麻花钻具、钻削复合材料的方法、用途及其再研磨和制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于对复合材料进行钻削的麻花钻具，该麻花钻具包括：柄部；钻具本体（2）；钻具尖端，该钻具尖端包括切削刃（10）、横刃、副横刃，其中副横刃角是145°至165°，且钻具尖端还具有70°至100°的钻头角；以及容屑槽（8），该容屑槽从钻具尖端（6）延伸到钻具本体（4），且该容屑槽具有恒定螺旋，容屑槽的螺旋角选自45°至55°的范围。本发明还提供一种使用本发明的钻具对包含纤维的复合材料进行钻削的方法。合适地是，复合材料是碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料，可选地是层压材料，从而该方法包括堆叠钻削。实施例获得下列的组合：良好的孔质量、良好的刀具寿命和良好的孔尺寸分布。
【专利说明】麻花钻具、钻削复合材料的方法、用途及其再研磨和制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及麻花钻具，具体地是适合于钻削、尤其是对复合材料诸如碳纤维增强塑料(CFRP)或玻璃纤维增强塑料(GFRP)进行自动钻削的麻花钻具。
【背景技术】
[0002]包含纤维的复合材料诸如CFRP和GFRP代表了一种特别的挑战，尤其是在良好的孔质量方面。这些材料是用于飞机结构的常用材料。这些复合材料，特别是具有斜纹纤维、单向纤维布局的CFRP，以及在出口面上具有玻璃布的材料，非常难以进行钻削，并且利用常规钻具，低劣出口孔质量是很常见的。
[0003]已经做出一些尝试来解决这些缺陷。具体地，本发明的发明人提出能够使用具有可变螺旋的麻花钻具来对复合材料诸如CFRP和GFRP进行钻削以产生良好的出口孔质量(PCT/GB2011/000478 )。然而，具有可变螺旋的麻花钻具可能制造复杂。
[0004]典型的刀具寿命是60个孔，因此在飞机等的制造中使用相当大数目的麻花钻具。尽管孔质量是重要的，从而如果它们性能好就能够得到相对复杂的几何形状，但是在可能的情况下仍希望降低成本并且确保随时和快速地更换麻花钻具。因此，刀具寿命和/或单位成本的改进是有利的。
[0005]制造具有复杂几何形状如可变螺旋的钻具，不仅需要新的建模技术而且还需要新的制造方法。
[0006]W02008/013725 (Kennametal)旨在提供用于对CFRP进行钻削的麻花钻具，其具有良好的出口孔质量和良好的刀具寿命。W02008/013725提出一种金刚石涂覆的、由具有6wt%钴的碳化鹤制成的麻花钻具,该麻花钻具具有包括介于10°和20°之间的钻缘后角(lip relief angle)、介于-5。和 10。之间的槽口前角(notch rake angle)、达 0.035mm的横刃长度和介于70°和110°之间的钻头角的精细限定的几何形状。Kennametal教导这些特征组合起来提供具有良好的出口孔质量和良好的刀具寿命的涂覆的麻花钻具。
【发明内容】
[0007]最通常地，本发明提出，令人惊奇地是，利用具有包括以下特征的相对简单的几何形状的麻花钻具，能够在包括CFRP等的纤维增强复合材料中获得优秀的孔尺寸分布、出口孔质量和刀具寿命，这些特征是:具有相对大的螺旋角、小钻头角(point angle)和大副横刃角的恒定螺旋。
[0008]如此处示出的，体现恒定大螺旋、小钻头角和大副横刃角的这一组合的麻花钻具具有良好的刀具寿命，能够容易地制造，并且产生具有有着最小缺陷的出口孔和有着良好公差的孔尺寸分布的孔。
[0009]在第一方面中，本发明提供了用于对复合材料进行钻削的麻花钻具，该麻花钻具包括:[0010]柄部；
[0011]钻具本体；
[0012]钻具尖端，钻具尖端包括切削刃、横刃、副横刃，其中所述副横刃角为145°至165°，钻具尖端还具有70°至100°的钻头角；以及
[0013]容屑槽，容屑槽从钻具尖端延伸到钻具本体，容屑槽具有恒定螺旋，容屑槽的螺旋角选自45°至55°的范围。
