CN101068644A - 用于钻孔/倒棱刀具的钻头和钻孔/倒棱刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻孔/倒棱刀具，包括一个基体(2)，它有一个钻头安装座和一个作为倒棱刀具的刀片镶刃(5)，以及包括一个长度可变地固定在钻头安装座内直径(D)的钻头(3)，钻头有相对于钻头(3)的轴线(A)最大25°螺旋角的排屑槽(8)、一个冷却剂通道(10)以及一个支承面(7)，刀片镶刃(5)通过支承长度(AL)贴靠在支承面(7)上。

Description

用于钻孔/倒棱刀具的钻头和钻孔/倒棱刀具
本发明涉及一种用于钻孔/倒棱刀具的钻头和一种钻孔/倒棱刀具，亦即一种用于材料切削加工的组合刀具，它既适用于钻孔也适用于倒角。例如由DE9206148U1已知一种钻孔/倒棱刀具。
钻孔/倒棱刀具通常由基体和夹紧在基体内的钻头组成，基体带有一个作为倒棱刀具的刀片镶刃，亦即旋转刀片。在这里，刀片镶刃以这样的方式固定在基体上，即规定用于制造倒角的刀刃部分啮合在麻花钻的排屑槽内。因此不可能在任意位置实施钻头在基体内的装配。尤其是在若有可能调整钻孔深度时，应当注意重新确立钻头与用于倒角的刀片镶刃之间正确的角度关系。
与倒棱的刀片镶刃通过部分啮合在钻头出屑棱内固定不同，也可以例如由WO94/25210已知的那样，将倒棱的刀片镶刃这样固定在基体上，即，将它压靠在钻头的槽支承侧面上。在由WO94/25210已知的刀具中，倒棱的刀片镶刃可以垂直于钻头轴线调整，以达到刀具适用于不同直径的钻头。若钻头沿纵向调整，则在此刀具中同样要重新调整钻头与基体之间的角度。
在钻孔/倒棱刀具中的另一个问题是冷却润滑剂向钻头的输送：通过中心孔供给基体的冷却润滑剂从基体流入钻头排屑槽内。以此方式可能最多限于有针对性地向钻头钻刃供给如尤其在最低程度润滑时所需要的那样的冷却润滑剂。迄今在按先有技术的钻孔/倒棱刀具中，取消在钻孔刀具内部有可能向钻尖有针对性地供给小量冷却润滑剂的冷却通道，因为这些通道减小了横截面并因而降低钻头的承载能力。这种受限制的冷却和润滑可能性又导致按先有技术的钻孔/倒棱刀具主要使用于较小的，最多用于中等的钻孔深度至约钻头直径三倍的钻孔深度。
本发明的目的是能提供一种用于钻孔与倒棱的能特别灵活和方便地操作的设备，它在有良好冷却和润滑的可能性的同时尤其还适用于钻孔深度超过钻头直径的三倍。在这里钻头应能特别方便地使用在不同的组合刀具、尤其是钻孔/倒棱刀具中。
按本发明为达到此目的采用一种具有如权利要求1所述特征的钻头。此钻头尤其规定使用在钻孔/倒棱刀具中，但同样也使用在另一些组合刀具中，例如带锪孔镶刃或铰孔镶刃的刀具。在这里刀具由基体和可改变长度、亦即可调钻孔深度地夹紧在基体内的钻头组成。在钻头可插入其钻头安装座内的基体上固定一个例如形式上为旋转刀片的刀片镶刃作为倒棱刀具。钻头有螺旋出屑糟以及每个排屑槽有至少一个冷却/润滑剂通道。在这里冷却/润滑剂通道或可通过整个钻头延伸，或可在钻头内部聚集。在钻头圆周上，每个排屑槽构成一个平行于钻头轴线延伸的平的支承面，它允许钻头在基体内方便地纵向调整。特别有利的是，在钻头纵向调整时不需要改变钻头的角向位置，并因而也不需要改变钻头与刀片镶刃之间的角度关系，因此所述的纵向调整仅通过钻头沿纵向的轴向移动实现，无需转动。与此同时，钻头有足够的调整行程，因为它的排屑槽只有一个最大为25°的小螺旋角，尤其最多20°的螺旋角。此外，相对于钻头纵轴线测得的所述排屑槽小的螺旋角度带来的优点是，与大螺旋角的钻头相比提高了扭转稳定性。因此所述的钻头也适用于更大的超过3×D，例如8×D(D＝钻头直径)或15×D的钻孔深度。与钻孔深度无关，即使在最低程度润滑时，也绝对可以通过在钻头内延伸的冷却/润滑剂通道有针对性地向钻尖供给冷却/润滑剂。特别有利的是，钻头和钻孔/倒棱刀具的所述特征可以在模件式刀具中实现。
