CN102348523B

CN102348523B - 钻尖以及具有钻尖的钻孔刀具

Info

Publication number: CN102348523B
Application number: CN201080011094.2A
Authority: CN
Inventors: J·施韦格尔; H·R·考佩尔
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: DE102009012725B4; US10086444B2; JP5651607B2; US20110318128A1; WO2010102705A1; KR20110125268A; JP2012519602A; CN102348523A; CA2753802A1; DE102009012725A1; BRPI1009334A2; EP2406028A1

Abstract

本发明涉及一种钻尖（2），该钻尖包括一个基体（6），该基体具有多个切屑槽（22A，B）并且沿一条旋转轴线（8）在轴向方向上延伸、并且在其前面上具有至少两个主切削刃（14A，B），这两个主切削刃在径向方向上向外延伸至一个切削拐角（16A，B）处。在横截面中看时，该基体在切削拐角（16A，B）的高度处相对于围绕该旋转轴线（8）的旋转是不对称的。该基体的横截面被同时设计为与这些主切削刃（14A，B）具有对称间距。钻尖（2）具体被设计为一种模块式设计的钻尖（5）的一个可互换的模块式部件。因此，可以进而不对称地设计出一种钻头基体（4），其中可以插入这种钻尖（2）。

Description

钻尖以及具有钻尖的钻孔刀具

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种钻尖，并且涉及具有这种钻尖的一种钻孔刀具。

背景技术

例如，DE10 2006 025 294A1披露了根据权利要求1的前序部分所述的一种钻尖。在其中所描述了具有特殊的不对称构形的一种钻孔刀具。这种钻孔刀具的钻尖具有两个主切削刃，这两个主切削刃与对称构形不同，是以相对于围绕该钻孔刀具的旋转轴线的180°旋转的一种非旋转对称的方式设置的。这些主切削刃在各自情况下延伸到远至一个次级切削刃所邻接的一个切削拐角处，该次级切削刃沿一个切屑槽延伸。在外周处，在所谓的钻头根部上，一个引导台面邻接了该相应的次级切削刃。此外规定，在该钻头根部上实现一个附加支撑台面，该台面用于两个横刃中的仅仅一个。通过该支撑台面，钻孔刀具被支撑在所钻的孔的壁上。

通过钻头的这种不对称构形，防止、或至少减少了钻头的不真实延伸，即所谓的“震颤”。这是因为，在对称钻头的情况下，由于这种对称性、就好像是“积累”，在钻孔操作过程中钻孔刀具的振动增大，这样使得由于钻孔刀具的振动，在所钻的孔的壁中产生不规则性，也称为“震颤痕”。这个问题随着钻孔长度的增大而增大。

总的来说，由于不对称构形，至少减小了震颤。然而，在制造工程学方面，与对称构形相比，不对称构形更加要求生产资源。

发明内容

本发明基于的目的是使得容易制造并且尽可能防止震颤的一种钻孔刀具成为可能。

这个目的是根据本发明由具有权利要求1的特征的一种钻尖、并且由具有这种钻尖的一种钻孔刀具实现的。

该钻尖包括一个基体，该基体配备有多个切屑槽并且沿一条旋转轴线在轴向方向上延伸。该基体具有一个前部外端，在该前部外端上提供了至少两个主切削刃。后者在径向方向上向外延伸至一个切削拐角处。为了尽可能防止震颤，该钻尖在切削刃区域中是不对称地实现的，并且因此特别地在这些切削拐角的高度处在横截面中也是不对称地实现的。同时提供了，这种不对称构形在轴向方向上经历一种过渡而进入一种对称构形，并且优选地对于该钻孔刀具的剩余的轴向长度也保持是对称的。

在这种情况下，相对于围绕该旋转轴线的旋转而言的不对称构形意味着该钻尖偏离了一种旋转对称。因此，在两个主切削刃的情况下，该钻尖偏离了180°的旋转对称、并且在具有三个主切削刃的构形的情况下偏离了120°的旋转对称，等等。在这种情况下，该钻尖可以关于多个不对称特征而不对称地实现。优选地但非必须的，所有不对称特征经历一种过渡而进入一种对称构形。因此，这种至对称构形的过渡总体上涉及至少一个不对称特征。

该钻尖的这些主切削刃通常是通过一个所谓的横刃而彼此连接，该横刃实现了该钻尖在旋转轴线上的最尖端。在这种情况下，这些主切削刃在径向方向上向外延伸。总体上，在径向方向上向外意味着这些主切削刃延伸离开该钻头中心、或该横刃而到达该基体的外周。通常，这些主切削刃不沿一条直线延伸、而是以一种曲线的方式实现。在各自情况下邻接这些主切削刃的是一个主侧面，该主侧面经历一种过渡而进入一个切屑槽。通常，这些主侧面以圆锥形表面的方式实现，并且该钻尖就整体而言是以一个锥体的方式。

具有从该外端的不对称构形至在轴向方向上距该外端一个距离处的该对称构形的这种过渡的该特殊构形的特别优点在于，这种不对称仅限制在该钻孔刀具整体的一个尽可能短的区域内，即，邻接该不对称区域处，该钻孔刀具是对称地实现的。其结果是，仅在该钻尖的这个区域内必须产生偏离该对称实现的一种不对称性。因此，对于其余钻体，通常的对称机加工方法可以用于该钻孔刀具的制造。在轴向向后区域中的对称性还确保了均匀的切屑排出。这在长钻孔的情况下是特别有利的。最后，例如冷却通道的制造比在一种不对称构形的情况下要求更少，因为，在一种对称构形的情况下，在该钻体中制成的冷却通道相对于这些相应的切屑槽的偏差距离对于所有冷却通道都是相同的。

此外，在所谓模块式钻孔刀具的情况下获得一个至关重要的优点，在该情况中，该钻尖可以具体地作为一个可替换的模块式部件而在一个外端插入一个钻头基体中。因此，在这种模块式钻孔刀具的情况下，根据要求的轮廓，对称和不对称两种构形的钻尖现在都能以模块式构造原理的方式同等地用在一个标准钻头基体上。

此类钻孔刀具在工业生产中被用来生产高精度的钻孔。为此目的，它们通过一个柄被夹进一个机床的接收座中，该机床可以例如关于希望的旋转速度和希望的给进量而进行程序控制，并且该机床自动地执行钻削操作。

可以提供不同的不对称特征来实现不对称性。一个优选的不对称特征在于，在相对于该旋转轴线、相对于在旋转方向上领先的切削拐角、或相对于领先的主切削刃的一个限定的径向距离的情况下的一个切削拐角的、或一个主切削刃的角距离不同于相对于跟随的切削拐角、或相对于跟随的切削刃的角距离，即，这些切削拐角不是以围绕外周的一种均匀分布而设置的。方便地，此外提供了在一个过渡区之后邻接这些切削拐角的次级切削刃以围绕外周的一种均匀分布、并且因此以一种旋转对称的方式而设置。因此，在距这些切削拐角的一个限定的轴向距离之后，邻接的次级切削刃在各自情况下与彼此具有相同的角距离。

为了在该钻尖的外端区域中构造不对称性的目的，根据一种有利的发展提供了，这些次级切削刃在从对称称构到不对称构形的过渡区中具有不同的倾斜。因此，由于这些不同的倾斜，这些次级切削刃的角距离彼此相对而变化。在这种情况下，该次级切削刃的倾斜是指该次级切削刃包括的相对于一条直线的角度，该直线沿轴向方向延伸并且位于该钻孔刀具的外围线上。因为该次级切削刃同时相对于旋转方向构成了一个切屑槽的后边缘，所以这些切屑槽的螺旋角同时由该次级切削刃决定。因此，这些切屑槽的螺旋角因而也在该过渡区中变化。方便地，在这种情况下提供了，从该不对称区域开始，仅仅一个次级切削刃具有不同于该不对称区域中的倾斜，而另一个次级切削刃继续具有与在对称区域中相同的倾斜。

优选地，这些切屑槽在这些切削拐角高度处也具有一种不对称构形，该不对称构形接着经历在轴向方向上的过渡而进入一种对称构形。这是特别有利的，特别是在模块式钻孔刀具的情况下，因为由此确保了该可替换的钻尖部件的切屑槽经历一种过渡（特别是以一种齐平的方式）而进入该钻头基体的切屑槽中，即，没有实现干扰边缘等。

根据一种优选构形，此外规定，这些切屑槽还在该不对称区域具有相等的横截面面积，即，可用于运走切屑的空间在两个切屑槽中是至少基本上相同的。由于在该不对称区域中横截面面积的不对称性，因此，一个切屑槽的更大宽度例如通过一个更小的深度来进行补偿。

