CN104511624A - 深孔钻刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深孔钻刀具，该类型的深孔钻刀具包括：基体；切削刀片(2)，该切削刀片(2)具有被形成在切屑表面(21)和间隙表面(19)之间的切削刃(20)。所述切屑表面(21)包括与所述切削刃(20)和间隙表面(19)相邻的斜切表面(23)，该斜切表面(23)具有限定在两条边界线(24、25)之间的至少0.1mm的宽度，且在沿切削刃的每一个无限小的部分中，该斜切表面(23)与垂直于所述刀具的中心轴线或旋转轴线延伸的参考平面(RP)形成至少25°和至多50°的角(γ)。

Description

深孔钻刀具
技术领域
本发明涉及一种深孔钻刀具，该类型的深孔钻刀具包括：具有中心轴线的基体，假想参考平面以直角朝中心轴线延伸；切削刀片，该切削刀片的材料比基体的材料硬，且该切削刀片包括前侧、后侧和切削刃，该切削刃形成在被包括在前侧中的切屑表面和间隙表面之间，该间隙表面从切屑表面朝后侧延伸，切削刃从沿基体定位的周缘外端到内端向内延伸。本发明还涉及用于所述深孔钻刀具的切削刀片。
背景技术
深孔钻削和短孔钻削之间的关于用于各自的操作的刀具的区别目前在现代的钻削技术内部分地是流体。然而，公认的经验法则是，深孔钻削旨在提供至少5倍孔直径D的孔深度，且有时是多于100×D或更大。对于深孔的实心钻削，可以使用多个不同的刀具，所述多个不同的刀具可以根据，除其它之外，排屑是在钻削刀具的外还是通过钻削刀具在内部发生而被分成不同类别。在先提到的情形中，通常使用所谓的枪管钻，切削流体通过该枪管钻被内部地供给通过刀具，且枪管钻包括外部的切屑槽，去除的切屑通过该切屑槽在向后方向上通过已钻出的孔返回。在其它钻削刀具中，分别根据称为STS(单管系统)和所谓的喷射器系统的两种不同的系统，切削流体的供给在刀具外部进行，且排屑在内部通过刀具进行。
对于许多形式的深孔钻削难于掌控的问题在于切屑形成，更确切地说是钻削刀具将去除的切屑破碎成更小的碎片的能力。即，如果切屑被去除并被允许在没有任何断屑障碍的情况下发展，则切屑将形成长的，几乎是无端的和螺旋状的构造。这导致很多难题，不仅到目前为止切屑可能在钻削刀具中和/或钻孔中堵塞，甚至不被从钻孔中排出，或者最常见的，切屑形成不合适的缠结的球，该不合适的缠结的球使得将切屑从目前最常见的内装式机器(例如CNC机床)或多操作机床中输送离开更加困难，或甚至是不可能的。
深孔钻刀具以及用于加工金属工件的其它切削刀具的设计者的一般目标通常是使刀具尽可能地容易切屑，更确切地说是通过以锐角楔角(＝切削刃的切屑表面和切削刃的间隙表面之间的角度)的形式赋予刀具的切削刃正的切削几何形状。然而，这种切削几何形状可能引起与某类型的材料(例如不锈钢、低碳钢等)的加工有关的劣等的或差的断屑，特别是如果所选择的进给是适中的且因此产生薄的切屑。
在本文中还应提到，之前已知的深孔钻刀具的切削刃可以以各种方式例如借助于切削刃倒圆来进行加强，该切削刃倒圆在切屑表面和间隙表面之间的过渡部中赋予约0.01-0.05mm的半径，而不是赋予与切削刃线相邻的如剃刀般尖锐的切削刃。同样发现：具有多达0.05mm的宽度的所谓加强斜面。然而，该类型的微小的切削刃加强对切削刃的通常正的切削几何形状及其易切削能力没有明显的影响；这意味着切削刃具有劣等的断屑能力。
为了处理断屑问题，该断屑问题是尤其与深孔钻刀具有关的问题)，之前已经尝试形成带有不同类型的断屑器的刀具的切削刀片。对于这样的断屑器，不管它们与切削刀片是分离的还是整体的，通常的是，断屑器以一定距离位于切削刃的切削刃线的后面，且涉及剪切下来的切屑(不管是不是全部)将在其撞击断屑器之前都沿切屑表面或多或少滑动远距离。在某些应用中，这样的断屑器可以提供可接受的将切屑破碎成更小的碎片，但是其它应用中，其中材料是长切屑且切屑是薄的，切屑将在没有断裂的情况下有时间发展。换句话说，切屑可自由地卷离成难以操控的长螺旋构造。
