CN100482391C - 带刃钻头体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深孔钻削的带刃钻头体(1)，它可以绕着几何中心轴线(C)转动并且包括设置用于内部排屑并且在钻头体的前后端部中开口的通道(2)。位于前部的通道开口由其中包括有多个切削刃(9)的桥部(8)跨接，这些切削刃与桥部的其余部分形成为一体，并且沿着钻头体的转动方向看在其前面具有通向通道的切屑入口。

Description

带刃钻头体

技术领域

本发明涉及一种带刃钻头体，它可以绕着中央几何轴线转动并且包括布置成用来排出内部切屑并且在主体的前后端中开口的通道。

背景技术

在切削加工领域内，深孔钻眼是难以掌握的领域，尤其在孔特别长或深的时候。在长孔的情况下，孔深与孔径的比例相对较大。通常，孔深大约为5×D至100×D或更大。对于所关心的机加工而言，采用两种不同的主要类型的钻具，例如分别为所谓的喷吸钻头和STS钻头(单管系统)，其中后者具有前部的钻头体以及至少一个从钻头体向后延伸的管，钻头体以可拆卸方式与该管连接。在最后所述的情况中，在管子的外侧上需要提供切削流体以便进行润滑和冷却，同时借助在钻头体中的通道和管子的内部进行排屑以及切削流体的排出。该钻孔通常在专门的深孔钻机中进行，这些钻机构成用于任选的操作方法，例如旋转工件、旋转工具或旋转工件和旋转工具的组合。但是，最常见的是，工件旋转，同时工具仅保证线性进给运动。另外，应该指出的是，通过STS钻头进行钻孔可以通过完全钻孔(当在单个操作中在实心材料中钻孔至预定直径时)或者例如镗孔(也对比铰孔和扩孔)来进行。

一般来说，深孔钻头的钻头体由钢制基体以及一个或多个硬质合金或金属陶瓷(CERMET)切削刀片制成，这些切削刀片是平坦的并且包括供去屑使用的切削刃。在较粗钻头即用于孔径>25mm的钻头中，切削刀片可以通过焊接或者例如通过螺钉可拆卸地连接在基体上而紧固在基体上。在后述情形中，切削刀片通常为可转位刀片。但是，在小直径(9-25mm)的情况下，只可能为焊接切削刀片，因为用于夹紧可拆卸切削刀片的所需装置将使得主体更加复杂并且使相对较弱的钢主体弱化太多。但是，在这两个情况中，不仅钻头体本身而且还有其制造都存在多个缺点。一个缺点在于，钻头体必须制作成具有不对称的工具几何形状，其中钻头顶端相对于钻头体的几何中心轴线偏置或偏心。在这方面，为了承受径向切削力，钻头体在其外侧上必须设有支撑条，它们用来在钻削操作期间支撑该钻头体。所述支撑条的存在一方面导致切屑和颗粒压入在所机加工的孔表面中，并且另一方面通过高压和由于在周围孔壁上的摩擦而导致产生的高热量从而造成在切削刀片中出现裂纹和强烈磨损。另外，这些条侵占切屑入口的宽度；这反过来会增大切屑堵塞和劣质切屑断裂的危险。前面已知的钻具的另一个缺点在于，在钻头体在工件中卡住的情况下该钻具可能完全毁坏，更精确地说不仅前钻头体而且还有后面的管子在发生堵塞时将毁坏。还应该指出的是，钻头体在机加工期间的精度会变得普通，尤其在更换一次或多次切削刀片之后。另外，钻头体的生产成本较高，并且用于可能的再磨削的成本也较高。

发明内容

本发明目的在于消除前面已知的用于深孔钻削的钻头体的上述缺点，并且提供一种改进的钻头体。因此，本发明的主要目的在于提供一种具有对称几何形状的带刃钻头体，该钻头体自对中并且因此不用任何不利的支撑条就可以制造出。另一个目的在于提供一种钻头体，其通向贯通排屑通道的切屑入口可以构造成具有最优的宽度，以便改善切屑断裂并且解决切屑堵塞的危险。本发明还有一个目的在于提供一种钻头体，它降低了在钻头体卡在工件中的情况下完全损坏的危险。本发明还有一个目的在于提供一种钻头体，它确保了良好的机加工精度，并且具有较长的使用寿命。本发明的另一个目的在于提供一种钻头体，它在去屑期间产生出宽度减小的切屑以便有利于排屑。