[0014]本发明人已经发现，令人惊奇地是，当对包含纤维的复合材料例如环氧基或双马来酰亚胺(BMI)基的CFRP进行钻削时，相对高的角度的恒定螺旋和相对较小的钻头角以及大角度的副横刃的提供的组合，提供了具有良好的刀具寿命、良好的出口孔质量和有着良好公差的孔尺寸分布的麻花钻具。的确，该方面的钻具适合于对这种复合材料进行钻削，并且优点是，钻具的实施例对于宽范围的包含纤维的复合材料(包括具有斜纹纤维或单向纤维布局的CFRP)和在出口面上具有玻璃布的材料而言性能很好(良好的孔质量、孔尺寸公差和刀具寿命)。在实施例中，钻具是复合麻花钻具。尽管如此，钻具能够用于对其它材料进行钻削，例如钢和铝。
[0015]螺旋是恒定螺旋。即，螺旋角从钻具尖端并且遍及整个钻具本体是恒定的，即，从容屑槽的起点到容屑槽的终点是恒定的，使得螺旋没有一部分是可变的。
[0016]合适地,钻具具有至少45°、优选地至少46°、更优选地至少47°、更优选地至少48°、更优选地至少49°且最优选地至少约50°的恒定螺旋角。
[0017]合适地，钻具具有不超过55°、优选地不超过54°、更优选地不超过53°、更优选地不超过52°，更优选地不超过51°且最优选地不超过约50°的恒定螺旋角。
[0018]用于螺旋角的这些值(上限和下限)能够以任何组合的方式存在于实施例中。
[0019]特别优选的螺旋角为45°至55°，优选地为约47°至53°，更优选地为约49°至51°，且最优选地为约50°。
[0020]相对大的恒定螺旋角有助于与正被钻削的材料快速地接合。在实践中，实施例快速地且干净地切入包含纤维的复合材料中。
[0021]合适地，钻具尖端包括具有100°至125°，更优选地105°至120°且最优选地114°至118°的横刃角的横刃。
[0022]如此处描述的相对大的横刃角已经被发现有助于减少推力。
[0023]优选地,横刃长度为0.03mm至0.15mm,更优选地为0.05mm至0.15mm,更优选地为
0.06mm至0.14mm,更优选地为0.07mm至0.13mm,更优选地为约0.08mm至0.12mm,更优选地为约0.09mm至0.1lmm且最优选地为0.1mm。
[0024]如此处描述的相对小的横刃长度已经被发现有助于减少推力。
[0025]本发明的发明人相信，副横刃通过减少切削阻力而提供切削作用上的改进。
[0026]合适地，钻具具有至少140°、优选地至少141°、更优选地至少142°、更优选地至少143°、更优选地至少144°且最优选地至少约145°的副横刃角。
[0027]合适地，钻具具有不超过165°、优选地不超过164°、更优选地不超过163°、更优选地不超过162°、更优选地不超过161°、更优选地不超过160°、更优选地不超过159°、更优选地不超过158°、更优选地不超过157°、更优选地不超过156°、且最优选地不超过155°的副横刃角。[0028]用于副横刃角的这些值(上限和下限)能够以任何组合的方式存在于实施例中。
[0029]特别优选的副横刃角为140°至165°，优选地为145°至160°且最优选地为145°至155°。特别优选的值为约146°。
[0030]通过提供如此处描述的副横刃角，本发明的发明人已经发现，在此处描述的复合材料中的孔质量，尤其是出口孔质量能够得以显著改进。特别地，大的副横刃角的提供已经发现能够改进钻具的切削作用，例如通过减少切削阻力，这进而减少加热，从而避免例如树脂熔化。
[0031]术语“刀口(point)”和“钻头角”是本领域技术人员熟悉的，正如事实上，按照惯例钻头角被认为是正的。例如，本发明的实施例的钻头角作为特征12在图1中示出。为免生疑问，钻头角是沿着钻具轴线测量的在切削刃之间夹角。
[0032]合适地，钻具具有至少70°、优选地至少71°、优选地至少72°、优选地至少73°、更优选地至少74°、优选地至少75°、更优选地至少76°、优选地至少77°、更优选地至少78°、优选地至少79°、更优选地至少80°、更优选地至少81°、更优选地至少82°、更优选地至少83°、更优选地至少84°、且最优选地至少约85°的钻头角。
