CN111515438A

CN111515438A - 钻孔工具和用于制造钻孔的方法

Info

Publication number: CN111515438A
Application number: CN202010079578.6A
Authority: CN
Inventors: 迪特马尔·艾克特; 彼得·卡普顿
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2020-08-11
Also published as: HUP2000038A1; US11192196B2; JP2020146831A; DE102019102726A1; US20200246881A1

Abstract

本申请涉及钻孔工具和用于制造钻孔的方法。本发明涉及用于形成钻孔(B)的工具(1)，该工具包括：围绕工具轴线(A)旋转或能够旋转的刀柄(9)；围绕工具轴线(A)旋转或能够旋转的至少一个第一部段(2)，该第一部段用于以切削的方式制造和/或扩宽钻孔(B)；以及围绕工具轴线(A)旋转的第二部段(3)，该第二部段用于以无切屑的方式扩宽钻孔(B)，其中第二部段(3)沿工具(1)的进给方向(V)被布置在第一部段(2)的后方。此外，本发明还涉及用于制造钻孔(B)的方法。

Description

钻孔工具和用于制造钻孔的方法

本发明涉及钻孔工具和用于制造钻孔的方法。

根据现有技术，已知以切削的方式(spanend)制造钻孔的钻孔工具。发行商为EMUGE-FRANKEN、出版商为Publicis Corporate Publishing、发行年份为2004年的螺纹技术以及铣削技术手册(Handbuch der Gewindetechnik und

)(ISBN 3-89578-232-7)(下文简称为“EMUGE手册”)给出了关于应用中的钻孔工具的概述。在此，特别地已知螺旋钻头和阶梯钻头(参见EMUGE手册，第7章，第161页之后)。螺旋钻头在具有螺旋的钻头切削刃(即，副切削刃)的整个加工区域上具有均匀的直径。槽总是沿着副切削刃在径向向内的方向上延伸。沿钻头的旋转方向，副切削刃后面总是所谓的脊(Steg)，该脊在圆周方向上基本上具有圆弧形状。脊可以设有倒角(Fase)。阶梯钻头具有被布置在阶梯钻头的自由端部的区域中的第一区域和沿进给方向被布置在后方的第二区域，该第一区域具有第一直径的螺旋的钻头切削刃，该第二区域具有第二直径的螺旋的钻头切削刃。在这种情况下，第二直径大于第一直径(参见EMUGE手册，第7章，第165页)。

在多孔材料的情况下，用已知的钻头加工会导致钻孔的壁具有开放的孔。特别是在马达(Motor)中钻孔时，这种开放的孔可能会导致局部材料过载或马达运行中的故障。

此外，从DE 10 2013 017 949 B3中已知一种钻孔成形件，其中钻孔以非切削的方式(nicht-spanend)通过攻丝(Furchen)来制造。然而，制造出的钻孔壁不具有光滑表面，而是带波纹的表面。

本发明的任务在于提供用于制造具有改善的钻孔壁表面品质的钻孔的工具和方法。

本发明的任务通过权利要求1的关于工具的主题和权利要求9的关于方法的主题来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的用于形成钻孔的工具包括：围绕工具轴线旋转或能够旋转(drehbaren oder drehenden)的刀柄；围绕工具轴线旋转或能够旋转的至少一个第一部段，该第一部段用于以切削的方式制造和/或扩宽钻孔；以及围绕工具轴线旋转的第二部段，该第二部段用于以无切屑的方式扩宽钻孔，其中第二部段沿工具的进给方向被布置在第一部段的后方。刀柄、第一部段和第二部段抗扭转地(drehfest)彼此连接或者被实施为一件式的。特别地，刀柄具有与一般的钻夹头兼容的构型。利用根据本发明的工具，首先切割钻孔。随后，第二部段通过使钻孔边缘处的工件材料发生变形来扩宽被切割的工件。在供多孔材料使用的情况下，这种工具是特别有利的，其中利用第一部段切开钻孔壁的区域中的孔，随后利用第二部段整平由被切开的孔形成的不平整度。特别地，这种工具被设计用于加工金属。工具可以被实施为一件式的或多件式的。特别地，这种工具可以由高速钢(HSS)或硬质金属制造。在多件式设计方案中，切削刃和/或攻丝齿特别地可以至少部分地由金刚石或CBN或类似的硬质材料制造。特别地，切削刃和/或攻丝齿可以设有例如由金刚石、CBN或类似物组成的涂层。

