CN105215433B - 一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头 - Google Patents

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Abstract

一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其特征是采用焊接、电镀或镶嵌等方法在钻头切削刃上，沿切削刃方向，等距设置金刚石或立方氮化硼颗粒，所述颗粒的粒度大于或等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径，且颗粒的粒度小于或等于待加工的纤维直径的两倍；颗粒之间的中心距d0、纤维直径d1与纤维增强树脂基复合材料中的纤维含量p满足d0=（2+1/p）d1。本发明的优点：由于纤维直径与颗粒粒度相匹配，加工过程中纤维即可进入两相邻颗粒之中，从而提高了对纤维变形的控制，可以减小纤维产生的弯曲变形，有利于提高纤维的切断效率，减少毛刺现象的产生。同时，根据纤维增强树脂基复合材料中的纤维含量调整颗粒之间的距离，可以在有效去除毛刺的同时提高钻头的使用寿命。

Description

一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头
技术领域
本发明属于材料加工研究领域，特别是一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头。
背景技术
纤维增强树脂基复合材料在工业领域的应用越来越广泛，常见的纤维增强树脂基复合材料包括玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料等。目前，常用的纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等。
碳纤维增强树脂基复合材料等纤维增强树脂基复合材料在制备完成后，为满足零部件的形状及几何尺寸要求，通常需要一系列的机械加工。然而，碳纤维增强树脂基复合材料、芳纶复合材料等加工过程中，由于增强纤维通常具有较高的强度、硬度等性能，采用现有传统钻头加工过程中极易出现由于纤维无法完全切断而导致的毛刺现象。毛刺现象的产生主要是由于在制孔出口、切割边缘等处，纤维具有较大的变形自由度，在钻头的作用下，纤维产生较严重的弯曲变形而未被有效切断，在加工完成后即出现大量的毛刺现象。例如在碳纤维增强树脂基复合材料等的制孔、铣削等加工过程中，制孔出口处或边缘处容易产生大量的毛刺即未切断的纤维，使得加工质量难以保证。
发明内容
本发明提供一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，从而解决纤维增强树脂基复合材料制孔加工过程中容易产生大量纤维难以切断，导致的毛刺现象。
为达到上述目的本发明所采用的技术方案是一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，包括切削刃，所述切削刃上设置多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒，多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒沿切削刃方向等距设置。
本发明在实际操作中，切削刃上尽可能多的设置金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒，优选所述金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒设置以钻头最大直径处的切削刃外缘为起始点。
本发明优选所述金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的粒度大于或等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径，且金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的粒度小于或等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径的两倍。
当纤维增强树脂基复合材料中的纤维含量一定时，本发明所述多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒中相邻两个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的中心距与纤维直径成正比；当一定时纤维增强树脂基复合材料中的纤维直径，多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒中相邻两个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的中心距与纤维增强树脂基复合材料中的纤维含量成反比。进一步地，优选所述中心距、纤维直径和纤维含量满足：d0=（2+1/p）d1；其中，d0：中心距；d1：纤维直径；p：纤维增强树脂基复合材料中纤维的体积与纤维增强树脂基复合材料体积的比值。所述颗粒中心为颗粒的几何中心或外接圆圆心。
本发明优选所述多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒采用焊接、电镀或镶嵌方法设置在切削刃上。本发明所述金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒可采用焊接、电镀或镶嵌方法设置于任何现有技术公开的钻头的切削刃上，所述钻头至少包括两个切削刃。
本发明的有益效果：针对不同增强纤维的直径，采用具有不同微观结构即金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的粒度、金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒之间中心距；由于纤维直径与金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的粒度相匹配，加工过程中待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维进入两相邻金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒之间，从而提高了对纤维变形的控制，减小纤维产生的弯曲变形，有利于提高纤维的切断效率，减少毛刺现象的产生。同时，根据纤维增强树脂基复合材料中的纤维含量调整超硬颗粒之间的中心距，可以在有效去除毛刺的同时提高钻头的使用寿命。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是图1中A部分结构示意图；
图中：1、切削刃，2、金刚石颗粒，B、起始点，d0、相邻两个金刚石颗粒的中心距。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其包括两个切削刃，所述切削刃上设置多个金刚石颗粒，多个金刚石颗粒沿切削刃等距设置。所述金刚石颗粒设置以钻头最大直径处的切削刃外缘为起始点。金刚石颗粒的粒度等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径。所述相邻两个金刚石颗粒的中心距、碳纤维直径和纤维含量满足：d0=（2+1/p）d1；其中d0：中心距；d1：碳纤维直径；p：纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的体积与纤维增强树脂基复合材料体积的比值。所述多个金刚石颗粒采用焊接方法设置在切削刃上。
分别采用未设置金刚石颗粒的传统钻头和本实施例所述钻头进行碳纤维增强树脂基复合材料的加工，其中，碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维直径d1为7μm，碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的含量p为50%，金刚石颗粒的粒度为7μm，根据d0=（2+1/p）d1，得到金刚石颗粒之间的中心距为28μm。钻头材料为硬质合金，钻头直径为5mm，钻头为山特维克可乐满公司生产的R842-0500-30-A0A。
碳纤维增强树脂基复合材料尺寸为100mm×80mm×5mm，加工过程中的钻头转速为5000r/min，钻头进给量为30mm/min。
