CN107378073B - 钻头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻头(2)，所述钻头包括基体(6)，所述基体在轴向方向(4)上沿着旋转轴线(10)延伸并在操作期间围绕所述旋转轴线(10)沿旋转方向(12)旋转。凹槽(14)结合在所述基体(6)中，并且在连续凹槽(14)之间形成后表面(24)，所述后表面相对于所述旋转方向(12)从前凹槽(14)延伸到后凹槽(14)。在所述前凹槽(14)的区域中的所述后表面(24)上，形成引导倒角(26)以及在与所述旋转方向相反的方向上与其间隔开的支撑倒角(28)，其中所述支撑倒角(28)作为径向最外侧区域形成仅用于线性支撑的支撑边缘(34)。

Description

钻头

技术领域

本发明涉及用于切削加工工件的钻头。

背景技术

钻头通常包括沿着旋转轴线以轴向方向延伸的基体。钻头在端表面上包括具有切削刃的钻面，切削刃通常延伸到限定钻头的标称半径的切削拐角。通常将用于移除钻削过程中产生的屑片的凹槽结合到基体中。从切削拐角开始，副切削刃通常沿着各自的凹槽延伸。

存在基本上不同类型的钻头，诸如一件式钻头，特别是实心碳化物钻头，或甚至模块化钻头，其中切削元件，诸如钻头尖端或甚至切削板，通常可逆地可替换地安装在基体上。

为了使得用钻头产生的钻孔具有尽可能高的尺寸稳定性，钻头的可靠引导和实际旋转精度是特别重要的。为了可靠地产生具有限定直径的钻孔，钻头通常包括引导倒角，并且另外还经常在钻头的后表面上形成支撑倒角。“后表面”通常指钻头在周向方向上的两个连续凹槽之间的部分。因此，后表面相对于在操作期间钻头的旋转方向从前凹槽延伸到后凹槽。

在后表面朝向前凹槽的边缘处，通常形成沿着凹槽延伸的所谓的引导倒角。朝向前凹槽的该边缘可被设计成副切削刃。

经常将附加的支撑倒角布置在朝向后凹槽的后表面上。引导倒角和支撑倒角(其通常也如此)两者均在径向方向上延伸到标称半径并且在旋转方向上通常以弧形延伸几个角度。

然而，引导倒角和支撑倒角必然导致相应的倒角与钻孔壁之间的摩擦，这尤其会导致发热，因此导致热负荷，从而导致钻头过早磨损。

发明内容

根据前述内容，本发明的基本任务是要求在产生钻孔时具有高实际旋转精度的钻头，该钻头在操作期间仅显示较小的摩擦，因此仅具有较小的热负荷。

该任务根据本发明通过具有权利要求1所述的特征的钻头得到解决。为了确保在钻孔产生期间尽可能高的实际旋转精度，该钻头包括在其后表面上的引导倒角以及与引导倒角间隔开的支撑倒角。在这种情况下，引导倒角通常直接邻近前凹槽而形成，即，沿着朝向前凹槽的边缘而形成。支撑倒角形成在后表面的朝向后倒角的向后区域中，具体地讲是在后表面的最后三分之一中。在引导倒角与支撑倒角之间，通常以减小的半径形成没有附加支撑倒角或引导倒角的连续间隙。

为了持续保持尽可能低的摩擦并因此保持尽可能低的热负荷，支撑倒角仅包括作为径向最外侧区域的支撑边缘，使得在操作期间仅发生与钻孔壁的线性接触。因此，钻头仅通过支撑倒角得到线性支撑。当从横向于旋转轴线的横截面观察时，支撑倒角因此形成支撑点，当从横截面观察时，支撑倒角通过该支撑点有效地准确地紧靠钻孔内壁。

本设计基于以下考虑：为了确保所需的高实际旋转精度，线性接触足以进行支撑，具体地讲是使得支撑边缘在操作期间不被钻孔壁二维支撑。

与传统的支撑倒角相比，由于支撑表面较小，因此每单位面积的按压力增大，从而可能发生支撑边缘向钻孔壁内的至少较小的弹性穿透。这意味着钻孔内壁会由于支撑边缘而发生弹性变形。

