CN100427252C - 钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻头，它具有至少两个切削刃(7、8)和分别从其中一个切削刃出发朝柄端(6)方向延伸的至少部分区域扭转的出屑槽(9、10)，所述钻头具有从所述柄端(6)出发平行于钻头轴线(A)延伸的冷却通道(13、14)，冷却通道的出口(15、16)设在所述出屑槽(9、10)内以及对准所述切削刃(7、8)。

Description

钻头
本发明涉及一种尤其用于金属材料的钻孔刀具，它包括至少两个切削刃和分别从其中一个切削刃出发朝刀柄方向延伸的至少部分区域扭转的出屑槽。例如由EP 0750960 B1已知一种这类钻头。
切屑刀具，尤其是钻头，往往在使用冷却润滑剂的情况下工作，冷却润滑剂通过刀具内的冷却通道送往刀具的一个或多个切削刃。在由EP0750960 B1已知的刀具中，一个从柄端出发的中央冷却通道分解成多个分通道，在钻头切削侧的端部，在分通道上连接直角弯折的槽状出料通道。因此，这种冷却剂输送结构设计得非常复杂。
从US3,436,990得知一种带有一个中心冷却通道的钻头，该中心冷却通道朝前面的刀头方向细分成多个分通道，这些分通道倾斜地向外相对于钻头纵轴线定向。德国专利申请DE 101 57 450 A1致力于解决将冷却剂供应到刀柄的后侧端部中的问题以及提供了一种插入件，通过该插入件在无需大角度转向的情况下向刀柄中输入冷却剂。
本发明的目的是提供一种结构特别简单和有效地供给冷却剂的钻头。
此目的按本发明通过一种具有权利要求1特征的钻头达到。此钻头具有至少两个切削刃以及两个从钻头的切削一侧的端部朝柄端的方向延伸的至少部分区域扭转的出屑槽。为每个切削刃对应设置一个冷却通道，该冷却通道以这样的方式从在柄端处的进口一直延伸到在出屑槽内的出口，即，将冷却剂或冷却润滑剂沿钻头纵向直接导送到切削刃上。冷却通道沿其整个长度完全或近似直线地延伸，以及至少基本上平行地与钻头轴线相隔一定距离。
相当于切削刃数量的至少两个冷却通道完全直线延伸的设计结构，一方面有利于合理地制造钻头，另一方面连续的直的冷却通道还具有流动技术方面的优点，尤其在用空气-油混合物工作时冷却润滑剂用量最小。除了流动阻力小之外，在这种情况下特别重要的是，取消了冷却润滑剂在钻头内部的转向。避免了如油-空气混合物尤其在尖锐棱边处转向时可能产生的分离。因此，即使在高的加工速度的情况下也能用特别小的油量。
使冷却润滑剂从冷却通道的沿轴向从刀头起向后错移的出口导向切削刃，由此可得到刀具的另一些优点：
通过冷却通道的朝刀柄方向向后错移的出口得以避免在刀头承受机械负荷特别大的区域内对刀具造成任何削弱。优选地，在冷却通道的出口中心与一个在钻头圆周上与所述切削刃邻接的刃角之间的轴向距离最小等于刀具直径的75％以及最大等于刀具直径的两倍。
冷却剂至少基本上沿刀具的纵向排出，例如与冷却剂出口在刀具外侧相比，其优点是，将钻头安置到待加工的工件上时便已开始直接进行有效的冷却和/或润滑了。反之，当出口设在刀具圆周上时，冷却润滑剂通过该出口以一个运动分量沿径向向外导出，在将包含出口的钻头插入到工件中之前，冷却润滑剂不能达到期望的冷却润滑效果。
在切削加工时通过冷却通道导引的冷却润滑剂优选地不直接喷射到切削刃上，而是射到在切削刃上形成的切屑上或切屑之间和切屑面上。从刀具的横截面来看，在冷却通道出口与切削刃之间的扭转角度优选地最小为-20°和最大为+45°，尤其最小为-5°和最大为+15°。在这里当刀具扭转时冷却通道的出口走在切削刃之前则扭转角度定义为正的。在切削加工时在没有直接通过从冷却通道的出口流出的冷却润滑剂来冷却的切削刃上会产生高的温度。这对于加工硬质材料是特别有利的，因为由此可以有目的地充分利用材料典型地与温度有密切关系的机械特性。通过直接喷射到切屑的冷却剂射流，使切屑淬火以及由此取决于被加工的材料地倾向于具有迅速破碎的特性。因此按期望的方式不仅将大部分切削热传给切屑而且达到方便地排出切屑。反之，传给钻头的切削热的份额保持为较少，所以钻头在加工时最多略微膨胀。以此方式在钻孔时可以达到特别高的加工精度。
