CN101821044A - 旋转刀具、特别是钻头 - Google Patents

Abstract

为了提供具有长使用寿命连同高质量的钻孔、特别是在通孔的情况下的一种旋转刀具，特别是一种钻头(2)，本发明提供了一个切削头部(4)，该切削头部沿一条旋转轴线(10)延伸并且具有多个主切削刃(6，8)，这些主切削刃径向地向外延伸并且每个末端在一个切削拐角(16)处具有一个拐角斜面，其中这些拐角斜面具有不同的设计，确切地是处于一个粗加工斜面(18)的形式以及一个精加工斜面(20)的形式。

Description

旋转刀具、特别是钻头

技术领域

本发明涉及一种旋转刀具，特别是一种钻头，该钻头包括一个切削头部，该切削头部沿一条旋转轴线延伸并且具有多个主切削刃，这些主切削刃径向地向外延伸并且每一末端在该切削头部的圆周处、在一个切削拐角处具有一个拐角斜面。

背景技术

例如，从DE 20209767U1可见到设计为一种旋转刀具的这样一种切削刀具。

例如，在使用钻头、而且还有通过绞刀、铣刀、特别是端铣刀、分级钻头、深孔钻头或“三面刃刀具”的切削操作的过程中，通常存在的问题是在这些旋转刀具中切削拐角要同时经受的高机械负荷和高热负荷。为了减少这种负荷，已知在切削拐角处提供“多个拐角斜面”。由于这种拐角斜面，主切削刃不会直线地延伸到圆周上。因此，在主切削刃与外圆周之间的过渡处不形成具有尖锐点的切削拐角。由于这种措施，切削拐角因此经受较小的总体负荷并且因此能够增加切削刀具的使用寿命。然而，同时存在的问题是，当形成通的开口(例如通孔时)时在钻孔的出口处的不希望的毛刺增加了。这经常要求毛刺的后续处理以便实现所要求的钻孔质量。

为了抵消“钻孔的碎屑”，从DE 202097676U1中可见的麻花钻头中所做的安排是使一个整修二级切削刃邻接一个对应的主切削刃。因此，邻接主切削刃的一个侧刀面延伸至直到分配给对应的主切削刃的对应的整修的二级切削刃上。在这种情况下，二级切削刃被安排为从主切削刃轴向地后移。

发明内容

本发明的目的是限定一种旋转切削刀具，该旋转切削刀具确保长的使用寿命并且同时允许穿通开口具有形成的尽可能小的毛刺。

根据本发明，该目的是通过具有权利要求1的特征的一种旋转刀具实现的。在这种情况下，该旋转刀具特别地是一种钻头。然而，根据本发明的这些特征也可以用在其他旋转刀具中，例如，像绞刀、铣刀(特别是端铣刀)、分级钻头、深孔钻头、等等。在此，该旋转刀具既可以具有单件式设计也可以具有模块式设计。在一种模块式刀具中，切削头部通常是作为一个分离元件可互换地被固定在一个母体之中。

该旋转刀具具有一个切削头部，该切削头部沿一条旋转轴线延伸并且该切削头部具有多个主切削刃，特别是两个主切削刃，这两个主切削刃径向地向外延伸。这些主切削刃各自终止在该切削头部的圆周上在具有一个对应的拐角斜面的一个切削拐角处。这些对应的主切削刃的拐角斜面被设计为是不同的。它们被称为粗加工斜面和精加工斜面。具有粗加工斜面的主切削刃在以下还被称为引导斜面并且具有精加工斜面的主切削刃被称为自由切削刃。除了其他之外，这两个主切削刃的特征在于从轴向方向上来看它们被安排在相同的轴向水平上。这意味着，从这些拐角斜面的区域中分离开的、在距由该旋转轴线形成的中心轴线相同的径向距离处的这些主切削刃部分被安排在相同的轴向水平上。

这种构造的决定性优势可以在以下事实中看到，即这些拐角斜面由于其不同的构造而被赋予不同的功能。因此，该粗加工斜面的作用是初始的或粗加工而该精加工斜面的作用是整修或精加工。由于这种措施，由于该精加工斜面在通孔处很大程度上避免了毛刺。同时，该粗加工斜面的构造确保了这些切削拐角的负荷被减小并且由此使用寿命总体被增加。

使用附加的二级切削刃可以被省掉并且因此优选被省掉，由此导致总体上一种简单几何形状的旋转刀具，该刀具生产简单并且廉价。这些斜面的不同构造以及其作为粗加工斜面以及作为精加工斜面的设计在那些旋转刀具中是特别有利的，在这些旋转刀具中切削能力被不对称地按比例分配给这些主切削刃。在具有两个主切削刃的一个旋转刀具中，一个主切削刃因此具有比另一个主切削刃大的切削能力。具有更大切削能力的一个被称为引导切削刃而具有较小切削能力的一个被称为自由切削刃。经受更大负荷的引导切削刃具有粗加工斜面，而经受较小负荷的该自由切削刃具有精加工斜面。

