CN106573317A - 钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钻头，在钻头中，前刀面设置有负倒棱，并且负倒棱与后刀面相交处、后刀面与刃带相交处以及负倒棱与刃带相交处的脊线在纵向矩形截面中构造成凸曲面，其中，定位在后刀面与刃带相交处的第二脊线的凸曲面的曲率半径为定位在后刀面与负倒棱相交处的第一脊线的凸曲面的曲率半径的0.8倍至1.5倍，并且定位在负倒棱与刃带相交处的第四脊线的凸曲面的曲率半径为第一脊线的凸曲面的曲率半径的1.5倍至3.0倍。

Description

钻头
技术领域
本发明涉及一种通过设计刀刃顶端处理而延长寿命的钻头。
背景技术
钻头(尤其是由比高速钢脆的硬质合金形成的钻头)受到用于强化切削刃的刀刃顶端处理，以得到更长的寿命。
可以通过去除刀刃顶端的尖锐部分(例如，通过倒角或珩磨)来强化切削刃。
在例如下述专利文献(PTL)1中所述的用于进行强化的刀刃顶端处理中，麻花钻的切削刃被倒角成直面和弯曲面的组合或弯曲面。倒角部分的弯曲部分被镜面抛光或缎光处理(satin finish)，以抑制硬颗粒浮在弯曲部分表面上。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本未经审查的专利申请公开No.2000-52121
发明内容
技术问题
如PTL 1所述，通常通过沿着切削刃切削前刀面和后刀面来使刀刃顶端变钝从而强化刀刃顶端。然而，在这种处理中，难以抑制对切削刃的外周部的损伤。
在常规刀刃顶端处理中，切削刃的切削速度最快的最外周部(特别是在后刀面和倒角面的相交位置处以及后刀面和刃带的相交位置处的脊线)中的抗崩刃性不足。
因此，切削刃的外周部因处理期间的重复微振而发生细小崩刃。这引发了磨损和损伤的发展。
本发明的目的在于使钻头的寿命比如下常规钻头的寿命长：常规钻头受到抑制钻头的切削刃的外周部中的磨损和损伤的一般刀刃顶端处理。
解决问题的技术方案
在根据作为上述问题的解决方案提供的本发明模式的钻头中，在前刀面上设置有用于强化刀刃顶端的负倒棱，并且所述负倒棱与后刀面的相交位置处的脊线、所述后刀面与刃带的相交位置处的脊线以及所述负倒棱与所述刃带的相交位置处的脊线在纵向矩形截面中为凸曲面。当所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的第一脊线的所述凸曲面的曲率半径为1时，所述后刀面与所述刃带的所述相交位置处的第二脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的0.8倍至1.5倍，并且所述负倒棱与所述刃带的所述相交位置处的第四脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的1.5倍至3.0倍。
本发明的有益效果
在根据本发明模式的钻头中，切削刃的外周部中很少发生细小崩刃，并且抑制了因细小崩刃引发的早期磨损。这极大地延长了寿命。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的钻头的实例的侧视图。
图2是从图1的箭头A的方向观察时的切削刃的外端部的放大侧视图。
图3是图1的钻头的正视图。
图4是图1的一部分的放大侧视图。
图5是切削刃的外端部中的拐角部分的放大透视图。
图6是示出了图5的拐角部分中的表面之间的脊线被倒圆角之前的状态的透视图。
图7是示出了在评估试验中使用的原型钻头中的切削刃的外端部的拐角部分的磨损状态的透视图。
图8是示出了在评估试验中使用的对比钻头中的切削刃的外端部的拐角部分的磨损状态的透视图。
具体实施方式
[本发明的实施例的细节]
在根据本发明的实施例的钻头中，在前刀面上设置有用于强化刀刃顶端的负倒棱。所述负倒棱与后刀面的相交位置处的脊线、所述后刀面与刃带的相交位置处的脊线以及所述负倒棱与所述刃带的相交位置处的脊线在纵向矩形截面中为凸曲面。当所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的第一脊线的所述凸曲面的曲率半径为1时，所述后刀面与所述刃带的所述相交位置处的第二脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的0.8倍至1.5倍，并且所述负倒棱与所述刃带的所述相交位置处的第四脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的1.5倍至3.0倍。
