CN112077370A - 可转位钻头刀片 - Google Patents

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CN112077370A CN202010484269.7A CN202010484269A CN112077370A CN 112077370 A CN112077370 A CN 112077370A CN 202010484269 A CN202010484269 A CN 202010484269A CN 112077370 A CN112077370 A CN 112077370A
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R.哈拉苏尔
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Abstract

本发明公开了可转位钻头刀片和钻孔工具系统。钻孔工具系统包含钻体和钻头刀片。所述钻头刀片包含四个可转位切割刃。所述四个切割刃可以各自包括多个切割刃区段。所述多个切割刃区段相对于所述钻头刀片的参考平面以不同角度设置,以在钻头刀片拐角处提供有效的断屑和更坚固的切割刃。此外,所述钻头刀片的侧表面允许所述钻头刀片更稳定地支撑在所述钻体的凹部中。所述钻头刀片可以用于钻体的中心凹部中。

Description

可转位钻头刀片
技术领域
本发明涉及切割工具,包含钻头刀片和钻体。具体来说,本发明涉及可转位且可替换的钻头刀片以及钻体,所述钻体被配置成接合并固定可转位且可替换的钻头刀片。
背景技术
钻孔工具用于在金属工件中钻出圆柱形孔。钻孔工具的切割或开孔动作可以由细长的基本上圆柱形的钻孔工具执行,所述钻孔工具例如,工具架以及选择性地附接到其的钻头刀片的组合。此种布置随后可以用于应用中,其中工具架的一端牢固地安装在驱动设备中,所述驱动设备使固持器围绕其纵轴旋转。在细长工具架的相对端处,切割刀片与要切割的材料接合。或者,可以使工件相对于固持器和切割刀片旋转,例如,在将固持器定位在车床等的尾架中时。此外,可以使工具和工件相对于彼此旋转。使用切割刀片允许在磨损切割表面时快速地更换刀片,而不是整个工具,并且通过仅更换刀片而不是整个钻具组合,允许将一个工具用于各种不同钻井应用。
可转位钻头刀片允许将刀片的所有侧面用于一个接一个地进行切割。此外,使用刀片会减少制造提前期和组装时间。
传统的四边形可转位钻头刀片包括用于切割工件的四个切割刃。使用切割刃通常会由于不平衡的力而使钻头偏离其中心。如果钻孔的直径小于预期值,则传统的可转位钻头刀片会摩擦钻孔的表面。
发明内容
提供具有四个切割刃的钻头刀片以及钻体。四个切割刃可以各自包括多个切割刃区段。相对于钻头刀片的参考平面以不同角度设置多个切割刃区段,以在进入时有效地居中并穿透到工件中,提供有效的断屑并且在钻头刀片拐角处提供更坚固的切割刃。此外,钻头刀片的侧表面允许钻头刀片更稳定地支撑在钻体的凹部中。钻头刀片用于钻体的中心和外围凹部中。如本领域技术人员将理解,位于中心凹部中的刀片还可以称为内侧刀片,并且位于外围凹部中的刀片还可以称为外侧刀片。
本发明的方面是提供一种钻头刀片,包括:顶表面;底表面,所述底表面具有小于所述顶表面的表面积;四个侧表面,其邻接所述顶表面和所述底表面;以及四个切割刃,其处于所述侧表面和所述顶表面中的每一个的交点处,所述四个切割刃在相邻切割刃之间的交点处限定四个拐角边缘部分,所述切割刃中的每一个包括:第一切割刃区段,当所述钻头刀片相对于参考平面以第一切割刃角度安装于钻体中时,所述第一切割刃区段从与所述钻体的中心纵向旋转轴相邻的所述拐角边缘部分中的第一拐角边缘部分延伸,所述参考平面通过相邻拐角边缘部分的中心并且平行于所述钻头刀片的旋转轴;第二切割刃区段,所述第二切割刃区段相对于所述参考平面以第二切割刃角度相对于所述第一切割刃区段径向远离所述钻体的所述中心纵向旋转轴;以及第三切割刃区段,所述第三切割刃区段相对于所述参考平面以第三切割刃角度从所述第二切割刃区段延伸到所述拐角边缘部分中的第二拐角边缘部分。
