一種基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，包括設(shè)置在刀桿前端表面電鍍有金剛石顆粒的刀頭，刀頭包括徑向均布的多個弧形切削部和多個排屑槽，弧形切削部和排屑槽按照周向交錯布置，所有弧形切削部的外表面均為同一圓柱面的一部分；在由多個弧形切削部內(nèi)側(cè)形成的圓柱形空間內(nèi)設(shè)有中心鉆；每個弧形切削部包括后刀面和前刀面；后刀面與所在弧形切削部的端面重合；前刀面與排屑槽的一個側(cè)面共面，前刀面的法線方向與刀頭旋轉(zhuǎn)線速度方向一致；前后刀面的交叉處為圓弧形的主切削刃；弧形切削部與中心鉆之間設(shè)有與多個排屑槽貫通的預(yù)存屑槽。本實用新型刀具可消除纖維增強基復(fù)合材料鉆孔加工中容易出現(xiàn)的分層、撕裂和毛刺等現(xiàn)象。
【專利說明】
一種基于電鍍金剛石的纖維増強復(fù)合材料制孔刀具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種鉆孔刀具，具體涉及到基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它具有質(zhì)量輕、比強度高、比剛度大、減振和抗疲勞性能好、耐腐蝕等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、生物醫(yī)療及體育用品等領(lǐng)域。隨著復(fù)合材料的迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，復(fù)合材料制件的成型與加工也變得越來越重要。鉆孔是復(fù)合材料制造過程中最重要的加工工序之一，由于復(fù)合材料具有硬度高、強度大、導(dǎo)熱性差、各向異性、層間強度低等特點，在鉆孔過程中容易出現(xiàn)撕裂、毛刺和分層等問題，造成工件表面質(zhì)量下降，又由于各向異性的存在，刀具與工件表面摩擦產(chǎn)生熱量，切削力很大，刀具磨損嚴(yán)重[1?3]。
[0003]國內(nèi)外對纖維增強基復(fù)合材料鉆孔刀具做了很多的研究，主要涉及到優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計、采用先進(jìn)刀具材料、新增表面涂層技術(shù)等熱門領(lǐng)域。其中纖維增強基復(fù)合材料鉆孔刀具的材料以硬質(zhì)合金、聚晶金剛石以及兩者的結(jié)合為主。硬質(zhì)合金刀具可以通過刃磨形成各種幾何結(jié)構(gòu)，從而防止分層并快速切斷纖維，但是硬質(zhì)合金刀具的抗磨損性能不足，刃口磨損鈍化將造成制孔質(zhì)量下降。聚晶金剛石刀具，通過與硬質(zhì)合金整體燒結(jié)后，再進(jìn)行刃磨，可獲得高硬度和高強度的刃口，從而很好地切斷纖維，但是聚晶金剛石刀具抗沖擊性能較差，容易產(chǎn)生崩刃。在硬質(zhì)合金刀具表面涂上金剛石涂層可以很好的提高刀具的強度、硬度和耐磨性，同時獲得低的摩擦系數(shù)，進(jìn)而提高加工表面質(zhì)量并減少各種缺陷的產(chǎn)生。其它的在改變刀具結(jié)構(gòu)方面的研究，如對刀具刀尖刃性和刃型的改良優(yōu)化設(shè)計等，雖然減少了加工表面各種缺陷的產(chǎn)生并提高了加工表面質(zhì)量，但是刀具的抗磨損性能及使用壽命等方面不能得到很好的改善[4]。
[0004]參考文獻(xiàn):
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【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型的目的在于提供一種基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中纖維增強基復(fù)合材料鉆孔加工容易出現(xiàn)分層、撕裂和毛刺等現(xiàn)象的技術(shù)問題。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，包括圓柱體的刀桿，所述刀桿的前端設(shè)有表面電鍍有金剛石顆粒的刀頭，所述刀頭包括徑向均布的多個弧形切削部和多個排肩槽，弧形切削部和排肩槽按照周向交錯布置，所有弧形切削部的外表面均為同一圓柱面的一部分;在由多個弧形切削部內(nèi)側(cè)形成的圓柱形空間內(nèi)設(shè)有中心鉆，所述弧形切削部和中心鉆均位于刀頭的前端，所述排肩槽與刀頭等長;每個弧形切削部包括后刀面和前刀面;所述后刀面與所在弧形切削部的端面重合;所述前刀面與排肩槽的一個側(cè)面共面，所述前刀面的法線方向與刀頭旋轉(zhuǎn)線速度方向一致;所述前刀面與所述后刀面的交叉處為圓弧形的主切削刃；所述弧形切削部與中心鉆之間設(shè)有與多個排肩槽貫通的預(yù)存肩槽。
