CN114083001B - 一种叠层材料薄板孔加工刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层材料薄板孔加工刀具，包括棒形体；棒形体分为切削部和柄部；切削部的中心设为空心结构并沿一部分周面向外通出，使切削部的横截面呈U形形状，具有外周和内壁，有一个切削面由切削部延伸至柄部；切削部的朝向切削旋转方向的切削面设为切削前刀面，切削前刀面与外周相交形成外周切削刃，切削前刀面与内壁相交形成内壁切削刃，切削前刀面与切削部底端相交形成底端切削刃。本发明既能够能够解决有薄壁结构的铝合金零部件或以铝合金为基的叠层薄板等弱刚性零部件孔加工变形严重，尺寸无法把控的问题；又能够解决有薄壁结构的铝合金零部件或以铝合金为基的叠层薄板等弱刚性零部件孔加工表面质量差的问题。

Description

一种叠层材料薄板孔加工刀具

技术领域

本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种叠层材料薄板孔加工刀具。

背景技术

刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。刀具的种类繁多，有用于加工各种外表面的刀具，用于孔加工的刀具，用于螺纹加工的刀具，用于齿轮加工的刀具，用于切断的刀具等等。对于加工材料的不同，对刀具的要求也有不同。铝合金材料因其具有高强度、高延展性和低密度的特性而被广泛应用于航空航天领域，并且为了降低重量，具有薄壁结构的铝合金零部件或以铝合金为基的叠层材料薄板占比越来越高，现有技术的刀具在对有薄壁结构的铝合金零部件或以铝合金为基的叠层薄板进行孔加工时，存在以下问题：

1、现有技术的麻花钻进行孔加工时，结构件形变更大，孔结构的尺寸精度降低，影响机翼、尾翼等大型部件的装配精度；

2、现有技术的套料钻采用多刃设计，由于铝合金具有高延展性，导致现有技术的套料钻多刃间的加工轨迹出现干涉，降低孔内壁的表面质量；

3、现有技术的铣削刀具采用螺旋铣加工方法进行孔加工时，难以加工小直径孔，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种叠层材料薄板孔加工刀具，一方面能够解决有薄壁结构的铝合金零部件或以铝合金为基的叠层薄板等弱刚性零部件孔加工变形严重，尺寸无法把控的问题；另一方面能够解决有薄壁结构的铝合金零部件或以铝合金为基的叠层薄板等弱刚性零部件孔加工表面质量差的问题；并且，还可保证孔加工刀具能够适应多种加工范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种叠层材料薄板孔加工刀具，包括一棒形体；所述棒形体分为两段，其中一段设为切削部，另一段设为柄部；所述切削部的自由端设为刀具底端；所述切削部的中心设为空心结构并沿一部分周面向外通出，使切削部的横截面呈U形形状，具有外周和内壁，有一个切削面由切削部延伸至柄部；所述切削部的朝向切削旋转方向的切削面设为切削前刀面，所述切削前刀面与所述外周相交形成外周切削刃，所述切削前刀面与所述内壁相交形成内壁切削刃，所述切削前刀面与切削部底端相交形成底端切削刃，所述底端切削刃的背离切削方向的底端面设为底端后刀面；所述底端后刀面由至少一个面组成；将底端切削刃的延长线与外周切削刃的延长线相交于点O，将点O与刀具轴线设成参考平面k；所述外周切削刃设为曲线刃，外周切削刃在过刀具轴线且垂直于所述参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与刀具轴线之间的夹角为α，且0°≤α≤60°。若α过大，即大于60°，则刀具切削刃口强度过低，在在高速孔加工过程中易造成断刀情况。

所述切削部的外周直径为D；所述底端后刀面中，与所述底端切削刃直接相连的面为底端第一后刀面；所述底端第一后刀面在过刀具轴线且垂直于参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与垂直于刀具轴线平面的夹角为β，设所述叠层材料薄板孔加工刀具切削加工时的每齿进给量为f_z，则

所述底端切削刃设为曲线刃，从刀具底端方向看，所述底端切削刃在垂直于刀具轴线的平面上的投影上任意一点的切线与过点O和刀具轴心的直线形成的夹角为γ，且0°≤γ≤25°。若γ过大，即大于25°，会使刀具底刃强度降低，在高速孔加工过程中易出现崩刃情况。

所述切削部的内壁上任意一点至刀具轴线上距离为m，任意垂直于刀具轴线的剖面上，从内壁切削刃开始沿切削旋转相反方向，m逐渐减小。

所述内壁切削刃设为曲线刃。

由切削部的U形形状的U形口的上方向下看，所述底端切削刃在参考平面k上的投影上任意一点的切线与过点O和刀具轴心的直线形成的夹角为ω，且0°≤ω≤10°。若ω过大，即大于10°，会使刀具底刃强度降低，在高速孔加工过程中易出现崩刃情况。

