CN111136314A - 一种加工碳纤维复合材料铣刀 - Google Patents

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刘健
余洪
万苏洲
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Abstract

本发明一种加工碳纤维复合材料铣刀，包括柄部，柄部前端由左至右依次设置右刃部和左刃部，右刃部包括沿周向方向向右螺旋设置的若干个右旋齿，左刃部包括沿周向方向与右旋齿呈反向螺旋设置的若干个左旋齿，右旋齿和左旋齿交错分布且二者表面分别涂覆金刚石超耐磨涂层，右旋齿末端与左旋齿前端相距0.6～0.8mm，右旋齿相互之间形成右旋排屑槽a，左旋齿相互之间形成左旋排屑槽b。本发明提供的加工碳纤维复合材料铣刀，通过右刃部和左刃部相反的轴向力同时抑制碳纤维复合板上下边缘的纤维劈裂或毛刺等，容屑空间大，能实现更大的铣削切宽，刚性好，加工后的粉末状碳纤维材料能够顺畅排出，避免因排屑不畅而导致的碳纤维粉末堆积。

Description

一种加工碳纤维复合材料铣刀
技术领域
本发明属于刀具设计、刀具应用技术领域，具体涉及一种加工碳纤维复合材料铣刀。
背景技术
随着航空航天行业的不断发展，各大飞机结构件厂家都在向减小飞机整体重量、加强飞机结构强度的方向努力，在这过程中，碳纤维复合材料凭借其密度小、质量轻、强度高等特点在诸多航空航天材料中脱颖而出，并被广泛应用于诸如飞机蒙皮、部分结构件中。目前，碳纤维复合板大多来自进口，每层纤维铺织方向均为交叉铺织，加工难度稍低。与此同时，大部分国内碳纤维复合板，由于技术受限，铺织方式多为同向铺织，铺织后的碳纤维复合板加工难度极高，加工过程中极易出现纤维劈裂等，对刀具及加工设备要求很高。
目前，常用铣刀在铣碳纤维复合板外型时，右旋右切铣刀在加工过程中由于螺旋角的作用会在铣刀周刃切削刃12上产生轴向分力，产生的轴向向上的分力会把碳纤维复合板上边缘的纤维材料向上提拉，造成碳纤维复合板上边缘产生劈裂或毛刺等，如图1所示。同理，左旋右切铣刀在加工过程中由于螺旋角的作用会在铣刀切削刃12上产生轴向分力，易在复合板下边缘产生劈裂或毛刺等。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种加工碳纤维复合材料铣刀。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种加工碳纤维复合材料铣刀，包括柄部，所述柄部前端由左至右依次设置右刃部和左刃部，右刃部包括沿周向方向向右螺旋设置的若干个右旋齿，左刃部包括沿周向方向与右旋齿呈反向螺旋设置的若干个左旋齿，右旋齿和左旋齿交错分布且二者表面分别涂覆金刚石超耐磨涂层，右旋齿末端与左旋齿前端相距0.6～0.8mm，右旋齿相互之间形成右旋排屑槽a，左旋齿相互之间形成左旋排屑槽b，右旋齿前端端部为若干端刃，端刃相互之间形成端齿容屑槽。
进一步的，所述右旋排屑槽a和左旋排屑槽b上分别添加右旋第二排屑槽c和左旋第二排屑槽d，用于加大容屑、排屑空间，防止碳纤维粉末堆积。
进一步的，所述右旋第二排屑槽c的芯厚为D8.7mm，后角角度30°。
进一步的，所述左旋第二排屑槽d的芯厚为D8.7mm，后角角度45°。
进一步的，所述右旋排屑槽a和左旋排屑槽b的芯厚分别为D6.8mm、D7.62mm，槽前角均为12～18°，优选15°。
进一步的，所述柄部长度为45mm(DIN6535标准)，右刃部的刃径为12.7mm，长度10～15mm，右刃部和左刃部的总刃长为40～51mm，由被加工碳纤维复材板厚度决定。
进一步的，所述右刃部为右旋，螺旋角为45°，左刃部为左旋，螺旋角为45°。