优选地，一个或更多个切削刃被布置在第一部段中。

有利地，一个或更多个切削刃中的一个切削刃是副切削刃。在一个设计方案中，副切削刃的切削边(Schneidkante)围绕工具轴线在第一部段中螺旋状地延伸。有利地，在第一部段中可以布置两个或三个或四个副切削刃，这些副切削刃作为围绕工具轴线的螺旋彼此平行地延伸。在另一个设计方案中，副切削刃的切削边基本上平行于工具轴线取向。有利地，切屑槽沿旋转方向被布置在切削边的前方。在本专利申请的意义上，旋转方向在此被理解为工具在向前操作中沿该旋转方向以如下方式旋转，使得切削刃以切削的方式扩宽钻孔。作为切削背部的脊沿旋转方向被布置在切削边的后方，该脊具有后角(Freiwinkel)α。倒角可以被布置在脊的与切削边相对的边上。

在设计方案中，切削刃中的至少一个切削刃是用于切削和/或扩宽钻孔的主切削刃。特别地，主切削刃被布置在工具的自由端部处，即，沿进给方向被布置在第一部段的前部区域中。有利地，主切削刃被布置在工具的锥形面上并且径向向外延伸。有利地，主切削刃的数量对应于副切削刃的数量。此外，钻孔工具在第一部段的前部区域中还可以具有一个或更多个横向切削刃。

在另一个设计方案中，第二部段以如下方式设计，使得制造无孔的钻孔壁。

有利地，在第二部段中布置至少一个成形齿(Formzahn)或成形脊，特别是恰好一个或恰好两个或恰好三个或恰好四个成形齿或成形脊。特别地，这种成形脊平行于一个或更多个副切削刃延伸，即，平行于工具轴线或围绕工具轴线螺旋状地延伸。有利地，成形脊被设计成屋顶形或正弦形。特别地，这种成形脊与工具轴线的最大径向距离大于切削刃与工具轴线的距离。

在另一个设计方案中，第一部段具有第一直径，并且第二部段具有第二直径，其中第一直径小于第二直径。特别地，第一直径与第二直径之间的差可以根据待加工的工件的预期的孔的大小来选择。有利地，从第一直径到第二直径的过渡被设计成倒角，该倒角具有介于0°与90°之间的倒角角度。在另一个设计方案中，工具在第二部段的后方可以具有第三部段或者具有第三部段和第四部段，其中有利地，每个另外的部段均具有比前一个部段更大的直径。有利地，利用每个部段将预制钻孔或钻孔扩展0.005mm至0.5mm，特别是0.01mm-0.1mm。

此外，在设计方案中，工具还设计有内部冷却剂供应部，该冷却剂供应部有利地沿着工具轴线，特别是平行于工具轴线延伸。此外，工具有利地还具有一个或更多个油槽，这些油槽特别地平行于副切削刃延伸。在一个实施方式中，油槽可以总是被布置在切削刃与沿工具的旋转方向位于后方的成形脊之间，特别是倒角与成形脊之间。

