CN112222488A - 一种改变排屑流向的阶梯钻头 - Google Patents

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雷学林
张航
秦毅
李继尧
何云
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明涉及一种改变排屑流向的阶梯钻头，其具有工作部，工作部包括导向部和排屑部，排屑部的末端通过变径过渡至导向部以使得导向部的直径小于排屑部的直径，排屑部的末端形成有直线型的断屑切削刃，断屑切削刃由前刀面与后刀面相交形成，前刀面在正交平面中与基面形成的前角为‑4°～‑6°，排屑部的外表面形成有外冷槽，外冷槽通向作为断屑面的前刀面以通过外冷槽内的冷却液辅助负前角来改变排屑流向。根据本发明的阶梯钻头，通过负前角使切屑发生弯曲和扭转变形，同时通过指向断屑面的外冷槽共同作用，切屑改变原本从螺旋形的排屑槽排出的路径，向待加工孔的孔外方向排出，有效地解决小孔加工排屑难、清理孔内切屑难的现状。

Description

一种改变排屑流向的阶梯钻头
技术领域
本发明涉及机械加工的钻削工具，更具体地涉及一种改变排屑流向的阶梯钻头。
背景技术
发动机制造过程中常需要对曲轴进行大量制孔，以完成和轴承盖、飞轮等零件的连接装配。钻头作为主要的制孔工具，其加工质量直接决定着制孔的精度，从而影响连接的可靠性。目前随着机械加工的高速发展，对加工效率、加工质量、零件寿命等都提出了更高的要求。阶梯钻头具有不同直径呈阶梯排布的切削刃，可代替多只钻头工作，根据待加工孔的不同直径，可实现大孔一次性加工完成，极大地提高加工效率；此外，阶梯钻在制孔过程中通过逐级去除材料，降低损伤，可显著提高加工质量。综上所述，阶梯钻头能够节省加工时间成本、刀具成本，提高加工精度，已成为目前低损伤、高可靠性加工的主要刀具之一。
然而，传统阶梯钻头目前只有钻头钻尖部位可以断屑，在曲轴发信盘底孔加工过程中，切屑沿前刀面进入弧形的刀具排屑槽，在整个刀具的排屑槽内不被切断，连续的切屑堆叠在刀具表面，排出时对孔壁产生划擦，导致孔壁表面加工损伤；同时，切屑流出后会缠绕刀具，致使刀具磨损加剧，降低刀具寿命。此外，缠绕的切屑还需人工取下，增加人工成本，降低加工效率。
目前，大连理工大学王福吉等人的专利申请CN109128306A，其公开了一种阶梯钻变径位置切削刃的断屑结构，原本的连续螺旋刃切削变成了阶跃刃共切削，前刀面从弧形变为互成直角的直面，有效地实现了金属断屑、碎屑，避免了连续切屑对孔壁的划伤，降低了由于切屑缠绕造成的刀具回转偏心。但是，该申请利用断屑结构对切屑产生的弯曲、扭转应力，产生大量断屑、碎屑，不适用于钻削曲轴小孔后的螺纹加工。
发明内容
为了解决上述现有技术中的切削连续不断、划伤孔壁及切屑缠刀或者产生大量断屑、碎屑等问题，本发明提供一种改变排屑流向的阶梯钻头。
根据本发明的改变排屑流向的阶梯钻头，其具有工作部，工作部包括导向部和排屑部，排屑部的末端通过变径过渡至导向部以使得导向部的直径小于排屑部的直径，排屑部的末端形成有直线型的断屑切削刃，断屑切削刃由前刀面与后刀面相交形成，前刀面在正交平面中与基面形成的前角为-4°～-6°，排屑部的外表面形成有外冷槽，外冷槽通向作为断屑面的前刀面以通过外冷槽内的冷却液辅助负前角来改变排屑流向。
优选地，前刀面在正交平面中与基面形成的前角为-4.5°～-5.5°。
优选地，后刀面与垂直于基面的垂直面形成的角度为5°～10°。
优选地，阶梯钻头为两刃中心对称式设计，两条对称分布的外冷槽分别通向两条断屑切削刃。
优选地，导向部的末端形成有钻尖切削刃。
优选地，该阶梯钻头包括通过连接部连接的工作部和柄部，连接部从柄部开始延伸，排屑部从连接部开始延伸。
优选地，外冷槽形成在连接部和柄部的外表面上以使得冷却液从阶梯钻头的尾部直通断屑面。
优选地，排屑部具有螺旋形的排屑槽。
优选地，阶梯钻头的材料为硬质合金。
根据本发明的改变排屑流向的阶梯钻头，通过负前角使切屑发生弯曲和扭转变形，同时通过指向断屑面的外冷槽共同作用，切屑改变原本从螺旋形的排屑槽排出的路径，向待加工孔的孔外方向排出，有效地解决了小孔加工排屑难、清理孔内切屑难的现状。根据本发明的改变排屑流向的阶梯钻头，用于曲轴小孔加工，达到及时排屑的效果。总之，根据本发明的改变排屑流向的阶梯钻头，对切屑产生的弯曲和扭转会增大切削应力，实现对切屑流向的改变，据此增大切屑受到的弯曲和扭转应力，使得切屑的形态发生改变，从而降低切屑的韧性和塑性，提高脆硬程度，避免了连续切屑缠绕刀具、非连续切屑掉入待加工孔的不良现象，同时有利于钻削后丝锥的螺纹加工，大幅度提升制孔质量，提高加工效率，降低成本，具有良好的工程应用前景。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的改变排屑流向的阶梯钻头的主视图；
图2是图1的尺寸示意图；
图3是图1的右视图；
图4是图1的局部放大图；
图5是图4的断屑切削刃区域的参数说明；
图6示出了图1的阶梯钻头的排屑流向改变。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的改变排屑流向的阶梯钻头包括通过连接部3连接的工作部1和柄部2，工作部1包括导向部11和排屑部12，其中，连接部3从柄部2开始延伸，排屑部12从连接部3开始延伸，排屑部12的末端通过变径过渡至导向部11以使得导向部11的直径小于排屑部12的直径，排屑部12的远离柄部2的末端形成有直线型的断屑切削刃121，导向部11的远离柄部2的末端形成有钻尖切削刃111。另外，根据本发明的阶梯钻头还包括外冷槽4，其在工作部1的排屑部12、连接部3和柄部2的外表面上凹陷形成，从阶梯钻头的尾部直接通向断屑切削刃121。
结合图2，根据本实施例的阶梯钻头的总长L0为120mm，导向部11的长度L1为15mm，工作部1的长度L2为45mm，柄部2的长度L3为40mm，导向部11的直径D1为5.28mm，钻尖切削刃111处的锋角α为140°，排屑部12的直径(即断屑切削刃121的公称直径)D2为10mm，断屑切削刃121处的连接处角度β为90°，外冷槽4的尺寸为1.5mm*1.5mm。
如图3所示，根据本实施例的阶梯钻头为两刃中心对称式设计，在图1和图4中仅示出其中的一条断屑切削刃121，在对称位置的另一条断屑切削刃由于视角原因并没有被示出。如图4和图5所示，每条断屑切削刃121由前刀面122与后刀面123，123’相交形成，其中，前刀面122作为断屑面，本实施例的阶梯钻头包括两条对称分布的外冷槽4，其分别指向形成断屑切削刃121的前刀面122。在图4中，前刀面122为形成断屑切削刃121的前刀面，而标出的后刀面123为形成另一条断屑切削刃的后刀面，也就是说，形成断屑切削刃121的后刀面123’在图4中由于视角的原因被遮住，其在图5中示出，形成断屑切削刃121的后刀面123’与垂直于基面的垂直面形成的角度α为5°～10°。特别地，根据本实施例的阶梯钻头的前刀面122在正交平面中与基面形成的角度γ又被称为前角，具体为-4°～-6°，更优选-4.5°～-5.5°，该负前角使切屑发生弯曲和扭转变形，在前刀面122(断屑面)和外冷槽4中的冷却液的共同作用下，切屑改变排出路径，向待加工孔的孔外方向排出。实践表明，前角γ的角度对切屑流向有极大影响，若前角为-3°等其他角度，切屑将难以从待加工孔的孔外方向排除。应该理解，切屑在钻头切屑过程中发生弯曲和扭转变形时，作为断屑面的前刀面122用于改变切屑排除的流向，外冷槽4中的冷却液用于辅助切屑冲出，两者相辅相成缺一不可地保证切屑从孔外方向排出。如图6所示，本实施例的阶梯钻头在排屑部12具有螺旋形的排屑槽124，常规的阶梯钻头的切屑在排屑槽124内整体沿着轴向X排出，而本实施例的阶梯钻头的切屑在断屑切削刃121区域沿着径向Y排出。如此，本发明的阶梯钻头避免了连续切屑缠绕刀具、非连续切屑掉入待加工孔的不良现象。
在本实施例中，阶梯钻头的材料为硬质合金。
应用例
利用上述实施例的阶梯钻头加工汽车发动机曲轴发信盘底孔。加工过程为先用钻头钻孔，孔直径为5.28mm，孔深为12.35mm，倒角为2.35mm×45°；再用丝锥加工，内螺纹孔为M6，深度为16.35mm。若使用常规阶梯钻加工，连续切屑易缠绕钻头，划伤孔壁，降低孔加工质量；非连续切屑掉入待加工孔，易引起后续加工中丝锥的崩刃。使用上述实施例的阶梯钻头加工曲轴，当切屑达到变径位置(断屑切削刃区域)时，在负前角γ及外冷槽4的冷却液的共同作用下，切屑会由缠绕刀具方向改为向孔外方向排除，避免切屑掉入加工孔，划伤后续攻螺纹的丝锥，制孔质量大幅度提高，加工及人员成本得以降低。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (9)