所述的钻头适用于宽的直径范围，尤其1.5mm至30mm，其中螺旋角并因而排屑槽的绕距优选地根据钻头直径选择。在这种情况下，钻头直径越大，排屑槽沿钻头纵轴线所取的螺旋角越大。按一项优选的设计，排屑槽按度计的螺旋角为数值7×D0.35，偏差不大于20％，尤其不大于10％，其中钻头直径D按mm计。
排屑槽的绕距指的是沿钻头纵轴线的一个区段，在此区段内排屑槽经过了一个整圈。因此排屑槽的绕距相当于有关螺纹的传统术语螺距。优选地，排屑槽的绕距按mm计为数值24×D2/3，偏差不大于20％，尤其不大于10％，特别优选地不大于5％，其中钻头直径D同样按mm计。
在按本发明的钻头直径不同时，按优选的设计在钻头支承面与钻头直径之间存在另一个关系，支承面指的是基体的刀片镶刃贴靠在那里的钻头表面。支承面沿钻头轴向，亦即沿钻头的纵向按mm计的长度为数值0.2×D2-0.8×D+30，偏差最多25％，尤其最多10％，例如小于5％，在这里，所列公式中的所有数据均应使用mm。
为了使钻孔/倒棱刀具有特别高的可变性，支承面沿钻头轴向的长度至少等于刀片镶刃支承长度的两倍。在这里刀片镶刃的支承长度指的是，规定用于在钻孔上施加倒角的刀片镶刃沿着它贴靠在钻头支承面上的那个长度。
钻孔/倒棱刀具优选地有两个排屑槽。为了有特别高的稳定性，按一项优选的设计规定，在钻头横截面内观察，在排屑槽之间的钻头背面沿一个至少95°的角延伸，尤其沿至少100°角，例如大于110°角延伸。通常在要切削的材料与排屑槽的最佳设计之间存在一种关系。与钻头背面的角度列举的高值不同，若钻孔/倒棱刀具例如规定用于轻金属切削时，钻头背面沿其延伸的角度可以小于60°，尤其小于45°。
钻头与排屑有关的几何尺寸优选地可以采取下列措施优化：钻头芯部直径随着离钻尖距离的增大而减小。因此在排屑槽内可供排屑使用的空间向后渐增，与此同时并不显著削弱钻头的横截面。钻头的芯部直径处于从0.18×D至0.35×D的范围内(D＝钻头直径)。
不过，例如由EP0712343B1已知，具有从钻尖出发向后渐减的芯部直径的钻头本身与钻孔/倒棱刀具没有关联。在这里，排屑槽有一种随着离钻尖距离的增大而增大切屑成形半径的横截面形状。
作为基体、可固定在基体上的倒棱刀片镶刃以及钻头的材料，可考虑所有适用于切削加工技术的材料。例如，钻头可以设计为整体硬质合金钻头，或设计为包括焊上的和/可拆式固定，例如螺丝固定的刀片镶刃的钢钻头。取决于应用领域，刀片镶刃适用的材料例如是硬质合金、金属陶瓷、多晶钻石简称PKD(polykristalliner Diamant)、立方氮化硼简称CBN(kubisches Bomitrid)或陶瓷。钻头也可以设计为分成多个部分，包括一个可装上的钻尖。在所有的情况下，钻头的切削刃都可以由镀层或不镀层的材料构成。相应地这也适用于基体的规定作为倒棱刀具的刀片镶刃。
本发明的目的还通过有权利要求12特征的钻孔/倒棱刀具达到。按权利要求2至11所述的那些优选的设计，同理也适用于按权利要求12所述的钻孔/倒棱刀具。
下面借助附图详细说明本发明的实施例。附图中：
图1a-1c表示钻头直径为9mm的钻孔/倒棱刀具的不同视图；
图2a-2b表示按图1的钻孔/倒棱刀具的钻头与有30°螺旋角的钻头比较；
图3a-3b表示按图2a的钻头与按图2b的钻头的横截面；
图4表示用于钻孔/倒棱刀具的直径13.5mm的钻头；
图5a-5b表示用于钻孔/倒棱刀具的直径3.4mm的钻头不同的局部视图；
图6a-6b表示直径13.5mm和背面宽度减小的用于钻孔/倒棱刀具的钻头侧视图及横截面图；以及
