CN1100634C - 干式钻进用的螺旋钻 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干式钻进用的螺旋钻，其特征在于其钻刃中只有其切削面位于钻头心部(8)区域内的那些部分尤其是其全部横刃(9)的非对称性。这种非对称性可以由不同长度的单个横刃(11、12)造成。单个横刃(11、12)例如不同的长度通过尺寸A和B表示。

Description

干式钻进用的螺旋钻

本发明涉及一种用于干式钻进的螺旋钻。

也就是说，出屑槽和钻头心部与其出屑槽和其钻头心部设计为对称于钻头轴线的完全标准的钻头没有区别。这种轴对称性也包括钻刃中其切削面位于出屑槽区域内的那些部分。

钻孔时不添加冷却剂显著节省了用于废物排除的费用或因使用冷却剂引起的众所周知的花费。因此通常力求制造用允许干式钻进的材料制的钻头或制造具有允许干式钻进的钻刃几何形状的钻头。然而这引起了另一方面的问题，如排屑困难、增加刃角和刃棱边的磨损、严重加热钻头以及在完成钻孔过程钻头后撤时大的噪声和放出火范或甚至钻头折断。切削力测量表明，在钻头从钻孔后撤时产生的扭矩可能比钻孔所需的扭矩还要大。在钻头后撤时出现的另一个分力是负的进给力，它甚至能导致钻头拉断。

在完成钻孔过程后在钻头后撤的过程中可观察到的问题，源于在干式钻进时钻头在钻刃区严重的加热。这种在钻孔过程中钻头越来越严重的加热导致钻头直径连续增大并因而使钻孔的直径也随钻孔深度的增加而连续增大。这种情况可根据在钻头钻刃区内的温度通过简单的计算确定。除了单纯由于形成切屑引起的切削加工热以外，另一种加热源自于刃棱边或副切削刃在孔壁上的摩擦。在这里不进行任何切削，更多的是以负切削角进行的刮削。当然在这种情况下与加热相联系的直径增大也带来害处。概括起来其结果是在钻孔过程结束时，钻头直径并因而包括钻孔的直径大于在钻孔开始时。这就导致在钻头后撤时牢牢地卡死在孔中。这种卡紧带来的后果是使钻头更严重地加热、钻头与之相关地进一步膨胀、已提及的大的钻孔噪声、以及在钻头从孔中后撤时可证明的扭矩上升。

在有关的专业文献中不断地指出，在于式钻进时的上述问题借助于压缩空气通过冷却钻头可以避免。少量的润滑或采用特殊的滑动材料镀层也可以作为补救办法。

本发明的目的是创造一种干式钻进用的钻头，它仅借助于其钻刃的几何形状便可避免所阐述的缺点。为达到此目的，使其钻刃中的其切削面位于心部直径范围内的那些部分尤其是钻头横刃获得一种希望的非对称性。

对用于由合成树脂制成的印刷电路板钻孔的钻头，已经建议整个钻刃设计为偏心的，亦即非对称的(DE2655452A)。但是在那里所涉及的是用于特殊使用领域的钻头，要钻孔的材料亦即用合成树脂构成的印刷电路板只造成钻刃小量的磨损。但是这种特殊的材料引起排屑困难的问题，以及为了解决这一问题推荐了一种基本上非对称的钻刃设计。把那里的解决办法推广到通用的钻头是有问题的，因为这样一来不再存在定心的切削部分。除此以外，非对称性，例如主钻刃有不同的长度，会导致不良的钻孔结果。在钻头领域的有关理论提出要绝对避免尤其是钻尖的楔角差别以及偏心定位和主钻刃的钻刃高度差。也就是说恰恰是钻孔时的钻刃高度差造成不同的切屑横截面积并因而造成严重的磨损。

由US 5078554＝EP0427857B1已知的钻头有相对于钻头轴线为非对称的心部直径和非对称的排屑槽。因此，横刃的走向也是非对称的。这种钻头的总体非对称所追求的目的是避免钻出的孔随着孔深增加而过分增大，这对于本发明的对象而言不仅是非常吸引人的而且甚至是力求达到的。一个重要的应用场合是加工曲轴，其目的是使曲轴平衡。在这种情况下加工这些孔用于改变曲轴的平衡状况。钻孔过程就在平衡机上进行，也就是说对于为了平衡的目的而夹紧的曲轴，为了改变其平衡状况无需改变其夹紧。为了这种平衡，使用为平衡机配设的传感器。但是它们的工作精度受冷却水或喷射水的不良影响。因此，在所提及的情况下干式钻进是必要的。对此重要的是钻孔的精度，更重要的是目标准确和快速地材料切削。

与上面详细讨论的已知方案相比，按本发明建议的非对称限于钻尖的刃磨，也就是说实际上限于横刃的设计，对主钻刃没有影响。也就是沿轴向在钻头心部前的钻刃区涉及所希望的非对称。按本发明的方案产生的结果是，钻头在钻孔时偏心地切削。刃磨按这样的方式起作用，即，使钻头首先定心地开始钻孔。也就是说钻尖位于钻头轴线上。在进一步的钻孔过程中横刃实用的非对称部分进入工作。由于其非对称部分产生压力分量，它们使钻头在钻孔过程中从由钻孔轴线预定的理想线沿径向朝横刃方向偏移。因此，随着钻头的旋转产生一个其直径大约比钻头实际直径大1‰至1％的孔。当钻头后撤时基本上避免了卡死，通过切削力的测量可以证明这一点。在按DE 2655452A的先有技术中主钻刃的非对称设计在一般的应用领域内使用时可预料到的缺点，在这里基本上避免。也就是说，尽管有这种所追求的非对称性，但由两个单个横刃切削加工的体积仍保持是相等的。