[0033]合适地，钻具具有不超过100°、优选地不超过99°、优选地不超过98°、优选地不超过97°、优选地不超过96°、优选地不超过95°、优选地不超过92°、更优选地不超过90°、更优选地不超过89°、更优选地不超过88°、更优选地不超过87°、更优选地不超过86°且最优选地不超过约85°的钻头角。
[0034]用于钻头角的这些值(上限和下限)能够以任何组合的方式存在于实施例中。
[0035]特别优选的钻头角为70°至100°，更优选地为75°至95°，更优选地为80°至90°，更优选地为83°至88°，更优选地为85°至88°，且最优选地为约85°。
[0036]本发明的发明人已经发现，如此处描述的钻头角有助于减少推力和/或产生良好的出口孔质量。
[0037]合适地，钻具尖端包括在切削刃后方延伸的主刀面(facet)和在主刀面后方延伸的副刀面。
[0038]合适地，主后角小于35°。
[0039]合适地，副后角小于35°。
[0040]优选地，主刀面的后角(主后角)为15°至25°，且副刀面的后角(副后角)为15°至 30°。
[0041]主后角和副后角的提供已经发现能够改进钻具尖端处的热释放。当对如此处描述的复合材料进行钻削时，这已经被发现能够改进孔质量，尤其是出口孔质量。特别地，由本发明的发明人进行的试验已经表明，观察到较少的复合材料分裂。
[0042]优选地，主后角为至少10°且更优选地为至少15°。
[0043]优选地，主后角不超过25°且更优选地不超过20°。
[0044]用于主后角的这些值(上限和下限)能够以任何组合的方式存在于实施例中。
[0045]特别优选的主后角是15°至25°。
[0046]优选地，副后角为至少15°且更优选地为至少20°。
[0047]优选地，副后角不超过30°且更优选地不超过25°。
[0048]用于副后角的这些值(上限和下限)能够以任何组合的方式存在于实施例中。[0049]特别优选的副后角为20°至25°。
[0050]合适地，钻具尖端具有5°至15°、优选地5°至8°且最优选地5°的轴向前角。
[0051]本发明的发明人已经发现，如此处描述的轴向前角能够减少或最小化在切削期间产生的热量，从而有助于形成良好质量的出口孔。
[0052]钻具能够包括右旋或左旋螺旋。右旋螺旋是优选的。
[0053]优选地，麻花钻具具有直的切削刃。
[0054]合适地，麻花钻具具有刃校正以提供直的切削刃。因此，在如下下描述的实施例中，麻花钻具的制造包括刃校正步骤。[0055]优选地，钻具是自动钻具。即，钻具用于自动钻削。自动钻削利用计算机数字控制(CNC)机器来执行，其中切削速度和进给是预定的。在纤维材料中产生良好的孔质量是极大的挑战。这对于纺织和单向型的材料以及在出口面上具有附加层(如具有玻璃麻布的那些材料)尤其如此。
[0056]优选地,麻花钻具具有在Imm至50mm、优选地Imm至20mm、更优选地Imm至15mm、且最优选地2mm至15mm的范围内的直径。
[0057]优选地，麻花钻具由碳化物制造。优选的碳化物是碳化钨(WC)。另一种优选的碳化物是无粘合剂的碳化物。可替代的构造材料包括高速钢(HSS)、HSCo和HSCoXP、氮化硅和PCD (多晶金刚石)、或其组合(例如，安装在金属或碳化物基体上的PCD，例如安装在HSS或碳化物基体上)，以及任何金刚石孕镶(impregnated)基体诸如碳化鹤和碳化娃。
[0058]在碳化物麻花钻具的情形中，优选地，碳化物是硬质合金。合适地是，金属基质是钴。即，碳化钴。优选地，麻花钻具由碳化钨钴制成。基于总的硬质合金的重量，钴的特别优选的浓度是3wt%至10wt%的钴。在实施例中，使用5wt%至7wt%,可选地是约6wt%。在其它实施例中，约10?〖％是优选的，在其它实施例中，使用约4.2wt%。
[0059]在实施例中，麻花钻具被涂覆。麻花钻具能够被部分地或完全地涂覆。优选地，涂层是耐磨涂层，合适地是，具有比未涂覆刀具低的摩擦系数。
