加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具.pdf

本发明公开了加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，刀具的刃部设有两两夹角不相同的第一、第二、第三切削刃，三个切削刃的刃长不同，三个切削刃的后刀面为具有刃带的双重后刀面，三个切削刃的底刃偏移刀具中心线距离，由三个切削刃形成的螺旋角不同,铣刀芯厚为刀具直径的70％～80％。本刀具综合考虑的刀具几何形状在螺旋铣孔加工碳纤维复合材料小直径孔中的各种问题，提高了铣刀芯厚所占刀具直径的比例，提高了刀具整体的刚度；采用比普通铣刀更大的刀具前角，提高了刀具螺旋铣孔加工碳纤维复合材料的切削性能，同时采取减小后角等措施，提高了小直径刀具刀刃的强度，增加其寿命。

权利要求书
1.  加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，其特征在于：刀具的刃部设有第一、第二、第三切削刃，其中第一切削刃与第二切削刃之间的夹角取117°～119°，第二切削刃与第三切削刃之间的夹角取119°～121°，第一切削刃与第三切削刃之间的夹角取121°～123°，第一切削刃的刃长为1.5mm～1.6mm，第二切削刃的刃长为1.1mm～1.3mm，第三切削刃的刃长为0.9mm～1.1mm，所述的三个切削刃的后刀面为具有刃带的双重后刀面，其中三个切削刃径向第一后角为8°～12°，三个切削刃径向第二后角为13°～17°，三个切削刃的第一刃带宽度取0.31mm～0.35mm，三个切削刃的第二刃带宽度取0.28mm～0.32mm，三个切削刃的底刃偏移刀具中心线距离取0.1mm～0.2mm，由第一切削刃形成的螺旋角取28°～30°，由第二切削刃形成的螺旋角取30°～32°，由第三切削刃形成的螺旋角取32°～34°,铣刀芯厚为刀具直径的70％～80％,第一切削刃的径向前角取4°～6°、第二切削刃的径向前角为6°～9°和第三切削刃的径向前角为6°～9°,三个切削刃的轴向前角为5°～7°，三个切削刃的轴向后角为10°～15°，且容屑槽排屑方向与刀具轴线呈30°～50°夹角，三个切削刃的端刃向心角为1°～3°,刀具的刀尖圆弧半径为0.05mm～0.1mm。

2.  根据权利要求1所述的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，其特征在于：刀具的刀体表面通过元素渗透方式加工涂有金刚石涂层。

3.  根据权利要求1或2所述的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，其特征在于：刀具的刀体采用Co百分含量为12％～14％的超细颗粒硬质合金。

4.  根据权利要求3所述的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，其特征在于：刀具刃部长度为7～10mm。

