CN102387886A - 多刀片钻头头部及其钻头 - Google Patents

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Abstract

本公开的一个非限定性方面涉及用于扁钻的多刀片扁钻钻头头部，其中所述扁钻包括细长型主体部和可移除地固定到所述主体部的端部的切削部。该多刀片扁钻钻头头部包括至少两个刀片，每个刀片包括切削刃。该至少两个刀片构造成以可移除的方式彼此邻近地固定到扁钻的主体部并且刀片的切削刃对准以一起形成扁钻的端部上的切削刃。

Description

多刀片钻头头部及其钻头
技术领域
本发明涉及用在机加工操作中的刀具。更特别地，本发明涉及可移除的钻头头部和包括该可移除的钻头头部的钻头。
背景技术
钻削是一种常用的金属切削操作，其中从工件去除材料以提供工件中的孔或穿过工件的孔。通过使旋转的钻削刀具沿钻头的纵轴方向前进或者“钻”入工件来进行钻削。由此，钻头可以定义为旋转的切削工具，用于在工件中加工工件中的孔或者穿过工件的孔。常用的钻头配置包括麻花钻和扁钻。麻花钻的特征在于螺旋刃沟(flute)，所述螺旋刃沟沿钻头长度的至少一部分布置并且终止于钻头的包括两个切削刃的加工端(“钻尖”)。扁钻包括在钻尖处的宽的切削刃并且不存在沿其长度的螺旋刃沟。
关于设计，有四种主要类型的钻头。第一钻头类型是具有麻花钻构造或者扁钻构造的单刀片实心钻头。这样的钻头典型地包括硬质合金材料或者硬钢，并且可以包括由被钎焊或者铜焊到钢柄的非常硬的材料组成的切削尖端或者“钻头头部”。这样的钻头的示例在欧洲专利申请No.0353214中提供，该专利申请公开了特别地用于冲击钻的实心钻头，该实心钻头包括被铜焊到在刀具主体上形成的槽内的硬的钻头头部。美国专利No.6601659公开了一种麻花钻，该麻花钻具有螺旋状中空主体和较硬的被铜焊到所述主体的切削尖端。这样的钻头提供了轻量化设计，该轻量化设计适用于承受主要的扭转和冲击的应用，比如在钻削混凝土和砖墙时发生的扭转和冲击。美国专利No.6655882公开了一种包括细长型主体且适用于特定金属加工应用的单刀片实心麻花钻。美国专利No.7267513公开了一种包括螺纹且适于提高特定钻削应用的生产率的单刀片实心扁钻。
第二个钻头类型是整体式钻削刀具，该钻削刀具包括通过螺钉或者其它的紧固件被固定到钢制钻头主体的多个可转位硬质合金刀片。如现有技术中已知的，可转位刀片可以以两个或更多个切削定向可移除地固定到保持架，每个切削定向呈现不同的切削刃。由此，当使用中的切削刃已经被过度磨损或者损伤时，可转位刀片可以“转位”以将不同的切削刃朝向工件。在该第二钻头类型的特定实施方式中，若干个可转位刀片可以布置于单个的钢制主体，以提供部分地叠加的切削动作并形成完整的钻头切削几何结构。在欧洲专利No.1280625中提供了代表性的示例，该专利公开了具有可去除地安装到钢制主体的两个相同的方形硬质合金刀片的整体式钻削刀具。美国专利No.5788431公开了包括可去除地安装到钢制主体的至少一个三角形硬质合金刀片的整体式钻削刀具。美国专利No.6527486公开了包括可去除地安装到钢制主体的多个大体上矩形的硬质合金刀片的整体式钻削刀具。
第三种钻头类型是包括单个可更换钻头头部的整体式钻削刀具，所述钻头头部具有麻花钻或者扁钻构造，且由硬质合金或者硬钢制成，并且其中钻头头部安装于钢制钻头主体。在美国专利No.4355932中公开了一个示例，该示例说明了安装于钢制钻头主体的可转位的单刀片扁钻钻头头部。美国专利No.6044919另外公开了安装于钢制主体的单刀片扁钻钻头头部。美国专利No.6224302涉及具有V形端部的单刀片扁钻钻头头部，所述V形端部意图更好地确保到钻头的钢制刀具主体的安装。美国专利No.7241089公开了具有改进的几何结构的单刀片扁钻钻头头部，改进的几何结构包括弯曲的切削刃，并且其中所述钻头头部安装于钢制钻头主体。美国专利No.7306410教示了一种被夹持于钢制钻头主体的单刀片麻花钻头部。另外，欧洲专利No.1280625公开了安装于钢制刀具主体，并且通过两个螺钉固定到位的单刀片麻花钻头部。
第四种钻头类型是一种复合型钻削刀具，所述复合型钻削刀具包括通过冶金方法结合在一起的两种不同的硬质合金材料。示例包括如下的实心钻头，所述实心钻头包括在钻头芯部区域中的较硬的硬质合金材料和在钻头的周向区域中的较耐磨的硬质合金材料。美国专利No.6511265公开了包括不同的硬质合金材料区域的复合型实心麻花钻，所述不同的硬质合金材料在钻头的芯部区域和表面区域提供有差异的机械特性。美国专利申请No.2007/0042217公开了一种单刀片扁钻头部，该单刀片扁钻头部在中央区域具有较抗冲击的硬质合金等级，而在周向区域具有较耐磨的硬质合金等级，并且其中所述不同的硬质合金材料通过冶金方法结合在一起。
限制非复合型钻头的性能的问题在于切削速度(切削刃相对于工件的速度)从钻头中央处速度为零向钻头周向的最大切削速度变化。因此，加速对于钻头切削尖端上的磨损的情况在切削尖端的周向能够比在切削尖端的中心具有更为显著的破坏性。为解决该问题，特定的已知复合型钻头在钻头的中央区域和周向区域包括具有不同特性的硬质合金等级。这样的配置能够适于优化钻削特性。但是，复合型钻头的制造成本较高，因为制造该钻头涉及至少两种不同硬质合金材料的加压和烧结。
因此，有利的是提供一种具有如下构造的钻头，该构造提高了钻削特性而并不要求制造包括有由硬质合金材料形成的多个(例如，两个或更多个)区域的复合型钻头中成本高的步骤。
发明内容
本发明的一个方面涉及用于的扁钻的多刀片扁钻钻头头部，其中所述扁钻包括细长型主体部和可移除地固定到所述主体部的端部的切削部。所述多刀片扁钻钻头头部包括至少三个刀片，每个刀片包括切削刃。所述至少三个刀片构造成以可移除的方式彼此邻近地固定到所述主体部，并且所述刀片的切削刃对准以一起形成所述扁钻的端部上的切削刃。
本发明的另一个方面另外涉及用于扁钻的多刀片扁钻钻头头部，其中所述扁钻包括主体部和可移除地固定到所述主体部的钻头头部。所述多刀片扁钻钻头头部包括：中央刀片，所述中央刀片形成所述扁钻钻头头部的中央区域，所述中央刀片包括第一侧和第二侧及切削刃；第一侧刀片，所述第一侧刀片形成所述扁钻钻头头部的第一侧区域的至少一部分，所述第一侧刀片包括切削刃和适配表面，所述适配表面构造成与所述中央刀片的所述第一侧的至少一部分适配；和第二侧刀片，所述第二侧刀片形成所述扁钻钻头头部的第二侧区域的至少一部分，所述第二侧刀片包括切削刃和适配表面，所述适配表面构造成与所述中央刀片的所述第二侧的至少一区域适配。所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片均构造成分别可移除地固定到所述主体部，其中所述第一侧刀片的适配表面适配到所述中央刀片的第一侧并且所述第二侧刀片的适配表面适配到所述中央刀片的第二侧。当以此固定到主体部时，所述中央刀片的切削刃与所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中每一个的切削刃对准以一起形成所述扁钻的端部上的切削刃。
本发明的再一个方面涉及再一个多刀片扁钻，该再一个多刀片扁钻包括细长的主体部和可移除地固定到主体部的端部的切削部。该多刀片扁钻钻头头部包括：中央刀片，包括V形切削刃；和侧刀片，包括通过凹部分离的两个侧区域，每个侧区域包括切削刃。中央刀片和侧刀片构造成可移除地以中央刀片布置在侧刀片的凹部中，且与所述侧刀片适配地固定到扁钻的主体部。当以此固定到主体部时，中央刀片的切削刃和侧刀片的每个侧区域中切削刃对准以一起形成扁钻的端部上的切削刃。
根据本发明所涵盖的多刀片扁钻钻头头部的特定的非限定性实施方式，该多刀片扁钻钻头头部的刀片中至少一个包括两个切削刃，并且被构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到扁钻的所述主体部。在每个该切削定向上，当刀片可移除地固定到扁钻的主体部时，可转位的刀片的不同的切削刃与其余刀片的切削刃对准以形成扁钻的端部上的切削刃。
根据本发明所涵盖的多刀片扁钻钻头头部的特定的非限定性实施方式，该多刀片扁钻钻头头部，每一个刀片均分别由从硬质合金材料和硬钢中选择的材料制成。在特定的非限定性实施方式中，所述多刀片钻头头部的刀片中的至少两个由不同的材料制成。根据一个这样的实施方式，中央刀片由第一材料制成，而至少一个侧刀片由第二材料制成，其中第二材料具有比第一材料大的耐磨性。
