一种基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，包括设置在刀杆前端表面电镀有金刚石颗粒的刀头，刀头包括径向均布的多个弧形切削部和多个排屑槽，弧形切削部和排屑槽按照周向交错布置，所有弧形切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分；在由多个弧形切削部内侧形成的圆柱形空间内设有中心钻；每个弧形切削部包括后刀面和前刀面；后刀面与所在弧形切削部的端面重合；前刀面与排屑槽的一个侧面共面，前刀面的法线方向与刀头旋转线速度方向一致；前后刀面的交叉处为圆弧形的主切削刃；弧形切削部与中心钻之间设有与多个排屑槽贯通的预存屑槽。本实用新型刀具可消除纤维增强基复合材料钻孔加工中容易出现的分层、撕裂和毛刺等现象。
【专利说明】
一种基于电镀金刚石的纤维増强复合材料制孔刀具
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种钻孔刀具，具体涉及到基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具。
【背景技术】
[0002]复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它具有质量轻、比强度高、比刚度大、减振和抗疲劳性能好、耐腐蚀等诸多优点，广泛应用于航空航天、交通运输、生物医疗及体育用品等领域。随着复合材料的迅速发展和日益广泛的应用，复合材料制件的成型与加工也变得越来越重要。钻孔是复合材料制造过程中最重要的加工工序之一，由于复合材料具有硬度高、强度大、导热性差、各向异性、层间强度低等特点，在钻孔过程中容易出现撕裂、毛刺和分层等问题，造成工件表面质量下降，又由于各向异性的存在，刀具与工件表面摩擦产生热量，切削力很大，刀具磨损严重[1?3]。
[0003]国内外对纤维增强基复合材料钻孔刀具做了很多的研究，主要涉及到优化刀具结构设计、采用先进刀具材料、新增表面涂层技术等热门领域。其中纤维增强基复合材料钻孔刀具的材料以硬质合金、聚晶金刚石以及两者的结合为主。硬质合金刀具可以通过刃磨形成各种几何结构，从而防止分层并快速切断纤维，但是硬质合金刀具的抗磨损性能不足，刃口磨损钝化将造成制孔质量下降。聚晶金刚石刀具，通过与硬质合金整体烧结后，再进行刃磨，可获得高硬度和高强度的刃口，从而很好地切断纤维，但是聚晶金刚石刀具抗冲击性能较差，容易产生崩刃。在硬质合金刀具表面涂上金刚石涂层可以很好的提高刀具的强度、硬度和耐磨性，同时获得低的摩擦系数，进而提高加工表面质量并减少各种缺陷的产生。其它的在改变刀具结构方面的研究，如对刀具刀尖刃性和刃型的改良优化设计等，虽然减少了加工表面各种缺陷的产生并提高了加工表面质量，但是刀具的抗磨损性能及使用寿命等方面不能得到很好的改善[4]。
[0004]参考文献:
[0005][I]张厚江，陈五一，陈鼎昌；纤维增强基复合材料的钻削加工[J].新技术新工艺，1998ο
[0006][2]魏威，韦红金;纤维增强基复合材料高质量制孔工艺[J].南京航空航天大学学报，2009 0
[0007][3]崔西亮，田彪，王永国；纤维增强基复合材料钻孔加工的缺陷分析[J].机电工程，2013。
[0008][4]明伟伟，王昌赢，陈明；纤维增强复合材料制孔刀具技术研究进展[J].航空制造技术，2013。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型的目的在于提供一种基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，可以解决现有技术中纤维增强基复合材料钻孔加工容易出现分层、撕裂和毛刺等现象的技术问题。
[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，包括圆柱体的刀杆，所述刀杆的前端设有表面电镀有金刚石颗粒的刀头，所述刀头包括径向均布的多个弧形切削部和多个排肩槽，弧形切削部和排肩槽按照周向交错布置，所有弧形切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分;在由多个弧形切削部内侧形成的圆柱形空间内设有中心钻，所述弧形切削部和中心钻均位于刀头的前端，所述排肩槽与刀头等长;每个弧形切削部包括后刀面和前刀面;所述后刀面与所在弧形切削部的端面重合;所述前刀面与排肩槽的一个侧面共面，所述前刀面的法线方向与刀头旋转线速度方向一致;所述前刀面与所述后刀面的交叉处为圆弧形的主切削刃；所述弧形切削部与中心钻之间设有与多个排肩槽贯通的预存肩槽。
[0011]本实用新型基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，其中，所述中心钻的主体形状为一圆台，所述圆台的锥角为5°?30°，所述圆台的前端面为球面。所述弧形切削部和排肩槽的个数均为三个，每个弧形切削部的横截面形状均分别为120°的扇形面。所述弧形切削部的端面与刀杆的轴向之间的夹角为-70°?+70°，优选为90°。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0013](I)本实用新型刀头具有多个均匀分布的弧形切削部和弧形切削部中央位置处的圆台形中心钻，使用该刀具进行纤维增强基复合材料的钻孔(钻通孔)加工，其中的中心钻先对被切削的材料部分进行预加工，减缓层间应力，以及防止切肩堆积，从而降低钻孔中复合材料分层、表面剥离和毛刺等缺陷的产生，并提高了复合材料钻孔效率；
[0014](2)由于刀头前端每个弧形切削部的两个侧面可随刀具的旋转方向分别作为前刀面，即每个切削部均存在有两个主切削刃，增加了刀具的使用寿命；
[0015](3)采用预存肩槽来连接多个排肩槽，减小切削力，增加排肩和散热能力，进一步延长刀具的使用寿命；
