用於碳纖維板上制孔的成型臺階鑽的製作方法

2023-10-25 22:50:36 2

本發明涉及制孔刀具領域，特別是指一種在加工碳纖維板過程中用於制孔和孔肩倒角的成型臺階鑽。

背景技術：

當前，國內外通用飛機越來越多地採用複合材料，特別是在輕型通用飛機上的應用更加廣泛。飛機的機翼(包括翼梁、桁條和蒙皮)、機身、尾翼、蒙皮、油箱、發動機艙都是採用複合材料，而制孔是纖維增強複合材料製造過程中最重要的加工工序之一，且現有工藝為手動氣動工具進行加工。

由於纖維增強複合材料是由質軟而粘性大的基體材料和強度高、硬度大的纖維增強材料混合而成的二相或多相結構材料，其各向異性、低熱傳導率、低層間結合強度使其成為典型的難加工材料。

現今生產中用途廣泛的複合材料主要分為玻璃纖維複合材料和碳纖維複合材料，而碳纖維複合材料所具有的高強度、高剛度、抗疲勞性能好、耐高溫性好等優點，使其在飛機設計、製造上具有更好的優勢和應用。隨著碳纖維的廣泛應用，隨之也帶來了碳纖維複合材料在加工和裝配上的問題。此時，碳纖維複合材料的缺點更加的凸顯出來，成為了鑽孔、裝配的主要問題來源。在碳纖維複合材料鑽孔時主要克服碳纖維複合材料結構的高強度、高硬度、導熱性差、各向異性、層間強度低等難題，因此，在纖維增強複合材料制孔過程中，除傳統金屬材料制孔缺陷(尺寸誤差、圓度誤差、位置誤差和垂直度誤差等)外，還表現為分層、出入口撕裂與毛刺、孔壁表面纖維拔出等，且加工效率不高。

國內原有在碳纖維板上加工制孔，並對孔肩進行倒角，如圖1所示，使用的是用匕首鑽a制孔，然後如圖2所示的使用鍃鑽b對孔肩進行倒角，因此整個工藝需要兩把刀來進行加工，加工方式為手用氣動工具，這樣效率低且容易出現尺寸不好控制的弊端；現有的工藝分成兩把刀具來完成的原因是能夠保證倒角面精度更好，而且兩次加工的切削阻力小，所以在此之前的制孔工藝一直沒有使用一刀兩用的整體方案的原因是會造成倒角面不直，且刃口容易崩刃。

技術實現要素：

本發明提供一種用於碳纖維板上制孔的成型臺階鑽，其所要解決的主要技術問題是：傳統的對碳纖維板等增強複合材料上進行加工制孔時，鑽孔以及孔肩倒角分別是依靠兩把刀具來完成的，因此加工工藝相對複雜，需要中途換刀，而且採購成本高。

針對現有技術的不足，本發明提供一種用於碳纖維板上制孔的成型臺階鑽，其包括鑽頭、倒角刀以及刀柄，所述鑽頭、倒角刀以及刀柄同軸依次連接，所述鑽頭為麻花鑽，其包括兩個呈螺旋形且以刀柄的中心軸線呈中心對稱設置的鑽刃部，兩個所述鑽刃部上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的鑽孔排屑槽，所述鑽刃部包括鑽尖錐面刃、螺旋周刃以及依次連接在所述鑽尖錐面刃與螺旋周刃之間的第二錐面刃及第三錐面刃；所述倒角刀包括兩個呈螺旋形且以刀柄的中心軸線呈中心對稱設置的倒角刃部，兩個所述倒角刃部上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的倒角排屑槽，所述倒角刃部包括倒角錐刃以及圓周副刃，所述倒角錐刃與所述螺旋周刃相連接形成臺階狀，所述鑽孔排屑槽與所述倒角排屑槽連通。

優選於：所述鑽尖錐面刃的半頂角為65.5°-66.5°，所述第二錐面刃的半頂角為42°-43°，所述第三錐面刃的半頂角為26.5°-27.5°；所述倒角錐刃的半頂角為49.5°-50.5°。

優選於：所述鑽刃部以及倒角刃部均為右螺旋結構，所述鑽孔排屑槽及倒角排屑槽均為右螺旋結構，所述鑽刃部及鑽孔排屑槽的螺旋角度為18°-19°，所述倒角刃部及倒角排屑槽的螺旋角度為27°-28°。

優選於：所述螺旋周刃上與所述倒角錐刃連接的一端開設有清根槽口，所述清根槽口的寬度為0.8mm、深度小於0.15mm。

優選於：所述鑽尖錐面刃的第一後刀面的寬度為0.7-0.75mm、后角為19°-21°，所述鑽尖錐面刃的第二後刀面的寬度為2.2-2.4mm、后角為35°-39°，所述鑽尖錐面刃的第三後刀面的后角為60°；所述第二錐面刃及第三錐面刃的第一後刀面的后角均為19°-21°、第二後刀面的后角均為35°-39°；所述倒角錐刃的後刀面的后角為18°-19°。

