CN101733452A - 钻铰型强力钻 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻铰型强力钻，头部是以中心轴线的圆柱体上开抛物线形槽，开槽螺旋角为10～15°，用于形成抛物线形槽的实体部分为背，芯厚为正锥，抛物线形槽与背在轴线方向上的交线形成主切削刃，抛物线形槽与背在径向方向上的螺旋交线形成副切削刃，副切削刃的宽度由窄变宽呈非线性变化，副切削刃与主切削刃通过刀尖圆弧相过渡。本发明钻铰型强力钻的螺旋角较小，适合恶劣的钻孔加工条件；钻头棱边呈非线性增大，有助于减少在加工过程中的震动并显著提高尺寸精度；刀尖处采用圆弧过渡，有助于提高刀尖强度，并使得切削负载更为均匀；钻铰型强力钻可用于高硬钢材及冷硬铸铁的加工，适合高速高效切削。

Description

钻铰型强力钻
技术领域
本发明涉及高速、高精刀具，尤其涉及一种用于高硬高强钢材孔加工的强力钻。
背景技术
传统钻头如图1a、1b所示，包括头部和柄部，钻头是以中心轴线A的圆柱体上开槽，开槽螺旋角通常为25～30°，槽1用于在持续加工过程中排出切屑，背2用于形成槽的实体部分，槽1或背2沿中心轴线A呈中心对称；钻头芯厚正锥为0，槽背宽度比通常为1∶1；槽与背在轴线方向上的交线称为主切削刃3，在钻头做轴向送进时切削工件，两条主切削刃3形成钻头的顶角B，在设计及制造过程中，通过选择不同的开槽砂轮形状与不同的顶角配合，获得近似平直的主切削刃3；槽与背在径向方向上的螺旋交线称为副切削刃4，在钻头做轴向送进时，通过支撑已加工出的孔表面，保证钻孔方向不改变，副切削刃4在制造过程中并不是真正的一条螺旋线，而是具有一定的宽度，也称为棱边；主切削刃3和副切削刃4的交点，称为刀尖5，刀尖5在钻削过程中，切削速度最大，承受的温度最高，同时刀尖在钻头结构中由于处于主、副切削刃的交点，是最为失效的部分。
目前，钻孔加工的极限硬度为HRC43，即硬度超过HRC43的材料很难由传统钻头直接加工，必须采用机械加工和热处理交替进行的方式。比如，先将工件调质到硬度25＜HRC＜30，钻孔，扩孔，再对工件淬火至53＜HRC＜56，时效后回火至43＜HRC＜48，再采用精铰或铣铰加工。工艺编排复杂，时间延续很长，成本高昂。
因此，设计一种钻头，可以实现＞HRC43的材料加工，尤其是能实现淬火后的钻削加工，将极大优化加工工艺，并能提高工艺安全性和稳定性，具有重大的技术意义和经济意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于高硬高强钢材孔加工的钻铰型强力钻。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
钻铰型强力钻，包括头部和柄部，特点是：所述头部是以中心轴线的圆柱体上开抛物线形槽，开槽螺旋角为10～15°，用于形成抛物线形槽的实体部分为背，芯厚为正锥，所述抛物线形槽与背在轴线方向上的交线形成主切削刃，所述抛物线形槽与背在径向方向上的螺旋交线形成副切削刃，副切削刃的宽度由窄变宽呈非线性变化，副切削刃与主切削刃通过刀尖圆弧相过渡。
进一步地，上述的钻铰型强力钻，其中，所述抛物线形槽的宽度与背的宽度比为1.6∶1。
更进一步地，上述的钻铰型强力钻，其中，所述芯厚正锥的锥度为1∶10。
再进一步地，上述的钻铰型强力钻，其中，所述刀尖圆弧的半径为0.1倍的钻头头部直径。
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本发明钻铰型强力钻的螺旋角较小，适合恶劣的钻孔加工条件；钻头芯厚采用超大正锥，适应钻铰型强力钻削的特点；采用优化的抛物线槽形槽宽与背宽比为1.6∶1，增强在大芯厚条件下的排削能力；
②超大芯厚条件下的抛物线槽形，副切削刃的宽度由窄变宽，且呈非线性变化，非线性增加至加工深度处，保证了在大阻力下的抗振效果，大大提高了钻铰型强力钻在恶劣工作条件下的使用寿命；
③取消易磨损并产生孔壁划伤的刀尖，由刀尖圆弧对主切削刃和副切削刃进行圆弧过渡，保证刀尖强度与加工表面质量；通过刀尖圆弧的几何参数优化，控制副切削刃进入工件的顺序，降低切削阻力而提高孔壁表面质量，实现以钻代铰，加工效率获得极大提高；
④钻铰型强力钻可用于高硬钢材的加工，并且通过几何结构的优化，“以钻代铰”实现粗精加工同步完成，极大提高加工效率；广泛适合于高速高效切削，应用前景看好。
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：传统钻头的主视示意图；
图1b：传统钻头的左视示意图；
图2a：本发明钻头的主视示意图；
图2b：本发明钻头的左视示意图；
图3：钻铰型强力钻芯厚设计示意图。
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   槽   2   背   3   主切削刃
