一种钨钢螺纹柄锪窝钻及制造方法与流程

本发明涉及孔加工刀具，特别是一种钨钢螺纹柄锪窝钻及制造方法。

背景技术：

1、在飞机壁板、蒙皮、舱段等结构件上加工沉头铆钉孔或螺栓孔的埋头窝时，通常使用整体硬质合金（俗称钨钢）锪窝钻。典型的锪窝钻包括整体硬质合金刀体、设置于刀体前端的锥面多刃切削部、以及设置于刀体后端的英制细牙螺纹柄（如1/4-28unf），螺纹柄与风钻用可微调锪窝限位器配合以控制窝深。刀体前端通常设有圆柱状导柱，导柱与预钻孔（底孔）间隙配合，以保证窝轴与底孔的同心度。

2、现有技术存在以下缺陷：

3、（1）导柱磨损导致定心漂移：导柱外圆在反复进出底孔及锪窝过程中与孔壁摩擦，属易损部位；一旦导柱外圆磨损，引导间隙增大，定心精度下降，导致窝轴偏斜、复材分层、毛刺增大，严重影响铆接质量与结构疲劳寿命。

4、（2）可拆导柱引入重复定心误差：部分现有方案采用导销与刀体可分离结构，虽可更换导销，但拆装后重复定位精度难以保证，且停机换件降低加工效率。

5、（3）导柱耐磨性与自补偿能力难以兼顾：现有导柱表面镶嵌轴承或金刚石涂层的方案可在一定程度上提高耐磨性，但无法对径向磨损量进行自动补偿，仍会在磨损积累后产生定心漂移。

6、（4）小直径聚晶金刚石锪窝钻制造困难：当锪窝钻直径较小（φ≤6mm）时，采用钎焊方式将聚晶金刚石（pcd）片焊接于硬质合金基体上，钎焊层与两侧材料热膨胀系数差异大，界面处易产生微裂纹、气孔和残余应力，导致刃口一致性差、结合强度不足。

7、因此，亟需一种能够长期保持导柱定心精度、且便于制造的钨钢螺纹柄锪窝钻。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钨钢螺纹柄锪窝钻，包括刀体、设置于所述刀体前端的锥面多刃切削部，以及设置于所述刀体后端的英制细牙螺纹柄和形成于刀体与英制细牙螺纹柄之间的锥度定位面，其特征在于，还包括：

2、固定导柱芯，与所述刀体同轴固连，其外圆设有前小后大的导向锥面，并在前端设有朝向刀体前端延伸的前端限位台肩；

3、分瓣预紧导套，套设于所述固定导柱芯外部，其外圆设有外圆定心面，用于与工件的底孔内壁接触定心；

4、弹性元件，设置于所述前端限位台肩与所述分瓣预紧导套前端之间，对所述分瓣预紧导套施加朝向所述导向锥面大端方向的轴向预压力，使所述分瓣预紧导套的各瓣体沿所述导向锥面张开并贴紧所述底孔内壁；

5、在所述分瓣预紧导套与所述刀体前端限位肩面之间形成有补偿行程间隙，所述分瓣预紧导套外圆磨损后，在所述弹性元件的推动下沿所述导向锥面向大端方向滑移，从而径向进一步张开以补偿磨损量、保持所述外圆定心面与所述底孔内壁的贴紧定心。