本发明的方面另外涉及包括具有本发明所涵盖的任意构造的可移除扁钻钻头头部的扁钻。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解这里说明的本发明的特定的非限定性的实施方式的特征和优点，在附图中：
图1(a)和图1(b)示意性地示出了根据本发明构造的多刀片扁钻钻头头部的一个非限定性实施方式的各种方面；
图2(a)和图2(b)示意性地示出了在图1(a)和图1(b)中示出的多刀片扁钻钻头头部的中央刀片的各种方面；
图3(a)-图3(c)示意性地示出了在图2(a)和图2(b)中示出的中央刀片的各种方面，并且另外示出了用于限定中央刀片的各种几何结构方面的XYZ坐标系；
图4(a)和图4(b)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的侧刀片的非限定性实施方式的各种方面；
图5(a)-图5(c)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的各种方面；
图6(a)-图6(c)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的各种方面；
图7(a)和图7(b)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的各种方面；
图8(a)-图8(c)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的各种方面；
图9(a)-图9(c)示意性地示出了根据本发明的扁钻组件的一个非限定性实施方式的各种方面；
图10(a)-图10(c)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的各种方面；
图11(a)和图11(b)示意性地示出了根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的方面，其中刀头头部由两个刀片构成；和
图12(a)-图12(d)是根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的示意图。
根据下面对于根据本发明的多刀片(即两个或更多个)钻头头部和钻头组件的特定的非限定性实施方式的详细说明时，读者将理解前述的及其它的细节。在执行或使用这里说明的钻头头部和钻头组件时，读者还可以理解本发明的特定的其它的细节和优点。
具体实施方式
在对于非限定性的实施方式的本说明中和在权利要求中，而非在操作示例或者另外标示出，表示成分和产品的量或者特性的全部数字、处理状态等应理解为在全部的实例中由术语“约”修饰。因此，除非相反地标示，下面的说明中提出的任意数值参数可以根据寻求在本发明中获得的特性而进行变化。这里并不试图将等效物的应用原理限制于权利要求书的范围，但至少任意的数值参数应该至少应该根据所报告的显著的数字的数目或通过应用普通的舍入法来解释。
这里通过引用合并的任意专利、公开或者其它的公开材料整体地或者部分地仅以所整合的材料并不与现有限定、声明或者本公开中提出的其它公开材料相矛盾的方式被整合于此。这样，且在所述需要的程度上，这里所提出的公开取代了通过引用整合于此的任意相矛盾的材料。这里通过引用合并的、但与现有限定、声明或者这里所提出的其它公开材料相矛盾的任意材料或者该材料的一部分仅以在所整合的材料与现有公开材料之间不出现矛盾的方式被整合。
本说明书和权利要求中使用的特定术语的含义如下：
如这里所使用的，“多刀片”钻头头部或者其它的物品是指如下的物品，该物品包括相关联以形成该物品的两个或更多个刀片。根据下面的说明将清楚，例如，根据本发明的多刀片钻头头部的特定实施方式可以包括相关联以形成钻头头部的2个、3个或更多个单独的刀片。
如这里所使用的，“硬质合金”材料是指具有分散在整个连续的结合相中的金属硬质合金硬相的复合物。所分散的相可以例如且无限定地包括从钛、钒、铬、锆、铪、钼、铌、钽、钨中选择的一种或更多种过渡金属颗粒。将金属硬质合金颗粒结合或“粘结”在一起的结合相可以例如且无限定地是从钴、镍、铁和这些金属的合金中选择的至少一种材料。另外，例如且无限定地，合金元素比如铬、钼、钌、硼、钨、钛和铌可以包括在结合相中以增强所期望的特性。各种硬质合金材料可以通过变化所分散连续相的成分、分散相的颗粒大小、各相的体积百分率、和用以制作复合材料的方法中的至少一者来生产出。基于钨分散硬相和钴结合相或者钴合金结合相的硬质合金是在商业上可用的最重要的硬质合金材料。
在附图中示意性地示出了根据本发明的多刀片钻头头部的特定的非限定性的实施方式。在图1(a)中示出了三刀片扁钻钻头头部3的端视图，而在图1(b)中示出了三刀片扁钻钻头头部3的面视图。图1(a)中的透视图是沿图1(b)中的箭头A-A的方向的透视图。钻头头部3的在图1(a)和图1(b)中被遮挡的特定几何结构特征的位置在这些图中以虚线示出。钻头头部3包括如下形式的三个独立的刀片：中央刀片4、侧刀片5(图1(b)中的竖直基准线7的右方)、和侧刀片6(竖直基准线7的左方)。中央刀片4可转位并且能够以图1(b)所示的切削定向用在钻头头部3中，或者能够绕水平基准线9转动180°并在第二切削定向上使用，其中中央刀片4的不同切削刃朝向工件。中央刀片4的可转位特性在第一面8上通过标记“1”和“2”来标示，所述标记标识了两个可能的切削定向，中央刀片4可以在该两个可能的切削定向之间转位。
中央刀片4绕纵向穿过紧固件孔10的圆心且与面8垂直的中心轴线成180°旋转对称。侧刀片5和侧刀片6在设计上相同并且如图1(a)所示的，每个侧刀片5、6包括具有比相对的第二侧面大的周长的第一侧面。中央刀片4和侧刀片5和6的厚度是相同的。当三个刀片4、5、6以图1(a)和图1(b)中所示的配置适配以形成钻头头部3时，中央刀片4的面8大体上与侧刀片5的面11和侧刀片6的面12共面。另外，中央刀片4的面8上的切削刃13与侧刀片5的面11上的前切削刃14a共线，并且中央刀片4的反向面16上的切削刃15(见图1(a))与侧刀片6的面18上的前切削刃17共线(见图1(a))。
如图1(b)所示，侧刀片5总体上是具有平行的反向切削刃的菱形：前切削刃14a与前切削刃14b平行，侧切削刃14c与侧切削刃14d平行。侧刀片5能够转位，并且在图1(b)中所示的位置之外，可以位于第二切削定向上，其中不同的切削刃与中央刀片4的切削刃共线并且被定向成接触工件。具体地，侧刀片5可以通过绕与面11垂直且纵向穿过19的圆心的线转动180°而被置于第二切削定向。在第二切削定向中，如图1(b)所示，侧刀片5仍处于钻头头部3的处于基准线7的右方的一侧。替代地，侧刀片5可以通过绕竖直基准线7转动180°且在钻头头部3内被定向在图1(b)中的基准线7的左侧的位置，而被置于另外的切削定向。侧刀片5的侧切削刃14c绕点N1相对于图1(b)中的竖直线L1稍倾斜地定向，以提供相对于线L1的小的间隙角“V”。
侧刀片6具有与侧刀片5相同的设计，并且可以在多个切削定向之间以相应的方式转位。如图1(b)中所示，在侧刀片5上的点N1与侧刀片6上的点N2之间的距离是钻头直径“DD”，该钻头直径标示钻头头部3所钻削的孔的直径。
钻头头部3的中央刀片4具有相对与侧刀片5和侧刀片6独有的几何结构，并且图2(a)示出了中央刀片4的端视图，图2(b)示出了中央刀片4的面视图。图2(a)的透视图是沿图2(b)中的箭头A-A的方向的透视图。为显示中央刀片4是如何设计的，图2(a)和图2(b)包括原点在位于紧固件孔24的圆心处且在中央刀片4的半厚“T”处的点“O”处的XYZ坐标系。中央刀片4包括第一面22和相对的第二面23，并且绕坐标系XYZ的Y轴成180°旋转对称。参考图2(b)，中央刀片4的长度“L”限定为与X轴平行的理论线25和27之间的距离“L”。同样在图2(b)中示出的中央刀片4的宽度“W”限定为与Z轴平行的理论线26和28之间的距离。如图2(b)进一步示出的，在图2(b)中示出的中央刀片4的中心角“C”限定为切削刃32和36的延长线之间的夹角(或者切削刃38和42的延长线之间的夹角)。中央刀片4的偏移角(V)限定为理论线26与切削刃53之间的夹角(或者理论线26与切削刃62之间的夹角、理论线28与切削刃56之间的夹角和理论线28与切削刃59之间的夹角中的任意一个夹角)。
参考图2(a)和图2(b)，中央刀片4由多个切削间隙面限定，这些间隙面包括：切削间隙面31，在第一面22的切削刃32与第二面23的切削刃33之间延伸；切削间隙面34，在第二面23的切削刃36与第一面22的切削刃35之间延伸；切削间隙面37，在第一面22的切削刃38与第二面23的切削刃39之间延伸；和切削间隙面40，在第二面23的切削刃42与第一面22的切削刃41之间延伸。
