本發(fā)明纖維增強復合材料制孔的尖刃雙級可換套料鉆屬于機械加工工具領域，涉及一種纖維增強復合材料制孔的尖刃雙級可換套料鉆,適合于單工序高質量加工較大孔徑復材孔。該鉆頭包括尖刃切削機構、尖刃連接環(huán)、擴孔切削區(qū)、變徑區(qū)、夾持區(qū)五部分。該鉆頭具有雙級結構，第一級是具有尖刃結構的套料鉆；它通過定位鎖緊快和L形定位槽固定在刀體上，可進行快速更換。第二級是修磨出鑲片區(qū)的麻花式結構，在第二級與第一級的過渡區(qū)，安裝有可換過渡刀片，沿螺旋槽方向安裝若干可換擴孔刀片。該鉆頭通過尖刃能更有效切斷纖維，雙級結構減小加工損傷，提升加工質量，可換機構和可換刀片提升了刀具耐用度，適合加工大尺寸纖維增強復合材料的孔。

技術領域

本發(fā)明屬于機械加工制造工具領域，涉及一種纖維增強復合材料制孔的尖刃雙級可換套料鉆,特別適合于單工序高質量加工孔徑較大的復材孔。

背景技術

纖維增強復合材料由于其本身質輕高強、耐腐蝕、抗疲勞等諸多優(yōu)良特性，近年來越來越廣泛應用在汽車制造及航空航天等領域中，例如在空客A350WXB中就應用了50％的復合材料，而在復材構件的連接裝配中，制孔加工是必不可少的環(huán)節(jié)，僅在空客A350單側復材機翼上的連接裝配孔數(shù)量就達到了55000個之多。目前，由于復材層間結合力弱和磨蝕性強等特性，其制孔加工往往易發(fā)撕裂、分層、毛刺等損傷，且刀具磨損嚴重，特別是在某些承力連接位置或功能位置，其復材孔的孔徑往往較大，若采用普通實心鉆削刀具(如麻花鉆)，每一轉刀具的切削量與刀徑尺寸成正比，加工大孔徑時切削量大，導致軸向力大，更易引發(fā)復材的分層，且整體刀具制造成本極高，而刀具直徑大的邊緣位置，其切削線速度也大，磨損極快，加工精度和質量都難以保證。因此，學者們參照金屬加工中適用于大孔加工和深孔加工的套料鉆，進行了結構改進和優(yōu)化，提出了一些新思想和新方法，例如李建福等人的專利“一種異形刀齒薄壁金剛石鉆頭”，專利申請?zhí)朇N03261379.2，發(fā)明了一種適合在干切削條件下加工各種硬脆材料的制孔刀具。鮑永杰等人在“C/E復合材料以磨代鉆制孔工藝”[J].宇航材料工藝,2010,(04):47-49)中提出以磨代鉆的切削想法，上述的實用新型和論文中的刀具可有效減少單孔加工時出入口處的毛刺，然而此類刀具存在排屑不暢，切屑易堵塞金剛石顆粒，影響制孔質量，同時切削區(qū)域均為一體化制造，在加工復合材料的時候，磨損后無法繼續(xù)使用，導致加工成本很高。賀虎等人在“釬焊金剛石套料鉆鉆削CFRP的孔質量研究”[J].金剛石與磨料磨具工程,2011,(02):13-16.)中提出將釬焊方法將金剛石磨粒固結在金屬基體上，這樣制造出的套料鉆刀具耐磨性更高，且金剛石磨粒磨掉后仍可以再次釬焊，刀具再用性更高，減少了加工成本，然而由于其釬焊金剛石切削面積較大，單級結構鉆頭，在一次性加工出大直徑孔，軸向力大，易產(chǎn)生分層等損傷，且其磨粒難以均勻焊接，制孔中易引發(fā)振動，導致制孔質量差。此外，以上刀具均為單級結構，在加工大尺寸孔時產(chǎn)生的損傷區(qū)域大且無法通過后續(xù)工序去除，終孔質量不高。

發(fā)明內容

本發(fā)明主要解決的技術難題是在加工纖維增強復合材料大尺寸孔時，在保證加工效率的前提下，盡量提升切削能力，減少一次性制孔過程中，孔入口和出口處的毛刺、分層和撕裂等損傷，并基于分段切削和刀刃可換的刀具設計思想，發(fā)明的一種纖維增強復合材料制孔的尖刃雙級可換套料鉆，以提升終孔質量，降低制孔成本。該鉆頭是一種雙級可換結構的鉆頭，其第一級是具有尖刃結構的套料鉆，通過分布在刀具刀體尖刃機構上的尖刃，沿刀具軸線高速旋轉，快速切斷復合材料纖維；第一級結構通過鎖緊螺釘固定在刀體上，可以在報廢后進行快速更換，其后一級是修磨出鑲片區(qū)的麻花式結構，在該級與第一級的過渡區(qū)，安裝有可換過渡刀片，同時沿螺旋槽方向分布若干可換擴孔刀片，通過第一級結構實現(xiàn)被加工孔大部分的材料的高效率切削去除，通過后一級結構實現(xiàn)終孔的加工。該刀具具有尖刃機構、可換刀頭和可換擴孔刀片，特別適合于單工序高質量加工孔徑較大的復材孔。