发明内容
发明目的和特征
本发明旨在消除之前已知的深孔钻刀具的上述缺点并旨在提供一种该特定类型的改进的刀具以及用于该深孔钻刀具的切削刀片。因此，本发明的主要目的是提供一种深孔钻刀具和切削刀片，该深孔钻刀具和切削刀片具有有效地将去除的切屑分成小的碎片的能力，该切屑小碎片能够被自由地排出已钻出的孔，而与其长度无关，以便使切屑经由传统的切屑输送器能够同样地无干涉地前进到存放处。另外的目的是提供一种在不会使刀具太钝切削的情况下生产短的小切屑的深孔钻刀具和切削刀片。而且，本发明旨在借助于一种在结构上简单且因此能够被以成本效益的方式制造的刀具和刀片来达成上述目的。
根据本发明，至少主要目的被借助于切削刀片的切屑表面以极其容易的方式达成，该切屑表面包括与切削刃及其间隙表面相邻的斜切表面，斜切表面具有被限定在两条边界线之间的至少0.1mm的宽度，且斜切表面在沿切削刃的每一个无限小的部分中与参考平面形成至少25°和至多50°的角度。以这样的方式，切屑的剪切平面被迫关于工件形成角度(＝剪切平面角)，该角度相当大地小于在楔角是锐角且切削几何形状由此是正的时对应的剪切平面角。这意味着与去除紧跟的切屑被向后卷曲并朝向工件的未加工的表面引导，而不是仅沿切削刀片的切屑表面向前滑动。这样的结果将是，一旦切屑(强有力地)撞击未加工的金属，切屑抵靠其表面被破碎。换句话说，切屑将破碎或粉碎成小碎片，而不是进一步以几乎无端的螺旋状的构造卷曲。
在一个实施例中，斜切表面的宽度等于至少0.2mm。以此方式，切屑的碎裂通过斜切表面的最小宽度的增加而得到改进。
在另一个实施例中，斜切表面的宽度最大为0.5mm。以这样的方式，在实际的生产中，在一方面期望将切屑破碎成小碎片和另一方面维持切削刀片的合理地易切削能力之间获得了可接受的折衷。
在另一实施例中，斜切表面与所述参考表面形成至少30°和至多40°的角。以这样的方式，在一方面期望将切屑破碎成小碎片和另一方面维持切削刀片的合理地易切削能力之间也获得了可接受的折衷。
在另一实施例中，斜切表面具有沿其整个长度延伸一致的宽度。以这样的方式，切屑将沿其整个宽度均匀地破碎。
在另一实施例中，本发明适用于深孔钻刀具，该深孔钻刀具的基体一方面包括三个刀座，该三个刀座用于相同数目的切削刀片，即周缘切削刀片、中心刀片和中间刀片，且另一方面包括中心中空空间，该中心中空空间用于切屑从切削刀片的内部排出，不仅周缘切削刀片的切削刃，而且中间刀片中的至少一个的切削刃包括上述类型的斜切表面。
通过根据本发明不仅形成周缘切削刀片而且也形成中间刀片，总体上获得良好的断屑，这是由于以下事实，即：周缘切削刀片的轨道运行速度大于中间刀片的轨道运行速度，中间刀片的轨道运行速度则大于中心刀片的轨道运行速度(在同一转数下)。
在另一实施例中，前侧经由凹拱形的过渡表面转变成切屑表面，切屑表面从该凹拱形的过渡表面延伸，一直到斜切表面。拱形的过渡表面在许多操作情形和材料中用作断屑器。然而，其在例如低的进给和低碳钢的情形中作用较差。这是用于根据本发明的深孔钻刀具的主要应用领域的示例。在该背景下，切屑表面被形成带有上述的斜切表面，用于保证在这些特定的操作情形/材料中的断屑。而且，可以提到的是，切屑表面还可以与过渡表面一起形成连续的凹拱形的表面，一直到斜切表面。
在又一实施例中，切屑表面在过渡表面和斜切表面之间平地且平行于与中心轴线平行延伸的轴向平面延伸。以这样的方式，避免了过分的断屑(也称为过于破碎)。在某些材料和操作情形中，切屑不应被太严重地破碎，这是因为这将减小切削刀片的使用寿命以及造成在加工期间的振动和扰动声音/噪声。
在另一实施例中，过渡表面和斜切表面之间的切屑表面代替地与平行于中心轴线延伸的轴向平面成角度地延伸。以这样的方式，例如，通过切屑表面与参考平面形成钝角，能够提供更正的切削几何形状(参见图15)。换句话说，通过增加切屑表面从斜切表面朝凹形的过渡表面形成的下坡斜面的斜度，提供所谓的正的前角。这样，实现了更易切削的几何形状，该更易切削的几何形状可以补偿斜切表面到一定程度，从而赋予更钝切削的切削刃。
现有技术
深孔钻刀具以及具有不同设计的硬切削刀片的其它钻削刀具之前通过US 5302060、US 2011/0268519、EP0775547、EP1902799、US6039515和US 4776732是已知的。然而，在这些已知的钻削刀具设计中，没有一个具有在所附的权利要求书中限定的类型的切削刀片中的任何斜切表面。换句话说，已知的钻削刀具的断屑能力是劣等的。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明以钻头形式形成的深孔钻刀具的俯视图(在所有图中，刀具被以其前端或尖端向上翻转)；
图2是根据图1的刀具的侧视图；
图3是相同刀具的从上方的端视图；
图4是放大的俯视图，其中几何固定点已经被插入；
图5是相对于根据图2的侧视图旋转90°的另外的侧视图；
图6是示出从刀具的基体分离的三个切削刀片的透视分解图；
图7是示出以与图3中不同的另一旋转角度的刀具的另一端视图；
图8是图7中的剖面VIII–VIII；
图9是被包括在钻削刀具中的周缘切削刀片的放大的前视图；
图10是图9中的剖面X–X；
图11是被包括在刀具中的中间刀片的前视图；
图12是图11中的剖面XII–XII；
图13是示出被包括在分别根据图9/10和图11/12的周缘刀片和中间刀片中的类型的切削刃的设计的细节放大图；
图14是在用于深孔钻刀具的传统的之前已知的切削刀片中的切削刃的设计和功能的示意图；和
图15是根据本发明的关于断屑方面的切削刃的功能的对应视图。
具体实施方式
在随后的图1-13中，示出本发明应用于STS类型的深孔钻刀具，更确切地说是以基体1(该基体1也被本领域技术人员称为“钻头”或“刀具主体”)的形式，该基体1在可用状态中被应用于管子(未示出)的前端，该管子的长度取决于期望的孔深度。在该情形中，基体1配备有三个切削刀片，即周缘切削刀片2、中心刀片3和中间刀片4。在刀具中，还包括两个周缘垫，即支撑垫5和导向垫6。通常，切削刀片2、3、4以及垫5、6由比基体1的材料硬且耐磨的材料制造。通常，硬质材料由硬质合金组成，基体的材料由例如高速钢(HSS)类型的粉末钢的钢组成。
所有切削刀片被放置在基体的前端7中(参见图1和8)。周缘刀片2和中心刀片3被与第一入口8相邻地定位，且中间刀片4与第二入口9相邻地定位。这些入口通入共同的圆柱形中空空间10中，该圆柱形中空空间10形成通过基体轴向地延伸的排屑通道。在STS钻削中，必要的切削流体在外部供应到切削刀片，即在管子/基体的外侧和围绕孔壁之间的环形狭缝中，而由切削刀片去除的切屑在内部通过中空空间10和随后的管子排出。
在示例中，切削刀片2、3、4被通过硬焊(brazing)连接，且从而被至少半永久性地固定到基体。更确切地说，切削刀片被放置在刀座12、13、14(参见图6)中，刀座12、13、14中的每一个均包括三个平坦表面，各个单独的切削刀片的三个同样地平坦的表面能够被硬焊到刀座的这三个平坦表面。然而，本发明还适用于设计有例如螺纹孔以用于借助于螺钉将刀片紧固到基体的可更换的切削刀片。
基体1具有大体旋转对称的形状。更确切地说，轴向地位于切削刀片和垫的后面的外部表面关于中心轴线C旋转对称。鉴于此，应提到的是，深孔钻削利用了刀具和工件之间的相对旋转，或者是通过刀具旋转(但是工件不旋转)，或者是(最常见)通过工件旋转但是刀具不旋转。而且，这些旋转运动的组合也见到过。必要的进给最常通过刀具被压入到工件中来执行。所有这些操作以中心轴线C作为几何固定点来完成。
在图4中，示出两个假想几何平面，即一方面标记为RP的参考平面(径向平面)，该参考平面RP垂直于中心轴线C延伸且在该示例中被与周缘切削刀片2放置在一个高度上，和另一方面标记为AP的轴向平面，该轴向平面AP平行于中心轴线C延伸。
不同的切削刀片的基本形状可以例如由周缘切削刀片2的形状来代表。因此，类似于其它切削刀片，周缘切削刀片包括通常标记为15的前侧和后侧16。在示例中，前侧和后侧16是平坦的且相互平行的。此外，切削刀片由两个平坦的且相互平行的侧表面17a、17b、端表面18以及呈间隙表面19形式的前表面界定。整体上标记为20的切削刃被形成在间隙表面19和被包括在前侧15中的切屑表面21之间。
在示例中，切削刀片2的前侧和后侧15、16平行于中心轴线C延伸。更确切地说，前侧以及后侧平行于轴向平面AP。还应提到的是，在该情形中，切屑表面21是平坦的且平行于表面15、16，以及经由凹拱形过渡表面22转变成前侧15。
如图9中看到的，切削刃20以相对于参考平面RP的角度α倾斜。在该示例中，α等于18°，这暗示钻的所谓顶角(point angle)等于144°(72°+72°)。在图10、12和13中，此外看到，间隙表面19具有间隙角β，该间隙角β在该示例中等于12.6°。因为切削刀片平行于轴向平面AP延伸，所以间隙角β不仅变成名义上的，而且也是功能上的，即，当切削刀片被硬焊在附属的刀座中时，该间隙角β具有相同的值。在图13中，看到，切屑表面21与间隙表面19形成锐角楔角δ。而且，切屑表面21在过渡表面22和斜切表面23之间平地且平行于轴向平面AP延伸。换句话说，切屑表面21与参考平面RP形成90°的角γ2。这意味着切屑表面21与间隙表面19之间的楔角δ等于77.4°(＝90°-12.6°)。图15示出包括切屑表面21的另一实施例，切屑表面21与参考平面RP形成钝角γ2(即γ2>90°)。以这种方式，通过允许切屑表面21在向后方向上和向下从斜切表面23倾斜，能够获得更容易切削的几何形状。这可以补偿斜切表面23到一定程度，从而赋予更钝切削的切削刃20。该实施例具有与根据图13的实施例相同的间隙角β，且从而具有也有助于更容易切削的几何形状的更锐角的楔角δ。
本发明的特征在于，在切削刃20中，包括斜切表面23(具体地参见图13)，斜切表面23形成在切屑表面21和间隙表面19之间并具有标记为W的宽度以及关于参考平面RP的角γ。在所示示例中，斜切表面23是平坦的且在两条平行延伸的边界线24、25之间延伸，当在刀具的旋转方向上观看时，两条平行延伸的边界线24、25中的后提到的边界线25位于先提到的边界线24的后面。换句话说，斜切表面23具有沿其整个长度延伸一致的宽度，更确切地是从径向外端26(参见图9)到径向内端27(该径向外端26和径向内端27也形成切削刃20的外端和内端)。剖面X–X(以及图11中的剖面XII–XII)可以沿切削刃的任何无限小的部分或分段定位。为了实现关于断屑的预期效果，斜切表面23的宽度W应等于至少0.1mm。由于相同的原因，角γ应等于至少25°，然而，不超过50°。在该示例中，γ等于37.1°。对于针对角γ规定的阈值和规定的最小宽度W的原因将从下面清楚。
现在参考图14和15中的示意性图示，图14和图15中先提到的图14示出了用于深孔钻刀具的之前已知的切削刀片的刀刃形状。在该情形中，刀刃形状明显地是尖锐的(即使在切屑表面21和间隙表面19之间存在微小的切削刃加强)。当在钻削期间切屑CH借助于这样的切削刃被去除时，剪切平面Psh，即工件的未变形的金属和通过剪切开始形成切屑的变形的金属之间的边界线将具有相对大的角(＝剪切平面角)，更确切地是，在示例中近似为27°。这实际上意味着，如果进给是小的且切屑是薄的，则切屑CH将产生且沿切屑表面21相当无阻力地向前滑动。换句话说，切屑可以在没有立即得到旨在弯曲切屑的任何阻力的情况下卷离。
在图15中，示出作为斜切表面23的存在的结果，切屑是如何被迫行为的。在该情形中，斜切表面将对到达的金属施加背压，这将剪切平面角减小到相当更小的值(在该示例中，近似14°)。这样的结果将是，与切屑的产生有关的切屑从切屑表面21弯出并往回弯曲，以当其撞击在未加工的金属表面上时最终破碎。
通常，本发明的切削刃将随斜切表面的宽度W的增加和/或角γ的增加而是更钝切削的。为了给出关于减小剪切平面角的期望效果并从而给予切削刀片破碎切屑的能力，W应等于至少0.1mm。如果斜切表面被制成相当小于0.1mm，则斜切表面将有点用作切削刃加强，而基本上不影响剪切平面角只要斜切表面的宽度适度地大于0.1mm，切削刃的切削能力按照改进的断屑能力就是可接受的。而且，将宽度增加到至少0.2mm将改进断屑能力，但是随着宽度增加，切削刃将是越来越钝切削的。为此原因，优选地是，使宽度W最大为0.5mm。
以类似的方法，相同的情况适用于角γ。在前述角度区间内的相对小的角，即仅略大于25°的角相应地意味着切削刃仍相当容易切削，然而却形成相当大的剪切平面角，而较大的角，即接近50°的角通过使剪切平面角被急剧地减小而改进断屑。然而，这以切削刃变得更钝切削为代价发生。通过将角度限制到至少30°和至多40°，由此可以形成良好的折衷。借助于分别地规定的参数界限W＝0.1–0.5mm或优选0.2-0.5mm和γ＝25°–50°或优选30°-40°，在一方面期望良好的断屑和另一方面期望维持可接受的切削能力之间获得了良好的折衷。根据本发明，至少周缘切削刀片2且优选地还有中间刀片4被形成带有包括斜切表面23的切削刃。这是因为周缘切削刀片被最困难的断屑问题削弱，尤其是因为仅周缘切削刀片以比中间刀片大的轨道速度移动，中间刀片则以比中心刀片大的轨道速度移动(在同一转数下)。然而，中心刀片3也可以被形成带有相同类型的切削刃，尽管这在附图中没有详细示出。
本发明的可行改型
本发明不仅限于上述和附图中示出的实施例。因此，本发明可以适用于具有可更换的切削刀片而不是固定的切削刀片的钻削刀具。例如，所述类型的断屑斜切表面可以形成在具有多个切削刃的可转位的切削刀片上。此外，所述的斜切表面不需要沿其整个长度延伸具有一致的宽度。角也不需要沿整个切削刃是同样大的。此外，斜切表面的形状可以偏离示出的平坦形状，例如，通过制成为至少略微凹形的。在后面提到的情形中，角由确定斜切表面的在沿切削刃的无限小的部分中的宽度的两条边界线24、25之间的假想弦线来限定。此外，本发明可适用于包括仅一个切削刀片或仅一个切削刃的这样的深孔钻刀具。最后，应提到的是，切削刀片距所加工的表面的间隙能够通过将切削刀片定位在镶装位置中来提供，在该镶装位置中，切削刀片的前侧和后侧不需要与轴向平面平行。

Claims (15)

1.一种深孔钻刀具，包括：具有中心轴线(C)的基体(1)，假想参考平面(RP)以直角朝所述中心轴线(C)延伸；切削刀片(2)，所述切削刀片(2)的材料比所述基体的材料硬，且所述切削刀片(2)包括前侧(15)、后侧(16)和切削刃(20)，所述切削刃(20)形成在被包括在所述前侧(15)中的切屑表面(21)和间隙表面(19)之间，所述间隙表面(19)从所述切屑表面朝所述后侧延伸，且所述切削刃(20)从沿所述基体定位的周缘外端(26)向内延伸到内端(27)，其特征在于：所述切屑表面(21)包括与所述切削刃(20)和所述间隙表面(19)相邻的斜切表面(23)，所述斜切表面(23)具有限定在两条边界线(24、25)之间的至少0.1mm的宽度(W)，且在沿所述切削刃的每一个无限小的部分中，所述斜切表面(23)与所述参考平面(RP)形成至少25°和至多50°的角(γ)。
2.根据权利要求1所述的深孔钻刀具，其特征在于：所述斜切表面的宽度(W)等于至少0.2mm。
3.根据权利要求1或2所述的深孔钻刀具，其特征在于：所述斜切表面(23)的所述宽度(W)等于至多0.5mm。
4.根据前述权利要求任一项所述的深孔钻刀具，其特征在于：所述斜切表面(23)与所述参考平面(RP)形成至少30°和至多40°的角(γ)。
5.根据前述权利要求任一项所述的深孔钻刀具，其特征在于：所述斜切表面(23)具有沿其整个长度延伸一致的宽度。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的深孔钻刀具，所述基体(1)包括三个刀座(12、13、14)，所述三个刀座(12、13、14)用于相同数目的切削刀片，即：周缘切削刀片(2)、中心刀片(3)和中间刀片(4)，以及用于从所述切削刀片进行内部排屑的中心中空空间(10)，其特征在于：至少所述周缘切削刀片(2)和所述中间刀片(4)的切削刃(20)连接到所述斜切表面(23)，所述斜切表面(23)具有限定在两条边界线(24、25)之间的至少0.1mm、优选至少0.2mm的宽度(W)，且在沿所述切削刃的每一个无限小的部分中，所述斜切表面(23)与所述参考平面(RP)形成至少25°和至多50°的角(γ)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的深孔钻刀具，其特征在于：所述前侧(15)经由凹拱形的过渡表面(22)转变成所述切屑表面(21)，所述切屑表面(21)从所述过渡表面(22)延伸，一直到所述斜切表面(23)。
8.根据权利要求7所述的深孔钻刀具，其特征在于：在所述过渡表面(22)和所述斜切表面(23)之间，所述切屑表面(21)平地且平行于与所述中心轴线(C)平行延伸的轴向平面(AP)延伸。
9.根据权利要求7所述的深孔钻刀具，其特征在于：在所述过渡表面(22)和所述斜切表面(23)之间，所述切屑表面(21)与平行于所述中心轴线(C)延伸的轴向平面(AP)成角度地延伸。
10.根据权利要求9所述的深孔钻刀具，其特征在于：在所述过渡表面(22)和所述斜切表面(23)之间，所述切屑表面(21)与所述参考平面(RP)形成钝角(γ2)。
11.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的深孔钻刀具的切削刀片，所述切削刀片包括前侧(15)、后侧(16)和切削刃(20)，所述切削刃(20)形成在被包括在所述前侧(15)中的切屑表面(21)和间隙表面(19)之间，所述间隙表面(19)从所述切屑表面朝所述后侧延伸，其特征在于：所述切屑表面(21)包括与所述切削刃(20)和所述间隙表面(19)相邻的斜切表面(23)，所述斜切表面(23)具有限定在两条边界线(24、25)之间的至少0.1mm的宽度(W)，且在沿所述切削刃的每一个无限小的部分中，所述斜切表面(23)与假想参考平面(RP)形成至少25°和至多50°的角(γ)，所述参考平面(RP)相对于所述深孔钻刀具的中心轴线(C)以直角延伸。
12.根据权利要求11所述的切削刀片，其特征在于：所述斜切表面的宽度(W)等于至少0.2mm。
13.根据权利要求11或12所述的切削刀片，其特征在于：所述斜切表面(23)的所述宽度(W)等于至多0.5mm。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的切削刀片，其特征在于：所述斜切表面(23)与所述参考平面(RP)形成至少30°和至多40°的角(γ)。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的切削刀片，其特征在于：所述斜切表面(23)具有沿其整个长度延伸一致的宽度。
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