下面借助于附图举例说明本发明对象的详细情况。其中：

图1  以非常夸张的方式表示通过一个在干式钻进时制成的孔的剖面；

图2  单个横刃长度不同的钻尖俯视图；

图3  在主钻刃与单个横刃之间的过渡区有不同半径的钻尖类似于图2的俯视图；

图4  单个横刃相对于有关主钻刃有不同的角向位置的钻尖类似于图2或3的俯视图；

图5  在用按传统设计的钻头的情况下切削力随钻孔深度的变化曲线；以及

图6  具有按本发明设计的横刃的钻头类似于图5的切削力曲线。

图1用横截面表示的钻孔1是从工件4上侧2朝工件4下侧3的方向加工的。d表示在钻头进口处的钻孔直径，D表示在钻头出口处的钻孔直径。从钻头进口(d)到钻头出口(D)扩张了的钻孔1的有效直径，基于在钻孔过程中尤其在钻刃区连续加热钻头的结果。在图1中表示的锥度是非常夸张的尺寸。

总体上用5表示的钻头包括两个主钻刃6。主钻刃6的切削面16位于排屑槽或排屑腔13的区域内。主钻刃6相对于钻头轴线7是对称的，它们垂直于图2-4的图纸平面延伸以及包含钻尖17。用点划线的圆表示的钻头心部8在其包含钻尖17的端面被整个横刃9经过。在钻尖17的俯视图中(图2-4)横刃的特点是它有类似于“S”的形状，它通过其两个弯曲端作为过渡半径分别按一个钝角W1或W2过渡到主钻刃6内(图4)，而且在图2-4中为沿径向10向外延伸。

横刃9总体上由两个单个横刃11、12构成，它们的切削面位于钻头心部8的区域内，它们从钻头轴线7出发沿径向10向外一直延伸到排屑槽或排屑腔13。这两个单个横刃11、12在按图2的实施形式中直至其按其横刃半径14、15的过渡区有不同的长度，在图2中用不同的量A和B表示长度。在按图3的实施形式中，横刃半径14、15的大小各不相同，如在图3中用尺寸箭头R1和R2所表示的那样。按图4的实施形式，从钻头轴线7出发的单个横刃11、12与其相关的主钻刃6也可以构成不同的夹角。在图4中用不同的角度值W1和W2来表示。因此，为了获得所期望的非对称，提供使用的可改变的参数是单个横刃11、12的长度A或B(图2)、横刃半径R1或R2(图3)和/或不同的角度值W1或W2(图4)。力求获得的非对称既可以通过只是使上述参数之一不同也可以通过使几个或全部三个参数都不同来实现。

从数量上看，按权利要求5至7所述的尺寸差异已证明是有利的。按本发明的非对称通常使用在双钻刃钻头中。但这些非对称在三钻刃钻头上也有突出的优点，因为三钻刃钻头按静定的方式通过其刃角支承在钻孔壁上，所以与只有两个钻刃的钻头相比更难以沿径向偏移。

制造方法和主钻刃6的几何形状与EP0249104B1涉及的对象一致。

Claims (9)

1.干式钻进用的螺旋钻，它有一中央心部(8)、有位于钻头轴线(7)上的钻尖(17)以及有钻头轴线(7)，钻头轴线既作为出屑槽(13)也作为主钻刃(6)的对称轴，主钻刃亦即钻刃中其切削面(16)处于出屑槽(13)所在区内的那些部分，其特征在于其钻刃中其切削面处于钻头心部(8)区域内的那些部分尤其是其全部横刃(9)的非对称性。

2.按照权利要求1所述的钻头，其特征为：它的钻刃中从钻头轴线(7)出发基本上沿径向(10)的及其切削面位于心部直径范围内的部分尤其是单个横刃(11、12)有不同的长度(A、B)。

3.按照权利要求1或2所述的钻头，其特征为：它的钻刃中从钻头轴线(7)出发基本上沿径向的及其切削面位于心部直径范围内的部分尤其是单个横刃(11、12)，在主钻刃(6)与横刃(9)之间的过渡处有不同的半径(R1、R2)。

4.按照权利要求1所述的钻头，其特征为：它的钻刃中从钻头轴线(7)出发基本上沿径向的及其切削面位于心部直径范围内的部分尤其是单个横刃(11、12)与相关的主钻刃(6)构成不同的夹角(W1、W2)。

5.按照权利要求2所述的钻头，其特征为：它的钻刃中其切削面位于心部直径范围内的部分尤其是单个横刃(11、12)的长度差(A-B)至少为5％。

6.按照权利要求3所述的钻头，其特征为：半径差(R2-R1)至少为10％。

7.按照权利要求4所述的钻头，其特征为：角度差(W2-W1)至少为1°。

8.按照权利要求1所述的钻头，其特征在于两个钻刃(6)。

9.按照权利要求1所述的钻头，其特征为在于三个钻刃(6)。

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