再参考图2(a)和图2(b)，钻头头部3的中央刀片4进一步由多个适配面限定，所述适配面构造成在适当地布置以形成钻头头部3时使中央刀片4与侧刀片5和侧刀片6适配。适配面51在第二面23上的切削刃53与第一面22上的切削刃52之间延伸。切削刃53绕点“A1”在逆时针方向上(从图2(b)的透视图观察)微转动，以与理论线26限定偏移角“V”。类似地，适配面54在第二面23上的切削刃55与第一面22上的切削刃56之间延伸，切削刃56绕理论线28的点“A2”在顺时针方向上(从图2(b)的透视图观察)微转动，以与理论线28限定偏移角。类似地，适配面57在第二面23上的切削刃59与第一面22上的切削刃58之间延伸，切削刃59绕理论线28的点“A3”在逆时针方向上(从图2(b)的透视图观察)微转动，以与理论线28限定偏移角。类似地，适配面60在第一面22上的切削刃62与第二面23上的切削刃61之间延伸，切削刃62绕理论线26的点“A4”在顺时针方向上(从图2(b)的透视图观察)微转动，以与理论线26限定偏移角。
中央刀片4进一步由两个凹部区域限定，如图2(b)中所示。第一凹部区域R1由直的切削刃71和圆化的切削刃72限定边界。第二凹部区域R2由直的切削刃73和圆化的切削刃74限定边界。第一凹部区域R1和第二凹部区域R2中的一个将中央刀片4的一侧上的相对的适配面51与适配面60分离开，而第一凹部区域R1和第二凹部区域R2中的另一个将中央刀片4的另一侧上的相对的适配面54与适配面57分离开。如图1(b)中所示，在刀片被布置以形成三刀片钻头头部3时，第一凹部区域R1和第二凹部区域R2在中央刀片4与侧刀片5和侧刀片6之间提供了释放空间。
钻头头部3的中央刀片4作为钻头头部3的中央部提供切削动作，并且另外包括与两个侧刀片5和6适配的互补的适配几何结构，以形成整体式三刀片扁钻钻头头部。中央刀片4的几何结构能够以数学方式限定作为组装的三单刀钻头头部3的设计的定量参考。图3(a)-图3(c)示出了中央刀片4和用于限定各种方面的XYZ坐标系的方面。为以数学方式限定平面，如图3(c)的示意性面视图中所示的切削间隙面31，需要三维(“3-D”)空间中的三个非共线点。这样的平面能够如方程(1)中提供地以数学方式描述：
f CCF ( X , Y , Z ) = X Y Z 1 x 1 y 1 z 1 1 x 2 y 2 z 2 1 x 3 y 3 z 3 1 = 0 方程(1)
其中，(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)表示该平面所经过的XYZ坐标系中的三个非共线点。基于关于图2(a)和图2(b)所限定的XYZ坐标系，XYZ坐标系的原点“O”设定于XOZ平面中的紧固件孔24的圆心处，并且设定于穿过中央刀片4在XOY平面中的厚度的半程的点处。参考图3(c)，能够确定三个非共线点P1、P2和P3，以限定切削间隙面31。P1(x1，y1，z1)是中央刀片4的理论顶点，并且还是第一面22上的切削刃32的线性延伸。P1可以如下限定：
P1(x1，y1，z1)＝(0，T/2，L/2)                   方程(2)
P2(x2，y2，z2)是平行Z轴的理论线26与中央刀片4的顶面22上的前切削刃32的线性延伸的交点。参考图2(b)，P2(x2，y2，z2)也是点A1，切削刃53绕点A1微转动，以提供相对于理论线26的偏移角V。P2可以如下限定：
P2(x2，y2，z2)＝(W/2，T/2，L/2-(W/2)×tan(Q))      方程(3)
其中，“Q”是第一面22上的切削刃31与理论线25(与X轴平行)之间的夹角，并且直接与中心夹角“C”相关。参考图3(b)中的K-K截面图和图3(c)中的侧视图，P3(x3，y3，z3)处于中央刀片4的第二面23上的切削刃33(在图3(c)中以虚线示出)处，并且可以如下限定：
方程(4)
其中
Figure BDA0000093007140000103
是中央刀片4的切削间隙面31的间隙角。因为P3(x3，y3，z3)与P1(x1，y1，z1)和P2(x2，y2，z2)不共线，能够唯一地确定平面，比如切削间隙面31。由此，切削间隙面31能够通过如上方程(1)中给出的表达式以数学方式限定，其中方程(1)采用4×4矩阵的格式。
在图3(a)-图3(c)的XYZ坐标系中，由于中央刀片4绕Y轴成180°旋转对称，已知为几何变换的数学方法形式能够被引入以限定图3(a)-图3(c)中所示的中央刀片4的其余切削间隙面34、37、40。几何变换涉及对于形成对象的点的从它们的原点位置向它们的变换后位置的新坐标的数学计算。几何变换根据特定的规则重新定位每个点在限定的坐标系中的位置，所述特定的规则比如是缩放、平移、反射或者旋转。
上面限定的三个非共线点(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)能够用以建立图2(a)-图2(b)和图3(a)-图3(c)中所示的中央刀片4的切削间隙面31。在图2(a)-图2(b)和图3(a)-图3(c)中所示的XYZ坐标系中，该三个点(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)能够组成为点矩阵的格式以表示切削间隙面31，该矩阵标示为“CCF1A”，如下所示：
CCF 1 A = x 1 y 1 z 1 0 x 2 y 2 z 2 0 x 3 y 3 z 3 0 0 0 0 1 方程(5)
三个点通过绕三维空间中的Y轴旋转θ＝180°的几何变换能够通过下面的点矩阵表示：
Figure BDA0000093007140000105
方程(6)
切削间隙面31和37关于Y轴成180°旋转对称，这实际上是钻头切削尖端“1”(即，中央刀片4在X轴下方的部分，如图2(b)和图3(c)中所示)与钻头切削尖端“2”(即，中央刀片4在X轴上方的部分，如图2(b)和图3(c)中所示)之间的可转位关系。由此，标示为“CCF2A”的切削间隙面37能够通过下面的矩阵运算限定：
Figure BDA0000093007140000111
方程(7)
另外，三个点通过绕三维空间中的Z轴旋转θ＝180°的几何变换能够通过下面的点矩阵表示：
方程(8)
切削间隙面31和34关于图2(a)-图2(b)和图3(a)-图3(c)中的XYZ坐标系的Z轴成180°旋转对称。这是因为(i)第二面23上的切削刃36必须与第一面22上的切削刃32相同，并且(ii)切削间隙面34必须从第二面23上的切削刃36向第一面22上的切削刃35延伸，作为切削间隙面31的对应部分，其中切削间隙面31从第一面22上的切削刃32向第二面23上的切削刃33延伸。由此，这些两个相同的切削刃36和32以及两个相同的切削间隙面34和切削间隙面31形成钻头头部3的中央部的基本切削几何结构。因此，标示为CCF1B的切削间隙面34能够通过下面的矩阵运算限定：
Figure BDA0000093007140000113
方程(9)
最后，切削间隙面40和34关于XYZ坐标系的Y轴成180°旋转对称，提供了钻头切削尖端“1”与钻头切削尖端“2”之间的可转位关系，如图2(b)和图3(c)所示。因此，标示为“CCF2B”的切削间隙面40能够通过下面的矩阵运算限定：
Figure BDA0000093007140000121
方程(10)
现在已经限定了中央刀片4的四个切削间隙面切削间隙面31、34、37和40。另外还能够限定图2(b)和图3(c)中所示的适配面51、54、57和60，所述适配面作用为适当地使三单刀钻头头部3的两个可转位侧刀片5和6对准。需要3-D空间中的三个非共线点以通过数学方法限定平面，比如适配面51。这样的平面能够以数学方法说明如下：
f CMF ( X , Y , Z ) = X Y Z 1 x 4 y 4 z 4 1 x 5 y 5 z 5 1 x 6 y 6 z 6 1 = 0 方程(11)
其中，(x4，y4，z4)、(x5，y5，z5)和(x6，y6，z6)表示该平面所经过的图2(a)-图2(b)及图3(a)-图3(c)中的XYZ坐标系中的三个非共线点。参考图3(c)，能够确定三个非共线点P4、P5和P6，以限定适配面51，所述适配面51包括第一面22上的切削刃52和第二面23上的切削刃53。P4(x4，y4，z4)和P5(x5，y5，z5)位于切削刃52的相反端部，切削刃52特征为图3(c)中示出的长度“M”，并且绕点P4轻微倾斜以相对于理论线26以偏移角“V”定向。P6(x6，y6，z6)在切削刃53上(如图3(c)中及图3(b)中的J-J截面图中所示)并且沿着截面线J-J，如图3(c)所示，截面线J-J穿过切削刃52的中点并且与切削刃52垂直。点P4、P5和P6能够如下以数学系方法表述以限定适配面51：
