CN102814536A - 钢件用镶片式硬质合金钻头及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是钢件用镶片式硬质合金钻头及其加工方法，其结构是硬质合金刀片与刀柄间连接刀体；所述的刀体的前端部连接硬质合金刀片，刀体的刀尖与周刃副倒棱间是卷屑槽，卷屑槽后接断屑槽，硬质合金刀片中央是刀片钻芯，刀体顶部上开有刀槽，刀槽内中央是刀体芯。其加工方法包括一、刀片的选择；二、刀片段卷屑、断屑槽的磨削；三、钢体槽形；四、硬质合金刀片用刀条；五、线切割切断刀条：六、车床车刀体；七、铣床铣刀体；八、铣床铣刀槽；九、热处理；十、焊接；十一、工具磨磨硬质合金刀片；十三、TiAlN涂层。优点：实现了钢件加工切屑自动卷屑、断屑、排屑，用材是现有用材的1/20，性价比大幅度提升，具有很大的经济、社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种钢件用镶片式硬质合金钻头及加工方法。
背景技术
镶片式硬质合金钻头在国内通常用在加工铝合金、铸铁材料上，该技术已被沿用几十年，技术成熟，并已形成相关标准。但该类刀具至今未用在加工钢件材料上。目前国内外同行的加工钢件材料的钻头，一种是用于普通机床低速切削的高速钢钻头，另一种是用于数控机床中高速切削的整体硬质合金钻头。尤其在使用整体硬质合金钻头打孔时，材料成本高，资源浪费严重。
我国镶片硬质合金钻头只能加工铝合金、铸铁等一般性易切材料，包括国内刀片生产商压制的成型刀片也是针对以上切削材料。该类刀片的弱点是钻头槽底没有或不能形成断屑槽。故切削钢件材料时切屑不能自动卷屑和断屑，既不易于排屑，又不能及时带走大量切削热量，还有可能因切屑堆结，相互挤压，造成钻头与工件孔“抱死”折断。所以我国一直未将该结构钻头用于加工钢件上。
发明内容
本发明提出的是一种用于数控机床中高速切削的钢件用镶片式硬质合金钻头及加工方法。通过将起切削作用的一块刀片采用高频焊接方式与刀体相联，并运用钢件钻头独特沟槽设计技术，加工钻头刀片段槽型，解决卷屑断屑的问题，达到与整体硬质合金钻头加工钢件的同样效果。
本发明的技术解决方案：钢件用镶片式硬质合金钻头，其结构包括硬质合金刀片、刀体、刀柄，其中硬质合金刀片与刀柄间连接刀体；所述的刀体的前端部连接硬质合金刀片，刀体的刀尖与周刃副倒棱间是卷屑槽，卷屑槽后接断屑槽，硬质合金刀片中央是刀片钻芯，刀体顶部上开有刀槽，刀槽内中央是刀体芯。
镶片式硬质合金钻头的加工方法，其特征是包括如下工艺步骤：
一、刀片的选择，因钻头属粗加工刀具，故选择刀片材质时应选有强度和耐冲击性材料，确定按Co含量10%标准选择刀片材质；确定刀片厚度与钻头直径的比例关系如下表：（单位mm）
| 规格 | Φ12 | Φ13 | Φ14~Φ15 | Φ16 | Φ17~Φ18 | Φ19 | Φ20~Φ21 | Φ22 | Φ23~Φ24 | Φ25 |
| 刀片厚度 | 4mm | 4.5mm | 5mm | 5.5mm | 6mm | 6.5mm | 7mm | 7.5mm | 8mm | 8.5mm |
二、刀片段卷屑、断屑槽的磨削，按照加工钢件钻头断屑槽的技术标准，运用五轴工具磨床，设定：若被加工件的孔深达到3倍钻头的直径，则刃倾角，即周刃前角10°，若被加工件的孔深达到5倍钻头直径的，则刃倾角12°，刀片钻芯厚按钻头直径26%比例设定，砂轮摆角3°；
三、钢体槽形，采用球头铣刀铣刀体槽形，刀片钻芯厚按钻头直径20%比例设定，确保槽形与刀片槽形基本一致，在加工刀片时保证金刚石砂轮不干涉到刀体；
四、硬质合金刀片用刀条，刀条规格：17x6x310；
五、线切割切断刀条：17x6x20；
六、刀体材料9Sicr.车床车刀体，其中颈部的长度为2.5mm，硬质合金刀片嵌入长度为14mm，刀体排屑槽总长度为99mm，刀体的总长为149mm，镶硬质合金刀片直径为14.5mm，颈部直径为13.5mm，刀体直径为16.5mm，刀柄直径为20.5mm；
七、铣床铣刀体上的卷屑槽，螺旋角25°，刀体芯厚3.2mm，平锥，选用R5球头铣刀；
八、铣床铣刀体上的刀槽，该刀槽槽宽6.2mm；
九、刀体热处理，硬度HRC45-50；
十、焊接硬质合金刀片，保温300℃，4-6小时；