本发明的另一方面是提供一种钻孔工具系统,包括:钻体,所述钻体具有中心纵向旋转轴并且包括前钻面中的内部凹部,所述内部凹部包括后表面,以及第一侧壁部分,所述第一侧壁部分从所述后表面向前延伸;以及中心钻头刀片,其安装于所述钻体的所述内部凹部中,所述中心钻头刀片包括顶表面,具有小于所述顶表面的表面积的底表面,以及四个侧表面,其邻接所述顶表面和所述底表面,所述四个侧表面被构造和布置成与所述钻体的所述内部凹部的所述后表面和所述第一侧壁部分接合;以及四个切割刃,其处于所述侧表面和所述顶表面中的每一个的交点处,所述四个切割刃在相邻切割刃之间的交点处限定四个拐角边缘部分,所述切割刃中的每一个包括:第一切割刃区段,所述第一切割刃区段相对于参考平面以第一切割刃角度从与所述钻体的中心纵向旋转轴相邻的所述拐角边缘部分中的第一拐角边缘部分延伸,所述参考平面通过相邻拐角边缘部分的中心并且平行于所述钻头刀片的旋转轴;第二切割刃区段,所述第二切割刃区段相对于所述参考平面以第二切割刃角度相对于所述第一切割刃区段径向远离所述钻体的所述中心纵向旋转轴;以及第三切割刃区段,所述第三切割刃区段相对于所述参考平面以第三切割刃角度从所述第二切割刃区段延伸到所述拐角边缘部分中的第二拐角边缘部分。
本发明的这些和其它方面将从以下描述更显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的钻头刀片的顶部等距视图。
图2是图1的钻头刀片的底部等距视图。
图3A和3B是图1的钻头刀片的俯视图。
图4是图1的钻头刀片的侧视图。
图5是根据本发明的实施例的钻体的等距视图,所述钻头包含在钻体的中心凹部中的钻头刀片以及在钻体的外围凹部中的外围刀片。
图6和7是根据本发明的实施例的钻体的侧视图,所述钻体包含在钻体的中心凹部中的钻头刀片以及在钻体的外围凹部中的外围刀片。
图8是根据本发明的实施例的钻体的等距视图。
图9是根据本发明的实施例的钻体的侧视图。
图10是根据本发明的实施例的在钻体的中心凹部中的钻头刀片以及在钻体的外围凹部中的外围刀片的局部示意性侧视图。
图11是根据本发明的实施例的中心钻头刀片和外围刀片的局部示意性侧视图。
具体实施方式
图1和2说明根据本发明的实施例的可转位中心钻头刀片10的顶部和底部等距视图。钻头刀片10包括顶表面12、底表面14,以及邻接顶表面12和底表面14的侧表面16。根据本发明的实施例,构造和布置钻头刀片10的主体,使得侧表面16从顶表面12大体上向内倾斜到底表面14,此底表面14可以具有小于顶表面12的表面积以提供钻头刀片10与钻体50中的凹部60之间的正切割几何形状,如图5至7中所示。顶表面12与侧表面16相交以在钻头刀片10的各个侧面上形成切割刃20。
如图1和2中所示,可转位钻头刀片10包括从顶表面12延伸到底表面14的安装通孔18。安装通孔18的中心刀片轴19垂直于顶表面12和底表面14。中心刀片轴19限定钻头刀片10的旋转轴。安装通孔18被构造和布置成接纳刀片螺丝90。
根据本发明的实施例,每个切割刃20可以由多个切割刃区段形成。如图1至4中所示,每个切割刃20由第一切割刃区段22、第二切割刃区段24和第三切割刃区段26形成。根据本发明的实施例,钻头刀片10安装在钻体50中,所述钻体具有带有中心纵向旋转轴54的大体上圆柱形主体52。在某些实施例中,当钻头刀片10安装在钻体50中时,第一切割刃区段22比第二切割刃区段24和第三切割刃区段26更径向靠近中心纵向旋转轴54,并且与第一切割刃区段22和第二切割刃区段24相比,第三切割刃区段26位于中心纵向旋转轴54的径向外侧。
根据本发明的实施例,每个切割刃20可以由相同的切割刃区段形成。根据本发明的实施例,第一切割刃区段22、第二切割刃区段24和第三切割刃区段26基本上是线性的。根据本发明的实施例,多个切割刃区段22、24和26的定向和长度使得在进入时有效地居中并穿透到工件中,提供更坚固的拐角边缘部分,防止钻体50偏离其中心并且更有效地引导切割力,如下文进一步描述。
如图6、7、10和11中所示,选择中心钻头刀片10和外围刀片100的宽度和位置,以允许刀片的操作切割范围在钻体50的旋转期间重叠。根据本发明的实施例,选择中心钻头刀片10的多个切割刃区段22、24和26的定向和长度,以允许由中心钻头刀片10和外围刀片100执行基本上相同的切割,如下文进一步描述。
如图1、3A和3B中所示,钻头刀片10的每个切割刃20包括将第一切割刃区段22连接到第二切割区段24的过渡切割刃区段28。根据本发明的实施例,过渡切割刃区段28与第一切割刃区段22形成凹曲线29A并且与第二切割刃区段24形成凸曲线29B。如图2和3A中所示,过渡切割刃区段28可以包含在与第一切割刃区段22形成的凹曲线29A和与第二切割刃区段24形成的凸曲线29B之间的线性部分29C。或者,过渡切割刃区段28可以与第一切割刃区段22共线并且仅与第二切割刃区段24形成凸曲线29B。根据本发明的实施例,第二切割刃区段24与第三切割刃区段26之间的过渡可以形成凸曲线25。根据本发明的实施例,由过渡切割刃区段28和第二切割刃区段24相交形成的凸曲线29B可以是切割刃20的第一部分以与工件接触,如下文进一步描述。
