CN101912986A - 具有螺旋形几何形状的切削嵌入件及钻孔工具组件 - Google Patents
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Abstract
一种具有螺旋形几何形状的切削嵌入件及钻孔工具组件,钻头嵌入件具有与钻具本体夹持器中的螺旋槽对应的螺旋形几何形状,钻具本体夹持器中的螺旋槽使钻孔工具组件能在工作过程中更有效地从孔中排出碎屑,钻头嵌入件包括具有与第二端相对的第一端的钻头嵌入件本体、形成于钻头嵌入件本体中的多个螺旋槽、形成于所述多个螺旋槽和钻头嵌入件本体的第一端的交界面处的多个切削刃和形成于每个螺旋槽中的小孔。
Description
本申请为享有申请日2004年12月14日且名称为“具有螺旋形几何形状的切削嵌入件及其夹持器”的申请号200480037821.7的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及一种用于在金属中钻孔的放入一工具夹持器中的切削嵌入件,更具体地,本发明涉及一种切削工具嵌入件,其具有与钻具本体夹持器中的螺旋槽对应的螺旋形几何形状,该螺旋形几何形状使得钻孔工具组件能在工作过程中更有效地从孔中排出碎屑。
背景技术
钻孔系统常常用来在金属工件中提供圆柱形孔,钻孔系统的切削或打孔作用可由细长的、基本上圆柱形的钻孔工具来实现,如工具夹持器和钻头嵌入件的组合,钻头嵌入件可选地连接到钻孔工具如通常称为铲型钻具的类型上。然后,这种布置可以用在一种应用中,其中工具夹持器的一端牢固地安装在驱动装置中,该驱动装置使夹持器绕其纵向轴线旋转。在细长的工具夹持器的相对端,切削嵌入件与待切削的材料接合。或者,也可以使工件相对于夹持器和切削嵌入件旋转,如在将夹持器安置在车床的尾架等等中时。此外,可以使工具和工件相对于彼此旋转。切削嵌入件的使用允许在切削表面磨损时迅速更换嵌入件而不是整个工具,和允许通过仅仅更换嵌入件而不是整个钻孔组件来使得一个工具用于各种不同的钻孔应用。
关于现有技术的铲型切削工具的一个问题是嵌入件通常构形为平刀刃且夹持器构形有直槽。甚至在与通过夹持器的冲洗通道一起使用时,这些类型的钻孔组件也最适合于以相对较慢的速度钻浅孔,这是由于它们的排出碎屑能力差。在典型的麻花钻中设有螺旋槽以帮助排出碎屑,使用大螺旋角的槽(通常20度或20度以上)以在高钻孔速度下有效地排出碎屑。
在现有技术中已经作出尝试以将铲型嵌入件和夹持器的通用性和成本效益与螺旋槽的好处结合起来,然而,这些努力导致复杂的或不适当的刀刃保持系统以及形状复杂的刀刃,它们不具有可替换刀刃嵌入件的成本好处。其它的现有技术尝试在钻头嵌入件连接端将螺旋槽与直槽的一部分结合起来以便适应平钻嵌入件,然而就排出碎屑来说,如果螺旋槽接近切削刃,则能获得改进的性能。在该现有技术构形中,首先通过直的部分传送碎屑,导致排出碎屑的效率的损失和迫使工具的切削速度较慢。另外,平切削刀刃的直切削刃以及弯曲切削刃通常不使热量消散,如果该点没有充分地将热量从其切削刃引导走,则温度的累积将“烧毁”该点和减少钻头的寿命。在钻心的边缘产生的热量与边缘遭受的荷载和应力直接相关,荷载应力消散得越有效,在钻心的切削刃处累积的热量越少。
一些现有技术的嵌入件已经研制出具有径向弯曲的切削刃,然而,在工具的工作过程中,这些现有技术的嵌入件易于将碎屑直接引导到夹持器的夹紧臂中,夹紧臂和夹持器由比硬质合金材料软得多的钢材料制成,硬质合金材料通常用来制造钻头嵌入件。撞击到夹紧臂上的碎屑侵蚀和磨损夹紧臂,夹紧臂的这个碎屑侵蚀相当大地减少了夹持器的寿命。
