專利名稱：一種鉆/磨孔一體化組合刀具的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械加工制造技術領域，涉及到一種鉆/磨孔一體化組合刀具，特別是針對各類高模量復合材料(碳/石英、碳/碳、碳纖維增強、玻璃鋼等)表面通孔或“通孔+沉孔”加工，及其與金屬如鈦合金、鋁合金等層疊的組合件表面通孔或“通孔+沉孔”一體化加工而設計的一種高效組合制孔刀具。
背景技術：
碳纖維復合材料具有一系列的優點而廣泛的用于航空、航天領域?？准庸ぴ诤祭w維復合材料機械加工中占有很大的比重。由于材料自身的特性，導致其加工困難、效率低、廢品率高。目前，在碳纖維復合材料的加工中仍采用傳統的鉆頭，例如高速鋼鉆頭、硬質合金鉆頭等等。但是用傳統的鉆頭加工，不僅刀具磨損快，而且極易產生毛刺或撕裂等缺陷使其成為典型的難加工材料，采用磨削方法替代傳統鉆削方法是實現復合材料無毛刺缺陷制孔的有效途徑。但是對于要求復合材料/金屬材料(如鈦合金或鋁合金)層疊組合件的一體化加工工況，因鈦合金或鋁合金塑性大，通常只能用鉆頭進行孔加工，而且材料性粘易堵塞砂輪，所以不能用磨削方法進行加工。目前多數生產企業即使對于一個Φ4H9的通孔，為確保加工過程不產生毛刺或撕裂等缺陷，只能采用“鉆孔-擴孔-粗鉸孔-精鉸孔-锪孔”多道工序加工，才能確?？准庸べ|量。
在期刊《工具技術》第33卷第2期中，文獻《新型碳纖維復合材料孔加工刀具—電鍍金剛石復合鉆》介紹了針對于復合材料加工的電鍍金剛石復合鉆，這種復合鉆是由帶錐體的鉆頭和導向鉆組成，在錐體上電鍍上金剛石顆粒，并開有兩條對稱螺旋狀的分屑槽，起容屑、排屑作用，導向鉆的主要作用是預鉆孔，由錐體金剛石鍍層部分起主要切削作用，這種刀具的特點是利用了金剛石鋒利、耐磨的特性，減小了碳纖維復合材料加工時產生的缺陷，但是導向鉆與金剛石鍍層的加工壽命不一樣，當導向鉆磨鈍后，切削力會顯著增加，而且發熱嚴重，直接影響金剛石鍍層的壽命，可能導致刀具的鍍層脫落燒損等現象的發生，同時，金剛石顆粒不均勻，孔的加工精度難以保證，無法到達工件本身的要求，所以它不適合碳纖維復合材料孔的一體化加工，特別是無法同時滿足復合材料/金屬材料層疊組合件一體化加工。
在期刊《機械工人(冷加工)》2004年第5期，文獻《快速加工孔的利器—鉆、鏜、絞組合刀具》介紹了一種鉆、鏜、絞組合刀具，它是將鉆頭、鏜刀、絞刀三種刀具合為一體，集合了鉆頭的快捷高效、鏜刀的修正功能、絞刀表面粗糙度低的優點，三種刀具是通過手工鉚定和銅焊裝在刀柄上。這種刀具主要用于金屬了的加工，效率較高、表面質量較好，但不適合復合材料。此外三種刀具裝配使用，裝配精度不易保證且裝配困難，鏜孔加工時振動大，切削力不穩定，當加工碳纖維復合材料時會產生大的缺陷，而且這種刀具沒有達到鉆、擴、絞、锪一體化加工的要求。
在以往針對鉆削加工的專利發明中，有不同類型復合刀具的例子，如CN2235347Y公開的一種組合刀具，這種刀具是通過在刀桿上設置附加刀具來實現孔的鉆、鏜、絞的一次性加工，但這種刀具的缺陷在于，它只是對孔的修整加工，加工余量小，刀片的安裝精度直接影響到孔的精度，而且不能實現擴孔、锪孔加工，特別是加工時切削力大，這對于對切削力要求很嚴格的碳纖維復合材料而言更加不適合；在CN1081404A公開的帶附加切削工具的去毛刺工具，是一種用于去除孔邊毛刺的去毛刺工具，在一個旋轉工具柄上設有一個或多個的徑向可調的切削刀，同時可以設置附加切削工具來實現孔內、外區域的附加倒角和平面，實現多種工具的同時加工。