[发明专利]一种适用于纤维增强复合材料制孔加工的钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻头，具体为一种适用于纤维增强复合材料制孔加工的钻头，属于纤维增强复合材料装配制孔应用技术领域。

背景技术

纤维增强复合材料，如CFRP、GFRP和AFRP在航空航天领域中应用广泛，在纤维增强复合材料装配过程中需要进行大量的制孔操作，且对于制孔质量要求较高，对于制孔加工是一种挑战。

纤维增强复合材料在制孔过程中容易出现孔壁烧蚀、划伤、分层，钻孔入口和出口容易出现劈裂、毛刺等缺陷，直接影响零件的服役性能。纤增强复合材料明显的各向异性，也使得其制孔刀具与传统的金属加工刀具明显不同，要求刀具能够具有良好的切削锋利性与特殊的几何结构，实现纤维切断。而且，纤维增强复合材料一般都具有良好的耐磨性，对刀具磨损严重，因此，针对上述问题提出一种适用于纤维增强复合材料制孔加工的钻头。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种适用于纤维增强复合材料制孔加工的钻头，钻头具有确定起始螺旋角和最终螺旋角的可变螺旋，以及确定的第一后角和第二后角，使钻削扭矩最小化。钻头可以在钻削纤维增强复合材料获得良好的制孔质量。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种适用于纤维增强复合材料制孔加工的钻头，包括钻头主体以及与所述钻头主体连接为整体的头部，所述钻头主体与所述头部之间设有第一倒角和第二倒角；所述钻头主体上设有螺旋槽，且所述螺旋槽的一侧的所述钻头主体上设有排屑槽；所述头部上设有导向机构，且所述头部的端部设有钻头刀尖；所述钻头刀尖的中心处设有横刃，且所述横刃所在平面形成主切削面；所述主切削面所在的边缘设有切削刃，与所述主切削面相连的所述头部上形成副切削面；所述主切削面的后角为10°至20°，所述副切削面的后角为10°至40°，至少有一个所述切削刃从所述钻头刀尖延伸至钻头主体，每个刀刃的螺旋角在刀尖处为25°到45°，延伸至刀柄为0°到30°。

其中，其中主切削面的后角为10°至30°，优选10°至20°，副切削面的后角为10°至40°，优选20°至35°；至少一个切削刃从钻头刀尖延伸到钻头主体，其螺旋角是可变螺旋，所述切削刃的起始螺旋角为45°至55°，最终螺旋角5°至30°，优选10°至20°。

优选的，螺旋角从起始螺旋角连续减小到最终螺旋角，螺旋切削刃没有螺旋角不变的任何直线部分。沿着螺旋线距离变化的螺旋角的变化率是连续的。因此，螺旋切削刃没有任何部分是螺旋角变化率恒定的。螺旋角函数优选为非线性函数，例如指数函数。螺旋角函数特别优选的是随起始螺旋角到最终螺旋角减小的样条函数。适合的样条函数是任何非线性样条函数，例如指数，二次或三次样条函数。

在纤维增强复合材料在制孔过程中，如上所述的可变螺旋角设计和主切削面和副切削面组合可以显著降低扭矩。相对较大的起始螺旋角有助于快速且干净地切割纤维增强复合材料。此外，大的起始螺旋角也提供低切削阻力。主切削面和副切削面组合可以提高孔加工质量，特别是当钻削本文所述的纤维增强复合材料时的出孔质量。本发明人进行的实验已经表明，加工后的纤维增强复合材料出口劈裂较少。

在实例中，特别是适用自动钻孔的实例中，主后角应为11°至19°，优选为13°至17°，最优选为约15°。

在实例中，特别是适用自动钻孔的实例中，副后角为15°至25°，优选为17°至23°，最优选为约20°。

钻头仅具有两个切削刃。然而，也可以有两个以上的切削刃，例如三或四个切削刃。在实施方案中，优选两或三个切削刃。

钻头具有导向结构，钻头导向结构具有定心尖端，定心点进一步提高了钻头性能，适合协助精确定位。特别地，延长导向结构长度有助于形成高质量的孔。

本发明人发现具有至少2mm长度的导向结构是特别有效的。导向结构长度优选至少2.5mm～5mm。导向结构的直径为钻头直径的40％至60％，优选为44％至50％，最优选为约47％。

通常，钻头直径是通过钻头边缘转点测量，即在钻头的最宽处测量的直径。当钻头包括导向结构时，钻头直径也在钻头主体的最宽部分测量，通常在钻头主体的最前端。在钻头主体和导向结构之间存在过渡部分时，钻头直径是钻头主体邻近过渡部分的直径。

在钻头上增加导向结构的另外一个好处就是可以重新修磨。具体来说，包含导向结构的钻头，在实例中，至少能重新研磨两次。

在存在导向结构的情况下，可以实现性能的进一步改进。本发明人发现，设置有双倒角的钻头可以降低加工过程中的扭矩，改善尖端和钻头主体之间的切割过渡。