因而,在本领域中仍然需要一种钻头嵌入件工具,其克服现有技术中存在的一个或多个缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的铲(或扁)钻,这些和其它优点由一种钻头嵌入件提供,钻头嵌入件包括钻头嵌入件本体,具有与第二端相对的第一端、穿过第一和第二端的旋转轴线、及与第二正面相对的第一正面;形成于钻头嵌入件本体中的每个正面上并从第一端绕所述旋转轴线螺旋延伸到第二端的第一螺旋槽,第一螺旋槽具有与钻头嵌入件一起使用的夹持器的螺旋槽相同的预定螺旋角;形成于所述第一螺旋槽和钻头嵌入件本体的第一端的交界面处的弯曲切削刃,所述第一螺旋槽延伸到所述弯曲切削刃;和其中钻头嵌入件本体包括至少两个小孔,每个小孔都定位成穿过第一螺旋槽中的一个并穿过钻头嵌入件本体延伸到钻头嵌入件本体的相对正面上的大致平面的连接表面;所述钻头嵌入件本体还包括多个第二螺旋槽,所述多个第二螺旋槽中的每个螺旋槽邻接所述第一螺旋槽中的一个螺旋槽形成。
本发明的这些和其它目的还通过一种钻孔工具组件来实现,其包括夹持器、钻头嵌入件,夹持器具有第一端、第二端和第一端与第二端之间的圆柱形钻孔部,其中第二端包括适合固定地连接在钻孔机中的柄部,其中第一端包括夹持器狭槽,夹持器狭槽具有在夹持器狭槽的至少一部分上的座放面和位于夹持器狭槽每侧上的至少一个连接臂,其中每个连接臂具有至少一个形成于其中的小孔,和其中圆柱形钻孔部具有形成于其中的多个第一螺旋槽;钻头嵌入件包括钻头嵌入件本体,钻头嵌入件本体具有与钻头嵌入件第二端相对的钻头嵌入件第一端、穿过钻头嵌入件第一端和钻头嵌入件第二端的旋转轴线、和与第二正面相对的第一正面,钻头嵌入件第一螺旋槽形成于钻头嵌入件本体中的每个正面并从钻头嵌入件第一端绕所述旋转轴线螺旋延伸到钻头嵌入件第二端;形成在所述每个钻头嵌入件第一螺旋槽和钻头嵌入件本体钻头嵌入件第一端的交界面处的弯曲切削刃;和其中钻头嵌入件本体包括至少两个小孔,每个小孔都定位成穿过钻头嵌入件第一螺旋槽中的一个并穿过钻头嵌入件本体延伸到钻头嵌入件本体的相对正面上的大致平面的连接表面;其中钻头嵌入件由至少两个紧固件可移去地固定到夹持器上,每个紧固件都定位成穿过所述钻头嵌入件第一螺旋槽中的一个并穿过钻头嵌入件本体延伸到在夹持器的连接臂内形成的小孔中;所述钻头嵌入件本体还包括多个钻头嵌入件第二螺旋槽,每个钻头嵌入件第二螺旋槽邻接所述钻头嵌入件第一螺旋槽中的一个形成,且其中所述夹持器还包括多个第二螺旋槽,所述多个第二螺旋槽中的每个螺旋槽邻接所述多个第一螺旋槽中的一个形成。
附图说明
在下面参考附图借助于实施例更详细地描述本发明及其改进,其中:
图1是根据优选实施例的钻孔工具组件的分解的组件视图;
图2是与组件相关联的夹持器端部的局部透视图;
图3A-3D是其上具有槽(或屑流槽)的本发明一实施例的嵌入件的各种不同的图;
图4A-4C是具有凸起部的本发明另一个实施例的嵌入件的各种不同的图,其中凸起部从嵌入件的每个正面径向向外突出;
图5A-5C是具有凸起部的本发明另一个实施例的嵌入件的各种不同的图,其中凸起部从嵌入件的每个正面径向向外突出;
图6A-6C是与图5A-5C的嵌入件一起使用的夹持器端部的各种不同的图;和
图7A-7B是使用图5A-5C的嵌入件和图6A-6C的夹持器的装配好的钻孔工具组件的各种不同的图。
具体实施方式
