CN102922010B - 一种自润滑麻花钻及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自润滑麻花钻及其加工方法。本发明要提供一种强度高、容屑空间大、槽与背一次加工成形、并根据不同加工材料进行设计的具有润滑槽的麻花钻，特别是在深孔加工中，在没有切削液的冷却与润滑作用下进行自润滑切削，降低了切削摩擦力并进行了有效的分屑与断屑。所采用的技术方案是：一种自润滑麻花钻，轴向截面由切削圆弧、卷屑圆弧和齿背圆弧构成，其结构尺寸包括外径D，钻芯直径D₁，刃带f，切削圆弧r₁，卷屑圆弧r₂，齿背圆弧r₃，切削圆弧r₁上的润滑槽U，切削圆弧r₁与卷屑圆弧r₂光滑相切；卷屑圆弧r₂与齿背圆弧r₃光滑相切；卷屑圆弧r₂和齿背圆弧r₃与钻芯直径D₁相切；切削圆弧上开有不少于一个的润滑槽。

Description

一种自润滑麻花钻及其加工方法

技术领域

本发明涉及金属切削加工中切削刀具的设计与制造领域，具体是一种自润滑麻花钻及其加工方法。

背景技术

加工不同金属材料时，由于工件材料不同，切削过程中的切屑的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也就多种多样，根据不同材料的塑形及硬度，其切削刀具的切削强度、槽形容屑空间、刃带大小、卷屑和断屑情况等都有不同程度的变化，而目前麻花钻的结构尺寸与切削参数不能随着加工材料的改变而变化，加工硬度高的铸铁材料时，前角大就会造成崩刃，钻芯小就会使刀具强度不够容易折断；加工硬度低的塑性金属时，前角和容屑空间小就会导致粘刀和堵屑等现象，并影响加工表面质量，所以刀具容屑槽形结构不合理时，切削的卷屑与断屑就会受到影响，尤其对于塑形金属的加工，不但会对加工表面质量造成影响，刀具切削性能就会大大降低，甚至无法正常工作，而且有时还会对加工设备和操作人员造成伤害。

众所周知，通过改变切削刀具的结构尺寸和切削参数并使刀具在干切削的情况下进行自润滑，通过控制切屑的卷曲半径进行卷屑，通过润滑槽进行分屑和断屑，并根据不同加工材料改变切削刀具钻芯强度和容屑空间，将会提高刀具的切削性能及加工质量。

目前现有技术，也提供了大量的改进的方案：

一方面，为了提高麻花钻适应不同材料的性能，在设计了合理的切削参数和容屑槽结构尺寸的基础上，对其加工中出现的根切现象，即槽铣刀回转面的轴向截形不同于工件任何剖面内的容屑槽截形，若要精确的加工出正确的螺旋槽形就必须进行铣刀刃形的拟合，因此现有的结构存在着加工困难，难以达到预想效果的问题。

另一方面，在干切削状况下，摩擦与切削热会造成刀具的快速磨损，甚至造成刀具折断的情况，为改善其切削条件，大多数情况需要采用冷却液来解决这个问题，但冷却液的使用不但增加成本，而且会造成环境的污染。

发明内容

本发明要提供一种强度高、容屑空间大、槽与背一次加工成形、并根据不同加工材料进行设计的具有润滑槽的圆弧截面钻，特别是在深孔加工中，在没有切削液的冷却与润滑作用下进行自润滑切削，降低了切削摩擦力并进行了有效的分屑与断屑。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种自润滑麻花钻，轴向截面由切削圆弧、卷屑圆弧和齿背圆弧构成，其结构尺寸包括外径D，钻芯直径D ₁ ，刃带f，切削圆弧r ₁，卷屑圆弧r ₂，齿背圆弧r ₃， 切削圆弧r ₁上的润滑槽U，切削圆弧r ₁与卷屑圆弧r ₂光滑相切；卷屑圆弧r ₂与齿背圆弧r ₃光滑相切；卷屑圆弧r ₂和齿背圆弧r ₃与钻芯直径D ₁相切；切削圆弧上开有不少于一个的润滑槽。