1.一种便于改变排屑流向的阶梯钻头，其具有工作部，其特征在于，工作部包括导向部和排屑部，排屑部的末端通过变径过渡至导向部以使得导向部的直径小于排屑部的直径，排屑部的末端形成有直线型的断屑切削刃，断屑切削刃由前刀面与后刀面相交形成，前刀面在正交平面中与基面形成的前角为-4°～-6°，排屑部的外表面形成有外冷槽，外冷槽通向作为断屑面的前刀面以通过外冷槽内的冷却液辅助负前角来改变排屑流向。
2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，前刀面在正交平面中与基面形成的前角为-4.5°～-5.5°。
3.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，后刀面与垂直于基面的垂直面形成的角度为5°～10°。
4.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，阶梯钻头为两刃中心对称式设计，两条对称分布的外冷槽分别通向两条断屑切削刃。
5.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，导向部的末端形成有钻尖切削刃。
6.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，该阶梯钻头包括通过连接部连接的工作部和柄部，连接部从柄部开始延伸，排屑部从连接部开始延伸。
7.根据权利要求6所述的钻头，其特征在于，外冷槽形成在连接部和柄部的外表面上以使得冷却液从阶梯钻头的尾部直通断屑面。
8.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，排屑部具有螺旋形的排屑槽。
9.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，阶梯钻头的材料为硬质合金。
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