本發明涉及制孔刀具領域，特別是指一種在加工碳纖維板過程中用于制孔和孔肩倒角的成型臺階鉆。

背景技術：

當前，國內外通用飛機越來越多地采用復合材料，特別是在輕型通用飛機上的應用更加廣泛。飛機的機翼(包括翼梁、桁條和蒙皮)、機身、尾翼、蒙皮、油箱、發動機艙都是采用復合材料，而制孔是纖維增強復合材料制造過程中最重要的加工工序之一，且現有工藝為手動氣動工具進行加工。

由于纖維增強復合材料是由質軟而粘性大的基體材料和強度高、硬度大的纖維增強材料混合而成的二相或多相結構材料，其各向異性、低熱傳導率、低層間結合強度使其成為典型的難加工材料。

現今生產中用途廣泛的復合材料主要分為玻璃纖維復合材料和碳纖維復合材料，而碳纖維復合材料所具有的高強度、高剛度、抗疲勞性能好、耐高溫性好等優點，使其在飛機設計、制造上具有更好的優勢和應用。隨著碳纖維的廣泛應用，隨之也帶來了碳纖維復合材料在加工和裝配上的問題。此時，碳纖維復合材料的缺點更加的凸顯出來，成為了鉆孔、裝配的主要問題來源。在碳纖維復合材料鉆孔時主要克服碳纖維復合材料結構的高強度、高硬度、導熱性差、各向異性、層間強度低等難題，因此，在纖維增強復合材料制孔過程中，除傳統金屬材料制孔缺陷(尺寸誤差、圓度誤差、位置誤差和垂直度誤差等)外，還表現為分層、出入口撕裂與毛刺、孔壁表面纖維拔出等，且加工效率不高。

國內原有在碳纖維板上加工制孔，并對孔肩進行倒角，如圖1所示，使用的是用匕首鉆a制孔，然后如圖2所示的使用鍃鉆b對孔肩進行倒角，因此整個工藝需要兩把刀來進行加工，加工方式為手用氣動工具，這樣效率低且容易出現尺寸不好控制的弊端；現有的工藝分成兩把刀具來完成的原因是能夠保證倒角面精度更好，而且兩次加工的切削阻力小，所以在此之前的制孔工藝一直沒有使用一刀兩用的整體方案的原因是會造成倒角面不直，且刃口容易崩刃。

技術實現要素：

本發明提供一種用于碳纖維板上制孔的成型臺階鉆，其所要解決的主要技術問題是：傳統的對碳纖維板等增強復合材料上進行加工制孔時，鉆孔以及孔肩倒角分別是依靠兩把刀具來完成的，因此加工工藝相對復雜，需要中途換刀，而且采購成本高。

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于碳纖維板上制孔的成型臺階鉆，其包括鉆頭、倒角刀以及刀柄，所述鉆頭、倒角刀以及刀柄同軸依次連接，所述鉆頭為麻花鉆，其包括兩個呈螺旋形且以刀柄的中心軸線呈中心對稱設置的鉆刃部，兩個所述鉆刃部上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的鉆孔排屑槽，所述鉆刃部包括鉆尖錐面刃、螺旋周刃以及依次連接在所述鉆尖錐面刃與螺旋周刃之間的第二錐面刃及第三錐面刃；所述倒角刀包括兩個呈螺旋形且以刀柄的中心軸線呈中心對稱設置的倒角刃部，兩個所述倒角刃部上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的倒角排屑槽，所述倒角刃部包括倒角錐刃以及圓周副刃，所述倒角錐刃與所述螺旋周刃相連接形成臺階狀，所述鉆孔排屑槽與所述倒角排屑槽連通。

優選于：所述鉆尖錐面刃的半頂角為65.5°-66.5°，所述第二錐面刃的半頂角為42°-43°，所述第三錐面刃的半頂角為26.5°-27.5°；所述倒角錐刃的半頂角為49.5°-50.5°。

優選于：所述鉆刃部以及倒角刃部均為右螺旋結構，所述鉆孔排屑槽及倒角排屑槽均為右螺旋結構，所述鉆刃部及鉆孔排屑槽的螺旋角度為18°-19°，所述倒角刃部及倒角排屑槽的螺旋角度為27°-28°。

優選于：所述螺旋周刃上與所述倒角錐刃連接的一端開設有清根槽口，所述清根槽口的寬度為0.8mm、深度小于0.15mm。

優選于：所述鉆尖錐面刃的第一后刀面的寬度為0.7-0.75mm、后角為19°-21°，所述鉆尖錐面刃的第二后刀面的寬度為2.2-2.4mm、后角為35°-39°，所述鉆尖錐面刃的第三后刀面的后角為60°；所述第二錐面刃及第三錐面刃的第一后刀面的后角均為19°-21°、第二后刀面的后角均為35°-39°；所述倒角錐刃的后刀面的后角為18°-19°。

