一种变螺旋槽双锥角叠层结构制孔一体化刀具的制作方法

本发明涉及一种适用于叠层结构难加工材料精密制孔加工的钻、铰、锪一体化刀具，能够在不同物理力学性能材料如铝合金、钛合金叠层装配结构的制孔过程中保证制孔精度，实现有效断屑及排屑，属于机械加工刀具技术领域。

背景技术：

为了减小能源消耗、增加飞机寿命，铝合金与钛合金在飞机中使用的比重越来越高。在飞机装配过程中，常用螺栓和铆钉把铝合金和钛合金连接在一起以增强性能，优势互补。因此，需要在铝合金与钛合金叠层板上加工大量的连接孔。但是，铝合金与钛合金叠层装配制孔的孔径小、加工难度较大，使用传统多工序工艺进行钻、铰、锪加工不易保证孔的同轴度，辅助工序较多，降低了工作效率；若进行钻、铰、锪一体化制孔又带来断屑困难、排屑不畅易导致刀具易崩断的问题，增加制造成本。

因此，在钻、铰、锪一体化刀具设计过程中，如何实现有效断屑，避免切屑缠刀，保证切屑顺利排出，成为研究叠层结构制孔刀具的重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有小直径一体化刀具技术中存在的问题，提出一种变螺旋槽双锥角叠层结构制孔一体化刀具，能够对叠层结构一次性完成钻、铰、锪精加工，通过有效断屑、轻松排屑、降低制孔轴向力，来提高孔尺寸精度、同轴度精度以及表面质量，在保证切削速度的同时，能够延长刀具寿命，提高加工效率。本发明适用于厚度较小(单层小于3mm)的薄板叠层装配结构的孔加工。

本发明的变螺旋槽双锥角叠层结构制孔一体化刀具，采用以下技术方案：

该刀具，包括钻削部、铰削部、锪窝部和刀柄，钻削部与铰削部之间以及铰削部和锪窝部之间均设置过渡部；钻削部包括双锥角钻尖和螺旋槽，双锥角钻尖包含两条主切削刃，螺旋槽为两条延伸至钻削部与铰削部之间过渡部的右旋螺旋槽；铰削部具有四个螺旋周刃，包括四条主切削刃和对应的四条延伸至两侧过渡部的左旋螺旋槽；锪窝部包括三条主切削刃以及三条延伸至刀柄的右旋螺旋槽。

所述过渡部的长度为4mm～6mm。

所述钻削部中双锥角钻尖的钻心直径不小于钻削部直径的0.25倍，以保证钻头的刚度。

所述钻削部中双锥角钻尖的第一锥角为120°～132°，对应第一段主切削刃；第二段锥角为90°对应第二段主切削刃。

所述钻削部中双锥角钻尖的两条主切削刃的最外缘前角为8°～12°，后角为11°～15°。

所述钻削部中右旋螺旋槽的螺旋角为23°～30°，以保证周刃的刚度、强度和排屑性能。

所述铰削部的螺旋周刃外缘前角γ1为5°～10°，后角α1为6°～10°，这样使得铰削更加平稳，保证了刀具锋利度、耐用度和孔的精度。

所述铰削部的长度等于钻削部中螺旋槽的周刃部分长度。

所述铰削部中左旋螺旋槽的螺旋角为左旋7°～12°，以有利于将铰削切屑向待加工表面方向排出，避免铰削切屑影响已加工表面质量。

所述锪窝部的右旋螺旋槽的螺旋角为30°～35°，锪窝部的外缘前角γ2为5°～12°。

本发明通过将钻、铰、锪的结构依次集成到一把刀具上，实现叠层材料制孔一次性完成钻、铰、锪加工，保证了制孔的精度和同轴度；钻削部的双锥角结构能够有效断屑，避免了缠刀现象的产生；铰削部的左旋螺旋槽促进切屑向待加工方向排出，防止了切屑对已加工表面的损伤，提高了加工质量；过渡部增加了刀具的刚度，对锪窝起到支撑导向的作用，保证了较好的锪窝质量和刀具寿命。