根据本发明的实施例,可转位钻头刀片10包括形成于相邻切割刃20之间的四个拐角边缘部分30。如图3A中所示,每个拐角边缘部分30形成为具有半径R的圆形区段,所述圆形区段允许相邻切割刃20之间的连接。例如,拐角边缘部分30可以将一个切割刃20的第三切割刃区段26与后续切割刃20的第一切割刃区段22连接。在某些实施例中,拐角边缘部分30的半径R可以由刀片10的总高度以及假想内切圆38的直径D确定。例如,每个拐角边缘部分30的半径R通常可以在0.1毫米至1.6毫米的范围内。在特定实施例中,每个拐角边缘部分30的半径R可以为约0.4毫米。
如图3A和B中所示,参考平面11通过钻头刀片10的相邻拐角边缘部分30的中心并且垂直参考平面17平分安装通孔18。如本说明书中所使用,术语“拐角边缘部分的中心”表示拐角边缘部分30的径向最外点。如图3A中所示,参考平面11平行于钻头刀片10的旋转轴19。在所示实施例中,参考平面11垂直于垂直参考平面17。在所示实施例中,垂直参考平面17可以基本上平行于钻体50的中心纵向旋转轴54。根据本发明的实施例,可以关于参考平面11描述每个切割刃20的多个切割刃区段的定向。如图3A中所示,第一切割刃区段22相对于参考平面11以第一切割刃角度α远离邻近于中心纵向旋转轴54的第一拐角边缘部分30延伸,所述第一切割刃角度α在所示实施例中是正角。例如,第一切割刃角度α可以小于约35度,例如,从2至30度,或从5至20度,或从7至18度。在特定实施例中,第一切割刃角度α可以是约9度。
如图3A中所示,第二切割刃区段24相对于参考平面11以第二切割刃角度Δ相对于第一切割刃区段22径向向外延伸,所述第二切割刃角度Δ在所示实施例中是负角,而不是第一切割刃区段22的正第一切割刃角度α。第二切割刃角度Δ可以允许由过渡切割刃区段28和第二切割刃区段24相交形成的凸曲线29B成为与工件的第一接触点,并且允许钻头刀片10稳固地固定在钻体50的凹部60内。例如,第二切割刃角度Δ通常可以在0.5至10度,或1至7度,或1.5至5度的范围内。在特定实施例中,第二切割刃角度Δ可以为约2度。
根据本发明的实施例,与第三切割刃区段26之间的过渡的凸曲线25相比,第二切割刃角度Δ允许由过渡切割刃区段28和第二切割刃区段24相交形成的凸曲线29B与第二切割刃区段24沿着中心纵向旋转轴54向前。例如,凸曲线29B通常可以从凸曲线25轴向向前至少0.02毫米,例如,从凸曲线25轴向向前至少0.05毫米,或至少0.1毫米,或至少1.25毫米。凸曲线29B通常可以从凸曲线25轴向向前0.02至3毫米的范围,例如,沿着中心纵向旋转轴54从凸曲线25轴向向前0.075至2毫米的范围,或轴向向前0.1至1.5毫米的范围。
如图3A中所示,第三切割刃区段26相对于参考平面11以第三切割刃角度∑从第二切割刃区段24延伸到从中心纵向旋转轴54径向向外的第二拐角边缘部分30。在所示实施例中,第三切割刃角度∑是负角,并且在第二切割刃区段24与第三切割刃区段26之间形成凸曲线25。第三切割刃角度∑是关键的,因为所述第三切割刃角度允许中心钻头刀片10和外围钻头刀片100的有效切割长度在一系列切割直径内基本上相同。另外,以第三切割刃角度∑设置第三切割刃区段26,以允许由过渡切割刃区段28和第二切割刃区段24相交形成的凸曲线29B成为与工件的第一接触点。例如,第三切割刃角度∑通常可以在5至75度,或7.5至45度,或10至35度的范围内。在特定实施例中,第三切割刃角度∑可以为约22度。根据本发明的实施例,与第一切割区段22相比,第三切割刃区段26的一部分可以距离钻头刀片10的旋转轴19更远。
根据本发明的实施例,过渡切割刃区段28的线性部分29C相对于参考平面11以第四过渡切割刃角度β从第一切割刃区段22径向向外延伸,所述第四过渡切割刃角度β在所示实施例中是正角。第四过渡切割刃角度β允许过渡切割刃区段28形成切割刃20的最外部分并且可以提供与工件的第一接触点。例如,第四过渡切割刃角度β通常可以在5至85度,或10至75度,或15至50度的范围内。在特定实施例中,第四过渡切割刃角度β可以为约38度。根据本发明的实施例,第四过渡切割刃角度β大于或等于第一切割刃区段22的第一切割刃角度α。在某些实施例中,与第二切割刃区段24和/或第三切割刃区段26的至少一部分相比,第四过渡切割刃角度β允许第一切割刃区段22更靠近参考平面11。例如,与第二切割刃区段24和第三切割刃区段26的一部分相比,第一切割区段22可以更靠近钻头刀片10的旋转轴19。
