CN108472745B - 具有断屑器的钻头和在钻头中激光切割断屑器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于钻的钻头，包括至少一个排屑槽和至少一个切削刃(20，22)，所述排屑槽具有前刀面(32)，所述前刀面包括排屑槽边缘，并且所述切削刃具有沿着所述切削刃的长度的至少一部分延伸的轮廓，所述前刀面从所述切削刃延伸。在所述前刀面中形成断屑器(40)，所述断屑器是位于所述切削刃附近的连续的凹槽，该凹槽具有起始端和开口到所述排屑槽边缘的出口端，所述起始端的深度小于所述凹槽的所述出口端的深度，其中所述凹槽在所述起始端处的形状不同于所述凹槽在所述出口端处的形状。

Description

具有断屑器的钻头和在钻头中激光切割断屑器的方法
技术领域
本公开涉及具有激光切割的断屑器的多晶金刚石(PCD)钻头及其形成方法。
发明内容
在一个实施例中，一种用于钻的钻头包括至少一个排屑槽和至少一个切削刃，所述排屑槽具有前刀面，所述前刀面包括排屑槽边缘，并且所述切削刃具有沿着所述切削刃的长度的至少一部分延伸的轮廓，所述前刀面从所述切削刃延伸。在所述前刀面中形成断屑器，所述断屑器是位于所述切削刃附近的连续的凹槽，该凹槽具有起始端和出口端，所述起始端的深度小于所述凹槽的出口端的深度，其中所述凹槽在所述起始端处的形状不同于所述凹槽在所述出口端处的形状。
在另一个实施例中，一种在钻头中激光切割断屑器的方法，包括以下步骤：提供钻头，所述钻头具有至少一个排屑槽和至少一个切削刃，所述排屑槽槽具有前刀面，所述前刀面包括排屑槽边缘，所述切削刃具有沿所述切削刃的长度的至少一部分延伸的轮廓，所述前刀面从所述切削刃延伸；将激光器定位在第一位置中，所述第一位置对应于凹槽的起始端，所述凹槽的起始端具有浅的深度；使激光器从所述起始端沿着所述切削刃移动到出口端，所述出口端开口到所述排屑槽边缘；使所述凹槽的深度从所述起始端到所述出口端增加；以及在所述凹槽的出口端处形成与所述凹槽的起始端处的形状不同的形状。
当结合附图阅读时，会更好地理解先前的发明内容以及下面实施例的详细描述。应该理解，所述实施例不限于所示的精确布置结构和机构(instrumentalities)。
附图说明
图1为根据本公开的钻头的透视图。
图2为图1的钻头的放大图
图3为本公开的断屑器的放大图。
图4为断屑器的凹槽的放大图。
具体实施方式
在有色金属材料的加工应用中，钻头通常具有正的前刀间隙以及轴向切削力，用以在加工有色金属材料时剪切有色金属材料。取决于切削条件、工件、刀具材料、切削工具的几何形状等，材料以各种形状和尺寸的切屑的形式被移除。切屑通常通过钻头上的螺旋排屑槽流出钻孔。当加工脆性材料时，所产生的切屑是不连续的，在切屑处理和清理方面没有困难。但当加工易延展的有色金属材料时，形成连续的切屑，这会在加工操作中造成一些困难，并可以影响到生产率。
使用断屑器将连续的切屑断裂成小块，以降低切削力。切削力的消除增加了沿所加工的部件的刀具寿命，防止由于增加的刀具压力而损坏刀具。此外，有时需要断屑器，使得连续型切屑不会缠绕钻头。
本公开涉及具有断屑器的钻及其制造方法，其增强了切屑远离切削刃的移除，从而延长了钻削部位(drill point)的使用寿命。
参考图1，根据本公开的多晶金刚石(PCD)麻花钻10包括柄部12、钻体14和钻尖16。应当理解，除PCD之外，钻10还可由各种不同的材料制成，例如多晶立方氮化硼(PCBN)、BZN、立方氮化硼(CBN)、硬质合金、陶瓷和其它金属材料。多个螺旋排屑槽18从钻尖16延伸到钻体14。根据待加工的材料，每个排屑槽都具有螺旋角，例如约0°至约48°的角度。为帮助去除切屑，钻尖16可包括冷却剂通道或孔。
钻尖16可以附接到钻体14或与钻体14一体形成。钻尖16可以是有色金属材料和铁质材料，例如是在高温高压(HPHT)挤压机中形成的多晶金刚石(PCD)，或选自各种其它材料，例如立方氮化硼(CBN)、硬质合金、陶瓷或其它金属材料。