優選於：所述鑽尖錐面刃與所述第二錐面刃相交形成的刀尖圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為4.47-4.49mm，所述鑽尖錐面刃的圓跳度公差不超過0.01mm，所述第二錐面刃與所述第三錐面刃相交形成的刀尖圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為6.24-6.26mm，所述螺旋周刃圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為7.90-7.92mm，所述圓周副刃圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為11.989-12mm，所述刀柄的直徑為9.98-10mm，所述螺旋周刃及圓周副刃的圓跳度公差均不超過0.003mm。

優選於：所述鑽頭上位於所述鑽孔排屑槽的槽底部的直徑為1.95-2.05mm，所述螺旋周刃的後刀面的寬度為2.20-2.30mm，所述螺旋周刃的後刀面的鏟背落差為0.25mm，所述螺旋周刃的後刀面至所述鑽刃部的刀背面之間設置呈翻背結構，且所述螺旋周刃至所述鑽刃部的刀背面之間的寬度為4.3mm。

優選於：所述圓周副刃至所述倒角刃部的刀背面之間的寬度為5.7mm。

優選於：兩個所述鑽刃部上的鑽尖錐面刃之間形成的橫刃為X型，所述鑽頭上位於所述橫刃的兩端開設有切出口，且所述切出口的切出方向與所述鑽頭的徑向面之間的夾角為57°，所述切出口的槽底夾角為90°，所述切出口的一側槽壁與所述鑽尖錐面刃相交形成的邊與所述橫刃之間的夾角為130°，兩個所述切出口分別與兩個所述鑽尖錐面刃相交形成的邊在軸向投影上的距離為0.15-0.19mm，兩個所述切出口分別與兩個所述鑽尖錐面刃的後刀面相交形成的邊的在軸向投影上的距離為0.233mm。

優選於：所述鑽頭的長度為27.175-27.215mm，所述鑽孔排屑槽與倒角排屑槽的長度之和為45-45.5mm，所述鑽頭與倒角刀的長度之和為54.5-55.5mm，所述鑽頭、倒角刀以及刀柄的長度之和為85-85.5mm。

優選於：鑽頭以及倒角刀的表面均具有CVD粗金剛石塗層。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、提出的一種將制孔以及孔肩倒角作為一刀加工的整體方案，能夠簡化加工工序，不用中途換刀，而且縮減了採購成本；另外通過鑽頭與倒角刀之間二次開槽變螺旋角的結構設計，倒角錐刃增大螺旋角使倒角面更直，精度能得到更好保證，解決了倒角尺寸、精度不能保證、刃口容易崩缺以及阻力大的問題；

二、在鑽頭的錐面上採用依次設置的多個頂角逐漸減小的錐面刃逐漸擴孔的方式來克服碳纖維板的高強度、高硬度、導熱性差、各向異性、層間強度低等問題，而不至於對複合材料板造成垂直衝擊，消除了複合材料板的制孔出口分層的現象，防止進、出口劈裂的問題。

附圖說明

圖1為傳統的匕首鑽制孔示意圖。

圖2為傳統的鍃鑽倒角示意圖。

圖3為本發明的成型臺階鑽結構示意圖。

圖4為本發明的成型臺階鑽一刀制孔、倒角示意圖。

圖5為本發明的鑽頭結構示意圖。

圖6為本發明的鑽頭前端面結構示意圖。

圖7為本發明的鑽尖錐面刃的結構參數標註示意圖。

圖8為本發明的第二、三錐面刃的結構參數標註示意圖。

圖9為本發明的倒角錐刃的結構參數標註示意圖。

圖10為本發明的清根槽結構示意圖。

圖11為圖6中A的局部放大結構示意圖。

圖12為本發明的圓周副刃的局部橫截面結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖3至12以及較佳實施例對本發明提出的一種用於碳纖維板上制孔的成型臺階鑽作更為詳細說明。

本發明提供一種用於碳纖維板上制孔的成型臺階鑽，其包括鑽頭1、倒角刀2以及刀柄3，所述鑽頭1、倒角刀2以及刀柄3同軸依次一體成型的連接，並採用粗金剛石工藝進行塗層，使刀具的壽命得到明顯提升，所述鑽頭1為麻花鑽，其包括兩個呈螺旋形且以刀柄3的中心軸線呈中心對稱設置的鑽刃部11，兩個所述鑽刃部11上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的鑽孔排屑槽12，所述鑽刃部11包括鑽尖錐面刃13、螺旋周刃14以及依次連接在所述鑽尖錐面刃13與螺旋周刃14之間的第二錐面刃15及第三錐面刃16；所述倒角刀2包括兩個呈螺旋形且以刀柄3的中心軸線呈中心對稱設置的倒角刃部21，兩個所述倒角刃部21上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的倒角排屑槽22，所述倒角刃部21包括倒角錐刃23以及圓周副刃24，所述倒角錐刃23與所述螺旋周刃14相連接形成臺階狀，所述鑽孔排屑槽12與所述倒角排屑槽22連通；所述鑽尖錐面刃13的半頂角為65.5°-66.5°，所述第二錐面刃15的半頂角為42°-43°，所述第三錐面刃16的半頂角為26.5°-27.5°；所述倒角錐刃23的半頂角為49.5°-50.5°；所述鑽刃部11以及倒角刃部21均為右螺旋結構，所述鑽孔排屑槽12及倒角排屑槽22均為右螺旋結構，所述鑽刃部11及鑽孔排屑槽12的螺旋角度為18°-19°，所述倒角刃部21及倒角排屑槽22的螺旋角度為27°-28°。