但這種工具只能用于通孔的毛刺去除加工，屬于附加工序，無法提高加工效率，同時刀具的定心差，無法保證孔的加工精度和其他要求；在CN1042109A公開的產生倒角孔的鉆孔裝置，這種裝置借助鉆頭夾持器把鉆孔工具插入鉆床內，在鉆孔工具前端安置鉆頭和鉆模板，鉆孔設備通過鉆頭振動產生帶有前倒角鉆孔，這種設備將兩道工序合為一道工序，提高了加工效率，但加工精度難以保證，特別是振動加工對于碳纖維復合材料會產生缺陷導致報廢，而且它無法實現孔的一體化加工；在CN85204182U公開的鉆擴絞加工裝置和方法，該裝置提供了一種改進了鉆套內孔形狀新的快換定位刀具的裝置和一把與裝配配套使用的刀具。該裝置有三個不同形狀的內孔的刀具定位套，分別安裝鉆頭、擴孔刀、絞刀，三種刀具分別對孔進行加工以達到提高孔加工精度、消除刀具積累誤差的目的，但采用此裝置時，仍然孔仍然需要幾次加工完成，而且刀具裝夾繁瑣，它只是避免了工件的重復裝夾定位，對于提高加工效率作用不大，且裝置本身設計復雜，增加了鉆孔的成本；在CN88203889U公開的階梯式麻花鉆頭是用于實現階梯孔的加工，它是將麻花鉆頭做成同體而不同直徑的階梯型，從而實現一次成型、高精度、高效率的加工，但這種對于碳纖維復合材料的加工是遠遠不夠的，麻花鉆的刃型不適合用于碳纖維復合材料的加工，而且無法實現對孔的鉆、擴、锪一體化加工。
碳纖維復合材料在航空、航天領域中開始取代傳統的鋁制構件，它常常與鈦合金、鋁合金等共同使用，例如飛機機翼采用碳纖維復合材料和鈦合金制造。碳纖維復合材料是典型的難加工材料，鉆孔時易產生分層、撕裂等各種缺陷導致構件失效，在實際加工生產中，由于碳纖維復合材料與鈦合金、鋁合金的加工性能是不同的，所以通常采用不同刀具對其進行加工，需要鉆削定位孔-鉆孔-擴孔-絞孔-锪孔五道工序來完成，加工效率低、成本高、廢品率高，是制約碳纖維復合材料發展的主要瓶頸。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種鉆/磨孔一體化組合刀具，針對各類高模量復合材料(碳/石英、碳/碳、碳纖維增強、玻璃鋼等)表面通孔或“通孔+沉孔”加工，及其與金屬如鈦合金、鋁合金等層疊的組合件表面通孔或“通孔+沉孔”一體化加工而設計的一種高效組合制孔刀具。
本發明解決技術問題的技術方案是針對上述的各種不足而設計的新型刀具，用以實現碳纖維復合材料的高質高效、低成本加工。刀具由锪磨沉孔段、擴磨孔段、導向頭三部分組成(如圖1所示)，锪磨沉孔段和擴磨孔段均有用于鉆磨加工的磨粒層，其中锪磨沉孔段為圓錐形或圓柱形或圓錐與圓柱組合形式或階梯形式(如圖2-5所示)，擴磨孔段為圓柱與圓錐組合形式或電鍍磨料鉆頭，導向頭(如圖6所示)為前端帶倒角的圓柱。
刀具擴磨孔段圓柱與圓錐組合形式包括精磨孔部位、擴磨孔部位和鉆磨孔部位(如圖7所示)，端面開有排屑槽，中心有排屑孔(如圖8所示)，表面磨粒的排布可以是整體均勻分布，或者是按照螺旋形、菱形、直線形、圓形或樣條曲線形等規則形狀分布(如圖9-14所示)。精磨孔部位和擴磨孔部位選用不同粒度的磨粒，可以實現粗、精加工，鉆磨孔部位為刀具端面，表面有磨料層，并可根據不同要求開2個以上排屑槽，擴磨孔部位表面磨?？刹捎媚チ０殉止に嚾珉婂児に?、釬焊工藝、固結磨粒燒結工藝等，排布為規則形狀。
擴磨孔部分電鍍磨料鉆頭為在普通鉆頭螺旋刃上及端部電鍍有磨粒的鉆頭(如圖15、16所示)。
刀具锪磨沉孔段與擴磨孔段的聯接可以是整體結構，也可以是內錐孔配合結構，刀具擴磨孔段與導向頭的聯接為圓柱配合結構或內錐孔配合結構，通過刀具擴磨孔段端面的內孔，刀具可以與導向頭組合，通過锪磨沉孔段端面的內孔可與電鍍磨料鉆頭組合。刀具可通過冷裝配法將三部分組合，也可以整體制造，锪磨沉孔段和擴磨孔段可以作為獨立的锪孔或鉆孔加工刀具。
刀具采用機械加工工藝、磨粒把持工藝(電鍍工藝、釬捍工藝、固結磨料燒結工藝或粘結工藝)等多種工藝復合制作。
本發明的效果和益處是可實現多種不同類型材料的一次成型鉆削加工，例如碳纖維復合材料與鋁合金組合加工或碳纖維復合材料與鈦合金組合加工等；可實現試件的表面通孔或“通孔+沉孔”一體化加工；可實現鉆、擴、絞、锪一體化加工，減少加工工序，顯著提高加工效率?？筛鶕鞣N不同加工要求，實現粗、精加工一體化，排屑方便，顯著提高試件加工質量、加工效率和刀具壽命。刀具采用機械加工工藝，磨粒把持工藝等多種工藝復合而成，制作方便，成本低廉。