上述切削圆弧r ₁取值时，硬度高的材料宜取r ₁=D，硬度低的材料宜取r ₁＞D。

上述钻芯直径(D ₁)的取值范围为：

切削圆弧(r ₁)的圆心坐标(x ₁ , y ₁)为：

卷屑圆弧(r ₂)的半径为：

卷屑圆弧半径(r ₂)的圆心坐标(x ₂ , y ₂)为：

卷屑圆弧(r ₂)与齿背圆弧(r ₃)的切点坐标(x ₄ , y ₄)为：

齿背圆弧半径(r ₃)的圆心坐标(x ₃ , y ₃)为：

齿背圆弧(r ₃)与自润滑麻花钻公称直径(D)的交点(x ₅ , y ₅)为：

联立下列方程可解出圆心坐标(x ₃ , y ₃)和齿背圆弧半径(r ₃)：

上述自润滑麻花钻的加工方法，其特殊之处在于，所述的两条容屑槽需要两把铣刀加工，每把铣刀都有一个以上的凸缘，两把槽铣刀上的凸缘位置交错排列；铣制时，槽铣刀的中点与芯径圆心对齐。

本发明具有如下优点：

1）容屑槽空间大；容屑槽、齿背与润滑槽可一次加工成形，可根据不同被加工材料进行钻芯直径、刃带、切削圆弧的选取。

2）切削圆弧、卷屑圆弧、齿背圆弧两两相切便于卷屑、排屑及减少加工应力。

3）比普通麻花钻强度高、排屑量大，切屑易分屑与断屑；适用于干切削和长径比大的深孔加工。

4）切削刃处开有不少于一个的润滑槽，用于添加润滑材料，切削时，不但能达到分屑和断屑的目的；而且在无冷却液的情况下可以有效地减轻切削加工过程中的摩擦及切削热，提高切削效率、减小刀具磨损、改善加工表面质量，并减少环境污染。

5）结构合理，圆弧截面有效地解决了拟合槽铣刀刃形困难的问题，实现了槽铣刀刃形的拟合快、精度高的效果，方便设计与加工。

6）加工方法简单：按照本发明的方法，操作简单，易掌握，成品率高。

附图说明

图1自润滑麻花钻。

图2自润滑麻花钻法面剖视图。

图3 自润滑麻花钻容屑槽铣刀。

图4 A-A剖视图。

图5 自润滑麻花钻加工示意图。

图6 φ25自润圆弧滑截面钻法剖面尺寸。

图7 φ25自润圆弧滑截面钻法剖面截形坐标变换图。

图8由φ25自润滑麻花钻仿真出的槽铣刀刃形坐标点。

图9由槽铣刀刃形坐标点应用多项式拟合出的槽铣刀刃形。

图10铣制三条润滑槽的带凸缘槽铣刀刃形示意图。

图11铣制二条润滑槽的带凸缘槽铣刀刃形示意图。

图12 加工φ25自润滑麻花钻容屑槽的槽铣刀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步描述：

图1中标记对应名称为：自润滑麻花钻公称直径(D)，切削锥角(θ),容屑槽螺旋角(β)，切削刃长(l)，总长(L)，柄部尺寸直径为(d)，润滑槽圆弧(U)，润滑槽的条数依据被加工孔的大小而定。图2为本发明的自润滑麻花钻法截面剖视图，切削圆弧(r ₁)，卷屑圆弧(r ₂)，齿背圆弧(r ₃)，钻芯直径(D ₁)，刃带宽(f)。切削圆弧(r ₁)的圆心坐标(x ₁ , y ₁)，卷屑圆弧(r ₂)的圆心坐标(x ₂ , y ₂)，齿背圆弧(r ₃)的圆心坐标(x ₃ , y ₃)，卷屑圆弧(r ₂)与齿背圆弧(r ₃)的切点坐标(x ₄ , y ₄)，齿背圆弧(r ₃)与自润滑麻花钻公称直径(D)的交点(x ₅ , y ₅)。

