CN103128346A - 具有螺旋状切削后刀面的麻花钻 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，包括绕轴线旋转的切削部和与夹套相匹配的柄部，切削部上设有两条从切削部的前端向柄部螺旋延伸用于排出切屑的沟槽，切削部上还设有分别连接两条沟槽外周边沿的刃背，其特征在于：沟槽与刃背在切削部的前端形成两个呈螺旋状的切削后刀面，两个切削后刀面相互交汇在钻芯处形成S形钻芯切削刃及两条主切削刃，主切削刃通过切削刃连接部与S形钻芯切削刃圆滑的连接在一起；切削后刀面始于主切削刃，并由主后刃面、过渡面和切削后刀面终止面圆滑连接而成。本发明以螺旋状的切削后刀面交汇形成S形钻芯切削刃与主切削刃圆滑连接，大大降低了应力集中，进一步提高了钻削进给量和定心能力，易于广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻头，具体地说是一种具有螺旋状切削后刀面的麻花钻。
背景技术
螺旋后刀面钻头与平面型后刀面、圆锥型后刀面、圆柱型后刀面等钻头相比属于一种新型的钻头，其优点在于钻芯处横刃较为锋利，使其可以进行有效的剪切滑移的切削过程，切削时轴向穿透力小；而平面型、圆锥型、圆柱型等钻头的横刃由于结构的限制，实际进行的是挤压磨削过程，因此横刃容易磨损，并且切削时轴向穿透力大；此外还大大增强了钻头的定心能力。
但早期螺旋后刀面钻头由于技术水平的限制，横刃与主切削刃交界处后角过大往往引起崩刃，削弱了钻头强度。
随着技术水平的提高，美国Winslow公司研制成功了新型螺旋后刀面钻头
-Helical钻头，由于使用拐角处具有倒圆的成形砂轮进行磨削，大大改善了钻芯部横刃的强度。但由于其磨削轨迹非常复杂，必须使用专机进行加工，因此调整范围有限，对芯厚精度要求高，不易推广。此外，钻头芯部容屑空间不足，限制了螺旋后刀面钻头钻削进给量上的优势。
之后德国Hertel AG Werkzeuge&Hartstoffe公司的Franz Tikai和UlrichKrenzer在U.S.Pat.No.4826368中公开了一种新型螺旋后刀面钻头，通过成形砂轮的端面以一种简单的共轴曲线对钻头进行磨削，得到了一种较为有效并易于推广的螺旋后刀面钻头结构，取得了较大成功。但同样，由于钻头芯部容屑空间不足，限制了螺旋钻头钻削进给量上的优势。
随着数控设备的广泛应用，技术水平的进一步提高，美国Kennametal Inc.公司在德国Hertel AG Werkzeuge&Hartstoffe公司专利产品的基础上，开发研制出HP系列螺旋后刀面钻头。此产品通过成形砂轮的圆周面以一种较为复杂的共轴曲线对钻头进行磨削，大大增加了钻头芯部容屑空间，大大提高了螺旋后刀面钻头钻削进给量，得到了广泛好评。但由于采用共轴曲线，造成中心“S”形切削刃与主切削刃通过一段直线连接，没有实现圆滑过渡，因此产生应力集中，容易磨损或崩刃，影响了使用效果。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种具有螺旋状切削后刀面的麻花钻。本发明主要利用成螺旋状的切削后刀面在钻芯处汇聚形成S形钻芯切削刃，并与主切削刃圆滑的连接起来，从而起到降低应力集中，提高钻削进给量和定心能力的效果。
本发明采用的技术手段如下：
一种具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，包括绕轴线旋转的切削部和与夹套相匹配的柄部，所述切削部上设有两条从所述切削部的前端向所述柄部螺旋延伸用于排出切屑的沟槽，所述切削部上还设有分别连接两条所述沟槽外周边沿的刃背，其特征在于：
所述沟槽与所述刃背在所述切削部的前端形成两个呈螺旋状的切削后刀面，所述两个切削后刀面相互交汇在钻芯处形成S形钻芯切削刃及两条主切削刃，所述主切削刃通过切削刃连接部与所述S形钻芯切削刃圆滑的连接在一起；
所述切削后刀面始于所述主切削刃，并由主后刃面、过渡面和切削后刀面终止面圆滑连接而成。
优选地，所述沟槽是一条沿所述轴线延伸的螺旋角为ω、径向截面对应弧长为FD的槽，包括沟槽前端连接部、沟槽前端、沟槽底部、沟槽末端和沟槽末端连接部，所述沟槽前端、所述沟槽底部和所述沟槽末端在同一条圆滑曲线上，其中，ω=0°～60°；
所述刃背包括清背区、刃带、外周切削刃和清背区边沿，所述刃带、所述清背区和所述刃背的径向截面对应弧长分别为MD、PD和LD，LD=PD+MD，LD：FD=1：0.95～1：1.4；