这样，所述负倒棱与后刀面的相交位置处的脊线、所述后刀面与刃带的相交位置处的脊线以及所述负倒棱与所述刃带的相交位置处的脊线由凸曲面形成，并且当所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的第一脊线的所述凸曲面的曲率半径为1时，所述后刀面与所述刃带的所述相交位置处的第二脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的0.8倍至1.5倍，并且所述负倒棱与所述刃带的所述相交位置处的第四脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的1.5倍至3.0倍。在这种钻头中，切削刃的外周部中很少发生细小崩刃，并且抑制了由细小崩刃引发的早期磨损。这极大地延长了寿命。
[本发明的实施例的细节]
在下文将参考图1至图5的附图对根据本发明的实施例的钻头的特定实例进行描述。应注意的是，本发明不限于这些说明。本发明的范围由权利要求书限定，并意图涵盖落入权利要求书及其等同内容的范围内的所有变型。
所示钻头1是双容屑槽麻花钻。螺旋容屑槽3的设置在主体部2的外周上的位于远侧端部附近的槽面用作前刀面4。
前刀面4与远侧后刀面5的相交位置处的脊线、后刀面5与设置在主体部2的远侧端部中心处的修磨横刃部7的沟槽面的相交位置处的脊线形成切削刃6。附图标记8和9分别表示刃带以及自主体部2起向后延伸的刀柄。
钻头1具有用于对前刀面4进行刀刃顶端强化的负倒棱10。如图2所示，设置在所示钻头中的负倒棱10相对于钻头轴线沿负方向(与螺旋容屑槽3的螺旋方向相反的方向)倾斜预定角度α。
考虑到切削刃的锐度与刀刃顶端强化之间的平衡，将角度α设定在约-15°至-35°。
当从与轴线垂直的方向观察(见图4)时，负倒棱10的宽度w被设定在约0.03mm至0.15mm。通过选定该数值范围，可以在确保锐度的同时强化刀刃顶端。
通过在前刀面上形成负倒棱10，去除了刃带8的由图2和图6中的单点划线示出的区域。如图6所示，刃带8的最远侧端部处形成有拐角C，在拐角C处，负倒棱10、后刀面5和刃带8这三个面相交。
在常规刀刃顶端处理中，因为拐角C的顶端容易崩刃，细小崩刃从顶端开始并且受损部分扩展，所以切削刃的外周部的磨损似乎因锐度减小而加快。
通过研究有效地抑制切削刃的外周部中的磨损和受损的措施来完成本发明。结果，本发明的发明人发现有效的是：在后刀面5、刃带8和负倒棱10这三个面的相交位置处形成在纵向矩形截面中为凸曲面形状的第一脊线RL1、第二脊线RL2和第四脊线RL4。这些脊线被倒圆角而为凸曲面。
第一脊线RL1是后刀面5与负倒棱10的相交位置处的脊线，第二脊线RL2是后刀面5与刃带8的相交位置处的脊线，并且第四脊线RL4是负倒棱10与刃带8的相交位置处的脊线。
前刀面4与刃带8的相交位置处的第三脊线RL3以及负倒棱10与前刀面4的相交位置处的第五脊线RL5也可以受到与第一脊线RL1、第二脊线RL2和第四脊线RL4类似的倒圆角处理。第五脊线RL5也通过倒圆角而被强化。
第一脊线RL1至第四脊线RL4的在纵向矩形截面中的凸曲面的曲率半径优选地为0.01mm以上。通过将曲率半径设定为0.01mm以上，可以抑制所谓的膜缺漏(film skipping)现象(形成不发生膜沉积的部分)，并且当本发明应用于表面设置有例如TiAl等高耐磨硬质涂层的涂层钻头时，也可以适当地对脊线进行涂覆。
当以第一脊线RL1的曲率半径为1时，给出各脊线的凸曲面的曲率半径相对于第一脊线RL1的曲率半径的比率。有利的是，第二脊线RL2和第三脊线RL3的曲率半径为第一脊线RL1的曲率半径的0.8倍至1.5倍，而第四脊线RL4的曲率半径为第一脊线RL1的曲率半径的1.5倍至3.0倍。
第一脊线RL1的足够的曲率半径为0.015mm至0.035mm。第一脊线RL1的更优选的曲率半径为0.021mm至0.035mm。在该范围内，切削刃的外周部中很少发生细小崩刃，并且抑制了由细小崩刃引发的早期磨损。这极大地延长了寿命。在第一脊线RL1中，外周侧的曲率半径优选地大于旋转中心侧的曲率半径。通过使旋转中心侧的曲率半径更小，可以抑制切削刃的锐度减小。通过将外周侧的曲率半径设定为更大，可以提高对拐角C的强化效果。
第二脊线RL2的优选的曲率半径为0.020mm至0.040mm，并且第四脊线RL4的优选的曲率半径为0.040mm至0.075mm。在这些范围内，切削刃的外周部中很少发生细小崩刃，并且抑制了由细小崩刃引发的早期磨损。这极大地延长了寿命。
实例
以由硬质合金形成且具有图1至图5所示形状的双容屑槽麻花钻为原型。直径D为8mm，并且有效刀刃长度L和直径D的比率L/D为5。在原型钻头中，当从与轴线垂直的方向观察时，沿着切削刃的前刀面设置有负倒棱，该负倒棱具有-25°的倾斜角α和0.07mm的宽度w。
负倒棱与后刀面之间、负倒棱与刃带之间以及后刀面与刃带之间的脊线(第一脊线RL1、第二脊线RL2、第四脊线RL4)被倒圆角以在纵向矩形截面中为凸曲面。