通过冷却通道偏心地延伸，避免刀具在其轴线的区域内被削弱。整个刀具的机械稳定性主要受出屑槽几何结构的影响。出屑槽的总扭转角度，亦即出屑槽在切削刃一侧的端部与在刀柄一侧的端部之间的角度，优选最小为90°以及最大为160°，尤其最小为120°和最大为160°。因此，出屑槽在刀柄一侧的端部具有钻头的一种横截面几何形状，这种几何形状特别适合于良好地承受在切削时产生的力。上述角度数据涉及一种双切削刃的钻孔刀具。在三个和多个切削刃的钻头中较小的总扭转角度是有利的。
钻头的出屑槽优选地在钻头区域内具有比在面朝刀柄的区域内更大的扭转角度。朝刀头方向渐增的扭转角度，亦称为侧向出屑角，有助于方便地排屑，而在背离刀头的区域内具有比较小的扭转角度，即使在例如对于钻孔深度大于钻头直径三倍的钻头的较长实施方式中，仍能实现冷却通道完全直的设计结构。所述钻头优选地在与刀柄相邻的区域内开设直的槽。
钻头设计为整体式或由多个构件组成，例如包括螺钉固定或钎焊的刀片。按一项优选的扩展设计，所述钻头具有一基体和一个可安装到该基体上的刀头。在这里，冷却通道优选地仅延伸通过基体。因此，承受特别高负荷的刀头的机械稳定性没有受冷却通道的影响。这种钻头因而也特别适用于小于16mm的较小的直径范围。刀头在基体上有利地不是通过螺钉连接固定，并因而没有相应地削弱基体和刀头的横截面。
本发明的优点尤其在于，在一个包括部分区域是直的和部分区域是扭转的出屑槽的钻头中，偏心的冷却通道完全直线延伸以及直接对准在加工时产生的切屑。
下面借助附图详细说明本发明的多个实施例。附图中：
图1表示一钻头的侧视图；
图2表示图1所示钻头的透视图；
图3a-d表示不同实施例钻头的透视图；
图4表示多件式钻头的刀头和截取部分示出的基体；
图5表示一钻头的刀头的俯视图；
图6以截取部分的方式表示图4所示基体的透视图；
图7表示图6所示的截取部分示出的基体的俯视图；
图8示意性地表示出不同的钻头横截面；
图9表示图4所示基体的后视图；
图10表示一个已插上刀头的基体的透视详图；
图11以类似于图10的示意图简略地表示出向刀头的输送冷却剂；以及
图12表示图11所示刀具的总图。
在所有的附图中相互对应的构件采用相同的附图标记。
图1和2表示一个也称为刀具的钻头1的第一个实施例，该钻头由基体2和刀头3组成。基体2优选地用钢、刀头3优选地用硬质合金制成。钻头1也可以与所表示的实施例不同地例如用硬质合金整体式地制成。钻头1同样可以具有多个可更换的刀片，例如转位式刀片。作为钻头1或其构件的材料可以采用所有在切削加工技术中传统的材料，包括陶瓷。适用于刀片或镀层的例如是多晶金刚石PKD(polykristalliner Diamant)或立方氮化硼CBN(Kubisches Bornitrid)。
钻头1具有一刀柄4和与该刀柄4连接的切削段5，该切削段5包括刀头3。用附图标记6表示其柄端的刀柄4在本实施例中设计为直柄。同样可以实现与之不同的刀柄形状。
刀头3具有两个切削刃7、8，从它们出发向柄端6的方向分别延伸一个出屑槽9、10。在切削刃7、8与钻头1刀具圆周之间的过渡处形成的刃角用附图标记11、12表示。为了向切削刃7、8供应冷却剂设有其出口15、16设在出屑槽9、10内的冷却通道13、14。在图1中只能看到出口15。涉及钻头轴线A，出口15的中心与刃角11、21之间的轴向距离a，比钻头1的刀具直径D大例如10％至25％。