十一、工具磨磨硬质合金刀片刀尖120°；
十二、经外圆磨磨后的镶片式硬质合金钻头，其硬质合金刀片的直径16 mm；刀体的直径15.5 mm；刀柄的直径20 mm，钻头的总长是150 mm，硬质合金刀片的长度是15 mm；硬质合金刀片和刀体的长度是100 mm；
十三、五轴加工中心磨硬质合金刀片上的刀槽，在加工程序中设定主切削刃刃倾角10°，1V1金刚石砂轮，刀片钻芯厚度是4.2mm，砂轮摆角3°，磨刀片处的周刃副倒棱-10°，周刃副倒棱宽0.6mm；
十四、TiAlN涂层，涂层厚度：单面0.003～0.005mm。
本发明优点：选用一定厚度的刀片，在刀片上磨出断屑槽，解决了以上钢件加工切屑自动卷屑、断屑、排屑问题，由于只采用一小片刀片和廉价钢体联接，在数控机床高速切削加工钢件工艺中，与同规格整体硬质合金钻头相比，材料成本只占后种材料的1/20左右，如：做一支D16x150整体硬质合金钻头，选进口K40材料，材料成本：755（无税价）；采用本发明钻头，刀片30元（无税价），刀体5元（无税价），合计只需35元。大大节约了钢件用钻头的材料成本。而且与其它一般材料相比，钢件材料难加工，尤其有一定硬度的调质钢和高强度钢。钻头消耗量更大。本发明可省去很大一部分整体硬质合金钻头，节约了大量的钨钢原材料资源；同时性价比大幅度提升，从而大幅度降低钢件加工的成本。具有很大的经济效益和社会效益。
附图说明
附图1是钢件用镶片式硬质合金钻头的结构示意图。
附图2是刀体的局部放大图。
附图3是车加工图。
附图4是铣加工图。
附图5是刀槽的结构示意图。
图中的1是硬质合金刀片、2是刀体、3是刀柄、4是卷屑槽、5是周刃副倒棱、6是刀片钻芯，7是刀槽、8是刀体芯、9是钻尖芯、10是断屑槽， L0是颈部的长度:2.5mm，L1是硬质合金刀片嵌入长度:14mm，L2是刀体出屑槽长度:99mm，L3是钻头的总长:149mm， D1是硬质合金刀片直径:14.5mm，D2是颈部直径:13.5mm，D3是刀体直径:16.5mm，D4是刀柄直径:20.5mm。
具体实施方式
对照附图1，其结构包括硬质合金刀片1、刀体2、刀柄3，其中硬质合金刀片1与刀柄3间连接刀体2。
对照附图2，刀体2的前端部连接硬质合金刀片1，刀体2的刀尖与周刃副倒棱5间是卷屑槽4，卷屑槽4后接断屑槽10，硬质合金刀片1中央是刀片钻芯6，刀片钻芯6内是钻尖芯9（厚度0.25mm），所述的卷屑槽4的螺旋角25°；所述的周刃副倒棱5为-10°，周刃副倒棱宽0.6mm，硬质合金刀片刀尖120°，硬质合金刀片1的厚度6mm，刀片钻芯6的厚度4.2mm。
对照附图5，在刀体顶部上开有刀槽7，刀槽7内中央是刀体芯8，所述的刀槽7的槽宽6.2mm，刀体芯8的厚度3.2mm。
实施例
镶片式硬质合金钻头的加工方法步骤，包括，
一、刀片的选择，因钻头属粗加工刀具，故选择刀片材质时应选有强度和耐冲击性材料，本发明确定按Co含量10%标准选择刀片材质；确定刀片厚度与钻头直径的比例关系如下表：（单位mm）
| 规格 | Φ12 | Φ13 | Φ14~Φ15 | Φ16 | Φ17~Φ18 | Φ19 | Φ20~Φ21 | Φ22 | Φ23~Φ24 | Φ25 |
| 刀片厚度 | 4mm | 4.5mm | 5mm | 5.5mm | 6mm | 6.5mm | 7mm | 7.5mm | 8mm | 8.5mm |
二、刀片段卷屑、断屑槽的磨削，按照加工钢件钻头断屑槽的技术标准，运用五轴工具磨床（型号DECKEL S22），设定：若被加工件的孔深达到3倍钻头的直径，则刃倾角，即周刃前角10°，若被加工件的孔深达到5倍钻头直径的，则刃倾角12°，刀片钻芯厚按钻头直径26%比例设定，砂轮摆角3°；
三、钢体槽形，采用球头铣刀铣刀体槽形，刀片钻芯厚按钻头直径20%比例设定，用该方法确保槽形与刀片槽形能基本一致，在加工刀片时保证金刚石砂轮不干涉到刀体；
四、硬质合金刀片1用刀条，厂商：山特维克、牌号H10F，刀条规格：17x6x310；
五、线切割切断刀条：17x6x20；
六、刀体2材料9Sicr.车床车刀体，其中颈部的长度L0为2.5mm，硬质合金刀片嵌入长度L1为14mm，刀体排屑槽总长度L2为99mm，刀体的总长L3为149mm，镶硬质合金刀片直径D1为14.5mm，颈部直径D2为13.5mm，刀体直径D3为16.5mm，刀柄直径D4为20.5mm；如图3所示；
