CN112222486A - 一种内冷钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内冷钻头，设置刀刃，所述刀刃的端部设置钻尖，按钻头顶角角度，钻尖包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；第一分段钻尖角度θ1＝90±10°，第二分段钻尖角度θ2＝140±10°。解决了钻加工孔底挤屑、排屑不畅的问题；降低了孔底挤屑难以去除及去除不干净有残留的风险，提高了零件质量；提高了刀具寿命，单次刃磨加工由2000件左右提高至3000件左右；单把刀具价格降低了16.4％，加工该处单件成本降低了79.5％。

Description

一种内冷钻头

技术领域

本发明属于钻孔机械领域，具体涉及一种内冷钻头。

背景技术

钻孔工艺是孔成型的有效方法之一，其在机械加工中占有很大比重，由于钻头不存在断屑结构，所以在加工零件时，特别是在钻加工软材料时，切屑较长，钻头容易缠屑从而划伤孔壁或卡钻甚至憋断钻头，深孔钻加工尤为明显，往往还表现为切屑未能及时排出，造成孔底挤屑的现象。深孔一般是指孔深和孔径(L/D)之比大于5以上的孔。因此，研究深孔加工的断、排屑机理并采用相应的措施是很有必要的。

通过对各种深孔及技术要求分析，归纳起来深孔钻主要有这样一些显著特点：刀杆受孔径的限制，直径小，长度大，刚性差，切屑从形成、断屑到排出是深孔加工的关键，也是决定孔加工质量的重要因素；通常，孔深度方向加工采用固定切深方式。一般来说，钻削深孔时，多采用啄钻等钻孔循环方式，利于排屑和断屑，但由于原加工某壳体产品强制润滑孔采用的是直接钻的方式，且转速S＝6369r/min(即线速度为Vc＝240m/min)和切削进给F＝3821mm/min(即每刃每转进给Fz＝0.3mm)，均为经验参数的上限，改为啄钻等循环方式加工均会相应的增加切削时间，而该产品需求量很大，一直在要求提效，尽量缩短加工时间，因此只能采用其他方式解决孔底挤屑、排屑困难问题。

造成钻加工孔底挤屑、排屑不畅的原因有很多，如工件材料、机床切削液、钻头结构、切削用量等等，工件材料和机床切削液都符合工艺要求；切削用量也符合相应标准。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种内冷钻头，解决了钻加工孔底挤屑、排屑不畅的问题。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案包括：

一种内冷钻头，设置刀刃，所述刀刃的端部设置钻尖，按钻头顶角角度，钻尖包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；第一分段钻尖角度θ1＝90±10°，第二分段钻尖角度θ2＝140±10°。

一种内冷钻头，设置刀刃，所述刀刃的端部设置钻尖，按钻头顶角角度，钻尖包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；第一分段钻尖角度θ1＝90°，第二分段钻尖角度θ2＝140°。

可选的，第一分段钻尖的高度高于第二分段钻尖的高度。

可选的，第二分段钻尖直径D2为第一分段钻尖直径D1的2倍。

可选的，所述的刀刃上还设置排渣槽，排渣槽沿螺旋方向设置在刀刃上；所述的排渣槽在刀刃轴向的垂直投影形状为弧过渡型。

可选的，所述的刀刃上还设置排渣槽，排渣槽沿螺旋方向设置在刀刃上；所述的排渣槽在刀刃轴向的垂直投影形状为圆弧形、抛物线形、“s”形、“c”形或不规则弧形。

可选的，所述的刀刃上设置刃带，所述的刃带至少设置在靠近排渣槽的刀刃上。

可选的，所述的刀刃上设置刃带，所述的刃带包括第一刃带、第二刃带和第三刃带；所述的第三刃带至少设置在靠近排渣槽的刀刃上。

可选的，与刀刃轴接还设置刀柄；贯穿刀柄和刀刃，在刀柄和刀刃内设置内冷孔道。

可选的，所述的内冷孔道沿第一分段钻尖的轴向贯穿设置。

本发明内冷钻头的优点包括：解决了钻加工孔底挤屑、排屑不畅的问题；降低了孔底挤屑难以去除及去除不干净有残留的风险，提高了零件质量；提高了刀具寿命，单次刃磨加工由2000件左右提高至3000件左右；单把刀具价格降低了16.4％，加工该处单件成本降低了79.5％。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为切削厚度与切削进给和钻尖角的关系图；

图2为本发明的内冷钻头结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为使用本发明的内冷钻头与普通钻头钻孔后的效果对比图，其中，图4的a图为普通钻杆钻孔后的工件照片；b图为本发明的内冷钻杆钻孔后的工件照片；

