CN113351916A

CN113351916A - 钻头以及钻头的制造方法

Info

Publication number: CN113351916A
Application number: CN202110732270.1A
Authority: CN
Inventors: 斋藤学; 中畑达雄; 高桥秀治; 渡边政雄; 西野利男
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2021-09-07
Also published as: JP6240559B2; KR102361236B1; JP2015221467A; EP2946861A1; US9827617B2; ES2820540T3; EP2946861B1; KR20150135130A; US20150336182A1; CN105081413A

Abstract

本发明提供一种钻头，其能够对金属、复合材料等各种各样的被切削材料，以更合适的条件进行穿孔。实施方式所涉及的钻头具有切刃，该切刃具有不同的大于或等于3个的多个刃顶角，形成所述多个刃顶角的多条棱线的各自的两端的位置处于单一或多条抛物线上。另外，实施方式所涉及的钻头具有切刃，该切刃具有不同的大于或等于4个的多个刃顶角，形成所述多个刃顶角的多条棱线与单一或多条抛物线相切。

Description

钻头以及钻头的制造方法

本申请是基于2015年5月22日提出的中国国家申请号为201510266683X的申请(钻头以及钻头的制造方法)的分案申请，以下引用其内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种钻头以及钻头的制造方法。

背景技术

当前，提出有各种各样的多角钻头，它们不仅高精度地进行金属的穿孔，还以高精度地进行玻璃纤维增强塑料(GFRP:Glass fiber reinforced plastics)、碳纤维增强塑料(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)等复合材料的穿孔作为目标(例如，参照专利文献1、专利文献2以及专利文献3)。

专利文献1：日本特开2013－252588号公报

专利文献2：日本实开平6－75612号公报

专利文献3：日本特开2010－284783号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钻头以及钻头的制造方法，其能够对金属、复合材料等各种各样的被切削材料，以更合适的条件进行穿孔。

本发明的实施方式所涉及的钻头具有切刃，该切刃包含：在其上提供棱线的表面；以及不同的大于或等于3个的由3对棱线定义的多个刃顶角，该切刃具有下述形状，即，在将以刀具轴为中心进行旋转的情况下的所述棱线的通过区域投影在与所述刀具轴平行的投影面上的情况下，与对不同的大于或等于3个的多个刃顶角进行定义的所述3对棱线对应的直线线段，其中，所述直线线段中的至少6个的每一个的两端的位置处于以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线上。

另外，本发明的实施方式所涉及的钻头具有切刃，该切刃包含：在其上提供棱线的表面；以及不同的大于或等于4个的由4对棱线定义的多个刃顶角，该切刃具有下述形状，即，在将以刀具轴为中心进行旋转的情况下的所述棱线的通过区域投影在与所述刀具轴平行的投影面上的情况下，与对不同的大于或等于4个的多个刃顶角进行定义的所述4对棱线对应的直线线段，其中，所述直线线段中的至少8个的每一个与以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线相切。

另外，本发明的实施方式所涉及的钻头的制造方法具有：所述钻头具有：切刃，该切刃包含：在其上提供棱线的表面；以及不同的大于或等于3个的由3对棱线定义的多个刃顶角，或者不同的大于或等于4个的由4对棱线定义的多个刃顶角，所述方法具有：设置所述钻头的原材料的工序；以及使用所述原材料形成具有下述形状的所述切刃的工序，即，在将以刀具轴为中心进行旋转的情况下的所述棱线的通过区域投影在与所述刀具轴平行的投影面上的情况下，与对不同的大于或等于3个的多个刃顶角进行定义的所述3对棱线对应的直线线段，或者与对不同的大于或等于4个的多个刃顶角进行定义的所述4对棱线对应的直线线段，其中，所述直线线段中的至少6个的每一个的两端的位置处于以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线上，或者所述直线线段中的至少8个的每一个与以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线相切。

发明的效果

根据本发明的实施方式所涉及的钻头以及钻头的制造方法，能够对金属、复合材料等各种各样的被切削材料，以更合适的条件进行穿孔。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的钻头的形状的图。

图2是对图1所示的钻头的切刃的设计方法进行说明的图。

图3是表示以沿着2条抛物线的方式对钻头的切刃的形状进行设计的例子的图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的钻头的形状的图。

标号的说明

1、1A钻头，2切刃，3刀柄，Tax刀具轴

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式所涉及的钻头以及钻头的制造方法进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的钻头的形状的图。

钻头1具有切刃2、和用于使切刃2旋转的刀柄3。切刃2的数量是任意的。即，能够使钻头1为1个刃、2个刃、3个刃、4个刃、5个刃或者大于或等于6个刃的钻头。另外，从使刚性、耐磨性以及韧性等机械特性良好的角度出发，优选切刃2与刀柄3作为一体型而构成实心型的钻头1。但是，也可以设为将可更换的刀片式的切刃2安装在刀柄3上的结构。

在图1中，(a)示出了将在使切刃2以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下切刃2的棱线的通过区域投影在与刀具轴Tax垂直的投影面上的图。另一方面，在图1中，(b)示出了将在使切刃2以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下切刃2的棱线的通过区域投影在与刀具轴Tax平行的投影面上的图。

因此，如果切刃2的数量为偶数，则图1(b)成为表示切刃2的形状的钻头1的剖面图。另一方面，如果切刃2的数量为奇数，则图1(b)成为沿切刃2在刀具轴Tax上而切割方向变化的钻头1的剖面图。

如图1所示，钻头1是具有多个刃顶角的多角钻头。在图1中，示例出具有3个不同的刃顶角α1、α2、α3的3段角钻头1。因此，如图1(b)所示，切刃2具有下述形状，即，在将棱线的通过区域投影在与刀具轴Tax平行的投影面上的情况下，将多条直线线段不连续地连结的轴对称的折线，作为不连续的线而描绘在投影面上的形状。