[0060]合适地是，涂层包括金属氮化物基的涂层(例如，TiN、AlxTiyN等)、金属氧化物基的涂层(例如，AlxO, AlxCryO等)、碳基的涂层(例如，DLC、金刚石涂层等)及其组合。
[0061 ] 在实施例中，使用金刚石涂层，合适地是CVD金刚石涂层。合适地是，金刚石涂层具有5 μ m至15 μ m、更优选地约8 μ m的厚度。
[0062]合适地是，钻具是光亮的(未涂覆的)。
[0063]合适地是，麻花钻具，例如未涂覆的麻花钻具，具有至少100个孔、优选地至少150个孔、更优选地至少200个孔、更优选地至少250个孔、更优选地至少300个孔且最优选地至少360个孔的刀具寿命。
[0064]合适地是，刀具寿命通过以120m/分钟的钻具表面速度和0.08mm/转的进给速度切削具有约IOmm厚的CFRP材料来测量。
[0065]优选地，孔尺寸分布在H9孔尺寸公差内，优选地在HS孔尺寸公差内且最优选地在H7孔尺寸公差内。H7孔尺寸公差表明，由钻具产生的孔落在钻具的名义尺寸和名义钻具直径之上15 μ m之间。对于具有6.35mm直径的钻具，H7将在6.35mm和6.365mm (含)之间。
[0066]不希望受理论限制，本发明的发明人相信，通过减少在钻削期间热的产生和/或积聚，获得此处提到的孔质量的改进，至少部分地是。过量的热引起复合材料的基质(典型地，树脂基质)软化或熔化，这进而允许在复合材料中的纤维从基质移动或甚至与基质分离。该过程能够导致纤维的破坏和复合材料的磨损。在层压材料的情况下，这还能够导致分层。
[0067]例如，本发明的发明人已经发现，通过使用如此处描述的主后角和副后角能够释放大量的热。
[0068]的确，如以下更详细论述的，本发明的实施例仅需要低的推力，从而减少材料分层发生并减少动力消耗。而且，已经获得优良的进口和出口孔质量，特别是当切削具有斜纹纤维或单向纤维布局的CFRP以及在出口面上具有玻璃布的材料时。这对本领域是特别重要的贡献，因为织物诸如2X2斜纹、单向型材料和在出口面上具有玻璃布的材料非常难以进行钻削，并且使用常规钻具，低劣的孔质量是常见的。
[0069]在第二方面，本发明提供对包含纤维的复合材料进行钻削的方法，其中该方法包括使用根据第一方面的麻花钻具来对复合材料进行钻削的步骤。
[0070]合适地，复合材料由基质构成，例如塑料材料(例如聚合物)、陶瓷或金属基质,其通过纤维材料增强，例如碳纤维或玻璃纤维。
[0071]合适地，复合材料包括塑料材料基质、优选地聚合物基质、合适地为树脂基质。特别优选的基质选自聚酯、环氧树脂和双马来酰亚胺(BMI)。
[0072]合适地，通常作用为纤维增强的纤维是无机纤维或有机纤维。特别优选的是玻璃纤维和碳纤维。
[0073]合适地，复合材料为碳纤维增强塑料(CFRP)或玻璃纤维增强塑料(GFRP)。合适地，材料为具有斜纹纤维或单向纤维布局的CFRP以及在出口面上具有玻璃布的材料。
[0074]复合材料能够是层压材料，或者形成层压材料的一部分。层压材料能够包括金属层、玻璃布层、涂料和铜网中的一种或更多种。这些层可以是精加工层。
[0075]例如，层压材料能够是CFRP/A1材料，即包括一层或更多层CFRP以及一层或更多层Al。对这样的材料进行钻削也称为堆叠钻削。
[0076]层压材料能够由干的或预浸溃材料制造。复合材料的纤维能够是连续的或切短纤维。制造这种材料的方法包括真空袋模制、高压釜加工、树脂传递模制和手工叠置。
[0077]本发明的麻花钻具还特别适合用于包括多于两层，例如三层、四层、五层或六层的层压物。
[0078]就此而言，参考层压材料包括参考CFRP层压物等。例如，这种材料能够通过在预浸溃阶段中处理纤维，并使用高达50个这样的层来制造(例如，IOmm),以便制造CFRP层压物。在另一示例中，层压物由切短纤维制成，并且尽管在原理上没有层，这是因为切短纤维将被结合到将随后固化以形成CFRP材料的软树脂中，但是其在本领域仍被称为层压物。
