CN101259544B - 可转位刀片及使用可转位刀片的钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻头的可转位刀片，该可转位刀片包括断屑器，所述断屑器用于处理切屑并且沿着切削刃设置在所述可转位刀片的上表面。所述断屑器具有至少一个凹进部。所述凹进部从所述断屑器的位于所述切削刃附近的端部朝向所述刀片的中心缩进0.2mm或更大，或者所述凹进部的位于所述刀片的中心孔附近的端部与所述中心孔连通。

Description

可转位刀片及使用可转位刀片的钻头

技术领域

本发明涉及一种可转位刀片以及多个可转位刀片进行组合而限定切削刃的钻头(可转位钻头)。

背景技术

用于在金属工件上钻孔的钻头包括由多个可转位刀片(在下文中简称为刀片)限定切削刃的钻头。在下述参考文献等中披露了这样的钻头。

已登记的日本实用新型No.2582812披露了一种用于钻头的可转位刀片以及由该刀片限定切削刃的钻头。在该构造中，断屑器改进为平滑地处理切屑。此外，未经审查的日本专利申请公开文献No.2002-307221披露了这样一种用于钻头的可转位刀片，即：全周型断屑器完全沿着切削刃在前刀面上具有断屑槽。该公开文献还披露了在断屑槽中另外具有突起(突出部)的可转位刀片。

此外还提出了一种沿着切削刃具有断屑壁而不是断屑槽的可转位刀片(具有全周型断屑器)以及在前刀面上单独地设置有小断屑突起的可转位刀片。具有全周型断屑器的可转位刀片可包含凹槽，该凹槽局部地增加切屑流出阻力从而提高切屑处理性能(分断性能)。

在上述参考文献等所披露的可转位刀片中，各断屑器对流出的切屑有效地施加了弯曲力，从而可有效地处理切屑。然而，由于切屑与断屑器表面的接触面积增大，所以会增加切屑流出阻力和切削阻力。

在具有另外包括凹槽的全周型断屑器的刀片中也会出现类似的问题。在这种可转位刀片中，由于凹槽的存在会使切屑流出阻力局部增大，从而进一步增大切削阻力。

在具有单独地设置为断屑器的小突起的可转位刀片中，可减小切屑流出阻力和切削阻力。然而，由于切屑以点接触方式与小突起接触，因此，断屑器的有益效果会降低，并且切屑处理性能会劣化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于减小切屑流出阻力的用于钻头的可转位刀片，从而提供有效的切屑处理性能并减小切削阻力。为了达到上述目的，本发明对在上表面沿着切削刃设置有断屑器的用于钻头的多边形可转位刀片做出改进。在各断屑器上设置有至少一个凹进部，所述凹进部从所述断屑器的位于所述切削刃附近的部分朝向所述刀片的中心孔延伸。所述凹进部从所述断屑器的位于所述切削刃附近的端部朝向所述刀片的中心缩进0.2mm或更大，或者所述凹进部与所述刀片的所述中心孔连通(贯穿至所述刀片的所述中心孔)。

所述断屑器可以具有断屑槽，或者可以不具有断屑槽。

优选的是，在所述可转位刀片中，所述凹进部可位于距刀片边缘的距离为刀片宽度的25％～60％的区域内，从所述凹进部的位于所述中心孔附近的端部到所述中心孔的距离可以为0.5mm或更大，所述凹进部的深度可以为0.1mm或更深，或者所述断屑器上位于所述切削刃附近的所述端部的位置可以高于所述切削刃的位置。稍后将说明所述刀片边缘和所述刀片宽度的定义。

所述凹进部的位于所述中心孔附近的所述端部从所述断屑器的位于所述切削刃附近的所述端部缩进0.2mm或更大，然而，如果从所述中心孔附近的所述端部到所述中心孔的所述距离小于0.5mm，则所述中心孔附近的所述端部可以贯穿至所述中心孔。

如此构造的多个可转位刀片进行组合以限定切削刃从而构成钻头。所述钻头在其末端具有多个安装点，并且所述可转位刀片以距钻头中心不同的安装距离可拆卸地安装到所述安装点上，所述各个可转位刀片共同构成(分担)从所述钻头中心向所述钻头的周围延伸的切削区域以进行切削。本发明还提供了所述钻头。