图7a-7b表示直径13.5mm和背面宽度增大的用于钻孔/倒棱刀具的钻头侧视图及横截面图。
在所有的图中彼此对应或作用相同的部分采用同样的附图标记。
图1a至1c表示一种钻孔/倒棱刀具1，它由基体2和夹紧在基体内的钻头3组成。基体2通过一个图中没有表示的夹紧端夹紧在机床的卡盘内。因此钻头3只是借助基体2间接地固定在机床上。钻孔/倒棱刀具1通常用作旋转刀具，但它同样也可以在工件旋转的情况下用作固定不动的刀具。
钻头3长度可变、亦即钻孔深度可调地借助夹紧螺钉4固定在基体2内。通过刀片镶刃5实现钻头3的附加固定，它作为倒棱刀具借助固定螺钉6固定在基体2上并贴靠着钻头3的支承面7。因此，钻头3长度调整的可能性一方面源自于它可以在基体2内部移动，以及另一方面源自于刀片镶刃5可以固定在支承面7上不同的位置。在图示的实施例中仅一个刀片镶刃5作为倒棱刀具固定在基体2上，与之不同，钻孔/倒棱刀具1也可以有多个倒棱刀具。与此实施例不同，所述至少一个刀片镶刃5也可以设计为转动刀片。沿钻头3轴向的支承面7长度用L表示，说明刀片镶刃5沿该区段在支承面7上与钻头3接触的支承长度用AL表示。支承长度AL等于支承面7长度L的约40％。
钻头3有两个螺旋排屑槽8和两个处于排屑槽之间的钻头背面9，其中，支承面7在钻头背面9的区域内延伸为，使刀片镶刃5在横截面范围内啮合在钻头直径内部。与一种在那里倒棱刀片镶刃啮合在排屑槽内的钻孔/倒棱刀具不同，在钻头调整长度时钻头无需转动，而只需沿轴向移动。
在钻头3内部延伸两个冷却剂通道10，它们的出口在端侧处于钻尖11的区域内。在钻尖11上可见一个横刃12和与之连接的主钻刃13。钻头3在钻尖11区域内的几何结构原则上例如由EP0249104A1或由DE19955172A1是已知的。据此，连接在主钻刃13上的自由面14设计为从主钻刃13向排屑槽8延伸具有一个曲率半径的弯曲表面。
一个导向刃带16处于钻头背面9上与构成排屑槽8边界的副钻刃17邻接。与图示的实施例不同，钻头3也可以在钻头背面9的每一侧有一个导向刃带17，亦即在一种有两个排屑槽8的刀具上总共有四个导向刃带。钻头3可用任何适合于制造钻孔刀具的材料制造，例如工具钢或硬质合金。同样，也可以用金属陶瓷制造或使用施加立方氮化硼CBN镀层的钻孔刀片镶刃。钻头3的芯部直径从钻尖11起向后缩小，从而相应地增大排屑槽8并因而保证特别好地排屑。从排屑槽8到基体2的过渡区设计为，使得当钻头3最大程度插入基体2内时，亦即钻孔深度最小时，排屑槽8的轮廓通过基体2近似地延续。从而避免切屑聚集在钻头3与基体2之间的过渡区内。
下面借助图2a至3b详细说明钻头3的几何特征。其中图2b和3b表示按图1a至1c的钻孔/倒棱刀具1的钻头3的侧视图或横截面，而图2a和3a中则是为比较起见所示出的一种虚拟的钻孔刀具3a，它在排屑槽的螺旋角方面与钻孔刀具3不同，但其他部分只要有可能同样显示钻孔刀具3的特征。
在图2a和3a中表示的钻孔刀具3a中，排屑槽8相对于钻孔/倒棱刀具1轴线A的螺旋角为30°。就此而言钻孔刀具3a相当于传统的钻头。在图2a中可看见的一个被排屑槽8断开的支承面7′仅仅为了与按图2b、3b及图1a至1c的钻头3作比较而示出。