根据本发明，至少所述主要目的是通过在权利要求1的特征部分所限定的特征来实现。在从属权利要求中另外限定了根据本发明的钻头体的优选实施方案。

本发明是基于制造这样一种用于深孔钻削的钻头体的思想，这些钻头体具有内部切屑和冷却液通道，该通道具有前桥部，其中包括有多个刀刃，这些刀刃与桥部的剩余部分制成为一体，并且在其沿着钻头体的转动方向观察的前面具有多个通向通道的切屑入口。实际上，所述桥部优选由硬质合金或金属陶瓷制成，其中该桥部其整体可以包括作为钻头体的一整体组成部分，或者可以做成为一单元，它按照适当的方式紧固在由任意材料例如钢形成的后单元上。由于切削刃结合在该桥部中，所以该钻头体可以按照简单的方式形成有对称的切削几何形状，这使得钻头体能够自对中。换句话说，消除了对在钻头体的外侧上的支撑条的需要。

现有技术的另外说明

在例如PCT/SE00/02073、PCT/SE02/01814、PCT/SE02/01916和PCT/SE02/02060中已知的是，制造可拆卸机加工体，所谓的松动顶部(loose top)，它制作有一个或多个与硬质合金基体成一体的刀刃，所述基体可以紧固在长窄轴的前端上。但是，在该情况中，机加工体以及轴缺少任何形式的内部切屑通道，通过它可以按照在本发明所需的方式在内部排出切屑和冷却液。而且，甚至没有包括带刃前桥部，它可以跨接这种通道。

附图的简要说明

在这些附图中：

图1为根据本发明第一实施方案制成的具有两个切削刃的钻头体的立体图；

图2为根据图1的钻头体的前视图；

图3为贯穿安装在一管子上的所述钻头体的纵向剖面A-A，所述管子与钻头体一起形成可操作钻具；

图4为具有三个切削刃的可选实施方案的立体图；并且

图5为根据图4的钻头体的前视图。

具体实施方式

在图1-2中，显示出带刃钻头体1的第一实施方案，该钻头体可以绕着中心几何轴线C转动并且包括大体上由2表示的通道，该通道布置用来内部排屑。所述通道在主体1的前后端部中开口。

钻头体1可以与在图3中所示的圆柱形管子连接，所述钻头体与该管子一起形成这样一种操作钻具，这种钻具被本领域普通技术人员称为STS钻头(单管系统)。这种钻头用于深孔钻削，并且包括在大型钻孔设备(或机器)中，这在管子3的后端(未示出)的区域中包括密封装置，通过它可以在压力作用下将冷却液导入形成在管子的外侧和由钻头体1在工件中钻出的孔之间的环形间隙中。为此，该管子3其外径小于所钻孔的直径。借助通道2在内部将冷却液以及由钻头体钻削出的切屑排出。

钻头体1包括一前头部4以及一更薄的中空轴或套筒5。前头部4具有一圆柱形或旋转对称基本形状，从而该头部具有圆柱形或稍呈锥形的包络面6。通过明显的圆锥面7，包络面6转变为轴5，它具有圆柱形或旋转对称基本形状。根据本发明，钻头体在其前端处形成有桥部8，该桥部桥接通道2的前开口或通道嘴。在这种情况下，在所述桥部中，包括两个切削刃9。如图2和3所示，在桥部8的两个相对侧面上限定了两个切屑入口10，这些入口从钻头的旋转方向看位于附属的切削刃9前面的区域中。这两个切削刃9基本彼此沿着直径方向相对并相互平行，但是设置在与钻头体的几何中心轴线C相关的平面之外。在这方面，刀刃的内端通过倾斜的横刃11相互连接，该横刃通常可以形成有一中心冲头(未示出)，该中心冲头形成与钻头进入工件相关的对中顶端。该钻头体具有基本对称的切削几何形状，更精确地说两个切削刃沿着切向方向等距离间隔开(180°)。该对称几何形状意味着在两个刀刃上的切削力彼此平衡，从而钻头变得自对中。为此，钻头体的头部可以形成有一包络面6，由于不具有突出的支撑条，该包络面是旋转对称的和平滑的。

整个由2表示的贯通切屑通道包括三个不同部分或孔道，其中一个12为圆柱形并且与中央轴线C同心，而其它两个由切屑入口10构成。更具体地说，限定了孔道12的内圆柱形表面13从其前端14到后开口15完全是光滑的。前孔道10通常与孔道12成一钝角地单独延伸。限定了单独切屑入口10的内表面16具有部分锥形形状，更准确的说如此按照这样一种方式成形，从而入口沿着向前方向或向外变宽。因此，入口基本上为漏斗状。