本发明的所述可转位刀片具有在所述断屑器的纵向中间部分沿着所述切削刃设置的所述凹进部。在具有所述凹进部的部分上在切屑与所述刀片之间设置有间隙。所述间隙可以减小切屑与所述切削刃之间的接触面积。因此，可以减小切屑流出阻力和切削阻力。

此外，所述断屑器沿着所述切削刃连续地布置。因此，与采用小断屑突起的情况有所不同，所述切屑与所述断屑壁面之间的接触面积不会过分减小。这样，所述切屑处理性能不会劣化。

对于这种刀片来说，所述凹进部的位于所述中心孔附近的所述端部的缩进距离，即从断屑器的位于切削刃附近的所述端部到所述刀片中心的距离为0.2mm或更大，或者所述凹进部贯穿至所述中心孔。因此，可以防止所述切屑与所述凹进部的底部及其位于所述中心孔附近的所述端部接触。所述凹进部可以可靠地发挥其有益效果。

在下述说明中将呈现其它优选构造的作用和有益效果。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的可转位刀片的平面图。

图2是沿着图1中的线Y-Y截取的放大剖视图。

图3是沿着图1中的线Z-Z截取的放大剖视图。

图4是示出图2所示一部分的进一步放大的剖视图。

图5是示出根据本发明第二实施例的可转位刀片的平面图。

图6是示出根据本发明第三实施例的可转位刀片的平面图。

图7是示出凹进部贯穿至中心孔的示例性结构的主要部分的放大剖视图。

图8是示出根据本发明实施例的钻头的主要部分的侧视图。

图9是示出图8所示钻头的前视图。

图10是示出图8所示钻头的周围切削刃的结构的简图。

图11是示出图8所示钻头的中心切削刃的结构的简图。

图12是示出切屑与凹进部的接触状态的示意图。

图13是通过性能评价试验测量的推力载荷的对比图。

具体实施方式

下面将参照图1至图13对本发明的各个实施例进行说明。图1至图4示出了根据本发明第一实施例的可转位刀片，图5示出了第二实施例，并且图6示出了第三实施例。任何一个示例性可转位刀片1是在平面图中具有平行四边形形状的正刀片。上表面2周围的四条边，即上表面2与侧面3和4以锐角相交的四条隆起线限定切削刃6(见图2和图3)。切削刃6包含两对切削刃，每一对中的两条切削刃彼此平行布置。一对切削6_-1(应用下标以区别两种切削刃)用作钻头的周围切削刃。另一对切削刃6_-2用作钻头的中心切削刃。可转位刀片1应该优选具有用作钻头的周围切削刃的两条切削刃6_-1和用作钻头的中心切削刃的两条切削刃6_-2以平衡刀片1的种类。然而，刀片1的形状不是必须为平行四边形，也可以为多边形。

可转位刀片1具有用于其安装的中心孔5。断屑器7在上表面2上连续地布置成沿着整个切削刃6沿纵向延伸。在断屑器7的纵向中间部分分别设置有凹进部8。通过使上表面2的一部分鼓起形成平坦的刃棱面9。

所示出的断屑器7由断屑壁7a和断屑槽组合而成，该断屑壁向上弯曲至高于切削刃6的位置，在该断屑槽中，切削刃6附近的前刀面(上表面2)向下弯曲从而使该凹槽部分地位于低于切削刃6的位置。断屑器7具有如同在各个实例中那样范围在0.5mm～2.0mm的宽度W。然而，宽度W并不局限于此，可根据切削条件以及工件的材料选择适当的数值。如图2和图3所示，断屑器7上位于切削刃6附近的端部7b可位于高于切削刃6的位置。因此，切屑容易与断屑器7碰撞，从而提供有效的切屑处理性能。

凹进部8具有从切削刃6附近的端部7b到刀片1中心的0.2mm或更大的缩进距离H。如果图1中所示的从断屑器7的位于切削刃6附近的端部7b到中心孔5的距离D为0.2mm或更小，则缩进距离H无法满足上述条件。这样，如图7所示，凹进部8贯穿至中心孔5。此外，如果从凹进部8的位于中心孔5附近的端部到中心孔5的距离(图1中的距离E)为0.5mm或更小，则难以保持刃棱面9上在凹进部8与中心孔5之间延伸的部分(图7中的部分F)的强度。该部分容易在刀片1的使用或制造过程中开裂。为了避免这种情况，凹进部8可贯穿至中心孔5。如果凹进部8从断屑器7的位于切削刃6附近的端部7b朝向刀片1的中心缩进0.2mm或更大，则切屑在不接触凹进部8的底部及其位于中心孔5附近的端部的情况下被排出。这样，可以有效地减小切屑流出阻力。

