[00126746]用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具

一、课题的来源与背景 为大幅提升航空产业国际竞争力,高强度结构材料和轻质功能材料逐渐发展成为新时代大型-宽体客机机身和复合材料机翼的首选。由钛合金骨架和碳纤维复合材料壁板构成的CFRP/Ti叠层结构广泛应用于机翼大部件中,以促进飞机轻量化、低能耗和远航程方面的高速发展。该叠层结构材料属性特殊,尤其体现高强度和各向异性,导致面向该类材料的一体化精密制孔成为航空制造领域中突出的技术难题。螺旋铣制孔技术采用偏心加工模式,以克服传统钻削产生轴向切削力过大、刀具磨损加剧、出口毛刺严重,质量无法保证等问题,被广泛应用于机翼CFRP/Ti叠层结构的制孔加工中。该制孔新技术体现以下优势：1)采用小尺寸刀具实现不同尺寸、多种类型孔的加工;2)加工过程产生小尺寸切屑,有效降低轴向力水平和刀具磨损程度;3)有效控制切屑变形、促进排屑以避免切削热量积聚;4)大幅提高孔壁质量、有效减少出口毛刺与分层缺陷、进一步提升叠层材料的制孔精度。刀具在螺旋铣制孔技术的研究与应用方面发挥重要作用,而面向机翼CFRP/Ti叠层结构制孔的专用刀具极为匮乏。现有的用于机翼CFRP/Ti叠层结构制孔螺旋铣制的刀具的制孔精度低、不适于制作小直径孔、切削力不稳定,会导致碳纤维复合材料层出现分层缺陷等问题。 二、研究目的及意义 本专利技术的目的是提供一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具,以解决上述现有技术存在的问题,有效降低钛合金层切削力、避免碳纤维复合材料层分层缺陷。 三、主要论点与论据 本发明提供了如下方案： 本发明提供一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具, 包括依次连接的切削头、 螺旋侧刃部、 刀颈和刀杆;所述切削头的轴线与刀具轴线重合且包括三个均匀分布的刀齿, 每个所述刀齿的端刃均为分段混合刃型, 所述分段混合刃型包括依次连接的第一直线型刃、 第二曲线型刃、第三曲线型刃、 第四直线型刃、 第五直线型刃、 第六直线型刃和第七直线型刃, 所述切削头远离所述螺旋侧刃的一端的中心为刀具中心, 三个所述第一直线型刃均靠近所述刀具中心且相互连接;所述螺旋侧刃部包括三个与各刀齿端刃一一对应连接的侧刃, 所述侧刃远离切削头的一端与所述刀颈连接。 四、创见与创新 本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具降低了钛合金层切削力、 避免了碳纤维复合材料层分层缺陷, 提高了CFRP/Ti叠层材料整体精度。 本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具采用周向等角度三齿结构设计, 实现了各刀齿关于刀具轴线的呈120° 对称的布局, 极大地提高了物化属性差异性大的叠层材料高速加工的稳定性。 构建端部的分段混合刃型, 并使其最外侧直线刃与对应顶端的螺旋状侧刃的切线垂直相交, 实现了钛合金层加工过程的交叉多重分屑、 刀具在加工复合材料层中所产生的磨粒磨损大幅降低、 有效避免切削刃对孔壁的划伤。 同时, 侧刃的螺距结构、 端刃与侧刃具有的梯形刃带的双后刀面结构设计特点, 为有效分屑促排提供保障。 五、应用情况和存在的问题 本项目还未进行企业实际应用,未产生社会经济效益。 六、历年获奖情况 无。