[发明专利]一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头

说明书

一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头，包括：柄部与刃部，所述刃部包括依次设置的横刃、第一主切削刃、第二主切削刃与副切削刃，所述第一主切削刃与所述第二主切削刃形成内凹结构。刃部包括依次设置的横刃、第一主切削刃、第二主切削刃与副切削刃，第一主切削刃与第二主切削刃形成内凹结构。

技术领域

本发明涉及钻头制孔技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)及铝合金(Al)因其高强轻质的特性广泛应用于航空航天领域。机翼肋板、机身筒段等部件大量使用CFRP/Al叠层构件。叠层构件制孔之后通过铆钉或螺栓进行机械连接，若孔口有毛刺、撕裂等损伤，将会大大降低构件的疲劳强度，从而影响使用寿命甚至威胁飞行安全。有统计表明飞机机体70％～80％的疲劳破坏发生在机构相互连接的部位，80％的疲劳裂纹产生于连接孔处，实现叠层材料高质高效的钻孔，可减少疲劳裂纹的产生，进而保证飞机机体的安全。

现有技术中，碳纤维增强树脂基复合材料和铝合金均属于典型的难加工材料，CFRP出入口极易出现毛刺、分层、撕裂等缺陷。而铝合金普遍采用7系超硬铝合金，其强度高、塑性好，因而在钻削过程中断屑困难。长带状的铝屑不仅会刮伤已加工孔壁、造成CFRP出入口刮伤，还会缠绕在刀具上，在自动化制孔中随着铝屑的不断缠绕，会造成断刀。另外铝合金切削过程中极易产生积屑瘤，在航空构件普遍采用干切的条件下更是如此，积屑瘤会影响孔壁质量并造成刀具的粘接磨损。另外，由于铝合金板的底部没有支撑，在轴向力作用下发生塑性变形的铝合金形成隆起，钻头钻出后，在铝合金板的出口处产生毛刺残留，影响加工质量，去毛刺工艺又会严重影响加工效率。

现有碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的加工工艺路线为：钻孔-粗铰-精铰-去毛刺，单孔制孔时间长达2min，钻头寿命仅约为50孔。单孔制孔的时间较长，钻头的寿命尖端，使叠层制孔已成为车间瓶颈工序，严重影响产出。

因此，如何提供一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头，以提升钻头的断屑能力和抗粘结性成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于如何提供一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头，以提升钻头的断屑能力和抗粘结性。

为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头，包括：柄部与刃部，所述刃部包括依次设置的横刃、第一主切削刃、第二主切削刃与副切削刃，所述第一主切削刃与所述第二主切削刃形成内凹结构。横刃有利于保证钻头的定心能力，适当减小横刃可以降低钻头的轴向力，进而减小叠层构件变形和出口加工损伤，内凹结构能高效切断CFRP纤维并实现铝合金出口无毛刺，实现了良好的断屑，从而提供了一种用于碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金叠层构件的机加钻头，提升了钻头的断屑能力和抗粘结性。

本发明进一步设置为，所述柄部与所述刃部为一体成型结构。由于柄部与刃部为一体成型结构，有利于提高钻头的稳定性，方便钻头对碳纤维增强树脂基复合材料与铝合金的叠层构件进行制孔。

本发明进一步设置为，所述横刃的长度为钻头直径的1/20至1/10之间。研究表明，钻削过程中约60％的轴向力集中在横刃部分，将横刃修短有助于减小钻削轴向力，从而减小复材出入口的分层、撕裂损伤。但横刃长度过短会导致其强度低，容易产生崩刃。

本发明进一步设置为，所述副切削刃呈螺旋状设置，螺旋角为20～40°。螺旋角即为第二主切削刃的前角，保证了其锋利性，能有效切断纤维，同时也能减小铝合金出口毛刺。较大的螺旋角也使得排屑更加顺畅。

本发明进一步设置为，所述第一主切削刃的顶角为110～150°。较大的顶角增加了切屑厚度，有助于铝合金切屑的折断。第一主切削刃前刀面修磨出5～10°的前角，进一步减小了轴向力。