如图3B中所示,第一切割刃区段22具有长度L1,第二切割刃区段24具有长度L2,并且第三切割刃区段26具有长度L3。选择多个切割刃区段的长度,以提供切割力的期望方向并且允许将钻头刀片10稳固地夹持在凹部中。根据本发明的实施例,第一切割刃区段22的长度L1通常可以在直径D的10%至40%,或直径D的20%至35%,或直径D的25%至30%的范围内。第二切割刃区段24的长度L2通常可以在直径D的10%至40%,或直径D的20%至35%,或直径D的25%至30%的范围内。第三切割刃区段24的长度L3通常可以在直径D的10%至40%,或直径D的20%至35%,或直径D的25%至30%的范围内。
在某些实施例中,选择第一切割刃区段长度L1,以允许由过渡切割刃区段28与第二切割刃区段24相交形成的凸曲线29B位于从中心纵向旋转轴54朝内径向的第一拐角边缘部分30处或所述第一拐角边缘部分与垂直参考平面17之间。然而,由本领域技术人员理解,由过渡切割刃区段28和第二切割刃区段24相交形成的凸曲线29B可以形成于垂直参考平面17的两侧上。例如,凸曲线29B可以形成于垂直参考平面17与第二拐角边缘部分30之间。根据本发明的实施例,第一切割刃区段长度L1可以大于第二切割刃区段长度L2或第三切割刃区段长度L3。在某些实施例中,第二切割刃区段长度L2小于第一切割刃区段长度L1,并且大于第三切割刃区段长度L3。在某些实施例中,第三切割刃区段长度L3小于第一切割刃区段长度L1和第二切割刃区段长度L2。选择第三切割刃区段长度L3以对应于钻体50的整体切割直径DC,以允许中心钻头刀片10和外围刀片100具有基本上相同的有效切割刃。根据本发明的实施例,由中心钻头刀片10的切割刃20和外围刀片100的切割刃120提供切割直径DC,如图11中所示。
根据本发明的实施例,第三切割刃区段24长度L3可以等于LC*[(DCL--DCS)]。在某些实施例中,LC是范围在0.25至0.85之间的常数,DCL对应于钻头刀片10将用于的最大切割直径,并且DCS对应于钻头刀片10将用于的最小切割直径。根据本发明的实施例,LC是基于最小切割直径DCS、最大切割直径DCL、第三切割刃区段26的第三切割刃角度∑和拐角边缘部分30的半径R确定的常数。在特定实施例中,最大切割直径DCL可以是19毫米并且最小切割直径DCS可以是16.5毫米。根据本发明的实施例,第三切割刃区段26长度L3是LC*[(DCL--DCS)]的函数,其允许中心钻头刀片10和外围钻头刀片100执行基本上相等的切割量。
根据本发明的实施例,切割刃区段22、24和26以及过渡切割刃区段28的长度可以根据钻头刀片10的整体尺寸变化。例如,如果增加如图3B所示的假想内切圆38的直径D,则切割刃区段22、24和26以及过渡切割刃区段28的长度可以增加。或者,如果减小如图3B所示的假想内切圆38的直径D,则切割刃区段22、24和26以及过渡切割刃区段28的长度可以减小。
如图4中所示,各个侧表面16包括从顶表面12延伸的第一间隙面40以及从第一间隙面40延伸到底表面14的第二间隙面42。如图4中所示,第一间隙面40相对于钻头刀片10的旋转轴19以第一后角γ1从顶表面12朝向底表面14延伸。例如,第一后角γ1可以是至少1度,例如,从1至30度,或从2.5至20度,或从5至15度。在特定实施例中,第一后角γ1可以为约8度。第一后角γ1可以通过在钻头刀片10与工件的经机械加工表面之间提供间隙来防止相对于经机械加工表面摩擦第一间隙面40。如图4中所示,第二间隙面42相对于钻头刀片10的旋转轴19以第二后角γ2从第一间隙面40朝向底表面14延伸。例如,第二后角γ2可以是至少1度,例如,从5至40度,或从7.5至30度,或从10至20度。在特定实施例中,第二后角γ2可以为约15度。第二后角γ2允许钻头刀片10容易地插入钻体50的凹部60中以及从钻体50的凹部60移除。根据本发明的实施例,第一后角γ1和第二后角γ2允许顶表面12大于底表面14。第一后角γ1和第二后角γ2进一步以允许钻头刀片稳固地固定在钻体50的凹部60中的定向提供第一间隙面40和第二间隙面42。在所示实施例中,第二后角γ2大于第一后角γ1,然而可以使用任何其它合适的布置,例如,第二后角γ2可以小于或等于第一后角γ1