现在参见本发明的实施例,图1表示总体上以分解图示出的钻孔工具组件10,钻孔工具组件10包括夹持器12,其具有一个钻具本体14和与其相关联的柄16。钻具本体14包括一对在其中形成的螺旋槽(或屑流槽)18,通常,夹持器12具有圆柱形形状,其带有与柄16相对的夹持器端部20,夹持器端部20构形成牢固地支承钻头嵌入件35。如图2中所示,夹持器端部20具有一个夹紧狭槽或夹持器狭槽30,该夹紧狭槽或夹持器狭槽30可以延伸横过夹持器端部20的整个直径,或者至少在夹持器12的旋转轴线19的大致位置处的其中心部分上延伸。夹持器狭槽30具有一个底壁32,底壁32定位在相对于夹持器12的旋转轴线19基本上垂直的取向上。在一个实施例中,组件10还可以包括定位凸起部或定位销24(参见图1),其关于轴线19被精确地定位并从夹持器狭槽30的底壁32延伸出。销24可以压配合关系定位于孔26内,以将销24定位,孔26沿着夹持器本体的轴线19从狭槽30的底壁32向下延伸。或者,定位凸起部或销24可以另一种方式构形成,以获得销24的相应功能性,例如销24是从底壁32延伸出的整体元件。再参考图1,在夹持器狭槽30内,钻头嵌入件35关于夹持器12精确地定位以与夹持器一道执行所需的钻孔功能。如将在下文中更详细描述的,嵌入件35具有一个点几何形状,其包括多个切削表面,该多个切削表面相对于夹持器12的轴线19精确地定位从而导致使用组件10的更有效的钻孔操作。
更特别地,夹持器12的一个实施例在图2中示出,且其可构形成在其夹持器端部20包括一对关于夹持器狭槽30延伸的连接臂或夹紧臂34,夹紧臂34优选地包括小孔36,小孔36容纳螺钉38(参见图1),以将钻头嵌入件35固定到其在夹持器狭槽30内的位置中。在一个实施例中,孔36形成有螺纹以与螺钉38接合,并以预定的方式与在钻头嵌入件35中形成的螺钉孔相配合,以将钻头嵌入件精确地位于夹持器狭槽30内的预定位置中,如将更详细描述的。每个夹紧臂34还可以包括润滑剂出口28或冲洗通道,其允许润滑剂在钻头嵌入件的切削表面附近的应用或流动以利于钻孔操作。夹紧臂34还可以包括形成槽18的部分的有角度的或弯曲的表面,槽18有利于夹持器12的每侧上的碎屑排除。座放面32也总体上表示为一个平坦表面。在所示的构形中,孔26沿着轴线19形成在狭槽30的座放面32中,孔26将容纳定位销24,如上所述。
转向图3A-3D,示出了钻头嵌入件35的一个实施例。钻头嵌入件35可以形成改进的铲型钻刀刃,刀刃的周向柱形侧面60大体上是弧形的,且一旦用夹持器12将嵌入件35定位和固定,刀刃的周向柱形侧面60就在夹持器12的旋转轴线19具有一个中心。当用夹持器12固定时,钻头嵌入件35也将具有一个旋转轴线,该旋转轴线理想地与夹持器12的轴线19同轴。钻头嵌入件35包括钻头嵌入件本体37,该嵌入件本体37具有第一端或切削端82、第二端或支承端84,第二端或支承端84与第一端或切削端82相对,和第一正面86、第二正面88,第二正面88与第一正面86相对。钻头嵌入件本体37的支承端84是一个大致平面的表面,而切削端82具有至少两个弯曲切削刃64。每个正面86、88包括一个连接表面92和螺旋槽98,连接表面92是大致平面的且彼此相互平行,尽管不局限于此。周向柱形侧面60还可以包括与螺旋槽98相邻的螺旋形边缘61。钻头嵌入件本体37包括至少两个小孔70,每个小孔都定位成穿过每个螺旋槽98并穿过钻头嵌入件本体37延伸到相对正面的连接表面92。以与夹持器的槽18相同的螺旋角形成螺旋槽98并且当将钻头嵌入件装配到夹持器12上时,螺旋槽98定位成形成一个连续的槽。槽98与切削刃64相邻导致能有效和迅速地排出碎屑,因而,甚至在高钻孔速度下,螺旋槽98、18也使钻孔工具组件10能有效且迅速地从钻出的孔中排出碎屑。切削端82和嵌入件35的螺旋槽98的交界面形成切削刃64,这导致了弯曲切削刃的优点,与典型的铲型刀刃嵌入件中的直削刃相比,弯曲切削刃通常更有效地使热量消散。