Figure BDA0000093007140000124
方程(12)
Figure BDA0000093007140000125
Figure BDA0000093007140000126
方程(13)
Figure BDA0000093007140000128
方程(14)
因此，互补的适配面51能够由上述方程(11)以4×4矩阵的形式通过数学方法限定。由(x4，y4，z4)、(x5，y5，z5)和(x6，y6，z6)限定的三个点能够组成为点矩阵的格式以表示适配面51，该矩阵标示为“CMF1A”，如下所示：
CMF 1 A = x 4 y 4 z 4 0 x 5 y 5 z 5 0 x 6 y 6 z 6 0 0 0 0 1 方程(15)
适配面51和57关于图2(a)-图2(b)及图3(a)和图3(c)的XYZ坐标系的Y轴成180°旋转对称，从而中央刀片4完全地可转位。中央刀片4可以在第一切削定向与第二切削定向之间转位，在第一切削定向中，钻头切削尖端区域“1”(即，图3(c)中的中央刀片4的在X轴下方的部分，)的切削刃32和36朝向工件，而在第二切削定向中，钻头切削尖端区域“2”(即，在X轴上方的部分，)的两个切削刃朝向工件。由此，标示为“CMF2A”的适配面57能够以如下的表达式通过关于旋转几何变换的矩阵运算来限定：
Figure BDA0000093007140000132
方程(16)
适配面51和54绕根据图3(a)和图3(c)中所示的XYZ坐标系的Z轴成180°旋转对称。这是因为在图1(a)和图1(b)中所示的配置中，适配面51必须与侧刀片5适配(图1中所示)，并且适配面54必须与侧刀片6适配(图1中所示)。因此，标示为“CMF1B”的适配面54能够以如下的矩阵运算来限定：
Figure BDA0000093007140000133
方程(17)
另外，适配面54和60绕根据图3(a)和图3(c)中所示的XYZ坐标系的Y轴成180°旋转对称，从而中央刀片4能够在第一切削定向与第二切削定向之间完全地转位，在第一切削定向中，钻头切削尖端区域“1”(即，图3(c)中的中央刀片4的在X轴下方的部分，)的切削刃32和36朝向工件，而在第二切削定向中，钻头切削尖端区域“2”(即，在X轴上方的部分，)的两个切削刃朝向工件。由此，标示为“CMF2B”的适配面60能够通过如下的矩阵运算来限定：
Figure BDA0000093007140000141
方程(18)
一旦方程(1)和相关的几何结构变换矩阵CCF1B、CCF2A和CCF2B已经建立，它们能够用作可转位的中央刀片4的全部切削间隙面的几何结构设计的定量参考。另外，一旦方程(11)和相关的几何结构变换矩阵CMF1B、CMF2A和CMF2B已经建立，它们能够用作可转位的中央刀片4和两个可转位侧刀片5和6的全部适配面的几何结构设计的定量参考。
一旦中央刀片4已经基于上述的方程进行设计，则侧刀片5和6能够相应地设计。图4(a)和图4(b)示出了基于图1(a)和图1(b)的侧刀片5的简化的侧刀片80。图4(a)是侧刀片80的侧向正视图，其中以虚线示出了特定的遮挡特征的位置。图4(b)是以虚线示出特定的遮挡特征的位置的面视图。侧刀片80包括第一面81、第二面82(具有比第一面81小的周长)、中央孔83、前切削间隙面84和85、径向切削间隙面86和87。侧刀片80绕中央孔83并且绕中央孔83的纵轴88成180°旋转对称。因此，侧刀片80可以在两个切削定向之间转位。换句话说，侧刀片80包括两对可用的切削刃。第一对切削刃包括切削刃90和91，第二对切削刃包括切削刃92和93。图4(a)-图4(b)中示出的侧刀片80的径向切削间隙面86和87具有互补的几何关系，使得径向切削间隙面86和87与图3(a)-图3(c)中所示的中央刀片4的适配面51、54和60中任一个适配。
图5(a)-图5(c)示意性地示出了根据本发明的多刀片钻头头部的另外的非限定性实施方式。图5(b)是多刀片扁钻钻头头部99的第一面视图，图5(c)是多刀片扁钻钻头头部99的第二面视图。图5(a)是沿图5(b)中所示的箭头A-A的方向截取的钻头头部99的端视图。图5(a)-图5(c)中所示的透视图中的被遮挡的钻头头部99的特定特征的位置以虚线示出。钻头头部99的特定刀片100包括中央孔102并且能够在两个切削定向之间转向，如第一面101的标注为数字“1”和“2”的区域所标示的。参考图5(b)，中央刀片100包括在第一面101上的第一切屑槽103和第二切屑槽104，两者在位置上关于中央孔102成180°旋转对称。参考图5(c)，第二面107包括切屑槽105和106，所述切屑槽105和106在位置上关于中央孔102成180°旋转对称。参考图5(a)，中央刀片100也包括钻心111和横刃112。钻心111是钻削几何结构的中央区域，前切削间隙面113和114在钻心111处相遇。较厚的钻心提供了用于重载钻削操作的更大的钻头尖端强度，同时较厚的钻心促进了更有效的切削和更好的排屑。横刃112是前切削间隙面113与114在整个钻心111上的相交部。
侧刀片121包括：第一面122(见图5(b))，大体上与中央刀片100的第一面101共面；第二面123(见图5(c))；中央孔124；切屑槽125和126(见图5(b))，关于中央孔124成180°旋转对称；和圆化角部127和128。侧刀片131包括：第一面132，大体上与中央刀片100的第二面107共面；第二面133；中央孔134；切屑槽135和136，关于中央孔134成180°旋转对称；和圆化角部137和138。侧刀片121和131在设计上相同的。如图5(a)中所示，侧刀片131中的第一面132的周长大于第二面133的周长，侧刀片121中的第一面122的周长大于第二面123的周长。
图6(a)-图6(c)示意性地示出了根据本发明的三刀片钻头头部的另外的非限定性实施方式的各个方面。图6(a)是示意地示出三刀片钻头头部150的切削端部的端视图。钻头头部150包括中央刀片151和侧刀片152与153。图6(b)是中央刀片151的第一面视图，以及中央刀片151的在第一面视图中的箭头的方向上在线M-M和N-N处截取的截面图。图6(c)示意性地示出了钻头头部150的代表性侧刀片的前面视图，以及侧刀片的在图6(c)的前面视图的箭头的方向上在线L-L处截取的截面图。钻头头部150的每个侧刀片152和153具有与图6(c)中所示相同的设计，由此，图6(c)是侧刀片152和153中每一个的构造的图。
图6(a)-图6(c)中所示的钻头头部150包括中央刀片151上的双切削面(面161与面162；和面163与面164)，和侧刀片152与153的前切削间隙面(如图4(c)中所限定的前切削间隙面84和85)上的双间隙面(171与172；和173与174)。如图6(a)中所示，以及图6(b)的M-M截面图和N-N截面图中所示，中央刀片151包括在其四个切削间隙面中每一个上的成对的间隙面。具体地，切削间隙面包括下面的成对间隙面：第一间隙面161和第二间隙面162(在截面图M-M中示出)；第一间隙面163和第二间隙面164(在截面图N-N中示出)；第一间隙面165和第二间隙面166(在截面图M-M中示出)；第一间隙面167和第二间隙面168(在截面图N-N中示出)。另外，如图6(a)与图6(c)中所示，每个侧刀片152和153包括在每一个前切削间隙面上的双间隙面。具体地，刀片包括下面的成对的切削间隙面：第一间隙面171和第二间隙面172(如图6(a)中侧刀片152上所示)；和第一间隙面173和第二间隙面174(如图6(a)中侧刀片153上所示)。关于图6(c)中所示的用于钻头头部150的代表性的示意性侧刀片的L-L截面图，第一切削间隙面175和第二前切削间隙面176形成一对，而第一前切削间隙面177和第二切削间隙面178(如图6(c)的L-L截面图中所示)形成第二对。