实验证明，在合适工艺参数的配合下，本发明比普通麻花钻有更小的钻削轴向力和更好的耐用度。适用于铝合金、高温合金、钛合金等难加工材料的叠层结构的小直径(小于6mm)的制孔加工，能够有效断屑，促进排屑，保证了较好的刀具耐用度、制孔质量和加工效率。

附图说明

图1是本发明变螺旋槽双锥角叠层结构制孔一体化刀具的整体结构示意图。

图2是本发明中钻削部的钻尖的轴向截面图。

图3是本发明中铰削部的径向截面示意图。

图4是本发明中铰削部的铰削刃的剖面示意图。

图5是本发明锪窝部的径向截面示意图。

图中：1.钻削部，2.第一过渡部，3.铰削部，4.第二过渡部，5.锪窝部，6.刀柄。

具体实施方式

本发明的变螺旋槽双锥角叠层结构制孔一体化刀具，材质为硬质合金，其结构如图1所示，包括依次相连的钻削部1、第一过渡部2、铰削部3、第二过渡部4、锪窝部5和刀柄6。钻削部1与铰削部3之间设置第一过渡部2，铰削部3和锪窝部5之间设置第二过渡部4。第一过渡部2的长度L3和第二过渡部4的长度L5为4mm～6mm，这既保证了刀具的刚度，也为刀具制造留足了退刀余量。刀柄6的直径为D3。

钻削部1包括双锥角钻尖和螺旋槽。钻削部1的直径为D1，钻心直径d1(参见图2)不小于0.25D1，这样保证了钻削部的刚度。为实现有效断屑和排屑，钻尖选择双锥角结构，双锥角钻尖包含两条等长度的主切削刃T1和T2，两条主切削刃相对中心线对称，参见图2，这保证了良好的断屑效果；第一锥角对应第一段主切削刃T1，为120°～132°，最优值为120°。第二段锥角对应第二段主切削刃T2，为90°。两条主切削刃最外缘的前角为8°～12°，后角为11°～15°。钻削部1的螺旋槽对应的螺旋角ω1为右旋23°～30°，以保证周刃的刚度、强度和排屑性能；螺旋槽中对应有刃沟、周刃和刃背，螺旋槽总长度为钻尖长度L1和周刃部分长度L2之和，其中L2与被加工的叠层结构的厚度相等。

铰削部3有4个螺旋周刃，包括4条主切削刃和对应的四个延伸至两侧第一过渡部2和第二过渡部4的左旋螺旋槽。铰削部3的直径为D2，其长度L4等于钻削部1中螺旋槽的周刃部分长度L2。铰削部3中螺旋槽的螺旋角ω2为左旋7°～12°，这使得铰削切屑向待加工表面排除，有效的保证了已加工表面的质量，参见图1。铰削齿数选择4齿，螺旋周刃外缘前角γ1为5°～10°，后角α1为6°～10°，参见图3，这样使得铰削更加平稳，保证了刀具锋利度、耐用度和孔的精度。如图4所示，在靠近第一过渡部2的一端，铰削刃的导锥角β1为15°～45°，使得铰削能够平稳切入。

锪窝部3包括三条主切削刃以及三条延伸至刀柄6的右旋螺旋槽，螺旋槽上对应有刃沟、周刃和刃背。锪窝部5的锥角为，所述锪窝部的锥角根据工程要求的角度确定。螺旋槽对应的螺旋角ω3为30°～35°，锪窝部3的外缘前角γ2为5°～12°，参见图5。

上述刀具适用于铝合金和难加工材料(高强度钢、高温合金、钛合金等)的叠层制孔精密加工，对叠层结构一次性完成钻、铰、锪精加工，通过有效断屑、促进排屑、降低制孔轴向力，来提高孔尺寸精度、同轴度精度以及表面质量，在保证加工效率的同时，具有良好的耐用度。