CN101970160B - 带有凿尖的切削刀具 - Google Patents

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Abstract

一种麻花钻头具有双刃带和在80度与100度之间的一个凿尖角，以此使孔的直度最大化并且以使钻头在一个工件上的“行走”最小化。这种钻头可以是具有一个可拆除的尖端本体的模块式钻头或该钻头可以具有一种实体构形。一个尖端本体是可消耗的并且按要求时可以被拆除并被更换。

Description

带有凿尖的切削刀具
技术领域
本发明涉及一种具有独特取向的凿尖的一种切削刀具，如一种麻花钻头。
背景技术
在脆性材料(如灰铸铁)的钻孔中重要的是在一个希望的位置并且在具有“孔直度”的一个直的方向上钻出一个圆形的孔。在这种钻孔过程中，不仅对于钻头而言有可能横跨工件的表面而“行走”到偏离目标的位置，而且此外，甚至当钻头被定位在适当的目标位置时，钻头上的不对称的切削力可造成钻头摆动，由此产生一个非圆形的孔，一个不直的孔，或者两者并存。1976年8月31日授权的美国专利号3,977,807是针对具有一个凿尖的一种双刃带麻花钻头，该凿尖与主刃带的拐角形成一个凿尖角。虽然这份专利的图2展示了这种特征，但是因为图2是一个透视图所以难以看清这个凿尖角。尽管如此，主刃带的外径随着刃带接近凿尖而减小，其结果是牺牲了一些钻头的稳定性。
2007年9月11日授权的美国专利号7,267,514是针对带有一个导向尖端的一种自定中心的钻尖钻头，其中该钻头仅具有一个单刃带。这份专利在图4中披露了一种安排，由此凿尖与钻头刃带实质上是平行的。虽然这减小了钻头的“行走”，因为这种钻头在钻孔时趋于摆动，对于孔的形状以及孔的直度存在着同样的问题。
需要一种钻头设计，这种设计使孔更直和定位更好，并且在形成孔的过程中它使钻头在孔中稳定。
发明内容
一种总体上为圆柱形的切削刀具的尖端被用于在一个工件之中做出一个孔，其中该尖端具有一个中央轴线以及一个切削末端。这种刀具被设计为在一个切削方向上旋转。该尖端包括一个本体，该本体具有两个直径上相对的槽与它们之间的棱面，其中这些棱面各自具有一对刃，这对刃按照该刀具的旋转被定义为一个前刃以及一个后刃。在每一个棱面上一个主刃带与一个次刃带相互间隔开。该主刃带是邻近于该前刃并且这些刃带具有沿着本体的整个长度不变的刃带直径。一个切削唇缘从每个棱面的前刃向内延伸至一个最靠内的末端上。一个凿尖由连接每个切削唇缘的最靠内的末端的一条线所定义，其中，当沿着该中央轴线观看时，该凿尖与一条线形成一个凿尖角，该线从该棱面的前刃向内径向地延伸至该凿尖的中点。该凿尖角是在80度至100度之间。本主题发明还针对一种可旋转的切削刀具，它具有如上所述的一个尖端。
附图说明
图1是一种模块式麻花钻头的侧视图，该钻头具有被固定到钻头柄上的一个切削刀具；
图1A是在图1中被标识为A的环绕区域的放大的剖面详图；
图2是图1中的麻花钻头的俯视图；
图3是沿图2中的箭头“3-3”的侧视图；并且
图4是沿图2中的箭头“4-4”的模块式麻花钻头的顶端部分的侧视图。
具体实施方式
图1展示了一个可旋转的切削刀具10，作为一个实例，它是一种麻花钻头。切削刀具10具有在切削末端20处的一个尖端15。尖端15具有通过其中延伸的一条中央轴线17。如图2中展示的，尖端15具有一个尖端本体25，该尖端本体具有两个直径上相对的槽30A、30B。在每个槽30A、30B之间围绕切削刀具10的圆周的是棱面35A、35B。每个棱面35A、35B是由一个尖端本体棱面37A、37B以及一个叉状棱面39A、39B构成的。
在图1-4中展示的实施方案示出了一个切削刀具10以及一个柄12，其中尖端本体25从柄12上是可拆除的。如图3中展示的，尖端本体25被固定在两个延伸的叉状体14A、14B之间。
