CN102026754B - 麻花钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双角麻花钻，其在不增加制造工作量等的情况下提高钻削质量。副切削刃(4b)大致平行于钻的旋转轴线(O)，并且至少副切削刃的前刀面(10)包含在螺旋槽(6)的槽面中。螺旋槽的槽面上沿前缘(9)布置的部分相对于钻的正常旋转方向以凸起的方式弯曲，从而在槽面与第二后刀面相交处的脊部可以形成相对于旋转轴线具有小倾斜角的副切削刃(4b)。

Description

麻花钻

技术领域

本发明涉及包括切削刃的双角麻花钻，切削刃具有布置在旋转中心附近的主切削刃和与主切削刃的外端连接的副切削刃(周边切削刃)，主切削刃和副切削刃具有不同的钻尖角。

背景技术

在钻削诸如碳纤维增强塑料(CFRP)等纤维增强复合材料时，钻的钻尖角越小，工件的增强纤维起毛的程度越小。然而，因为具有小钻尖角的钻具有长切削刃，所以这种钻常常引起所谓的震颤。特别是在钻削通孔时，因为需要将钻深深地插入，所以需要较长时间。

双角麻花钻具有有着不同钻尖角的主切削刃和副切削刃，以限制切削刃的长度。此外，通过使副切削刃的钻尖角小于主切削刃的钻尖角，来实现与具有小钻尖角的钻的钻削质量一样的钻削质量。这种双角麻花钻用于钻削纤维增强复合材料等。专利文献1、2和3中描述了这种双角麻花钻(以下简称钻)的实例。

图8示出了专利文献1中所述的钻。钻的主切削刃4a是螺旋槽6的槽面与顶部的第一后刀面7相交处的脊部。钻的副切削刃4b是螺旋槽6的槽面与第二后刀面8相交处的脊部。副切削刃4b相对于旋转轴线O具有倾斜角γ，在钻的侧视图中，该倾斜角与螺旋槽6的螺旋角大致相同。

图9示出了专利文献2中所述的钻。在钻的螺旋槽6上设置有平行于钻轴线的平坦前刀面10_-1。副切削刃4b是前刀面10_-1与顶部的第二后刀面8相交处的脊部。副切削刃4b相对于旋转轴线具有0°的倾斜角。专利文献3中所述的钻与专利文献2中所述的钻具有相似的结构，并且副切削刃相对于旋转轴线O具有小倾斜角。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP 9-277109A

专利文献2：JP 63-306812A

专利文献3：JP 6-075612U

发明内容

本发明所要解决的问题

在专利文献1所述的钻中，在钻的侧视图中副切削刃相对于旋转轴线具有倾斜角γ，并且副切削刃沿螺旋槽的扭转方向显著地倾斜。因此，副切削刃较长并且在钻削期间产生提升工件的力。结果，在钻削不能被牢固地固定的平板形构件时，会在钻孔期间发生所谓的震颤，并且在钻孔的内表面上产生震痕，或者在钻削纤维增强复合材料时产生毛刺。

在专利文献2和专利文献3所述的钻中，设置有用于减小副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角的平坦前刀面10_-1并且切除掉螺旋槽6的槽面。因此，副切削刃4b的前角小于如下钻的前角：该钻的副切削刃的前刀面包含在螺旋槽的槽面中。结果，副切削刃的切削能力低，从而可能在钻削纤维增强复合材料时在钻孔的口部产生毛刺，并且使增强纤维出现起毛，以致钻削质量下降。此外，需要额外的时间和工作来形成平坦前刀面10_-1。

本发明旨在提供一种在不增加制造工作量等的情况下具有优良钻削质量的双角麻花钻。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明改进了上述双角麻花钻，以使副切削刃大致平行于钻的旋转轴线并且至少使副切削刃的前刀面包含在螺旋槽的槽面中。“大致平行于”的措辞是指在钻的侧视图中副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角在大约±5°的范围内。“包含在螺旋槽的槽面中”的措辞是指将前刀面形成为与形成主切削刃的螺旋槽相同的曲面，而不像专利文献2中所披露地单独设置前刀面10_-1。“在钻的侧视图中”的措辞指图3中所示的状态，其中钻的副切削刃的外端E2(位于最外周边处的点)与旋转轴线O之间的距离(芯部高度H)是芯部厚度(参见图5中的W)的一半。通过使槽面上沿螺旋槽的前缘布置的部分相对于钻的正常旋转方向以凸起的方式弯曲，槽面与第二后刀面的相交处的脊部可以形成在钻的侧视图中相对于轴线的倾斜角在大约-5°至+5°范围内的副切削刃。

