一种用于加工复合材料的铣刀的制作方法

1.本发明涉及切削刀具技术领域，具体涉及一种用于加工复合材料的铣刀。


背景技术：

2.复合材料一般具有比强度高、比模量大等优异性能，例如，碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics，cfrp)，其应用领域十分广泛。而由于碳纤维复合材料的韧性较强，碳纤维复合材料的切削加工也较为严格。
3.现有技术中，碳纤维复合材料通常采用直齿铣刀和螺旋铣刀加工。由于直齿铣刀的刃口部分为直线，直齿铣刀切入、切出时螺旋刃与工件线接触，切削瞬间阻抗较大，导致加工效率较低、刃口易磨损钝化、耐磨性较差。
4.而螺旋铣刀通常采用授权公告号为cn214557694u中国发明专利公开的一种pcd螺旋铣刀，包括铣刀主体(即上述专利文献中提到的合金基体)和螺旋刃(即上述专利文献中提到的pcd刃)。螺旋刃切入工件时，螺旋刃与工件点接触，随着切削进行，螺旋刃参与切削长度从零开始逐步增大，切出时切削长度逐渐减小，这样，切削前角范围增大，刃口更锋利，提高切削效率，而且在整个切削过程中受到的阻抗较小，减小螺旋刃的磨损。
5.上述螺旋铣刀虽然能够解决直齿铣刀与工件阻抗较大、易磨损钝化的问题，但是现有技术中的螺旋铣刀通常为单向铣刀，即所有螺旋刃均为右旋或均为左旋，由于螺旋刃对碳纤维复合材料的切削力与竖直方向具有一定夹角，切削力具有沿铣刀主体轴线的轴向切削分力，而所有同向螺旋刃对碳纤维复合材料的轴向切削分力方向一致。但是，因为碳纤维复合材料组织呈层状并具有非均制、各向异性的特征，铣刀侧铣时，在切削力挤压下最表层纤维缺乏外界的约束，容易发生脱粘分层，脱粘后的纤维如果没及时被铣刀切断，会残留在工件表层边缘，形成毛刺缺陷；而毛刺过长则会被卷入刀具切削区域，从而被强制拉断，形成撕裂缺陷。对于具有同向上的轴向切削分力的螺旋铣刀，碳纤维复合材料容易在上表层产生分层、撕裂、毛刺，对于具有同向下的轴向切削分力的螺旋铣刀容易在碳纤维复合材料的下表层产生分层、撕裂、毛刺，降低碳纤维复合材料的表面质量。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于加工复合材料的铣刀，以解决现有技术中的螺旋铣刀容易在复合材料表层产生分层、撕裂、毛刺而降低工件表面质量的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明用于加工复合材料的铣刀的技术方案是：
8.用于加工复合材料的铣刀，包括铣刀主体，铣刀主体上设有螺旋刃，螺旋刃沿铣刀主体转动方向排列，各螺旋刃中，至少两个螺旋刃的旋向相反。
9.有益效果是：本发明的用于加工复合材料的铣刀，铣刀主体上旋向相反的螺旋刃对复合材料的轴向切削分力方向相反，避免出现现有技术中螺旋铣刀对复合材料的单向轴向切削分力。当旋向相反的两个螺旋刃中的其中一个螺旋刃对复合材料的轴向切削分力向上时，复合材料上表层由于没有外界支撑，上表层在向上的轴向切削分力下容易形成脱粘
分层而产生脱粘纤维，而另一个螺旋刃对复合材料的轴向切削分力向下，通过方向相反的轴向切削分力能够更好地将脱粘纤维切除，而减少毛刺缺陷，而在这种交错的切削下，毛刺也能够更好地被切除以减小毛刺的长度，进而减少毛刺因过长被强制拉断而产生撕裂缺陷的情况，使得工件能够获得更好的表面质量。
10.进一步地改进，各螺旋刃中，至少两个相邻螺旋刃的旋向相反。