  4   副切削刃   5   刀尖   6   刀尖圆弧
  A   中心轴线   B   顶角   C   背的宽度
  D   槽的宽度   E   芯厚正锥
具体实施方式
如图2a、2b所示，钻铰型强力钻，包括头部和柄部，头部是以中心轴线的圆柱体上开抛物线形槽1，开槽螺旋角为10～15°，用于形成抛物线形槽的实体部分为背2，抛物线形槽的宽度D与背的宽度C之比为1.6∶1，芯厚为正锥(芯厚是两个槽之间的实体的内切圆直径，其芯厚从头部到槽尾逐步变大，称为芯厚正锥，用以提高强力钻的强度)，芯厚正锥E的锥度为1∶10，抛物线形槽1与背2在轴线方向上的交线形成主切削刃3，抛物线形槽1与背2在径向方向上的螺旋交线形成副切削刃4，副切削刃4的宽度由窄变宽呈非线性变化，副切削刃4与主切削刃3通过刀尖圆弧6相过渡，刀尖圆弧6的半径为0.1倍的钻头头部直径。
钻铰型强力钻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，必须满足硬度＞HRV1720，抗拉强度3200N/mm2；2)晶粒度，晶粒度直接决定了硬质合金的韧性，在深孔加工中尤为重要，钻铰型强力钻的棒料晶粒度不大于0.4～0.5μm。
采用优化的抛物线槽形，增强在大芯厚条件下的排屑能力；槽形选择RW成形砂轮，芯厚保证点R约为0.3D(D为钻头头部直径)，例如钻铰型强力钻头直径为10mm，砂轮圆弧半径约为3mm；槽背磨削砂轮角度为45°，根据实际加工情况精细调整。
钻头芯厚采用超大正锥，如图3所示，可根据实际加工深度进行调整，通常加工深度小于3D时，芯厚正锥E的锥度约1∶10。采用优化的抛物线槽形槽宽与背宽比为1.6∶1(即采用黄金分割，0.618∶0.382)，增强在大芯厚条件下的排削能力。
超大芯厚条件下的抛物线槽形，副切削刃4的宽度由窄变宽，且呈非线性变化，非线性增加至加工深度处，例如加工深度为30mm，棱边结束的位置约为32mm；保证了在大阻力下的抗振效果，大大提高了钻铰型强力钻在恶劣工作条件下的使用寿命。
切削刃采用新型DR形式，区别于传统的X和F形，使得刃口变化更为顺畅，断屑能力更为可靠，使得刃口强度进一步提高。
取消易磨损并产生孔壁划伤的刀尖，由刀尖圆弧6对主切削刃3和副切削刃4进行圆弧过渡，保证刀尖强度与加工表面质量，刀尖圆弧半径R约等于0.1D；通过刀尖圆弧6的几何参数优化，控制副切削刃4进入工件的顺序，降低切削阻力而提高孔壁表面质量，实现以钻代铰。
钻铰型强力钻用于加工中心等刚性较好的机床，被加工材料2Cr13，硬度HRC45-48，具体切削参数及对比见表1。
表1
  切削情况   钻铰型强力钻12mm   其他形式钻头12mm
  切削速度   45M/min   30M/min
  主轴转速   1200   800
  进给速度   150mm/min   120mm/min
  加工数量   1500   30
  切削效率   150％   100％
  加工精度   IT6   IT9
  表面质量   Ra1.2   Ra6.3
综上所述，本发明钻铰型强力钻的螺旋角较小，适合恶劣的钻孔加工条件；钻头棱边呈非线性增大，有助于减少在加工过程中的震动并显著提高尺寸精度；刀尖处采用圆弧过渡，有助于提高刀尖强度，并使得切削负载更为均匀，孔壁表面θ量大大提高。由于可用于淬火后加工，并实现“以钻代铰”，加工效率获得极大提高。满足精密加工的要求，赋予钻铰型强力钻铰削功能，使得工件的表面质量得到极大提升；由于高硬钢材的特点，钻铰型强力钻减少前角以增强刃口强度，并通过增大后角减少对工件摩擦。
钻铰型强力钻可用于传统钻头无法实现的高硬钢材的加工，并且通过几何结构的优化，“以钻代铰”实现粗精加工同步完成，极大提高了加工效率。广泛适用于高速高效切削，应用前景看好。
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 (4)

1.钻铰型强力钻，包括头部和柄部，其特征在于：所述头部是以中心轴线的圆柱体上开抛物线形槽，开槽螺旋角为10～15°，用于形成抛物线形槽的实体部分为背，芯厚为正锥，所述抛物线形槽与背在轴线方向上的交线形成主切削刃，所述抛物线形槽与背在径向方向上的螺旋交线形成副切削刃，副切削刃的宽度由窄变宽呈非线性变化，副切削刃与主切削刃通过刀尖圆弧相过渡。
2.根据权利要求1所述的钻铰型强力钻，其特征在于：所述抛物线形槽的宽度与背的宽度比为1.6∶1。
3.根据权利要求1所述的钻铰型强力钻，其特征在于：所述芯厚正锥的锥度为1∶10。
4.根据权利要求1所述的钻铰型强力钻，其特征在于：所述刀尖圆弧的半径为0.1倍的钻头头部直径。
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