在上述钻中，优选地，螺旋槽的螺旋角在10°至40°的范围内，并且副切削刃的前刀面包含在螺旋槽的槽面中。优选地，副切削刃的钻尖角α2小于主切削刃的钻尖角α1，并且钻尖角α2在20°至90°的范围内。

优选地，主切削刃的外端部的直径d等于或大于钻直径D的70％。优选地，使螺旋槽的槽面与主体的周边处的边缘面相交成锐角。

发明效果

在根据本发明的钻中，副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角在±5°的范围内。因此，副切削刃较短，并且在钻孔期间产生的提升工件的力较小。结果，即使当工件为不能被牢固地固定的薄板时，也可以进行高质量钻削且不引起震颤。

在所述钻中，副切削刃的前刀面包含在螺旋槽的槽面中，从而副切削刃的前角不是小的。根据螺旋槽的形状，副切削刃的前角大于图8中所示的现有钻的前角，由此实现优良的切削能力。从而，抑制钻削纤维增强复合材料时的起毛现象，并且减小切削力。

此外，因为不需要形成平坦前刀面，所以无需增加制造钻的时间和工作量。

附图说明

图1是根据本发明实施例的钻的侧视图。

图2是图1的钻的顶部的放大图。

图3是图1的钻的放大侧视图，示出了副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角。

图4是图1的钻的放大前视图。

图5是沿图2的线X-X截取的放大截面图。

图6是示出了副切削刃的楔角的截面图。

图7的(a)示出了由于形成前刀面，副切削刃的内端的移位方式，并且图7的(b)示出了根据本发明钻的副切削刃与螺旋槽的槽面之间的关系。

图8的(a)是普通双角麻花钻的主要部分的侧视图，图8的(b)是示出钻的副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角的侧视图，并且图8的(c)是钻的前视图。

图9的(a)是具有平坦前刀面的双角麻花钻的主要部分的侧视图，图9的(b)是示出钻的副切削刃与旋转轴线之间的倾斜角的侧视图，并且图9的(c)是钻的前视图。

具体实施方式

下面，将参考图1至图6描述根据本发明实施例的钻。图1至图4示出根据本发明的钻(双角麻花钻)1，其是具有两个切削刃的麻花钻。图中所示的钻1是包括主体2和柄3的实心钻，柄3与主体2的后端部形成为一体。然而，本发明还适用于其它钻，诸如实心尖钻、切削刃上涂覆了硬膜的涂层钻和切削刃由硬质致密材料制成的钻。切削刃的数目不限于两个，而是可以为三个或四个。

在主体2的顶部，切削刃4彼此相对于旋转中心(旋转轴线O)呈点对称，并且形成附属于切削刃的修磨横刃(web thinning)5。在主体2的周边形成有双纹螺旋的螺旋槽6。

切削刃4包括主切削刃4a和副切削刃4b，主切削刃4a从旋转中心(旋转轴线O)沿径向向外延伸一定程度，副切削刃4b从主切削刃4a的外端延伸到主体2的周边。副切削刃4b的钻尖角α2小于主切削刃4a的钻尖角α1。副切削刃4b的钻尖角α2越小，钻削质量越好。然而，钻尖角α2越小，顶部越容易磨损并且切削刃越长。因此，优选地，为了保证钻削质量，钻尖角α2的上限为大约90°，并且为了保护顶部，钻尖角α2的下限为大约20°。