如图4中所示,第一间隙面40具有高度H1并且第二间隙面42具有高度H2。根据本发明的实施例,第二间隙面高度H2可以大于或等于第一间隙面高度H1,例如,大至多75%。例如,第二间隙面高度H2可以比第一间隙面高度H1大至少25%,或至少35%,或至少50%。在某些实施例中,第二间隙面高度H2是钻头刀片10的总高度的至少50%,例如,钻头刀片的总高度的至少60%。选择第一间隙面高度H1以及第二间隙面高度H2,以允许钻头刀片10稳固地固定在钻体50的凹部60内。第一间隙面40的高度H1与第二间隙面42的高度H2的比率通常可以在1:1至1:10的范围内,例如,1:1.2至1:5或1.5:2至1:3的范围内。根据本发明的实施例,第一间隙面40可以提供要接合在凹部60中的邻接表面,并且第二间隙面42提供间隙以防止钻头刀片接触工件的经机械加工表面。
钻头刀片10可以由任何合适材料制成,例如,工具钢、硬质合金,或超硬材料,例如,立方氮化硼(CBN)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、多晶金刚石(PCD)、碳化钨(WC)、金属陶瓷、陶瓷等。本发明的钻头刀片10可以通过例如碳化物粉末压制、研磨或增材制造的任何合适技术制造,以提供多个切割刃区段。
图5至7说明根据本发明的实施例的钻孔工具系统5。钻孔工具系统5包含钻体50以及安装在钻体50内的内侧钻头刀片10和外围或外侧钻头刀片100。钻体50具有带有中心纵向旋转轴54的大体上圆柱形主体52。根据本发明的实施例,钻体50的大体上圆柱形主体52包含前钻面56、后安装端58以及多个螺旋形凹槽59。前钻面56包括内部凹部60,所述内部凹部被构造和布置成接纳中心钻头刀片10;以及外围凹部102,所述外围凹部被构造和布置成接纳外围钻头刀片100。在所示实施例中,钻体50的大体上圆柱形主体52包含两个凹槽59,但是可以使用任何其它合适数目的凹槽。例如,可以存在一个、三个、四个、五个或更多个凹槽。
如图8和9中所示,刀片凹部60包括后表面62、从后表面62大体上垂直地向前延伸的第一侧壁部分64,以及从后表面62大体上垂直地向前延伸的第二侧壁部分66。尽管在此实施例中示出大体上正方形刀片凹部60,但是可以使用任何其它合适形状的刀片凹部,例如,矩形、三角形等。如图8和9中所示,后表面62可以被配置成与钻头刀片10的第一侧表面16接合,第一侧壁部分64可以被配置成与钻头刀片10的第二侧表面16接合,并且第二侧壁部分66可以被配置成容纳钻头刀片10的第三侧表面16。如本文中所使用,术语“接合”意味着两个或多于两个特征彼此交互以限制钻头刀片10与刀片凹部60之间的相对移动。在某些实施例中,刀片凹部60可以包括垂直于后表面62以及第一侧壁部分64和第二侧壁部分66的底座表面68。底座表面68可以被配置成接合钻头刀片10的底表面14。如图8和9中所示,底座表面68包含螺纹安装孔70,所述螺纹安装孔可以被配置成接纳机械紧固件90以将钻头刀片10固定在刀片凹部60中。
如图8和9中所示,凹部60可以包含在后表面62与第一侧壁部分64和第二侧壁部分66之间的拐角中的凹入通道72。凹入通道72为刀片凹部60提供间隙以接纳钻头刀片10。在某些实施例中,后表面62和第二侧壁部分66还可以包含切割刃通道74,所述切割刃通道被定位成接纳钻头刀片10的过渡切割刃区段28。切割刃通道74在后表面62和第二侧壁部分66中凹入,以防止过渡切割刃区段28接触凹部60。与后表面62和第一侧壁部分64接触的侧表面16可以在钻孔操作期间经历最大力。根据本发明的实施例,当钻头刀片10安装在刀片凹部60中时,仅对应于第二切割刃区段24的侧表面16可以接触第一侧壁部分64。根据本发明的实施例,任何合适尺寸或形状的刀片凹部60可以用于接合任何形状或尺寸的可转位钻头刀片10。
在所示实施例中,后表面62和第二侧壁部分66由多个区段形成。例如,后表面62包括从第一侧壁部分64与后表面62之间的凹入通道72延伸到切割刃凹口74的第一后表面区段80,以及从切割刃凹口74延伸到后表面62与第二侧壁部分66之间的凹入通道72的第二后表面区段82。第二侧壁部分66包括从后表面62与第二侧壁部分66之间的凹入通道72延伸到切割刃凹口74的后向第二侧壁区段84,以及从切割刃凹口74延伸到前钻面56的前向第二外侧壁区段86。根据本发明的实施例,第二后表面区段82被构造和布置成接合对应于第一切割刃区段22的侧表面16。在某些实施例中,第二侧壁部分66不接触钻头刀片10。根据本发明的实施例,第一侧壁部分64基本上是线性的,例如,第一侧壁部分64包括从后表面62延伸到前钻面56的单个侧壁区段。然而,可以使用第一侧壁部分64的任何其它合适的形状和布置,例如,第一侧壁部分64可以由具有与钻头刀片10的多个切割刃区段相对应的长度和角度的多个侧壁区段形成。