图5为本发明的内冷钻头在使用一个月后的前后形态对比图，其中，图a为普通钻头使用后的钻尖磨损照片，b为本发明未使用的内冷钻头照片，c为本发明使用一个月后的内冷钻头照片；

图中各个结构的名称为：

1-刀刃、11-钻尖、12-排渣槽、13-刃带、131-第一刃带、132-第二刃带、133-第三刃带、2-刀柄、3-内冷孔道；

θ1-第一分段钻尖角度；θ2-第二分段钻尖角度；D1-第一分段钻尖直径；D2-第二分段钻尖直径；d-刃带宽度。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

如无特殊说明，本文件中提到的“内外”“上下”“左右”等方位词，均以附图的“内外”“上下”“左右”为准。

内冷钻头是一种机械加工工具，从柄部到切削刃有1～2个通孔，使压缩空气、油或切削液穿过，起到冷却刀具和工件，并冲走切屑，特别适合用于深孔加工。车间多次反映加工该孔后孔底挤屑严重，后续清理困难，难以清理干净，经常引起装配车间抱怨，但一直未解决。在一次车间下沉式服务中，车间再次反映了该问题，在具体了解了加工过程后，经讨论工艺过程(加工顺序)无法调整，即在工艺过程上没办法解决。多次讨论后，提出了在加工刀具结构上进行创新性设计，后经过反复画图及查阅资料，确定了最终的刀具设计方案，并与刀具制作厂家进行了刀具制作可行性的沟通，经确认后投产。刀具实物返回后，按原刀具的装夹对刀方式进行了装夹和对刀，在替换原刀具的情况下，调用原程序(原走刀路径和切削参数)进行了试加工，首件加工后孔底无挤屑，刀具无磨损。连续跟产至少一个月，每天产量在37件左右，每件加工1孔，刀具在连续加工一个月后，刀具磨损情况良好，刀具上只有少量的积屑瘤，连续加工的零件该孔内从无出现挤屑、排屑不干净的现象，无需操作工再次进行清理，证明该结构能够达到预想的效果。

本发明的内冷钻头分别从钻尖结构(采用分屑结构，减小切屑宽度)、刃带及排渣槽结构(采用2切削刃3刃带结构，增加容屑空间，同时不降低钻加工时的稳定性；采用抛物线型排渣槽，较原圆弧形排渣槽容屑空间大，为切屑提供更多的爬升力)等几个方面进行了优化创新性设计，解决了钻加工孔底挤屑、排屑不畅的问题。

为了解决钻加工孔底挤屑、排屑不畅的问题，采用新型内冷钻头结构的技术方案，具体如下：

1)钻尖结构优化：钻头在加工工件时，主要靠钻尖去切削零件，因此钻尖的结构尤为重要，一个看似不重要的更改点可能会产生意想不到的结果，所以，更改需要有足够的理论和实践经验支撑，才能使更改后的钻头使用后的效果朝预想的方向靠近。

钻尖一般由钻尖顶角、后角、切削刃形状等要素构成，钻孔过程其实是钻尖钻入、钻头的两个切削刃分别切削工件、切屑沿着排渣槽排出的过程，由于螺旋角的存在，靠近钻芯的刃部和靠近外缘的刃部前角不同，越靠近钻芯，前角越小，切削时切屑受到的卷曲挤压程度越强；而顶角不同，在相同的进给速度下，切削厚度也不同，切削厚度h＝F*sin(θ/2)，如图1所示，其中F为每刃每转进给，θ为钻头顶角，在相同的F前提下，顶角越小，切屑越薄，反之则越厚。

本发明针对加工某壳体产品箱体侧面Φ12的深74mm强制润滑孔新设计的硬质合金内冷钻头，如图2所示，采用分段式钻尖，钻尖由两个顶角组成，分别是θ1＝90°和θ2＝140°，靠近钻芯处顶角为90°，参考中心钻钻尖角设计，钻入工件时，钻削稳定，不易偏摆；靠近外缘处顶角为140°，参考普通硬质合金钻头顶角设计，钻削时钻头受到的径向力较小，同样不易偏摆；且特意使各切削出的切屑宽度一致，这样设计的理由是：切屑相对原钻头切屑宽度窄，其被双顶角结构一分为二，并且靠近钻芯处的前角小，顶角90°相较140°较小，切屑薄(参考前段计算公式)，但前角小，受到的挤压程度大，切屑呈一定的卷曲状；靠近外缘处的顶角140°较大，切屑厚，但前角小，切屑也呈一定的卷曲状，钻芯处切削刃和钻头外缘处切削刃产生的切屑卷曲程度相似，且宽度一致(加工直径D2与分屑直径D1存在(D2-D1)/2＝D1/2，即第二分段钻尖直径D2为第一分段钻尖直径D1的2倍)，容易一起由排渣槽排出，不易产生干涉和挤屑，利于切屑顺利的排出孔外。