凹进部8可以仅由那些未到达中心孔5的凹进部组成，或者仅由那些贯穿至中心孔5的凹进部组成。作为另一种选择，如图1所示凹进部8可以由那些未到达中心孔5的凹进部和那些贯穿至中心孔5的凹进部共同组成。还有另一种选择，如图5所示，也可以沿着各条切削刃6在具有适当间隔的位置上设置多个凹进部8。

凹进部8可以布置在距刀片边缘的距离为刀片宽度的25％～60％的区域内。如图5和图6所示，对于用作钻头的周围切削刃的部分来说，可以假定上述刀片宽度是由切削刃6_-2之间的尺寸限定的刀片宽度A，并且刀片边缘是在刀片1的使用过程中基本上用作周围切削刃的部分的边缘。对于用作钻头的中心切削刃的部分来说，可以假定上述刀片宽度是由切削刃6_-1之间的尺寸限定的刀片宽度B，并且刀片边缘是在刀片1的使用过程中基本上用作中心切削刃的部分的边缘。只要满足上述条件，切屑在宽度方向上的两端就可与断屑器7的壁面可靠地接触，因此可以排出切屑。即使在设置凹进部8时，也不会劣化切屑处理性能。

尽管稍后将说明，然而示例性刀片1也可将相邻边(切削刃)中的一条用作钻头的周围切削刃，并将相邻边中的另一条用作钻头的中心切削刃。周围切削刃的轨迹与中心切削刃的轨迹之间的重叠量进行变化以适应钻头直径的变化。为了防止由于该变化使切屑处理性能劣化，凹进部8应该优选布置在距刀片边缘的距离为刀片宽度的25％～60％的区域内。

凹进部8可具有0.1mm或更深的深度G(见图2和图3)。当深度G为0.1mm或更深时，在凹进部8的底部与切屑之间形成间隙，从而该凹进部可以可靠而有效地减小切削阻力。如果凹进部8的宽度C过大，则切屑容易与凹进部8的底部接触。因此，可以根据切削条件以及工件的材料得到适当的数值。

另外，当断屑器7对于一边的总有效长度等于刀片宽度A或B的40％或更长时，或者当断屑器7包括长度(沿着切削刃6的长度)为刀片宽度A或B的20％或更长的线性断屑壁面时，可以提供在典型切削条件下使用所要求的切屑处理性能。这里所说的典型切削条件包括范围从70m/min到400m/min的切削速度以及0.05mm/rev或更高的每转走刀量。如果每转的走刀量为0.05mm或更低，则所产生的切屑可能过薄以至于凹进部8不能有效地减小接触面积。

图8和图9示出了本发明的示例性钻头，该钻头具有上述用来限定其切削刃6的可转位刀片1。该钻头具有钻头主体11，该钻头主体在其周围具有两条排屑槽12。钻头主体11在其末端旋转大约180度的位置分别具有刀片座13。这两个刀片座13位于距钻头中心O的安装距离不同的位置处。利用夹紧螺钉14将本发明的可转位刀片1可拆卸地安装到刀片座13上。

以上表面2作为前刀面的方式安装两个可转位刀片1。如图10所示，其中一个位于钻头主体11周围附近的可转位刀片1布置成使其中一个锐角角部位于最外周且位于最远边缘。刀片1的切削刃6_-1与垂直于钻头轴线的直线成夹角θ从而限定钻头的周围切削刃。如图11所示，另外一个可转位刀片1布置成使其中一个钝角角部位于周围附近同时使其中一个锐角角部位于超过钻头中心的位置。以与刀片1的周围切削刃相同的方向倾斜的切削刃6_-2限定钻头的中心切削刃。

由切削刃6_-1限定的钻头的周围切削刃与由切削刃6_-2限定的钻头的中心切削刃共同构成从钻头中心向钻头周围延伸的切削区域以进行切削。如图12所示，在切削过程中所产生的切屑进入凹进部8。确定凹进部8的尺寸从而在凹进部8的底部与切屑10之间设置间隙(凹进部8的最优尺寸可根据切削条件和工件材料而变化)，从而可以减小切屑与刀片1的接触面积以及切削阻力。