在钻的侧视图中副切削刃4b相对于旋转轴线O的倾斜角γ(参见图3)在-5°至+5°的范围内。此外，至少副切削刃4b的前刀面10包含在螺旋槽6的槽面中。在图2至图4中，绘制出第一后刀面7和第二后刀面8。主切削刃4a是第一后刀面7与螺旋槽6的槽面相交处的脊部。副切削刃4b是第二后刀面8与螺旋槽6的槽面相交处的脊部。

如图5中所示，螺旋槽6的槽面上沿前缘9延伸的部分相对于钻的正常旋转方向以凸起的方式弯曲，并且与主体2的周边处的边缘面11相交。因此，可以使副切削刃4b相对于旋转轴线O的倾斜角γ处于-5°至+5°的范围内而无需在螺旋槽6的槽面上设置平坦前刀面。将进一步描述该钻与现有钻在这方面的不同。

图7的(a)示出了当设置有平坦前刀面10_-1时，图9所示钻的副切削刃4b在径向上的内端(与主切削刃接触的点)的移位方式。当在螺旋槽6的槽面上设置有平坦前刀面10_-1时，副切削刃4b的内端从图7的(a)和图9的(b)中的位置Ⅰ(在设置平坦前刀面之前的位置)移动到位置Ⅱ。从而，可以使副切削刃4b相对于旋转轴线O的倾斜角γ为0°。然而，当设置有平坦前刀面10_-1时，副切削刃4b的前角必然减小，由此切削刃的切削能力劣化。在图9所示的钻中，主切削刃4a上设置有平坦前刀面10_-1的部分的前角减小，由此切削能力劣化。

作为对比，在根据本发明的钻中未设置平坦前刀面。而是，如图7的(b)中所示，副切削刃4b相对于旋转轴线的倾斜角γ为例如5°，并且副切削刃4b整体与螺旋槽6的槽面相交，以致副切削刃4b的前刀面10包含在螺旋槽6的槽面中(在图7的(b)中，Δθ表示螺旋槽6从副切削刃4b的内端E1到副切削刃4b的外端E2的扭转量(旋转角))。因此，没有发生因存在平坦前刀面而导致副切削刃4b的前角减小的情况。图6示出了副切削刃4b的楔角β。由于前刀面10包含在螺旋槽6的以凸起的方式弯曲的槽面中，所以楔角β减小，并且使副切削刃4b的前角大于图8所示现有钻的前角。

如果螺旋槽6的螺旋角θ(参见图2)太小，则难于增加切削刃的前角。如果螺旋角θ太大，虽然实际前角增大并且切削刃的切削能力提高，但顶部强度减小。因此，螺旋角θ优选地在大约10°到40°的范围内。

当钻削纤维增强复合材料时，副切削刃4b的钻尖角α2越小，增强纤维的起毛程度越小。当该角度等于或小于90°时，可以在不影响钻孔质量的情况下进行钻削。另一方面，如果该角度太小，则切削刃的外端迅速磨损。因此，钻尖角α2优选地等于或大于20°并且等于或小于90°。

当主切削刃4a的外端部的直径d等于或大于钻直径D的70％时，由于存在该副切削刃4b而使钻削质量提高，同时防止切削刃不必要地变长。

实例1

研究了双角钻中副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角γ对钻削质量的影响。测试中所使用的钻的规格如下：钻直径D＝Φ10mm，主切削刃的钻尖角为120°，副切削刃的钻尖角为60°，主切削刃的外端部的直径d＝0.9D，并且副切削刃的倾斜角γ如表1中所示进行改变。

工件使用3mm厚的CFRP板。切削条件为：切削速度Vc＝100m/min，并且进给速度f＝0.05mm/rev。表1列出了实验结果。

在表1的表示震颤的行中，“+”表示“未发生震颤”，“±”表示“发生轻微震颤”，并且“-”表示“发生震颤”。在表示起毛的行中，“+”表示“未发生起毛并且钻孔内表面的质量极佳”，“±”表示“发生轻微起毛并且钻孔内表面的质量一般”，并且“-”表示“发生起毛并且钻孔内表面的质量差”。

[表1]

在测试中，当副切削刃的倾斜角γ等于或大于10°时，会在钻削期间发生震颤。当倾斜角γ在-5°至+5°的范围内时，钻削稳定地进行且不引起震颤。当倾斜角γ为-10°时，观察到轻微的震颤和轻微的起毛。