[0079]合适地，复合材料为飞机部件(比如，机翼或机身面板)、机翼涡轮部件(比如，机翼涡轮叶片或外壳)、船只部件或车辆面板(比如，汽车车身面板)。的确，此处描述的麻花钻具适合于对包括包含纤维的复合材料的任何工件进行钻削。其还能够在对诸如CFRP/铝即CFRP/A1、CFRP/不锈钢/Al等进行堆叠钻削中使用。另外的示例是运动装备，其中复合材料用于在低重量的情况下提供高强度。
[0080]与第一方面相关的可选的和优选的特征也适用于该方面。
[0081 ] 在第三方面中，本发明提供根据第一方面的麻花钻具的在对复合材料进行自动钻削的方法中的用途，如此处描述的那样。
[0082]如上面解释的，此处描述的麻花钻具适合于自动钻削，并且实施例在刀具寿命、出口孔质量和孔尺寸分布方面给使用者提供了显著的优点。
[0083]与第一方面相关的可选和优选特征也适用于该方面。
[0084]在第四方面，本发明提供一种再研磨方法，包括再研磨麻花钻具以便形成根据第一方面的麻花钻具的步骤。
[0085]优选地,再研磨方法包括再研磨刀口。合适地,再研磨方法能够在同一钻具上执行两次或更多次，例如三次。
[0086]合适地，该方法包括:在存在的情况下，对横刃(合适地，横刃长和/或横刃角)、副横刃(合适地，副横刃角)、主后角/间隙角、副后角/间隙角和前角中的一种或更多种进行再研磨。
[0087]优选地，横刃、副横刃、主后角/间隙角、副后角/间隙角和前角中的所有都被进行再研磨。
[0088]与第一方面相关的可选和优选特征也适用于该方面。
[0089]在第五方面中，本发明提供麻花钻具，它是第四方面的再研磨方法的产物。
[0090]在第六方面中，本发明提供一种制造根据第一方面的麻花钻具的方法。
[0091]合适地，方法包括加工坯体的步骤。可选地，方法包括合适地通过将杆切割成期望的长度，例如钻具的长度，而从杆形成坯体，。
[0092]合适地，坯体设有倒锥。
[0093]优选地，方法包括研磨具有恒定螺旋的容屑槽的步骤。
[0094]合适地，方法包括通过沿着该容屑槽或每个容屑槽形成本体间隙而生产刃带(land)的步骤。
[0095]合适地，方法包括削尖的步骤，即形成刀口。优选地，该步骤包括形成主刀面和副刀面。
[0096]合适地，主刀面形成以便产生优选地具有105°至125°的横刃角的横刃。
[0097]合适地，主刀面形成以便具有10°至25°、优选地15°至25°的后角(也称为间隙或间隙角)。
[0098]合适地，方法包括形成副横刃。优选地，副横刃具有140°至165°的副横刃角。
[0099]合适地，副刀面形成以便具有15°至30°、优选地20°至25°的后角(也称为间隙或间隙角)。
[0100]合适地,方法包括深切以产生轴向前角的步骤。合适地,轴向前角为5°至15°、优选地为5°至8°。合适地,深切的步骤产生0.03mm至0.15mm、优选地0.05mm至0.15mm的横刃长度。
[0101]合适地，方法包括提供直切削刃的步骤。优选地，直切削刃通过刃校正步骤提供。
[0102]在第七方面中，本发明提供了一种制造用于对复合材料进行钻削的麻花钻具的方法，该方法包括以下步骤:
[0103]( i )对钻具坯体开槽以产生螺旋形容屑槽，该容屑槽具有从容屑槽的起点到终点的、在45°至55°范围内的恒定螺旋角；
[0104](ii)在容屑槽的终点形成切削刃；[0105](iii)削尖以形成70。至100。的钻头角；
[0106](iv)形成在140°至165°范围内的副横刃角。
[0107]与第六方面相关的可选的和优选的特征也适用于第七方面。
[0108]在第八方面中，本发明提供麻花钻具，它是第六方面的方法的产物。
[0109]在第九方面中，本发明提供麻花钻具，它是第七方面的方法的产物。
[0110]任一方面的可选和优选特征也能够适用于其它方面的任何一个。而且，任一方面可以与其它方面中的一个或更多个组合。特别地，在产品(麻花钻具)背景下公开的特征也可以对应的方法步骤的形式适用于方法，反之亦然。
【专利附图】
【附图说明】
[0111]下面仅通过示例参考附图来描述图示了本发明的优点和/或实施的发明实施例和试验，其中:
[0112]图1示出了本发明的实施例的恒定螺旋麻花钻具的侧视图；
[0113]图2示出了本发明第一方面的图1的恒定螺旋麻花钻具的侧视图；
[0114]图3示出了图1的麻花钻具的轴向端视图；
[0115]图4A和4B示出了对于本发明(4A)的图1的实施例和可商购钻具(4B)、对于具有玻璃麻布的IOmm厚环氧基CFRP中的出口孔质量的测试结果；
[0116]图5是对于表I中示出的钻具速度和进给、由20°恒定螺旋钻具产生的孔尺寸分布的图表；并且
[0117]图6是对于表I中示出的钻具速度和进给、由50°恒定螺旋钻具产生的孔尺寸分布的图表。
【具体实施方式】
[0118]图1示出了本发明的麻花钻具2。钻具包括柄部(未示出)、钻具本体4和钻具尖端
6。两个螺旋形容屑槽8从钻具尖端延伸到钻具本体。螺旋角是50°的恒定螺旋角，但是其它的恒定螺旋角也是可能的，例如45°至55°。
[0119]容屑槽宽度沿着容屑槽长度大体恒定。
[0120]在钻具尖端处的主切削刃和副切削刃10 (切削钻缘)形成刀口，该刀口具有85°的钻头角12。其它钻头角是可能的，例如70°至100°。
[0121]钻具2的切削刃10被刃校正以产生直的切削刃10，该刃校正的人工产物能够作为特征14在图1中看到。
[0122]钻具2具有沿着容屑槽8的本体间隙16。
[0123]图2示出了钻具2的旋转侧视图。刀口的切削刃设有主后角(relief)21 (也称为主刀面(facet)或主后刀面间隙)和副后角22 (也称为副刀面或副后刀面间隙)。各个后角角度(也称为间隙)分别是10°和20。。
[0124]图3示出了钻具2的轴向视图。横刃31具有0.5mm的长度和115°的横刃角34。其它横刃长度和横刃角是可能的，如此处描述的。
[0125]副横刃32设有146°的大副横刃角33。
[0126]使在对包含纤维的复合材料进行钻削时特别有效的钻具2的特征是副横刃。而且，副横刃角33是大的，S卩146°。其它副横刃角是可能的，例如140°至165°。
[0127]如上所述，恒定大(快)螺旋、特定钻头角和副横刃的组合，在切削复合材料诸如CFRP时特别地赋予钻具出乎意料的良好性能。的确，获得良好的孔质量(材料少磨损或无磨损)、良好的刀具寿命和在H7公差内的孔尺寸分布的高度期望的组合。麻花钻具也相对容易地制造(例如，与可变螺旋相比)。
[0128]钻具性能测试
[0129]本发明的实施例的性能与市售用于CFRP的可商购自动钻具比较。钻具性能通过测量刀具寿命、出口孔质量和孔尺寸分布来量化。
[0130]测试(I)屮,口孔质量
[0131]为了测量出口孔质量，在测试工件上执行自动钻削。对于每次测试，测试工件是IOmm厚的环氧基CFRP，其具有单向纤维和玻璃麻布。例如在航空工业中遇到的该构造代表了特别困难的挑战。
[0132]钻具几何形状
[0133]麻花钻具根据此处描述的方法制造。具体地，进行以下步骤:
[0134]1.将杆切割成期望的长度，该长度是钻具的长度；
[0135]2.将坯体倒锥。
[0136]使用CNC机器执行以下步骤:
[0137]3.开槽以形成两个具有恒定螺旋的容屑槽8。
[0138]4.产生开槽的刃带，且本体间隙16沿着容屑槽产生。
[0139]5.削尖以产生主刀面21、副刀面22和具有85°的钻头角12的刀口。主刀面被产生为具有10°的主间隙。副刀面被产生为具有20°的副间隙和146°的副横刃角。
[0140]6.执行深切以产生5°的前角。
[0141]完成的钻具具有以下几何形状:
[0142]螺旋角=50°；
[0143]钻头角=85°；
[0144]轴向前角=5° ;
[0145]副横刃角=146。；
[0146]主间隙=10°；
[0147]副间隙=20°。
[0148]为测试目的，该钻具被称为钻具#1。
[0149]可商购的自动钻具也被测试:称为钻具#2。
[0150]如从图4A中能看到的，钻具#1的出口孔质量是优良的，远远好于钻具#2产生的(参见图4B)。
[0151]测试(2):刀具寿命