[0016](4)对于整个刀头部分，表面镀上金刚石颗粒，有效的增加了刀具的强度、硬度、耐磨性，同时降低摩察系数，从而改善加工表面质量，降低加工缺陷的产生，同时提高刀具的使用寿命。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具的主视图；
[0018]图2是图1所示电镀金刚石刀具的左视图；
[0019]图3是本实用新型电镀金刚石刀具的立体轮廓示意图；
[0020]图4是图3所示电镀金刚石刀具的轴侧图。
[0021 ]图中:1-刀头，2-刀杆，3-后刀面，4-主切削刃，5-前刀面，6_预存肩槽，7_中心钻，
8-排肩槽，9-金刚石颗粒。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。
[0023]如图1和图2所示，本实用新型一种基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，包括圆柱体的刀杆2，所述刀杆2的前端设有表面电镀有金刚石颗粒9的刀头I，刀头I的长度根据需要确定可为15?25mm，如图4所示;所述刀头I包括径向均布的多个弧形切削部和多个排肩槽8，弧形切削部和排肩槽8按照周向交错布置，所有弧形切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分，弧形切削部的数量优选为3个或4个，每个弧形切削部的横截面形状均分别为扇形面，排肩槽8的宽度可为1.5?2.5mm，排肩槽8的深度可为1.5?2.5mm，在由多个弧形切削部内侧形成的圆柱形空间内设有中心钻7，所述中心钻7的主体形状为一圆台，圆台锥角根据圆台高度不同可取为5°?30°，本实用新型的三个实施例分别取为5°、22°和27°，所述圆台的前端面为球面，如图3所示;所述弧形切削部和中心钻7均位于刀头的前端，所述排肩槽8与刀头等长;每个弧形切削部包括后刀面3和前刀面5;所述后刀面3与所在弧形切削部的端面重合;所述切削部的端面与刀杆的轴向之间的夹角为-70°?+70°，即后刀面的角度为-20°?+20°;所述前刀面5与排肩槽8的一个侧面共面，所述前刀面5的法线方向与刀头旋转线速度方向一致;所述前刀面5与所述后刀面3的交叉处为圆弧形的主切削刃4;所述弧形切削部与中心钻7之间设有与多个排肩槽8贯通的预存肩槽6，即预存肩槽6用于连接所有的排肩槽8，预存肩槽6的深度可为1.5?2.5mm。
[0024]如图3所示，本实用新型电镀金刚石刀具实施例1中，刀头I的长度为15mm;所述切削部和排肩槽8的个数均为三个，绕刀头的圆周方向上均匀分布3个横截面为扇形的切削部，每个扇形均为120°的扇形面，弧形切削部的数量为3个;排肩槽8的宽度为2mm，排肩槽8的深度为1.5mm;预存肩槽6用于连接所有排肩槽8，预存肩槽6的深度为1.5mm;主切削刃4的圆角半径为0.5mm;本实用新型中的后刀面3的倾角为0°，弧形切削部的后刀面3所在平面比圆台形中心钻7的最前端所在平面突出0.5mm，圆台形中心钻7的后端直径为1.5mm，前端直径为1_，所述圆台形中心钻7的圆台锥角为5°。
[0025]实施例2:与实施例1的整体结构相同，主要参数也基本相同，不同之处仅在于:弧形切削部的后刀面3所在平面与圆台形中心钻7的最前端所在平面共面，圆台形中心钻7的前端直径为Imm，所述圆台形中心钻7的圆台锥角为22°。
[0026]实施例3:与实施例1的整体结构相同，主要参数也基本相同，不同之处仅在于:圆台形中心钻7的最前端所在平面比弧形切削部的后刀面3所在平面突出0.5mm，圆台形中心钻7的前端直径为1_，所述圆台形中心钻7的圆台锥角为27°。
[0027]本实用新型刀具的基体材质选为金属材料，如可以选用45号钢，经调质和表面淬火处理后再在表面镀上金刚石颗粒9，本实用新型刀具硬度高、强度大、耐热性好和钻削性能良好等优点。
[0028]尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
【主权项】
1.一种基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，包括圆柱体的刀杆(2)，其特征在于: 所述刀杆(2)的前端设有表面电镀有金刚石颗粒(9)的刀头(I)， 所述刀头(I)包括径向均布的多个弧形切削部和多个排肩槽(8)，弧形切削部和排肩槽(8)按照周向交错布置，所有弧形切削部的外表面均为同一圆柱面的一部分;在由多个弧形切削部内侧形成的圆柱形空间内设有中心钻(7)，所述弧形切削部和中心钻(7)均位于刀头的前端，所述排肩槽(8)与刀头等长； 每个弧形切削部包括后刀面(3)和前刀面(5); 所述后刀面(3)与所在弧形切削部的端面重合； 所述前刀面(5)与排肩槽(8)的一个侧面共面，所述前刀面(5)的法线方向与刀头旋转线速度方向一致； 所述前刀面(5)与所述后刀面(3)的交叉处为圆弧形的主切削刃(4); 所述弧形切削部与中心钻(7)之间设有与多个排肩槽(8)贯通的预存肩槽(6)。2.根据权利要求1所述基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，其特征在于:所述中心钻(7)的主体形状为一圆台，所述圆台的锥角为5°?30°，所述圆台的前端面为球面。3.根据权利要求1或2所述基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，其特征在于:所述弧形切削部和排肩槽(8)的个数均为三个，每个弧形切削部的横截面形状均分别为120°的扇形面。4.根据权利要求1或2所述基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，其特征在于:所述弧形切削部的端面与刀杆的轴向之间的夹角为-70°?+70°。5.根据权利要求4所述基于电镀金刚石的纤维增强复合材料制孔刀具，其特征在于:所述弧形切削部的端面与刀杆的轴向垂直。
【文档编号】B23B51/00GK205414508SQ201521054532
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】刘礼平, 戚春亮, 徐建新, 于洪, 余芬
【申请人】中国民航大学