桥部8的前表面17具有大体上呈锥形的形状，从而所述表面从周边沿着钻头体的中心C的方向会聚。在位于平坦表面18和前表面17之间的过渡部分中形成有单独的切削刃9，表面18形成切削表面并且表面17为余隙面。虽然切削刃8本身由从中心到周边完全是笔直的刀刃构成，但是在所示的实施方案中，优选的是将刀刃形成为阶梯状。更具体地说，该切削刃为阶梯状并且形成有三个部分刀刃9a、9b、9c，其径向最里面的刀刃(9a)相对于下一个(9b)向前轴向偏置等。在所述部分刀刃之间的高度差大约为0.05-0.3mm。由于切削刃这样由多个不同的相对于彼此轴向偏置的部分刀刃构成，所以单独比切削刃的总长更薄的多个不同切屑在钻削时将分离。这样，有利于在较大程度上进行断屑以及排屑。

形成轴5的材料的管状件包括相对较厚的前壁部分19以及更薄的后壁部分20。

为了使钻头体1与管子3可拆卸地连接，这些部件形成有连接装置。在该实施例中，所述连接装置由螺纹构成。更准确的说，在钻头体的轴5上形成有阳螺纹21，而在管子3的内部形成有阴螺纹22。在这方面，应该指出的是，管子3的前壁部分23比管壁的剩余部分稍薄。阳螺纹21的特征在于，在轴上沿着切向间隔的区域的纹路中断，以提供平坦的无纹路(chaser-free)表面或者结构24。更具体地说，所述无纹路结构位于轴的径向相对侧面上，单个部分纹路变成为基本上呈半圆形并且在相对端部处由由楔形渐尖的、基本平坦的表面所限定(参见图1)。但是，阴螺纹22则形成为整体连续的纹路形式。在这方面，应该指出的是，管子3由可以通过车削加工的钢制成。因此，阴螺纹22可以由一般的螺纹车削来形成。

通过按照上述方式在轴的两个相对侧上形成平坦表面24，从而有利于对将在下面所述的那种形式的初始形成半成品进行拆模。

在钻头体1中，包括一易断薄弱部位25，它在该实施例中以在轴5的包络面中的周边沟槽形式。该沟槽优选为圆形并且位于与中心轴线C垂直延伸的平面中。沟槽位于前头部4的过渡表面7和在轴上的阳螺纹21之间。更具体地说，沟槽相对靠近过渡表面7，由此该沟槽在将钻头体应用在管子中时位于管子3的前端前面。由于存在所述易断薄弱部位，所以该钻头体在头部卡在工件中的情况下分成两个部分。管子3与钻头体的单独后部一起在那个情况下可以继续转动而不会毁坏。如果沟槽与中心轴线C垂直地延伸，则可以在没有借助断裂位置向管子施加轴向力的情况下进行管子的转动(该管子在其后端处夹在钻孔设备的驱动机构中)。但是，在这方面应该指出的是，沟槽或易断薄弱部位也可以按照使钻头管的转动停止这样一种方式形成。因此，沟槽可以相对于中心轴线倾斜，或者做成为弯曲的或拱形以便在钻头体卡住时向钻头管施加轴向冲击力，这使得钻孔设备的驱动机构停止。

根据本发明的钻头体的制造

可以在尤其为此构造出的模具(未示出)中成批制造所述钻头体，在该模具中包括有许多相配合的模具部分，这些模具部分一起形成模腔，其总体形状与钻头体的外部形状对应。两个可动模具部分可以相互分离并且与第三固定模具部分分离，从而能够对形成在模腔中的主体进行拆模。在模腔中，可以插入三个型芯拔具或阳模，它们在自由端处如此形成，从而它们可以在共同连接点处相互连接。其中一个阳模为圆柱形并且用于空腔中形成一空间以便在所完成的钻头体1中形成孔道12。在其自由端的区域中，另两个阳模是局部锥形的以便在钻头体中形成切屑入口10。借助通向模腔的入口，可以从在注模机中的容器中注入可铸混合物。

注入在模腔中的混合材料包含有形成切削材料的硬质颗粒的混合物以及可降解粘接剂。粘接剂实际上可由不同塑料和蜡的组合物构成，它们可以通过萃取之后进行热蒸发或单独进行热蒸发来剥离。在当前说明书以及随后的权利要求书中所使用的概念“切削材料”应该被认为主要包括硬质合金和CERMET。传统的硬质合金为粉末冶金材料，它基本上由在至少一种金属粘接剂中的多种碳化物构成。所使用的碳化物都非常硬，并且可以主要由碳化钨(WC)还有碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和/或碳化铌(NbC)，而金属粘接剂通常由钴(Co)或钴合金构成。CERMET是粉末冶金材料的通称，其中硬质颗粒由碳化钛(TiC)、碳氮化钛(TiCN)和/或氮化钛(TiN)构成。CERMET的特征在于，在例如可以由钴或镍-钴构成的金属粘接剂中还包括陶瓷颗粒。

