一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头的制作方法

本发明涉及一种用于碳纤维复合材料制孔加工用的钻头，具体涉及一种用于碳纤维增强复合材料制孔的吸气式钻头。

背景技术：

碳纤维增强复合材料(cfrp)以其高的比强度和弹性模量在航空航天工业中得到了广泛的应用，市场需求量大。

cfrp固化成型后，为了装配需要，必须在材料中加工大量的孔。由于碳纤维与基体性能差别很大，cfrp材料的各向异性，以及层间强度较低，cfrp在打孔过程中很容易造成分层、毛刺、撕裂等缺陷。这些孔大多都是用麻花钻刀加工的，这种方法产生了大量的纤维碎屑，cfrp切割产生的碎屑会变成粉尘颗粒，粒度的尺寸分布集中在0.25～1μm范围内，这种大小的粉尘颗粒很容易到达人体肺部，会对工作人员的健康造成危害。近年来，随着cfrp使用量的增长，国际上对cfrp废料回收利用的研究也有了新的进展，jackhowarth等发表的《energyintensityandenvironmentalanalysisofmechanicalrecyclingofcarbonfibrecomposite》与lix等发表的《environmentalandfinancialperformanceofmechanicalrecyclingofcarbonfibrereinforcedpolymersandcomparisonwithconventionaldisposalroutes》均分析了cfrp废料回收的经济性与环境友好性，提高碳纤维的回收率可以降低生产成本，cfrp的循环利用也正从试验研究发展为工业规模化，cfrp加工中收集尽可能多的纤维碎屑具有十分重要的意义。

刀具是影响cfrp加工的主要因素之一，国内外学者对刀具的结构做了大量的研究，例如，大连理工大学牛斌等人发明的“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”申请号：201710638289.3，它涉及了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，该刀具由直刃钻孔区、扩孔区、修整区与刀柄组成的，钻削时先对cfrp进行钻孔，然后进行扩孔，最后再对孔壁进行修整，从一定程度上提高了制孔的效率与质量。哈尔滨理工大学的王义文发明的“一种可换刀片的cfrp钻削加工用吸气式钻头”，申请号：201811041486.8，该钻头的刀片可以更换，降低加工成本，而且在钻头上还设计了吸气孔道，可以有效回收切屑，减少切屑对环境的污染并提高加工质量。但是，以上两种刀具均对孔内的cfrp切成碎屑，cfrp碎屑量的产生并没有减少，对制孔效率与质量的提高具有一定的局限性。

因此，有必要对现有cfrp刀具进行改进，使其在cfrp钻孔过程中，减少cfrp碎屑的产生，自动回收废料，从根本上提高cfrp加工质量、加工效率和cfrp废料的回收率。

技术实现要素：

为了达到提高cfrp加工质量与加工效率、减少cfrp碎屑的产生、增加cfrp废料的回收率的目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头包括顺序连接的刀刃段、过渡段、刀柄；所述的刀刃段下端有多个刀齿，刀齿上设有刀齿主刀刃和刀齿副刀刃；所述刀刃段的表面具有梯形微切单元、前排屑槽、后排屑槽；所述的梯形微切单元上设有微切主切刃、微切副切刃；所述的刀刃段、过渡段、刀柄内部均设有吸气空腔。

所述的过渡段下端的外径与刀刃段的外径相同，上端的外径与刀柄的外径相同。

所述的刀齿上的刀齿主刀刃为圆弧状，刀齿上的刀齿副刀刃为抛物线状。

所述的钻头材料是金刚石、合金或者陶瓷材料。

所述的刀刃段下端刀齿的个数为5～20个。

所述的刀刃段的长度为3～18cm，过渡段的长度为0.5～5cm、刀柄的长度为5～30cm。

本发明设计了一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头，具有如下有益效果：钻头包括刀刃段、过渡段、刀柄，钻头设有吸气空腔，可以减少cfrp碎屑的产生，并且利用负压自动收集碎屑与块状切屑，提高了cfrp废料的回收率，增加了制孔的效率，节省了能量；刀刃段的表面被前排屑槽与后排屑槽分割为多个梯形微切单元，梯形微切单元上有微切主切刃和微切副切刃对碳纤维毛刺切削去除，提高孔壁质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中a部放大图。