进一步的，所述端齿容屑槽端面倾角20°，出刀角-45°。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.刀具前后螺旋角不一致，柄部前端为右旋，螺旋角45°，后端为左旋，螺旋角45°，通过相反的轴向力来同时抑制碳纤维复合板上下边缘的纤维劈裂或毛刺等；
2.端齿容屑槽更浅，端齿容屑槽端面倾角20°，端齿容屑槽出刀角-45°，在实现端齿容屑槽更浅的前提下保证端齿容屑槽能够满足端齿容屑的效能，从而使刀具端刃方向刃口强度更高，；
3.采用大槽前角(α为15°)设计，能够更容易地切断纤维材料，同时为防止因大前角设计而产生的切削刃强度太差，辅以高强度金刚石超耐磨涂层，防止刃口崩裂；
4.加大排屑槽，即增加开槽第三刀工序，在右旋排屑槽a和左旋排屑槽b的基础上添加右旋第二排屑槽c和左旋第二排屑槽d，容屑、排屑空间更大，能实现更大的铣削切宽，芯厚值不变，刀具整体刚性依然较好，加工后的粉末状碳纤维材料能够很顺畅的排出，避免因排屑不畅而导致的碳纤维粉末堆积等问题。
附图说明
图1为现有技术中铣刀的结构示意图；
图2-3为本发明的整体结构示意图；
图4为本发明的局部放大图；
图5为本发明的左视图；
图6为本发明的槽前角的结构示意图；
图7为本发明的右旋第二排屑槽c和左旋第二排屑槽d的结构示意图；
图8为本发明图7的B-B剖视图；
其中，1-柄部；2-右刃部；3-左刃部；4-右旋齿；5-左旋齿；6-右旋排屑槽a；7-左旋排屑槽b；8-右旋第二排屑槽c；9-左旋第二排屑槽d；10-端齿容屑槽；11-端刃；12-周刃切削刃。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图2-8所示，一种加工碳纤维复合材料铣刀，包括柄部1，柄部1前端由左至右依次设置右刃部2和左刃部3，右刃部2包括沿周向方向向右螺旋设置的若干个右旋齿4，左刃部3包括沿周向方向与右旋齿4呈反向螺旋设置的若干个左旋齿5，右旋齿4和左旋齿5交错分布且二者表面分别涂覆金刚石超耐磨涂层，右旋齿4末端与左旋齿5前端相距0.6～0.8mm，右旋齿4相互之间形成右旋排屑槽a6，左旋齿5相互之间形成左旋排屑槽b7，右旋齿4前端端部为端刃11，端刃11之间形成端齿容屑槽10，端齿容屑槽10端面倾角20°，出刀角-45°。
为提高刀具加工碳纤维复合材料加工效率，分别以右旋排屑槽a6和左旋排屑槽b7为基础，增加对应的“开槽第三刀”工序，即在右旋排屑槽a6和左旋排屑槽b7的基础上再分别添加右旋第二排屑槽c8和左旋第二排屑槽d9，经扩大后的右旋的排屑槽和左旋的排屑槽具有更大的容屑、排屑空间，可以很好的防止碳纤维粉末堆积，实现更大的铣削切宽，如图7-8所示。
右旋排屑槽a6和左旋排屑槽b7的槽前角均为12～18°。
右刃部2的刃径为D12.7mm，长度10～15mm，右刃部2和左刃部3的总刃长为40～51mm，由被加工碳纤维复材板厚度决定。
实施例1
如图2-8所示，一种加工碳纤维复合材料铣刀，包括圆柱形的柄部1，柄部1直径12.7mm，柄部1前端由左至右依次设置右刃部2和左刃部3且三者同轴，右刃部2包括沿周向方向向右螺旋设置的若干个右旋齿4，左刃部3包括沿周向方向与右旋齿4呈反向螺旋设置的若干个左旋齿5，为防止右旋齿4和左旋齿5之间没有切削能力，右旋齿4和左旋齿5交错分布且二者表面涂覆金刚石超耐磨涂层，右旋齿4末端与左旋齿5前端相距的距离记为L，L的取值范围为0.6-0.8mm，右旋齿4相互之间形成右旋排屑槽a6，左旋齿5相互之间形成左旋排屑槽b7。