按图2b和3b所示的构成钻孔/倒棱刀具1一部分的钻头3，与按图2a和3a所示的比较用钻孔刀具3a一样直径D为9mm。排屑槽8的螺旋角，亦即相对于刀具纵轴线A的倾斜位置，在钻头3中仅为15°，并因而是传统的类似尺寸的钻头中典型的螺旋角的一半。钻头3排屑槽8这种小的螺旋角，一方面与其中排屑槽有更大斜度的钻孔刀具3a相比提高了尤其在钻孔深度较大时的机械稳定性，以及另一方面可以形成长度尺寸很大的支承面7，并因而使钻头3在基体2内有更大的调整范围。在钻头直径D＝9mm的本实施例中，支承面7的长度L约为26mm。这大体相当于数值6×D2/3，其中所有参数以mm计。按图2b和3b所示实施例类型的钻头可制成有不同的直径，尤其是从1.5mm至30mm，其中直径范围从4mm至20mm是优选的。在这种情况下支承面7的长度L按优选的设计偏离数值6×D2/3不大于25％，例如最多15％(所有长度单位按mm)。钻头的这些实施形式尤其可制造用于长度L甚至超过数值6×D2/325％以上的钻孔/倒棱刀具1。如由图2b和2a之间的直接比较可以得出，如此长的支承面7在具有30°螺旋角的钻头中是无法实现的。
钻头螺旋形排屑槽通常描绘出一条螺旋线，它原则上与螺纹的走势类似。与之相应，下文中使用术语“排屑槽的绕距”，它类似于螺纹的螺距，在本例中沿刀具轴线的该长度范围内，排屑槽经过一整圈。在按图2a和3a的钻孔刀具3a中，排屑槽沿一个大体相当于排屑槽8的绕距的长度延伸，而按图2b和3b的钻头3有一些排屑槽8，它们明显地少于绕刀具轴线回转一圈。也就是说，排屑槽8成为计算参考值的绕距在本例中超过钻头3中这些排屑槽8实际经过其延伸的纵向区段。
与支承面7的长度L一样，钻头3排屑槽8的绕距按优选的设计也与钻头直径D有关。在这里，排屑槽的绕距为数值24×D2/3，偏差不大于20％，尤其不大于10％，其中所有参数仍使用单位mm。在钻头直径D与排屑槽8的设计之间所述的关系尤其也适用于直径D在4mm至20mm的范围内的钻头。在排屑槽8的螺旋角为15°以及钻头直径D为9mm的实施例中，排屑槽8的绕距约为105mm。此作为钻孔/倒棱刀具1一部分的钻头3适用于钻孔深度约达3×D。尤其对于较小的钻头直径，此钻孔/倒棱刀具1的钻孔深度可达15×D。钻头3取决于支承面7的长度L以及刀片镶刃5包括支承长度AL在内的几何尺寸的轴向调整可能性，是钻头直径D的至少75％。
图3a和3b用横截面图表示在钻孔/倒棱刀具1的钻头3与有恒定螺旋角30°的对比钻孔刀具3a之间另一个显著的区别。钻头3的钻头背面9在横截面内沿一个约100°的角α延伸，而钻头3a的钻头背面9沿其延伸的对比角α′则小于95°。钻头背面9的这种差距源于排屑槽8不同的绕距以及使用相配的磨具。在与副钻刃17邻接的区域内，一方面钻头3的排屑槽8和另一方面对比钻头3a的排屑槽8几乎一致地成形。因此在副钻刃17之后排屑槽8内部的切屑成形方面，在钻头3与对比钻头3a之间并不存在明显的差别。反之，在钻头背面9与在排屑槽8内的副钻刃17对置的纵棱18区域内，钻头3的排屑槽8与对比钻头3a中明显不同。在钻头3中有特别多的材料处于钻头圆周亦即钻头背面9附近。这例如借助一条从钻头3轴线A向纵棱18延伸部分经过排屑槽8的半径线19可以清楚看出。与之相比，对比钻头3a的所述半径线19连续通过钻头材料。基于钻头3钻头背面9比较大的尺寸，使钻头即使有两个冷却剂通道10(在图3b中没有表示)，尽管是大的钻孔深度/直径比(优选地达8×D，尤其达5×D)，在钻孔/倒棱刀具1内部仍有良好的机械稳定性。此外，如此加宽的钻头背面提供更大的空间，保证有尽可能大的用于倒棱刀片镶刃5的支承面7并因而大的轴向可调能力。由此如所阐明的那样并不影响切屑成形和切屑传送。钻头背面9其他不同的设计借助画在钻头横截面内部的各条线表示。角度α与钻头背面9的形状关系不大。
图4表示直径D为13.5mm的钻头3局部，它同样适用于图中没有进一步表示的钻孔/倒棱刀具1。排屑槽8的螺旋角在本例中等于17.3°，支承面7的最大长度L为56.35mm(在按图4的实施例中支承面7较短，但通过另一种磨削可以加长到56.35mm)。