所述外周切削刃形成于所述沟槽前端连接部与所述刃带的交汇处；所述沟槽末端连接部连接所述沟槽末端和所述清背区边沿。
优选地，所述刃带的半径为MR，MR=OR；所述清背区的半径为CR，CR＜OR；所述沟槽前端连接部具有-5°-5°的径向前角ξ，所述沟槽前端连接部的宽度为FCW，FCW=2%-5%OR；所述沟槽末端连接部的宽度为HCW，HCW=25%-50%OR，其中OR为所述切削部的外周半径。
优选地，所述刃带的径向截面对应弧长为MD，MD=14%-20%OR。
优选地，所述钻芯是直径W为20%-50%OR的圆柱形芯体。
优选地，所述切削刃连接部是一段半径为Rf的圆弧，Rf=45%-65%W。
优选地，所述S形钻芯切削刃具有横刃角σ，σ=118°-132°；所述S形钻芯切削刃具有宽度Wc，Wc=12%-20%D；所述S形钻芯切削刃具有高度Hc，Hc=8%-13%D，D为所述切削部的外周直径。
优选地，所述切削后刀面与所述刃带靠近所述切削后刀面的边沿部分所在平面形成主后角α，α=6°-18°。
优选地，所述两条主切削刃具有顶角η，η=118°-160°；所述S形钻芯切削刃具有钻芯顶角ηc，ηc=60°-120°。
优选地，断屑槽夹角λ为所述切削后刀面的切面与所述切削部的前端面所成的夹角，λ=35°-55°。
本发明所述的柄部通常为圆柱状或与夹套配合的非圆柱状的刀具柄，即柄部可能为正方形、六边形、圆锥形或者其它适合与夹套配合的非圆柱的形状；本发明的刃背与沟槽相毗邻，并同样按螺旋角ω沿轴线延伸；本发明的清背区在以切削部外周圆半径OR为界限的外表面内部，即清背区的半径小于外周圆半径OR；刃背的弧长LD与沟槽对应的弧长FD具有一定的比例关系，范围在1：0.95～1：1.4，弧长LD也可定义为对应一段相对于轴线角度在40°-80°之间的圆弧。
作为本发明与现有技术螺旋后刀面钻头的主要区别及优势是：切削部的端部具有与沟槽数量相对应的两个呈螺旋状的切削后刀面，两个呈螺旋状的切削后刀面相互交汇，在钻芯处形成一条S形钻芯切削刃，其中具有半径为Rf的圆弧状的切削刃连接部将S形钻芯切削刃及与之毗邻的两条主切削刃圆滑连接起来，有效的避免了应力集中。而在现有技术中，螺旋后刀面钻头在主切削刃与钻芯切削刃之间通常以一段直线或相互不相切的圆弧连接，因此存在应力集中，导致在钻削过程中极易产生崩损；S形钻芯切削刃具有宽度Wc在图4中体现为两个呈螺旋状的切削后刀面在钻芯处相互交汇形成的突起部分，突起部分具有高度Hc，即在投影中从钻尖顶端至宽度Wc结束位置之间的轴向距离。高度Hc影响钻芯切削刃切削时的排屑空间；断屑槽夹角λ为所述切削后刀面的切面与所述切削部的前端面所成的夹角，该夹角的值将影响钻芯切削刃切削时产生的切屑导入沟槽的顺畅程度。
本发明所提供的钻头可以通过选取远大于传统钻头的芯厚来增加其刚性，增加钻芯厚度将会增加横刃的长度。对于标准钻头而言，横刃是通过挤压摩擦工件并非实际意义上剪切滑移的切削过程，因此这将大大降低钻头的定心能力和横刃处切屑的流动能力。而本发明所提供钻头的横刃是以两条非共轴复杂螺旋曲线的磨削路径，由成形砂轮磨削而成的S形钻芯切削刃。由此可知，从外圆处的主切削刃延伸至S形钻芯切削刃，可以进行有效的剪切滑移地切削过程。即横刃可以切削被加工工件，剪切及旋转变形产生螺旋状切屑，该螺旋状切屑可沿着呈螺旋状的切削后刀面顺畅的导入沟槽内部。
此外，本发明通过对S形钻芯切削刃切削性能的改善还会大大增强钻头的定心能力。众所周知，钻头在切削过程中，最先接触工件表面的部分为横刃，传统钻头由于横刃切削能力差，实际是在挤压摩擦工件，因此使钻头在径向产生滑移，即偏离钻头的回转中心，最终导致所钻孔的垂直度产生偏差。这种缺陷在小直径的圆柱曲面上加工尤为显著，并很容易使钻头折断。而本发明所提供的钻头横刃即S形钻芯切削刃具有良好的切削性能，不会在接触工件时产生滑移，因此具有较强的定心能力，并且可以在具有较小直径的圆柱曲面上进行钻削。
本发明的另一项优点在于可以以大大超出传统钻头的每转进给量进行钻削。传统钻头的横刃处没有容屑空间，这大大影响的钻头的进给量。如果在大进给的条件下进行钻削，钻头横刃会迅速磨损、剥离，导致钻头失效。而本发明所述钻头由上述的两个呈螺旋状的切削后刀面在钻头中心共同交汇出一个明显突起的结构，这种突起结构为钻芯切削刃带来了足够大的容屑空间，加之成形是打磨的圆弧结构，增加了其强度，使其可以大大超出传统钻头的每转进给量进行钻削。同样在相同的进给量的前提下，S形钻芯切削刃处锋利的刀楔会大大降低钻头的轴向力，减小主轴功率。在钻削薄壁件时，减小工件钻透后的毛刺。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的主视图。
