[发明专利]机加工/抛光双几何结构螺旋钻孔工具

说明书

本申请涉及机加工/抛光双几何结构螺旋钻孔工具。一种组合切削和抛光螺旋钻孔工具可以包括细长的工具主体，所述工具主体包括切削端并且沿着纵向轴线延伸。所述工具主体可以包括抛光部分，所述抛光部分与所述切削端间隔开并且被配置成在孔的侧壁中引起残余应力而不去除材料。所述工具主体还可以包括被插入在切削端和抛光部分之间的切削部分。所述切削部分可以被配置为在螺旋钻孔过程期间从工件去除材料，从而产生孔。

技术领域

本公开大体涉及在物体中钻孔。更具体地，所公开的实施例涉及使用螺旋钻孔工具(orbital drilling tool)在材料中机加工孔并且然后使用同一工具将孔的内部抛光的装置和方法。

背景技术

建造飞行器会涉及到在各种材料制成的各种零件中钻成百上千个孔。这些孔的质量和钻这些孔的效率能够对组装飞行器所需的时间和飞行器构建后的耐久性有显著的影响。许多因素影响孔的质量和效率，所述因素包括产生单个孔花费多长时间、产生孔后清理到何种程度、该过程可如何重复、(一个或多个)钻孔工具持续多久，以及零件在钻孔之后持续多久。

螺旋钻孔已被证明是一种用于在各种材料中产生高质量孔的有效方法，所述材料包括单组分材料和堆叠的不同材料。在传统钻孔中，随着工具绕其自身的纵向轴线快转(spin)，钻头或切削工具被推动通过材料。因此，使用传统钻孔方法产生的孔的直径将与产生该孔的钻头直径相同。相比之下，在螺旋钻孔中，除了钻头或切削工具被馈送通过材料之外，钻头或切削工具绕其自身纵向轴线旋转，同时该纵向轴线也围绕正被产生的孔的中心旋转或“公转(orbit)”。因此，利用螺旋钻孔产生的孔的直径可以比产生该孔的钻头的直径大。

相比于传统钻孔，螺旋钻孔具有许多优点，包括较少的清理、使用同一工具制造具有一系列直径的孔的能力、生成较小的碎屑和较少的热量、钻穿各种不同材料和叠层材料的能力以及更长的工具寿命。

在零件中产生孔的另一种方法是两步法，其中首先通过钻孔过程产生导向孔，且然后通过在随后的铰孔过程中去除材料来增加该导向孔的直径。对于某些材料(例如铝)，与螺旋钻孔过程相比，利用钻孔/铰孔过程可以改善孔的疲劳性能。也就是说，如果通过钻孔和铰孔来产生孔，则该零件本身可以持续更久。这种性能益处可能是由于在铰孔过程中引起的残余应力所致，而标准螺旋钻孔将使铝中的孔处于中性应力状态。对于其它材料(诸如钛和不锈钢)，孔的疲劳性能对于螺旋钻孔和钻孔/铰孔两者可以基本上是相同的。

钻孔且然后铰孔可能需要两个单独的工具，并且铰孔会产生毛刺，该毛刺然后需要被去除，相对于螺旋钻孔，这两者都将降低效率。目前，在铝中产生孔会需要权衡螺旋钻孔的效率益处与钻孔和铰孔的性能益处。

发明内容

在一些实施例中，一种组合切削和抛光螺旋钻孔工具包括细长的工具主体，该工具主体包括切削端并且沿着纵向轴线延伸。工具主体包括抛光部分，该抛光部分与切削端间隔开并且被配置为在孔的侧壁中引起残余应力而不去除材料。工具主体还包括插入在切削端和抛光部分之间的切削部分。切削部分被配置为在螺旋钻孔过程期间从工件去除材料，从而产生孔。

在一些实施例中，切削工具具有主体并且包括机加工部分。该机加工部分具有从接近工具的机加工端的第一机加工直径开始的多个机加工直径。每个随后的机加工直径大于之前的机加工直径。该工具还包括抛光部分，该抛光部分的抛光直径比所述多个机加工直径中的最大值大。

在一些实施例中，一种在工件中制造孔的方法包括：旋转具有切削端并且沿着纵向轴线延伸的工具。该工具具有与切削端间隔开的抛光部分和插入在切削端和抛光部分之间的切削部分。该方法包括将旋转工具以螺旋方式移动到工件中，其中工具的纵向轴线围绕并且沿着孔轴线移动，由此产生具有侧壁并且沿着孔轴线延伸到工件中的孔。该方法包括以引起孔的侧壁中的残余应力的方式沿着产生的孔的侧壁移动旋转工具的抛光部分并且使该抛光部分与该侧壁接触。