優選于：所述鉆尖錐面刃與所述第二錐面刃相交形成的刀尖圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為4.47-4.49mm，所述鉆尖錐面刃的圓跳度公差不超過0.01mm，所述第二錐面刃與所述第三錐面刃相交形成的刀尖圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為6.24-6.26mm，所述螺旋周刃圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為7.90-7.92mm，所述圓周副刃圍繞所述刀柄的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為11.989-12mm，所述刀柄的直徑為9.98-10mm，所述螺旋周刃及圓周副刃的圓跳度公差均不超過0.003mm。

優選于：所述鉆頭上位于所述鉆孔排屑槽的槽底部的直徑為1.95-2.05mm，所述螺旋周刃的后刀面的寬度為2.20-2.30mm，所述螺旋周刃的后刀面的鏟背落差為0.25mm，所述螺旋周刃的后刀面至所述鉆刃部的刀背面之間設置呈翻背結構，且所述螺旋周刃至所述鉆刃部的刀背面之間的寬度為4.3mm。

優選于：所述圓周副刃至所述倒角刃部的刀背面之間的寬度為5.7mm。

優選于：兩個所述鉆刃部上的鉆尖錐面刃之間形成的橫刃為X型，所述鉆頭上位于所述橫刃的兩端開設有切出口，且所述切出口的切出方向與所述鉆頭的徑向面之間的夾角為57°，所述切出口的槽底夾角為90°，所述切出口的一側槽壁與所述鉆尖錐面刃相交形成的邊與所述橫刃之間的夾角為130°，兩個所述切出口分別與兩個所述鉆尖錐面刃相交形成的邊在軸向投影上的距離為0.15-0.19mm，兩個所述切出口分別與兩個所述鉆尖錐面刃的后刀面相交形成的邊的在軸向投影上的距離為0.233mm。

優選于：所述鉆頭的長度為27.175-27.215mm，所述鉆孔排屑槽與倒角排屑槽的長度之和為45-45.5mm，所述鉆頭與倒角刀的長度之和為54.5-55.5mm，所述鉆頭、倒角刀以及刀柄的長度之和為85-85.5mm。

優選于：鉆頭以及倒角刀的表面均具有CVD粗金剛石涂層。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、提出的一種將制孔以及孔肩倒角作為一刀加工的整體方案，能夠簡化加工工序，不用中途換刀，而且縮減了采購成本；另外通過鉆頭與倒角刀之間二次開槽變螺旋角的結構設計，倒角錐刃增大螺旋角使倒角面更直，精度能得到更好保證，解決了倒角尺寸、精度不能保證、刃口容易崩缺以及阻力大的問題；

二、在鉆頭的錐面上采用依次設置的多個頂角逐漸減小的錐面刃逐漸擴孔的方式來克服碳纖維板的高強度、高硬度、導熱性差、各向異性、層間強度低等問題，而不至于對復合材料板造成垂直沖擊，消除了復合材料板的制孔出口分層的現象，防止進、出口劈裂的問題。

附圖說明

圖1為傳統的匕首鉆制孔示意圖。

圖2為傳統的鍃鉆倒角示意圖。

圖3為本發明的成型臺階鉆結構示意圖。

圖4為本發明的成型臺階鉆一刀制孔、倒角示意圖。

圖5為本發明的鉆頭結構示意圖。

圖6為本發明的鉆頭前端面結構示意圖。

圖7為本發明的鉆尖錐面刃的結構參數標注示意圖。

圖8為本發明的第二、三錐面刃的結構參數標注示意圖。

圖9為本發明的倒角錐刃的結構參數標注示意圖。

圖10為本發明的清根槽結構示意圖。

圖11為圖6中A的局部放大結構示意圖。

圖12為本發明的圓周副刃的局部橫截面結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖3至12以及較佳實施例對本發明提出的一種用于碳纖維板上制孔的成型臺階鉆作更為詳細說明。

本發明提供一種用于碳纖維板上制孔的成型臺階鉆，其包括鉆頭1、倒角刀2以及刀柄3，所述鉆頭1、倒角刀2以及刀柄3同軸依次一體成型的連接，并采用粗金剛石工藝進行涂層，使刀具的壽命得到明顯提升，所述鉆頭1為麻花鉆，其包括兩個呈螺旋形且以刀柄3的中心軸線呈中心對稱設置的鉆刃部11，兩個所述鉆刃部11上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的鉆孔排屑槽12，所述鉆刃部11包括鉆尖錐面刃13、螺旋周刃14以及依次連接在所述鉆尖錐面刃13與螺旋周刃14之間的第二錐面刃15及第三錐面刃16；所述倒角刀2包括兩個呈螺旋形且以刀柄3的中心軸線呈中心對稱設置的倒角刃部21，兩個所述倒角刃部21上相互對應的前刀面與刀背面之間均圍繞出螺旋狀的倒角排屑槽22，所述倒角刃部21包括倒角錐刃23以及圓周副刃24，所述倒角錐刃23與所述螺旋周刃14相連接形成臺階狀，所述鉆孔排屑槽12與所述倒角排屑槽22連通；所述鉆尖錐面刃13的半頂角為65.5°-66.5°，所述第二錐面刃15的半頂角為42°-43°，所述第三錐面刃16的半頂角為26.5°-27.5°；所述倒角錐刃23的半頂角為49.5°-50.5°；所述鉆刃部11以及倒角刃部21均為右螺旋結構，所述鉆孔排屑槽12及倒角排屑槽22均為右螺旋結構，所述鉆刃部11及鉆孔排屑槽12的螺旋角度為18°-19°，所述倒角刃部21及倒角排屑槽22的螺旋角度為27°-28°。