与通常沿旋转方向或周向方向在若干角度的角度范围内延伸的传统支撑倒角相比，该支撑边缘仅在显著小于1°(诸如仅至多0.5°)的角度范围内延伸。这意味着支撑倒角仅在该小角度范围内具有最大半径，具体地讲是标称半径。

有利地，支撑倒角分别相对于支撑边缘在前向和后向上缩进，使得其仅在支撑边缘处具有其最大半径。分别朝向支撑边缘上升的前导表面区域(leading surface region)和后随表面区域(trailing surface region)分别邻接支撑倒角。相对于旋转方向的后随表面区域在这种情况下优选地为研磨表面。在生产过程中该后随表面区域有效地从后面朝向前导表面区域被研磨。

有利地，前导表面区域和后随表面区域以钝角朝向彼此取向。因此，支撑边缘总体被设计得非常钝，准确地讲，不锋利。这防止在钻削期间在钻孔内壁中产生凹槽。总之，由此确保支撑边缘仅钝性地紧靠钻孔内壁，并且准确地讲没有形成锋利的边缘。因此，术语“支撑边缘”不应被理解为锋利边缘的意义。相反，由此仅澄清了在钻削操作期间在钻头的轴向方向上是线性接触。

为方便起见，在这方面，钝角在130°与175°之间的范围内，具体地讲是大约160°。

目的基本上是使支撑边缘，即支撑倒角具有最大半径(诸如标称半径)的区域，仅在尽可能小的角度范围内延伸。关于制造技术，通过从后面研磨后随表面区域来实现这一点。这样做时，砂轮相继地朝向前导表面区域移动，即优选地直到两个表面区域彼此紧靠，以形成支撑边缘。邻接边缘或支撑边缘本身被例如另外地倒圆，具体地讲通过环绕刷涂或环绕喷砂。总之，当从横截面观察时，前导表面区域和后随表面区域因此形成三角形表面，该三角形表面具有三角形的可能圆形的尖端，其形成支撑边缘。

在制造过程中，在研磨公差的范围内，也可以形成支撑边缘的小的剩余宽度。然而，如上所述，该剩余宽度在旋转方向或周向方向上至多在小于1度的角度范围内延伸。

作为该测量的结果，支撑边缘总体具有最大并优选地恰好对应于标称半径的半径。

根据用于产生支撑边缘的研磨过程，支撑边缘也位于例如略小于标称半径的半径上。在这种情况下，后随表面区域甚至稍微磨入前导表面区域中，使得在后随表面区域的研磨期间支撑倒角的径向高度因此减小。

在一些原型中，标称直径或基体直径在轴向方向上渐缩。在此类设计中，标称半径分别指正交于旋转轴线的相应横截面内的基体的最大半径。在这种情况下，标称半径通常被限定在引导倒角区域中的前凹槽上。

支撑边缘优选地沿着整个凹槽延伸，但至少超过标称半径的倍数。

相对于旋转方向，支撑边缘优选地与随后的凹槽间隔开。在这种情况下，支撑边缘与随后的凹槽的角距离优选地达到若干度，诸如5至20°。

为了生产此类钻头，首先按常规提供原料棒，并将其圆磨到标称半径或标称直径。此后，通常进行凹槽的研磨，其中在凹槽之间保留后表面。随后研磨后表面，使得按常规最初形成引导倒角以及随后形成支撑倒角。为了产生所需的支撑边缘，现在在附加研磨步骤中有效地从后面研磨支撑倒角，即从后凹槽朝向前凹槽开始研磨，其中由此形成后随表面区域。

砂轮优选地被朝向前凹槽和前导表面区域引导，达到使得两个表面区域直接彼此紧靠。然后邻接边缘形成支撑边缘。总之，由此形成所需的钝三角形。此外，可以在支撑边缘上执行边缘倒圆。

