專利名稱：一種高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種材料的切割工具，具體涉及一種聞強纖維樹脂基復合材料的聞效切割工具。
背景技術：
高強纖維樹脂基復合材料是由質軟而粘性大的樹脂基體與強度高、硬度大的纖維絲混合而成的二相或多相結構。該類復合材料結構件大多是直接在成型模上用多層纖維 (布)編織并用特種樹脂粘接起來的薄壁零件，其力學性能呈現各向異性，層間強度低，纖維硬度高或高韌性、強度大，屬于典型的難加工材料。因此，選擇一種合適的切割工具加工是保證該種材料切割質量的關鍵。由于纖維具有較高的強度或韌性，在切割過程中會產生大量的切削熱，這些切削熱使得樹脂與纖維的粘結強度下降，纖維從樹脂中拔出。如果切割工具的鋒利度不夠，不能將高強纖維及時切斷，則易形成毛邊、分層等缺陷。因此加工工具必須保證刀具刃口鋒利且切削區域殘留的切削熱要低。期刊《國外固體火箭技術》1987年第9期中，文獻《凱夫拉芳綸纖維的切割與機加》 提到了一種交錯齒軍刀形鋸片的制造。該刀具鋸齒正反方向交錯，切削刃較鋒利，易于切斷凱夫拉纖維，但由于凱夫拉纖維強度和硬度較高，加速了刀具磨損而且使用工藝范圍較窄， 不利于加工效率的提聞。中國公開號為CN1146945中公布了一種超薄金剛石切割片及其制造方法。此專利采用化學鍍和電鍍兩種方法相結合制造了一種無基體式的金剛石切割片，厚度僅為 O. 02 O. 1_。該專利由于其強度低、剛性差，只適用于切深小，寶石、硅片等硬脆材料的切割加工中，在加工切深大高強纖維樹脂基復合材料時則容易發生破碎破壞。期刊《導彈與航天運載技術》1994年第5期中，《碳纖維復合材料切削工藝》提到了一種金剛石砂輪片的制造。該工具基體為金屬材料，厚度為O. 20_，切削區域電鍍金剛石磨粒。該工具在加工碳纖維復合材料時，散熱條件不好，易發生樹脂粘附失效，在加工厚板時一般要采用雙面切割工藝，產生的毛邊缺陷要經過金剛石磨輪和精細砂紙的打磨，工序繁雜，降低了加工效率。可以看出，現有切割工具存在強度低、剛度差，冷卻排屑能力不足，切割過程中易發生樹脂粘結堵塞失效，磨損過快，壽命低等缺陷。

發明內容
鑒于已有切割工具存在的缺陷，本發明提供了一種高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具，通過采取高切割線速度(V ^ 30m/sec)和三個表面均粘附微粉級金剛石磨粒(150-300目)的超薄切刃工藝措施，有效地提高了切割工具的鋒利度和耐磨性，并利用超薄鋸齒3的切割作用和超硬磨料的多刃磨削作用將高強纖維快速切斷，利用依據槽齒寬比e/a = O. 5-1. 5設計的排屑槽I及時地將切屑排出，避免切削熱在切削區域的殘留，有效降低切削區域的溫度，達到高強纖維樹脂基復合材料的無毛邊高效加工的目的。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具，是一種高強度金屬材料制造的圓環形帶齒結構，其特征是，該切割工具的外圓圓周上開有若干排屑槽，厚度L = O. 2-0. 5_，使切割工具在高線速度(V彡30m/sec)下具有較高的鋒利度。為確保排屑槽有足夠大的容屑空間，使得切屑和大量的切削熱能夠及時地隨著切屑的流出而排出，避免因切割溫度高導致復合材料基體樹脂軟化，加劇加工毛邊和毛刺的形成，排屑槽寬度e和鋸齒寬度a之比，即槽齒寬比應控制在e/a = O. 5-1. 5 ;為了增強切割刀具的耐磨性，在鋸齒的圓周方向正面、前端面和兩側面電鍍或熱壓燒結一層超硬金剛石微粉磨粒層。所述的排屑槽I和鋸齒3的形狀可以根據不同的纖維強度，設計為矩形或梯形。所述的金剛石微粉磨料粒度為200-300目，可以通過電鍍或熱壓燒結方式固結在鋸齒的正面、前端面和兩側面上。當采用該切割工具進行加工時，主軸帶動切割工具高速旋轉，該切割工具正面刀齒就像裁紙刀一樣地鋒利，在線速度V > 30m/sec的條件下劃切高強纖維，起到對高強纖維的快速切斷作用，刀齒前端和兩側的超硬金剛石微粉磨粒在切割過程中進一步對鋸口底部和兩側面的纖維與樹脂基體進行磨削，排屑槽提供了足夠大的容屑空間，使得切屑和大量的切削熱能夠及時地隨著切屑的流出而排出，避免因切割溫度高導致復合材料基體樹脂軟化，加劇加工毛邊和毛刺的形成，以確保切割表面無毛邊和無毛刺缺陷。