本發明在具體實施時，如圖4所示，所述鉆刃部11上具有頂角逐漸減小的三頂角的錐面刃，進而能夠便于在制孔過程中逐漸擴孔，防止對碳纖維板造成沖擊，防止制孔的進出口劈裂分層，另外通過在鉆刃部11的軸向后端連接有臺階狀的倒角刃部21，進而借助所述倒角刃部21在所述鉆頭1沖入制出的孔中后對孔肩進行同步倒角，無需額外的定位，倒角精準，并且借助兩個所述倒角刃部21之間二次開槽結構形成的比所述鉆刃部11更大的螺旋角，使所述倒角錐刃23的前角更大，能夠有利于所述倒角錐刃23的切削，能夠增加到倒角面的精確度。

進一步，如圖10所示，所述螺旋周刃14上與所述倒角錐刃23連接的一端開設有清根槽口4，由于所述清根槽口4為常見結構，因此功能不再贅述，所述清根槽口4的寬度為0.8mm、深度小于0.15mm。

所述鉆尖錐面刃13的第一后刀面131的寬度為0.7-0.75mm、后角為19°-21°，所述鉆尖錐面刃13的第二后刀面132的寬度為2.2-2.4mm、后角為35°-39°，所述鉆尖錐面刃13的第三后刀面133的后角為60°；如圖8所示，所述第二錐面刃15及第三錐面刃16(圖中標注的為第二錐面刃15)的第一后刀面的后角均為19°-21°、第二后刀面的后角均為35°-39°；如圖9所示，所述倒角錐刃23的后刀面231的后角為18°-19°。

如圖5所示，所述鉆尖錐面刃11與所述第二錐面刃15相交形成的刀尖圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為4.47-4.49mm，所述鉆尖錐面刃11的圓跳度公差不超過0.01mm，所述第二錐面刃15與所述第三錐面刃16相交形成的刀尖圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧軌跡的直徑為6.24-6.26mm，如圖3所示，所述螺旋周刃14圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為7.90-7.92mm，所述圓周副刃24圍繞所述刀柄3的中心軸線旋轉形成的掃略圓弧面的直徑為11.989-12mm，所述刀柄3的直徑為9.98-10mm，所述螺旋周刃14及圓周副刃24的圓跳度公差均不超過0.003mm。

如圖6所示，所述鉆頭1上位于所述鉆孔排屑槽12的槽底部的直徑為1.95-2.05mm，所述螺旋周刃14的后刀面141的寬度為2.20-2.30mm，所述螺旋周刃14的后刀面141的鏟背落差為0.25mm，所述螺旋周刃14的后刀面141至所述鉆刃部11的刀背面之間設置呈翻背結構，且如圖3所示，所述螺旋周刃14至所述鉆刃部11的刀背面之間的寬度為4.3mm，本實施例通過在螺旋周刃14的后刀面141與刀背面之間設置鏟背落差，能夠實現在制孔過程中不會干擾孔內壁，并借助翻背結構使得所述鉆孔排屑槽12中的屑絲能夠在翻背結構的內鉤引導下翻轉，不會戳至孔的內壁。

如圖12所示，所述圓周副刃24至所述倒角刃部21的刀背面之間的寬度為5.7mm。

如圖11中所示，兩個所述鉆刃部11上的鉆尖錐面刃13之間形成的橫刃17為X型，所述鉆頭1上位于所述橫刃17的兩端開設有切出口18(如圖3、5、6、11中所示)，且所述切出口18的切出方向與所述鉆頭1的徑向面之間的夾角為57°，所述切出口18的槽底夾角為90°，所述切出口18的一側槽壁與所述鉆尖錐面刃13相交形成的邊與所述橫刃17之間的夾角為130°，兩個所述切出口18分別與兩個所述鉆尖錐面刃13相交形成的邊在軸向投影上的距離為0.15-0.19mm，兩個所述切出口18分別與兩個所述鉆尖錐面刃13的后刀面相交形成的邊的在軸向投影上的距離為0.233mm。

所述鉆頭1的長度為27.175-27.215mm，所述鉆孔排屑槽12與倒角排屑槽22的長度之和為45-45.5mm，所述鉆頭1與倒角刀2的長度之和為54.5-55.5mm，所述鉆頭1、倒角刀2以及刀柄3的長度之和為85-85.5mm。

綜合上所述，本發明的技術方案可以充分有效的完成上述發明目的，且本發明的結構原理及功能原理都已經在實施例中得到充分的驗證，而能達到預期的功效及目的，且本發明的實施例也可以根據這些原理進行變換，因此，本發明包括一切在申請專利范圍中所提到范圍內的所有替換內容。任何在本發明申請專利范圍內所作的等效變化，皆屬本案申請的專利范圍之內。