附图说明

下面基于附图更详细地阐述了本发明的示例性实施例。这些附图(部分地以示意图的形式)示出了：

图1示意性示出的钻头的剖面侧视图，

图2根据图1的钻头的前端表面的顶视图，以及

图3图2中用圆圈标出的区域的放大视图。

具体实施方式

在不失一般性的情况下，图1的示例性实施例示出了一件式钻头2，具体地讲是碳化物钻头。然而，随后的实施例也可以类似地在模块化钻削工具中实现，并且不限于一件式钻头2。

钻头2在轴向方向4上延伸并包括基体6，在其端表面上形成钻面8。在这种情况下，钻头2沿着旋转轴线10延伸，在操作期间钻头围绕旋转轴线10沿旋转方向12旋转。

此外，钻头2包括结合到基体6中的凹槽14，在示例性实施例中凹槽14以圈状延伸。在钻头2向后的子区域处，通常包括夹紧区域，通过该夹紧区域可将钻头夹紧到机床中。具有凹槽14的切削区域在轴向方向4上朝向前方邻接该夹紧区域。

钻面8可以完全不同地设计；根据预期的用途，例如可以提供不同的研磨方式。在示例性实施例中，示出了大致圆锥壳研磨方式。基本上，钻面显示主切削刃16，其朝向切削拐角18向外延伸。所谓的副切削刃20通常从切削拐角18上开始沿着凹槽14延伸。主切削刃16分别在与旋转方向12相反的方向上邻接一定自由空间，该自由空间通常朝向后方的后续的凹槽14减小，并过渡到该后续凹槽。

在所示的示例性实施例中，还可以看到所谓的变薄点22，其通过单独的研磨步骤产生，以便在钻面8的区域中使钻芯渐缩。

在周向上，基体6分别包括在两个连续凹槽14之间的后表面24。在与旋转方向12相反的方向上，切削拐角18和副切削刃20首先邻接引导倒角26，当在横截面中观察时，引导倒角26通常大致以弧形延伸，其半径对应于标称半径r0。在这种情况下，副切削刃20或引导倒角26在与旋转轴线10正交的相应横截面中分别限定依赖于位置的标称半径r0。在切削拐角18的区域中，最大标称半径r0限定钻头标称半径r0。

在与旋转方向12相反的方向上，后表面24首先渐缩，使得在标称半径r0与后表面24之间形成间隙。在后表面24上朝向向后区域，即，朝向后凹槽14，形成支撑倒角28。在示例性实施例中，当在与旋转方向12相反的方向上观察时，该支撑倒角被直接布置在变薄点22的前方。作为另外一种选择，也可以将支撑倒角布置在后表面24上的变薄点22的区域中。现在具体地结合图3说明该变薄点的具体几何形状：

如从图中可以看到，支撑倒角28包括朝向切削拐角18或朝向副切削刃20，即朝向前凹槽取向的前导表面区域30。支撑倒角28还包括朝向后凹槽14的后随表面区域32。两个表面区域30、32彼此紧靠，以形成支撑边缘34。这样做时，两个表面区域30、32以钝角α朝向彼此取向，钝角α优选地大于130°，并且例如最大至175°。支撑边缘34的径向最外侧点具有半径r1，其优选地对应于标称半径r0或略小。

从图3的放大视图可以看出，支撑边缘34不是设计成锋利边缘而是倒圆的。总之，支撑倒角28因此具有非常平滑的几何形状，其中与轴向方向4相反的方向上的径向最外侧区域同时确保在钻削期间有效的线性接触。在这种情况下，支撑边缘34平行于凹槽14延伸，如图1具体可见。此外，图2的视图示出，支撑倒角28与后凹槽14相隔10°以上，在示例性实施例中相隔几乎30°。支撑倒角34具体地大约在一定角度范围内形成，最大至变薄点22被磨入的角度。

具体地可以看出，与标称半径r0的虚线相比，在横截面或顶视图中观察时，具有支撑边缘34的支撑倒角28的具体设计实现与标称半径r0仅有点状接触，并从而实现在操作期间与钻孔的钻孔壁仅有点状接触。在基体6的周向轮廓之间，即在后表面24与标称半径r0达到的周向线之间，支撑边缘34的前方和后方具有相当大的间隙。