因此，所做出的方便的安排是使粗加工斜面大于精加工斜面。在这种情况下，表述“大于”意味着，为了形成该斜面，从该切削头部上在该粗加工斜面处去除的材料多于在该精加工斜面处去除的材料。具体的说，表述“更大的斜面”意味着该斜面的宽度是更大的。在这种情况下，该斜面的宽度是一方面由到该主切削刃的过渡点与另一方面到沿一个槽或该钻头圆周延伸的该二级切削刃的过渡点之间的距离来限定的。

为了尽可能多地消除毛刺并且其次实现尽可能长的使用寿命，这两个斜面在它们的尺寸上明显地不同，这样，该粗加工斜面方便地是该精加工斜面大小的多于两倍，特别是五倍。特别的说，精加工斜面与粗加工斜面具有在1∶2与1∶50之间并且优选地是在1∶25与1∶50之间的一个尺寸比。取决于应用，特别是取决于有待切削的材料的性质和/或旋转刀具的材料，这些斜面可以被设计为常规的倾斜斜面、设计为圆斜面或双斜面。相同设计的斜面在此优选地用于这些精加工和粗加工斜面。可替代地，还有可能将精加工和粗加工斜面设计成彼此不同，例如，使粗加工斜面成形为一个圆斜面而使精加工斜面成形为一个倾斜的斜面。

此外，所做出的方便的安排是使这两个斜面相对于旋转轴线以相同的倾斜角度倾斜。它们方便地在它们之间包围了一个斜面尖角，该斜面尖角总体上是在0°与由这些主切削刃限定的一个尖角之间。在一个钻头的情况下，由这些主切削刃限定的尖角被称为钻尖角。在这种情况下，该斜面尖角优选地是在40°与100°之间的范围之内。

这些斜面的不同构造优选地被用在一个不对称设计的旋转刀具中，其中这些主切削刃具有不同的切削能力。这是通过不对的称构的整体来实现的。

在这种情况下，在具有两个主切削刃的一种构造中，优选地所做出的安排是使这两个主切削刃以彼此间的一个螺旋角来安排，该螺旋角不同于180°。在这种情况下，该螺旋角优选地是在185°与200°之间的范围之内。它方便地是通过一个素数确定的，特别是193°。总体上情况是该螺旋角不等于n分之360°，n是主切削刃的数目。

此外，为了确保在这样一种不对称的构造中的足够的同心运转，一个支撑斜面方便地被提供在该刀具的外圆周上、跟随该切削刃、在旋转方向上。此外，在该外圆周上，准确地将在该引导切削刃处，提供了一个第一支撑斜面。考虑到这种不对称的构造以及该引导切削刃的更高的切削能力，该切削刀具在一侧上被压靠在钻孔壁上，这样通过该双支撑实现了改进的同心运转。相比之下，在该自由切削刃处没有提供引导斜面或最多提供一个小的引导斜面，该小的引导斜面同样沿外圆周在轴向方向上延伸。在这种情况下，该支撑斜面与这些引导斜面优选地在各自情况下沿着槽延伸。这些拐角斜面的不同设计特别地使用在如DE 102006025294.2中所说明的一个旋转或钻孔刀具中，在此方面特此参考该文件。