因此，本发明的第一个设计点为：本发明的内冷钻头，设置刀刃1，刀刃1的端部设置钻尖11，按钻头顶角角度，钻尖11包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；第一分段钻尖角度θ1＝90±10°，第二分段钻尖角度θ2＝140±10°。最好的，第一分段钻尖角度θ1＝90°，第二分段钻尖角度θ2＝140°。第一分段钻尖的高度高于第二分段钻尖的高度。即第一分段钻尖设置在钻芯处，第二分段钻尖围绕第一分段钻尖设置，第二分段钻尖直径D2为第一分段钻尖直径D1的2倍，上述结构的设计均为了保证在切削效果良好的前提下，容易进行钻渣的排除，且分段钻尖结构的设计不易损坏，提高了整体钻头的使用寿命，经实际检测，在使用一月后，钻尖仍然能够满足使用的要求。

2)钻头刃带及排渣槽优化设计：现有技术中，钻头通常的刃带设计为四刃带和二刃带，即均为对称式的结构，四刃带钻头支撑性好，适合加工交叉孔、深孔、斜面出口和圆弧面出口孔等，但并不适合此排屑要求高、钻削速度高的盲孔加工，其四刃带结构限制了排屑空间，使排屑空间减小，与孔壁摩擦较大，在较高的切削参数下易受热磨损，而为了满足此深盲孔的加工，将四刃带改为三刃带结构，多出的刃带与正常刃带结构一致，如图3所示，相较于四刃带排屑空间要大，但支撑性并不减少多少，同时与孔壁的摩擦减小，而且相较于四刃带和常规的二刃带(都为偶数刃带)能够抵抗规律性的振动，减小加工时刀具的振动，支撑性相较二刃带结构更好。因此，本发明的刃带结构设计具体为：刀刃1上设置刃带13，刃带13至少设置在靠近排渣槽12的刀刃13上。具体的，刃带13包括第一刃带131、第二刃带132和第三刃带133；第三刃带133至少设置在靠近排渣槽12的刀刃1上。也就是说，在本发明的内冷钻头上保留了原有的二刃带的结构基础上，在靠近排渣槽12的刀刃13上加工第三刃带133，看似简单的多加了一条刃带结构，但是实际应用效果却好于四刃带和二刃带的排渣效果，同时再配合本发明的二段钻尖的使用，大大提升了整体钻头的排渣效果和使用寿命。

现有技术中钻头的排渣槽基本为顺应螺旋方向设置的带有尖锐回转的结构，也就是其螺旋回转的深度和阻挡面大，并不能满足高生产率的生产要求，本发明通过反复试验将排渣槽12设计弧过渡型。这里的弧过渡型指的是排渣槽在轴向的垂直投影形状为圆滑的弧形结构，至少不出现类似于锐角、弧角等具有比较尖锐的形状结构，比如排渣槽12在刀刃1轴向的垂直投影形状为圆弧形、抛物线形、“s”形、“c”形或不规则弧形等结构，这样的结构设置能使切屑卷曲和上升，能够提高切屑的爬升力，切屑控制性能良好，且排屑空间较圆弧形的排渣槽大，排屑畅快。

经过上述研究设计，本发明具体的内冷钻头方案为：

结合图2和3，本发明的内冷钻头，设置刀刃1，刀刃1的端部设置钻尖11，按钻头顶角角度，钻尖11包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；第一分段钻尖角度θ1＝90±10°，第二分段钻尖角度θ2＝140±10°。最好的，第一分段钻尖角度θ1＝90°，第二分段钻尖角度θ2＝140°。在本公开的实施例中，第一分段钻尖的高度高于第二分段钻尖的高度。在本公开的实施例中，第二分段钻尖直径D2为第一分段钻尖直径D1的2倍。第一分段钻尖的高度高于第二分段钻尖的高度。即第一分段钻尖设置在钻芯处，第二分段钻尖围绕第一分段钻尖设置，第二分段钻尖直径D2为第一分段钻尖直径D1的2倍，上述结构的设计均为了保证在切削效果良好的前提下，容易进行钻渣的排除，且分段钻尖结构的设计不易损坏，提高了整体钻头的使用寿命，经实际检测，在使用一月后，钻尖仍然能够满足使用的要求。