所述外周切削刃和底端切削刃之间通过倒斜角过渡。

所述外周切削刃和底端切削刃之间通过倒圆角过渡。

所述棒形体为高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明由于采用了将切削部的中心设为空心结构并沿一部分周面向外通出，使切削部的横截面呈U形形状，具有外周和内壁，有一个切削面由切削部延伸至柄部；所述切削部的朝向切削旋转方向的切削面设为切削前刀面，所述切削前刀面与所述外周相交形成外周切削刃，所述切削前刀面与所述内壁相交形成内壁切削刃，所述切削前刀面与切削部底端相交形成底端切削刃，所述底端切削刃的背离切削方向的底端面设为底端后刀面；所述底端后刀面由至少一个面组成；将底端切削刃的延长线与外周切削刃的延长线相交于点O，将点O与刀具轴线设成参考平面k；所述外周切削刃设为曲线刃，外周切削刃在过刀具轴线且垂直于所述参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与刀具轴线之间的夹角为α，且0°≤α≤60°。本发明的这种结构，是采用单个切削刀设计，使本发明有效降低了刀具切削力，从而有效抑制工件的形变，保证叠层材料薄板孔加工的尺寸控制；采用单刃设计，避免了多刃加工轨迹相互干涉的问题，能够提高孔内壁表面质量。

2、本发明由于采用了将外周切削刃设为曲线刃，底端切削刃设为曲线刃，内壁切削刃设为曲线刃，利用三维空间曲线切削刃设计和刀具切削部中空设计，一方面，使切削过程中产生的切屑向刀具中部空心内流动，因此不会与切削表面接触，保证了切削表面的质量，能够抑制复合材料加工毛刺的产生，另一方面，由于中空部分的大部分材料不必通过刀具切削去除，因此极大程度减小了刀具切削力，进一步抑制了薄板工件的形变。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种叠层材料薄板孔加工刀具不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的实施例一的立体构造示意图；

图2是本发明的实施例一的主视图；

图3是图2中的A方向的示意图；

图4是图2中的B部的放大示意图；

图5是图3中的F部的放大示意图；

图6是图3中的C方向的示意图；

图7是图6中的G部的放大示意图；

图8是图3中的E方向的示意图；

图9是本发明的实施例二的立体构造示意图；

图10是本发明的实施例二的俯视图；

图11是图10中的H部的放大示意图。

图中：1、棒形体；2、切削部；3、柄部；4、外周；5、内壁；6、切削前刀面；7、外周切削刃；8、内壁切削刃；9、底端切削刃；10、底端后刀面的底端第一后刀面；11、过渡倒角；12、过渡圆角。

具体实施方式

实施例一

参见图1至图8所示，本发明的一种叠层材料薄板孔加工刀具，包括一棒形体1；所述棒形体1分为两段，其中一段设为切削部2，另一段设为柄部3；所述切削部2的自由端设为刀具底端；所述切削部2的中心设为空心结构并沿一部分周面向外通出，使切削部2的横截面呈U形形状(如图3所示)，具有外周4和内壁5，有一个切削面由切削部2延伸至柄部3；所述切削部2的朝向切削旋转方向的切削面设为切削前刀面6，所述切削前刀面6与所述外周4相交形成外周切削刃7，所述切削前刀面6与所述内壁5相交形成内壁切削刃8，所述切削前刀面6与切削部底端相交形成底端切削刃9，所述底端切削刃9的背离切削方向的底端面设为底端后刀面；所述底端后刀面由至少一个面组成；将底端切削刃9的延长线与外周切削刃7的延长线相交于点O，将点O与刀具轴线设成参考平面k；所述外周切削刃7设为曲线刃，外周切削刃7在过刀具轴线且垂直于所述参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与刀具轴线之间的夹角为α(如图3所示)，且0°≤α≤60°。若α过大，即大于60°，则刀具切削刃口强度过低，在在高速孔加工过程中易造成断刀情况。

本实施例中，如图3、图4所示，所述切削部2的外周直径为D；所述底端后刀面中，与所述底端切削刃9直接相连的面为底端第一后刀面10；所述底端第一后刀面10在过刀具轴线且垂直于参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与垂直于刀具轴线平面的夹角为β，设所述叠层材料薄板孔加工刀具切削加工时的每齿进给量为f_z，则

本实施例中，如图5所示，所述底端切削刃9设为曲线刃，从刀具底端方向看(即A方向上看)，所述底端切削刃9在垂直于刀具轴线的平面上的投影上任意一点的切线与过点O和刀具轴心的直线形成的夹角为γ，且0°≤γ≤25°。若γ过大，即大于25°，会使刀具底刃强度降低，在高速孔加工过程中易出现崩刃情况。