根据一种优选的发展，邻接相应主切削刃的这些主侧面在它们的后端处彼此相对是对称地实现的，只要这些主侧面的后端彼此相对而具有相同的角距离，即，以一种均匀分布来设置。在这种情况下，该后端是指该主侧面的远离所指定的主切削刃的一个末端，在该后端处，该主侧面经历一种过渡而进入一个指定的切屑槽中。因此，优选地仅这些切削拐角或这些主切削刃是以不均匀的分布而设置的。其结果是，特别是在该钻尖被构造为一个可替换的模块式部件的情况下，可以对称地实现用于紧固该钻尖的接收座。

有利地规定，该不对称构形连续地并且特别是均匀地（即没有扭结和边缘）过渡至该对称构形。这个平坦的进程特别地确保了可靠的切屑排出。同时，关于生产工程学，这是可以相对容易地实现的。

方便地，该钻尖实现为一个可替换的模块式部件，以供用于插入一个模块式钻孔刀具的钻头基体中。具体地，在这种情况下提供了，该对称构形是在该可替换的模块式部件的轴向后端处、特别是在其后部外侧面处实现的。由此确保在前部外端处不对称地实现的钻尖可以插入一个对称地实现的钻头基体中。

在一个可替换的尖端部件的情况下，对称构形经历一种过渡而进入不对称构形的这个过渡区的轴向长度优选是小于或等于该可替换的钻尖部件的一个起作用的轴向长度。在此情况下的起作用的轴向长度特别是指钻尖的切屑槽的起作用的表面（对切屑排出是有效的）经历一种过渡而进入该钻头基体的切屑槽的指定表面时一直到达的长度、或者该钻尖的这些次级切削刃经历一种过渡而进入该钻头基体的指定次级切削刃处的长度。例如由于紧固销等，该钻尖的实际轴向范围可以超过这个起作用的轴向长度。

如果实心钻头，例如实心硬质金属钻头，被用来替代模块式钻孔刀具，那么该过渡区的轴向长度优选是该实心刀具的标称直径的0.5至5倍。

在使用可替换的钻尖的情况下，该过渡区的轴向长度通常是该钻孔刀具的标称直径的大约0.5至1倍。

在下文中，参考附图更全面地解释本发明的一个示例性实施方案。

附图说明

在各自情况下，在示意图中：

图1示出实现为一个可替换的模块式部件的一种钻尖的前部外侧面的俯视图，

图2示出了根据图1的钻尖的背面的后部外端的俯视图，

图3示出根据图1和图2的钻尖的侧视图，

图4A、B、C示出根据图3中的截面线A-A、B-B、C-C的穿过图1至图3的钻尖的截面视图，

图5示出了一种模块式钻孔刀具的部分透视图，该模块式钻孔刀具具有一个钻头基体、并且具有在一个外端插入后者中的根据图1至图3的钻尖。

具体实施方式

在附图中，用相同的附图标记表示具有相同功能的部件。

根据图1至图3的钻尖2被实现为一个可替换的模块式部件，如图5中所表示的，该部件可以插入一个钻头基体4中，并且可以与后者一起构成一个钻孔刀具5。在该示例性实施方案中，钻尖2被实现为一个单一件、并且具有一个特殊形状的基体6。因此，它由这个基体6构成。钻尖2具有一条旋转轴线8，在操作过程中，该旋转轴线同时也是整个钻孔刀具5在旋转方向10上围绕其旋转的旋转轴线。

在其前部外端处，钻尖2具有一个横刃12，该横刃横跨旋转轴线8并且在各自情况下经历一种过渡而进入一个主切削刃14A、B，该主切削刃在径向方向上向外延伸并且终止于一个切削拐角16A、B处。从相应的切削拐角16A、B开始，一个相应的次级切削刃18A、B沿一个钻头根部17A、B延伸。在该示例性实施方案中，横刃12是大致以一种S形状实现的，并且主切削刃14A、B也采取了一个弯曲的路线。此外，主切削刃14A、B在轴向方向上朝切削拐角16A、B向下倾斜，这样使得钻尖2的外侧面整体是以锥体的方式实现的。在各自情况下邻接这些主切削刃14A、B的是一个主侧面19A、B，该主侧面延伸到远至一个后端20A、B，其中在各自情况下它接着经历一种过渡而进入一个切屑槽22A、B中。在该示例性实施方案中，这些切屑槽22A、B是以一种螺旋状的方式实现的。多个凹口24在该外周上凹陷进入这些主侧面19A、B中，这些凹口用作一个用于组装工具的工作表面，该组装工具是用于将钻尖2插入钻头基体4中或将从中移除。