如图8和9中所示,后表面62、第一侧壁部分64和第二侧壁部分66各自包含第一接合表面76和第二接合表面78,所述第一接合表面和第二接合表面被构造和布置成对应于钻头刀片10的第一间隙表面40和第二间隙表面42。根据本发明的实施例,第一接合表面76从底座表面68垂直地延伸。根据本发明的实施例,第二接合表面78以与钻头刀片的第一间隙面40的第一后角γ1相对应的角度从第一接合表面76延伸。后表面62的第一接合表面76和第二接合表面78、第一侧壁部分64以及第二侧壁部分66允许钻头刀片10更稳固地安装在凹部60中。在某些实施例中,第一侧壁部分64的第二接合表面78接触钻头刀片10。
根据本发明的实施例,刀片凹部60和钻头刀片10被构造和布置成允许在过渡切割刃区段28与第二切割刃区段24之间形成的凸曲线29B首先与工件接触。在某些实施例中,第二切割刃区段24与钻体的纵向旋转轴54形成导程角,例如,从1度至5度。钻头刀片10在钻体50的凹部60中的定位,以及切割刃区段22、24和28和过渡切割刃28的角度和定向引导切割力朝向钻体的纵向旋转轴54。引导力朝向钻头的旋转轴使钻体50在钻孔过程期间经历的切割力平衡,因此防止钻头偏离中心。
钻体50可以由任何合适的材料,例如钢、不锈钢或具有足够强度的任何其它材料制成。本发明的钻体50可以通过例如机械加工的任何合适的技术制造,以提供刀片凹部和凹槽。
如图10和11中所示,中心钻头刀片10的切割刃20和外围刀片100的切割刃120形成切割轮廓200。图10以虚线说明根据本发明的实施例的当钻体50围绕其中心纵向旋转轴54旋转180度时外围刀片100相较于中心钻头刀片10的定位。如图11中所示,中心钻头刀片10的切割刃20形成切割轮廓200的内部部分205,并且外围刀片100的切割刃120相对于中心纵向旋转轴54形成切割轮廓200的外部部分210。由中心钻头刀片10的切割刃20和外围刀片100的切割刃120形成的切割轮廓200围绕钻体50的中心纵向旋转轴54对称。切割轮廓200围绕旋转轴的旋转形成钻孔工具系统5的切割直径DC
根据本发明的实施例,中心钻头刀片10的切割刃20可以与外围刀片100的切割刃120重叠。如图11中所示,在第三切割刃区段26与外围刀片100的切割刃120重叠的点处形成交点220。根据本发明的实施例,选择交点220以允许切割轮廓200的内部部分205的长度基本上等于切割轮廓200的外部部分210的长度。然而,根据本发明的实施例,内部部分205的长度可以不等于外部部分210的长度。根据本发明的实施例,第三切割刃区段26的位于交点220与第二拐角边缘部分30之间的部分可能不接触工件。
图10和11说明在过渡切割刃区段28与第二切割刃区段24会合的点处,过渡切割刃区段28的凸曲线29B形成切割轮廓200的最轴向向前部分。这允许凸曲线29B首先接触工件。根据本发明的实施例,切割轮廓200的内部部分205的部分长度比切割轮廓200的外部部分210更轴向向前。在特定实施例中,中心钻头刀片10的第二切割区段24的整个长度比外围刀片100的切割刃120更轴向向前。
如图11所示,水平面75垂直于钻体50的中心纵向旋转轴54。在所示实施例中,水平面75平行于参考平面11。或者,参考平面11可以相对于水平面75以负角倾斜。例如,参考平面11可以相对于水平面75以0至10度,或0至7度,或0至5度的角度设置。在某些实施例中,第一切割刃区段22从中心纵向旋转轴54朝向水平面75以正角径向向外延伸。在某些实施例中,第二切割刃区段24从中心纵向旋转轴54远离水平面75以浅负角径向向外延伸。在某些实施例中,第三切割刃区段26从中心纵向旋转轴54远离水平面75以负角径向向外延伸。在某些实施例中,过渡切割刃区段28从中心纵向旋转轴54朝向水平面75以正角径向向外延伸。如图11所示,第二切割刃区段24的浅负角和过渡切割刃区段28的正角可以使凸曲线29B成为切割轮廓200中最接近水平面75的部分。如图11中所示,凸曲线29B可以是切割刃20中离参考平面11最远的点。