当从切削末端20观看时，在此讨论的切削刀具是对称的，并且其结果是，在理解对称侧面(到目前为止提及它时已经使用“B”的后缀)是对称的情况下，将仅对切削刀具10的二分之一进行讨论。因此，针对“A”侧的同样的讨论将适用于“B”侧。
尖端本体棱面37A具有被定义为一个前刃40A和一个后刃42A的一对刃。可旋转的切削刀具10和相关联的尖端本体25被设计为在由箭头“45”指示的一个单一旋转方向上工作。其结果是，要接触工件的尖端本体棱面37A第一部分被定义为前刃40A，而剩余的刃是后刃42A。尖端本体棱面37A是由在尖端本体棱面37A上相互间隔开的一个主刃带47A以及一个次刃带49A构成的。主刃带47A邻近于前刃40A并且这些刃带47A、49A各自与相对的主刃带47B和次刃带49B形成一个与外径4相同的刃带直径MD。当图2中展示的次刃带49A接触后刃42A时，这完全有可能并且容易想象到使次刃带49A在接近主刃带47A的方向上将与后刃42A间隔开。
刃带直径50沿着尖端本体25的整个长度延伸并且基本上是恒定的。具体地讲，在麻花钻头设计中标准做法是给该钻头的切削末端提供一个外径，它稍微大于该切削末端之后的区域。作为一个实例，一个麻花钻头可具有一个切削末端外径，它比远离该切削末端的钻头外径大出近似0.05毫米，由此提供在切削末端之后的间隙。在这方面，刃带直径50沿着尖端本体25的整个长度延伸并且它实质上是恒定的。
应该认识到，就图2而言，刃带直径MD是不仅尖端本体25的而且也是柄12的最大直径，并且尖端本体25和叉状体14的外围的其余部分具有的直径小于刃带直径MD。
一个切削唇缘55A从尖端本体棱面37A的前刃40A向内延伸至一个最靠内的末端57A上。
由连接每个切削唇缘55A、55B的最靠内的末端57A、57B的一条线63定义了一个凿尖60。
应该认识到，凿尖60是由切削唇缘55A和切削唇缘55B两者定义的，并且出于此种原因，凿尖不被认为是与尖端本体25的对称性相关的两个部分。
当沿着中央轴线17观看时，凿尖60与一条线65B形成一个凿尖角A，这条线从该棱面35B的前刃40B径向地向内延伸至凿尖63的中点67上。凿尖角A是在80度至100度之间并且优选是近似90度。
如图2所展示的，凿尖60具有一种“S”形状，该形状在弯曲的末端70A、70B中具有一个总体上直的中心部分69。例如，对于具有在12毫米与13毫米之间的外径的一个钻头来说，凿尖60的直的中心部分69具有0.25毫米的长度。
如图2所展示的，凿尖60以弯曲的末端70A、70B过渡成切削唇缘55A、55B。对于12毫米至32毫米的外径来说，这些弯曲的末端70A、70B具有0.4毫米至1.5毫米的半径。
一个切槽75A(图3)从槽30A向外延伸至凿尖60，并且在一个实施方案中，它定义了在凿尖60处在2度与10度之间的一个正前角R。
主刃带47A与次刃带49A之间的是一个凹陷78A，该凹陷是由相对的凹陷78A、78B之间的小于刃带直径MD的一个间隙直径CD来定义的。
棱面35A与凿尖60之间的区域总体上被称为肋侧80A。典型地，肋侧80A与棱面35A相交以形成一个刃。然而，为了改进的强度、耐久性并且使在退出时脆性材料(如铸铁)的崩出/破碎最小化，在棱面35A与槽80A之间可以引入一个倒角82A。倒角82A可以与中央轴线17形成70度与90度之间的一个倒角角度CA(图4)。
如图1中所展示的，该切削刀具是一种模块式麻花钻头，它具有容纳尖端15的一个柄12。然而，同样有可能并且容易想象的是使尖端本体25成为柄12的一个整体部分，由此提供一个实体的钻头。
还应该指出，目前为止所讨论的一直是具有多个螺旋槽的一种麻花钻头。本主题发明还可以适用于一种具有多个直槽的麻花钻头。
