；微齿刀背(8)采用直线背齿形，微齿主后刀面(9)的长度L6，取L6＝0.5mm；左旋螺旋槽的螺旋角β1，取β1＝25°，右旋分屑槽的螺旋角β2，取β2＝28°；刀具直径D设计范围为D＝6～10mm。
CN201610806761.5A 2016-09-06 2016-09-06 用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀 Pending CN106270700A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610806761.5A CN106270700A (zh) 2016-09-06 2016-09-06 用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610806761.5A CN106270700A (zh) 2016-09-06 2016-09-06 用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106270700A true CN106270700A (zh) 2017-01-04

Family

ID=57711134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610806761.5A Pending CN106270700A (zh) 2016-09-06 2016-09-06 用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106270700A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107363312A (zh) * 2017-09-11 2017-11-21 大连理工大学 用于碳纤维复合材料高速铣削的带端刃立铣刀
CN107378009A (zh) * 2017-08-01 2017-11-24 大连理工大学 一种用于碳纤维复合材料制孔的多阶梯多刃渐变微齿刀具
CN107470683A (zh) * 2017-08-24 2017-12-15 杨明卫 一种侧面切削铣刀
CN108237269A (zh) * 2018-01-15 2018-07-03 成都市泰格尔航天航空科技有限公司 蜂窝夹层板用加工刀具
CN108673242A (zh) * 2018-05-29 2018-10-19 大连理工大学 一种测试多刃微齿铣刀分屑槽切削性能的实验方法
CN109304507A (zh) * 2018-10-19 2019-02-05 厦门金鹭特种合金有限公司 一种用于碳纤维复合材料加工用pcd铣刀
CN109648125A (zh) * 2019-01-25 2019-04-19 大连理工大学 一种能够实现左、右旋切削刃交替切削的多齿设计方法
CN110191778A (zh) * 2017-01-16 2019-08-30 山高刀具公司 旋转式切削刀具
CN112548175A (zh) * 2020-12-23 2021-03-26 河南理工大学 一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置及方法
CN112620760A (zh) * 2020-12-08 2021-04-09 蓝鲸科技(深圳)有限公司 具有pcd镶片及微刃的组合铣刀
WO2021176069A1 (de) * 2020-03-06 2021-09-10 ATA Tools Limited Frässtift

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07299635A (ja) * 1994-04-25 1995-11-14 Hitachi Tool Eng Ltd ラフィングエンドミル
CN2242748Y (zh) * 1996-01-26 1996-12-18 朱效鸿 印刷电路板切割专用刀具
CN101623778A (zh) * 2009-08-13 2010-01-13 沈阳飞机工业（集团）有限公司 整体硬质合金鱼鳞铣刀
CN201862824U (zh) * 2010-10-29 2011-06-15 厦门金鹭特种合金有限公司 一种用于加工钛合金和碳纤维夹层板的专用钻头
CN204053050U (zh) * 2014-06-26 2014-12-31 超美精密工业（惠州）有限公司 一种断屑型铣刀
CN104999118A (zh) * 2015-07-13 2015-10-28 大连理工大学 一种用于碳纤维复合材料制孔的高效专用钻头
CN105034076A (zh) * 2015-08-18 2015-11-11 大连理工大学 一种纤维增强复合材料高效制孔的专用刀具