图7(a)和图7(b)示意性地示出了根据本发明的三刀片钻头头部的另外的非限定性实施方式。图7(a)示出了钻头头部200的端视图，图7(b)示出了钻头头部200的第一面视图。钻头头部200的中央刀片201和侧刀片211与221在两个切削定向之间可转位，在所述切削定向中，特定刀片的不同切削刃是朝向工件的V形切削刃的区域，其中钻头头部将作用于工件。刀片201、211和221中每一个包括在切削间隙面上的断屑特征和在切屑槽内的突起。中央刀片201包括在其如下的切削间隙面中每一个上的断屑结构。如图7(a)(在图7(b)中标注为“1”的区域中)所示，断屑结构202设置于切削间隙面203，而断屑特征204设置于切削间隙面205。如图7(a)所示，在转位标注“2”表示的区域中，设置有断屑结构206和207。中央刀片200上的断屑结构202、204、206和207中每一个从第一面208延伸通到第二面209。侧刀片211包括在前切削间隙面213上的三个断屑结构212和在前切削间隙面215上的三个相同的断屑结构214，使得侧刀片211关于中央孔216成180°旋转对称。在侧刀片211上的全部六个断屑结构212和214从第一面217延伸穿过侧刀片到第二面218。断屑结构的定位和设计成侧刀片211和221相同，并且两个侧刀片关于它们各自的中央孔成180°旋转对称。
三刀片扁钻钻头头部200包括在钻头头部200的切屑槽中的多个突起，以增强钻削处理中的切屑打卷和断屑。如图7(b)中所示，在中央刀片201的标注为“1”的区域中，两个突起230设置在第一面208上的切屑槽231中，并且(如虚线所示)两个突起232设置在第二面209上的切屑槽233中。同样如图7(b)所示，在在中央刀片201的标注为“2”的区域中，两个突起234设置在第一面208上的切屑槽235中，并且(如虚线所示)两个突起236设置在第二面209上的切屑槽237中。如图7(b)进一步所示，侧刀片211包括在切屑槽242中的四个突起241和在切屑槽244上的四个突起243，并且突起241和243的位置关于中央孔216成180°旋转对称。如图7(b)中标示出被遮挡结构的虚线所示，侧刀片221包括与侧刀片211相同地布置的突起。然而假设钻头头部200的切削刃必须定向成随钻头头部旋转而从工件去除材料，侧刀片211的定向相对于中央刀片201旋转180°。
图8(a)-图8(c)和图9(a)-图9(c)是示出根据本发明的多刀片扁钻钻头头部和钻头组件的另外的非限定性实施方式的方面的示意图。图8(a)是三刀片钻头头部240的示意性端视图，所述钻头头部240包括中央刀片241和位于中央刀片241侧面的侧刀片242和243。中央刀片241包括第一面244和第二面245。图8(b)包括钻头头部240的中央刀片241的示意性第一面视图和侧视图。图8(c)包括钻头头部240的侧刀片242的第一面视图和侧视图。侧刀片242包括径向切削间隙面(与图4(c)中所示的径向切削间隙面86和87类似)，该径向切削间隙面包括第一面246近端的第一间隙面251和第二面247近端的第二间隙面253。侧刀片243另外包括径向切削间隙面，该径向切削间隙面包括两个切削间隙面，即第一面248近端的第一间隙面252和第二面249近端的第二间隙面254。参考图8(a)，第一径向切削间隙面251和252是限定了钻头头部240的钻削直径255的弯曲表面，如距离
Figure BDA0000093007140000171
所示。侧刀片242另外包括外圆角半径266和267，如图8(c)中所示。侧刀片243和侧刀片242的设计是相同的。
图8(b)中所示的中央刀片241的适配面261、262、263和264与相邻侧刀片242或者243的径向切削间隙面互补。例如，侧刀片242的第一径向间隙面251和第二间隙面253构造成与中央刀片241的适配面261、262、263和264中任一个适配，以允许中央刀片241和侧刀片242的转位。关于侧刀片243的第一径向间隙面252和第二径向间隙面254，同样适用该情况。在用于中央刀片241的图8(a)(端视图)中能够看到，互补的适配面261具有第一间隙面270和第二间隙面271，并且互补的适配面262具有第一间隙面272和第二间隙面273。在图8(b)(中央刀片241的第一面视图和侧视图)中能够看到，互补的适配面262包括第一间隙面272和第二间隙面273，并且互补的适配面264包括第一间隙面274和第二间隙面275。
图9(a)-图9(c)是示出根据本发明的钻削工具组件或者更简单的“钻头”的一个非限定性实施方式的方面的示意图。钻头279包括安装到保持架280的三刀片钻头头部240(包括刀片241、242和243并且如图8(a)-图8(c)中所示)。图9(a)是钻头27的示意性平面图。图9(b)是图9(a)中的钻头279的用圆圈起的区域的放大示意图。图9(c)是钻头279的工作端的端视图，该视图在图9(a)的箭头C-C的方向上截取并且使用图9(b)的比例示出。在图9(a)-图9(c)中的每一个中，以虚线示出钻头279的特定遮挡特征的位置。参考图9(a)，保持架280包括主体部281和柄部282。如图9(b)和图9(c)所示，中央刀片241和侧刀片242与243分别通过螺钉283、284和285固定到主体部281的末端。主体部281包括两个排屑槽286和两个冷却孔287。工具保持架280的主体部281的柄部282被适配使得钻头279可以安装到钻削机或者磨削机。
刀片241、242和243可以通过分别移除螺钉283、284和285而从保持架280拆卸，并且可以在交替的切削定向之间转位，如上所讨论的。另外，将理解，刀片241、242和243适配并且不连接在一起，而是通过它们各自的螺钉分别固定到保持架280并且可分别移除。如上所述，在侧刀片242、243与中央刀片241之间的适配关系将大体上无缝的总体V形的切削刃朝向工件，而与钻头头部240具有多刀片构造无关。多刀片构造允许许多独有的优点。例如，中央刀片241可以在交替的切削定向之间单独地转位。另外，侧刀片242和243可以拆卸、转动，并且它们的位置可以交换，以使它们各自的切削刃在交替的切削定向之间转位，而不需要也使中央刀片241转位。为解决磨损和/或损伤的情况，刀片241、242和243中任一个可以分别地转位或者更换，而不需要也使其余的刀片转位或者更换。
另外，制成中央刀片241以及侧刀片242和243的材料能够不同。假设侧刀片242和243的切削速度超过中央刀片241的切削速度，刀片242和243经受的加速磨损的力将趋于超过中央刀片241所经受的力。假定根据本发明的钻头头部的多刀片(即，两个或更多个刀片)构造，钻头头部240例如可以包括由具有比中央刀片241大的耐磨性的材料制成的侧刀片242和243，由此促进钻头头部240在朝向工件的大体上V形的切削刃的整个长度上的更为均一的磨损。即使钻头头部240的各个刀片由相同的材料组成，并且刀片242和243以比中央刀片241大的速率磨损，侧刀片242和243可以相对于中央刀片241单独地转位和更换。该特征使得当钻头头部的仅部分区域经受不可接受的磨损和/或损伤时，不需要更换整个钻头头部240。
图10(a)-图10(c)是示出根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的方面的示意图。图10(a)以组装的方式示出了三刀片扁钻钻头头部300的示意性端视图，并且钻头头部300包括中央刀片301和在中央刀片301侧面的侧刀片302与303。图10(b)示意性地示出了中央刀片301的第一面视图(图中左侧)和在与第一面视图邻近的箭头B-B方向上截取的侧视图(图中的右侧)。在图10(b)的第一面视图中，钻头头部300的特定的遮挡特征的位置以虚线示出。侧刀片303的设计与侧刀片302的设计相同。
中央刀片301并不包括如上述的实施方式中所包括的中央紧固件孔。相反，如图10(b)所示，中央刀片301包括在第一面305上的槽304，并且安装到保持架的紧固螺钉或者紧固夹(未示出)可用以将中央刀片301固定到保持架的刀槽内。没有紧固件孔的中央刀片301在根据本发明的小尺寸多刀片扁钻钻头的设计中特别地有用。刀片301、302和303中每一个包括两对切削刃，以提供每个刀片在两个切削定向之间的转位能力。如图10(b)所示，中央刀片301包括第一组切削刃306和第二组切削刃307。如图10(c)所示，侧刀片302(与侧刀片303相同)包括第一组切削刃308和第二组切削刃309。在图10(a)中以标注的钻头头部300的钻削直径310由侧刀片302的包括弯曲面311的径向切削间隙面、和侧刀片303的包括弯曲面312的径向切削间隙面形成。图10(b)中示出的中央刀片301的适配面321、322、323和324包括弯曲面和平面。例如，如图10(b)中的中央刀片301的侧视图中所示，适配面322包括形成分别与侧刀片303和303中的各径向切削间隙面互补的弯曲面325和平面326，其中各径向切削间隙面也均包括弯曲面和平面。例如，弯曲面325和平面326形状互补，并且可以与侧刀片302的弯曲间隙面311和平面327适配(见图10(c))。
