CN101821043A - 螺旋钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋钻头(1)，其中，螺旋沟槽(4)在钻头轴向垂直截面中的沟槽扩展角θ被限定，螺旋沟槽(4)的参与切屑处理的区域沿着第一圆(S1)和第二圆(S2)形成，第一圆(S1)沿着形成凹形曲线的切削刃(3)，第二圆(S2)内切在第一圆(S1)内，第一圆(S1)和第二圆(S2)均与表示芯厚的第三圆(S3)外切，第一圆(S1)的半径R和第二圆(S2)的半径R1分别在0.40D～0.70D的范围内以及0.15D～0.30D的范围内，并且螺旋沟槽(4)的钻头旋转方向前部(4a)在第二圆(S2)上形成为比第四圆(S4)更接近于钻头中心，第四圆(S4)具有0.65D的直径。

Description

螺旋钻头

技术领域

本发明涉及用于钻削金属工件的螺旋钻头，更具体来说，涉及能够通过提供优良的切屑排出性能而在高效条件下进行加工的螺旋钻头。

背景技术

在下列专利文献1和2等中披露了用于金属加工的钻头，特别是包括形成钻头轴向端视图中的凹形曲线的切削刃的钻头。

在日本专利公开号No.2-124208(专利文献1)中所披露的螺旋钻头中，可以设想钻头的芯厚是钻头直径的20％～35％，并且螺旋沟槽在钻头轴向端视图中的形状是在切削刃外端上相对于垂直线凹进，该垂直线与将该切削刃外端和钻头中心彼此连接的直线垂直，从上述垂直线到螺旋沟槽的壁面的距离设定为钻头直径的45％～65％，而沟槽宽度比设定为0.9～1.2，并且与表示芯厚的假想柱体接触的螺旋沟槽的底部周围的曲率半径设定为钻头直径的15％～20％，以免生硬地使切屑卷曲和处理切屑。

在日本专利公开号No.2001-96411(专利文献2)中所披露的钻头中，螺旋沟槽从与芯厚接触的部分朝向钻头的轴向垂直截面图中的根部呈S形地延伸，在沟槽的根部上设置有突出部，并且从该突出部的前端到螺旋沟槽的钻头旋转方向前部的距离被限定，以便防止由于切屑卡住而导致的根部的破碎以及用切削液消除螺旋沟槽(切屑排出沟槽)的润滑不足。

专利文献1：日本专利公开号No.2-124208

专利文献2：日本专利公开号No.2001-96411

发明内容

要解决的技术问题

尽管在专利文献1中可以设想能够通过上述设定来实现切削阻力的减小和堵塞的防止，然而该文献中的钻头需要进一步提高在更高效条件下的切屑控制性能。这也适用于根据专利文献2的钻头。

在包括专利文献1和2中所披露的内容的常规螺旋钻头中，切屑的形状和控制情况随着加工条件和工件特性而变化，从而导致这样的缺点：需要顺应各种条件的设计和顺应工件的各种类型的设计并且提高了制造成本。

当存在无论加工条件和工件特性如何变化都良好地控制和排出切屑的钻头时，可以通过提高切削速度和进给率来提高加工效率。此外，还可以通过统一钻头的类型来降低制造成本。

本发明的目的在于使得能够广泛地应对加工条件和工件特性的变化，以及使得能够以比常规钻头更高的效率来执行加工。

技术方案

为了解决上述问题，本发明的螺旋钻头包括：切削刃，其形成钻头轴向端视图中的凹形曲线；螺旋沟槽，其在钻头轴向垂直截面图中具有设定在80°～110°范围内的沟槽扩展角；以及窄化沟槽，其减小横刃的宽度，

在钻头轴向垂直截面图中，所述螺旋沟槽的参与切屑控制的区域沿着第一圆和第二圆形成，所述第一圆沿着所述切削刃，所述第二圆内切在所述第一圆内，所述第一圆和所述第二圆均与表示芯厚的第三圆外切，