如图3中所展示的，使用不同的技术，尖端15可以被固定在柄12的叉状体14A、14B之中。在此处展示的实施方案中，与切削末端20相对的尖端本体(如图1A中展示的)是沿中央轴线17的一个螺纹孔85，它用于与一个配合螺栓105接合，该螺栓具有抵靠柄12之中的内肩109的一个头部107。应该认识到，将尖端15固定在柄12上的其他安排是机床领域的普通技术人员已知的，这些安排包括但不限于将尖端15弹性夹持在柄12中的多个叉状体14。
柄12在尖端15的区域之中的构形是这样的，即：当尖端15被安装在柄12中时，柄12的外形与尖端15的外形相符合，这样，如图1中所展示的，这种组合呈现出具有多个连续表面的一种单体部件。
应该指出，切削刀具10可以具有多个冷却剂通道110，这些通道在柄12的长度上延伸并且在该柄的基部13处提供有冷却剂。此外，如图所示，柄12具有被固定在一个转轴(未示出)上的一个凸端11，该转轴被用于将旋转赋予切削刀具10。可以按钻头制造领域的普通技术人员已知的许多不同的方式中的任何一种将柄12固定在该转轴上。
尖端本体15可以用一种硬质烧结碳化物(如碳化钨、碳化钛、或TiC-TiN)来制造。总体上讲，尖端本体15可以用一种硬质耐磨损材料(如在本领域内为人熟知的多种涂覆的耐火烧结碳化物材料中的一种)来制造。由于与碳化物刀具相关的费用，所以尽管有可能这样做，但是对于由碳化物材料构成的尖端本体25和柄12两者是不太可行的，而更可行的是该尖端本体25由一种碳化物材料构成，但是柄12由机械工具钢构成。
根据本主题发明的切削刀具提供了比其他切削刀具优越的结果。就孔的直度而言，使用具有12.5毫米直径、140度钻尖角、以及30度螺旋角的一个模块式麻花钻头进行测试以钻削具有125毫米深度的多个盲孔。该工件是灰铸铁类别40并且该钻头以198毫米每分钟和0.35毫米每转的速度前进。此外，通过钻头柄中的内部通道将冷却剂引入工件。
在这些情况下，获得了以下结果。
案例1具有60度凿角的一个单刃带钻头实现了0.15毫米的孔直度。
案例2具有90度凿尖角的一个单刃带钻头实现了0.13毫米的孔直度。
案例3具有60度凿尖角的一个双刃带钻头实现了0.11毫米的孔直度。
案例4具有90度凿尖角的一个双刃带钻头(与本主题发明一致)实现了0.04毫米的孔直度。这些意想不到的结果显示了根据本主题发明的设计的优越性。
该凿角还有助于使钻头沿工件的“行走”最小化。具体地讲，对于具有60度凿角的一个钻头，相对于目标位置的位置误差是0.0042毫米而使用具有90度凿尖角的一个钻头的位置误差具有0.003毫米的位置误差。
如可以看出的，根据本主题发明的钻头不仅提供了意想不到的结果而且还提供了比其他设计优越的结果。
由于在此披露的钻头设计的结果，在钻孔过程中，由凿尖产生的力遇到沿着同样方向/线的来自孔壁的在这些刃带上的反作用力。这使钻头上的力或力矩中的任何不平衡最小化，由此减小了钻头行走的趋势并且确保了孔的直度以及精确的孔定位。该钻头的这个特征在一种多相的材料(如素以难于维持孔直度而著称的灰铸铁)上是非常有益的。如在此披露的凿尖角与双刃带相结合提供了非常优越的孔直度，其中次刃带起到平衡任何超出直线的力的作用。如在上述的案例中所展示的，当该凿角从60度改变至90度时，使用一种双刃带钻头在孔直度上存在50％的改进。此外，对照使用具有60度凿尖角的钻头，使用具有90度凿尖角的钻头减少了约25％的孔的位置误差。
虽然已详细说明了本发明的具体实施方案，但本领域的技术人员应认识到鉴于本披露的整体传授内容对这些细节可发展出不同的修改和替代。在此说明的目前优选的实施方案仅旨在是解说性的而并非限制本发明的范围，对于本发明的范围应当给予所附权利要求应及其所有的等效物的全部宽广度。

Claims (18)

