一种直线型三尖-细齿状钻铣复合刀具的制作方法

本实用新型属于钻削、螺旋铣削复合制孔工具技术领域，特别涉及一种用于加工碳纤维增强复合材料的直线型三尖-细齿状钻铣复合刀具。

背景技术：

碳纤维增强复合材料(cfrp)因为其优异的比强度、比模量等性能，在航空航天高新技术领域具有广阔的应用前景。在装配连接时，需要进行大量加工大量直径d≥6mm的孔。目前，对这些孔的加工常采用钻-扩-铰-锪的多刀、多工序制孔工艺，但工序繁琐、效率低下，尤其是在表层材料中极易产生严重的毛刺、撕裂和分层等缺陷，严重阻碍了cfrp在航空航天中的应用。研究表明，通过先钻基孔，再采用螺旋铣削对基孔进行扩孔。该工艺在螺旋铣孔前预先钻基孔，既能利用钻削高效、高去除率特性，又可确保在螺旋铣孔中避免刀具底刃对表层材料的整体推力。同时，在螺旋铣孔中极大地减小切削量和切削力，确保螺旋铣孔中不产生新的缺陷，达到完全去除缺陷的工艺效果。为尽可能减小制孔缺陷、提高制孔效率，遵循一体化制孔原则，提出采用钻-铣复合刀具进行钻削-螺旋铣削的制孔工艺。因此，为实现理想的钻-铣复合螺旋制孔技术，需设计与该工艺相匹配的钻-铣一体化复合刀具。

授权公告号为cn207358223u的中国实用新型公开了一种用于cfrp的具有直刃型刀片的钻头，该钻头主体外圆周面上沿轴向加工两条旋向相同螺旋槽，两螺旋槽在钻头主体头部分别依次连接具有钻尖部、扩孔部、多刃尖部和倾角扩孔部的直刃形刀片；钻尖部处两条切削刃通过横刃连接。尽管该钻头能够进行切削加工，获得一定的制孔效果，但无法实现钻-铣复合螺旋制孔技术。

授权公告号为cn204686148u的中国实用新型专利公开了一种用于复合材料的菱纹刃形硬质合金铣刀，刀头的端面布置的底刃为七刃结构，该七刃结构相互之间具有排屑凹槽结构，所述刀头的侧面具有螺旋形成的外周刃，该外周刃为十二刃结构，该十二刃结构中各道刃部之间具有左旋槽形的沟槽结构，该沟槽结构延伸至刀头的端面外缘，该外周刃具有穿过各道刃部且与左旋槽形的沟槽结构形成左右螺旋槽交叉式结构的右旋槽结构。尽管该铣刀能够进行铣削加工，获得一定的制孔效果，但无法实现钻-铣复合螺旋制孔技术。

技术实现要素：

针对现有制孔刀具难以避免毛刺、分层及由于多刀、多工序使得加工效率低下的问题，本实用新型旨在提供一种用于加工碳纤维增强复合材料的直线型三尖-细齿状钻铣复合刀具，以解决碳纤维增强复合材料钻削过程中易产生毛刺、分层问题，以及加工工序繁杂等问题，从而提高碳纤维增强复合材料制孔加工质量和生产效率。

本实用新型采用的技术方案是：

一种直线型三尖-细齿状钻铣复合刀具，用于加工碳纤维增强复合材料,由钻头部分、铣刀部分与刀柄组成，其中所述铣刀部分位于所述钻头部分与刀柄之间；在所述钻头部分的外圆周面上沿轴向设置有两条旋向相同的小倾角螺旋槽，在所述铣刀部分上设置有主螺旋槽，两条小倾角螺旋槽与所述主螺旋槽相连；所述钻头部分包含两条轴向对称的切削刃，每条切削刃均由钻尖刃、扩孔刃、钻尖后刃和小倾角扩孔刃依次连接形成，两条切削刃中的钻尖刃通过横刃连接；所述铣刀部分包含4～6条右螺旋刃，每条右螺旋刃上均匀分布有多个深度一致的断屑槽，多个断屑槽将每条右螺旋刃均匀的分成若干细齿，每一断屑槽与铣刀部分轴线呈右螺旋夹角，且该右向螺旋夹角大于右螺旋刃的螺旋角。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述钻尖刃与钻头部分轴线之间的夹角为55°～60°，所述扩孔刃与钻头部分轴线之间的夹角为14°～20°，所述钻尖后刃与钻头部分轴线之间的夹角为60°～85°，所述小倾角扩孔刃与钻头部分轴线之间的夹角为7°～10°。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述横刃的宽度为0.5～1.5mm，横刃的倾斜角为50°～60°。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述铣刀部分的断屑槽与铣刀部分轴线之间的夹角为60°～65°，所述右螺旋刃的螺旋角为5°～10°。

在本实用新型的一个优选实施例中，相邻断屑槽之间的间距为1.2～1.5mm，相邻右螺旋刃的间距为1.5～2.5mm。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述细齿的法向后角为10°～15°，法向前角为5°～15°，细齿齿高为0.45～0.6mm，细齿的容屑槽最大半径为0.18～0.2mm。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述钻头部分与铣刀部分为一整体结构，采用硬质合金制成。

