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CN107008952A - 一种带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具 - Google Patents

一种带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具 Download PDF

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CN107008952A CN201710405223.XA CN201710405223A CN107008952A CN 107008952 A CN107008952 A CN 107008952A CN 201710405223 A CN201710405223 A CN 201710405223A CN 107008952 A CN107008952 A CN 107008952A
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Abstract

一种带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，包括依次设置的钻削部、铰削部、锪窝部和刀柄，整个刀具设置有从钻尖延伸至铰削部与锪窝部交界处的两条螺旋槽；钻削部包括双锥角钻尖和钻削工作部，钻削工作部带有锥度，双锥角钻尖包含两段主切削刃，钻削工作部包含从钻尖末端延伸出来的棱边；铰削部包含从钻削部延伸出来的两个螺旋棱边；锪窝部包括两条主切削刃和两条延伸至刀柄的螺旋槽，两条主切削刃呈锥角，锪窝部螺旋槽内设置有螺旋断屑结构。该刀具将钻、铰、锪的结构集成到一把刀具上，对叠层薄板结构一次性完成钻、铰、锪精加工，提高了孔尺寸精度、同轴度精度以及表面质量，在保证加工效率的同时，具有良好的耐用度。

Description

一种带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具
技术领域
本发明涉及一种适用于叠层薄板精密制孔加工的钻、铰、锪一体化刀具，能够在难加工材料如铝合金、钛合金及其叠层薄板结构的制孔过程中保证制孔精度，实现有效断屑及排屑，并能够保证一定的刀具刚度，属于机械加工刀具技术领域。
背景技术
为了减小能源消耗、增加飞机寿命，铝合金与钛合金在飞机中使用的比重越来越高。在飞机装配过程中，常用螺栓和铆钉把铝合金和钛合金薄板连接在一起形成叠层结构以增强性能，优势互补。因此，需要在铝合金、钛合金及其叠层薄板上加工大量的连接孔。为保证制孔精度和形成锪窝结构，每个孔都需要钻、铰、锪三种加工。
但是，由于孔径小、材料加工难度大、对叠层制孔的同轴度要求高等特点，所以制孔过程中存在刀具刚度难保证、锪窝部分断屑困难、制孔精度不高、加工效率低等问题。
为此，在本发明提出的叠层薄板制孔刀具设计过程中，如何保证刀具刚度，如何实现锪窝部分有效断屑、避免切屑缠刀，成为研究叠层薄板制孔刀具的重点。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有叠层薄板制孔技术中存在的问题，提出一种带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔一体化刀具，能够对铝合金、钛合金及其叠层结构一次性完成钻、铰、锪精加工，通过锥钻结构提高刀具的刚度、保证孔尺寸精度、同轴度精度以及表面质量，同时加工过程中锥角对上层板的压力有效的控制了层间间隙的产生。通过刀具锪窝部的断屑结构保证锪窝加工时的有效断屑，避免了切屑缠刀导致的刀具崩断现象，延长了刀具寿命。本发明适用于厚度较小(厚度在6mm～8mm)的叠层薄板的孔精加工。
本发明的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，采用以下技术方案：
该刀具，包括依次设置的钻削部、铰削部、锪窝部和刀柄，整个刀具设置有从钻尖延伸至铰削部与锪窝部交界处的两条螺旋槽；钻削部包括双锥角钻尖和钻削工作部，钻削工作部带有锥度，双锥角钻尖包含两段主切削刃，钻削工作部包含从钻尖末端延伸出来的棱边；铰削部包含从钻削部延伸出来的两个螺旋棱边；锪窝部包括两条主切削刃和两条延伸至刀柄的螺旋槽，两条主切削刃呈锥角，锪窝部螺旋槽内设置有螺旋断屑结构。
所述从钻尖延伸至铰削部与锪窝部交界处的两条螺旋槽的螺旋角为右旋23°～30°，以保证周刃的刚度、强度和排屑性能。
所述钻削部的长度为4mm～6mm。
所述钻削部中双锥角钻尖的钻心直径不小于钻尖端直径的0.25倍，钻心也具有一定锥度，以保证钻刀具的刚度。
所述钻削部中双锥角钻尖的第一锥角为120°～132°，对应第一段主切削刃；第二锥角为90°对应第二段主切削刃。
所述钻削部中双锥角钻尖的两段主切削刃的最外缘前角为8°～12°，后角为11°～15°。
所述铰削部的螺旋棱边的外缘前角γ1为5°～10°，后角α1为6°～10°，这样使得铰削更加平稳，保证了刀具锋利度、耐用度和孔的精度。
所述铰削部的长度为6mm～8mm。
所述铰削部的直径与钻削部中钻削工作部的末端直径一致。
所述锪窝部直径为8mm～10mm，锪窝部的外缘前角γ2为5°～12°。
所述锪窝部的螺旋槽的螺旋角为右旋30°～35°
所述锪窝部的螺旋断屑结构的螺旋角为右旋30°～35°，断屑结构起始端的直径与铰削部直径一致，末端直径与锪窝部末端直径相同。
本发明通过将钻、铰、锪和断屑结构等结构集成到一把刀具上，实现叠层材料制孔一次性完成钻、铰、锪加工，保证了制孔的精度和同轴度；钻削部的双锥角结构能够有效断屑，避免了缠刀现象的产生；钻削部的锥角能够给上层板持续压力，有效地控制了层间缝隙的产生；铰削部的直径恒定，对已加工表面起到光整作用，提高了加工质量，为锪窝加工起到支撑导向作用；锪窝部的断屑结构能够有效断屑，保证了较好的锪窝质量，减小了锪窝阶段长切屑造成的缠刀现象。
实验证明，在合适工艺参数的配合下，本发明比普通麻花钻有更好的钻削轴向力分布和更好的耐用度。适用于铝合金、高温合金、钛合金等难加工材料的叠层薄板结构的小直径(小于6mm)的制孔加工，能够有效断屑，促进排屑，减小层间缝隙，保证了较好的刀具耐用度、制孔质量和加工效率。
附图说明
图1是本发明带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具的整体结构示意图。
图2是本发明中钻削部的钻尖的轴向截面图。
图3是本发明中钻削部的轴向截面示意图。
图4是本发明中包含断屑结构的锪窝部的径向的剖面示意图。
图5是本发明中锪窝部的断屑结构主视示意图。
图中：1.钻削部，2.铰削部，3.锪窝部，4.刀柄，5.锪窝部断屑结构。
具体实施方式
本发明的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，材质为硬质合金，其结构如图1所示，包括依次相连的钻削部1、铰削部2、锪窝部3和刀柄4。整个刀具设置有从钻尖延伸至铰削部与锪窝部交界处的两条螺旋槽，螺旋槽的螺旋角为右旋23°～30°，以保证周刃的刚度、强度和排屑性能。
钻削部1包括双锥角钻尖和钻削工作部，钻削工作部带有锥度。为实现有效断屑和排屑，钻削部1钻尖选择双锥角结构，双锥角钻尖包含两段等长度的主切削刃T1和T2，两段主切削刃相对中心线对称，参见图2。第一锥角对应第一段主切削刃T1，为120°～132°，最优值为120°。第二段锥角对应第二段主切削刃T2，为90°。两段主切削刃最外缘的前角为8°～12°，后角为11°～15°。钻削工作部包含从刀尖延伸出来的棱边，钻削部1的钻尖端直径D1，钻削工作部的末端直径与铰削部2的直径相同，均为D2。参见图3，钻削部两端直径(钻尖端直径D1和钻削工作部的末端直径D2)与钻削工作部长度共同决定了钻削工作部的锥角钻尖端的钻心直径d1(参见图2)不小于0.25D1，且钻心锥度(见图2)与工作部分的锥度(见图3)相同为这样保证了钻削部的刚度。
铰削部包含从钻削部延伸出来的2个螺旋槽和2个螺旋棱边。2个螺旋棱边形成的外缘前角γ1为5°～10°，后角α1为6°～10°，这样使得铰削更加平稳，保证了刀具锋利度、耐用度和孔的精度。2个螺旋槽由钻削部分延伸出来。铰削部的各处直径一致，无锥角。
锪窝部3包括两条主切削刃、两条延伸至刀柄4的右旋螺旋槽，螺旋槽中设置有一段断屑结构5(参见图1)。如图4所示，螺旋槽上对应有刃沟、周刃和刃背。锪窝部3的两条主切削刃呈锥角锪窝部3的直径为D3。锥角根据工程要求的角度确定。锪窝部3的外缘前角γ2为5°～12°。断屑结构5的螺旋角为右旋30°～35°，断屑结构的起始端直径与铰削部直径一致，为D2，断屑结构的末端直径与锪窝部末端直径相同，为8mm～10mm。
上述刀具适用于铝合金和难加工材料(高强度钢、高温合金、钛合金等)的薄板叠层结构精密制孔加工，对叠层薄板结构一次性完成钻、铰、锪精加工，通过有效断屑、促进排屑、减小层间缝隙、降低制孔轴向力，来提高孔尺寸精度、同轴度精度以及表面质量，在保证加工效率的同时，具有良好的耐用度。