说明书加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具
技术领域
本发明涉及螺旋铣孔专用刀具，特别涉及加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具。
背景技术
随着航空航天技术的发展，碳纤维复合材料在飞机的组成部分所占比重逐年增加。目前中国飞机的型号在装配过程中，小直径孔占相当大的比例。但碳纤维复合材料的切削加工困难，容易造成分层、毛刺、撕裂等缺陷，属于典型的难加工材料，尤其对于飞机上的小孔。
螺旋铣孔是一种新型的制孔加工技术，螺旋铣孔工艺由主轴自转、刀具绕孔径中心公转和轴向进给这三个运动共同作用而形成的。但是国内出现的螺旋铣孔专用刀具只能够加工6mm以上的孔，对于6mm以下的孔，还未有螺旋铣孔专用刀具。
专利号为CN201220148618.9的中国专利公开了“碳纤维复合材料以及钛合金螺旋铣孔专用刀具”，它包括由切削头部、颈部和刀柄组成的刀体，切削头部和颈部为阶梯状，在切削头部侧壁上对称的开有四个延伸至颈部的螺旋槽，四个螺旋槽以刀体中心轴线对称，在刀颈的切削头部沿周向均匀设置有四个周边铣齿，每个铣齿的径向前角的角度为4-6°；每个铣齿的径向第一后角的角度为14-16°；每个铣齿的径向第二后角的角度为18-22°，每个铣齿的切削底刃和侧刃之间依次通过第一圆弧、圆角以及第二圆弧相连，切削底刃与竖直线的夹角为3-5°，在刀体内开有两个以刀体中心轴线对称的通孔。
该刀具的整体几何设计不适宜螺旋铣孔加工小直径的孔，在进行螺旋铣孔加工小直径孔，要充分考虑排屑、温度及刚度的问题，首先此刀具的四个刃齿，对刀具排屑影响较严重，同时对于小直径棒料，提高了刀具的加工制作难度；其次由于要求刀具直径本身较小，而加工 碳纤维复合材料所需的切削速度较高，所以要求的主轴转速将会非常高，此刀具没有充分考虑刀具螺旋铣孔过程中发生高速振颤等振动。最后此刀具是针对钛合金和碳纤维复合材料两种材料设计的，设计刀具需要考虑两种材料的不同切削性能，加工单一碳纤维复合材料效果略差。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种能够加工6mm以下的孔，孔毛刺小于0.2mm，没有明显的分层现象并且加工的孔撕裂现象较少的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具。
本发明的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，刀具的刃部设有第一、第二、第三切削刃，其中第一切削刃与第二切削刃之间的夹角取117°～119°，第二切削刃与第三切削刃之间的夹角取119°～121°，第一切削刃与第三切削刃之间的夹角取121°～123°，第一切削刃的刃长为1.5mm～1.6mm，第二切削刃的刃长为1.1mm～1.3mm，第三切削刃的刃长为0.9mm～1.1mm，所述的三个切削刃的后刀面为具有刃带的双重后刀面，其中三个切削刃径向第一后角为8°～12°，三个切削刃径向第二后角为13°～17°，三个切削刃的第一刃带宽度取0.31mm～0.35mm，三个切削刃的第二刃带宽度取0.28mm～0.32mm，三个切削刃的底刃偏移刀具中心线距离取0.1mm～0.2mm，由第一切削刃形成的螺旋角取28°～30°，由第二切削刃形成的螺旋角取30°～32°，由第三切削刃形成的螺旋角取32°～34°,铣刀芯厚为刀具直径的70％～80％,第一切削刃的径向前角取4°～6°、第二切削刃的径向前角为6°～9°和第三切削刃的径向前角为6°～9°,三个切削刃的轴向前角为5°～7°，三个切削刃的轴向后角为10°～15°，且容屑槽排屑方向与刀具轴线呈30°～50°夹角，三个切削刃的端刃向心角为1°～3°,刀具的刀尖圆弧半径为0.05mm～0.1mm。
与传统刀具钻孔相比具有更好的效果：本刀具综合考虑了刀具几何形状在螺旋铣孔加工碳纤维复合材料小直径孔中的各种问题，提高了铣刀芯厚所占刀具直径的比例，提高了刀具整 体的刚度；采用比普通铣刀更大的刀具前角，提高了刀具螺旋铣孔加工碳纤维复合材料的切削性能，同时采取减小后角等措施，提高了小直径刀具刀刃的强度，增加其寿命；对刀具进行刀尖尖角化处理，并制作端刃向心角以减少碳纤维复合材料分层、毛刺、撕裂等加工缺陷；采用不等螺旋角，不等刀具刃长，不等刀具径向前角以提高刀具的防振颤及排屑性能。
附图说明
图1是本发明的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具的整体结构示意图；
图2是图1所示刀具A-A截面图；
图3是刀具端面示图；
图4是图3所示的刀具刃部B-B轴向截面图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如附图所示的本发明的加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具，刀具的刃部设有第一、第二、第三切削刃，三个切削刃之间的夹角a、β、γ不相等，其中第一切削刃与第二切削刃之间的夹角a取117°～119°，第二切削刃与第三切削刃之间的夹角β取119°～121°，第一切削刃与第三切削刃之间的夹角γ取121°～123°，并且三个刀刃长14、15、16不等长，第一切削刃的刃长14为1.5mm～1.6mm，第二切削刃的刃长15为1.1mm～1.3mm，第三切削刃的刃长16为0.9mm～1.1mm，所述的三个切削刃的后刀面为具有刃带的双重后刀面，其中三个切削刃径向第一后角10为8°～12°，三个切削刃径向第二后角9为13°～17°，三个切削刃的第一刃带宽度12取0.31mm～0.35mm，三个切削刃的第二刃带宽度11取0.28mm～0.32mm，由于螺旋铣孔包括主轴自转、刀具绕孔径中心公转和轴向进给这三个运动共同作用而形成的，为了避免刀具中心切削线速度为零，设计三个切削刃的底刃不过刀具中心线，三个切削刃的底刃偏移刀具中心线距离17取0.1mm～0.2mm。刀具的三个螺旋角2、3、 4为不等螺旋角，其中由第一切削刃形成的螺旋角2取28°～30°、由第二切削刃形成的螺旋角3取30°～32°，由第三切削刃形成的螺旋角4取32°～34°。为保证刀具加工出的孔质量，提高刀具的刚度，铣刀芯厚取值较普通铣刀更大，铣刀芯厚13为刀具直径的70％～80％。第一切削刃的径向前角6取4°～6°、第二切削刃的径向前角8为6°～9°和第三切削刃的径向前角7为6°～9°；三个切削刃的轴向前角19为5°～7°，三个切削刃的轴向后角18为10°～15°，且容屑槽1排屑方向与刀具轴线呈30°～50°夹角，三个切削刃的端刃向心角5为1°～3°。对刀具进行刀尖尖角化处理，使刀具的刀尖圆弧半径可以达到0.05mm～0.1mm，比普通铣刀刀尖圆弧半径0.2mm更加锋利，并且能够保证更高的精度和更好的加工效果。
优选的刀具的刀体表面涂有金刚石涂层，以减少碳纤维复合材料分层、毛刺、撕裂等加工缺陷。金刚石涂层通过元素渗透的方式提高涂层的质量。
优选的刀具的刀体采用Co百分含量为12％～14％的超细颗粒硬质合金，此种材料由于颗粒小，可以制作出锐利的切削刃，提高刀具磨损寿命，采用此种刀体更易对刀具进行刀尖尖角化处理。
图1中L1为刀具刃部长度，L1根据所加工的碳纤维复合材料板材厚度自行设计，取7～10mm，L2为刀具的颈部长度，L3为刀具整体长度，取35～45mm。刀具的颈部长度L2以及刀具整体长度L3根据棒料还有装夹方便，自行设计。
本刀具加工出的Φ4.83mm的小孔，没有明显的分层现象，而钻孔刀具加工的碳纤维复合材料有明显的分层现象；本刀具加工出的小孔的毛刺很小，完全可以达到航空航天最大0.2mm的要求，而钻孔刀具加工的小孔毛刺现象较严重；本刀具加工出的小孔撕裂现象较少，而钻孔撕裂较严重。