[0152]由于高强度和纤维增强，CFRP极其耐磨。未涂覆的钻具#1 (如上所述)的刀具寿命被发现明显比未涂覆的钻具#2的刀具寿命长(与钻具#2钻削140孔相比，钻具#1钻削360个孔)。
[0153]测试(3):孔尺寸分布
[0154]在该对比测试中使用的麻花钻具除其螺旋角之外是相同的。钻具#A具有50°的恒定螺旋角，钻具#B具有20°的恒定螺旋角。
[0155]测试了具有20°恒定螺旋(慢)和50°恒定螺旋(快)的Φ6.35mm直径(该钻具直径分别在图5和6上通过线51和61示出)钻具的性能。
[0156]为了测量出口孔质量分布，利用三种速度和进给在测试工件上执行自动钻削。对于每次测试，测试工件是8mm厚的MTM46树脂基的CFRP，其具有单向纤维。例如在航空工业中遇到的该构造代表了特别困难的挑战。
[0157]表1通过螺旋角表示对于每次测试使用的钻具并具体说明对于每次测试使用的速度和进给。
[0158]表1:孔尺寸分布测试条件
[0159]
【权利要求】
1.一种用于对复合材料进行钻削的麻花钻具，所述麻花钻具包括: 柄部； 钻具本体(2)； 钻具尖端，所述钻具尖端包括切削刃(10)、横刃、副横刃，其中，所述副横刃角为145°至165°，所述钻具尖端还具有70°至100°的钻头角；以及 容屑槽(8),所述容屑槽从所述钻具尖端(6)延伸到所述钻具本体(4),所述容屑槽具有恒定螺旋，所述容屑槽的螺旋角选自45°至55°的范围。
2.根据权利要求1或2所述的麻花钻具，所述钻具尖端包括在所述切削刃后方延伸的主刀面和在所述主刀面后方延伸的副刀面，其中，所述主刀面的后角是15°至25°，并且所述副刀面的后角是15°至30°。
3.根据前述权利要求中任一项所述的麻花钻具，其中，所述钻具尖端具有5°至8°的轴向前角。
4.根据前述权利要求中任一项所述的麻花钻具，其中，所述钻具尖端具有85°至88°的钻头角。
5.根据前述权利要求中任一项所述的麻花钻具，其中，所述副横刃角是145°至155。。
6.根据前述权利要求中任一项所述的麻花钻具，其中，所述容屑槽具有右旋螺旋。
7.—种对包含纤维的复合材料进行钻削的方法，其中，所述方法包括使用根据权利要求I至7中任一项所述的麻花钻具来对所述复合材料进行钻削的步骤。
8.根据权利要求8所述的方法，其中，所述复合材料是碳纤维增强塑料(CFRP)或玻璃纤维增强塑料(GFRP)。
9.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述进行钻削的步骤包括自动钻削。
10.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，所述方法是堆叠钻削方法。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述堆叠包括CFRP和GFRP。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述堆叠包括CFRP和Al。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的麻花钻具在根据权利要求8至9中任一项所述的对复合材料进行自动钻削的方法中的用途。
14.一种再研磨方法，所述方法包括再研磨麻花钻具以便形成根据权利要求1至7中任一项所述的麻花钻具的步骤。
15.一种制造用于对复合材料进行钻削的麻花钻具的方法，所述方法包括以下步骤: (i )对钻具坯体开槽以产生螺旋形容屑槽，所述容屑槽具有从所述容屑槽的起点到终点的、在45°至55°范围内的恒定螺旋角； (ii)在所述容屑槽的终点形成切削刃； (iii)削尖以形成70°至100。的钻头角； (iv)形成在140°至165°范围内的副横刃角。
【文档编号】B23B51/02GK103648694SQ201280033490
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2011年7月6日
【发明者】万·钦·高 申请人:山特维克知识产权股份有限公司