加工后的结果表明，采用传统钻头进行加工后，制孔出口存在大量的毛刺现象，毛刺总长度为7mm；而采用本发明加工后的出口表面毛刺现象显著减少，毛刺总长度小于1mm，从而表明本发明实现了加工过程中对碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维的有效控制，减少了因碳纤维变形导致的纤维难以被有效切断的现象。
实施例2
一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其包括两个切削刃，所述切削刃上设置多个金刚石颗粒，多个金刚石颗粒沿切削刃等距设置。所述金刚石颗粒设置以钻头最大直径处的切削刃外缘为起始点。所述金刚石颗粒的粒度等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径的两倍。所述相邻两个金刚石颗粒的中心距中心距、碳纤维直径和纤维含量满足：d0=（2+1/p）d1；其中d0：中心距；d1：碳纤维直径；p：纤维增强树脂基复合材料中纤维的体积与纤维增强树脂基复合材料体积的比值。所述多个金刚石颗粒采用电镀方法设置在切削刃上。
分别采用未设置金刚石颗粒的传统钻头和本实施例所述钻头进行碳纤维增强树脂基复合材料的加工，其中，碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维直径d1为7μm，碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的含量p为50%，金刚石颗粒的粒度为两倍的碳纤维的直径，即为14μm，根据d0=（2+1/p）d1，得到金刚石颗粒之间的中心距为28μm。钻头材料为硬质合金，钻头直径为5mm，钻头为山特维克可乐满公司生产的R842-0500-30-A0A。
碳纤维增强树脂基复合材料尺寸为100mm×80mm×5mm，加工过程中的钻头转速为5000r/min，钻头进给量为30mm/min。
加工后的结果表明，采用传统钻头进行加工后，制孔出口存在大量的毛刺现象，毛刺总长度为7mm；而采用本发明加工后的出口表面毛刺现象显著减少，毛刺总长度小于3mm，从而表明本发明实现了加工过程中对碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维的有效控制，减少了因碳纤维变形导致的纤维难以被有效切断的现象。
实施例3
一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其包括两个切削刃，所述切削刃上设置多个金刚石颗粒，多个金刚石颗粒沿切削刃等距设置。所述金刚石颗粒设置以钻头最大直径处的切削刃外缘为起始点。所述金刚石颗粒的粒度等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径的1.5倍。所述相邻两个金刚石颗粒的中心距中心距、碳纤维直径和纤维含量满足：d0=（2+1/p）d1；其中d0：中心距；d1：碳纤维直径；p：纤维增强树脂基复合材料中纤维的体积与纤维增强树脂基复合材料体积的比值。所述多个金刚石颗粒采用镶嵌方法设置在切削刃上。
分别采用未设置金刚石颗粒的传统钻头和本实施例所述钻头进行碳纤维增强树脂基复合材料的加工，其中，碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维直径d1为7μm，碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的含量为50%。金刚石颗粒的粒度为1.5倍的碳纤维的直径，即为10.5μm，根据d0=（2+1/p）d1，得到金刚石颗粒之间的中心距为28μm。钻头材料为硬质合金，钻头直径为5mm，钻头为山特维克可乐满公司生产的R842-0500-30-A0A。
碳纤维增强树脂基复合材料尺寸为100mm×80mm×5mm，加工过程中的钻头转速为5000r/min，钻头进给量为30mm/min。
加工后的结果表明，采用传统钻头进行加工后，制孔出口存在大量的毛刺现象，毛刺总长度为7mm；而采用本发明加工后的出口表面毛刺现象显著减少，毛刺总长度小于2mm，从而表明本发明实现了加工过程中对碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维的有效控制，减少了因碳纤维变形导致的纤维难以被有效切断的现象。
实施例4
一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其包括两个切削刃，所述切削刃上设置多个金刚石颗粒，多个金刚石颗粒沿切削刃等距设置。所述金刚石颗粒设置以钻头最大直径处的切削刃外缘为起始点。所述金刚石颗粒的粒度等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径。所述相邻两个金刚石颗粒的中心距中心距、碳纤维直径和纤维含量满足：d0=（2+1/p）d1；其中d0：中心距；d1：碳纤维直径；p：纤维增强树脂基复合材料中纤维的体积与纤维增强树脂基复合材料体积的比值。所述多个金刚石颗粒采用电镀方法设置在切削刃上。
分别采用未设置有金刚石颗粒的传统钻头和本实施例所述钻头进行碳纤维增强树脂基复合材料的加工，其中，碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维直径d1为7μm，碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的含量为60%。金刚石颗粒的粒度与碳纤维的直径相等即为7μm，根据d0=（2+1/p）d1，得到金刚石颗粒之间的中心距为25.69μm。钻头材料为硬质合金，钻头直径为5mm，钻头为山特维克可乐满公司生产的R842-0500-30-A0A。
碳纤维增强树脂基复合材料尺寸为100mm×80mm×5mm，加工过程中的钻头转速为5000r/min，钻头进给量为30mm/min。
加工后的结果表明，采用传统钻头进行加工后，制孔出口存在大量的毛刺现象，毛刺总长度为7mm；而采用本发明加工后的出口表面毛刺现象显著减少，毛刺总长度小于1.5mm，从而表明本发明实现了加工过程中对碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维的有效控制，减少了因碳纤维变形导致的纤维难以被有效切断的现象。

Claims (5)

1.一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其特征在于：包括切削刃，所述切削刃上设置多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒，多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒沿切削刃方向等距设置；所述金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的粒度大于或等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径，且金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的粒度小于或等于待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径的两倍。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其特征于：所述金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒设置以钻头最大直径处的切削刃外缘为起始点。
3.根据权利要求1所述的一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其特征于：所述多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒中相邻两个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒的中心距、待加工的纤维增强树脂基复合材料中纤维直径和纤维含量满足：d0=（2+1/p）d1；其中d0：中心距；d1：纤维直径；p：纤维增强树脂基复合材料中纤维的体积与纤维增强树脂基复合材料体积的比值。
4.根据权利要求1所述的一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其特征于：所述多个金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒采用焊接、电镀或镶嵌方法设置在切削刃上。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工纤维增强树脂基复合材料的钻头，其特征于：所述切削刃至少两个。
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