CN103157834A - 低横刃钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低横刃钻头，包括柄部和头部，柄部为一圆柱体，头部为一与柄部同轴线的同轴圆柱体，头部上开有两个排屑槽，形成排屑槽的实体部分为刀背，两个排屑槽与刀背在轴线方向上的交线分别形成两个主切削刃，排屑槽与刀背在径向方向上的交线形成棱边，棱边与主切削刃相交形成刀尖；两个主切削刃之间设置中凸140°的横刃，在轴线方向横刃尖点低于刀尖0.5~1mm。中凸140°的横刃既兼顾刀具强度，又保证了较为突出的定心能力；较强的定心能力可抑制跳动，从而保证较长的刀具寿命；适用于航空用碳纤维复合材料的钻孔加工。

Description

低横刃钻头

技术领域

本发明涉及高效高速精密刀具，尤其涉及一种用于航空碳纤维复合材料加工的低横刃钻头，属于光机电一体化加工技术领域。

背景技术

航空碳纤维复合材料加工仍是航空制造领域中的加工难点，尤其在孔加工中极易出现拱边、材料分层、出口毛刺等制造缺陷，严重时会导致零件报废。目前，由于硬质合金有着均衡的物理性能、较高的韧性和耐磨性，仍是航空碳纤维复合材料加工中的主要刀具材料。但如何通过改进刀具的几何角度，提高钻孔工艺刚性并减少切削阻力，继而避免类似的制造缺陷，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种低横刃钻头，旨在解决航空碳纤维复合材料孔加工出现的拱边、材料分层、出口毛刺等制造问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

低横刃钻头，包括柄部和头部，柄部为一圆柱体，头部为一与柄部同轴线的同轴圆柱体，头部上开有两个排屑槽，形成排屑槽的实体部分为刀背，两个排屑槽与刀背在轴线方向上的交线分别形成两个主切削刃，排屑槽与刀背在径向方向上的交线形成棱边，棱边与主切削刃相交形成刀尖；特点是：两个主切削刃之间设置中凸140°的横刃，在轴线方向横刃尖点低于刀尖0.5~1mm。

进一步地，上述的低横刃钻头，其中，主切削刃形成的夹角为120°内凹角。

更进一步地，上述的低横刃钻头，其中，刀尖形成的夹角为60°。

更进一步地，上述的低横刃钻头，其中，所述排屑槽中设置有保护刀槽。

再进一步地，上述的低横刃钻头，其中，保护刀槽为负5~10°前角的保护刀槽；保护刀槽的宽度为0.8~1.0mm。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

（1）中凸140°的横刃既兼顾刀具强度，又保证了较为突出的定心能力，适合采用风动工具的加工现场；较强的定心能力可抑制跳动，从而保证较长的刀具寿命；

（2）钻头主切削刃采用120°内凹角设计，使得轴向力朝轴线，避免了朝向孔壁的轴向力，继而避免工件拱边现象；

（3）钻头的刀尖设计为60°极为锋利 ，从而可轻快地切削工件，继而减少材料分层与出口毛刺；

（4）140°的横刃，在轴线方向低于刀尖0.5~1mm，一方面在切削工程中稳定地定心，另一方面由于增大了实际刃长，提高了钻头的散热能力，延长刀具的整体寿命；

（5）在排屑槽中设置有负前角的保护刀槽，使其不参与切削，提高其导向能力；避免在钻削过程中受跳动过大等工艺因素的影响而导致的“扎刀”现象。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明低横刃钻头的结构示意图；

图2：主切削刃夹角的示意图；

图3：刀尖夹角的示意图；

图4：横刃的结构示意图；

图5：保护刀槽的示意图；

图6：图5的B-B剖视示意图。

具体实施方式

本发明低横刃钻头的设计思路是提高钻头的锋利度，改变传统钻头横刃先接触工件的加工方式，由传统设计的凸顶角改为120°内凹角，避免入钻时的径向力。在钻头后端采用负前角的保护刀槽，以提高导向的稳定性，减少钻头棱边对工件的二次切削，从而抑制工件产生拱边与毛刺的倾向。