实例2

下面，研究双角钻副切削刃的钻尖角α2的不同对钻孔质量和顶部磨损的影响。测试中使用的钻的规格如下：钻直径D＝Φ6mm，主切削刃的钻尖角α1＝140°，并且在主切削刃的外端处的钻直径d＝0.83D。

工件使用10mm厚的CFRP板。切削条件为：切削速度Vc＝100m/min，并且进给速度f＝0.05mm/rev。表2列出了实验结果。

在表2的表示起毛的行中，“+”表示“未发生起毛并且钻孔内表面的质量极佳”，并且“-”表示“发生起毛并且钻孔内表面的质量差”。在钻了500个孔之后评价顶部磨损。评价单元格中的顶部磨损量表示最大后刀面磨损量(mm)。

[表2]

当副切削刃的钻尖角α2等于或小于90°时，可以防止起毛。根据实验，当钻尖角α2为10°时顶部磨损量是小的。然而，钻尖角α2的合适下限值被认为是20°。

为了有效地延长钻的使用寿命，在切削刃表面上形成诸如金刚石涂层等硬膜，或者由硬质紧密材料来形成切削刃，其中，所述钻用于钻削由CFRP等加速顶部磨损的材料制成的工件。

附图标记列表

1 钻

2 主体

3 柄

4 切削刃

4a 主切削刃

4b 副切削刃

5 修磨横刃

6 螺旋槽

7 第一后刀面

8 第二后刀面

9 前缘

10、10_-1 前刀面

11 边缘面

O 旋转轴线

E1 副切削刃的内端

E2 副切削刃的外端

γ 在钻的侧视图中副切削刃相对于旋转轴线的倾斜角

α1 主切削刃的钻尖角

α2 副切削刃的钻尖角

β 楔角

θ 螺旋槽的螺旋角

Δθ 螺旋槽上从副切削刃的内端到副切削刃的外端处的旋转量

H 芯部高度

W 芯部厚度

Claims (5)

1.一种双角麻花钻，包括：

螺旋槽(6)；

第一后刀面(7)；以及

切削刃，其包括：

主切削刃(4a)，其从旋转中心沿径向向外延伸一定程度，以及

副切削刃(4b)，其从所述主切削刃(4a)的外端延伸到主体(2)的周边，所述副切削刃(4b)具有与所述主切削刃(4a)的钻尖角α1不同的钻尖角α2，

其中，所述副切削刃(4b)大致平行于所述麻花钻的旋转轴线(O)，并且至少所述副切削刃(4b)的前刀面包含在所述螺旋槽(6)的槽面中，所述主切削刃(4a)是所述第一后刀面(7)与所述螺旋槽(6)的槽面相交处的脊部，并且

“大致平行于”的措辞是指在钻的侧视图中所述副切削刃(4b)相对于旋转轴线(O)的倾斜角(γ)在±5°的范围内，

“在钻的侧视图中”的措辞是指如下所示的状态：所述副切削刃(4b)的外端(E2)与所述旋转轴线(O)之间的距离是芯部厚度(W)的一半，

“包含在所述螺旋槽(6)的槽面中”的措辞是指将所述副切削刃(4b)的前刀面形成为与形成所述主切削刃(4a)的螺旋槽(6)相同的曲面。

2.根据权利要求1所述的麻花钻，其中，

所述螺旋槽(6)的螺旋角(θ)在10°至40°的范围内，并且所述副切削刃(4b)的前刀面包含在所述螺旋槽(6)的槽面中。

3.根据权利要求1所述的麻花钻，其中，

所述副切削刃(4b)的钻尖角α2小于所述主切削刃(4a)的钻尖角α1，并且所述钻尖角α2在20°至90°的范围内。

4.根据权利要求1所述的麻花钻，其中，

所述主切削刃(4a)的外端部的直径(d)等于或大于钻直径(D)的70％。

5.根据权利要求1所述的麻花钻，其中，

所述螺旋槽(6)的槽面与所述主体(2)的周边处的边缘面(11)以锐角相交。

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