这导致在钻削期间与钻孔壁仅形成线性接触。同样特别重要的是支撑边缘34的钝性设计，其导致钻孔壁仅发生轻微的弹性退缩，而不会在钻孔壁中产生沟槽或槽。

如在图2中可以具体地看到，引导倒角26的形成类似于传统的引导倒角，与支撑边缘34相比，引导倒角以至少大体恒定的标称半径r0在显著更大的角度范围内延伸。

为了形成支撑边缘34，通过单独的研磨步骤从后面研磨后随表面区域32。在该过程中，将砂轮朝向前凹槽14并因此朝向前导表面区域30引导，直到有效地到达前导表面区域30。取决于研磨公差，或者未精确到达前导表面区域30，或者从前导表面区域30上磨掉少量的材料，使得半径r1减小，从而使得其最终小于标称半径r0。

Claims (9)

1.一种钻头(2)，包括：

-标称半径(r0)，

-基体(6)，所述基体在轴向方向(4)上沿着旋转轴线(10)延伸并在操作期间围绕所述旋转轴线(10)沿旋转方向(12)旋转，

-凹槽(14)，所述凹槽结合到所述基体(6)中，

-连续凹槽(14)之间的后表面(24)，所述后表面相对于所述旋转方向(12)从前凹槽(14)延伸到后凹槽(14)，

-在所述前凹槽(14)的区域中的所述后表面(24)上形成的引导倒角(26)，以及

-在与所述旋转方向(12)相反的方向上与所述引导倒角(26)间隔开的支撑倒角(28)，其中，所述支撑倒角作为径向最外侧区域形成与标称半径(r0)点状接触的支撑边缘(34)，使得在操作期间钻头和钻孔壁之间仅线性接触。

2.根据权利要求1所述的钻头(2)，其中所述支撑倒角(28)包括在相对于所述旋转方向(12)的相对于所述支撑边缘(34)的前向上的前导表面区域(30)，所述前导表面区域在所述径向方向上朝向所述支撑边缘(34)上升，并且包括相对于所述支撑边缘(34)的后向上的后随表面区域(32)，所述后随表面区域沿所述径向方向减小。

3.根据权利要求2所述的钻头(2)，其中当在正交于所述旋转轴线(10)的横截面中观察时，所述前导表面区域(30)和所述后随表面区域(32)以钝角(α)朝向彼此取向。

4.根据权利要求3所述的钻头(2)，其中所述钝角(α)在130°至175°范围内。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的钻头(2)，其中当在正交于所述旋转轴线(10)的横截面中观察时，所述前导表面区域(30)和所述后随表面区域(32)彼此紧靠，以形成支撑边缘(34)。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的钻头(2)，其中所述支撑边缘(34)沿轴向方向(4)延伸一定的长度，所述长度对应于所述标称半径(r0)的倍数。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的钻头(2)，其中所述支撑边缘(34)与后续的凹槽(14)间隔开。

8.一种用于制备钻头(2)的方法，所述钻头包括旋转轴线(10)，在操作期间所述钻头围绕所述旋转轴线沿旋转方向(12)旋转，其中所述方法包括以下步骤：

-提供原料棒，

-研磨出凹槽(14)，其中在所述凹槽(14)之间保留后表面(24)，

-研磨所述后表面(24)，使得形成支撑倒角(28)；以及

-相对于所述旋转方向(12)研磨掉所述支撑倒角(28)的后方区域，以形成所述支撑倒角(28)的后随表面区域(32)，所述支撑倒角与钻头的标称半径(r0)点状接触，从而限定轴向延伸的线性支撑边缘(34)，使得在操作期间钻头和钻孔壁之间仅线性接触。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述支撑倒角(28)包括相对于所述旋转方向(12)朝向支撑边缘(34)上升的前导表面区域(30)，并且朝向所述前导表面区域(30)研磨所述后随表面区域(32)，使得所述前导表面区域(30)和所述后随表面区域(32)在所述支撑边缘(34)处彼此直接紧靠。

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