根据本发明的实施例,中心钻头刀片的多个切割刃区段22、24和26以及过渡切割刃区段28的定向和长度允许切割轮廓的内部部分205的至少一个区段在外围刀片100之前接触工件,并且允许切割轮廓由中心刀片10的切割刃20和外围刀片100的切割刃120基本上相等地形成。
如本说明书中所使用,“包含”、“含有”和类似术语在本申请的上下文中理解为与“包括”同义,因此是开放式的且不排除存在额外未描述或未列举的元素、材料、阶段或方法步骤。如本说明书中所使用,“由……组成”在本申请的上下文中理解为排除存在任何未指定元素、材料、阶段或方法步骤。如本说明书中所使用,“主要由……组成”在本申请的上下文中理解为包含指定的元素、材料、阶段或方法步骤(如果适用),并且还包括不会实质上影响本发明的基本或新颖特征的任何未指定元素、材料、阶段或方法步骤。
出于上述描述的目的,应理解,除了明确指定相反情况之外,本发明可以采用各种替代变化和步骤序列。此外,说明书和权利要求书中所使用的表示例如成分数量的所有数字都应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此,除非相反地指示,否则所阐述的数字参数都是可以取决于本发明将获得的所需特性而变化的近似值。最低限度地,并且不试图限制等效物原则的应用,应至少鉴于所报告的有效数字的数目并且通过应用一般四舍五入技术来解释每个数字参数。
应理解,本文陈述的任何数值范围既定包含其中所含的所有子范围。例如,“1至10”的范围既定包含所陈述最小值1和所陈述最大值10之间(且包含所陈述最小值1和所陈述最大值10)的所有子范围,即具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。
在本申请中,除非另外具体陈述,否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外,在本申请中,除非另外明确说明,否则“或”的使用表示“和/或”在某些情况下可以明确地使用。在本申请中,除非明确地且肯定地限于一个参考,否则冠词“一”、“一个”和“所述”包含复数指代物。
在本申请中,使用“水平”、“垂直”、“正”和“负”作为相对术语,且应理解,在使用期间,钻体和钻头刀片可以具有不同定向。
虽然上文已出于说明目的描述了本发明的特定实施例,但是本领域的技术人员应明白,在不脱离如所附权利要求书中所限定的本发明的情况下可以对本发明的细节进行多种变化。

Claims (21)

1.一种钻头刀片,包括:
顶表面;
底表面,所述底表面具有比所述顶表面小的表面积;
四个侧表面,其邻接所述顶表面和所述底表面;以及
四个切割刃,其处于所述侧表面和所述顶表面中的每一个的交点处,所述四个切割刃在相邻切割刃之间的交点处限定四个拐角边缘部分,所述切割刃中的每一个包括:
第一切割刃区段,当所述钻头刀片相对于参考平面以第一切割刃角度安装于钻体中时,所述第一切割刃区段从与所述钻体的中心纵向旋转轴相邻的所述拐角边缘部分中的第一拐角边缘部分延伸,所述参考平面通过相邻拐角边缘部分的中心并且平行于所述钻头刀片的旋转轴;
第二切割刃区段,所述第二切割刃区段相对于所述参考平面以第二切割刃角度相对于所述第一切割刃区段径向远离所述钻体的所述中心纵向旋转轴;以及
第三切割刃区段,所述第三切割刃区段相对于所述参考平面以第三切割刃角度从所述第二切割刃区段延伸到所述拐角边缘部分中的第二拐角边缘部分。
2.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第一切割刃区段、所述第二切割刃区段和所述第三切割刃区段是线性的。
3.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第一切割刃角度是相对于所述参考平面的范围在约2至约30度内的正角。
4.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第二切割刃角度是相对于所述参考平面的范围在约0.5至约10度内的负角。
5.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第三切割刃角度是相对于所述参考平面的范围在约5至约75度内的负角。
6.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第三切割刃角度大于20度。