通过将钻头的远侧端部插入到抛光介质粉末中并旋转且沿与轴线垂直的方向移动钻头，来将脊线倒圆角。因此，第三脊线RL3和第五脊线RL5在纵向矩形截面中也为倒圆的凸曲面。
对第一脊线RL1、第二脊线RL2和第四脊线RL4的凸曲面的曲率半径而言，第一脊线RL1的曲率半径为约0.025mm，第二脊线RL2的曲率半径为约0.03mm，并且第四脊线RL4的曲率半径为约0.060mm。
在刀刃顶端的强化处理之后，利用PVD在钻头表面上形成TiAl的涂层膜。
在下述条件下，通过使用该原型钻头和对比钻头来对工件钻孔，在对比钻头中，与原型钻头的负倒棱类似的负倒棱形成在前刀面上并且负倒棱与后刀面之间的脊线通过珩磨(对比钻头与原型钻头仅在对脊线的处理方法上不同)而被倒圆角。
切削条件
工件：S50C(HB230)
切削速度：Vc＝80m/min
进给量：f＝0.25mm/rev
机加工孔深：H＝38mm
总切削长度：36m
内部供油湿法切削
基于该试验结果，对比钻头在图8的阴影线区域中(即，在第一脊线RL1、第二脊线RL2和第四脊线RL4的拐角附近的区域以及沿着第一脊线RL1的区域中)显著磨损。
相比之下，如图7所示，在原型钻头中，已倒圆角的第一脊线RL1、第二脊线RL2以及第四脊线RL4的一部分仅轻微磨损。
原型钻头的磨损部分稍远离拐角C的顶端。这是因为通过将第一脊线RL1、第二脊线RL2和第四脊线RL4这三条脊线倒圆角使得拐角C被倒圆角，切削刃的外端部与工件的接触点发生了后退。
与拐角顶端相比，磨损部分不易崩刃。因此，抑制了细小崩刃的扩展，并且使得负倒棱、后刀面和刃带这三个面相交处的拐角的磨损速度小于常规钻头。
虽然在性能评估试验中使用的钻头均是表面具有硬质涂层的双容屑槽涂层麻花钻，但本发明也应用于例如不具有硬质涂层的钻头、具有三个以上容屑槽的钻头以及切屑排出沟槽没有扭曲的直柄钻头。
附图标记列表
1 麻花钻
2 主体部
3 螺旋容屑槽
4 前刀面
5 后刀面
6 切削刃
7 修磨横刃部
8 刃带
9 刀柄
10 负倒棱
RL1 后刀面和负倒棱的相交位置处的第一脊线
RL2 后刀面和刃带的相交位置处的第二脊线
RL3 前刀面和刃带的相交位置处的第三脊线
RL4 负倒棱和刃带的相交位置处的第四脊线
RL5 负倒棱和前刀面的相交位置处的第五脊线
α 负倒棱的倾斜角
w 当从与轴线垂直的方向观察时的负倒棱的宽度
C 负倒棱、后刀面和刃带这三个面相交处的拐角

Claims (7)

1.一种钻头，在所述钻头中，在前刀面上设置有负倒棱，并且所述负倒棱与后刀面的相交位置处的脊线、所述后刀面与刃带的相交位置处的脊线以及所述负倒棱与所述刃带的相交位置处的脊线在纵向矩形截面中为凸曲面，
其中，当所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的第一脊线的所述凸曲面的曲率半径为1时，所述后刀面与所述刃带的所述相交位置处的第二脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的0.8倍至1.5倍，并且所述负倒棱与所述刃带的所述相交位置处的第四脊线的所述凸曲面的曲率半径为所述第一脊线的所述曲率半径的1.5倍至3.0倍。
2.根据权利要求1所述的钻头，其中，所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的所述第一脊线的所述凸曲面的所述曲率半径为0.015mm至0.035mm。
3.根据权利要求1所述的钻头，其中，所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的所述第一脊线的所述凸曲面的所述曲率半径为0.021mm至0.035mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钻头，其中，所述后刀面与所述负倒棱的所述相交位置处的所述第一脊线的所述凸曲面在外周侧的曲率半径大于在旋转中心侧的曲率半径。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钻头，其中，当从与轴线垂直的方向观察时，所述负倒棱的宽度被设定在0.03mm至0.15mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钻头，其中，所述前刀面与所述刃带的相交位置处的第三脊线在所述纵向矩形截面中为凸曲面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的钻头，其中，所述钻头的表面具有高耐磨的硬质涂层。
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