在本公开的实施例中，刀刃1上还设置排渣槽12，排渣槽12沿螺旋方向设置，排渣槽12在刀刃1轴向的垂直投影形状为弧过渡型。这里的弧过渡型指的是排渣槽在轴向的垂直投影形状为圆滑的弧形结构，至少不出现类似于锐角、弧角等具有比较尖锐的形状结构，比如排渣槽12在刀刃1轴向的垂直投影形状为圆弧形、抛物线形、“s”形、“c”形或不规则弧形等结构，这样的结构设置能使切屑卷曲和上升，能够提高切屑的爬升力，切屑控制性能良好，且排屑空间较圆弧形的排渣槽大，排屑畅快。

在本公开的实施例中，刀刃1上设置刃带13，刃带13至少设置在靠近排渣槽12的刀刃13上。具体的，刃带13包括第一刃带131、第二刃带132和第三刃带133；第三刃带133至少设置在靠近排渣槽12的刀刃1上。也就是说，在本发明的内冷钻头上保留了原有的二刃带的结构基础上，在靠近排渣槽12的刀刃13上加工第三刃带133，看似简单的多加了一条刃带结构，但是实际应用效果却好于四刃带和二刃带的排渣效果，同时再配合本发明的二段钻尖的使用，大大提升了整体钻头的排渣效果和使用寿命。

在本公开的实施例中，与刀刃1轴接还设置刀柄2；贯穿刀柄2和刀刃1，在刀柄2和刀刃1内设置内冷孔道3。最好的，内冷孔道3沿第一分段钻尖的轴向贯穿设置。

实际使用结果反馈：

图4为使用本发明的内冷钻头与普通钻头钻孔后的效果对比图，其中，图4的a图为普通钻杆钻孔后的工件照片；b图为本发明的内冷钻杆钻孔后的工件照片；通过图片对比结果可以明显看出，使用本发明的内冷钻头钻孔后，钻孔内几乎无残渣存留，而使用普通钻头钻孔后，钻孔内有明显的残渣存留；

图5为本发明的内冷钻头在使用一个月后的前后形态对比图，其中，图a为普通钻头使用后的钻尖磨损照片，b为本发明未使用的内冷钻头照片，c为本发明使用一个月后的内冷钻头照片；由图中可以明显的看出，本发明的内冷钻头在使用一个月后，钻尖处没出现明显的磨损，还能满足实际的生产需求。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种内冷钻头，设置刀刃(1)，其特征在于，所述刀刃(1)的端部设置钻尖(11)，按钻头顶角角度，钻尖(11)包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；

第一分段钻尖角度θ1＝90±10°，第二分段钻尖角度θ2＝140±10°。

2.一种内冷钻头，设置刀刃(1)，其特征在于，所述刀刃(1)的端部设置钻尖(11)，按钻头顶角角度，钻尖(11)包括径向依次对接的第一分段钻尖和第二分段钻尖；

第一分段钻尖角度θ1＝90°，第二分段钻尖角度θ2＝140°。

3.根据权利要求1或2所述的内冷钻头，其特征在于，第一分段钻尖的高度高于第二分段钻尖的高度。

4.根据权利要求1或2所述的内冷钻头，其特征在于，第二分段钻尖直径D2为第一分段钻尖直径D1的2倍。

5.根据权利要求1或2所述的内冷钻头，其特征在于，所述的刀刃(1)上还设置排渣槽(12)，排渣槽(12)沿螺旋方向设置；

所述的排渣槽(12)在刀刃(1)轴向的垂直投影形状为弧过渡型。

6.根据权利要求1或2所述的内冷钻头，其特征在于，所述的刀刃(1)上还设置排渣槽(12)，排渣槽(12)沿螺旋方向设置；

所述的排渣槽(12)在刀刃(1)轴向的垂直投影形状为圆弧形、抛物线形、“s”形、“c”形或不规则弧形。

7.根据权利要求1或2任一权利要求所述的内冷钻头，其特征在于，所述的刀刃(1)上设置刃带(13)，所述的刃带(13)至少设置在靠近排渣槽(12)的刀刃(13)上。

8.根据权利要求1或2任一权利要求所述的内冷钻头，其特征在于，所述的刀刃(1)上设置刃带(13)，所述的刃带(13)包括第一刃带(131)、第二刃带(132)和第三刃带(133)；

所述的第三刃带(133)至少设置在靠近排渣槽(12)的刀刃(1)上。

9.根据权利要求1或2任一权利要求所述的内冷钻头，其特征在于，与刀刃(1)轴接还设置刀柄(2)；

贯穿刀柄(2)和刀刃(1)，在刀柄(2)和刀刃(1)内设置内冷孔道(3)。

10.根据权利要求9所述的内冷钻头，其特征在于，所述的内冷孔道(3)沿第一分段钻尖的轴向贯穿设置。

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