圖1一種鉆/磨孔一體化組合刀具示意圖。
圖2錐形锪磨沉孔段示意圖。
圖3圓柱形锪磨沉孔段示意圖。
圖4圓錐與圓柱組合形式锪磨沉孔段示意圖。
圖5階梯形锪磨沉孔段示意圖。
圖6導向頭示意7擴磨孔段圓柱與圓錐組合形式示意圖。
圖8鉆磨孔部位端面示意圖。
圖9全磨粒擴磨孔段示意圖。
圖10螺旋形擴磨孔段示意圖。
圖11菱形擴磨孔段示意圖。
圖12直線形擴磨孔段示意圖。
圖13圓形擴磨孔段示意圖。
圖14樣條曲線形擴磨孔段示意圖。
圖15電鍍磨粒鉆頭示意圖。
圖16電鍍磨粒鉆頭端面示意圖。
圖中1锪磨沉孔段，2擴磨孔段，3導向頭，4精磨孔部位，5擴磨孔部位，6鉆磨孔部位，7磨粒，8排屑槽，9中心排屑孔。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。
圖1中為一種鉆/磨孔一體化組合刀具，刀具基體采用金屬材料。锪磨沉孔段1與擴磨孔段2采用錐形配合連接，擴磨孔段2與導向頭3采用圓柱配合連接，刀具表面磨粒采用電鍍工藝(也可采用釬捍工藝、固結磨料燒結工藝、粘結工藝等)，擴磨孔段2錐體部分磨粒為粗粒度磨粒，圓柱體部分為細粒度磨粒，以達到粗、精加工一體化的目的，鉆頭2表面磨粒形狀電鍍為全磨粒、螺旋形、菱形、直線形、圓形、樣條曲線形等等，锪磨沉孔段采用同一磨粒。此類刀具可用于各類高模量復合材料(碳/石英、碳/碳、碳纖維增強、玻璃鋼等)表面通孔或“通孔+沉孔”加工，及其與金屬(鈦合金、鋁合金等)層疊的組合件表面通孔或“通孔+沉孔”一體化加工。
權利要求
1.一種鉆/磨孔一體化組合刀具，其特征是由磨沉孔段、擴磨孔段和導向頭三部分組成；锪磨沉孔段和擴磨孔段有磨粒層；锪磨沉孔段為圓錐形式、圓柱形式、圓錐與圓柱組合形式或階梯形式；擴磨孔段為圓柱與圓錐組合形式或電鍍磨料鉆頭；導向頭為前端帶倒角的圓柱。
2.根據權利要求1所述的一種鉆/磨孔一體化組合刀具，其特征是刀具擴磨孔段的圓柱與圓錐組合形式包括精磨孔部位、擴磨孔部位和鉆磨孔部位；鉆磨孔部位端面開有排屑槽，中心有排屑孔，表面磨粒按照整體均勻、螺旋形、菱形、直線形、圓形或樣條曲線形等規則形狀排布。
3.根據權利要求1所述的一種鉆/磨孔一體化組合刀具，其特征是擴磨孔部分電鍍磨料鉆頭為在普通鉆頭螺旋刃上及端部電鍍有磨粒的鉆頭。
4.根據權利要求1所述的一種鉆/磨孔一體化組合刀具，其特征是刀具锪磨沉孔段與擴磨孔段的聯接是整體結構或內錐孔配合結構；刀具擴磨孔段與導向頭的聯接為圓柱配合結構或內錐孔配合結構，通過刀具擴磨孔段端面的內孔，刀具與導向頭組合，通過锪磨沉孔段端面的內孔可與電鍍磨料鉆頭組合。
全文摘要
一種鉆/磨孔一體化組合刀具，其特征是刀具由“锪磨沉孔段+擴磨孔段+導向頭”三部分組合而成，锪磨沉孔段和擴磨孔段均有磨粒層，其中锪磨沉孔段為圓錐形或圓柱形或圓錐與圓柱組合形式或階梯形式，擴磨孔段為圓柱與圓錐組合形式或電鍍磨料鉆頭，導向頭為前端帶倒角的圓柱；刀具擴磨孔段圓柱與圓錐組合形式包括精磨孔部位、擴磨孔部位和鉆磨孔部位，鉆磨孔部位端面開有排屑槽，中心有排屑孔，表面磨粒的排布為整體均勻分布，或者按照螺旋形、菱形、直線形、圓形或樣條曲線形等規則形狀分布；擴磨孔部分電鍍磨料鉆頭為在普通鉆頭螺旋刃上及端部電鍍有磨粒的鉆頭。本發明益處是可實現高模量復合材料或其與金屬層疊的組合件高效加工。
文檔編號B24D3/00GK1935430SQ20061004806
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月17日 優先權日2006年10月17日
發明者高航, 郭東明, 鮑永杰, 康仁科, 金洙吉 申請人:大連理工大學