如前所述,钻头嵌入件35在轴向中心点62的每侧上包括其上表面82上的弯曲切削刃64,轴向中心点62也称为死顶尖。切削刃64可以包括多个切削部分,它们一起协同工作以为材料和/或钻孔应用提供所需的切削表面64。通常,将嵌入件35设计成当沿预定方向与夹持器12一道被旋转地驱动时进行切削,且是不可反转的,尽管这种钻头刀刃构形对于本领域技术人员是已知的,和如果需要其能与本发明结合使用。
钻头嵌入件小孔70形成在螺旋槽98中并与夹紧臂34上的小孔36协同工作,以将嵌入件35固定在夹持器狭槽30内,并且使嵌入件35座靠在座放面32上。另外,小孔70优选地以沉头部分形成,沉头部分形成为一个适合由螺钉或其它紧固机构38上的相应锥形表面或类似表面接合的支承面。螺钉38的扩大夹头可以是任何常见的形状,如圆锥形、球形,或呈另一种形式以与工具夹持器12和嵌入件35中的类似表面相一致。在典型的型式中,通过偏移小孔36和70的轴线,当通过螺钉38将嵌入件35固定在狭槽30内时,嵌入件35将被迫向下抵靠在座放面32上。嵌入件35可以包括定位狭槽65,其允许定位销24定位于其中。在共有的美国专利第5957635中进一步描述了这种连接,该文件结合于此作为参考。
嵌入件35还可以包括凹口结构(或特征)66,如图3A、3C和3D中最清楚地表示的。凹口66位于横刃68的两侧上,横刃68形成为横跨嵌入件腹板并延伸穿过轴向中心62。钻头嵌入件和麻花钻的一个不利的特征通常是横刃必须充当切削刃,横刃68具有负的刀面角,其并非有效地切削而是使金属变形,这导致需要高的推力和在点62处产生过热。凹口66在嵌入件35的两侧上形成一种槽,其减小腹板和横刃的长度。现有技术的凹口通常形成为完整的半径,现有技术的凹口提供了一个中性切削刃,其仍然并不有效地切削而是挤压金属或使金属变形。在所示的实施例中,凹口66的形状象“V”,在凹口66的底部具有一个辐射式凹槽42,和一个在凹槽42的前沿侧上的第一大致平面侧44以及一个在凹槽42的相对侧或后沿侧上的第二大致平面侧46,形成角度φ。如同现有技术的腹板变薄技术,由于凹口66的前沿侧44切入切削刃64的一部分中,所以凹口66也减小切削刃64的长度。然而,本发明的凹口66这样形成,即凹口66的凹槽42相对于轴线19成一个斜角以使得凹口66的前边缘44形成正刀面角切削刃48。在2001年10月11日提交的共有的、共同未决的美国专利申请第09/975221号中披露了这种凹口,该申请结合于此作为参考。因而,凹口66实际上延伸了钻孔工具组件10的有效正刀面角切削刃长度,当钻孔工具组件10旋转时,多重切削刃64、48强力地侵入待钻孔的材料中。另外,通过提供侵入横刃68附近的材料中的侵略性几何形状,正刀面角切削刃48导致钻孔工具组件10的自定心能力增强。负的或中性的现有技术腹板变薄技术使得钻心沿待切削的材料的表面“行走”,从而将钻移离所希望的位置,或导致钻孔入口的钟形口状。
现在参考图4A-4C,示出了钻头嵌入件35′的另一个实施例。钻头嵌入件35′不同于先前实施例中的钻头嵌入件35之处在于,钻头嵌入件35′包括从每个正面86′、88′的中心部分径向向外突出的凸起部102,每个凸起部102可以具有径向最外表面104,径向最外表面104可以与相对的正面上的表面104平行。凸起部102包括第一表面105,第一表面105横截于连接表面92′延伸并可以与嵌入件35′的旋转轴线平行或横截于嵌入件35′的旋转轴线形成。