CN101716691B - 主动型断屑钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种主动型断屑钻头，包括头部和柄部，头部是以中心轴线的圆柱体上开排屑槽，用于形成排屑槽的实体部分为背，排屑槽与背在轴线方向上的交线形成主切削刃，排屑槽与背在径向方向上的交线形成副切削刃，副切削刃与主切削刃相交形成刀尖，排屑槽中设置有断屑槽，断屑槽与主切削刃相平行；主切削刃上设置有分屑槽，分屑槽与主切削刃相垂直。通过在排屑槽中设置有与主切削刃相平行的断屑槽，断屑槽对切屑产生附加变形，使切屑扭曲后发生断裂，确保切屑顺畅排出；设置分屑槽用于将切屑沿直径方向分成二至三段，更有力于切屑的顺利排出；该主动型断屑钻头广泛适用于航空航天、军工兵器及其它民用领域的难加工材料钻削。
Description
技术领域
本发明涉及高速、超硬精密刀具，尤其涉及一种用于高韧性高强度材料(如不锈钢，钛合金，镍基钴基等难加工材料)孔加工的自断屑钻头。
背景技术
目前难加工材料在航空制造、军工及兵器、及燃气轮机等诸多行业得到广泛应用。
难加工材料切削与一般钢材相比，难加工材料切削加工难点主要表现在以下几个方面：1)加工硬化倾向大，比如GH4169未强化处理的基体硬度约HRC37，切削后表面产生0.03毫米左右的硬化层，硬度增加到HRC47左右，硬化程度高达27％；加工硬化现象对刀具寿命有很大影响，通常会产生严重的边界磨损；2)切削力大，难加工材料强度比汽轮机常用合金钢材料高30％以上，在600℃以上的切削温度下，镍基难加工材料的强度仍高于普通合金钢材料；未强化处理的难加工材料单位切削力在4000N/mm2以上，而普通合金钢仅2500N/mm2；3)材料导热性差，切削难加工材料时产生的大量切削热由刀具承受，刀尖承受了高达800～1000℃的切削温度，在高温和大切削力作用下，将导致切削刃产生塑性变形、粘结与扩散磨损；4)镍基合金主要成份为镍和铬，另外还添加有少量其它元素，如钼、钽、铌、钨等，值得注意的是，钽、铌、钨等也是用来制造硬质合金或高速钢刀具的主要成分，用这些刀具加工难加工材料会产生扩散磨损和磨料磨损。
孔加工是切削加工中难度较大的加工方式，属半封闭式加工。特别是实心钻孔时，切削热极易滞留在切削刃附近，切削热和切屑的及时排出很困难，这是影响刀具寿命的关键所在。
相对于一般钢材切削加工，切削难加工材料的刀具寿命要低50％以上，加工效率很低，加工成本也高得多。难加工材料孔加工主要难点是：1)切削力大，消耗机床功率大；2)孔加工是半封闭的切削，产生的高切削热和断屑困难的切屑难以及时排出远离刀尖，刀具磨损更为剧烈；3)难加工材料孔加工中，刀具磨损比加工普通钢材快得多，且需要切削性能更好的刀具材料。
传统钻头的断屑主要是采用切削刃弯曲，为切削提供附加变形的方式而获得，但由于上述难加工材料的物理性及切削特点，该方法能并适合难加工材料。
可见，难加工材料钻孔钻头存在的寿命低、成本高等问题，是急需解决的技术难题。其解决方法应侧重于断屑原理的改进，使得切屑能主动断裂继而顺畅排出，保证钻孔的顺利进行。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种主动型断屑钻头，解决排屑散热问题，更好地保护钻头刃口以维持切削能力。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
主动型断屑钻头，包括头部和柄部，所述头部是以中心轴线的圆柱体上开排屑槽，用于形成排屑槽的实体部分为背，所述排屑槽与背在轴线方向上的交线形成主切削刃，所述排屑槽与背在径向方向上的交线形成副切削刃，副切削刃与主切削刃相交形成刀尖，特点是：所述排屑槽中设置有断屑槽，所述断屑槽与主切削刃相平行。
进一步地，上述的主动型断屑钻头，其中，所述主切削刃上设置有分屑槽，所述分屑槽与主切削刃相垂直。
更进一步地，上述的主动型断屑钻头，其中，所述断屑槽的轮廓呈直线段与圆弧段衔接形成的线段。
再进一步地，上述的主动型断屑钻头，其中，所述直线段与切削平面的夹角为45°，所述圆弧段的半径不小于0.3mm。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明钻头设计独特，通过在排屑槽中设置有与主切削刃相平行的断屑槽，断屑槽对切屑产生附加变形，使切屑扭曲后发生断裂，呈“6”字形，而不是螺旋或带状，确保切屑顺畅排出；