6、优选的，所述分瓣预紧导套沿轴向开设有至少两条通槽而分成多个瓣体，其内孔设有与所述导向锥面相配合的锥形内孔，其外圆设有外圆定心面。

7、优选的，所述弹性元件为碟形弹簧、锥形螺旋弹簧或弹性锥环中的一种或多种组合。

8、优选的，所述导向锥面的半锥角为0.5°～5°。

9、优选的，所述分瓣预紧导套沿轴向开设有2～6条所述通槽，形成2～6个所述瓣体，所述通槽的数量与所述瓣体的数量一致。

10、优选的，所述外圆定心面上设有聚晶金刚石耐磨层或金刚石涂层。

11、优选的，所述锥面多刃切削部的窝角为90°、100°、120°或130°，切削齿数为2齿或3齿，并设有主切削刃和容屑槽。

12、优选的，所述外圆定心面设有沿轴向、螺旋或离散分布的微织构，所述微织构为微沟槽或微凹坑。

13、优选的，所述补偿行程间隙的轴向长度l为0.2mm～3.0mm，且l与所述导向锥面的半锥角α满足：l×tanα≥20μm。

14、优选的，所述英制细牙螺纹柄为1/4-28unf或3/8-24规格，用于与风钻用可微调锪窝限位器配合。

15、优选的，所述分瓣预紧导套采用硬质合金制成，或者采用工具钢或不锈钢制成并经调质处理。

16、优选的，所述刀体由wc-co硬质合金制成，其中wc平均粒度为0.2μm～1.0μm，co含量为6wt%～15wt%。

17、一种制造上述钨钢螺纹柄锪窝钻的制造方法，包括以下步骤：

18、s1硬质合金生坯成形：以wc-co硬质合金粉末为原料，模压或等静压制得包含所述刀体、锥面多刃切削部预制形、螺纹柄预制段、锥度定位面预制段、所述固定导柱芯以及所述导向锥面的刀具生坯；

19、s1a分瓣预紧导套毛坯成形：以wc-co硬质合金粉末模压制得、或采用工具钢机械加工制得分瓣预紧导套毛坯，所述分瓣预紧导套毛坯具有与所述导向锥面相配合的锥形内孔预制形以及外圆定心面预制形；

20、s2超硬功能层定位：在所述刀具生坯的锥面多刃切削部主切削刃位置和/或所述分瓣预紧导套毛坯的外圆定心面预制形位置，定位聚晶金刚石复合片或聚晶金刚石颗粒层；

21、s3场辅助梯度烧结：采用放电等离子烧结或场辅助烧结，对所述刀具生坯和所述分瓣预紧导套毛坯连同各自定位的超硬功能层分别进行一次梯度烧结，使所述刀具生坯的wc-co基体和所述分瓣预紧导套毛坯的基体分别与对应定位的超硬功能层之间形成成分连续过渡的梯度结合区，且各结合界面均无钎焊中间层；

22、s4精加工与分瓣开槽：对烧结后的刀具生坯进行精密刃磨、在所述螺纹柄预制段上加工英制细牙螺纹以形成所述英制细牙螺纹柄、进行定心面修整，并对烧结后的分瓣预紧导套毛坯的外圆进行精密磨削后沿轴向开设通槽，形成所述分瓣预紧导套的多个瓣体；

23、s5预压装配与定心标定：将所述弹性元件装配于所述前端限位台肩与所述分瓣预紧导套前端之间，通过在所述弹性元件与所述前端限位台肩之间选配不同厚度的调整垫片调整预压缩量，并采用标准环规检测所述外圆定心面的直径，以其相对标准底孔直径的过盈量为1μm～10μm作为定心标定合格判据。

24、优选的，所述s2中，于所述wc-co基体与所述聚晶金刚石复合片之间预置成分梯度过渡粉末，所述过渡粉末的wc含量介于所述wc-co基体与所述聚晶金刚石层之间，烧结后形成厚度为0.1mm～2.0mm的所述梯度结合区。

25、优选的，所述聚晶金刚石功能层通过所述梯度结合区与所述wc-co基体直接结合。

26、优选的，所述s3中的烧结温度为800℃～1200℃，轴向压力为30mpa～100mpa，保温时间为3min～15min，烧结气氛为真空或惰性气氛。

27、优选的，所述s4中所述通槽采用激光切割、电火花线切割或砂轮开槽加工，槽宽为0.3mm～1.5mm，槽深贯穿所述分瓣预紧导套壁厚。

28、优选的，所述s4还包括对所述外圆定心面进行激光微织构加工，以形成沿轴向、螺旋或离散分布的微沟槽或微凹坑。

29、本发明的有益效果是：

30、1.定心精度全程保持：分瓣预紧导套在弹性元件预压下始终贴紧底孔内壁，外圆磨损后自动径向张开补偿，从根本上抑制“导柱磨损→定心漂移→窝轴偏斜”的恶性循环。

31、2.无需停机换导柱：通过弹性自补偿结构延长了导柱有效寿命，避免因更换导柱带来的重复定位误差和停机时间。

32、3.结构简洁、易于实施：不依赖复杂的大前角、微齿或多刃交错结构，即可实现高精度定心，降低制造难度和成本。

33、4.可叠加耐磨/减摩功能：分瓣预紧导套外圆可设置pcd耐磨层、金刚石涂层或激光微织构，进一步延长寿命并抑制锪窝过程中的谐波振动。

34、5.双摩擦副磨损全覆盖：无论分瓣预紧导套随刀体同步旋转（磨损发生于外圆定心面）还是相对刀体滑差或不转（磨损发生于锥形内孔配合面），同一弹性补偿机构均可自动补偿，两种作业状态下定心精度均能维持，无需针对作业状态作任何人工干预。