所述第一圆的半径R和所述第二圆的半径R1分别在0.40D～0.70D的范围内以及0.15D～0.30D的范围内，其中D表示钻头直径，并且

所述螺旋沟槽的钻头旋转方向前部沿着所述第二圆形成为比第四圆更接近于钻头中心(旋转中心)，所述第四圆与所述钻头中心同心并具有0.65D的直径。

这里所提到的所有第一圆至第四圆都是在设计中用到的假想圆。优选的是：在这种钻头中，由边缘部分的前缘形成的外周切削刃的前角(切削刃的外周部分的径向前角γ)设定为正值，并且通过倒角而实现的切削刃强化是对具有正前角的外周切削刃执行的。

上述用语“切削刃，其形成凹形曲线”是指这样的形状：切削刃从钻头轴向端视图中的与基准线平行的直线凹进钻头旋转方向后部中，所述基准线与所述第三圆在一个点上接触，并且到达切削刃的外端。此外，上述术语“沟槽扩展角”是指由钻头轴向垂直截面图中的如下两条直线形成的角度，其中一条直线是从钻头中心到达切削刃的外端的直线，其中另一条直线是从钻头中心经过螺旋沟槽的钻头旋转方向前部朝向外径侧延伸的直线。

切削刃的外周部分的径向前角γ(＝外周切削刃的前角α)优选约为1°～20°。

有益效果

在根据本发明的钻头中，切削刃呈现柔和地弯曲的凹形曲线的形式，并且在因切削刃的这种形状而成形的切屑中产生厚度变化。此外，由于切削刃的凹形曲线，使得在切削刃的外周部分上设置有正的径向前角γ，并且所形成的切屑流得到控制。

此外，螺旋沟槽的钻头旋转方向前部沿着第二圆形成，以便位于更接近于钻头中心(比第四圆更接近于钻头中心，该第四圆与钻头中心同心并具有0.65D的直径)的位置，从而在排出能量较大时，被形成凹形曲线的切削刃刮掉的切屑到达钻头旋转方向前部，以便被沿着第二圆形成的沟槽壁良好地控制。另外，被窄化沟槽部分的切削刃刮掉的切屑还以小的阻力平稳地流到螺旋沟槽中。

由于上述这些协同增效效应以及对切削刃的形状和螺旋沟槽的形状的优化，使得可以获得稳定的切屑形状和稳定的切屑控制性能，并且可以使用同一种钻头来应对加工条件中的广泛变化以及工件特性中的广泛变化。此外，可以应对的范围非常广泛，以至于既不需要顺应各种条件的设计，也不需要顺应工件的各种类型的设计，并且还可以通过统一钻头的类型来降低制造成本。

在设置有前角设定为正值的外周切削刃的钻头中，外周切削刃的锐度得到提高以便增强切削性能。另一方面，以可以想到的方式降低外周切削刃的强度，而可以通过对外周切削刃进行倒角执行切削刃强化来弥补外周切削刃的强度的不足。

附图说明

图1是示出根据本发明的钻头的一个实施例的主要部分的侧视图。

图2是图1所示钻头的放大的钻头轴向端视图。

图3是以简化方式示出钻头轴向垂直截面的说明性辅助图。

图4是示出外周切削刃的前角的截面图。

图5是根据另一个实施例的钻头的放大端视图。

图6是以放大方式示出图5中的区域β的端视图。

图7是示出用于切屑形状评价的尺寸比例的简图。

附图标记说明

1钻头主体，2刃带部分，3切削刃，3a沿着窄化沟槽的部分的切削刃，3b切削刃的外端，4螺旋沟槽，4a钻头旋转方向前部，4b螺旋沟槽的沿着第二圆形成的部分的末端，5窄化沟槽，6边缘部分，7外周切削刃，8横刃，9倒角，C基准线，L与基准线平行的直线，O钻头中心，S1第一圆，S2第二圆，S3第三圆，S4第四圆，R第一圆的半径，R1第二圆的半径，γ径向前角，θ沟槽扩展角，α外周切削刃的前角，H末端4b从钻头旋转方向前部的突出量。

具体实施方式

现在，参照附图中的图1至图6对根据本发明的螺旋钻头的实施例进行说明。该螺旋钻头在钻头主体1的前端具有形成图2所示端视图中的凹形曲线的切削刃3。切削刃3分别在钻头中心O的两侧设置成点对称的形状。