凸起部102的延伸部使得第二螺旋槽部分106形成在钻头嵌入件35′上,第二螺旋槽部分106邻接钻头嵌入件螺旋槽98′形成并通过一个脊108与其分离,第二螺旋槽106与螺旋槽98′相结合提供一个较宽的槽并使得在钻头嵌入件35′的工作过程中形成的碎屑更加卷曲。两个槽98′、106之间的脊108充当一个断屑器,由于碎屑沿着前沿螺旋槽98′形成,所以脊108使得碎屑断开,导致在钻头嵌入件35′的工作过程中更容易从孔中排出较小的碎屑。凸起部102的另一个好处是它保护夹持器的夹紧臂不受碎屑侵蚀,凸起部102保护夹紧臂的有效部分。另外,第二槽106引导碎屑离开夹紧臂,因而,钻头嵌入件35′的凸起部102的结构特征消除了碎屑侵蚀并延长了夹持器的寿命。
在图5A-5C中示出了本发明的钻头嵌入件的又一个实施例。嵌入件35″不同于先前实施例的嵌入件35′之处在于,它在嵌入件35″的第二端84″的平坦表面中没有定位狭槽。为了使钻头嵌入件35″适当地位于夹持器上,钻头嵌入件35″包括从每个正面86″、88″的中心部分径向向外突出的定位凸起部110。与先前的实施例相似,每个凸起部110可以具有径向最外表面114,径向最外表面114可以与相对的正面上的表面114平行。凸起部110包括第一定位表面125,第一定位表面125横截于连接表面92″延伸并可以与嵌入件35″的旋转轴线平行或横截于嵌入件35″的旋转轴线形成。如同先前的实施例一样,凸起部110的延伸部使得第二螺旋槽部分116形成在钻头嵌入件35″上,第二螺旋槽部分116邻接钻头嵌入件螺旋槽98″形成并通过脊118与其分离,第二螺旋槽116与螺旋槽98″相结合提供一个较宽的槽并使得在钻头嵌入件35″的工作过程中形成的碎屑更加卷曲。两个槽98、116之间的脊118充当一个断屑器,由于碎屑沿着前沿螺旋槽98形成,所以脊118使得碎屑断开,导致在钻头嵌入件35″的工作过程中更容易从孔中排除较小的碎屑。凸起部110的另一个好处是它保护夹持器12′的夹紧臂34′免受碎屑侵蚀。
现在参考图6A-6C,夹持器12′不同于夹持器12之处在于,钻头嵌入件35″在夹持器12′上的定位。夹持器12′在其夹持器端部20′包括一对关于夹持器狭缝30′延伸的连接臂34′,夹持器12′的每个连接臂34′包括在其中形成的定位凹入部136,与钻头嵌入件35″的定位凸起部110相对应,以便确保钻头嵌入件35″适当地位于夹持器狭槽30′中。夹持器12′还包括螺旋槽18′和第二螺旋槽19,第二螺旋槽19与螺旋槽18′相邻并通过脊17与其分离。
在图7A-7B中示出了处于装配好状态中的钻孔工具组件10′,钻孔工具组件10′表示了嵌入件35″的螺旋槽98″、116与夹持器12′的螺旋槽18′、19结合以形成一个连续的螺旋槽,该连续的螺旋槽大体具有相同的螺旋角并延伸到钻头嵌入件35″的第一端。夹持器12′还包括多个刃带148′,每个刃带148′形成在夹持器12′的螺旋槽18′之间。钻头嵌入件35″的周向圆柱形表面60″形成大体与夹持器12′的刃带148′对应的钻头嵌入件刃带部,以使得刃带60″延伸到钻头嵌入件35″的第一端。钻头嵌入件刃带部60″可以包括螺旋形边缘61″,其形成在与嵌入件螺旋槽98″相邻的周向圆柱形表面的前端上。
试图用烧结金属硬质材料制造钻头嵌入件,如硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、单晶和多晶金刚石或氮化硼,然而,钻头嵌入件也可以由高速钢构成。
虽然已经在上面详细描述了本发明,但其仅仅作为说明和示例而不应将其理解为对本发明的限制,因而,本发明的范围和内容仅仅由所附的权利要求确定。
Claims (11)
