一种纤维增强复合材料钻头的制作方法

1.本发明涉及制孔加工技术领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料钻头。


背景技术：

2.以碳纤维增强复合材料(cfrp)及玻纤增强复合材料(gfrp)为代表的新型增强复合材料具有质轻、比强度高、比刚度高、耐腐蚀、耐高温等优异的物理化学性能，随着其生产成型工艺的不断发展，加速推动了高性能复合材料在我国军事、航空航天、船舶及海洋工程关键技术装备上的应用。以纤维复材叠合铝合金制成的叠层材料同时兼具了碳纤维的高强度、高硬度及铝合金的韧性，在最新一代飞机的机身、机翼、襟翼及垂尾等部件中得到了较为典型的应用。
3.在装备的研发初期，钻孔的加工手工制孔相比于加工中心及机械臂制孔具有更高的灵活性，但手工钻孔的操作便利性限制了手工制孔的加工效率。此外，手工钻由于无法保证稳定的切削加工参数，加工过程极易造成孔裂纹、孔壁刮伤等缺陷，从而大大地降了构件的性能甚至导致构件报废。因此高性能、高质量的复合材料、叠层材料手工制孔钻头结构设计具有重要的意义。
4.材料的发展对加工工艺、加工工具的发展同时带来了挑战，许多学者专家已对纤维复材及叠层材料的加工工具进行了相关的开发应用。贾振元等刃提出的“一种具有回勾刃的手工钻头”，专利申请号201811199427.3，它涉及了一种用以减轻钻削过程中的轴向力的双顶角优化设计，并采用了回勾刃结构以抑制cfrp加工过程中出入口的分层、毛刺和撕裂损伤，可满足cfrp手工制孔的高质量、高效率需求。耶罗恩
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赫伊斯提出的“用于加工的叠层材料刀具和方法”，专利申请号201580006976.2，它涉及了一种用于叠层材料加工的刀具，将切削刃进行了分段，在前端切削刃上带有螺旋式分布的小型切削槽，后端切削刃为变螺旋角结构，两段切削刃可在加工过程中实现叠层材料中不同材料的适应性加工。
5.现有技术中，材料物理化学性能的提升同时也会导致切削加工难度的加大，纤维增强复合材料由于材料微观增强相与基体相性能的差异，加工易发生分层、撕裂及毛刺等加工损伤，叠层材料由于具有明显的加工分界面在此基础上加剧了纤维增强复材的加工刀具的磨损，同时在材料分界面的加工过程中极易发生钻孔前冲、卡钻等现象，对手工制孔的稳定性及加工质量带来了挑战。
6.上述刀具的结构设计可满足cfrp、叠层材料的基本加工需求，但随着装备材料的多样化，原有结构应用于cfrp
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铝合金叠层材料等新型纤维复材、叠层材料的加工具有一定的局限性，且其结构对手工制孔的适配性、加工过程的稳定性也亟待提升。
7.因此，如何提供一种纤维增强复合材料钻头，以消除钻孔过程中的卡钻现象及钻出孔时的前冲现象成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题在于如何提供一种纤维增强复合材料钻头，以消除钻孔
过程中的卡钻现象及钻出孔时的前冲现象。
9.为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种纤维增强复合材料钻头，包括：依次设置的柄部、切削部与钻尖，所述钻尖上依次设有第一回勾刃与第二回勾刃，所述第一回勾刃与所述第二回勾刃沿所述钻尖的轴向间隔设置并呈上下交错分布于所述钻尖的周向。通过第一回勾刃与第二回勾刃的切削作用，可对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，由于第一第一回勾刃与第二回勾刃沿所述钻尖的轴向间隔设置并呈上下交错分布于所述钻尖的周向上，能够分别在不同位置进行切削，不同于现有技术中的将回勾刃设置在一个平面上，进而可以实现毛刺的分级去除，也能够更好的降低毛刺对钻头的磨损作用，提高切削效果。
10.本发明进一步设置为，所述第一回勾刃的数量设为两个，两个所述第一回勾刃对称分布于所述钻尖。由于两个第一回勾刃对称分布于钻尖，保证了钻头切削过程中径向受力的稳定性。