按照以下方式进行该制造：

a)在第一步中，通过相互接合的可动模具部分将所述模具关闭以便共同形成模腔。另外，将三个阳模插入到该模腔中并且使它们相互连接。在该状态中，模具部分的内表面将确定出主体的外形，而孔道12、10的内部形状由阳模确定。

b)在下一步中，通过入口将混合物注入在模腔中。在该模腔已经充满混合物时，保持特定的保持压力适当的时间以便确保混合物稳定并且的确完全充满整个模腔。在这方面，形成半成品，其形状与模腔和阳模的形状对应。

c)在第三步中，通过使模具部分与半成品分离并且从中将阳模拆除来将所形成的半成品拆模。由此，其中一个阳模留下形成孔道12的圆柱形中空空间，同时另两个阳模用来形成切屑入口10的锥形中空空间。

d)在已经脱出半成品时，从主体中将粘接剂(塑料)剥除。这是通过萃取之后进行热蒸发或者单独通过热蒸发来进行的。在已经剥除粘接剂时，只有将要形成最终切削材料的颗粒保持在半成品中。

e)在最后的步骤中，通过加热至至少1300℃来烧结经过这样处理的半成品，从而获得具有最终形状和尺寸的硬质钻头体。在烧结方面，半成品线性收缩了例如由模腔确定的其原始尺寸的17至20％。

上面已经描述了如何将单种均质混合物注入在模具中。但是上述制造方法还开创了用两种或多种具有不同性能的材料混合物制造钻头体的可能性。例如，其中分别包括切削刃和头部的包络面的那些材料部分可以由比在主体中的其它部分中的材料具有更大的硬度和耐磨性的材料制成。实际上，这种多步注模可以通过除了上述三个阳模之外的一个或多个附加阳模来进行，将它们插入到模腔中并且在第一基体已经形成在模腔中时一个接一个拔出。这些辅助阳模随后留下多个中空空间，它们在一个或多个随后步骤中可以填充有粉末混合物，这些混合物赋予该材料不同于基体中的材料的性能。在该情况中，对于不同的粉末混合物自然需要一个或多个附加注入口以及辅助存储腔室。

根据本发明的钻头体的另一个实施方案的简要说明

在图4和5中，显示出第二实施方案，根据该实施方案跨接在切屑通道开口上的桥部8形成有三个整体切削刃9。因此，在该情况中，桥部包括三个棒或棒状材料部分，它们从其中形成有三个埋头孔的环形壁26的中心的中间部分发出，这些埋头孔形成通向内部的切屑通道的切屑入口10。限定了每个单独切屑入口10的表面27(也参见在图1中的表面16)为至少局部锥形以便有利于切屑输入进并且穿过入口。三个棒与辅助刀刃一起沿着切向方向相互等距离间隔开，即在它们之间的间隔为120°，这些刀刃在形成沿着钻头体的几何中心轴线C设置的对中顶端28的共同点处会聚。在三个刀刃的延伸部分中，形成有用来抵靠在孔壁上的引导件29。

在根据图4和5的实施例中，显示出笔直的切削刃9。但是，这些与根据图1-3的切削刃一样也可以由相互在高度上偏离的部分刀刃构成以便形成宽度减小的局部切屑。

本发明的优点

在深孔钻削的范围内，本发明在完全钻孔以及镗孔(以及铰孔和扩孔)方面开创了完全新颖的高效的、成本有效的形成深孔的可能方案。具体地说，本发明能够加工出具有有限直径例如直径小于15mm的长孔，同时确保了极好的精度。其一个原因在于，钻头体可以在一个整体件中生产出，而不需要耗时并且影响精度的单独切削刀片的辅助安装(不管这些是焊接或由夹紧的可转位刀片构成)。另一个显著优点在于，本发明能够制造出用于深孔钻削的自对中钻头体。这以前在使用了焊接切削刀片或可转位刀片的钻头体中是不可能的。在其外侧上不需要支撑条的这种自对中钻头体的特别优点在于，切屑入口其宽度可以增大，从而导致切屑的输送得到改善并且降低了切屑堵塞的危险。另外，由于存在特别的易断薄弱部位(这可以通过赋予模具部分适当的设计的简单措施来实现)，所以获得了这样一个优点，即使整个钻具的完全损坏的危险降低至最低。

