CN103737073A

CN103737073A - 前刀面带槽的曲折刃麻花钻

Info

Publication number: CN103737073A
Application number: CN201410026823.1A
Authority: CN
Inventors: 熊良山
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: CN103737073B

Abstract

本发明公开了一种麻花钻，该麻花钻的主刃为曲折刃，即主刃前刀面螺旋面部分具有若干螺旋槽，且该螺旋槽是以在麻花钻端平面上的投影为一曲线或折线作为发生线绕着钻轴作螺旋运动而形成的。本发明还公开了上述麻花钻在钻孔加工中的应用。本发明的麻花钻具有良好的综合钻削性能，能在更短的时间内以更低的钻削功率消耗、更高的刀具耐用度完成孔的钻削加工，且刃磨方法简便易行。

Description

前刀面带槽的曲折刃麻花钻

技术领域

本发明涉及切削刀具技术领域，更具体地，涉及一种麻花钻。

背景技术

麻花钻是一种在实体工件上钻孔的通用刀具，俗称钻头。现在在制造企业广泛使用的麻花钻是标准麻花钻(我国每年生产数十亿只)，具有以下结构特征：1)主刃为直线；2)主刃前刀面为直线发生线经过螺旋运动形成的直纹螺旋面；3)后刀面为圆锥面。标准麻花钻之所以获得广泛应用，是它有许多优点，其中最主要的优点是刃磨方法简单，定心稳定可靠。但是，标准麻花钻也存在明显缺陷，主要表现在：1)切削角度分布很不合理，主刃各点的前角变化过大，其中外缘转点处的前角超过30°，横刃转点处的前角小于-60°，横刃各点的前角为-55°～-60°，切削性能因此很差，轴向力大，钻削能耗高；2)大直径钻头的主刃长，钻削碳钢时切屑宽且卷不紧，切屑占用空间大，而且各点切屑流出速度相差较大，排屑不顺利，切削液不容易加注到钻削区。

长期以来，人们一直致力于通过改进标准麻花钻的结构来提高其切削性能，先后提出过数十种麻花钻结构，其中最富盛名的是我国研制的“群钻”。标准型群钻放弃了直线刃，采用以“三尖七刃”为特征的刃磨结构，极大地改善了主刃的切削角度分布状况和切屑形态，降低了钻削能耗，提高了麻花钻的耐用度和加工孔的质量，其优越的切削性能至今没有被超越。遗憾的是，由于群钻的后刀面刃磨结构和刃磨方法过于复杂，手工操作很不方便，机器操作实现难度大，因此，尽管我国曾经于上世纪六、七十年代动用行政力量在全国企业大力推广群钻刃磨法，但群钻的应用至今非常有限。上世纪末，美国率先研制出七轴联动数控群钻刃磨床，很好地解决了群钻的自动化刃磨问题，但七轴联动数控磨床动辄数十万甚至数百万元的价格，一般企业难以接受；目前，我国市场上已有技术成熟的群钻专用刃磨机销售，尽管价格不到十万元/台，但为价格只有20元/只的麻花钻购买这样的专用刃磨机，一般企业依然接受不了。正因为如此，在可以预见的时间内，群钻要在企业大面积推广应用依然困难重重。

人们提出的许多通过改进刃磨结构和刃磨方法而获得的改进型麻花钻，包括发明人本人上世纪90年代参与提出的曲线刃麻花钻，尽管性能优越，但大都与群钻的命运一样。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服群钻等通过优化后刀面刃磨结构而获得的改进型麻花钻因为刃磨结构和刃磨方法复杂而难以推广，以及标准麻花钻刃磨方法简单但钻削性能和节能效果低劣的缺陷，提出了一种前刀面带槽的曲折刃麻花钻，其具有良好的综合钻削性能，能在更短的时间内以更低的钻削功率消耗、更高的刀具耐用度完成孔的钻削加工，且刃磨方法简便易行、钻孔精度有所提高。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种麻花钻，其特征在于，该麻花钻的主刃为曲折刃，而主刃前刀面螺旋面表面开有若干螺旋槽，该螺旋槽是以在麻花钻端平面上的投影为一曲线或折线（即主刃曲线）作为发生线绕着钻轴作螺旋运动而形成的。

作为本发明的改进，所述螺旋槽的数量、槽深和槽的截面形状可变。

作为本发明的改进，所述螺旋槽为3-10个，优选为4个、6个或7个。

作为本发明的改进，所述主刃后刀面采用锥面、倾斜平面或螺旋面结构，便于刃磨。

作为本发明的改进，当主刃后刀面采用锥面时，所述麻花钻的原始锋角一般小于118°。

作为本发明的改进，所述麻花钻的横刃为近似直线。

本发明还公开了一种上述麻花钻在钻孔加工中的应用。

本发明中，螺旋沟槽的主刃前刀面螺旋面部分具有若干小的螺旋槽，而这些小螺旋槽与螺旋沟槽类似，是以在麻花钻端平面上的投影为一组周期性曲/折线或者非周期性曲/折线作为发生线，绕着钻轴作螺旋运动而形成的。

本发明中，小螺旋槽的数量、槽深和槽的截面形状，都可以在一定范围内变化。

本发明中，后刀面采用便于刃磨的锥面、倾斜平面或螺旋面结构，以方便推广。

本发明中，当后刀面采用锥面时，其刃磨参数可以参照确定标准麻花钻刃磨参数的方法，通过计算获得。

本发明中，曲折刃麻花钻的其他结构参数，如螺旋沟槽非主刃部分的形状、螺旋角、麻花钻副刃的结构、颈部与柄部结构等与标准麻花钻完全相同，以方便制造加工。

本发明中，曲折刃麻花钻的横刃与标准麻花钻一样为近似直线，制造时可以按照通行方法修磨横刃。修磨横刃将会使曲折刃麻花钻获得更好的钻削性能和节能效果。

与标准麻花钻相比，采用具有上述结构特征的曲折刃麻花钻进行钻削加工具有以下特点：

1)主刃切削角度分布趋于合理，钻削功率降低22％～40%。

2)曲折刃能实现分屑，使切屑宽度明显变窄，切屑排出更加顺畅。

3)前刀面上的小螺旋槽使切削液更容易进入到钻削区。

4)主刃锋角一般小于118°，定心性更好，加工孔的质量有所提高。

5)由于同样的钻削功率负荷可以采用更大的钻削用量，钻孔效率和刀具耐用度也有所提高。

与群钻等优化后刀面结构的钻型相比，具有上述结构特征的曲折刃麻花钻具有刃磨简便，易于推广应用的特点。

附图说明

图1是按照本发明一个实施例的前刀面带4个螺旋槽的麻花钻钻尖部分结构的轴测图。

图2是按照本发明的该实施例的前刀面带4个螺旋槽的麻花钻钻尖部分的视图(不修磨横刃)。

图3是按照本发明该实施例的前刀面带4个螺旋槽的麻花钻钻尖部分的视图(修磨横刃)。

图4是按照本发明的另一个实施例的前刀面带6个螺旋槽的麻花钻钻尖部分结构的轴测图。

图5是按照本发明的该另一个实施例的前刀面带6个螺旋槽的麻花钻钻尖部分的视图(实施例二)。

图6是按照本发明的前刀面带7个螺旋槽的麻花钻钻尖部分结构的轴测图(实施例三)。

图7是按照本发明的前刀面带7个螺旋槽的麻花钻钻尖部分的视图(实施例三)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的麻花钻，其主刃前刀面螺旋面部分具有若干小的螺旋槽，而这些小螺旋槽与螺旋沟槽类似，是以在麻花钻端平面上的投影为一组周期性曲/折线或者非周期性曲/折线作为发生线，绕着钻轴作螺旋运动而形成的。

本发明中，麻花钻上的螺旋槽的数量、槽深和槽的截面形状，都可以在一定范围内变化。

与传统麻花钻类似，后刀面采用便于刃磨的锥面、倾斜平面或螺旋面结构，以方便推广。当后刀面采用锥面时，其刃磨参数可以参照确定标准麻花钻刃磨参数的方法，通过计算获得。

曲折刃麻花钻的其他结构参数，如螺旋沟槽非主刃部分的形状、螺旋角、麻花钻副刃的结构、颈部与柄部结构等与标准麻花钻完全相同，以方便制造加工。

曲折刃麻花钻的横刃与标准麻花钻一样为近似直线，制造时可以按照通行方法修磨横刃。推荐采用十字刃磨法或者综合式刃磨法对横刃进行刃磨（参见杨叔子主编、机械工业出版社2002年1月出版的《机械加工工艺师手册》）。刃磨横刃将会使曲折刃麻花钻获得更好的钻削性能和节能效果。

本发明中，通过在主刃设置多个小螺旋槽，可以显著降低钻削功率。具体地，首先，多个小螺旋槽的存在，使切削液更容易进入到钻削区，降低钻削区的温度和刀-屑、刀-工摩擦系数，从而降低钻削力和钻削功率；其次，通过将主刃设计为具有多个小螺旋槽的曲折刃，可以改善主刃上各点的切削角度分布，使之趋于合理(与各小螺旋槽对应的整个主刃的b、c、d段（见附图1）的前角都为正值)，从而降低钻削力和钻削功率；另外，这种曲折刃具有分屑效果，而分屑既可以降低钻削力与钻削功率，又可以缩短切屑的宽度，有利于切屑的排出。

另外，本发明的麻花钻还可通过减小主刃后刀面磨削锥的锥顶角，来减小麻花钻的锋角，增强钻削时麻花钻的定心性能，一方面提高孔的加工精度，另一方面减弱刃带与工件孔壁的摩擦，进一步降低钻削扭矩和钻削功率；而且，还可通过修磨横刃，使横刃部分的前角从很大的负值变成0°左右，可以在极大地降低钻削轴向力的同时，降低钻削扭矩和钻削功率；