在钻头主体1的外周上设置有图1和图2所示两个螺旋沟槽4，并且如图2所示，在钻头主体1的前部上的处于中心对称状态的两个部分上设置有减小横刃8的宽度的窄化沟槽5。附图标记3a表示沿着窄化沟槽5的部分的切削刃。

图3是以简化方式示出钻头轴向垂直截面形状的辅助图，并且参照图3进行如下说明。图3中的附图标记C表示在钻头轴向垂直截面图中沿着周向将钻头二等分的基准线。沿着基准线C的左右两个半部的截面形状是彼此相同的。

对于每一个螺旋沟槽4来说，如果沟槽扩展角θ不大于79°，则该螺旋沟槽的截面面积不够大，以至于对切屑的排出能力难以提高。此外，如果沟槽扩展角θ至少为111°，则刃带部分2的面积不够大，以至于难以保证钻头的强度，因此为了避免这样的问题，需要将沟槽扩展角θ设定在80°～110°的范围内。

螺旋沟槽4的参与切屑控制的区域沿着第一圆S1和第二圆S2形成。第一圆S1是沿着形成图2中的凹形曲线的切削刃3的圆，并且第一圆S1与表示芯厚W的第三圆S3外切。第二圆S2相对于第一圆S1内切，并且第二圆S2与第三圆S3外切。

第一圆S1的半径R在0.40D～0.70D(D：钻头直径)的范围内，并且第二圆S2的半径R1在0.15D～0.30D的范围内。第一圆S 1的半径R是第二圆S2的半径R1的1.3～4.6倍。

当第一圆S1的半径R减小时，切削刃3从与第三圆S3在一个点上接触并到达切削刃3的外端3b的直线L(该直线与基准线C平行)凹进钻头旋转方向后部中的量(凹陷量)增加，并且外周部分的径向前角γ增大。切削刃3的外周部分的径向前角γ设定在被认为优选的1°～20°的范围内。这里提到的切削刃3的外周部分的径向前角γ由如下两条直线形成的角度来限定：其中一条直线是将切削刃3的外端3b和从外端3b朝向钻头中心返回一直到与钻头直径D的5％对应的部分的位置彼此连接的直线，其中另一条直线是将钻头中心O和切削刃3的外端3b彼此连接的直线。径向前角γ与图4所示外周切削刃7的前角α相等，并且这个角度优选设定为至少是1°，以便具备提高外周切削刃7的锐度以及控制切屑的流动的效果而不存在强度不足的问题。如果这个角度过大，则外周切削刃的强度会降低，以至于不可能通过加强倒角等方式来应对强度的降低，因此该径向前角的上限优选设定为约20°。

螺旋沟槽4的钻头旋转方向前部4a形成在第二圆S2上。钻头旋转方向前部4a比第四圆S4更接近钻头中心。第四圆S4是与钻头中心同心并具有0.65D的直径的圆。钻头旋转方向前部4a沿着具有小半径的第二圆S2形成并靠近钻头中心，以便容易地夹带由形成凹形曲线的切削刃产生的切屑(提高了卷曲性能)，同时还平稳地排出由每一个窄化沟槽部分的切削刃3a产生的切屑，从而以平衡的方式表现这些功能并且提高了对于加工条件和工件特性的变化的应对能力。

当将芯厚W设定为至少是0.18D时，可以获得足够的强度。如果芯厚W过大，则螺旋沟槽4的截面面积不够大，以至于对切屑的排出能力下降，因此芯厚W的上限优选设定为约0.32D。

当螺旋沟槽4的沿着第二圆S2形成的部分的末端4b朝向钻头旋转方向后部突出而超过钻头旋转方向前部4a时，切屑难以朝向外径侧流动而超过上述末端4b从而平稳地排出。末端4b从钻头旋转方向前部4a的当前突出量H优选设定为约0.02D～0.05D。如果突出量H不大于0.02D，则使末端突出的作用变小；而如果突出量H至少为0.05D，则容易出现根部等部位的强度降低。