参考图2，钻尖16包括至少两个相反的切削刃20和22。切削刃20、22形成具有预定的锥尖角24(图1)的尖点。应当清楚，本公开不限于任何特定的锥尖角。切削刃可以每个具有沿切削刃的整个长度或沿切削刃的至少仅一部分延伸的凹形轮廓26。
每个排屑槽包括与相应的切削刃相邻的前刀面32，所述前刀面从该相应的切削刃延伸。切削刃20、22进一步由通过钻的排屑槽16的前导边缘30形成的相应的刃带28限定。
切削刃20、22包括至少一个断屑器40，在切削材料时，材料在断屑器的表面上被抬起并上翻，以促进切屑的断裂并防止堵塞。切削刃的凹形轮廓26使得断屑器40上的切屑流动最小化。
如图3中详细所示，断屑器40可为沿着切削刃20在前刀面32中形成的凹槽。如本文将进一步描述的那样，断屑器40是激光切割的凹槽。应当清楚的是，在钻尖中可以设置多个断屑器，但为简便起见，仅示出了一个断屑器。另外，除凹槽之外，还可以设想其它的形状/几何构造/设计的断屑器。例如，在凹槽42中可以包括一个或多个突起，以帮助伸长的切屑的更快断裂。
断屑器40可以是与邻近的切削刃间隔开的连续的凹槽42，例如在切削刃的后面间隔开约0.1mm至约2.0mm，并且开口到排屑槽边缘(flute edge)30。该位置有助于切屑的移动和形成。
凹槽42可以成形/弯曲，以对应于切削刃的凹形轮廓26。凹槽的形状和比例设置成这样是为了改善切屑的断裂，并降低切屑在断屑器上的流动，从而降低因切屑断裂引起的切削力。
应当清楚的是，断屑器凹槽的尺寸值将根据正在使用的钻孔大小和钻的进给速率而变化，因此断屑器的大小不限于任何特定尺寸。例如，凹槽42的深度可以在从约0.01mm到约2.5mm的范围上，并且凹槽42的长度取决于钻的大小，例如为切削刃的长度的至少约65％。
连续凹槽42由一对侧面38形成，并且在起始端44处具有其最浅的深度，并且深度到开口到边缘30中的相反的出口端46增加。在端部46处形成半径或肩部48，其使得凹槽具有与起始端44处的凹槽的形状不同的形状。根据应用或使用，肩部48使得能够改变钻的前角。这进一步使得切屑在未断裂状态下被移除的风险最小化，并且有助于增强切削刃的强度。
如图4中所示，在凹槽40的出口端46处的侧面38之间形成角度α2，该角度α2从在起始端44处的侧面38之间形成的角度α1稍微增加。从端部44到端部46在角度和深度上的增加将有助于凹槽的断屑能力。
已知的断屑器在传统的切削工具中被预先形成。在使用PCD工具时，必须使用电火花放电加工机(EDM)在PCD刀具中产生/腐蚀出断屑器。因此，限制了断屑器的尺寸和形状。
如上所述，断屑器40的凹槽42具有多个切削角度和深度，以帮助促进更平滑切削并消除伸长切屑的可能性。因此，对于本公开的凹槽42的形状来说，使用电火花放电加工不是可行的选择。
因此，本公开还涉及一种在钻尖点中激光切割断屑器的方法。为了获得正确形式的断屑器，激光器需要在起始端44处以浅的深度开始来定位断屑器，并且增加深度，以在凹槽的底部或出口端46处形成半径或肩部48。切口的出口部分将具有比切口的入口部分更大的角度和稍微不同的形状。
应当清楚的是，激光器将多次横跨过凹槽42进行切割，直到形成所需的凹槽形状/几何构造为止，然而，可以根据所需的凹槽形状/几何构造进行单次切割。为形成所需的凹槽，以已知方式对激光器进行编程和控制。因此，可以实现轮廓更小、形式和设计复杂的断屑器。此外，通过激光器在PCD钻头中切割断屑器，避免了创建断屑器的几何构造通常所需的多种钻/器械。
此外，应当清楚的是，本公开的断屑器可形成在多种不同的切削工具或利用切削刃的任何装置中，而不限于麻花钻。
尽管已经关于本发明的特定方面描述了本发明的实施例，但是对于本领域技术人员而言，许多其它变化和修改以及其它用途将变得显见。因此，优选的是，本发明的实施例不受本文具体公开的限制，而是仅由所附的权利要求书限制。

Claims (15)

1.一种用于钻的钻头，包括：
至少一个排屑槽，所述排屑槽具有前刀面，所述前刀面包括排屑槽边缘；