图11(a)-图11(b)是根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的示意图，其中该钻头头部包括两个侧刀片，两个侧刀片适配以形成具有所期望的直径的大体上V形的切削刃。双刀片钻头头部251包括中央刀片252和同时与中央刀片252的两侧适配的单个大体上U形的侧刀片253。为使中央刀片252与侧刀片253之间的适配关系清楚，示出了组装的钻头头部251的端视图的图11(a)中的顶视图被分离为两个单独的端视图，其中一个端视图示出了分离状态的中央刀片252，一个端视图示出了分离状态的侧刀片253。图11(a)包括：组装的钻头头部251的端视图(顶视图)，示出了朝向工件的端部；钻头头部的单独的中央刀片252的端视图(中间视图)；和单独的侧刀片253的端视图(底视图)，在与图11(a)的顶视图相同的方向上获取。图11(b)包括组装的钻头头部251的第一面视图和在箭头的方向上获取的P-P截面图及R-R截面图。中央刀片252的第一面254对准，以大体上与侧刀片253的顶面256共面，中央刀片252的第二面255对准，以大体上与侧刀片253的底面257共面。中央刀片252包括在中央刀片252的由标注“1”标示的区域中的两个适配面261和262。中央刀片另外包括在中央刀片251的由标注“2”标示的区域中的两个适配面263和264(见图11(a)和图11(b)的中间视图)。中央刀片252的适配面261和262在图11(a)和图11(b)的顶视图中示出，并且分别与侧刀片253的互补的适配面265和266适配。
在图11(a)和图11(b)中所示的特定的实施方式中，仅钻头头部251的中央刀片252可以两个切削定向之间转位。通过使中央刀片252绕紧固件孔267成180°转动，中央刀片252可以从图11(b)中示出的切削定向向第二切削定向转位，从而使得由标注“2”标示的区域被定向成朝向工件，并且中央刀片252的适配面263和264分别与侧刀片253的互补适配面265和266适配。
为形成具有所期望的切削直径的大体上V形的切削刃，中央刀片252的第一面254的切削刃271与侧刀片253的面256的切削刃273对准，并且中央刀片252的第二面255的切削刃272与侧刀片253的面257的切削刃274对准。中央刀片252还包括面254上的切屑槽281和282、及面255上的切屑槽283和284(在图11(b)中以短划线标示的位置)。侧刀片253包括面256上的切屑槽285和面257上的切屑槽286(在图11(b)中以短划线标示的位置)。如图11(a)的底视图所示，侧刀片253包括面257近端的竖直面291和面256近端的竖直面292。如图11(b)的截面图P-P和截面图R-R中所示，中央刀片252抵靠竖直面291与292，这有助于在刀片安装于钻头的钻头主体部时牢固地使两个刀片互连。中央刀片252通过穿过紧固件孔267的螺钉被固定到钻头主体部，并且侧刀片253通过穿过紧固件孔293和294的两个螺钉被固定到钻头主体部。侧刀片253还包括用于将侧刀片253定位于钻头主体部的槽295、和用以为刀片252的钻头尖端部(标注为“1”或者“2”)提供相同的释放空间的槽296。
尽管多刀片钻头头部的实施方式251包括仅两个刀片并且因此未提供这里所述的包括两个以上的刀片的其它实施方式的特定优点，钻头头部251可以构造成使得中央刀片252和侧刀片253由不同的硬质合金、硬钢或其它材料制成。以此，例如，可以解决在钻头头部的中央和边缘处的不同的磨损情况。
实现了用于使根据本发明的多刀片钻头头部的组件对准的替代布置。图12(a)-图12(d)是示出根据本发明的多刀片扁钻钻头头部的另外的非限定性实施方式的方面的示意图。图12(a)示出了三刀片扁钻钻头头部400的示意性端视图，而图12(b)示出了三刀片扁钻钻头头部400的第一面视图。钻头头部400包括中央刀片401和在中央刀片401侧面的侧刀片402和403。图12(c)示意性地示出了中央刀片401的第一面视图(图中的右侧)和在与第一面视图邻近的箭头B-B的方向上获取的侧视图(图中左侧)。图12(d)示意性地示出了侧刀片402的第一面视图(图中的左侧)和在与第一面视图邻近的箭头C-C方向上获取的侧视图(图中右侧)。侧刀片403的设计与侧刀片402的设计相同。
中央刀片401包括四个竖直平面适配面411、412、413和414，全部四个适配面大体上与第一面410垂直。侧刀片402包括相应的互补面415和416，侧刀片403包括相应的互补面417和418。参考图12(d)中示出的侧刀片402，通过从侧刀片402去除由短划线圈起的区域所生成的凹部421在侧刀片402的一个角部设置了互补面415。类似地，通过从侧刀片402去除由短划线圈起的区域所生成的凹部423在侧刀片402的第二角部设置了互补面416。互补面415和416大体上与面422垂直，并且关于中央孔425成180°旋转对称。由此，如图12(d)所示，几何上较简单的适配面比如适配面416在径向上相对于在几何上较复杂的切削面(比如切削面426)分离。在图12(a)-图12(c)中所示的布置中，中央刀片401的适配面411与侧刀片402的互补面415适配，而中央刀片401的适配面412与侧刀片403的互补面417适配。
上面讨论的这里所述的钻头头部的多刀片构造和钻头所提供的特定显著的优点。多刀片构造的显著的优点在于钻头头部的各种区域可以通过单独地移除的刀片来实施。由此，钻头头部的经受更显著地促进磨损和/或断裂的力的区域可以有选择地更换或者转位以将新的切削刃朝向工件。假设切削刃的外部区域(远离钻头的转轴的区域)的切削速度大于接近钻头转轴的切削速度，则如果钻头头部由均质的材料制成，钻头头部的外部区域典型地经受显著大的磨损。一旦例如常规扁钻钻头头部的切削刃的外部区域已经磨损或者损伤到不可接受的程度，则必须更换整个钻头头部(如果钻头头部可移除)或者更换整个钻头(如果钻头头部是固定的)。在具有根据本发明的独有的多刀片构造的钻头头部中，切削刃由多个(即，两个或更多个)可单独地移除的刀片形成。由此，仅那些具有受到不可接受的磨损和/或断裂的切削刃的刀片需要被转位或者更换。
另外，这里所述的多刀片构造允许根据本发明的多刀片钻头头部的不同刀片由不同的材料制成。例如，关于图9(a)-图9(c)中所示的三刀片钻头头部240，侧刀片242和243可以由相对于制成中央刀片241所用的硬质合金或其它适当材料具有改进的耐磨性的硬质合金或其它适当材料制成。另外，例如关于图11(a)-图11(b)中所示的双刀片钻头头部251，侧刀片253由相对于制成中央刀片252所用的材料具有改进的耐磨性的硬质合金或其它适当材料制成。以此，在切削刃的外部区域处经受的较大切削速度这一点，可以通过增强这些区域中的耐磨特性而得以解决。另外，多刀片钻头头部提供用以增强钻头头部的遭受更为极端的磨损情况的区域的耐磨性的能力，能够用以使在整个切削刃上经受的磨损的速率均匀。一旦在切削刃上的磨损的程度变得不可接受，则整个钻头头部可以被更换(通过将新的刀片安装于钻头)或者各个刀片可以转位至交替的切削定向。
如上面在背景技术部分中所提到的，已知特定的单件钻头实施方式，其中钻头的通过冶金方法结合的不同区域由不同的组合材料组成。以此，以更快的切削速度运行的外部区域以更快的速率被磨损的趋势能够通过在这些外部区域设置具有更大耐磨性的组合材料而得以解决。但是，如上面进一步提到的，组合钻头的生产要求额外的处理步骤和费用。本多刀片构造能够适用以提供在有需要的区域中具有增强的耐磨性的钻头头部，而不需要将钻头头部生成为单件的单个组件。构成根据本发明的钻头头部的两个或更多个单独的可移除刀片中的每一个可以由单一材料制成，比如单一的硬质合金、工具钢、或具有钻头头部的特定区域所期望的机械特性(例如，耐磨性、粗糙度和强度)的其它适当的材料。
尽管上面的实施方式均包括两个或三个单独的刀片，根据本说明书显而易见地，根据本发明构造的钻头头部可以包括三个以上的可分别移除的刀片。例如，为随着相对于钻头头部的转轴的距离的增大提供进一步增强的切削刃耐磨性，根据本发明的多刀片钻头头部可以包括例如中央刀片和3-7个或更多个侧刀片。在根据本发明的五刀片钻头头部实施方式的可能实施方式中，例如，钻头头部可以包括：固定到保持架的中央刀片；一对第一侧刀片，一个第一侧刀片与中央刀片的两侧中每一个适配，并且单独地固定到刀具保持架(或者，替代地，具有与图11(a)-图11(b)中的构造类似的大体上U形构造的单个侧刀片)；和一对第二侧刀片，一个该第二侧刀片与每个第一侧刀片中的向外暴露侧适配，并且被单独地固定到刀具保持架。由此，在两个第二刀片的外暴露刃之间的距离限定了钻头头部的切削直径。第二刀片可以由具有比第一侧刀片大的耐磨性的硬质合金或者另一种材料制成。第一刀片又由具有比中央刀片大的耐磨性的硬质合金或者另一种材料制成。以此，在离开钻头头部的转轴的位置处的增加的切削速度及产生的磨损倾向通过第一刀片和第二刀片的渐增的耐磨性而被抵消。在对于切削刃的磨损和/或损伤变得不可接受时，中央刀片、第一侧刀片和第二侧刀片可以被单独更换和/或可以被设计成可在两个或更多个切削定向之间转位以将新的切削刃朝向工件。
