本發(fā)明屬于機械加工中鉆削工具技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于加工纖維增強復(fù)合材料的制孔聚晶金剛石鉆頭，特別適合于高性能碳纖維增強復(fù)合材料的一次性高質(zhì)量、高效率加工。

背景技術(shù)：

纖維復(fù)合材料是一種先進的復(fù)合材料，具有比強度高、比剛度高和易于整體制造等優(yōu)良的綜合性能，廣泛應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可減輕結(jié)構(gòu)重量，提高經(jīng)濟性。纖維復(fù)合材料零件雖然可以整體成型，然而為了實現(xiàn)零件間的連接裝配，不可避免的需要大量加工連接孔，例如一架波音747飛機有三百多萬個連接孔，目前連接孔的主要加工方式為鉆削加工。然而纖維復(fù)合材料具有各向異性且層間強度低，鉆孔時容易產(chǎn)生分層、毛刺和撕裂等損傷。此外，基體相導(dǎo)熱性差，纖維硬度大，使得刀具磨損較快，加工效率較低。國內(nèi)外針對纖維復(fù)合材料切削加工刀具的研究表明，刀具材料中高速鋼不適合纖維復(fù)合材料的加工，硬質(zhì)合金具有較好的強度和韌性，可以基本滿足纖維復(fù)合材料的加工需求，但是耐磨性較差，導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀具的壽命較低，而聚晶金剛石(簡稱PCD)刀具的硬度高、導(dǎo)熱性好，壽命較高。

目前，國內(nèi)外已針對纖維復(fù)合材料設(shè)計了各種幾何形狀的鉆頭，這些鉆頭有各自的優(yōu)缺點。K.桑帕瑟等人公開了《具有PCD切削刃尖的旋轉(zhuǎn)切削刀具》，專利申請?zhí)?01110104545.3，該刀具的切削刃尖由聚晶金剛石制成，包括具有一個內(nèi)尖角的內(nèi)部分和一個具有外尖角的外部分，刀具的兩個頂角較大，加工質(zhì)量較差且聚晶金剛石片的形狀較為復(fù)雜，制作成本較高。王福吉等人公開了《一種用于碳纖維復(fù)合材料制孔的高效專用鉆頭》，專利申請?zhí)枮?01510408743.7，該刀具是具有雙頂角和微齒結(jié)構(gòu)的多刃刀具，材質(zhì)為硬質(zhì)合金，刀具壽命較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服纖維復(fù)合材料在制孔中刀具壽命低、容易產(chǎn)生分層和毛刺缺陷的問題，發(fā)明一種針對纖維增強復(fù)合材料，尤其是對高性能碳纖維復(fù)合材料的制孔刀具。該鉆頭是在硬質(zhì)合金刀體上釬焊PCD刀片，且PCD刀片上主切削刃和副切削刃連接部位分布有微齒結(jié)構(gòu)的雙頂角鉆頭。該刀具實現(xiàn)了刀具壽命的提高，以及碳纖維復(fù)合材料制件加工質(zhì)量的提升，減少了分層和毛刺缺陷的產(chǎn)生。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有反向剪切微齒結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石鉆頭，其特征是，該鉆頭是在硬質(zhì)合金刀體上釬焊PCD刀片,鉆頭為多刃雙頂角鉆頭，第二主切削刃數(shù)目大于等于2，當某一螺旋槽兩側(cè)的切削刃不同時，該螺旋槽兩側(cè)的部分切削刃分別由PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ構(gòu)成；當某一螺旋槽兩側(cè)的切削刃相同時，該螺旋槽兩側(cè)的部分切削刃由相同的PCD刀片形成。

當某一螺旋槽兩側(cè)的切削刃不同時，鉆頭的第一主切削刃1末端刃尖、第二主切削刃2刃尖、副切削刃4前端刃尖由PCD小刀片Ⅰ構(gòu)成；第一主切削刃1后刀面與第二主切削刃3前刀面的交線5末端、第二主切削刃3刃尖、副切削刃4前端刃尖由PCD大刀片Ⅱ構(gòu)成；PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ均釬焊在硬質(zhì)合金刀體上。PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ在前刀面上的投影為四邊形，第二主切削刃2、3分別為PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ投影四邊形的一條邊，a₁、a₂分別為第二主切削刃2、3所在邊的邊長，b₁、b₂分別為PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ上副切削刃4前端所在邊的邊長，c₁為PCD小刀片Ⅰ上第一主切削刃1末端所在邊的邊長，c₂為PCD大刀片Ⅱ上交線5末端所在邊的邊長，PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ的厚度t₁、t₂均為0.1-0.5mm。當某一螺旋槽兩側(cè)的切削刃相同時，該螺旋槽兩側(cè)的PCD小、大刀片相同，其構(gòu)成形式及尺寸要求與上述某一螺旋槽兩側(cè)切削刃不同時的PCD小刀片Ⅰ相同。

鉆頭的公稱直徑為D，主切削刃的軸向長度L＝(1.5-3)D，主切削刃1的徑向長度e＝(0.3-0.7)D，第一主切削刃1形成的頂角α為90°-110°，第二主切削刃2形成的第二頂角θ₁為20°-40°，第二主切削刃3形成的第二頂角θ₂為20°-40°，微齒起始位置位于PCD刀片上第二主切削刃的位置，微齒起始位置與鉆尖間的軸向距離s小于主切削刃軸向距離L，差值為1-4mm。

PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ上分布有微齒結(jié)構(gòu)，微齒結(jié)構(gòu)位于第二主切削刃2、3末端及副切削刃4初始位置，微齒結(jié)構(gòu)由微齒8和齒槽9構(gòu)成，微齒和齒槽繞鉆頭軸線呈螺旋分布，螺旋角β為大于60°的銳角，微齒數(shù)量為3-7個，微齒寬度n與所在PCD刀片副切削刃4所在邊的邊長比值小于0.3，且微齒寬度n大于0.5mm，齒槽寬度m與所在PCD刀片副切削刃4所在邊的邊長比值小于0.3，且齒槽寬度m大于0.3mm，齒槽深度為k至少為0.8mm，微齒深度應(yīng)小于PCD刀片有齒槽位置的徑向長度。

本發(fā)明的效果和益處是一種具有反向剪切微齒結(jié)構(gòu)的PCD鉆頭，通過采用PCD切削刃，提高了鉆頭的使用壽命，避免了頻繁換刀，降低了使用成本，提高了加工效率。PCD切削刃上分布的微齒結(jié)構(gòu)，能夠更好的去除毛刺，減少分層缺陷，提高碳纖維復(fù)合材料制件的加工質(zhì)量。

附圖說明

圖1為一種具有反向剪切微齒結(jié)構(gòu)的PCD鉆頭的主視圖；圖2為一種具有反向剪切微齒結(jié)構(gòu)的PCD鉆頭的側(cè)視圖；圖3為圖1中微齒結(jié)構(gòu)的局部放大視圖。

其中：1－第一主切削刃，2－俯視圖中與第一主切削刃1夾角較小的第二主切削刃，3－俯視圖中與第一主切削刃1夾角較大的第二主切削刃，4－副切削刃，5－第一主切削刃1后刀面與第二主切削刃3前刀面的交線，6－鉆頭軸線，7－微齒螺旋線，8－微齒，9－齒槽，Ⅰ－PCD小刀片，Ⅱ－PCD大刀片，a₁－PCD小刀片Ⅰ的第二主切削刃2所在邊的長度，b₁－PCD小刀片Ⅰ上副切削刃4所在邊的長度，c₁－PCD小刀片Ⅰ上第一主切削刃1所在邊的長度，a₂－PCD大刀片Ⅱ的第二主切削刃3所在邊的長度，b₂－PCD大刀片Ⅱ上副切削刃4所在邊的長度，c₂－PCD大刀片Ⅱ上交線5所在邊的長度，t₁-PCD小刀片Ⅰ的厚度，t₂-PCD大刀片Ⅱ的厚度，D-鉆頭公稱直徑，L-主切削刃的軸向長度，s-微齒結(jié)構(gòu)起始位置與鉆尖間的軸向距離，e-第一主切削刃1的徑向長度，m－齒槽寬度，n－微齒寬度，k-齒槽深度，α-主切削刃1形成的第一頂角，θ₁-第二主切削刃2形成的第二頂角，θ₂-第二主切削刃3形成的第二頂角，β-微齒旋向角。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細說明本發(fā)明的具體實施。

如圖1、圖2、圖3所示的一種具有反向剪切微齒結(jié)構(gòu)的PCD鉆頭，其螺旋槽兩側(cè)的切削刃不同，鉆頭的第一主切削刃1末端刃尖、第二主切削刃2刃尖、副切削刃4前端刃尖由PCD小刀片Ⅰ構(gòu)成,PCD小刀片Ⅰ在俯視圖中與第一主切削刃1夾角較??；第一主切削刃1后刀面與第二主切削刃3前刀面的交線5末端、第二主切削刃3刃尖、副切削刃4前端刃尖由PCD大刀片Ⅱ構(gòu)成,PCD大刀片Ⅱ在俯視圖中與第一主切削刃1夾角較大；PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ均釬焊在硬質(zhì)合金刀體上。PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ在前刀面上的投影為四邊形，第二主切削刃2、3分別為PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ投影四邊形的一條邊，a₁為12mm，a₂為7.9mm，b₁、b₂為分別為PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ副切削刃4前端所在邊的邊長，為5.5mm，c₁為PCD小刀片Ⅰ上第一主切削刃1末端所在邊的邊長，為1.3mm，c₂為PCD大刀片Ⅱ上交線5末端所在邊的邊長，為2.3mm，PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ的厚度t₁、t₂均為0.1mm。

鉆頭的公稱直徑D為7.95mm，主切削刃的軸向長度L為12.8mm，主切削刃1的徑向長度e為3.96mm，第一主切削刃1形成的頂角α為100°，第二主切削刃2形成的第二頂角θ₁為20°，第二主切削刃3形成的第二頂角θ₂為20°，微齒起始位置位于第二主切削刃，微齒起始位置與鉆尖間的軸向距離s小于主切削刃軸向距離L，為12mm。

PCD小刀片Ⅰ和PCD大刀片Ⅱ上分布有微齒結(jié)構(gòu)，微齒結(jié)構(gòu)位于第二主切削刃2、3末端及副切削刃4初始位置，微齒結(jié)構(gòu)由微齒8和齒槽9構(gòu)成，微齒繞鉆頭軸線呈螺旋分布，螺旋角β為85°，微齒數(shù)量為3個，齒寬n為1mm，槽寬m為0.78mm，齒槽深度為k為0.82mm小于PCD刀片有齒槽位置的徑向長度。

本鉆頭通過采用PCD切削刃提高了鉆頭的使用壽命，避免了頻繁換刀，降低了使用成本，提高了加工效率。且PCD切削刃上分布的微齒結(jié)構(gòu)，提高碳纖維復(fù)合材料制件的加工質(zhì)量，能夠更好的去除毛刺，減少分層缺陷。