11.有益效果是：这样设计，当复合材料在两个旋向相反的相邻螺旋刃中其中一个螺旋刃的切削下产生毛刺，相邻螺旋刃能够较快的交错切削来切除毛刺，避免已产生的毛刺在同向螺旋刃切削下拉长而降低复合材料表面质量。
12.进一步地改进，螺旋刃的数量为偶数，任意相邻两个螺旋刃的旋向相反。
13.有益效果是：这样设计，增加旋向相反的相邻螺旋刃组合，以增加工件表面的交错切削次数，进一步提高工件表面质量。且任意相邻螺旋刃对复合材料的轴向切削分力方向相反，能够抵消一部分受力，减少铣刀振动，提高加工的稳定性。
14.进一步地改进，旋向相反的螺旋刃的螺旋角相同。
15.有益效果是：这样设计，旋向相反的螺旋刃对复合材料的轴向切削分力的大小相同、方向相反，而能够相互抵消，避免螺旋刃受到轴向上的作用力而发生震刀情况，提高加工的稳定性。
16.进一步地改进，铣刀主体上设有位于螺旋刃沿铣刀主体旋转方向前方的排屑槽，排屑槽为螺旋槽，排屑槽的旋向与相应螺旋刃的旋向相同。
17.有益效果是：这样设计，螺旋刃切削产生的排屑能够通过同旋向的相应排屑槽排出，提高排屑效率。
18.进一步地改进，排屑槽的螺距与相应螺旋刃的螺距相同。
19.有益效果是：这样设计，排屑槽与螺旋刃的螺旋结构相同，进一步提高排屑能力。
20.进一步地改进，排屑槽的槽壁上设有螺旋状的安装槽，安装槽内设有螺旋状的刀片，刀片高于安装槽的部分形成所述螺旋刃。
21.有益效果是：这样设计，能够根据实际铣刀的加工要求适配不同材质的刀片，增大铣刀的使用范围。
22.进一步地改进，刀片为聚晶金刚石刀片。
23.有益效果是：聚晶金刚石的硬度高、抗压强度高，能够在高速切削中获得更高的加工精度和加工效率。
24.进一步地改进，聚晶金刚石刀片由聚晶金刚石微粉在安装槽内烧结成型。
25.有益效果是：相比于现有技术中将成型的聚晶金刚石刀片焊接在安装槽内，这样设计，聚晶金刚石刀片与铣刀主体为一体加工，聚晶金刚石刀片与铣刀主体的连接强度高，避免聚晶金刚石刀片脱落而降低用于加工复合材料的铣刀的切削性能。
26.进一步地改进，安装槽为弧形槽。
27.有益效果是：这样设计，增大安装槽与聚晶金刚石微粉的接触面积，进一步增加聚晶金刚石刀片与铣刀主体的连接强度。
附图说明
28.图1为本发明用于加工复合材料的铣刀的结构示意图；
29.图2为图1的侧视图；
30.图3为图1中的左旋螺旋刃结束侧铣时的示意图；
31.图4为图1中的右旋螺旋刃开始侧铣时的示意图；
32.图5为图1中的铣刀侧铣时的受力分析图；
33.图6为图5中铣刀的螺旋刃周向展开时的轴向受力分析图。
34.图中：11、铣刀主体；12、左旋排屑槽；13、左旋螺旋刃；14、右旋排屑槽；15、右旋螺旋刃；16、安装槽；17、螺旋刃；18、排屑槽；19、碳纤维复合材料。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
38.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.以下结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
41.本发明的用于加工复合材料的铣刀的实施例1：
42.用于加工复合材料的铣刀(以下简称铣刀)用于侧铣碳纤维复合材料19。如图1和图2所示，铣刀包括铣刀主体11，铣刀主体11上设有沿其旋转方向排列的四个安装槽16，每个安装槽16内均设有螺旋状的聚晶金刚石刀片，聚晶金刚石刀片高于安装槽16的部分形成螺旋刃17。本实施例中，聚晶金刚石刀片是采用聚晶金刚石微粉在安装槽16内烧结成型，且安装槽16为弧形槽，以增加聚晶金刚石微粉与铣刀主体11的接触面积，提高聚晶金刚石刀