图5和图6示出对外周切削刃7执行强化的实例。如图5和图6所示，如果由于前角α增大而导致外周切削刃7的强度出现问题，则可以设置有倒角9以便加强外周切削刃7。

根据上述结构，在利用形成凹形曲线的切削刃的形状形成的切屑中产生厚度变化，并且在切削刃的外周部分上设定正的径向前角γ，以便对所形成的切屑的流动进行控制。此外，螺旋沟槽的钻头旋转方向前部的位置比与钻头中心同心并具有0.65D的直径的第四圆更接近钻头中心，从而在排出能量较大时，被形成凹形曲线的切削刃刮掉的切屑到达钻头旋转方向前部，从而被沿着第二圆形成的沟槽壁良好地控制。另外，被窄化沟槽部分的切削刃刮掉的切屑还以小的阻力流到螺旋沟槽中，并且可以利用这些协同增效效应使用同一种钻头来应对加工条件中的广泛变化以及工件特性中的广泛变化。

此外，可以应对的范围非常广泛，以至于既不需要顺应各种条件的设计，也不需要顺应工件的各种类型的设计，从而还可以减少钻头的种类，以便能够降低制造成本。

(实例)

进行了对根据本发明的钻头的性能评价实验。在下文中示出了实验结果。在实验中，使用作为表1中所示第1至第12号试件的钻头在如下条件下进行切削。作为第1至第12号试件的各个钻头是具有直径为φ8mm的油孔、切口的有效长度为55mm且总长度为110mm的钻头。

在作为试件的12个钻头中，第3至第5号以及第8至第10号是本发明的钻头。

工件：S50C(布氏硬度HB230)

切削条件：切削速度Vc＝80m/分钟，进给率f＝0.30mm/转，加工出的孔深H＝40mm，内部润滑。

在该评价实验中，就包括1)切屑形状(长度和形状)、2)切屑排出能力(加工机器的主轴负载的电流值)、3)对切削刃外周的损伤(破碎状态)以及4)切削阻力(扭矩)的四个项目对试件进行评价。表1还示出了实验结果。

对切屑形状的判断......图7中尺寸a和b之间的比

A：a＞b，B：a＝b，C：a＜b

主轴电流值......前部和孔内部之间的差

A：升高量不大于5％，B：升高量不大于10％，C：升高量超过10％

切削阻力(扭矩)......数值评价

A：不大于450Ncm，B：不大于480Ncm，C：超过450Ncm

根据这些实验结果可以理解，根据本发明的钻头(第3至第5号以及第8至第9号试样)在所有受评价的项目中都能够获得令人满意的性能。

这里所公开的实施例和实例在各个方面都应当认为是说明性的而不是限制性的。本发明的保护范围不是由以上说明限定，而是由专利权利要求书的范围来限定。本发明的意图在于包括落在与专利权利要求书的范围等同的要义和范围内的所有变型。

Claims (3)

1.一种螺旋钻头(1)，包括：

切削刃(3)，其形成钻头轴向端视图中的凹形曲线；

螺旋沟槽(4)，其在钻头轴向垂直截面图中具有设定在80°～110°范围内的沟槽扩展角；以及

窄化沟槽(5)，其减小横刃(8)的宽度，

其中，在钻头轴向垂直截面图中，所述螺旋沟槽(4)的参与切屑控制的区域沿着第一圆(S1)和第二圆(S2)形成，所述第一圆(S1)沿着所述切削刃(3)，所述第二圆(S2)内切在所述第一圆(S1)内，所述第一圆(S1)和所述第二圆(S2)均与表示芯厚的第三圆(S3)外切，

所述第一圆(S1)的半径R和所述第二圆(S2)的半径R1分别在0.40D～0.70D的范围内以及0.15D～0.30D的范围内，其中D表示钻头直径，并且

所述螺旋沟槽(4)的钻头旋转方向前部(4a)在所述第二圆(S2)上形成为比第四圆(S4)更接近于钻头中心，所述第四圆(S4)与所述钻头中心同心并具有0.65D的直径。

2.根据权利要求1所述的螺旋钻头(1)，还具有：

边缘部分(6)；以及

外周切削刃(7)，其由所述边缘部分(6)的前缘形成，

其中，所述外周切削刃(7)的前角α设定为正值。

3.根据权利要求2所述的螺旋钻头(1)，其中，

通过对所述外周切削刃(7)进行倒角来执行切削刃强化。

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