因此，根据本发明的多刀片钻头头部和钻头的实施方式可以设计有常规单件实心钻头或可转位刀片可以具有的、宽范围的几何结构特征。根据本发明的多刀片钻头头部的实施方式可以例如具有常规尺寸并且适用于多种钻削应用中的常规使用。
将理解，本说明书说明了本发明的与清楚理解本发明相关的那些方面。未给出对于本领域普通技术人员是清楚的且因此不易于更好地理解本发明的特定方面，以简化本说明书。例如，将理解构成根据本发明的多刀片钻头头部和钻头的刀片和其它组件可以由对于本领域普通技术人员已知的常规材料通过常规制造技术制成。这样，在考虑本说明书时，可能的制造技术对于普通技术人员是已知的并且在这里不再说明。
另外，虽然这里说明了根据本发明的多刀片钻头头部的有限数目的实施方式，本领域普通技术人员中的一员在考虑前述说明时将认识到可以采用本发明的许多修改例和变形例。全部这些变形例和修改例意图由前述的说明和所附的权利要求书涵盖。前述根据本发明的多刀片钻头头部和钻削组件的可能示例仅以示例的方式给出，并不穷尽在本发明的范围内的全部设计。普通技术人员在阅读本说明书时可以已经认识到作为在本说明书的范围内的实施方式的其它设计。因此，应理解，本发明并不局限于这里所公开的特定实施方式，而意图涵盖本发明的由权利要求书限定的原理和范围内的修改例。

Claims (45)

1.一种用于扁钻的多刀片扁钻钻头头部，所述扁钻包括细长型主体部和可移除地固定到所述主体部的端部的切削部，所述多刀片扁钻钻头头部包括：
至少三个刀片，每个刀片包括切削刃，其中所述至少三个刀片构造成以可移除的方式彼此邻近地固定到所述主体部，其中所述切削刃对准以一起形成所述扁钻的端部上的切削刃。
2.根据权利要求1所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述三个刀片中至少一个包括两个切削刃并且构造成在两个切削定向上可独立地转位并且固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与其余刀片的切削刃对准以形成所述扁钻的端部上的切削刃。
3.根据权利要求1所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，包括中央刀片和两个侧刀片，其中所述两个侧刀片构造成可移除地以与所述中央刀片的反向侧适配的方式固定到所述主体部。
4.根据权利要求3所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，每个侧刀片包括适配表面，所述适配表面构造成当所述中央刀片和所述侧刀片以可移除的方式固定到所述扁钻的主体部时，与所述中央刀片的一侧的互补成形区域适配。
5.根据权利要求4所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述三个刀片中至少一个包括两个切削刃，并且被构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与其余刀片的切削刃对准以形成所述扁钻的端部上的切削刃。
6.根据权利要求1所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，每个所述刀片由从硬质合金材料和硬钢中单独选择的材料制成。
7.根据权利要求5所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述三个刀片中每一个由从硬质合金材料和硬钢中单独选择的材料制成。
8.根据权利要求6所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述刀片中的至少两个由不同的材料制成。
9.根据权利要求7所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述刀片中的至少两个由不同材料制成。
10.根据权利要求1所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，包括由第一材料制成的中央刀片和由第二材料制成的两个侧刀片，其中所述两个侧刀片构造成可移除地以与所述中央刀片的相对侧适配的方式固定于所述扁钻的主体部，并且所述第二材料具有比所述第一材料更好的耐磨性。
11.根据权利要求10所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片和所述侧刀片中至少一个包括两个切削刃并且构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与其余刀片的切削刃对准以形成所述扁钻的端部上的切削刃。
12.根据权利要求1所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片和所述侧刀片中每一个由从硬质合金材料和硬钢中单独选择的材料制成。
13.一种用于扁钻的多刀片扁钻钻头头部，所述扁钻包括主体部和可移除地固定到所述主体部的钻头头部，所述多刀片扁钻钻头头部包括：
中央刀片，所述中央刀片形成所述扁钻钻头头部的中央区域，所述中央刀片包括第一侧和第二侧及切削刃；
第一侧刀片，所述第一侧刀片形成所述扁钻钻头头部的第一侧区域的至少一部分，所述第一侧刀片包括切削刃和适配表面，所述适配表面构造成与所述中央刀片的所述第一侧的至少一部分区域适配；
第二侧刀片，所述第二侧刀片形成所述扁钻钻头头部的第二侧区域的至少一部分，所述第二侧刀片包括切削刃和适配表面，所述适配表面构造成与所述中央刀片的所述第二侧的至少一部分区域适配，
其中所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片构造成分别可移除地固定到所述主体部，其中所述第一侧刀片的适配表面适配到所述中央刀片的第一侧，并且所述第二侧刀片的适配表面适配到所述中央刀片的第二侧，以使所述中央刀片的切削刃与所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中每一个的切削刃对准，以一起形成所述扁钻的端部上的切削刃。
14.根据权利要求1所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中至少一个包括两个切削刃，并且被构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中其余至少一个的切削刃对准，以形成所述扁钻的端部上的切削刃。
15.根据权利要求13所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述第一侧刀片的适配表面和所述第二侧刀片的适配表面均与所述中央刀片的互补成形区域适配。
16.根据权利要求13所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中每一个分别由从硬质合金材料和硬钢中选择的材料制成。
17.根据权利要求16所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，从所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中选择的至少两个刀片由不同的材料制成。
18.根据权利要求17所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片由第一材料制成，而所述第一侧刀片和所述第二侧刀片由第二材料制成，并且其中所述第二材料具有比所述第一材料大的耐磨性。
19.根据权利要求13所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片由第一材料制成，而所述第一侧刀片和所述第二侧刀片由第二材料制成，并且其中所述第二材料具有比所述第一材料大的耐磨性。
20.一种扁钻，包括：
细长的主体部，所述细长的主体部包括在第一端和第二端处的柄部，所述柄部构造成可移除地接收钻头头部；和