本发明所提供的自润滑麻花钻，轴向截面由切削圆弧、卷屑圆弧和齿背圆弧构成，其结构尺寸包括外径D，钻芯直径D ₁ ，刃带f，切削圆弧r ₁，卷屑圆弧r ₂，齿背圆弧r ₃， 切削圆弧r ₁上的润滑槽U，切削圆弧r ₁与卷屑圆弧r ₂光滑相切；卷屑圆弧r ₂与齿背圆弧r ₃光滑相切；卷屑圆弧r ₂和齿背圆弧r ₃与钻芯直径D ₁相切；切削圆弧上开有不少于一个的润滑槽。

所说切削圆弧r ₁取值时，硬度高的材料宜取r ₁=D，硬度低的材料宜取r ₁＞D。

如图2所示，根据公称外径(D)以及被加工材料的硬度大小，选取切削圆弧半径，硬度高的取大值，硬度小的去小值；切削圆弧(r ₁)的取值范围为：

钻芯直径(D ₁)取值范围为：

切削圆弧(r ₁)的圆心坐标(x ₁ , y ₁)为：

卷屑圆弧(r ₂)的半径为：

卷屑圆弧半径(r ₂)的圆心坐标(x ₂ , y ₂)为：

卷屑圆弧(r ₂)与齿背圆弧(r ₃)的切点坐标(x ₄ , y ₄)为：

齿背圆弧半径(r ₃)的圆心坐标(x ₃ , y ₃)为：

齿背圆弧(r ₃)与自润滑麻花钻公称直径(D)的交点(x ₅ , y ₅)为：

联立下列方程可解出圆心坐标(x ₃ , y ₃)和齿背圆弧半径(r ₃)：

钻芯直径的大小也可以依据不同的加工材料而进行调整，切削圆弧、卷屑圆弧、齿背圆弧的两两相切，以及切削刃部分增加的润滑槽，不但减少了切削摩擦力、改善散热条件，而且提高了刀具耐用度及分屑、断屑和容屑的需要。

图3为自润滑麻花钻槽铣刀，槽铣刀外径为(Φ)，齿槽角为(Ψ)，全齿高为(H)，齿数为(Z)，槽底圆弧为(R)，内孔直径为(d ₁)，键槽宽为(a)，键槽高为(t)。图4为槽铣刀剖视图，铣刀宽度(B)依据螺旋槽尺寸确定，铣刀刃形根据容屑槽螺旋角(β)，槽铣刀外径(Φ)以及螺旋槽结构尺寸确定。

本发明自润滑麻花钻的加工方法的特殊之处在于，所述的两条容屑槽需要两把铣刀加工，每把铣刀都有一个以上的凸缘，两把槽铣刀上的凸缘位置交错排列；铣制时，槽铣刀的中点与芯径圆心对齐。

加工容屑槽时，将切削圆弧r ₁的两个起点与芯径圆弧圆心构成的直线调整在水平位置，槽铣刀的中点与芯径圆弧圆心构成的直线调整到垂直位置。如图5所示，其中，槽铣刀中心与圆弧截面钻中心的距离是拟合槽铣刀刃形的重要参数，由于根切现象，槽铣刀刃形与螺旋槽形不一致，导致设计槽铣刀刃形非常困难，如果要精确加工出自润滑麻花钻容屑槽形，必须根据槽铣刀刃形与容屑槽法向截面相切接触的条件，即它们的公法线矢量与相对运动速度矢量垂直，根据此特性可得槽铣刀与容屑槽的接触条件方程，以此可拟合出槽铣刀刃形坐标点；图6为外径φ25的自润滑麻花钻法剖面刃形尺寸；图7为拟合法剖面截形坐标变换图，槽铣刀刃形的拟合必须依据坐标变换的结构尺寸进行。图8为按照槽铣刀与容屑槽的接触条件方程计算出的槽铣刀刃形坐标点，坐标点数量的取值基于容屑槽宽度的大小而定；图9为根据槽铣刀刃形坐标点应用数值方法拟合出的槽铣刀刃形曲线。