本实施例中，所述切削部2的内壁5上任意一点至刀具轴线上距离为m，任意垂直于刀具轴线的剖面上，从内壁切削刃8开始沿切削旋转相反方向，m逐渐减小。

本实施例中，所述内壁切削刃8设为曲线刃。

本实施例中，如图3、图6、图7所示，由切削部2的U形形状的U形口的上方向下看(即C方向上看)，所述底端切削刃在参考平面k上的投影上任意一点的切线与过点O和刀具轴心的直线形成的夹角为ω，且0°≤ω≤10°。若ω过大，即大于10°，会使刀具底刃强度降低，在高速孔加工过程中易出现崩刃情况。

本实施例中，如图7所示，所述外周切削刃7和底端切削刃9之间通过倒斜角11过渡。

所述棒形体1为高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。

本发明的一种叠层材料薄板孔加工刀具，采用了将切削部2的中心设为空心结构并沿一部分周面向外通出，使切削部2的横截面呈U形形状，具有外周4和内壁5，有一个切削面由切削部2延伸至柄部3；所述切削部2的朝向切削旋转方向的切削面设为切削前刀面6，所述切削前刀面6与所述外周4相交形成外周切削刃7，所述切削前刀面6与所述内壁5相交形成内壁切削刃8，所述切削前刀面6与切削部底端相交形成底端切削刃9，所述底端切削刃9的背离切削方向的底端面设为底端后刀面；所述底端后刀面由至少一个面组成；将底端切削刃9的延长线与外周切削刃7的延长线相交于点O，将点O与刀具轴线设成参考平面k；所述外周切削刃7设为曲线刃，外周切削刃7在过刀具轴线且垂直于所述参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与刀具轴线之间的夹角为α，且0°≤α≤60°。本发明的这种结构，是采用单个切削刀设计，使本发明有效降低了刀具切削力，从而有效抑制工件的形变，保证叠层材料薄板孔加工的尺寸控制；采用单刃设计，避免了多刃加工轨迹相互干涉的问题，能够提高孔内壁表面质量。

本发明的一种叠层材料薄板孔加工刀具，采用了将外周切削刃7设为曲线刃，底端切削刃9设为曲线刃，内壁切削刃8设为曲线刃，利用三维空间曲线切削刃设计和刀具切削部2中空设计，一方面，使切削过程中产生的切屑向刀具中部空心内流动，因此不会与切削表面接触，保证了切削表面的质量，能够抑制复合材料加工毛刺的产生，另一方面，由于中空部分的大部分材料不必通过刀具切削去除，因此极大程度减小了刀具切削力，进一步抑制了薄板工件的形变。

实施例二

参见图9至图11所示，本发明的一种叠层材料薄板孔加工刀具，与实施例一的不同之处在于，所述外周切削刃7和底端切削刃9之间通过倒圆角12过渡。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种叠层材料薄板孔加工刀具，包括一棒形体；所述棒形体分为两段，其中一段设为切削部，另一段设为柄部；所述切削部的自由端设为刀具底端；其特征在于：所述切削部的中心设为空心结构并沿一部分周面向外通出，使切削部的横截面呈U形形状，具有外周和内壁，有一个切削面由切削部延伸至柄部；所述切削部的朝向切削旋转方向的切削面设为切削前刀面，所述切削前刀面与所述外周相交形成外周切削刃，所述切削前刀面与所述内壁相交形成内壁切削刃，所述切削前刀面与切削部底端相交形成底端切削刃，所述底端切削刃的背离切削方向的底端面设为底端后刀面；所述底端后刀面由至少一个面组成；将底端切削刃的延长线与外周切削刃的延长线相交于点O，将点O与刀具轴线设成参考平面k；所述外周切削刃在过刀具轴线且垂直于所述参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与刀具轴线之间的夹角为α，且0°≤α≤60°；所述底端切削刃设为曲线刃，从刀具底端方向看，所述底端切削刃在垂直于刀具轴线的平面上的投影上任意一点的切线与过点O和刀具轴心的直线形成的夹角为γ，且0°≤γ≤25°。

2.根据权利要求1所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：所述切削部的外周直径为D；所述底端后刀面中，与所述底端切削刃直接相连的面为底端第一后刀面；所述底端第一后刀面在过刀具轴线且垂直于参考平面k的平面上的投影上任意一点的切线与垂直于刀具轴线平面的夹角为β，设所述叠层材料薄板孔加工刀具切削加工时的每齿进给量为f_z，则

3.根据权利要求1所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：所述切削部的内壁上任意一点至刀具轴线上距离为m，任意垂直于刀具轴线的剖面上，从内壁切削刃开始沿切削旋转相反方向，m逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：所述内壁切削刃设为曲线刃。

5.根据权利要求1所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：由切削部的U形形状的U形口的上方向下看，所述底端切削刃在参考平面k上的投影上任意一点的切线与过点O和刀具轴心的直线形成的夹角为ω，且0°≤ω≤10°。

6.根据权利要求1所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：所述外周切削刃和底端切削刃之间通过倒斜角过渡。

7.根据权利要求1所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：所述外周切削刃和底端切削刃之间通过倒圆角过渡。

8.根据权利要求1所述的叠层材料薄板孔加工刀具，其特征在于：所述棒形体为高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。

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