图3为本发明的俯视图。

图4为纤维增强复合材料加工示意图。

图中：a刀刃段，b过渡段，c刀柄，1刀齿，2刀齿主刀刃，3刀齿副刀刃，4后排屑槽，5前排屑槽，6梯形微切单元，7微切副切刃，8微切主切刃，9吸气空腔，10被加工工件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

如图1～2所示，一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头，包括顺序连接的刀刃段a、过渡段b、刀柄c；所述的刀刃段a下端有多个刀齿1，刀齿1上设有刀齿主刀刃2和刀齿副刀刃3；所述刀刃段a的表面具有梯形微切单元6、前排屑槽5、后排屑槽4；所述的梯形微切单元6上设有微切主切刃8、微切副切刃7；所述的刀刃段a、过渡段b、刀柄c内部均设有吸气空腔9。

如图1所示，上述的过渡段b前端的外径与刀刃段a的外径相同，后端的外径与刀柄c的外径相同。

如图1～3所示，上述的刀齿1上的刀齿主刀刃2为圆弧状，刀齿1上的刀齿副刀刃3为抛物线状。

如图1～3所示，上述的刀具材料可以是金刚石、合金或者陶瓷材料。

如图1～2所示，上述的刀刃段a下端有刀齿1的个数为5～20个。

如图1所示，上述的刀刃段a的长度为3～18cm，过渡段b的长度为0.5～5cm、刀柄c的长度为5～30cm。

如图4所示，使用本发明提供的用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头，以转速为r、进给速度v，对cfrp进行加工，由于钻头设有吸气空腔9，孔上的cfrp并不会被完全打成碎屑，形成块状的切屑；吸气空腔9通往外部，加工过程中的cfrp碎屑与块状切屑通过吸气空腔9被自动收集到切屑吸收装置，刀刃段a上的梯形微切单元6对碳纤维毛刺切削去除，提高孔壁质量。

申明：本发明的说明书内容是为了更好的解释权利要求而非限制权利要求的保护范围，本发明所要求保护的范围以权利要求书为准，此外本领域技术人员在参考了说明说内容的基础上所做出的不必付出创造性劳动的改动也应落入本发明所要求保护的范围。

技术特征：

1.一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头，其特征在于：包括顺序连接的刀刃段(a)、过渡段(b)、刀柄(c)；所述的刀刃段(a)下端有多个刀齿(1)，刀齿(1)上设有刀齿主刀刃(2)和刀齿副刀刃(3)；所述刀刃段(a)的表面具有梯形微切单元(6)、前排屑槽(5)、后排屑槽(4)；所述的梯形微切单元(6)上设有微切主切刃(8)、微切副切刃(7)；所述的刀刃段(a)、过渡段(b)、刀柄(c)内部均设有吸气空腔(9)。

2.如权利要求1所述的钻头，其特征在于：所述的过渡段(b)下端的外径与刀刃段(a)的外径相同，上端的外径与刀柄(c)的外径相同。

3.如权利要求1所述的钻头，其特征在于：所述的刀齿(1)上的刀齿主刀刃(2)为圆弧状，刀齿(1)上的刀齿副刀刃(3)为抛物线状。

4.如权利要求1所述的钻头，其特征在于：所述的钻头材料是金刚石、合金或者陶瓷材料。

5.如权利要求1所述的钻头，其特征在于：所述的刀刃段(a)下端刀齿(1)的个数为5～20个。

6.如权利要求1所述的钻头，其特征在于：所述的刀刃段(a)的长度为3～18cm，过渡段(b)的长度为0.5～5cm、刀柄(c)的长度为5～30cm。

技术总结
本发明提供了一种用于碳纤维复合材料制孔的吸气式钻头，包括顺序连接的刀刃段、过渡段、刀柄；所述的钻头设有吸气空腔，可以减少CFRP碎屑的产生，并且利用负压自动收集CFRP废料，提高废料的回收率，增加了制孔的效率，节省了能量；刀刃段的表面被前排屑槽与后排屑槽分割为多个梯形微切单元，梯形微切单元上有微切主切刃和微切副切刃对碳纤维毛刺切削去除，提高孔壁质量。

技术研发人员：宁海峰;郑华林;袁信满;赵清泉;蒙玉培
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2020.01.03
技术公布日：2020.05.08