本發明的有益效果是(I)在高線速度(V彡30m/sec)的工作條件下，刀具的鋒利度得到了顯著提高。(2)通過電鍍或熱壓燒結固結在鋸齒上的金剛石微粉磨料顯著提高了該切割工具的耐磨性，增加了該工具的使用壽命。(3)排屑槽提供了足夠大的容屑空間，及時將切屑排出，切削熱隨著切屑的排出而排出，降低了切削區域的溫度，增強了刀具本身冷卻排屑功能。(4)在切割過程中，該切割工具具備超薄鋸片的切割和金剛石微粉磨粒的磨削兩種加工方法的特點，實現了芳綸和碳纖維等高強纖維樹脂基復合材料薄板類構件的無毛邊高效切割。


圖I是切割工具結構圖。圖2是切割工具左剖視圖。圖3是切割工具結構局部放大視圖。圖4是切割加工過程示意圖。圖中I排屑槽，2磨削部分，3鋸齒，4定位孔，L是切割工具基體的厚度，LI是電鍍后切割工具切削部分厚度，Θ是排屑槽頂角角度，b是切削部分單邊徑向長度，D是切割工具基體外圓直徑，
Dl是切割工具定位孔直徑。
具體實施例方式下面結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例，具體實施步驟如下。采用所述的切割工具進行凱夫拉纖維增強樹脂基復合材料進行加工試驗。切割工具基體材料選用熱處理后的高強彈簧鋼，厚度L為O. 20mm,外徑D為110mm，定位孔4直徑 Dl為70mm，圓周上均布64個排屑槽1，排屑槽I的型式采用V型，排屑槽頂角Θ為60°， 槽齒寬比e/a為I. I。磨削部分2為通過電鍍工藝固結在鋸齒3上的金剛石微粉磨料，粒度為300目，電鍍后切割工具切削部分厚度LI為O. 36mm，單邊徑向長度為b 4mm。當采用該切割工具加工時，將切割工具通過定位孔4定位夾緊在夾具上，夾具夾持在主軸上，高強纖維樹脂基復合材料定位夾緊在工作臺上如圖4所示。主軸帶著切割工具高速旋轉，從而切割工具切削部分獲得同樣的轉速n，線速度V = JiDn/60。加工時，主軸轉速n 10000r/min,進給速度f 80mm/min,切削部分的線速度為58m/sec。加工試驗結果表明，采用所述的切割工具加工凱夫拉纖維樹脂基復合材料時，切割工具足夠鋒利將凱夫拉纖維切斷，切屑及時地流出切削區域，明顯地降低切削區域的溫度，實現了無毛邊高效加工。
權利要求
1.一種高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具，是一種高強度金屬材料制造的圓環形帶齒結構，其特征是，該切割工具的外圓圓周上開有若干排屑槽，厚度L =O.2-0. 5mm ;排屑槽寬度e和鋸齒寬度a之比，即槽齒寬比應控制在e/a = O. 5-1. 5。
2.如權利要求I所述的高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具，其特征還在于，排屑槽和鋸齒的形狀根據不同的纖維強度，設計為矩形或梯形。
3.如權利要求I或2所述的高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具，其特征還在于，鋸齒的圓周方向正面、前端面和兩側面電鍍或熱壓燒結一層金剛石微粉磨粒層。
4.如權利要求3所述的高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具，其特征還在于，所述的金剛石微粉磨料粒度為200-300目。
全文摘要
本發明公布了一種高強纖維樹脂基復合材料無毛邊高效切割工具。該切割工具采用高強度金屬材料制造的圓環形帶齒結構，厚度為0.2-0.5mm，外圓均布若干按槽齒寬比e/a＝0.5-1.5設計的排屑槽，鋸齒圓周方向正面和兩側面電鍍或熱壓燒結一層超硬金剛石微粉磨粒層。本發明顯著地提高了刀具的鋒利度和耐磨性，以及本身冷卻排屑的能力，有效抑制了高強纖維樹脂基復合材料切割毛邊缺陷的產生，大大提高了加工質量和加工效率。
文檔編號B26D1/14GK102581862SQ20121006064
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者王奔, 郭東明, 高航, 鮑永杰, 黃均亮 申請人:大連理工大學