图2是图1中A-A向剖视图。
图3是图2中B处的局部放大图。
图4是本发明的钻头前端示意图。
图5是图4的C向视图。
图6是图1的顶端侧视图。
图7是图6的E向视图。
图8是图7中F处的局部放大图。
图9是轴向力Fz测试曲线。
图10是扭矩Mz测试曲线。
图中：1、轴线2、切削部21、沟槽211、沟槽前端连接部212、沟槽前端213、沟槽底部214、沟槽末端215、沟槽末端连接部22、刃背221、清背区222、刃带223、外周切削刃224、清背区边沿23、钻芯24、呈螺旋状的切削后刀面25、主切削刃26、S形钻芯切削刃27、切削刃连接部3、柄部
具体实施方式
如图1所示，一种具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，包括绕轴线1旋转的切削部2和与夹套相匹配的柄部3，所述切削部2上设有两条从所述切削部2的前端向所述柄部3螺旋延伸用于排出切屑的沟槽21，所述切削部2上还设有分别连接两条所述沟槽21外周边沿的刃背22，所述沟槽21是一条沿所述轴线1延伸的螺旋角为ω、径向截面对应弧长为FD的槽（如图2所示），包括沟槽前端连接部211、沟槽前端212、沟槽底部213、沟槽末端214和沟槽末端连接部215，所述沟槽前端212、所述沟槽底部213和所述沟槽末端214在同一条圆滑曲线上，其中，ω=0°～60°；所述刃背22包括清背区221、刃带222、外周切削刃223和清背区边沿224，所述刃带222、所述清背区221和所述刃背22的径向截面对应弧长分别为MD、PD和LD，LD=PD+MD，LD：FD=1：0.95～1：1.4；所述外周切削刃223形成于所述沟槽前端连接部211与所述刃带222的交汇处；所述沟槽末端连接部215连接所述沟槽末端214和所述清背区边沿224；所述沟槽21与所述刃背22在所述切削部2的前端形成两个呈螺旋状的切削后刀面24，所述两个呈螺旋状的切削后刀面24相互交汇在钻芯23处形成S形钻芯切削刃26及两条主切削刃25，所述主切削刃25通过切削刃连接部27与所述S形钻芯切削刃26圆滑的连接在一起。所述刃带222的半径为MR，MR=OR；所述清背区221的半径为CR，CR＜OR；所述沟槽前端连接部211具有-5°-5°的径向前角ξ（如图3所示），所述沟槽前端连接部211的宽度为FCW，FCW=2%-5%OR；所述沟槽末端连接部215的宽度为HCW，HCW=25%-50%OR，其中OR为所述切削部2的外周半径。所述刃带222的径向截面对应弧长为MD，MD=14%-20%OR。所述钻芯23是直径W为20%-50%OR的圆柱形芯体。所述切削刃连接部27是一段半径为Rf的圆弧，Rf=45%-65%W。所述S形钻芯切削刃26具有横刃角σ（如图6所示），σ=118°-132°；如图4所示，所述S形钻芯切削刃26具有宽度Wc，Wc=12%-20%D；所述S形钻芯切削刃26具有高度Hc，Hc=8%-13%D，D为所述切削部2的外周直径。所述呈螺旋状的切削后刀面24始于所述主切削刃25，并由主后刃面241、过渡面242和切削后刀面终止面243圆滑连接而成；所述切削后刀面24与所述刃带222靠近所述切削后刀面24的边沿部分所在平面形成主后角α，α=6°-18°。所述两条主切削刃25具有顶角η（如图5所示），η=118°-160°；如图7、图8所示，切削部2沿E向即沿横刃角σ投影时，所述S形钻芯切削刃26具有钻芯顶角ηc，ηc=60°-120°。断屑槽夹角λ为所述呈螺旋状的切削后刀面24的切面与所述切削部2的前端面所成的夹角，λ=35°-55°。
下表列举的为本发明3个具体实施尺寸：
通过下面两个具体的测试，对本发明的有益效果进行详细分析：
测试一：最大允许每转进给量
测试钻头：整体硬质合金钻头，硬质合金牌号K20，TiAlN物理气相沉积镀膜处理
测试条件：
测试结果：
测试二：切削力测试
测试钻头：整体硬质合金钻头，硬质合金牌号K20，TiAlN物理气相沉积镀膜处理
测试条件：测试钻头直径6mm
测试结果（结合图9、图10）：