[0011]本實用新型基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，其中，所述中心鉆的主體形狀為一圓臺，所述圓臺的錐角為5°?30°，所述圓臺的前端面為球面。所述弧形切削部和排肩槽的個數(shù)均為三個，每個弧形切削部的橫截面形狀均分別為120°的扇形面。所述弧形切削部的端面與刀桿的軸向之間的夾角為-70°?+70°，優(yōu)選為90°。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0013](I)本實用新型刀頭具有多個均勻分布的弧形切削部和弧形切削部中央位置處的圓臺形中心鉆，使用該刀具進(jìn)行纖維增強基復(fù)合材料的鉆孔(鉆通孔)加工，其中的中心鉆先對被切削的材料部分進(jìn)行預(yù)加工，減緩層間應(yīng)力，以及防止切肩堆積，從而降低鉆孔中復(fù)合材料分層、表面剝離和毛刺等缺陷的產(chǎn)生，并提高了復(fù)合材料鉆孔效率；
[0014](2)由于刀頭前端每個弧形切削部的兩個側(cè)面可隨刀具的旋轉(zhuǎn)方向分別作為前刀面，即每個切削部均存在有兩個主切削刃，增加了刀具的使用壽命；
[0015](3)采用預(yù)存肩槽來連接多個排肩槽，減小切削力，增加排肩和散熱能力，進(jìn)一步延長刀具的使用壽命；
[0016](4)對于整個刀頭部分，表面鍍上金剛石顆粒，有效的增加了刀具的強度、硬度、耐磨性，同時降低摩察系數(shù)，從而改善加工表面質(zhì)量，降低加工缺陷的產(chǎn)生，同時提高刀具的使用壽命。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具的主視圖；
[0018]圖2是圖1所示電鍍金剛石刀具的左視圖；
[0019]圖3是本實用新型電鍍金剛石刀具的立體輪廓示意圖；
[0020]圖4是圖3所示電鍍金剛石刀具的軸側(cè)圖。
[0021 ]圖中:1-刀頭，2-刀桿，3-后刀面，4-主切削刃，5-前刀面，6_預(yù)存肩槽，7_中心鉆，
8-排肩槽，9-金剛石顆粒。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實施例僅對本實用新型進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本實用新型。
[0023]如圖1和圖2所示，本實用新型一種基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，包括圓柱體的刀桿2，所述刀桿2的前端設(shè)有表面電鍍有金剛石顆粒9的刀頭I，刀頭I的長度根據(jù)需要確定可為15?25mm，如圖4所示;所述刀頭I包括徑向均布的多個弧形切削部和多個排肩槽8，弧形切削部和排肩槽8按照周向交錯布置，所有弧形切削部的外表面均為同一圓柱面的一部分，弧形切削部的數(shù)量優(yōu)選為3個或4個，每個弧形切削部的橫截面形狀均分別為扇形面，排肩槽8的寬度可為1.5?2.5mm，排肩槽8的深度可為1.5?2.5mm，在由多個弧形切削部內(nèi)側(cè)形成的圓柱形空間內(nèi)設(shè)有中心鉆7，所述中心鉆7的主體形狀為一圓臺，圓臺錐角根據(jù)圓臺高度不同可取為5°?30°，本實用新型的三個實施例分別取為5°、22°和27°，所述圓臺的前端面為球面，如圖3所示;所述弧形切削部和中心鉆7均位于刀頭的前端，所述排肩槽8與刀頭等長;每個弧形切削部包括后刀面3和前刀面5;所述后刀面3與所在弧形切削部的端面重合;所述切削部的端面與刀桿的軸向之間的夾角為-70°?+70°，即后刀面的角度為-20°?+20°;所述前刀面5與排肩槽8的一個側(cè)面共面，所述前刀面5的法線方向與刀頭旋轉(zhuǎn)線速度方向一致;所述前刀面5與所述后刀面3的交叉處為圓弧形的主切削刃4;所述弧形切削部與中心鉆7之間設(shè)有與多個排肩槽8貫通的預(yù)存肩槽6，即預(yù)存肩槽6用于連接所有的排肩槽8，預(yù)存肩槽6的深度可為1.5?2.5mm。