1.一种钻头嵌入件,它包括:
钻头嵌入件本体,具有与第二端相对的第一端;
多个形成于所述钻头嵌入件本体中并从所述第一端轴向延伸到第二端的第一螺旋槽;
多个形成于所述多个第一螺旋槽和所述钻头嵌入件本体的第一端的交界面处的弯曲切削刃;和
其中,所述钻头嵌入件本体包括至少一个小孔,所述至少一个小孔穿过所述钻头嵌入件本体延伸到所述钻头嵌入件本体的相对侧上的连接表面。
2.如权利要求1所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述钻头嵌入件本体还包括多个定位凸起部,每个定位凸起部从钻头嵌入件本体的中心部分径向地延伸。
3.如权利要求2所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述每个定位凸起部具有平行于所述相对侧上的径向最外表面的径向最外表面。
4.如权利要求1-3之一所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述钻头嵌入件本体的第一端还包括:
在所述弯曲切削刃之间形成的腹板;和
在所述腹板的两侧上形成的腹板变薄的凹口;
其中每个所述凹口形成具有正刀面角的凹口切削刃。
5.如权利要求4所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述腹板变薄的凹口具有大体形成为“V”形的横截面。
6.如权利要求4所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述凹口切削刃由所述凹口的至少一个平面的侧壁形成。
7.如权利要求1-3之一所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述钻头嵌入件本体还包括多个周向圆柱形表面,每个所述周向圆柱形表面都形成钻头嵌入件刃带部。
8.如权利要求7所述的钻头嵌入件,其特征在于,每个所述钻头嵌入件刃带部包括螺旋形边缘,其形成在所述周向圆柱形表面的前端上与所述第一螺旋槽相邻。
9.如权利要求2所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述钻头嵌入件本体还包括多个定位表面,其平行于所述钻头嵌入件本体的旋转轴线形成和横截于所述钻头嵌入件本体的每个连接表面形成。
10.如权利要求2所述的钻头嵌入件,其特征在于,所述钻头嵌入件本体还包括多个定位表面,其横截于所述钻头嵌入件本体的旋转轴线形成和横截于所述钻头嵌入件本体的每个连接表面形成。
11.一种钻孔工具组件,它包括:
夹持器,其具有第一端、第二端和所述第一端与所述第二端之间的圆柱形钻孔部,其中所述第二端包括适合固定地连接在钻孔机中的柄部,其中所述第一端包括用于连接钻头嵌入件的夹持器部分,其中所述圆柱形钻孔部具有形成于其中的多个第一螺旋槽;
钻头嵌入件,其包括钻头嵌入件本体,钻头嵌入件本体具有与钻头嵌入件第二端相对的钻头嵌入件第一端、多个形成于所述钻头嵌入件本体中并从所述钻头嵌入件第一端朝着所述钻头嵌入件第二端轴向延伸的钻头嵌入件第一螺旋槽、以及多个形成在所述钻头嵌入件第一螺旋槽和所述钻头嵌入件本体的所述钻头嵌入件第一端的交界面处的弯曲切削刃;
其中所述钻头嵌入件本体包括至少一个小孔,所述至少一个小孔穿过所述钻头嵌入件本体延伸到所述钻头嵌入件本体的相对侧上的连接表面;
其中,所述钻头嵌入件由至少一个紧固件可移去地固定到所述夹持器上。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |