CN103228385B - 用于回转式钻机的钻头 - Google Patents

Abstract

一种用于回转式钻机的钻头，该钻头包括圆柱形本体和圆柱形刃带，在所述圆柱形本体中设置有至少两个排屑槽，该圆柱形本体终止于切削端；所述圆柱形刃带由圆柱形本体在相邻排屑槽之间的周面限定，该圆柱形刃带包括棱边，所述棱边相对于圆柱形刃带的其余部分在径向上升高，该棱边具有沿着圆柱形刃带的长度变化的宽度。

Description

用于回转式钻机的钻头

本发明概括来说涉及一种用于回转式钻机的钻头，更具体地，但不排它地，涉及一种带有排屑槽的具有多晶金刚石（PCD）头部的麻花钻机。

麻花钻机通常可被描述为回转端切削工具，所述回转端切削工具具有一个或多个切削面或切削唇并且还具有用于从正在被钻的钻孔传送切屑的一个或多个螺旋排屑槽或直线排屑槽。麻花钻机可用来在金属、塑料、木材以及砖石结构中钻孔。麻花钻机可以用各种材料制造，例如低碳钢、高碳钢、高速钢、钴钢或硬质合金材料。麻花钻机可以包括耐磨头部，所述耐磨头部可以是固定于钻机本体的碳化钨尖端。

美国专利5,580,196号公开了麻花钻头，其包括在钻机头部的大体上整个顶表面上延伸的、具有基本上一致的轴向厚度的多晶金刚石（PCD）层材料或多晶立方氮化硼（PCBN）层材料。公开号为2001-252811的日本专利申请公开了一种钻机，其包括具有cBN层或金刚石层的头部。

某些材料，尤其是但不排它地，诸如PCD和PCBN的超硬材料，可能会相对耐磨，但也相对较脆，在使用时可能会易于碎裂和断裂。例如，在用来钻入硬质材料时，包含超硬材料的钻机头部存在可能会在头部的尖端处发生碎裂的风险。由于所述头部可以在将钻机的侧向部位固定在孔内的过程中起到一定的作用，因此即使头部少量的碎裂也会导致孔尺寸精度降低。对于深孔以及要求高精度的孔来说，这个问题可能尤其明显。

本发明提供了一种用于回转式钻机的钻头，该钻头包括圆柱形本体和圆柱形刃带，在所述圆柱形本体中设置有至少两个排屑槽，所述圆柱形本体终止于切削端；所述圆柱形刃带由圆柱形本体在相邻排屑槽之间的周面限定，该圆柱形刃带包括棱边，所述棱边相对于圆柱形刃带的其余部分在径向上升高；所述棱边具有沿着圆柱形刃带的长度变化的宽度。钻头和钻机可以用于加工工具，所述加工工具用于尤其是但不排它地在诸如航空或汽车工业的工业制造环境中机加工包含金属、复合材料、纤维增强聚合物材料的物体。

通过本发明，可以想象得到各种组合和布置，其中下面是非排它性且非穷尽性的示例。例如，棱边可以包括宽区域和窄区域，宽区域被定位成朝着钻头的切削端，和/或棱边的宽区域可以位于钻头的切削刃附近。钻头的尖端可以包括超硬材料，例如PCD材料。钻机的尖端可以包括PCD体（volume），所述棱边的宽区域可以形成PCD体的一部分。在一个实施例中，PCD体可以是PCD层。

麻花钻机的圆柱形刃带是钻机本体在相邻排屑槽之间的外周部分。钻机的圆柱形刃带可以设计成在钻机本体和正在形成的孔的表面之间提供游隙度。然而，其也可以用来在直线轨迹上引导钻机，刃带的比刃带的其余部分更径向向外延伸的部分被称为棱边。棱边提供了上述的引导功能。然而，尤其是在钢制钻机和硬质合金钻机上，棱边太宽的地方可能会导致钻机和孔表面之间过度摩擦，从而增大旋转钻机所需的转矩，同时对孔的表面精整也会产生不利影响。由棱边施加的牵引力大小受工具材料与加工材料之间的摩擦系数支配。如果棱边沿着钻机的带排屑槽的部分具有一致的宽度，并且还较窄以便减少钻头与正在被钻的物体之间的摩擦，那么就存在钻机相对于孔的引导较差的风险。

依照本发明的钻头布置可以降低孔尺寸精度不足的风险。同时这也可以在所施加的转矩不会明显增大的情况下实现。

将参照附图1描述非限制性的示例，图1显示了作为示例的麻花钻机的前端的示意性侧视图（只显示了钻头的端部部分）。

本发明至少部分地涉及钻机的圆柱形刃带的构造，更尤其是涉及圆柱形刃带的棱边。在图1所示的作为例子的布置中，钻头10包括连接于硬质合金基底50的PCD结构（或PCD体）40，所述硬质合金基底连接于钢制本体20。钻头10的尖端30也可以被称为钻头10的切削端。钻头10具有周围的圆柱形刃带22，该圆柱形刃带是钻机本体的在两相邻排屑槽24（在图1中可看到其中一个）之间延伸的的外周部分。钻头的尖端30包括主切削面31以及横刃32，横刃基本上为横跨在钻机的两相对排屑槽24之间的钻心（web）。切削刃棱角35由相交的切削面31和圆柱形刃带22限定。圆柱形刃带22的棱边23相对于圆柱形刃带22的其余部分升高，棱边23的宽度沿着钻头的长度不相同。棱边23包括宽度减小了的区域23.1和宽度增加了的区域23.2，宽度增加了的区域23.2被定位成朝着钻头10的尖端30。更尤其是，宽度增加了的区域23.2至少部分地由PCD层40限定。这样的理由是，特别是与钢制本体20或硬质合金层50的摩擦系数相比，PCD具有极低的摩擦系数，所以，延展了的棱边23.2可以为钻头提供改善的引导，而不会对旋转钻头所需的转矩产生实质的影响。

圆柱形本体20可以具有设置在其中的两个螺旋形排屑槽，在使用时，排屑槽将从正在被钻的钻孔（未显示）中排出去除的材料，该材料被称为切屑。对于依照本发明的钻头,可以使用各种几何结构的排屑槽，也可以使用排屑槽几何结构的各个方面，例如节距、螺旋角、螺旋形/直线形。圆柱形刃带22包括升高部分23或棱边，以及凹进部分25，凹进部分已在径向上被部分地切掉，以便减少圆柱形本体在凹进部分25处的直径，从而在棱边23和凹进部分25之间形成台阶。圆柱形刃带22的凹进部分25设置成在钻机本体和正在被形成的钻孔表面之间提供游隙度。棱边23用于当其抵接正在被钻的钻孔表面时在直线轨迹上引导钻机。棱边23也可以起到辅切削面的作用，在切削刃棱角35处与主切削面31相交。

应当明白，上述布置只是依照本发明的钻头布置的一个示例，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，存在许多变化。虽然该示例主要是参照麻花钻机进行描述的，但是，应当明白，这些构思也可以适用于用于回转式钻机和刀具的其他钻头。

下面将简要解释在此使用的某些术语和概念。

排屑槽可以是螺旋形的或直线形的（相对于钻机的旋转轴线定义），其用于输送来自正在被钻的钻孔的新形成的切屑。排屑槽的几何结构可以根据钻机的应用和所需的切屑去除速率以许多方式进行配置。另一个设计要考虑的因素是钻机的刚度和强度，这是因为较大横截面的排屑槽会降低钻机的强度和刚度。

钻机的尖端包含切削刃，所述切削刃用作将加工材料剪切成能容易地去除的切屑。所述尖端还包括对称地位于切削刃之间并与钻头的旋转轴线同心的横刃。在最简单的钻机中，横刃的几何结构由钻心厚度确定，是分隔开各排屑槽的那部分材料。由于钻头的钻心部分不切削加工材料，而是从中心线向外朝向切削刃挤压所述加工材料，所以所述钻心部分的长度常常通过在排屑槽和钻头尖端表面之间的交汇处形成凹口而被减到极小。钻头尖端的设计（钻心和凹口几何结构）部分地影响了其旋转精度--即钻机绕引导机构旋转轴线同心旋转的程度。在本领域中使用的大多数钻机包含两个切削刃，因为这是最经济的设计。

在钻入工件时，由钻头的切削作用移除的工件材料典型地为被称为“切屑”的碎片的形式。前刀面被理解为是指切屑所流过的钻头表面或切削插入件表面。前角是前刀面相对于工件表面的倾斜度，正的前角容许切屑远离工件移动，而负的前角引导切屑朝着工件运动。

合成金刚石和天然金刚石、多晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（cBN）和多晶cBN（PCBN）材料是超硬材料的示例。在此使用的合成金刚石，也被称为人造金刚石，是已经被制造出来的金刚石材料。在此所使用的多晶金刚石（PCD）材料包含大量（多个的聚集体）金刚石颗粒，其大部分直接彼此间相互结合，其中，金刚石的含量至少为材料的约80体积百分比。金刚石颗粒之间的空隙可以至少部分地用粘合材料填充，所述粘合材料包括用于所述合成金刚石的催化剂材料，或者这些空隙基本上是空的。在此所使用的用于所述合成金刚石的催化剂材料能够促进合成金刚石颗粒的生长和/或合成或天然金刚石颗粒在其热力稳定的温度和压力下的直接内生长。用于金刚石的催化剂材料的示例是Fe、Ni、Co和Mn以及包括这些元素的某些合金。包括PCD材料的本体可以包括至少一个区域，从该区域，催化剂材料已经被从空隙移除，在金刚石颗粒之间留下空隙空间。在此所使用的PCBN材料包括分散在包括金属或陶瓷材料的母体内的立方氮化硼（cBN）颗粒。

Claims (1)

1.一种用于回转式钻机的钻头，该钻头包括圆柱形本体和圆柱形刃带，在所述圆柱形本体中设置有至少两个排屑槽，该圆柱形本体终止于切削端，所述圆柱形刃带由圆柱形本体在相邻排屑槽之间的周面限定，该圆柱形刃带包括边缘，所述边缘相对于圆柱形刃带的其余部分在径向上升高，该边缘具有沿着圆柱形刃带的长度变化的宽度，所述边缘包括宽区域和窄区域，宽区域被定位成朝着钻机的切削端并位于钻机的切削刃附近；其中，钻头的尖端包括多晶金刚石层形式的多晶金刚石体，并且所述边缘的宽区域形成了多晶金刚石层的一部分。