本發明在具體實施時，如圖4所示，所述鑽刃部11上具有頂角逐漸減小的三頂角的錐面刃，進而能夠便於在制孔過程中逐漸擴孔，防止對碳纖維板造成衝擊，防止制孔的進出口劈裂分層，另外通過在鑽刃部11的軸向後端連接有臺階狀的倒角刃部21，進而藉助所述倒角刃部21在所述鑽頭1衝入制出的孔中後對孔肩進行同步倒角，無需額外的定位，倒角精準，並且藉助兩個所述倒角刃部21之間二次開槽結構形成的比所述鑽刃部11更大的螺旋角，使所述倒角錐刃23的前角更大，能夠有利於所述倒角錐刃23的切削，能夠增加到倒角面的精確度。

進一步，如圖10所示，所述螺旋周刃14上與所述倒角錐刃23連接的一端開設有清根槽口4，由於所述清根槽口4為常見結構，因此功能不再贅述，所述清根槽口4的寬度為0.8mm、深度小於0.15mm。

所述鑽尖錐面刃13的第一後刀面131的寬度為0.7-0.75mm、后角為19°-21°，所述鑽尖錐面刃13的第二後刀面132的寬度為2.2-2.4mm、后角為35°-39°，所述鑽尖錐面刃13的第三後刀面133的后角為60°；如圖8所示，所述第二錐面刃15及第三錐面刃16(圖中標註的為第二錐面刃15)的第一後刀面的后角均為19°-21°、第二後刀面的后角均為35°-39°；如圖9所示，所述倒角錐刃23的後刀面231的后角為18°-19°。

如圖5所示，所述鑽尖錐面刃11與所述第二錐面刃15相交形成的刀尖圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為4.47-4.49mm，所述鑽尖錐面刃11的圓跳度公差不超過0.01mm，所述第二錐面刃15與所述第三錐面刃16相交形成的刀尖圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為6.24-6.26mm，如圖3所示，所述螺旋周刃14圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為7.90-7.92mm，所述圓周副刃24圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為11.989-12mm，所述刀柄3的直徑為9.98-10mm，所述螺旋周刃14及圓周副刃24的圓跳度公差均不超過0.003mm。

如圖6所示，所述鑽頭1上位於所述鑽孔排屑槽12的槽底部的直徑為1.95-2.05mm，所述螺旋周刃14的後刀面141的寬度為2.20-2.30mm，所述螺旋周刃14的後刀面141的鏟背落差為0.25mm，所述螺旋周刃14的後刀面141至所述鑽刃部11的刀背面之間設置呈翻背結構，且如圖3所示，所述螺旋周刃14至所述鑽刃部11的刀背面之間的寬度為4.3mm，本實施例通過在螺旋周刃14的後刀面141與刀背面之間設置鏟背落差，能夠實現在制孔過程中不會干擾孔內壁，並藉助翻背結構使得所述鑽孔排屑槽12中的屑絲能夠在翻背結構的內鉤引導下翻轉，不會戳至孔的內壁。

如圖12所示，所述圓周副刃24至所述倒角刃部21的刀背面之間的寬度為5.7mm。

如圖11中所示，兩個所述鑽刃部11上的鑽尖錐面刃13之間形成的橫刃17為X型，所述鑽頭1上位於所述橫刃17的兩端開設有切出口18(如圖3、5、6、11中所示)，且所述切出口18的切出方向與所述鑽頭1的徑向面之間的夾角為57°，所述切出口18的槽底夾角為90°，所述切出口18的一側槽壁與所述鑽尖錐面刃13相交形成的邊與所述橫刃17之間的夾角為130°，兩個所述切出口18分別與兩個所述鑽尖錐面刃13相交形成的邊在軸向投影上的距離為0.15-0.19mm，兩個所述切出口18分別與兩個所述鑽尖錐面刃13的後刀面相交形成的邊的在軸向投影上的距離為0.233mm。

所述鑽頭1的長度為27.175-27.215mm，所述鑽孔排屑槽12與倒角排屑槽22的長度之和為45-45.5mm，所述鑽頭1與倒角刀2的長度之和為54.5-55.5mm，所述鑽頭1、倒角刀2以及刀柄3的長度之和為85-85.5mm。

綜合上所述，本發明的技術方案可以充分有效的完成上述發明目的，且本發明的結構原理及功能原理都已經在實施例中得到充分的驗證，而能達到預期的功效及目的，且本發明的實施例也可以根據這些原理進行變換，因此，本發明包括一切在申請專利範圍中所提到範圍內的所有替換內容。任何在本發明申請專利範圍內所作的等效變化，皆屬本案申請的專利範圍之內。