在其后端，钻尖2具有一种阶梯式几何形状、并且包括一个紧固销25以及另外的一个定心销26，该定心销相对于紧固销25具有减小的直径。切屑槽22A、B从包括该前部外侧面的一个顶部延伸到远至进入紧固销25中，这样使得当在横截面中观看时，后者是以圆形实现的、具有构成切屑槽22A、B的多个槽状凹陷。在该顶部的下侧上实现了一个支承表面，表示为后部外侧面27，该后部外侧面在紧固销25上径向地伸出。在该示例性实施方案中，这个后部外侧面27相对于旋转轴线8垂直地延伸。如从图5中可见，借助于这个外侧面27，钻尖2在安装状态下时位于钻头基体4的一个对应的支承表面上。

钻尖2在钻头基体4中的紧固是通过一个推上（push-on）和转动运动实现。WO03/070408A1给出了该紧固区域的特殊构形以及该具有其外端接收区域的钻头基体4的特殊构形，特此参考该文件。

极为重要的是钻尖2的特殊构形，该钻尖在其前部外端的区域中具有相对于围绕旋转轴线8的180°旋转的一种不对称构形，同时钻尖2具有进一步沿轴向方向的一种对称构形。为了更好地解释这些不对称特征这个目的，在图1、图2和图4A至图4C中绘出断裂的辅助线。从中可立即看出，两个切削拐角16A、B被设置在外周上具有一种不均匀的分布，因此它们距彼此的角距离不相同。在此，例如，该角距离的差值是在大约20°的范围内，即，这两个切削拐角16A、B之间的角距离一方面是大约190°、而另一方面是大约170°。其结果是，同时这些切屑槽22A、B被不对称地实现。

此外，钻尖2具有另外的不对称特征。为了钻孔刀具5在钻孔中的很好的同中心以及可靠的引导，一方面提供一个引导台面28，该引导台面在钻头根部17A、B上（即，在基体6的外周上）延伸、并且在各自情况下邻接相应的次级切削刃18A、B。而在钻头根部17A上除了引导台面28之外还提供了一个支撑台面30，这个支撑台面不是在指定给第二主切削刃14B的钻头根部17B上实现的。支撑台面30具有与引导台面28相同或几乎相同的外部直径。在钻孔过程中，钻尖2通过支撑台面30被另外地支撑在所钻的孔的壁上。相比之下，在第二钻头根部17B的情况下，代替支撑台面30而实现一个间隙。如具体从图1中可见，但也从图5中可见，这样一个间隙还被实现在引导台面28与支撑台面30之间。在DE10 2006 025 294A1中描述了这种特殊的不对称构形，该专利以其全文结合在此。

如从图1中所绘制的第二辅助线进一步可以看出，这些主侧面19A、B的后端20A、B被实现为彼此相对是旋转对称的、特别是在外周线处，其程度为使得这些后端20A、B彼此相对而具有相同的角距离。这两个切屑槽22A、B的夹角，即相应的切削拐角16A、B与设置在外周上的相应的指定后端20A、B之间的角距离，因此不相同。

关于切削拐角16A、B和切屑槽22A、B的位置而言的不对称性在过渡区中恢复至一种对称构形。过渡区32被表示在图3中、并且沿轴向方向从相应的切削拐角16A、B延伸到远至该后部外侧面27。在这种情况下，这个过渡区32的长度大致是在钻尖2的标称直径D的20%与40%之间的范围内（参见图1）。如具体从根据图2的后视图并且还从图4B可以看出，在过渡区32的末端处已经实现了一种对称构形。

在该点处，这些次级切削刃18A、B再次以彼此相对的一种旋转对称方式（以180°）被设置。切屑槽22A、B的横截面几何形状也对称地实现。

另一方面，如具体从图5可见，支撑台面30保持存在于远至该后部外侧面27，即远至钻尖2的末端。因此，在过渡区32中，仅仅一些不对称特征以连续的方式恢复；在该示例性实施方案中，这具体地是切屑槽22A、B的构形以及次级切削刃18A、B彼此相对的角距离。在过渡区32的末端处，即，开始于钻头基体4，实现了一种完全对称。因此，支撑台面30不是以一种稳定的方式、而是突然地经历一种过渡而进入钻头基体4中。

在图5中表示了在组装状态下的模块式钻孔刀具5。如从该图中可见，钻尖2被夹在两个相对的翼（limb）34之间，这两个翼在轴向方向上延伸。这些翼34具有一个支承表面36，该支承表面被实现为具有一个倾斜斜面。如从图5中可见，翼34可以说是接合在相应主侧面19A、B中，因此钻尖2不覆盖这些翼34。因此，这些翼34的外侧面构成了这些主侧面19A、B的一种延续。因此，在这种特殊构形的情况下，特别有利的是在主侧面19A、B的后端20A、B的区域中、在钻尖2的外侧面处已经存在该对称构形。钻头基体4被实现为完全是旋转对称的。