在本实用新型的一个优选实施例中，在所述钻头部分与铣刀部分的表面上镀有一层耐磨材料层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的钻头部分外圆周面上设有两条小倾角螺旋槽，可以在钻孔过程中将切屑顺利排出。

2.本实用新型的钻头部分与铣刀部分为一整体结构，采用硬质合金制成或可镀一层耐磨材料层，可以降低切削力，提高刀具耐磨性能，提高了制孔质量。

3.本实用新型的钻头部分包含两条轴向对称切削刃，通过阶段性的去除毛刺、分层的制孔效果，降低钻削制孔缺陷。

4.本实用新型铣刀部分包含4～6条右螺旋刃，每条右螺旋刃上均匀分布着由若干断屑槽。在钻头部分钻削完成后，进行螺旋铣孔，右螺旋刃为右向小倾角，对孔出口表层能形成轴向向上的压制力，且断屑槽与刀具轴线夹角为右向大倾角，可将孔出口表层材料中未被切除的料“拉入”孔内侧，对未被切除的纤维实施剪切。由此右螺旋刀齿带能有效抑制制孔缺陷的产生。此外，铣削面积大大减小，大大降低了轴向力，改善排屑和散热条件。

5.本实用新型铣刀部分的右螺旋刃倾角和断屑槽与铣刀部分轴线的夹角均从靠近钻头部分向刀柄部分呈增大趋势，排屑和容屑条件随切屑增多而改善，大大提高了铣刀部分的切削性能。

6.本实用新型采用先钻基孔后螺旋铣孔的一体化制孔工艺，既能利用钻削高效、高去除率特性，又可确保在螺旋铣孔中避免刀具底刃对表层材料的整体推力。同时，在螺旋铣孔中极大地减小切削量和切削力，确保螺旋铣孔中不产生新的缺陷，在不产生新缺陷的基础上进一步去除钻削过程中产生的制孔缺陷。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2是钻头部分ⅰ的结构图。

图3是图1的c向视图。

图4是本实用新型铣刀部分ⅱ的结构图。

图5是细齿的结构示意图。

图6为图4的a-a剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1至图6，图中所示的用于加工碳纤维增强复合材料的直线型三尖-细齿状钻铣复合刀具包括钻头部分ⅰ、铣刀部分ⅱ与刀柄ⅲ，铣刀部分ⅱ位于钻头部分ⅰ与刀柄ⅲ之间。

在钻头部分ⅰ的外圆周面上沿轴向设置有两条旋向相同的小倾角螺旋槽(图中未示出)，在铣刀部分ⅱ上设置有主螺旋槽，两条小倾角螺旋槽与主螺旋槽相连。

钻头部分ⅱ包含两条轴向对称的切削刃，每条切削刃均由钻尖刃1、扩孔刃2、钻尖后刃2和小倾角扩孔刃4依次连接形成，两条切削刃中的钻尖刃1通过横刃5连接。

钻尖刃1与钻头部分ⅰ轴线之间的夹角α为55°～60°，扩孔刃2与钻头部分ⅰ轴线之间的夹角β为14°～20°，钻尖后刃2与钻头部分ⅰ轴线之间的夹角γ为60°～85°之间，小倾角扩孔刃1与钻头部分ⅰ轴线之间的夹角δ为5°～10°。横刃5的宽度t为0.5～1.5mm，横刃5的倾斜角ζ为50°～60°。

铣刀部分ⅱ包含4～6条右螺旋刃8，每条右螺旋刃8上均匀分布着由若干深度h为0.4～0.8mm的断屑槽9，若干断屑槽9将每条右螺旋刃8均匀的分成若干细齿10，每一断屑槽9与铣刀部分ⅱ轴线呈60°～65°的右螺旋夹角θ1，且该右向螺旋夹角θ1大于右螺旋刃8的螺旋角θ2，右螺旋刃8的螺旋角θ2为5°～10°。右螺旋夹角θ1从靠近钻头部分ⅱ的60°逐渐增大到靠近刀柄的65°，右螺旋刃8的倾角θ2从靠近钻头部分ⅰ的5°逐渐增大到靠近刀柄ⅲ的10°。相邻断屑槽9之间的间距l1一致，均为1.2～1.5mm，相邻右螺旋刃8的间距l2为1.5～2.5mm。确保排屑空间，可以将切屑顺利排出，提高切削效率和排屑能力。

每个细齿10对材料形成切削作用的切削刃有切削刃6和切削刃7，每个细齿10的齿高h为0.45～0.6mm，容屑槽最大半径r为0.18～0.2mm，法向后角α0为10°～15°，法向前角γ0为5°～15°。

钻头部分ⅰ与铣刀部分ⅱ为一整体结构，采用硬质合金制成或可镀一层耐磨材料层，可以降低切削力，提高刀具耐磨性能，提高了制孔质量。