而主刃后刀面采用标准的锥面结构，使一般企业的技术工人用手工、或简单刃磨夹具即可完成麻花钻的重磨，而不需要借助专用、昂贵的刃磨设备，极大地方便了曲折刃麻花钻的推广和普及。

总之，本发明的曲折刃麻花钻与标准麻花钻相比，曲折刃麻花钻的钻削功率更小，钻削效率更高，排屑更加顺畅，冷却润滑更加方便可靠，工件加工质量更好，刃磨推广更加容易。

图1～图3分别显示了按照本发明一个实施例的曲折刃麻花钻的钻尖部分结构示意图(适合于加工中碳钢，下同)。其中，图1是具有4个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的轴测图(不修磨横刃)；图2是具有4个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的主视图和俯视图(不修磨横刃)；图3是具有4个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的主视图和俯视图(修磨横刃)。本实施例中，优选钻头直径为25.0mm，钻芯半径1.800mm，外缘转点处的螺旋角β=30°；后刀面为圆锥面；半锋角为51.496°，横刃斜角为54.011°，结构圆周后角为14.555°，30°尾隙角为4.596°；小螺旋槽参数：槽顶位置f=1.469mm，槽深e=1.474mm，a=0.505mm，b=0.147mm，c=2.178，d=0.179mm；后刀面刃磨参数：磨削锥半锥角θ=29.178°，锥轴倾斜角σ=23.141°，偏移向距s=4.023mm，中心向距h=16.364mm。

图4～图5分别显示了本发明另一个实施例的曲折刃麻花钻的钻尖部分结构示意图。其中，图4是具有6个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的轴测图；图5是具有6个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的主视图和俯视图。该实施例中，优选钻头直径为25.0mm，钻芯半径1.800mm（精确到小数点后面3位，下同），外缘转点处的螺旋角β=31°；后刀面为圆锥面；半锋角为49.739°，横刃斜角为60.801°，结构圆周后角为13.016°，30°尾隙角为3.523°；小螺旋槽参数(各参数的含义与图2、图3所标注的完全一样，下同)：槽顶位置f=1.261mm，槽深e=1.267mm，a=0.397mm，b=0.114mm，c=1.279，d=0.187mm；后刀面刃磨参数：磨削锥半锥角θ=30.267°，锥轴倾斜角σ=19.932°，偏移向距s=3.514mm，中心向距h=16.025mm。

图6～图7分别显示了本发明第三个实施例的曲折刃麻花钻的钻尖部分结构示意图。其中，图6是具有7个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的轴测图；图7是具有7个小螺旋槽的曲折刃麻花钻钻尖部份的主视图和俯视图。该实施例中，钻头直径为18.0mm，钻芯半径1.296mm，外缘转点处的螺旋角β=31°；后刀面为圆锥面；半锋角为48.241°，横刃斜角为57.367°，结构圆周后角为15.799°，30°尾隙角为4.390°；小螺旋槽参数：槽顶位置f=0.907mm,槽深e=0.724mm,a=0.233mm，b=0.083mm，c=0.726mm，d=0.110mm；后刀面刃磨参数：磨削锥半锥角θ=27.959°，锥轴倾斜角σ=21.008°，偏移向距s=2.971mm，中心向距h=13.313mm。

上述实施例的麻花钻，两条主刃及主刃前刀面的螺旋槽结构可以完全一样，也可以不一样，或者在半径方向上错开半个周期。

上述实施例的麻花钻，钻削功率可以降低22％～40%，切屑排出顺畅，切削液也更容易进入到钻削区。由于同样的钻削功率负荷可以采用更大的钻削用量，钻孔效率提高近1倍，刀具耐用度和加工孔的质量也有所提高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种麻花钻，其特征在于，该麻花钻的主刃为曲折刃，即主刃前刀面螺旋面表面具有若干螺旋槽，且该螺旋槽是以在麻花钻端平面上的投影为曲线或折线作为发生线绕着钻轴作螺旋运动而形成的。

2.根据权利要求1所述的一种麻花钻，其中，所述螺旋槽的数量、槽深和槽的截面形状可变。

3.根据权利要求1或2所述的一种麻花钻，其中，所述麻花钻的两条主刃或主刃上的螺旋槽结构可以一样，也可以不一样，或者主刃上的各螺旋槽在半径方向上错开半个周期。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种麻花钻，其中，各主刃上的螺旋槽数量为3-10个，优选为5个、6个或8个。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种麻花钻，其中，所述主刃后刀面采用锥面、倾斜平面或螺旋面结构，便于刃磨。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种麻花钻，在主刃后刀面为锥面时，所述麻花钻的原始锋角一般小于118°。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种麻花钻，其中，所述麻花钻的横刃为近似直线。

8.上述权利要求1-7中任一项所述麻花钻在钻孔加工中的应用。