CN105345098B - 一种适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头及孔加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头及孔加工方法，该钻头的直径为6mm，钻尖角为96°，螺旋角为28°，后角为25°，横刃长度为钻头直径0.028倍，钻头前后刀面表面粗糙度为0.65um。具体使用是设定钻头转速为2350 r/min，进给速度0.018 mm/r。本发明有效解决和避免了碳纤维复合材料孔加工存在的入口处出现毛刺以及出口处出现分层、甚至撕裂的现象，有效提高碳纤维复合材料孔加工的精度，以及提高了碳纤维复合材料产品加工的产品合格率，提高了航空航天以及国防装备的连接和装配质量，有效提高了装备的整机质量。

Description

一种适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头及孔加工方法
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料加工领域，特别涉及一种适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头及孔加工方法。
背景技术
随着航空航天技术的发展、以及国防装备的升级换代，轻量化、高功率密度装备受到世界各国的高度关注，碳纤维复合材料具有重量轻、高强度、高模量、耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等系列优越性能受到各国的积极应用和使用追求。但是，现有技术中，航空航天飞行器60%～80%的结构的破坏都发生在连接部位，这对树脂基碳纤维复合材料零部件的连接和装配质量亦提出了很高的要求。目前复合材料的制孔过程存在诸多问题，传统使用普通麻花钻的高速钢或硬质合金刀具进行钻孔，采用钻孔-扩孔-粗铰孔-精铰孔工艺方法生产制造的孔存在入口处出现毛刺以及出口处出现分层、甚至撕裂的现象，不仅生产效率低下，而且还存在制孔质量不稳定，刀具寿命短，制孔会出现劈裂和缩孔，产品合格率低等***问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能大幅提高碳纤维复合材料孔加工质量的适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头及孔加工方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为该适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头的直径为4mm～6mm，钻尖角为92.5°～97.5°，螺旋角为25°～30°，后角为20°～25°，横刃长度为钻头直径0.02～0.03倍。
进一步地，钻头的直径为6mm，钻尖角为96°，螺旋角为28°，后角为25°，横刃长度为钻头直径0.028倍。
进一步地，钻头前后刀面表面粗糙度为0.5 um～1.0um。
进一步地，钻头前后刀面表面粗糙度为0.65um。
该碳纤维复合材料的孔加工方法为钻头转速为2250 r/min ～2500r/min，进给速度0.015 mm/r ～0.02mm/r。
进一步地，钻头转速为2350 r/min，进给速度0.018 mm/r。
采用上述技术方案，由于使用了直径为6 mm，钻尖角为96°，螺旋角为28°，后角为25°，横刃长度为钻头直径0.028倍，前后刀面表面粗糙度为0.65um的钻头，以及采用了钻头转速为2350 r/min，进给速度0.018 mm/r的加工工艺，使得本发明与现有技术相比较，有效解决和避免了碳纤维复合材料孔加工存在的入口处出现毛刺以及出口处出现分层、甚至撕裂的现象，有效提高碳纤维复合材料孔加工的精度，以及提高了碳纤维复合材料产品加工的产品合格率，提高了航空航天以及国防装备的连接和装配质量，有效提高了装备的整机质量。
附图说明
图1为本发明钻头钻尖角、螺旋角结构示意图。
图2为本发明钻头后角结构示意图。
图3为本发明钻头横刃长度结构示意图。
图4为本发明钻头具体实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如附图1、附图2和附图3所示，该适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，的直径为4mm～6mm，钻尖角2Φ为92.5°～97.5°，螺旋角β为25°～30°，后角α为20°～25°，横刃长度bψ为钻头直径0.02～0.03倍。本发明优选选择了钻头的直径为6mm，钻尖角2Φ为96°，螺旋角β为28°，后角α为25°，横刃长度bψ为钻头直径0.028倍。钻头前后刀面表面粗糙度Ra为0.5 um～1.0um；本发明优选选择了钻头前后刀面表面粗糙度Ra为0.65um。具体实施过程中，如附图4所示，钻头的制造过程第一步选择超细晶粒硬质合金为刀具材料，WC晶粒尺寸0.2 um～0.4um，以麻花钻的后角α、钻尖角2Φ、螺旋角β和横刃长度bψ为变量磨制钻头，进行碳纤维复合材料钻削的单因素试验，粗选麻花钻几何参数的范围。第二步，在步骤一选择的参数范围内，采用中心组合试验，磨制钻头钻削碳纤维复合材料，在保证钻削温度不超过碳纤维复合材料中树脂固化温度的条件下，以钻削力最小为目标函数，进一步优化麻花钻的后角α、钻尖角2Φ、螺旋角β和横刃长度bψ，获得与碳纤维复合材料适配性良好的钻头结构参数，最后研磨获得钻头成品。
使用该钻头加工碳纤维复合材料孔时，采用常规的工装夹具即可，但是需要设定钻头转速为2250 r/min ～2500r/min，进给速度0.015 mm/r ～0.02mm/r，本发明优选选择为钻头转速为2350 r/min，进给速度0.018 mm/r。
采用上述钻头和加工方法获得的碳纤维复合材料的连接或装配孔，孔的表面粗糙度精度等级高，所加工的孔的入口不会出现毛刺、以及出口不会出现分层、撕裂现象，有效提高了碳纤维复合材料产品加工的产品合格率。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，其特征在于该钻头的直径为4mm～6mm,钻尖角为92.5°～97.5°，螺旋角为25°～30°，后角为20°～25°，横刃长度为钻头直径0.02～0.03倍；所述钻头的制造过程：
第一步，选择超细晶粒硬质合金为刀具材料，WC晶粒尺寸0.2 μ m ～0.4μ m ，以麻花钻的后角α、钻尖角2Φ、螺旋角β和横刃长度bψ为变量磨制钻头，进行碳纤维复合材料钻削的单因素试验，粗选麻花钻几何参数的范围；
第二步，在步骤一选择的参数范围内，采用中心组合试验，磨制钻头钻削碳纤维复合材料，在保证钻削温度不超过碳纤维复合材料中树脂固化温度的条件下，以钻削力最小为目标函数，进一步选取麻花钻的后角α、钻尖角2Φ、螺旋角β和横刃长度bψ，获得与碳纤维复合材料适配性良好的钻头结构参数，最后研磨获得钻头成品。
2.根据权利要求1所述的适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，其特征在于钻头的直径为6mm、钻尖角为96°，螺旋角为28°，后角为25°，横刃长度为钻头直径0.028倍。
3.根据权利要求1所述的适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，其特征在于钻头前后刀面表面粗糙度为0.5 μ m ～1.0μ m 。
4.根据权利要求1所述的适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，其特征在于钻头前后刀面表面粗糙度为0.65μ m 。
5.根据权利要求1所述的适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，其特征在于钻头转速为2250 r/min ～2500r/min，进给速度0.015 mm/r ～0.02mm/r。
6.根据权利要求1所述的适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头，其特征在于钻头转速为2350 r/min，进给速度0.018 mm/r。
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