本发明的可行变型

本发明不仅仅局限于上述并且在附图中所示的那些实施方案。因此，代替螺纹连接，可以采用其它类型的连接手段，例如卡口式连接以便使钻头体与钻头的管子可拆卸地连接。还可以按照另一种方式例如通过焊接等使钻头体与管子连接。在这方面，还应该指出的是，钻头管可以由多个相互连接的管部构成。另外，应该指出的是，例如主要由在钻头体的头部上的切削刃的形状和位置所确定的钻头体的切削几何形状可以在随后权利要求的范围内尽可能变化。用来对根据本发明的总体构思进行举例说明的这些附图因此并不涉及任意最终产品，并且应该仅被当作是原理图(这些原理图受到最终产品的原型影响)。还应该注意，所述的易断薄弱部位可以按照与在轴的包络面中的连续沟槽形式不同的方式来实现。应该指出的是，钻头体也可以由除了上述材料之外的其它切削材料例如陶瓷制成。总之，应该指出的是，由硬质合金等制成的带刃桥部可以做成为具有有限体积的单独单元，该桥部可以与由另一种材料例如钢制成的后钻头体构件连接。带刃桥部例如可以形成钻头的粗大前头部，而后部由轴构成。在这方面，在位于桥部和钻头体的后部之间的界面中形成易断薄弱部位是可行的。考虑到阶梯状形成的切削刃，应该指出的是，这些切削刃不必为阶梯状。因此，例如使三个部分刀刃的中间一个凹入(或凸起)也是可行的。因此，其本质在于不同的部分刀刃位于不同的水平面上以便产生出其宽度小于切削刃的总宽的切屑。

附图标记列表

1＝钻头体

2＝切屑通道

3＝钻头管

4＝前头部

5＝轴

6＝在头部上的包络面

7＝过渡表面

8＝桥部

9＝切削刃

10＝切屑入口

11＝横刃

12＝在切屑通道中的主孔道

13＝主孔道的限制面

14＝孔道端部

15＝孔道开口

16＝切屑入口的限制面

17＝前表面

18＝切削表面

19＝前轴部

20＝后轴部

21＝阳螺纹

22＝阴螺纹

23＝前管部

24＝变平的螺纹部分

25＝易断薄弱部位

26＝环壁

27＝锥形面

28＝对中顶端

29＝引导件

Claims (8)

1.一种可转动钻头体(1)，该钻头体包括具有桥部(8)的前头部(4)，该桥部(8)由硬质切削材料制成并且在其中一体地形成有多个切削刃(9)，所述切削刃与用于通过在钻头体后端开口的共同通道(2)来向后排屑的入口(10)相连，其特征在于，这些入口(10)在前头部(4)中向前开口，每个刃是形成于余隙面(17)和从入口壁延伸的切削表面(18)之间的过渡区域中的切削刃(9)，并且沿着钻头体的转动方向观察位于入口(10)的后面，直径小于前头部(4)直径的中空轴(5)从头部向后延伸，所述轴能够插入在管子中从而提供用于深孔钻削的钻具。

2.如权利要求1所述的钻头体，其特征在于所述轴(5)包括螺纹，所述螺纹以可拆卸方式连接钻头体和管子。

3.如权利要求2所述的钻头体，其特征在于所述螺纹由在轴(5)的外侧上的阳螺纹(21)构成。

4.如权利要求3所述的钻头体，其特征在于，沿着所述轴的沿切向相间隔的区域，所述阳螺纹(21)的纹路被中断，从而形成平坦的无纹路的结构(24)以便对生坯进行脱模，所述生坯用于形成钻头体。

5.如前述权利要求中任一项所述的钻头体，其特征在于该钻头体包括易断薄弱部位(25)，用于当头部卡在工件中时使前头部(4)和轴(5)分离。

6.如权利要求5所述的钻头体，其特征在于所述易断薄弱部位由形成在轴(5)中的周边沟槽构成。

7.如权利要求1-4中任一项所述的钻头体，其特征在于钻头体的前头部(4)具有包络面(6)，就其不具有突出的支撑条的特征而言，它是基本旋转对称的和平滑的。

8.如权利要求1-4中任一项所述的钻头体，其特征在于各个切削刃(9)形成有多个台阶状相互偏置且用来产生部分切屑的部分刀刃(9a、9b、9c)，这些部分切屑的宽度小于刀刃的总长度。

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