11.本发明进一步设置为，所述第二回勾刃的数量设为两个，两个所述第二回勾刃对称分布于所述钻尖。由于两个第二回勾刃对称分布于钻尖，保证了钻头切削过程中径向受力的稳定性。
12.本发明进一步设置为，所述的第一回勾刃与所述第二回勾刃，可以设置为沿所述钻尖的轴向对称间隔设置，使得第一回勾刃与所述第二回勾刃处于对称的位置上，在切割中能够均匀的实现分级切割，使得切削效率提高，并且其中第一回勾刃与所述第二回勾刃数量也可以设置为不止一个。
13.本发明进一步设置为，所述第一回勾刃包括依次设置的第一反向刃与第一刮切刃。通过第一反向刃与第一刮切刃的切削作用，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料的毛刺进行去除。
14.本发明进一步设置为，所述第二回勾刃包括依次设置的第二反向刃与第二刮切刃。通过第二反向刃与第二刮切刃的切削作用，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料的毛刺进行去除。
15.本发明进一步设置为，所述钻尖上设有主切削刃，所述切削部上设有与所述主切削刃进行切削配合的副切削刃。主切削刃与副切削刃均起切削作用，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，进而实现手工制孔。
16.本发明进一步设置为，所述钻尖上设有排屑槽。通过排屑槽起排屑作用，将钻头切削出的材料快速排出，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料进行钻孔。
17.本发明进一步设置为，所述切削部呈螺旋形设置。切削部起切削作用，螺旋设置的切削部，方便钻头快速对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，进而实现手工制孔。
18.本发明具有以下有益效果：通过钻尖与切削部的切削作用，对叠层材料进行钻孔加工，由于第一回勾刃与第二回勾刃沿钻尖的轴向间隔设置并呈上下交错分布于钻尖的周向，通过第一回勾刃与第二回勾刃的切削作用，可对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，由于第一第一回勾刃与第二回勾刃沿所述钻尖的轴向间隔设置并呈上下交错分布于所述钻尖的周向上，能够分别在不同位置进行切削，不同于现有技术中的将回勾刃设置在一个平面上，进而可以实现毛刺的分级去除，也能够更好的降低毛刺对钻头的磨损作用，提高切削效果。进而提供了一种纤维增强复合材料钻头，提升了复合材料的加工质量，同时保证
钻尖的切削能力和加工过程的稳定性，消除了钻孔过程中的卡钻现象及钻出孔时的前冲现象，提升了叠层材料中金属材料的成孔质量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实施例公开的一种纤维增强复合材料钻头的立体结构示意图；
21.图2是本实施例公开的一种纤维增强复合材料钻头的俯视图；
22.图3是本实施例公开的一种纤维增强复合材料钻头中回勾刃的参数示意图；
23.图4是本实施例公开的一种纤维增强复合材料钻头的分级去除示意图。
24.附图标记：1、柄部；2、切削部；21、副切削刃；3、钻尖；31、第一回勾刃；311、第一反向刃；312、第一刮切刃；32、第二回勾刃；321、第二反向刃；322、第二刮切刃；33、主切削刃。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.本发明实施例公开了一种纤维增强复合材料钻头，如图1
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4所示，包括：依次设置的柄部1、切削部2与钻尖3，钻尖3上依次设有第一回勾刃31与第二回勾刃32，第一回勾刃31与第二回勾刃32沿钻尖3的轴向间隔设置并呈上下交错分布于钻尖3的周向。