柄部1长度为45mm(DIN 6535标准)，右刃部2的刃径和长度分别为D12.7mm、12.7mm，右刃部2和左刃部3的总刃长为50.4mm，根据被加工碳纤维复材板厚度决定，加工碳纤维复合材料铣刀的总长度101.6mm，为满足右旋齿4与左旋齿5交错分布，右旋排屑槽a6和左旋排屑槽b7的芯厚分别为D6.8mm、D7.62mm，误差范围±0.1mm，槽前角均为15°，参数如表1所示。本发明采用大槽前角设计，槽前角α优选15°，在端刃11方向平面，将同一阶梯内相对的两个刃(刀具刃数为偶数且两个刃分度角为180°的刀尖连成线后，槽前刀面自刀尖处的切线与刀尖连线的夹角即为该阶梯的槽前角。
表1
Figure BDA0002370311410000041
为提高刀具加工碳纤维复合材料加工效率，加大排屑槽的容屑空间，本发明增加“开槽第三刀”程序，以右旋排屑槽a6和左旋排屑槽b7为基础，增加对应的“开槽第三刀”工序，即在右旋排屑槽a6和左旋排屑槽b7的基础上再分别添加右旋第二排屑槽c8和左旋第二排屑槽d9，芯厚不变，分别定义参数为：右旋第二排屑槽c8的芯厚D8.7，后角角度30°，五轴磨床A轴偏转30°；左旋第二排屑槽d9的芯厚D8.7，后角角度45°，五轴磨床A轴偏转40°，如表2所示。
表2
WAL TER 芯厚 A轴偏转 后角角度
右旋 D8.7 30° 30°
左旋 D8.7 40° 45°
本发明未详细描述的部分采用现有技术即可实现，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，包括柄部(1)，所述柄部(1)前端由左至右依次设置右刃部(2)和左刃部(3)，右刃部(2)包括沿周向方向向右螺旋设置的若干个右旋齿(4)，左刃部(3)包括沿周向方向与右旋齿(4)呈反向螺旋设置的若干个左旋齿(5)，右旋齿(4)和左旋齿(5)交错分布且二者表面分别涂覆金刚石超耐磨涂层，右旋齿(4)末端与左旋齿(5)前端相距0.6～0.8mm，右旋齿(4)相互之间形成右旋排屑槽a(6)，左旋齿(5)相互之间形成左旋排屑槽b(7)，右旋齿(4)前端端部为端刃(11)，端刃(11)之间形成端齿容屑槽(10)。
2.根据权利要求1所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述右旋排屑槽a(6)和左旋排屑槽b(7)上分别添加右旋第二排屑槽c(8)和左旋第二排屑槽d(9)，用于加大容屑、排屑空间，防止碳纤维粉末堆积。
3.根据权利要求2所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述右旋第二排屑槽c(8)的芯厚为8.7mm，后角角度30°。
4.根据权利要求2所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述左旋第二排屑槽d(9)的芯厚为8.7mm，后角角度45°。
5.根据权利要求1所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述右刃部(2)的刃径为12.7mm，长度10～15mm，右刃部(2)和左刃部(3)的总刃长为40～51mm，由被加工碳纤维复材板厚度决定。
6.根据权利要求1所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述右旋排屑槽a(6)和左旋排屑槽b(7)的芯厚分别为6.8mm、7.62mm，槽前角均为12～18°。
7.根据权利要求1所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述右刃部(2)为右旋，螺旋角为45°，左刃部(3)为左旋，螺旋角为45°。
8.根据权利要求1所述的一种加工碳纤维复合材料铣刀，其特征在于，所述端齿容屑槽(10)端面倾角20°，出刀角-45°。
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