[发明专利]分段式环行钻头

说明书

发明背景

纤维增强塑料(FRP)材料因其高强度系数以及高刚度系数而被广泛地用于航空工业中。FRP材料是由软树脂基体和高强度纤维增强物所组成的复合材料。典型的纤维增强物包括碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、芳纶(Kevlar)纤维、以及类似物。FRP材料通常被加工成叠层结构。FRP材料具有优异的共面强度，但是层间强度低。

多功能末端执行器、便携式环行机以及计算机数字化控制(CNC)机床在复合叠层材料中产生多个环行(螺旋式内插)孔和/或常规钻出的孔。

机加工复合叠层材料的主要问题是发生在刀具刃上的加速磨损。即使具有高级的基底材料和涂层，刀具的寿命也是很短的。

发明概述

当机加工复合叠层材料时，刀具刃的加速磨损的问题是通过提供一种分段式环行钻头(segmented orbital drill)来解决的，这种分段式环行钻头使用多种几何形状来增加刀具寿命。

一方面，一种分段式环行钻头包括：一个分段的部分，该分段的部分包括一个半精切削部分以及至少一个精切削部分，该半精切削部分具有与该至少一个精切削部分的直径不同的直径；以及在该分段的部分与一个柄部之间的一个余隙颈部的部分。

另一方面，使用一种分段式环行钻头(该环行钻头包括一个引导件和分段的部分以及在该分段的部分与一个柄部之间的一个余隙颈部的部分)对工件进行机加工的一种方法包括：利用该分段式环行钻头的分段的部分在一个第一材料层中钻一个孔；利用该引导件在一个第二材料层中钻一个孔，同时利用该分段的部分在该第一材料层中钻该孔直到该分段的部分已经完全钻通该第一材料层；并且利用该分段的部分在一个第三材料层中钻一个孔而不使用该引导件直到该分段的部分已经完全钻通该第三材料层。

附图简要说明

虽然展示了本发明的不同的实施方案，但所示的这些具体实施方案不应被解释为限制了权利要求。在此预期可以做出不同的变化和修改而不脱离本发明的范围。

图1是根据本发明的一个实施方案的分段式环行钻头的一个示例性实施方案的平面图；

图2是沿图1的线2-2截取的该环行钻头的分段的部分的一个放大截面图；并且

图3(a)至图3(f)是使用本发明的切削刀具来机加工工件的一种方法的等距视图，该工件具有一个CFRP材料顶层以及一个金属材料底层。

发明的详细说明

以下是关于一款复合式端铣钻/推进式钻切刀具以及用于机加工一个工件的一种方法的展示和解释。然而，注意的是这种复合式切削刀具及机加工方法可以被配置成适合于具体的应用并且不仅仅限于这些图示中的实例。

参见图1至图3，其中同样的参考符号代表同样的要素，用于在工件上执行机加工操作的一种分段式环行钻头总体上是以10示出的。在一个实施方案中，工件60(图3)是一种复合叠层材料，该复合叠层材料具有一个顶层62、一个中间层64以及一个底层66。顶层62和底层66可以包括例如一种金属，如钛、以及类似物。中间层64可以包括不同于顶层62和底层66的一种材料。例如，中间层64可以包括一种碳纤维增强塑料(CFRP)材料、以及类似物。如在此所使用的，在机加工操作过程中，“顶部”指的是有待由环行钻头10机加工的第一种材料，中间材料指的是有待由环行钻头10机加工的第二种材料，并且“底部”指的是有待由环行钻头10机加工的第三种材料。

总体上讲，环行钻头10包括一个主体12以及在环行钻头10的一端16处的一个引导件14。引导件14是根据有待由环行钻头10机加工的复合叠层材料而任选的。在一个实例中，引导件14可以被用作一个第一切削部分以便在工件60中钻CFRP材料层64(如果存在)。

环行钻头10还包括以18总体示出一个分段的部分(该分段的部分具有多个切削部分)，以及在引导件14与分段的部分18之间的一个凹切部20。环行钻头10在相反的另一端24处还包括一个柄部22。环行钻头10还包括在分段的部分18与柄部22之间的一个余隙颈部的部分26。余隙颈部的部分26的目的是在机加工操作过程中允许环行钻头10的间隙。余隙颈部的部分26也是这些切屑被排出之处。余隙颈部的部分26的长度的大小被确定为大于工件60(图3)的整个厚度。环行钻头10还包括一个中央纵向轴线28，该中央纵向轴线延伸环行钻头10的整个长度。可以将多个冷却剂孔38(图2)定位在引导件14附近以便协助冷却环行钻头10。环行钻头10的引导件14、分段的部分18以及余隙颈部的部分22的一部分可以包括现有技术所熟知的类型的一个或多个槽(未示出)用于协助去除切屑。