图3a至3d表示钻头1的另外四个实施例，它们的区别分别在于切削段5的长度。在每一个实施例中，基体2具有所述出屑槽9、10的一个前部扭转区，在此扭转区内出屑槽过渡到刀头3。扭转角度γ(见图1)在刀头3的区域内大于15°。由此保证小的切削力、良好的切屑成形和便于排屑。朝刀柄4的方向在所述出屑槽9、10的扭转或螺旋形区域上连接一个开直槽的区域，在图示的实施例中，在小于刀具直径D两倍的长度内具有一恒定扭转角度γ的扭转段连续地过渡到所述开直槽的区域。在刀具1较短的实施方式(见图3a)中可以取消开直槽的区域，而在刀具1较长的实施方式中开直槽的区域可以占切削段5长度的绝大部分。在按图3a至3d的实施方式中，最大钻孔深度为刀具直径D的3倍、5倍、7倍和10倍。在所有的情况下，图中总是只能看到其中一个冷却通道13的出口15，那些冷却通道13、14设计为完全平行于钻头轴线A地直线延伸。
图4以截取部分的方式表示大约相当于按照图3a至3d的实施例中的基体2以及一个可以插装到该基体2中的刀头3。刀头3可能的形状例如在尚未公开的德国专利申请10207257.4-14以及相应的国际申请PCT/EP03/01526中作了介绍。由于刀头3无螺栓固定在基体2上的方法，所以钻头1尤其还适用于例如12mm以上较小的钻孔直径。在刀头3内没有冷却通道。
图5表示图1和2所示的钻头1的刀头3的俯视图。所述设计为整体式刀片的刀头3对应于切削刃7、8的数量具有两个翼片17，它们分别支承在基体2的侧腿18上。因此刀头3可以按卡口式连接的方式装入到基体2内。刀头3相对于基体2的扭转可以借助一种图中未表示的作用在刀头3的两个槽19上的工具来实现。
由图5可以看出，每个切削刃7、8与一个冷却通道13、14的横截面相交。刃角11、12与冷却通道13、14中心之间的角度称为扭转角度α，它优选地处于-5°与+15°之间。冷却通道13、14垂直于图纸平面地延伸。
在图6中可以看到在以截取局部方式示出的基体2内的冷却通道13、14。冷却通道13、14以这样的方式与钻头轴线A并因而与基体2最薄弱的横截面区间隔一定的距离，即，使得即使在冷却通道13、14比较大的情况下也不会严重地影响基体2的机械稳定性。冷却通道直径d(见图7)约为有关刀头3的刀具直径D的10％至15％。
图8示意性地表示出屑槽9沿钻头轴线A的走向。图中表示在开直槽的与刀柄4连接的区域内出屑槽9的轮廓，以及用虚线表示在刃角11区域内的出屑槽9的轮廓。出屑槽9扭转的总角度表示为总扭转角度β。在图8中没有表示出第二个出屑槽10。总扭转角度β为90°至160°，这样使得在开直槽的面朝刀柄4的区域内基体2基本上具有双T形的横剖面，通过钻头1特别小的弯度来承受从切削刃7、8传到基体2上的力。
图9表示带有冷却通道13、14的基体2的后视图，冷却通道的进口20、21设在柄端6上的横槽22内。一个定心锥23对称于钻头轴线A。在此区域内没有设冷却剂输入装置。
图10详细表示出由一基体2和一刀头3组成的钻头1的另一个实施例。在本示例中出口15、16处于出屑槽9、10的边缘上，也就是说处于向钻头1的脊梁24过渡的过渡区附近。在图11中示意性地表示出冷却剂射流25的走向。如图所示，冷却剂射流在切削刃7、8附近冲击到刀头3上。冷却剂射流25贯穿刀头3的部分仅仅为了在几何学上清楚解释冷却剂的喷射方向S，该方向基本上平行于钻头轴线A。实际上冷却剂射流25遭遇在切削刃7、8处产生的切屑，所以切屑通过直接施加冷却剂在切屑产生后不久就被强烈冷却。因此基本上抑制了从切屑向钻头1传热。与此同时可以在切削刃7、8上达到尤其在切削加工硬质材料时有利的高温度。通过将冷却剂射流25在钻头1横截面内部沿钻头轴线A定向，使得在将钻头1安置到待加工的工件上时便已开始直接进行有效的冷却和润滑了。