至少一个切削刃，所述切削刃具有沿着所述切削刃的长度的至少一部分延伸的轮廓，所述前刀面从所述切削刃延伸；和
形成于所述前刀面中的断屑器，所述断屑器是位于所述切削刃附近的凹槽，所述凹槽具有起始端和出口端，所述起始端的深度小于所述凹槽的所述出口端的深度，其中，所述凹槽在所述起始端处的形状不同于所述凹槽在所述出口端处的形状，其中，所述凹槽具有一对侧面，在所述一对侧面之间形成角度，该角度从所述起始端到所述出口端增加。
2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述钻头选自多晶金刚石、CBN、硬质合金、陶瓷组成的组。
3.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述凹槽是连续的凹槽。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的钻头，其特征在于，所述凹槽的所述出口端开口到所述排屑槽边缘。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的钻头，其特征在于，所述切削刃的所述轮廓是凹形的，并且所述凹槽的形状对应于所述切削刃的凹形的所述轮廓。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的钻头，其特征在于，所述凹槽从所述起始端到所述出口端的深度在从0.01mm到2.5mm的范围中，并且所述凹槽的长度在所述切削刃的长度的至少65％的范围中。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的钻头，其特征在于，所述凹槽在所述凹槽的所述出口端处形成肩部。
8.根据权利要求2所述的钻头，其特征在于，CBN包括PCBN。
9.一种在钻头中激光切割断屑器的方法，包括以下步骤：
提供钻头，所述钻头具有至少一个排屑槽和至少一个切削刃，所述排屑槽具有前刀面，所述前刀面包括排屑槽边缘，并且所述切削刃具有沿所述切削刃的长度的至少一部分延伸的轮廓，所述前刀面从所述切削刃延伸；
将激光器定位在第一位置处，所述第一位置对应于凹槽的起始端，所述凹槽的所述起始端具有浅的深度；
使所述激光器从所述起始端沿着所述切削刃移动到出口端，所述出口端开口到所述排屑槽边缘；
使所述凹槽的深度从所述起始端到所述出口端增加；以及
在所述凹槽的所述出口端处形成与在所述凹槽的所述起始端处的形状不同的形状，其中，所述凹槽被激光切割成具有一对侧面，所述一对侧面之间形成角度，该角度从所述起始端到所述出口端增加。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述钻头选自PCD、CBN、硬质合金、陶瓷组成的组。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述凹槽是在所述前刀面中的激光切口。
12.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述切削刃的所述轮廓是凹形的，并且所述凹槽被切割成与所述切削刃的凹形的所述轮廓相对应。
13.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述凹槽从所述起始端到所述出口端的深度在从0.01mm到2.5mm的范围中，并且所述凹槽被激光切割至所述切削刃的长度的至少65％的长度。
14.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其特征在于，在所述凹槽的所述出口端处形成肩部。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，CBN包括PCBN和BZN。
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