图5a和5b表示具有钻头直径D为3.4mm的钻孔/倒棱刀具1钻头3不同的局部。排屑槽8的螺旋角仅为9.58°，用于刀片镶刃5的支承面7最大长度L等于28.84mm。按图5a和5b的实施例与按图4的实施例以及与按图1a-1c和2b、3b的实施例比较的结果表明，钻头直径D越小，钻头3排屑槽8的螺旋角越小，亦即更加接近一种开直槽的钻头的形状。
图6a和6b及7a和7b表示钻头直径D为13.5mm以及螺旋角为17.3°的特殊形状钻头3。按图6a和6b的钻头3有特别宽的排屑槽8和相应地小的具有角度α的背面宽度，钻头背面9沿此仅43°的角度α延伸。通过被减小的背面宽度，与按图4的实施例相比减小了支承面7的最大长度L，亦即减小为43.11mm。尽管如此仍保证钻头3在钻孔/倒棱刀具1内部有足够的长度调整可能性。按图6a和6b的钻头3尤其适用于切削轻金属或轻金属合金。
在按图7a和7b的实施例中，钻头3与按图4的实施例相比有具有角度α为117°的增大的背面宽度。相应地减小排屑槽8，支承面7的最大长度L增加至59.5mm。有加大的钻头背面9的钻头3尤其适用于切削那些形成短切屑的材料，尤其铸造材料。在按图6a和6b及7a和7b的实施例中，冷却剂通道10按图中未表示的方式仍在钻头3内部延伸。同样，导向刃带16至少设在副钻刃17旁。在上述任何实施例中，钻尖11均可以由与其余钻头3连接的单独的部分构成。同样可以在钻尖11上可拆式或持久地固定各个刀片镶刃。

Claims (12)

1.一种钻头(3)，用于长度可变地安装在一个尤其是钻孔/倒棱刀具中，该钻头(3)有一条沿纵向延伸的轴线(A)、直径(D)、相对于钻头(3)轴线(A)最大25°螺旋角的排屑槽(8)，并且对于每个排屑槽(8)有一个冷却剂通道(10)，以及有沿纵向延伸的支承面(7)，该支承面(7)用于沿一支承长度(AL)支承钻孔/倒棱刀具的刀片镶刃(5)。
2.按照权利要求1所述的钻头(3)，其特征为，所述排屑槽(8)的螺旋角为7×D0.35度，偏差不大于20％，其中直径D按mm计。
3.按照权利要求1或2所述的钻头(3)，其特征为，所述支承面(7)沿轴向的长度(L)为数值0.2×D2-0.8×D+30(全部按mm计)，偏差最多25％。
4.按照权利要求1至3之一所述的钻头(3)，其特征为，所述支承面(7)沿轴向的长度(L)至少等于设计为倒棱刀具的刀片镶刃(5)支承长度(AL)的两倍，在装配状态下，所述刀片镶刃(5)通过此支承长度(AL)贴靠在支承面(7)上。
5.按照权利要求1至4之一所述的钻头(3)，其特征在于在两个排屑槽(8)之间沿一个至少95°的角(α)延伸的钻头背面(9)。
6.按照权利要求1至5之一所述的钻头(3)，其特征为，所述钻孔深度至少等于3×D。
7.按照权利要求1至6之一所述的钻头(3)，其特征在于芯部直径，它随着离钻尖(11)距离的增大而减小，以及在从0.18×D至0.35×D的范围内。
8.按照权利要求1至7之一所述的钻头(3)，其特征为，它设计为整体硬质合金钻头。
9.按照权利要求1至7之一所述的钻头(3)，其特征为，它有多个尤其由硬质合金、金属陶瓷、多晶钻石、立方氮化硼或陶瓷制的刀片镶刃。
10.按照权利要求9所述的钻头(3)，其特征为，所述刀片镶刃是被焊上的。
11.按照权利要求9或10所述的钻头(3)，其特征为，所述刀片镶刃是可拆地结合上的。
12.一种钻孔/倒棱刀具，其包括一个按照上述任一项权利要求所述的钻头(3)和一个基体(2)，该基体(2)有一个钻头安装座和一个作为倒棱刀具的刀片镶刃(5)，其中，所述钻头(3)沿纵向长度可变地装入基体(2)内以及所述刀片镶刃(5)通过一支承长度(AL)贴靠在钻头(3)的支承面(7)上。
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