图12类似于图11地表示出钻头1和示意性示出的冷却剂射流25。通过冷却润滑剂完全直线地导引通过钻头1形成了一种阻力很小的流动，在这种情况下不出现分解效应。钻头1因而特别适用于用最小量润滑。
附图标记清单
1  钻头          A  钻头轴线
2  基体          D  刀具直径
3  刀头          a  距离
4  刀柄          d  冷却通道直径
5  切削段        S  喷射方向
6  柄端          α 扭转角度
7  切削刃        β 总扭转角度
8  切削刃        γ 扭转角度
9  出屑槽
10 出屑槽
11 刃角
12 刃角
13 冷却通道
14 冷却通道
15 出口
16 出口
17 翼片
18 侧腿
19 槽
20 进口
21 进口
22 横向槽
23 定心锥
24 脊梁
25 冷却剂射流

Claims (9)

1.一种具有基体(2)和在该基体的前端设置的刀头(3)的钻头，该钻头具有至少两个切削刃(7、8)和分别从所述切削刃(7、8)出发朝柄端(6)方向延伸的至少局部在所述基体(2)区域内扭转的出屑槽(9、10)，其特征在于，所述钻头具有从所述柄端(6)出发连续的、平行于钻头轴线(A)延伸的冷却通道(13、14)，冷却通道的出口(15、16)设在所述出屑槽(9、10)内以及对准所述切削刃(7、8)。
2.按照权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述出屑槽(9、10)的总扭转角度(β)至少90°。
3.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述出屑槽(9、10)的总扭转角度(β)最大160°。
4.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述出屑槽(9、10)具有一个朝所述切削刃(7、8)方向增大的扭转角度(γ)。
5.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述出屑槽(9、10)具有一不扭转的区域。
6.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述冷却通道(13、14)的出口(15、16)与所述切削刃(7、8)之间的扭转角度(α)至少为-20°。
7.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述冷却通道(13、14)的出口(15、16)与切削刃(7、8)之间的扭转角度(α)最大45°。
8.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，在所述冷却通道(13、14)的出口(15、16)与一个在钻头圆周上与所述切削刃(7、8)邻接的刃角(11、12)之间的轴向距离(a)至少是所述钻头直径(D)的75％。
9.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述冷却通道(13、14)的出口(15、16)与一个在钻头圆周上与所述切削刃(7、8)邻接的刃角(11、12)之间的轴向距离(a)最多是所述钻头直径(D)的两倍。
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