[发明专利]一种用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀及其制造方法

说明书

本发明公开一种用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀，包括刀体，刀体一端设置刀槽和排屑槽，刀槽与刀体的轴线之间具有夹角，相邻的两个刀槽之间的倾斜方向相反，每个刀槽内均设置有PCD铣刀片组，相邻的倾斜方向相同的两组PCD铣刀片组交错设置，PCD铣刀片组突出于刀体端部的部分形成端齿，端齿具有端齿切削刃，PCD铣刀片组远离刀体轴线方向的一侧具有周齿，周齿具有周齿切削刃。本发明的用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀，相邻的两组PCD铣刀片组的轴向倾角方向相反，在铣削纤维增强陶瓷基复合材料时，能够有效避免出现分层和毛刺现象，提高加工质量；本发明还提供一种用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀的制造方法，提高刀具刚度，延长刀具使用寿命。

技术领域

本发明涉及纤维增强陶瓷基复合材料加工技术领域，特别是涉及一种用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀及其制造方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料具有比强度、比刚度高，耐疲劳性能好等特点，广泛应用于航天、航空、船舶、能源等领域，可有效实现相关领域机械装备的轻量化。但往往生产出来的纤维增强陶瓷基复合材料无法作为零部件直接用于相应设备，通常需要通过二次加工从而得到所需尺寸的零部件。纤维增强陶瓷基复合材料拥有众多优点，使得该种材料在诸多领域的需求日益增多。但是，纤维增强陶瓷基复合材料具有高硬度、非均质和高耐磨性等特点，加工过程中切削力大，切削区域温度高，刀具极易磨损，这使得纤维增强陶瓷基复合材料的可加工性变得很差，是典型的难加工材料之一。

现阶段，公开的碳纤维增强陶瓷基复合材料铣削加工刀具主要有整体硬质合金刀具，CVD金刚石刀具和PCD刀具等，这些刀具主要有以下特点：

1.整体硬质合金常采用交错刃立铣刀或者是菱齿型立铣刀，虽然加工纤维增强陶瓷基复合材料时可以达到较高的表面质量，但是由于刀具材料自身限制，即使采用涂层技术，刀具仍然极易磨损。刀具寿命问题对于大型工件加工的影响尤为显著，由于刀具在加工纤维增强陶瓷基复合材料时极易磨损，刀具寿命短，使得在加工大型工件时往往需要多次换刀，加工效率大大降低。多次换刀对加工精度和加工质量也有着很大的影响；

2.交错齿铣刀在实际加工时，必须将左右螺旋切削刃的交汇处始终保持在被加工复合材料板厚的中间位置，会对被加工工件厚度的一致性产生很大依赖。加工非等厚的工件时，交错齿铣刀的切削刃交汇处往往很难处于工件厚度中心位置，上下表面的剪切不均使得两面毛刺的出现部位和时间均不可控；

3.CVD金刚石刀具相较于PCD刀具具有更好的耐磨性，但是在加工纤维增强陶瓷基复合材料时，因为材料的非均质、高硬度以及各项异性等特点，加工过程中局部温度很高且承受高频的冲击载荷。而CVD金刚石刀具的抗冲击性能较差，刀具易磨损，仅适合于复合材料的精加工；

4.现有的PCD刀具相较于整体硬质合金以及涂层刀具而言要更适用于纤维增强陶瓷基复合材料的加工。但是，现有PCD刀具切削刃多采用相同轴向前角或无轴向前角的设计，铣削加工过程中被加工表面所受切削力方向相同，如果切削力斜向上作用，那么材料下表面的纤维层的刚性较好，易被完全切断，而材料上表面的纤维层则会因为缺乏上方的支撑材料，不容易被完全切断，所以上表面容易出现毛刺、撕裂甚至分层的现象，影响被加工工件表面质量。相对的，如果切削力斜向下作用，那么材料的下表层则容易产生缺陷。后续为提高材料的表面质量，需额外进行去毛刺的工序，降低了加工效率，增加了加工成本。

因此，如何改变现有技术中，纤维增强陶瓷基复合材料加工过程中刀具易磨损，加工精度和加工效率难以保证的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀及其制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，延长刀具使用寿命，提高纤维增强陶瓷基复合材料的加工质量。