钻尖2的次级切削刃18A、B优选地以一种齐平的方式经历一种过渡而进入钻头基体4的对应的次级切削刃40A（仅示出一个）中。这同样适用于切屑槽22A、B，这些切屑槽经历一种过渡而进入钻头基体4的切屑槽42A中。在该示例性实施方案中，该钻头基体的切屑槽42A是以一种螺旋状的方式实现的。作为替代方案，它们也可以是直的。

此外，从图5中可见，多个冷却通道44凹陷进入钻头基体4中。在此情况下这些冷却通道以距钻尖2的某个距离处出现在钻头基体4的相应切屑槽42A中。在此情况下，该冷却通道44在相应切屑槽42A中的开口的定向方式为在轴向方向上的一个抽象突出的情况下使得它被指定的主切削刃14A、B部分地覆盖、特别是一半地覆盖。因此这些冷却通道44的出口与这些主切削刃14A、B对齐。

钻孔刀具5用来生产具有最佳的钻孔壁表面质量的高精度钻孔。由于这些不对称特征，钻孔过程尽可能没有震颤，甚至在深度钻孔的情况下。该钻尖是例如由硬质金属或由烧结的材料实现的。钻头基体4是例如由一种高速钢制成的。

Claims

1.一种钻尖（2），包括一个基体（6），该基体配备有多个切屑槽（22A，B）并且沿一条旋转轴线（8）在轴向方向上延伸、并且在其前部外端处提供了至少两个主切削刃（14A，B），该至少两个主切削刃在径向方向上向外延伸至一个切削拐角（16A，B）处，该基体（6）在这些切削拐角（16A，B）的高度处在横截面中相对于围绕该旋转轴线（8）的旋转是不对称地实现的，其特征在于，在轴向方向上距这些切削拐角（16A，B）的一个距离处，该基体（6）具有一种对称构形，并且在轴向方向上延伸的多个次级切削刃（18A，B）开始于该相应的切削拐角（16A，B）处，这些切削拐角（16A，B）是围绕外周不均匀地分布的，并且在这些切削拐角（16A，B）的高度处，这些切屑槽（22A，B）彼此相对是不对称地实现的，而在轴向方向上距这些切削拐角（16A，B）的一个距离处，这些切屑槽彼此相对是对称地实现的。

2.如权利要求1所述的钻尖（2），其特征在于，在轴向方向上距这些切削拐角（16A，B）的一个距离处，这些次级切削刃（18A，B）均匀分布地布置。

3.如权利要求1所述的钻尖（2），其特征在于，在从该对称构形到该不对称构形的一个过渡区（32）中，这些次级切削刃（18A，B）采取了相对于该旋转轴线（8）的不同的倾斜。

4.如权利要求1所述的钻尖（2），其特征在于，这些切屑槽（22A，B）具有相等的横截面面积。

5.如权利要求1所述的钻尖（2），其特征在于，邻接这些主切削刃（14A，B）处有多个主侧面（19A，B），这些主侧面包括一个后端（20A，B），这些后端（20A，B）彼此相对具有相同的角距离。

6.如权利要求1所述的钻尖（2），其特征在于，该不对称构形连续地过渡至该对称的构形。

7.如权利要求1所述的钻尖（2），其特征在于，该钻尖被实现为一种可替换的模块式部件，以供用于插入一个模块式钻孔刀具（5）的钻头基体（4）之中。

8.如权利要求7所述的钻尖（2），其特征在于，该钻尖具有一个后部外侧面（27），并且该对称构形是存在于该后部外侧面（27）的高度处。

9.如权利要求6所述的钻尖（2），其特征在于，该不对称构形均匀地过渡至该对称的构形。

10.一种钻孔刀具（5），具有如以上权利要求中任一项所述的一个钻尖（2）。

11.如权利要求10所述的钻孔刀具（5），该钻孔刀具被实现为一种模块式钻孔刀具（5），该刀具具有一个钻头基体（4）以及该钻尖（2），该钻尖在一个外端处能够可替换地插入该基体中。

12.如权利要求11所述的钻孔刀具（5），其中，该钻头基体（4）是在其用于该钻尖（2）的接收座区域中对称地实现的。