七、铣床铣刀体2上的卷屑槽4，螺旋角25°，刀体芯厚3.2mm，平锥，选用R5球头铣刀；
八、铣床铣刀体2上的刀槽7，该刀槽槽宽6.2mm；
九、刀体2热处理，硬度HRC45~50；
十、焊接硬质合金刀片1，保温300℃，4-6小时；
十一、工具磨磨硬质合金刀片刀尖120°；
十二、经外圆磨磨的镶片式硬质合金钻头，其硬质合金刀片1的直径16 mm；刀体2的直径15.5 mm；刀柄3的直径20 mm，钻头的总长是150 mm，硬质合金刀片1的长度是15 mm；硬质合金刀片1和刀体2的长度是100 mm；如图1所示；
十三、五轴加工中心磨硬质合金刀片1上的刀槽7，在加工程序中设定主切削刃刃倾角10°，1V1金刚石砂轮，刀片钻芯6（厚度是4.2mm）如图5所示；砂轮摆角3°，磨刀片1处的周刃副倒棱-10°，周刃副倒棱宽0.6mm.如图2所示；
十四、TiAlN涂层，涂层厚度：单面0.003～0.005mm。
Claims (7)
1.钢件用镶片式硬质合金钻头，其特征是包括硬质合金刀片、刀体、刀柄，其中硬质合金刀片与刀柄间连接刀体；所述的刀体的前端部连接硬质合金刀片，刀体的刀尖与周刃副倒棱间是卷屑槽，卷屑槽后接断屑槽，硬质合金刀片中央是刀片钻芯，刀体顶部上开有刀槽，刀槽内中央是刀体芯。
2.根据权利要求1所述的钢件用镶片式硬质合金钻头，其特征是所述的刀槽的槽宽6.2mm，刀体芯的厚度3.2mm。
3.根据权利要求1所述的钢件用镶片式硬质合金钻头，其特征是所述的刀片钻芯内是钻尖芯，钻尖芯的厚度0.25mm。
4.根据权利要求1所述的钢件用镶片式硬质合金钻头，其特征是所述的卷屑槽的螺旋角25°。
5.根据权利要求1所述的钢件用镶片式硬质合金钻头，其特征是所述的周刃副倒棱为-10°，周刃副倒棱宽0.6mm，硬质合金刀片刀尖120°。
6.根据权利要求1所述的钢件用镶片式硬质合金钻头，其特征是所述的硬质合金刀片的厚度6mm，刀片钻芯的厚度4.2mm。
7.如权利要求1所述的钢件用镶片式硬质合金钻头的加工方法，其特征是该方法包括如下步骤，
一、刀片的选择，因钻头属粗加工刀具，故选择刀片材质时应选有强度和耐冲击性的材料，确定按Co含量10%标准选择刀片材质；确定刀片厚度与钻头直径的比例关系如下表：（单位mm)
二、刀片段卷屑、断屑槽的磨削，按照加工钢件钻头断屑槽的技术标准，运用五轴工具磨床，设定：若被加工件的孔深达到3倍钻头的直径，则刃倾角，即周刃前角10°，若被加工件的孔深达到5倍钻头直径的，则刃倾角12°，刀片钻芯厚按钻头直径26%比例设定，砂轮摆角3°；
三、钢体槽形，采用球头铣刀铣刀体槽形，刀片钻芯厚按钻头直径20%比例设定，确保槽形与刀片槽形基本一致，在加工刀片时保证金刚石砂轮不干涉到刀体；
四、硬质合金刀片用刀条；
五、线切割切断刀条；
六、刀体材料9Sicr.车床车刀体，其中颈部的长度为2.5mm，硬质合金刀片嵌入长度为14mm，刀体排屑槽总长度为99mm，刀体的总长为149mm，镶硬质合金刀片直径为14.5mm，颈部直径为13.5mm，刀体直径为16.5mm，刀柄直径为20.5mm；
七、铣床铣刀体上的卷屑槽，螺旋角25°，刀体芯厚3.2mm，平锥，选用R5球头铣刀；
八、铣床铣刀体上的刀槽，该刀槽槽宽6.2mm；
九、刀体热处理，硬度HRC45-50；
十、焊接硬质合金刀片，保温300℃，4-6小时；
十一、工具磨磨硬质合金刀片刀尖120°；
十二、经外圆磨磨后的镶片式硬质合金钻头，其硬质合金刀片的直径16 mm；刀体的直径15.5 mm；刀柄的直径20 mm，钻头的总长是150 mm，硬质合金刀片的长度是15 mm；硬质合金刀片和刀体的长度是100 mm；
十三、五轴加工中心磨硬质合金刀片上的刀槽，在加工程序中设定主切削刃刃倾角10°，1V1金刚石砂轮，刀片钻芯厚度是4.2mm，砂轮摆角3°，磨刀片处的周刃副倒棱-10°，周刃副倒棱宽0.6mm；
十四、TiAlN涂层，涂层厚度：单面0.003～0.005mm。
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