7.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第一切割刃区段和所述第二切割刃区段由过渡切割刃区段接合在一起,所述过渡切割刃区段与所述第一切割刃区段形成凹曲线并且与所述第二切割刃区段形成凸曲线。
8.根据权利要求7所述的钻头刀片,其中所述过渡切割刃区段包括线性部分。
9.根据权利要求8所述的钻头刀片,其中所述过渡切割刃区段的所述线性部分相对于所述参考平面以第四过渡切割刃角度从所述第一切割刃区段向外延伸,所述第四过渡切割刃角度是范围在约5至约85度内的正角。
10.根据权利要求7所述的钻头刀片,其中在所述过渡切割刃与所述第二切割刃区段之间形成的所述凸曲线位于所述拐角边缘部分中的所述第一拐角边缘部分处或位于所述拐角边缘部分中的所述第一拐角边缘部分与平分安装通孔的垂直参考平面之间。
11.根据权利要求7所述的钻头刀片,其中在所述过渡切割刃与所述第二切割刃区段之间形成的所述凸曲线限定所述切割刃的前接触点。
12.根据权利要求7所述的钻头刀片,其中所述第二切割刃区段与所述第三切割刃区段之间的过渡限定凸曲线,并且与所述第二切割刃区段与所述第三切割刃区段之间的所述过渡的所述凸曲线相比,在所述过渡切割刃与所述第二切割刃区段之间形成的所述凸曲线沿着所述中心纵向旋转轴向前至少0.02毫米。
13.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中所述第一切割刃区段与所述第二切割刃区段之间的过渡仅限定凸曲线。
14.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中与所述第二切割刃区段和所述第三切割刃区段的一部分相比,所述第一切割刃区段更靠近所述钻头刀片的旋转轴。
15.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中当所述钻头刀片安装于所述钻体中时,所述钻头刀片的所述参考平面相对于水平参考平面以0至10度的角度设置,所述水平参考平面垂直于所述钻体的所述中心纵向轴线。
16.根据权利要求1所述的钻头刀片,其中每个侧表面包括从所述顶表面延伸的第一间隙面以及从所述第一间隙面延伸到所述底表面的第二间隙面,并且所述第二间隙面的高度大于或等于所述第一间隙面的高度。
17.根据权利要求16所述的钻头刀片,其中所述第一间隙面的所述高度小于所述钻头刀片的总高度的50%。
18.根据权利要求16所述的钻头刀片,其中所述第一间隙面相对于所述钻头刀片的旋转轴形成范围在约1至约30度内的角度,并且所述第二间隙面相对于所述钻头刀片的所述旋转轴形成范围在约5至约40度内的角度。
19.一种钻孔工具系统,包括:
钻体,所述钻体具有中心纵向旋转轴并且包括前钻面中的内部凹部,所述内部凹部包括:
后表面;以及
第一侧壁部分,所述第一侧壁部分从所述后表面向前延伸;以及
中心钻头刀片,所述中心钻头刀片安装于所述钻体的所述内部凹部中,所述中心钻头刀片包括:
顶表面;
底表面,所述底表面具有比所述顶表面小的表面积;
四个侧表面,其邻接所述顶表面和所述底表面,所述四个侧表面被构造和布置成与所述钻体的所述内部凹部的所述后表面和所述第一侧壁部分接合;以及
四个切割刃,其处于所述侧表面和所述顶表面中的每一个的交点处,所述四个切割刃在相邻切割刃之间的交点处限定四个拐角边缘部分,所述切割刃中的每一个包括:
第一切割刃区段,所述第一切割刃区段相对于参考平面以第一切割刃角度从与所述钻体的所述中心纵向旋转轴相邻的所述拐角边缘部分中的第一拐角边缘部分延伸,所述参考平面通过相邻拐角边缘部分的中心并且平行于所述钻头刀片的旋转轴;
第二切割刃区段,所述第二切割刃区段相对于所述参考平面以第二切割刃角度相对于所述第一切割刃区段径向远离所述钻体的所述中心纵向旋转轴;以及
第三切割刃区段,所述第三切割刃区段相对于所述参考平面以第三切割刃角度从所述第二切割刃区段延伸到所述拐角边缘部分中的第二拐角边缘部分。
20.根据权利要求19所述的钻孔系统,其中所述钻体进一步包括在所述前钻面中的外围凹部,所述外围凹部被构造和布置成接纳外围刀片,所述外围刀片具有至少一个切割刃。
21.根据权利要求20所述的钻孔系统,其中所述第一切割刃区段和所述第二切割刃区段由过渡切割刃区段接合在一起,所述过渡切割刃区段与所述第一切割刃区段形成凹曲线并且与所述第二切割刃区段形成凸曲线,并且在所述过渡切割刃与所述第二切割刃区段之间形成的所述凸曲线是沿着所述中心纵向旋转轴的最前点。
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