根据本发明的用于制造钻孔的方法具有以下步骤：

-以切削的方式制造和/或扩宽钻孔，

-以无切屑的方式扩宽钻孔。

利用这种方法，钻孔首先被切割或被铣削，随后通过钻孔壁的塑性变形被扩宽。

有利地，在扩宽钻孔时，由开放孔的钻孔壁制造封闭的、光滑的(geschlosseneglatte)钻孔壁。

有利地，在本方法中使用根据本发明的工具。

附图说明

下面，基于实施例进一步阐述本发明。其中还参考附图，在附图中：

图1示出了根据本发明的工具的第一设计方案，

图2示出了根据图1的第一设计方案的前视图，

图3示出了根据本发明的工具的第二设计方案，

图4示出了根据图3的第二设计方案的前视图，

图5示出了根据本发明的工具的第三设计方案，

图6示出了根据图5的第三设计方案的透视图，

图7示出了阶梯钻孔，以及

图8示出了使用根据本发明的工具制造的钻孔。

图1和图2示出了根据本发明的具有刀柄9的工具1的第一设计方案。工具1具有工具轴线A。工具轴线A居中地布置在刀柄9中。工具1沿进给方向V在前方具有自由端部。工具1的第一部段2位于自由端部处。至少一个切削刃4被布置在第一部段2中。在这里，切削刃4具有长度为l_S的切削倒角60。第二部段3位于第一部段2之后。切削刃4被设计成副切削刃，这些副切削刃在这里平行于工具轴线延伸。在第一部段2中没有构造可以扩展钻孔B的成形脊。然而，在这里构造了成形倒角62，这些成形倒角具有长度l_F，延伸超过第一部段2。在这里，长度l_S小于长度l_F。在第二部段3中，成形脊8被构造成平行于副切削刃4，在该实施方式中，这些成形脊同样平行于工具轴线A延伸。在第二部段3的第一区域30中，成形脊8与工具轴线A的距离大于在第二区域31中与工具轴线A的距离。在第一区域30中成形脊8与工具轴线A的距离对应于所谓的成形直径D_F，该成形直径大于所谓的切削直径Ds。在第二区域31中，成形脊可以具有朝向工具轴线A倾斜的表面，从而产生后角β。从图2中可识别出，四个成形脊8和四个副切削刃4分别均匀地且交替地布置在工具1上。在该设计方案中，内部冷却剂供应通道20居中地平行于工具轴线A被引导。此外，该设计方案还具有油槽22，这些油槽22分别在副切削刃4的背面(Rücken)上平行于副切削刃4和成形脊8延伸。沿旋转方向在副切削刃的前方，分别在副切削刃4与成形脊8之间布置了平行于该副切削刃和该成形脊延伸的切屑槽24。脊26沿旋转方向在副切削刃的后方延伸，该脊26具有朝向油槽22开口的后角α。在所示的实施方式中，油槽22具有比切屑槽24小的深度。

有利地，第一设计方案中的工具1被插入到预制钻孔中。当工具1在推进方向上旋转时，首先利用第一部段2通过切削刃4以切削的方式切开孔，随后在第二部段3中通过成形脊8，特别是通过成形脊8的标记为8a的区域以无切屑的方式扩宽钻孔B，该标记为8a的区域与工具轴线A有大小为成形直径D_F的一半的距离。在第二部段3中延伸的切削刃4可以是无功能的。当这些切削刃与工具轴线A的径向距离比成形直径D_F的一半小时，切削刃4无功能这种情况尤其如此。可替代地，这些切削刃还可以这样设计，使得在第二部段3中，利用切削刃4进一步切开钻孔B。在该设计方案中，切削刃4的切削边与工具轴线A的距离应以如下方式选择，使得仅钻孔壁中的已经压实的(verdichtetes)材料以切削的方式被去除。

图3和图4示出了根据本发明的工具的第二设计方案。在该设计方案中，第一部段2还具有主切削刃5，该主切削刃5被布置在第一部段2的沿进给方向V前部的区域中。在第二部段3中，副切削刃4、成形脊8、切屑槽24和油槽22被构造成平行于工具轴线。切屑槽24沿着整个副切削刃4构成，而油槽22基本上仅构造在成形脊8的区域中。成形脊8在前部区域中与工具轴线A有径向距离，该径向距离对应于成形直径D_F的一半。在沿推进方向V位于后方的区域中，构造了具有后角β的成形脊8。该区域以8b标识。此外，第二设计方案还具有沿进给方向V位于第二部段3后方的第三部段40。第三部段40具有副切削刃4以及切屑槽24和油槽22。特别地如图4中所示，工具1相对于工具轴线A是旋转对称的，其中在该设计方案中存在四重

对称轴线。也就是说，四个切削刃和四个成形脊8分别以90°的间距布置。然而，更多或更少数量的切削刃和/或成形脊8或不同的角度布置是可能的。

在图3中所示的设计方案中，第一部段2包括三个子区域：圆锥形的第一子区域50、具有第一直径D₁的圆柱形的第二子区域51以及第三子区域52，该第三子区域52包括工具1的直径扩展部并且邻接第二部段3。切削倒角60和成形倒角62位于子区域52中。第二设计方案的工具1适于在没有单独的预钻孔的情况下工作，或者在预制钻孔具有明显小于第一直径D₁的直径的情况下工作。