如图1所示，低横刃钻头，包括柄部1和头部2，柄部1为一圆柱体，头部2为一与柄部同轴线的同轴圆柱体，头部上开有两个排屑槽3，形成排屑槽的实体部分为刀背4，两个排屑槽3与刀背4在轴线方向上的交线形成有两个主切削刃5，排屑槽3与刀背4在径向方向上的交线形成棱边6，棱边6与主切削刃5相交形成刀尖7；两个主切削刃之间设置中凸140°的横刃8，如图4，在轴线方向横刃尖点低于刀尖0.5~1mm，一方面可以在切削工程中稳定地定心，另一方面由于增大了实际刃长，提高了钻头的散热能力，继而显著提高刀具的整体寿命。主切削刃承担主要的钻孔任务，内切削刃相交形成中凸140°的横刃8起到定心作用，减少加工中的径向跳动，棱边6用于导向，同时棱边形成的外圆直径就是钻孔直径。在钻削工程中，刀尖7首先接触工件，并且是工作时间最长、线速度最大的工作位置。

如图2所示，主切削刃形成的夹角为120°内凹角，使得轴向力朝轴线，避免了朝向孔壁的轴向力，继而可以减少工件拱边现象。

如图3所示，刀尖形成的夹角为60°，刀尖极为锋利 ，从而可轻快地切削工件继而减少材料分层与出口毛刺。

如图5所示，排屑槽中设置有保护刀槽9，如图6所示，保护刀槽为负10°前角的保护刀槽；保护刀槽的宽度为0.8~1.0mm。避免钻削过程中受跳动过大等工艺因素的影响而导致的“扎刀”现象，通过在排屑槽中设置负前角的保护刀槽，使其不参与切削，提高其导向能力。

低横刃钻头采用整体硬质合金材料，由于其具有较高的硬度和耐磨性，适合航空碳纤维复合材料的加工特点。通常选择ISO K05~K10 牌号，当孔较深或者加工***刚性较差时可选用ISO K30~K40等韧性好的牌号。

由于低横刃钻头属于高效高精密金属切削刀具，刀尖及切削刃极为锋利，在普通设备上容易产生微观崩口而影响刀具寿命，必须在五轴CNC工具磨床等高刚性设备上制造，并在200倍放大镜下观察刃口状态。关键控制尺寸通过公差来保证制造精度：主切削刃内凹120°±1.5°；刀尖夹角60±1.5°；横刃中凸140°～137°；横刃低于刀尖0.5~1mm。

综上所述，本发明低横刃钻头适用于航空用碳纤维复合材料的钻孔加工，通过几何结构的优化，可以避免拱边、材料分层、出口毛刺等制造缺陷，并且可以通过PVD涂层等多种辅助工艺手段达到较高的刀具耐用度，应用前景看好。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.低横刃钻头，包括柄部和头部，柄部为一圆柱体，头部为一与柄部同轴线的同轴圆柱体，头部上开有两个排屑槽，形成排屑槽的实体部分为刀背，两个排屑槽与刀背在轴线方向上的交线分别形成两个主切削刃，排屑槽与刀背在径向方向上的交线形成棱边，棱边与主切削刃相交形成刀尖；其特征在于：两个主切削刃之间设置中凸140°的横刃，在轴线方向横刃尖点低于刀尖0.5~1mm。

2.根据权利要求1所述的低横刃钻头，其特征在于：主切削刃形成的夹角为120°内凹角。

3.根据权利要求1所述的低横刃钻头，其特征在于：刀尖形成的夹角为60°。

4.根据权利要求1所述的低横刃钻头，其特征在于：所述排屑槽中设置有保护刀槽。

5.根据权利要求4所述的低横刃钻头，其特征在于：所述保护刀槽为负5~10°前角的保护刀槽。

6.根据权利要求4所述的低横刃钻头，其特征在于：所述保护刀槽的宽度为0.8~1.0mm。

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