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07299635A (ja) * 1994-04-25 1995-11-14 Hitachi Tool Eng Ltd ラフィングエンドミル
CN2242748Y (zh) * 1996-01-26 1996-12-18 朱效鸿 印刷电路板切割专用刀具
CN101623778A (zh) * 2009-08-13 2010-01-13 沈阳飞机工业（集团）有限公司 整体硬质合金鱼鳞铣刀
CN201862824U (zh) * 2010-10-29 2011-06-15 厦门金鹭特种合金有限公司 一种用于加工钛合金和碳纤维夹层板的专用钻头
CN204053050U (zh) * 2014-06-26 2014-12-31 超美精密工业（惠州）有限公司 一种断屑型铣刀
CN104999118A (zh) * 2015-07-13 2015-10-28 大连理工大学 一种用于碳纤维复合材料制孔的高效专用钻头
CN105034076A (zh) * 2015-08-18 2015-11-11 大连理工大学 一种纤维增强复合材料高效制孔的专用刀具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宋书善: "《数控加工工艺》", 31 March 2008, 电子科技大学出版社 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110191778A (zh) * 2017-01-16 2019-08-30 山高刀具公司 旋转式切削刀具
CN110191778B (zh) * 2017-01-16 2020-10-02 山高刀具公司 旋转式切削刀具
CN107378009A (zh) * 2017-08-01 2017-11-24 大连理工大学 一种用于碳纤维复合材料制孔的多阶梯多刃渐变微齿刀具
CN107378009B (zh) * 2017-08-01 2019-04-09 大连理工大学 一种用于碳纤维复合材料制孔的多阶梯多刃渐变微齿刀具
CN107470683A (zh) * 2017-08-24 2017-12-15 杨明卫 一种侧面切削铣刀
WO2019047557A1 (zh) * 2017-09-11 2019-03-14 大连理工大学 微齿排布可设计的碳纤维复合材料专用带端刃立铣刀
CN107363312A (zh) * 2017-09-11 2017-11-21 大连理工大学 用于碳纤维复合材料高速铣削的带端刃立铣刀
CN107363312B (zh) * 2017-09-11 2019-04-23 大连理工大学 用于碳纤维复合材料高速铣削的带端刃立铣刀
CN108237269A (zh) * 2018-01-15 2018-07-03 成都市泰格尔航天航空科技有限公司 蜂窝夹层板用加工刀具
CN108673242A (zh) * 2018-05-29 2018-10-19 大连理工大学 一种测试多刃微齿铣刀分屑槽切削性能的实验方法
CN109304507B (zh) * 2018-10-19 2024-04-05 厦门金鹭特种合金有限公司 一种用于碳纤维复合材料加工用pcd铣刀
CN109304507A (zh) * 2018-10-19 2019-02-05 厦门金鹭特种合金有限公司 一种用于碳纤维复合材料加工用pcd铣刀
CN109648125A (zh) * 2019-01-25 2019-04-19 大连理工大学 一种能够实现左、右旋切削刃交替切削的多齿设计方法
WO2021176069A1 (de) * 2020-03-06 2021-09-10 ATA Tools Limited Frässtift
CN112620760A (zh) * 2020-12-08 2021-04-09 蓝鲸科技(深圳)有限公司 具有pcd镶片及微刃的组合铣刀
CN112620760B (zh) * 2020-12-08 2023-03-14 蓝鲸科技(深圳)有限公司 具有pcd镶片及微刃的组合铣刀
CN112548175A (zh) * 2020-12-23 2021-03-26 河南理工大学 一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106270700A (zh) 用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀
JP6775855B2 (ja) マイクロ歯が配置される炭素繊維複合材料専用エンド刃付きのエンドミルの設計方法
CN101623778B (zh) 整体硬质合金鱼鳞铣刀
CN104999118B (zh) 一种用于碳纤维复合材料制孔的高效专用钻头
CN104837585B (zh) 用于加工纤维强化的材料的端铣刀
CN106216743A (zh) 一种双锥角断屑钻头
CN105364153A (zh) 一种平头立铣刀
CN107073589B (zh) 工件及其在切削加工中的应用
CN102941373B (zh) 一种复合材料螺旋铣锪窝专用刀具
CN106799510A (zh) 一种新型复合材料制孔刀具
CN201823993U (zh) 高速切削加工刀具
CN206028838U (zh) 一种三刃钨钢成型刀
CN107030319A (zh) 一种铣钻复合加工刀具
CN108405946B (zh) 抑制多刃微齿铣刀切削刃边缘破损的微齿排布设计方法
CN104768685B (zh) 用于加工由纤维强化塑料组成的构件的切削刀具和用于分离所述构件的方法
CN101862846A (zh) 整体硬质合金鱼鳞钻头
CN202239847U (zh) 一种复合材料无毛刺加工数控立铣刀
CN201895131U (zh) 三刃立铣刀
CN103894662B (zh) 一种叠层材料螺旋铣孔专用刀具
CN103071833B (zh) 钎焊结构的碳纤维增强复合材料的专用金刚石钻头
CN206382607U (zh) 一种金刚石螺旋铣刀
CN206047186U (zh) 硬质合金球头铣刀
CN103586522A (zh) 一种塑料用三刃平底铣刀
CN206253701U (zh) 一种成型钻铣刀
CN106112082B (zh) 一种加工纤维复合材料的不等倾角pcd铣刀

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170104