附图说明

本发明的示例性实施方案在以下通过参考附图进行了更详细的说明。在附图中，在每种情况下，在示意性的并且部分地简化的图示中：

图1a  示出了被设计为一个麻花钻头的一个旋转刀具的钻尖区域的侧视图，

图1b  示出了根据图1a的钻尖在围绕其旋转轴线旋转180°之后的侧视图，

图1c  示出了由“X”标识的图1a的区域的放大的图示，

图2a、图2b    示出了一个第二构造的钻尖的侧视图，其中这些斜面被设计为双斜面，图2b以一个放大的图示示出了由“X”标识的图2a的区域，

图3a、图3b    示出了与图2a、图2b可比的一个第三实施方案变体的图示，其中在各自情况下提供了一个圆角半径用于形成这些斜面，

图4a、图4b    示出了与图2a、图2b可比的一个第四实施方案变体的图示，其中这两个斜面具有不同的设计，

图5示出了一个不对称构造的钻尖的端视图，并且

图6a、图6b    示出了具有图5所示的钻尖的一个钻头的截面

图示，图6b是由一个圆标识的图6a中的区域的放大的图示。

具体实施方式

在这些图中具有相同作用的部分配备相同的附图标记。

以下参考被设计为一个麻花钻头2的一个旋转刀具来说明这些单独的细节和特征。仅部分地示出的麻花钻头2具有作为一个切削头部的一个钻尖4，在该钻尖上多个主切削刃6、8(在示例性实施方案中是两个)被形成在端面处。以下，一个主切削刃被称为引导切削刃6而另一个主切削刃被称为自由切削刃8。这两个主切削刃6、8通过在钻头2的一条中心轴线(它同时形成一条旋转轴线10)的区域中的一个横刃12彼此连接。在使用过程中，钻头2围绕钻头中心轴线10在旋转方向D上旋转。钻尖4大致上被设计为一个锥形的侧表面的形状，这样主切削刃6、8从横刃12倾斜地向外延伸。一个对应的主侧面14邻接一个对应的主切削刃6、8，如在与旋转方向D相反的方向上所观察到的。在该钻头体中在主切削刃6、8的前面在旋转方向D上制成一个对应的槽15。在该示例性实施方案中所述槽15螺旋地延伸。对应的主切削刃6、8大体上在大致径向的方向上延伸直到一个切削拐角16上，一个对应的拐角斜面被形成在切削拐角16上。在这种情况下，引导切削刃6具有以下被称为粗加工斜面18的一个拐角斜面并且自由切削刃8具有被称为精加工斜面20的一个拐角斜面。

如直接从图1至图4中可见，两个斜面18、20被标明为在尺寸上有很大不同。在这种情况下，粗加工斜面18具有一个宽度b1，而精加工斜面20具有一个宽度b2，该宽度比宽度b1小许多倍。在这种情况下，该宽度是由过渡点或弯折点P1(在对应的主切削刃6、8的大致直线的路线至对应的斜面18、20之间)与另一个过渡或弯折点P2(在此对应的斜面18、20并入周缘侧面“钻头台面”22)之间的距离限定的。在这种情况下，两个斜面18、20汇入沿对应的槽15延伸的一个对应的二级切削刃24之中。

比值b2∶b1优选地是在1∶2至1∶50的范围之内并且特别是在1∶25至1∶50的范围之内。两个台面18、20相对于旋转轴线10以相同的倾斜角度倾斜。如果要求的话，还可以提供不同的倾斜角度。两个引导斜面18、20一起包围一个斜面尖角α，在示例性实施方案中该斜面尖角大致在60与90°之间的范围之内，优选在80°的区域中。

虽然在图1的示例性实施方案中，两个斜面18、20被设计为简单的倾斜斜面，根据图2的示例性实施方案所做出的安排是使每个斜面18、20被设计为一个双斜面，就是说使两个倾斜斜面彼此直接邻接。代替前后放置的两个或甚至更多倾斜斜面的安排，对应的粗加工斜面18或精加工斜面20还可以被设计为一个半径，如图3所示。最后，任何希望的组合都是可能的，在每种情况下，这可以根据对应的要求规格来进行选择。因此，如图4所示，有可能将粗加工斜面18设计为一个圆斜面而将精加工斜面20设计为一个倾斜斜面。相反地，还可以将该精加工斜面设计为一个圆斜面而将该粗加工斜面18设计为一个倾斜斜面或设计为一个双斜面、等等。

图1至4所示的钻头是总体上相对于旋转轴线10不对称的，如以下将参见图5和图6更详细地解释。如在比较图1a和图1b的两个侧面图示时已经可以看见的，第一和第二支撑斜面26a、26b被提供在邻接引导切削刃6的钻头台面22上的这些边缘处，所述支撑斜面26a、26b在每种情况下沿对应的槽15延伸。与之相对比，邻接自由切削刃8的钻头台面22仅具有一个引导斜面，以下被称为剩余的引导斜面28。通过图1b中的自由切削刃8的虚线图示同样已经表明，这两个切削刃6、8不是相对于一个180°旋转正好彼此相对安排的。

从根据图5的平面视图可见，两个主切削刃6、8是通过横刃12彼此相连。在切削拐角16处测量的两个主切削刃6、8在它们之间包围了一个螺旋角ε，该螺旋角小于180°并且特别是在160°与175°之间的范围之内。在本示例性实施方案中，该螺旋角ε优选是167°。从图5的平面视图还可见，钻头2对于材料分布还相对于对称的轴线(旋转轴线10)不对称地进行构造。准确地说，邻接引导切削刃6的一个第一钻头半部分30a被设计为比邻接自由切削刃8的第二钻头部分30b体积更庞大。在平面视图中，大致以一个S形状弯曲的横刃12将钻头2的两半部分彼此分开。从具有粗加工斜面18的切削拐角16开始，第一支撑斜面26a邻接由钻头台面22形成的圆周壁。第二支撑斜面26b被安排在钻头台面22的末端，如在与旋转方向D相反的方向上观察到的。所述支撑斜面26b具有第一支撑斜面26a的范围或宽度的大致一半至两倍。第一支撑斜面26a覆盖了大致在10°与15°的范围之内的一个旋转角。邻接引导切削刃6的第一钻头部分30a覆盖了大于90°的一个角范围，特别是大约95°至120°。与之相对比，第二钻头部分30b覆盖了小于并且特别是低于90°并且优选大于70°的一个角范围。