1.一种总体上圆柱形的、用于在工件中形成孔的切削刀具的尖端，其中该尖端具有一条中央轴线以及一个切削末端并且该尖端被设计在一个切削方向上旋转，其中该尖端包括：
a)一个本体，该本体具有两个直径上相对的槽与它们之间的棱面，其中这些棱面各自具有一对刃，这对刃按照该刀具的旋转被定义为一个前刃以及定义为一个后刃；
b)一个主刃带和一个次刃带，这些刃带在每个棱面上相互间隔开，其中该主刃带邻近于该前刃并且这些刃带具有沿着该本体的整个长度的实质上不变的刃带直径；
c)一个切削唇缘，该切削唇缘从每个棱面的前刃向内延伸至一个最靠内的末端；
d)一个凿尖，该凿尖由连接每个切削唇缘的最靠内的末端的一条线而定义；
e)其中当沿着该中央轴线观看时，该凿尖与一条线形成一个凿尖角，该线从该棱面的前刃径向地向内延伸至该凿尖的中点上；并且
f)其中该凿尖角是在80度与100度之间。
2.根据权利要求1所述的尖端，其中该凿尖角是90度。
3.根据权利要求1所述的尖端，其中该凿尖是“S”形的、具有一个总体上直的中心部分以及弯曲的两端。
4.根据权利要求3所述的尖端，其中对于具有12毫米与13毫米之间的外径的一个钻头，该凿尖的直的中心部分具有0.25毫米的长度。
5.根据权利要求1所述的尖端，其中该凿尖过渡进入所述切削唇缘，并且对于一个12毫米至32毫米的外径，该凿尖过渡进入所述切削唇缘的过渡区域具有0.4毫米至1.5毫米的半径。
6.根据权利要求1所述的尖端，其中一个切槽从该槽向上延伸至该凿尖，其中该切槽定义了处于该凿尖处的一个正前角。
7.根据权利要求1所述的尖端，其中这些刃带之间的一个凹陷是由小于该刃带直径MD的一个间隙直径定义的。
8.根据权利要求1所述的尖端，其中该主刃带是邻近在该棱面上的前刃而该次刃带是邻近在该棱面上的后刃。
9.根据权利要求1所述的尖端，其中该主刃带是邻近在该棱面上的前刃并且该次刃带是在接近该主刃带的一个方向上与该后刃间隔开的。
10.根据权利要求1所述的尖端，其中一个肋侧在该棱面与该凿尖之间延伸并且，其中在该棱面与该肋侧之间存在一个倒角。
11.根据权利要求10所述的尖端，其中倒角与该中央轴线形成了一个在70度与90度之间的角度。
12.根据权利要求1所述的尖端，其中所述槽是螺旋状的。
13.根据权利要求1所述的尖端，进一步包括具有一个柄的一种麻花钻头，该柄具有容纳该尖端的一个末端。
14.根据权利要求1所述的尖端，其中该本体具有沿着该中央轴线的一个螺纹孔，该一个螺纹孔用于同来自一个刀具柄的一个配合螺栓接合。
15.一种可旋转的切削刀具，具有在一个切削末端处的一个尖端，其中该尖端包括：
a)一个本体，该本体具有两个直径上相对的槽与其间的棱面，其中这些棱面各自具有一对刃，这对刃由该工具的旋转定义为一个前刃以及一个后刃；
b)一个主刃带和一个次刃带，这些刃带在每个棱面上相互间隔开，其中该主刃带邻近于该前刃并且这些刃带具有沿着该本体的整个长度不变的刃带直径；
c)一个切削唇缘，该切削唇缘从每个棱面的前刃向内延伸至一个最靠内的末端；
d)一个凿尖，该凿尖由连接每个切削唇缘的最靠内的末端的一条线定义；
e)其中当沿着该中央轴线观看时，该凿尖与一条线形成一个凿尖角，该线从该棱面的前刃径向向内延伸至该凿尖的中点；并且
f)其中该凿尖角是在80度与100度之间。
16.根据权利要求15所述的切削刀具，其中该刀具具有一个柄并且该尖端本体是从该柄中可拆除的。
17.根据权利要求15所述的切削刀具，其中该尖端本体具有沿着该中央轴线的一个螺纹孔，该螺纹孔用于同来自该切削刀具的刀具柄的一个配合螺栓接合。
18.根据权利要求15所述的切削刀具，其中该尖端本体是该切削刀具的刀具柄的一个整体部分。
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