片与铣刀主体11的连接强度。
43.如1所示，四个螺旋刃17中任意相邻两个安装槽16内的聚晶金刚石刀片的旋向相反，且旋向相反的相邻两个聚晶金刚石刀片的螺旋角相同，使得任意相邻两个螺旋刃17的旋向相反且螺旋角相同，四个螺旋刃17根据旋向可以分为左旋螺旋刃13和右旋螺旋刃15。如图3至图6所示，标记号为1和3的螺旋刃17的旋向相同，标记号为2和4的螺旋刃17的旋向相同，f1和f2为左旋螺旋刃13和右旋螺旋刃15对复合材料的切削力，fz1、fz2、fz3、fz4分别为四个螺旋刃17对复合材料的轴向切削分力，旋向相反的相邻螺旋刃17对复合材料的轴向切削分力方向相反。
44.铣刀主体11上设有四个沿其转动方向排列的排屑槽18，排屑槽18与螺旋刃17一一对应并位于相应螺旋刃17在铣刀主体11转动方向的前端，螺旋刃17的前刃面朝向相应的排屑槽18，使得螺旋刃17切削产生的排屑能够从排屑槽18排出。排屑槽18在铣刀主体11前端面位置的剖切面为90
°
的螺旋槽，排屑槽18的旋向、螺距与相应螺旋刃17的旋向、螺距相同，即左旋螺旋刃13对应的排屑槽18为左旋排屑槽12，右旋螺旋刃15对应的排屑槽18为右旋排屑槽14，以提高铣刀的排屑效率和切削效率。
45.本发明的用于加工复合材料的铣刀，铣刀主体11上旋向相反的螺旋刃17对复合材料的轴向切削分力方向相反，避免出现现有技术中螺旋铣刀对复合材料的单向轴向切削分力。当旋向相反的两个螺旋刃17中的其中一个螺旋刃17对复合材料的轴向切削分力向上时，复合材料上表层由于没有外界支撑，上表层在向上的轴向切削分力下容易形成脱粘分层而产生脱粘纤维，而另一个螺旋刃17对复合材料的轴向切削分力向下，通过方向相反的轴向切削分力能够更好地将脱粘纤维切除，而减少毛刺缺陷，而在这种交错的切削下，毛刺也能够更好地被切除以减小毛刺的长度，进而减少毛刺因过长被强制拉断而产生撕裂缺陷的情况，使得工件能够获得更好的表面质量。
46.本发明的用于加工复合材料的铣刀的实施例2：
47.本实施例和实施例1的区别在于：实施例1中，四个螺旋刃17中任意相邻两个螺旋刃17的旋向相反。本实施例中，四个螺旋刃17中其中两个相邻螺旋刃17的旋向相反其余两个相邻螺旋刃17的旋向相同。在其他实施例中，四个螺旋刃17中可以其中两个相邻螺旋刃17的旋向均为左旋，其余两个相邻螺旋刃17的旋向均为右旋。
48.本发明的用于加工复合材料的铣刀的实施例3：
49.本实施例和实施例1的区别在于：实施例1中，螺旋刃17的数量为偶数，任意相邻两个螺旋刃17的旋向相反。本实施例中，螺旋刃17的数量为奇数，其中两个相邻螺旋刃17的旋向相同。在其他实施例中，两个相邻螺旋刃17中可以一个为螺旋刃17，另一个为直刃。
50.本发明的用于加工复合材料的铣刀的实施例4：
51.本实施例和实施例1的区别在于：实施例1中，旋向相反的螺旋刃17的螺旋角相同。本实施例中，同一组旋向相反的螺旋刃17的螺旋角相同，不同组旋向相反的螺旋刃的螺旋角不同。同一组是指旋向相反的两相邻螺旋刃或无旋向相反的相邻螺旋刃时旋向相反的两相近螺旋刃。
52.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分
技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。