Claims (10)

1.一种带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，包括依次设置的钻削部、铰削部、锪窝部和刀柄，其特征是：整个刀具设置有从钻尖延伸至铰削部与锪窝部交界处的两条螺旋槽；钻削部包括双锥角钻尖和钻削工作部，钻削工作部带有锥度，双锥角钻尖包含两段主切削刃，钻削工作部包含从钻尖末端延伸出来的棱边；铰削部包含从钻削部延伸出来的两个螺旋棱边；锪窝部包括两条主切削刃和两条延伸至刀柄的螺旋槽，两条主切削刃呈锥角，锪窝部螺旋槽内设置有螺旋断屑结构。
2.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述从钻尖延伸至铰削部与锪窝部交界处的两条螺旋槽的螺旋角为右旋23°～30。
3.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述钻削部中双锥角钻尖的钻心直径不小于钻尖端直径的0.25倍。
4.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述钻削部中双锥角钻尖的第一锥角为120°～132°，对应第一段主切削刃；第二锥角为90°对应第二段主切削刃。
5.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述钻削部中双锥角钻尖的两段主切削刃的最外缘前角为8°～12°，后角为11°～15°。
6.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述铰削部的螺旋棱边的外缘前角γ1为5°～10°，后角α1为6°～10°。
7.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述铰削部的直径与钻削部中钻削工作部的末端直径一致。
8.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述锪窝部直径为8mm～10mm，锪窝部的外缘前角γ2为5°～12°。
9.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述锪窝部的螺旋槽的螺旋角为右旋30°～35°。
10.根据权利要求1所述的带锥钻和锪窝断屑结构的叠层薄板制孔刀具，其特征是：所述锪窝部的螺旋断屑结构的螺旋角为右旋30°～35°，断屑结构起始端的直径与铰削部直径一致，末端直径与锪窝部末端直径相同。
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