②主动型断屑钻头设置有分屑槽，用于将切屑沿直径方向分成二至三段，更有力于切屑的顺利排出；
③主动型断屑钻头在加工难加工材料时其使用寿命较长，加工效率提高了约1.5倍；广泛适用于航空航天、军工兵器及其它民用领域的难加工材料钻削。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1a：设置有断屑槽的主动型断屑钻头的示意图；
图1b：图1a的A向放大示意图；
图2a：设置有分屑槽的主动型断屑钻头的主视示意图；
图2b：图2a的左视示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | 排屑槽 | 2 | 背 | 3 | 主切削刃 |
| 4 | 副切削刃 | 5 | 刀尖 | 6 | 断屑槽 |
| 7 | 分屑槽 |
具体实施方式
如图1a所示，主动型断屑钻头，包括头部和柄部，头部是以中心轴线的圆柱体上开排屑槽1，用于形成排屑槽的实体部分为背2，排屑槽1与背2在轴线方向上的交线形成主切削刃3，排屑槽1与背2在径向方向上的交线形成副切削刃4，副切削刃4与主切削刃3相交形成刀尖5，排屑槽1中设置有断屑槽6，断屑槽6与主切削刃3相平行，如图1b，断屑槽6的轮廓呈直线段与圆弧段衔接形成的线段，直线段与切削平面的夹角为45°，圆弧段的半径不小于0.3mm。
如图2a、2b所示，在上述的结构基础之上，主切削刃3上设置有分屑槽7，分屑槽7与主切削刃3相垂直。
主动型断屑钻头采用整体硬质合金材料制造，根据加工深度不同选择不同牌号，深孔加工采用ISO30-40，而浅孔加工可选用ISO05-10。选择原则是：1)硬度和强度，满足硬度＞HRV1720，抗拉强度3200N/mm2；2)晶粒度，晶粒度直接决定硬质合金的韧性，在深孔加工中尤为重要，强力钻的棒料晶粒度不大于0.4～0.5μm。
主动型断屑钻头制造时槽形选择1A1普通开槽砂轮，芯厚保证点R约为0.3min；断屑槽砂轮采用11V9，砂轮尖点圆弧R0.3max。
本发明通过在排屑槽1中设置有与主切削刃3相平行的断屑槽6，断屑槽6对切屑产生附加变形，使切屑扭曲后发生断裂，呈“6”字形，而不是螺旋或带状，继而确保切屑能顺畅地排出。为保证断屑槽的顺利加工，不影响其它结构，须对排屑槽进行优化设计，需要足够的正芯高。断屑槽采用直线与圆弧相结合的方式，直线前角约45°，圆弧不小于R0.3。
根据钻头直径，主动型断屑钻头设置有分屑槽7，用于将切屑沿直径方向分成二至三段，更有力于切屑的顺利排出。
主动型断屑钻头用于加工中心等刚性较好的机床，被加工材料0Cr17Ni17Mo2，硬度HB280，抗拉强度1200N/mm2，具体切削参数及对比见表1。
表1
| 切削情况 | 主动型断屑钻头12mm | 普通钻头12mm |
| 切削速度 | 48M/min | 40M/min |
| 主轴转速 | 1273 | 1061 |
| 进给速度 | 153mm/min | 106mm/min |
| 加工数量 | 1600 | 450 |
| 切削效率 | 144％ | 100％ |
| 加工精度 | IT8 | IT9 |
| 表面质量 | Ra6.3 | Ra6.3 |
综上所述，本发明主动型断屑钻头在加工难加工材料时其使用寿命较长，加工效率提高了约1.5倍。可广泛应用于航空航天、军工兵器及其它民用领域的难加工材料钻削。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.主动型断屑钻头，包括头部和柄部，所述头部是具有中心轴线的圆柱体，圆柱体上开排屑槽，用于形成排屑槽的实体部分为背，所述排屑槽与背在轴线方向上的交线形成主切削刃，所述排屑槽与背在径向方向上的交线形成副切削刃，副切削刃与主切削刃相交形成刀尖，其特征在于：所述排屑槽中设置有断屑槽，所述断屑槽与主切削刃相平行；所述主切削刃上设置有分屑槽，所述分屑槽与主切削刃相垂直。
2.根据权利要求1所述的主动型断屑钻头，其特征在于：所述断屑槽的轮廓呈直线段与圆弧段衔接形成的线段。
3.根据权利要求2所述的主动型断屑钻头，其特征在于：所述直线段与切削平面的夹角为45°，所述圆弧段的半径不小于0.3mm。
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