30.需要说明的是，通过钻尖3与切削部2的切削作用，对叠层材料进行钻孔加工，由于第一回勾刃31与第二回勾刃32沿钻尖3的轴向间隔设置并呈上下交错分布于钻尖3的周向，进而提供了一种纤维增强复合材料钻头，通过第一回勾刃与第二回勾刃的切削作用，可对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，由于第一第一回勾刃与第二回勾刃沿所述钻尖的轴向间隔设置并呈上下交错分布于所述钻尖的周向上，能够分别在不同位置进行切削，不
同于现有技术中的将回勾刃设置在一个平面上，进而可以实现毛刺的分级去除，也能够更好的降低毛刺对钻头的磨损作用，提高切削效果。同时保证钻尖的切削能力和加工过程的稳定性，消除了钻孔过程中的卡钻现象及钻出孔时的前冲现象，提升了叠层材料中金属材料的成孔质量。
31.如图1和图2所示，第一回勾刃31的数量设为两个，两个第一回勾刃31对称分布于钻尖3。由于两个第一回勾刃31对称分布于钻尖，保证了钻头切削过程中径向受力的稳定性。
32.如图1和图2所示，第二回勾刃32的数量设为两个，两个第二回勾刃32对称分布于钻尖3。由于两个第二回勾刃32对称分布于钻尖，保证了钻头切削过程中径向受力的稳定性。
33.如图1和图2所示，第一回勾刃31包括依次设置的第一反向刃311与第一刮切刃312。通过第一反向刃311与第一刮切刃312的切削作用，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料的毛刺进行去除。
34.如图1和图2所示，第二回勾刃32包括依次设置的第二反向刃321与第二刮切刃322。通过第二反向刃321与第二刮切刃322的切削作用，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料的毛刺进行去除。
35.如图1和图2所示，钻尖3上设有主切削刃33，切削部2上设有与主切削刃33进行切削配合的副切削刃21。在具体实施过程中，副切削刃21工作段为倒锥结构，利用副切削刃21实现铰修、排屑功能，在保证加工孔径精度的同时提升孔壁加工质量。主切削刃33与副切削刃21均起切削作用，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，进而实现手工制孔。
36.如图1和图2所示，钻尖3上设有排屑槽。通过排屑槽起排屑作用，将钻头切削出的材料快速排出，方便对cfrp材料等纤维增强复合材料进行钻孔。
37.如图1和图2所示，切削部2呈螺旋形设置。切削部2起切削作用，螺旋设置的切削部2，方便钻头快速对cfrp材料等纤维增强复合材料进行切削，进而实现手工制孔。
38.在具体实施过程中，如图3所示，回勾刃由反向刃及刮切刃组成，其中包括反向刃角度α
h1
，刮切刃角度α
h2
，回勾刃整体尺寸l
h1
、反向刃长度l
h2
。每级回勾刃结构参数如图3所示，第一回勾刃31尺寸可适当根据第二回勾刃32尺寸进行等比例缩小，以实现不同尺度的毛刺去除功能。
39.如图4所示，对cfrp材料等纤维增强复合材料，两级回勾刃设计可实现毛刺的分级去除。对cfrp叠合cfrp材料、cfrp叠合铝合金等叠层材料，因材料的硬度、弹性模量等物理性能具有一定差异，在钻削过程中，回勾刃通过材料交界处时，因参与切削的切削刃长度改变，导致钻头受力发生变化。原有单级回勾刃设计易在钻孔过程过程中造成卡钻情况，在钻孔结束端容易下冲，导致铝合金出口翻边、孔壁内部刮伤等质量缺陷，对称交错设计在保证了回勾刃的毛刺去除效果的同时，提升了叠层材料交界过渡段加工的稳定性，改善了手工钻孔的操作体验。
40.工作原理：通过钻尖3与切削部2的切削作用，对叠层材料进行钻孔加工，由于第一回勾刃31与第二回勾刃32沿钻尖3的轴向间隔设置并呈上下交错分布于钻尖3的周向，进而提供了一种纤维增强复合材料钻头，可实现毛刺的分级去除，同时保证钻尖的切削能力和加工过程的稳定性，消除了钻孔过程中的卡钻现象及钻出孔时的前冲现象，提升了叠层材
料中金属材料的成孔质量。
41.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。