在干切削以及深孔加工时，刀具的堵屑、摩擦严重，为了改善切削条件，在切削刃上开出润滑槽，以便能够进行分屑、断屑和排屑，并减少干切削情况下的摩擦，提高刀具的切削性能。自润滑麻花钻润滑槽数根据被加工孔径大小决定，两容屑槽中切削圆弧上的润滑槽必须交错排列，所以，两个容屑槽需要两把槽铣刀分别加工，图10为三条润滑槽的带凸缘槽铣刀刃形示意图，图11为二条润滑槽的带凸缘槽铣刀刃形示意图。图12为根据φ25自润滑麻花钻的法剖面结构尺寸设计出的容屑槽铣刀。

实施例：

φ25自润滑麻花钻的公称外径D=25mm，容屑槽螺旋角β=38°；钻芯直径D ₁取0.5D，刃带宽B=2.5mm，加工材料为45号钢。根据自润滑麻花钻结构尺寸，计算三段相切圆弧的圆心坐标点和半径（另外三段相切圆弧与钻心对称）。

切削圆弧(r ₁)的圆心坐标(x ₁ , y ₁)为：

卷屑圆弧(r ₂)为：

卷屑圆弧半径(r ₂)的圆心坐标(x ₂ , y ₂)为：

卷屑圆弧(r ₂)与齿背圆弧(r ₃)的切点坐标(x ₄ , y ₄)为：

齿背圆弧半径(r ₃)的圆心坐标(x ₃ , y ₃)为：

齿背圆弧(r ₃)与自润滑麻花钻公称直径(D)的交点(x ₅ , y ₅)为：

联立下列方程可解出圆心坐标(x ₃ , y ₃)和齿背圆弧半径(r ₃)：

得：r ₃=10mm

则：

如图12所示，槽铣刀外径Φ=100mm，刀具轴线与铣刀轴线的距离A=50。导程T=πD/tan(β)，根据螺旋面接触方程计算出的槽铣刀刃形坐标点为表1所示：

利用计算机绘制出的槽铣刀刃形坐标点如图8所示。应用数值拟合方法将槽铣刀刃形坐标点进行拟合，如图9所示，此即为加工φ25圆弧截面钻的槽铣刀刃形；在第一把槽铣刀切削圆弧上做出三个U=R0.2mm的凸缘，示意图如图10所示，在第二把槽铣刀切削圆弧上做出二个U=R0.2mm的凸缘，示意图如图11所示，凸缘位置必须交错设计。根据计算出的槽铣刀刃形，设计出的槽铣刀如图12所示。

Claims (2)

1.一种自润滑麻花钻，其特征在于：轴向截面由切削圆弧、卷屑圆弧和齿背圆弧构成，其结构尺寸包括自润滑麻花钻公称直径D，钻芯直径D ₁ ，刃带f，切削圆弧r ₁，卷屑圆弧r ₂，齿背圆弧r ₃， 切削圆弧r ₁上的润滑槽U，切削圆弧r ₁与卷屑圆弧r ₂光滑相切；卷屑圆弧r ₂与齿背圆弧r ₃光滑相切；卷屑圆弧r ₂和齿背圆弧r ₃与钻芯所在圆相切；切削圆弧上开有不少于一个的润滑槽；

所述切削圆弧r ₁取值时，被加工材料硬度高的宜取r ₁=D，被加工材料硬度低的宜取r ₁＞D；

所述钻芯直径D ₁的取值范围为：

切削圆弧r ₁的圆心坐标(x ₁ , y ₁)为：

卷屑圆弧r ₂的半径为：

卷屑圆弧半径r ₂的圆心坐标(x ₂ , y ₂)为：

卷屑圆弧r ₂与齿背圆弧r ₃的切点坐标(x ₄ , y ₄)为：

齿背圆弧半径r ₃的圆心坐标(x ₃ , y ₃)为：

齿背圆弧r ₃与自润滑麻花钻公称直径D的交点(x ₅ , y ₅)为：

联立下列方程可解出圆心坐标(x ₃ , y ₃)和齿背圆弧半径r ₃：

。

2.一种加工如权利要求1所述的自润滑麻花钻的加工方法，其特征在于，两条容屑槽需要两把槽铣刀加工，每把槽铣刀都有一个以上的凸缘，两把槽铣刀上的凸缘位置交错排列；铣制时，槽铣刀的中点与芯径圆心对齐。