实例1

进行评价试验以检查在断屑器中有无形成凹进部对切削阻力的减小效果。利用具有图1所示形状的在断屑器的纵向中间部分形成作为本发明特征的凹进部的刀片并利用具有类似于图1所示形状但不具有凹进部的刀片进行试验。准备由具有凹进部或不具有凹进部的刀片限定周围切削刃和中心切削刃的直径为φ20.0mm的钻头。在切削速度V＝175m/min以及每转走刀量＝0.15mm/rev的条件下通过湿式切削对SCM415工件和SUS304工件进行加工。然后测量加工过程中的推力载荷。图13示出了测量结果。如试验结果所示，与使用不具有凹进部的刀片的钻头相比，使用在断屑器中形成有凹进部的刀片的钻头具有更小的推力载荷。这样，可以证明切削阻力的减小效果。应当注意到，切屑的形状及其断开状态基本上没有差异。没有表现出凹进部对切屑处理性能的影响。

实例2

接下来，准备具有用来限定周围切削刃和中心切削刃的在断屑器上设置有凹进部的刀片的钻头。在与实例1相同的条件下利用钻头对S50C工件和SS400工件进行加工。在此试验中，改变图2和图3中所示凹进部8从断屑器的位于切削刃附近的端部7b到刀片中心的缩进距离H以及凹进部8的深度G。然后，检查凹进部8是否能够提供对切削阻力(推力载荷)的减小效果。表I和表II示出了该结果。

表I推力的减小效果

	缩进距离H(mm)
					工件	0.05	0.1	0.2	0.3
S50C	无	有	有	有
					SS400	无	无	有	有

表II推力的减小效果

	凹进部的深度G(mm)
					工件	0.05	0.1	0.2	0.3
S50C	无	有	有	有
					SS400	无	有	有	有

试验表明：如果凹进部8从断屑器的位于切削刃附近的端部到刀片中心的缩进距离H为0.2mm或更小，则无法根据工件材料提供凹进部的有益效果。所产生的切屑在进入凹进部的部分具有高度最大值大约为0.1mm的台阶部分。凹进部8的位于中心孔5附近的端部从断屑器的位于切削刃附近的端部的缩进距离H确定为0.2mm，该尺寸可使得切屑的台阶部分不与凹进部8的位于中心孔附近的端部接触。

根据相同的原因，凹进部8的深度G可以为0.1mm或更深，并且试验结果同样支持该数值。

Claims (5)

1.一种用于钻头的可转位刀片，所述刀片的形状为多边形，其包括：

多条切削刃，其设置在所述可转位刀片的上表面；

断屑器，其沿着所述各条切削刃设置；以及

至少一个凹进部，其设置在所述断屑器上，所述凹进部从所述断屑器的位于所述切削刃附近的部分朝向所述刀片的中心孔延伸，

其中，所述凹进部从所述断屑器的位于所述切削刃附近的端部朝向所述刀片的中心缩进0.2mm或更大，或者所述凹进部与所述刀片的所述中心孔连通或贯穿至所述刀片的所述中心孔，

所述凹进部位于下述区域内：所述区域距用作周围切削刃或内切削刃的刀片边缘的距离为刀片宽度的25％～60％。

2.根据权利要求1所述的用于钻头的可转位刀片，其中，

从所述凹进部的位于所述中心孔附近的端部到所述中心孔的距离为0.5mm或更大。

3.根据权利要求1所述的用于钻头的可转位刀片，其中，

所述凹进部的深度为0.1mm或更深。

4.根据权利要求1所述的用于钻头的可转位刀片，其中，

所述断屑器的位于所述切削刃附近的所述端部的位置高于所述切削刃的位置。

5.一种钻头，包括：

钻头主体，在其末端具有多个安装点；以及

多个根据权利要求1所述的可转位刀片，其以距所述钻头中心不同的安装距离分别安装到所述多个安装点上，使得具有所述断屑器的所述上表面用作前刀面，

其中，所述各个可转位刀片共同构成从所述钻头中心向所述钻头的周围延伸的切削区域以进行切削。

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