有利地，第三部段40具有大于成形直径D_F的直径，并且该直径以如下方式选择，使得仅钻孔壁中已经被压实的材料以切削的方式被去除。然而，部段40的直径还可以大于已经被压实的材料的直径。在这种情况下，第三部段有利地同样包括成形脊8，该成形脊进一步压实新钻孔壁的区域。第三部段中的副切削刃4在副切削刃的背面区域中可以设有倒角。如图7所示，这种工具例如可以与已经阶梯状预钻出的钻孔B结合使用。

图5和图6示出了根据本发明的工具的第三设计方案的视图。所示的工具基于第二设计方案。不同地，第三设计方案的工具仅具有三个切削刃4和三个成形脊8。成形脊和切削刃都螺旋状地围绕工具轴线卷绕。然而，更多或更少数量的切削刃和/或成形脊或不同的角度布置是可能的。

图8示例性地示出了在工件10中钻出钻孔B时根据第一设计方案的工具1。工件10具有孔11。孔11首先利用切削刃，特别是工具1的第一部段2中的副切削刃4切开。随后，利用具有成形齿7的第二部段3使钻孔的壁通过塑性变形径向扩宽。由此，整平钻孔的壁。在将第二部段的直径相应地调整到孔大小时，钻孔壁如所示是无孔的且光滑的。

参考标记清单

1 工具

2 第一部段

3 第二部段

4 副切削刃

5 主切削刃

7 成形齿

8 成形脊

8a 具有成形直径的成形脊

8b 具有后角的成形脊

9 刀柄

10 工件

11 孔

20 冷却剂供应通道

22 油槽

24 切屑槽

26 脊

30 第一区域

31 第二区域

40 第三部段

42 第四部段

50 第一子部段

51 第二子部段

52 第三子部段

60 切削倒角

62 成形倒角

A 工具轴线

B 钻孔

V 进给方向

l_F 成形倒角长度

l_S 切削倒角长度

α 后角

β 成形脊的后角

D₁ 第一直径

D₂ 第二直径

D_F 成形直径

D_S 切削直径。

Claims

1.一种用于形成钻孔(B)的工具(1)，所述工具包括：围绕工具轴线(A)旋转或能够旋转的刀柄(9)；围绕所述工具轴线(A)旋转或能够旋转的至少一个第一部段(2)，所述第一部段用于以切削的方式制造和/或扩宽钻孔(B)；以及围绕所述工具轴线(A)旋转的第二部段(3)，所述第二部段以无切屑的方式扩宽钻孔(B)，其中，所述第二部段(3)沿所述工具(1)的进给方向(V)被布置在所述第一部段(2)的后方。

2.根据权利要求1所述的工具(1)，其中，一个或更多个切削刃(4、5)被布置在所述第一部段(2)中。

3.根据权利要求2所述的工具(1)，其中，所述一个或更多个切削刃中的至少一个切削刃是副切削刃(4)，其中所述一个或更多个副切削刃(4)被布置成基本平行于所述工具轴线(A)或者螺旋状地围绕所述工具轴线(A)。

4.根据权利要求2或3所述的工具(1)，其中，所述切削刃中的至少一个切削刃是用于切削和/或扩宽钻孔(B)的主切削刃(5)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中，所述第二部段被设计成制造无孔的钻孔壁。

6.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中，至少一个成形齿(7)或成形脊(8)被布置在所述第二部段(3)中，其中所述成形脊(8)特别地平行于所述一个或更多个副切削刃(4)延伸，其中所述成形脊(8)能够具有与所述进给方向(V)相反取向的后角β。

7.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中，所述第一部段(2)具有第一直径(D₁)，并且所述第二部段(3)具有第二直径(D₂)，其中所述第一直径(D₁)小于所述第二直径(D₂)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中，所述工具具有一个或更多个油槽(22)和/或一个或更多个冷却剂供应通道(20)。

9.一种制造钻孔(B)的方法，特别是使用根据权利要求1至8中任一项所述的工具(1)来制造钻孔(B)的方法，所述方法通过以下步骤使用：

-以切削的方式制造和/或扩宽钻孔(B)，

-以无切屑的方式扩宽所述钻孔(B)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在扩宽所述钻孔(B)时由开放孔的钻孔壁制造封闭的、光滑的钻孔壁。