[0024]如圖3所示，本實用新型電鍍金剛石刀具實施例1中，刀頭I的長度為15mm;所述切削部和排肩槽8的個數(shù)均為三個，繞刀頭的圓周方向上均勻分布3個橫截面為扇形的切削部，每個扇形均為120°的扇形面，弧形切削部的數(shù)量為3個;排肩槽8的寬度為2mm，排肩槽8的深度為1.5mm;預(yù)存肩槽6用于連接所有排肩槽8，預(yù)存肩槽6的深度為1.5mm;主切削刃4的圓角半徑為0.5mm;本實用新型中的后刀面3的傾角為0°，弧形切削部的后刀面3所在平面比圓臺形中心鉆7的最前端所在平面突出0.5mm，圓臺形中心鉆7的后端直徑為1.5mm，前端直徑為1_，所述圓臺形中心鉆7的圓臺錐角為5°。
[0025]實施例2:與實施例1的整體結(jié)構(gòu)相同，主要參數(shù)也基本相同，不同之處僅在于:弧形切削部的后刀面3所在平面與圓臺形中心鉆7的最前端所在平面共面，圓臺形中心鉆7的前端直徑為Imm，所述圓臺形中心鉆7的圓臺錐角為22°。
[0026]實施例3:與實施例1的整體結(jié)構(gòu)相同，主要參數(shù)也基本相同，不同之處僅在于:圓臺形中心鉆7的最前端所在平面比弧形切削部的后刀面3所在平面突出0.5mm，圓臺形中心鉆7的前端直徑為1_，所述圓臺形中心鉆7的圓臺錐角為27°。
[0027]本實用新型刀具的基體材質(zhì)選為金屬材料，如可以選用45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后再在表面鍍上金剛石顆粒9，本實用新型刀具硬度高、強度大、耐熱性好和鉆削性能良好等優(yōu)點。
[0028]盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，包括圓柱體的刀桿(2)，其特征在于: 所述刀桿(2)的前端設(shè)有表面電鍍有金剛石顆粒(9)的刀頭(I)， 所述刀頭(I)包括徑向均布的多個弧形切削部和多個排肩槽(8)，弧形切削部和排肩槽(8)按照周向交錯布置，所有弧形切削部的外表面均為同一圓柱面的一部分;在由多個弧形切削部內(nèi)側(cè)形成的圓柱形空間內(nèi)設(shè)有中心鉆(7)，所述弧形切削部和中心鉆(7)均位于刀頭的前端，所述排肩槽(8)與刀頭等長； 每個弧形切削部包括后刀面(3)和前刀面(5); 所述后刀面(3)與所在弧形切削部的端面重合； 所述前刀面(5)與排肩槽(8)的一個側(cè)面共面，所述前刀面(5)的法線方向與刀頭旋轉(zhuǎn)線速度方向一致； 所述前刀面(5)與所述后刀面(3)的交叉處為圓弧形的主切削刃(4); 所述弧形切削部與中心鉆(7)之間設(shè)有與多個排肩槽(8)貫通的預(yù)存肩槽(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，其特征在于:所述中心鉆(7)的主體形狀為一圓臺，所述圓臺的錐角為5°?30°，所述圓臺的前端面為球面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，其特征在于:所述弧形切削部和排肩槽(8)的個數(shù)均為三個，每個弧形切削部的橫截面形狀均分別為120°的扇形面。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，其特征在于:所述弧形切削部的端面與刀桿的軸向之間的夾角為-70°?+70°。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于電鍍金剛石的纖維增強復(fù)合材料制孔刀具，其特征在于:所述弧形切削部的端面與刀桿的軸向垂直。
【文檔編號】B23B51/00GK205414508SQ201521054532
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月15日
【發(fā)明人】劉禮平, 戚春亮, 徐建新, 于洪, 余芬
【申請人】中國民航大學(xué)