注：以上数据来源于中国国家刀具质量监督检验中心，其中，A组为现有技术平面型后刀面钻头，B组为本发明螺旋状切削后刀面钻头。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，包括绕轴线（1）旋转的切削部（2）和与夹套相匹配的柄部（3），所述切削部（2）上设有两条从所述切削部（2）的前端向所述柄部（3）螺旋延伸用于排出切屑的沟槽（21），所述切削部（2）上还设有分别连接两条所述沟槽（21）外周边沿的刃背（22），其特征在于：
所述沟槽（21）与所述刃背（22）在所述切削部（2）的前端形成两个呈螺旋状的切削后刀面（24），所述两个切削后刀面（24）相互交汇在钻芯（23）处形成S形钻芯切削刃（26）及两条主切削刃（25），所述主切削刃（25）通过切削刃连接部（27）与所述S形钻芯切削刃（26）圆滑的连接在一起；
所述切削后刀面（24）始于所述主切削刃（25），并由主后刃面（241）、过渡面（242）和切削后刀面终止面（243）圆滑连接而成。
2.根据权利要求1所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述沟槽（21）是一条沿所述轴线（1）延伸的螺旋角为ω、径向截面对应弧长为FD的槽，包括沟槽前端连接部（211）、沟槽前端（212）、沟槽底部（213）、沟槽末端（214）和沟槽末端连接部（215），所述沟槽前端（212）、所述沟槽底部（213）和所述沟槽末端（214）在同一条圆滑曲线上，其中，ω=0°～60°；
所述刃背（22）包括清背区（221）、刃带（222）、外周切削刃（223）和清背区边沿（224），所述刃带（222）、所述清背区（221）和所述刃背（22）的径向截面对应弧长分别为MD、PD和LD，LD=PD+MD，LD：FD=1：0.95～1：1.4；
所述外周切削刃（223）形成于所述沟槽前端连接部（211）与所述刃带（222）的交汇处；所述沟槽末端连接部（215）连接所述沟槽末端（214）和所述清背区边沿（224）。
3.根据权利要求2所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述刃带（222）的半径为MR，MR=OR；所述清背区（221）的半径为CR，CR＜OR；所述沟槽前端连接部（211）具有-5°-5°的径向前角ξ，所述沟槽前端连接部（211）的宽度为FCW，FCW=2%-5%OR；所述沟槽末端连接部（215）的宽度为HCW，HCW=25%-50%OR，其中OR为所述切削部（2）的外周半径。
4.根据权利要求2所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述刃带（222）的径向截面对应弧长为MD，MD=14%-20%OR。
5.根据权利要求1所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述钻芯（23）是直径W为20%-50%OR的圆柱形芯体。
6.根据权利要求1所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述切削刃连接部（27）是一段半径为Rf的圆弧，Rf=45%-65%W。
7.根据权利要求1所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述S形钻芯切削刃（26）具有横刃角σ，σ=118°-132°；所述S形钻芯切削刃（26）具有宽度Wc，Wc=12%-20%D；所述S形钻芯切削刃（26）具有高度Hc，Hc=8%-13%D，D为所述切削部（2）的外周直径。
8.根据权利要求2所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述切削后刀面（24）与所述刃带（222）靠近所述切削后刀面（24）的边沿部分所在平面形成主后角α，α=6°-18°。
9.根据权利要求1所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
所述两条主切削刃（25）具有顶角η，η=118°-160°；所述S形钻芯切削刃（26）具有钻芯顶角ηc，ηc=60°-120°。
10.根据权利要求1所述的具有螺旋状切削后刀面的麻花钻，其特征在于：
断屑槽夹角λ为所述切削后刀面（24）的切面与所述切削部（2）的前端面所成的夹角，λ=35°-55°。
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