可移除的多刀片扁钻钻头头部，包括至少三个刀片，每个刀片包括切削刃，并且分别可移除地以彼此邻近的方式固定到所述主体部的第二端，并且所述刀片的切削刃对准，以一起形成所述扁钻的主体部的所述第二端上的切削刃。
21.根据权利要求20所述的扁钻，其特征在于，所述三个刀片中至少一个包括两个切削刃，并且被构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与其余的切削刃对准以形成所述扁钻的第二端上的所述切削刃。
22.根据权利要求24所述的扁钻，其特征在于，所述多刀片扁钻钻头头部包括中央刀片和两个侧刀片，其中所述两个侧刀片可移除地以与所述中央刀片的相对侧适配的方式固定到所述主体部。
23.根据权利要求26所述的扁钻，其特征在于，每个侧刀片包括与所述中央刀片的侧部的互补成形区域适配的适配表面。
24.根据权利要求23所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片和所述两个侧刀片中的至少一个被构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与其余的切削刃对准以形成所述切削刃。
25.根据权利要求20所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片和所述两个侧刀片中每一个分别由从硬质合金材料和硬钢中选择的材料制成。
26.根据权利要求25所述的扁钻，其特征在于，从所述中央刀片和所述两个侧刀片中选择的至少两个刀片由不同的材料制成。
27.根据权利要求26所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片由第一材料制成，而所述侧刀片由第二材料制成，并且所述第二材料具有比所述第一材料大的耐磨性。
28.一种扁钻，包括：
细长的主体部，所述细长的主体部包括在第一端和第二端处的柄部，所述柄部构造成可移除地接收钻头头部；和
可移除的多刀片扁钻钻头头部，所述多刀片扁钻钻头头部包括：
中央刀片，所述中央刀片形成所述扁钻钻头头部的中央区域，所述中央刀片包括第一侧和第二侧及切削刃；
第一侧刀片，所述第一侧刀片形成所述扁钻钻头头部的第一侧区域的至少一部分，所述第一侧刀片包括切削刃和适配表面，所述适配表面构造成与所述中央刀片的所述第一侧的至少一部分适配；
第二侧刀片，所述第二侧刀片形成所述扁钻钻头头部的第二侧区域的至少一部分，所述第二侧刀片包括切削刃和适配表面，所述适配表面构造成与所述中央刀片的所述第二侧的至少一部分适配；
其中所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片构造成分别可移除地固定到所述主体部，其中所述第一侧刀片的适配表面适配到所述中央刀片的第一侧并且所述第二侧刀片的适配表面适配到所述中央刀片的第二侧，以使所述中央刀片的切削刃与所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中每一个的切削刃对准，以一起形成所述扁钻的第二端上的切削刃。
29.根据权利要求28所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中至少一个包括两个切削刃，并且被构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，不同的切削刃与所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中其余至少一个的切削刃对准，以形成所述扁钻的第二端上的所述切削刃。
30.根据权利要求33所述的扁钻，其特征在于，所述第一侧刀片的适配表面和所述第二侧刀片的适配表面均与所述中央刀片的互补成形区域适配。
31.根据权利要求29所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中每一个分别由从硬质合金材料和硬钢中选择的材料制成。
32.根据权利要求31所述的扁钻，其特征在于，从所述中央刀片、所述第一侧刀片和所述第二侧刀片中的至少两个刀片由不同的材料制成。
33.根据权利要求38所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片由第一材料制成，而所述第一侧刀片和所述第二侧刀片由第二材料制成，并且所述第二材料具有比所述第一材料大的耐磨性。
34.一种用于扁钻的多刀片扁钻钻头头部，所述扁钻钻头头部包括细长的主体部和可移除地固定到所述主体部的端部的切削部，所述多刀片扁钻钻头头部包括：
中央刀片，所述中央刀片包括V形切削刃；和
侧刀片，所述侧刀片包括通过凹部分离的两个侧区域，每个侧区域包括切削刃；
其中所述中央刀片和所述侧刀片构造成可移除地固定到所述扁钻的主体部，其中所述中央刀片布置于所述侧刀片的所述凹部并且与所述侧刀片适配，从而所述中央刀片的切削刃和所述侧刀片的每个侧区域的所述切削刃对准，以一起形成所述扁钻的端部上的切削刃。
35.根据权利要求34所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片包括多个切削刃，并且构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，所述中央刀片的不同的V形切削刃与所述侧刀片的侧区域的切削刃对准，以形成所述扁钻的端部上的所述切削刃。
36.根据权利要求34所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述侧刀片的每个侧区域包括适配表面，构造成当所述中央刀片和所述侧刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部且所述中央刀片布置在所述侧刀片的凹部中时，所述适配表面与所述中央刀片的一侧的互补地成形的区域适配。
37.根据权利要求34所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片和所述两个侧刀片分别由从硬质合金材料和硬钢中选择的材料制成。
38.根据权利要求37所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片和所述侧刀片由不同的材料制成。
39.根据权利要求38所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片由第一材料制成，所述侧刀片由第二材料制成，并且所述第二材料具有比所述第一材料大的耐磨性。
40.一种扁钻，包括：
细长的主体部，所述细长的主体部包括在第一端和第二端处的柄部，所述柄部构造成可移除地接收钻头头部；和
可移除的多刀片扁钻钻头头部，所述多刀片扁钻钻头头部包括：
中央刀片，所述中央刀片包括V形切削刃；和
侧刀片，所述侧刀片包括通过凹部分离的两个侧区域，每个侧区域包括切削刃；
其中所述中央刀片和所述侧刀片构造成可移除地固定到所述扁钻的主体部，其中所述中央刀片布置在所述侧刀片的所述凹部中且与所述侧刀片适配，使得所述中央刀片的所述V形切削刃和所述侧刀片的每个侧区域的切削刃对准，以一起形成所述扁钻的第二端上的切削刃。
41.根据权利要求40所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片包括多个切削刃，并且构造成在两个切削定向上可独立地转位并且被固定到所述主体部，其中当所述刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部时，在每个切削定向上，所述中央刀片的不同的V形切削刃与所述侧刀片的侧区域的切削刃对准，以形成所述扁钻的第二端上的所述切削刃。
42.根据权利要求40所述的扁钻，其特征在于，所述侧刀片的每个侧区域包括适配表面，构造成当所述中央刀片和所述侧刀片可移除地固定到所述扁钻的主体部且所述中央刀片布置在所述侧刀片的凹部中时，所述适配表面与所述中央刀片的一侧的互补地成形的区域适配。
43.根据权利要求4所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片和所述两个侧刀片分别由从硬质合金材料和硬钢中选择的材料制成。
44.根据权利要求43所述的扁钻，其特征在于，所述中央刀片和所述侧刀片由不同的材料制成。
45.根据权利要求44所述的多刀片扁钻钻头头部，其特征在于，所述中央刀片由第一材料制成，所述侧刀片由第二材料制成，并且所述第二材料具有比所述第一材料大的耐磨性。
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