如从图5的平面视图中也可见到，可以清楚地识别出的粗加工斜面18被设计为邻接引导切削刃6。与之相对比，仅在一个小角度范围(例如，10°)上延伸的明显更小的精加工斜面20被形成在自由切削刃8的切削拐角16上。相比之下，粗加工斜面18从第一支撑斜面26a连续地延伸直到第二支撑斜面26b上。

此外，从图5和图6中可见在端面处从钻头上出现的两个冷却剂通道32。

在图6中另外示出了一个孔或孔壁34。两个支撑斜面26a、26b被安排在由这些钻头半径限定的一个圆周线上，这样它们支撑在抵靠在切削操作过程中形成的孔壁24的表面区域上。由此实现了总体上良好的支撑。同时，剩余的引导斜面28仅被支撑在孔壁34上的一个小部分处，如特别从图6b的放大图示中可见。在这种情况下，剩余的引导斜面28的支撑覆盖了优选小于1°的一个角范围。相反，一个后角γ形成在剩余的引导斜面28处这样防止了在一个大的表面区域上抵靠在孔壁34上。在这种情况下，后角γ是在几度的范围内，例如在10°的范围内。在图6中示出了与螺旋角ε互补的螺旋角ε’。从图6可见为该示例性实施方案选定的另外的角度值。这些角的规格在替代的实施方案变体中当然可以是不同的。此外，从图6a可见与后角γ互补的后角γ’，在示例性实施方案中所述后角γ’是81°。

考虑到该钻头的不对称的构造，所述钻头具有一个故意不对称的力分布。因此，在围绕旋转轴线10旋转的过程中获得了一个生成的径向力F，并且这个生成的径向力F导致了钻头30以其钻头部分30a被支撑在孔壁34上。其结果是，支撑斜面26a、26b被加负荷，如箭头(参见图5)所指出。同时，相反的剩余的引导斜面28被解除了负荷，这样发生了钻头总体上的不对称负荷。

通过粗加工斜面18和精加工斜面20的不同构造与由支撑斜面26a、26b的特定支撑的结合实现了实质性的更好的同心运转以及更好的圆柱形的孔。

Claims (11)

1.旋转刀具(2)，特别是一种钻头，该钻头包括一个切削头部(4)，该切削头部沿一条旋转轴线(10)延伸并且具有多个主切削刃(6，8)，这些主切削刃径向地向外延伸并且每一末端在该切削头部(4)的圆周处、在一个切削拐角(16)处具有一个拐角斜面，其特征在于，这些拐角斜面被设计成是不同的，即被设计为一个粗加工斜面(18)以及一个精加工斜面(20)。

2.如权利要求1所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该粗加工斜面(18)大于该精加工斜面(20)。

3.如权利要求2所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该粗加工斜面(18)比该精加工斜面(20)大于超过两倍。

4.如权利要求2或3所述的旋转刀具(2)，其特征在于，在精加工斜面(20)与粗加工斜面(18)之间的尺寸比是在1∶25与1∶50之间。

5.如以上权利要求之一所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该精加工斜面(20)与该粗加工斜面(18)是完全相同的。

6.如权利要求1至4中之一所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该精加工斜面(20)与该粗加工斜面(18)是不同的。

7.如以上权利要求之一所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该精加工斜面(20)与该粗加工斜面(18)相对于该旋转轴线(10)以相同的倾斜角度倾斜。

8.如以上权利要求之一所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该精加工斜面(20)与该粗加工斜面(18)在它们之间包围了在40°与100°之间的一个斜面尖角(α)。

9.如以上权利要求之一所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该切削头部(4)被设计为是相对于该旋转轴线(10)不对称的，并且具有该粗加工斜面(18)的主切削刃被设计为引导切削刃(6)并且具有该精加工斜面(20)的主切削刃被设计为自由切削刃(8)。

10.如权利要求9所述的旋转刀具(2)，其特征在于，该引导切削刃(6)与该自由切削刃(8)被安排为处于不同于180°的一个螺旋角(ε)，特别是以在185°与200°之间的范围之内的一个螺旋角(ε)。

11.如权利要求9或10所述的旋转刀具(2)，其特征在于，一个支撑斜面(26b)被提供在旋转方向(D)上跟随该引导切削刃(6)的外圆周。

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