但是，也可以取代将多条直线线段连结，而是将投影面上的切刃2形状设为将多条连续的曲线连结的形状。在该情况下，切刃2成为下述形状，即，在将棱线的通过区域投影在与刀具轴Tax平行的投影面上的情况下，将多条连续的曲线不连续地连结的轴对称的曲线，作为不连续的线而描绘在投影面上的形状。

并且，钻头1的切刃2具有下述形状，即，在将棱线的通过区域投影在与刀具轴Tax平行的投影面上的情况下，沿着单一或2条抛物线或椭圆的轴对称且不连续的线，描绘在投影面上的形状。在图1(b)所示的例子中，沿着单一抛物线的轴对称且不连续的折线描绘在投影面上。

如果利用如上所述的设计方法对切刃2进行设计，则能够使利用构成切刃2的多条棱线切削的被切削材料(工件)的体积在棱线间大致一定。

图2是对图1所示的钻头1的切刃2的设计方法进行说明的图。

在图2中，(a)示出了在使切刃2以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下切刃2的棱线的通过区域的、与刀具轴Tax垂直的投影面。另一方面，在图2中，(b)示出了在使切刃2以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下切刃2的棱线的通过区域的、与刀具轴Tax平行的投影面。

如图2(b)所示，如果对xy坐标系进行定义，其中该xy坐标系将刀具轴Tax方向设为x轴方向、并将在包含刀具轴Tax的投影面上与刀具轴Tax垂直的方向设为y轴方向，则能够将沿钻头1的切刃2的棱线的曲线的式子作为y＝f(x)而由函数表示。假设，如果钻头1的切刃2的棱线是由y＝f(x)表示的曲线，则将刀具轴Tax方向的长度作为进给量a的相邻的棱线C1、C2部分所切削的工件的体积V1、V2，能够利用式(1-1)以及式(1-2)计算。

V1＝aS1＝a{πf(x₁+a)²-πf(x₁)²}＝aπ{f(x₁+α)²-f(x₁)²} (1-1)

V2＝aS2＝a{πf(x₁)²-πf(x₁-a)²}＝aπ{f(x₁)²-f(x₁-a)²} (1-2)

其中，在式(1-1)以及式(1-2)中，S1、S2是图2(a)所示的各区域的面积，即，表示将在以刀具轴Tax为中心使切刃2旋转的情况下各棱线C1、C2的通过区域投影在与刀具轴Tax垂直的投影面上而得到的2维区域的各面积。另外，x₁表示棱线C1、C2的边界点的x坐标。

因此，使棱线C1部分所切削的工件的体积V1和棱线C2部分所切削的工件的体积V2彼此相等的曲线y＝f(x)成为理想的曲线。并且，如果对使式(1-1)以及式(1-2)的右边相等的式子进行变形，则导出式(2)。

2f(x₁)²＝f(x₁+a)²+f(x₁-a)² (2)

满足式(2)的条件的函数是由式(3)表示的抛物线。

f(x)＝bx^1/2 (3)

其中，在式(3)中，b是任意的常数。此外，即使在图2(a)所示的各区域的面积S1、S2彼此相等的这样的条件下解方程式，也同样地作为解得到抛物线。

因此，如果设计将由式(3)表示的抛物线设为棱线的切刃2，则能够使刀具轴Tax方向的每单位长度的棱线所切削的工件的体积恒定。但是，制造将曲率连续地变化的抛物线设为棱线的切刃2，会引起制造成本的增加。

因此，优选为设计将近似抛物线的不连续的线段设为棱线的切刃2。此外，有时椭圆的一部分也能够局部性地视为与抛物线等同的曲线。因此，也能够取代抛物线，以在投影面上描绘近似地沿椭圆的轴对称且不连续的线的方式，设计切刃的形状。在该情况下，设计将近似椭圆的不连续的线段设为棱线的切刃2，也会带来切刃2的制造成本的降低化。即，优选为设计将多角近似抛物线或椭圆的折线或不连续的曲线设为棱线的多角钻头的切刃2。

例如，在将切刃2的形状设为不连续地连结多条直线线段的形状的情况下，如图1中所示例那样，如果将切刃2的形状设为，将两端的位置分别在抛物线上的大于或等于6条的直线线段不连续地连结的轴对称的折线作为不连续的线描绘在投影面上的形状，则能够设计出近似于具有特定的系数b的抛物线的切刃2。换而言之，设计下述的切刃2成为优选的切刃2的设计条件，即，具有不同的大于或等于3个的多个刃顶角，形成多个刃顶角的多条棱线的各自的两端的位置处于单一或多条抛物线上。

另外，有时相对于刀具轴Tax轴对称的2条抛物线，也能够局部性地视为与相对于刀具轴Tax轴对称的单一的抛物线等同的曲线。并且，也能够取代单一的抛物线，以在投影面上描绘沿着2条抛物线的轴对称且不连续的线的方式，设计切刃2的形状。

图3是表示以沿着2条抛物线的方式设计钻头1的切刃2的形状的例子的图。

如图3所示，也能够以沿着相对于刀具轴Tax轴对称的2条抛物线的方式，设计钻头1的切刃2的形状。

下面，对钻头1的制造方法进行说明。

钻头1能够利用任意的方法制造。作为具体例，除了通过切削或磨削而实现的机械加工之外，还举出对粉末进行烧结的烧结法。这些方法并不限定于制造在刀柄3上形成有切刃2的实心型的钻头1的情况，在将切刃2作为刀片而制造的情况下，也是相同的。

具体地说，为了制造钻头1，首先实施设置钻头1的原材料的工序。然后，实施下述工序，即，使用所设置的原材料形成具有下述形状的切刃2，即，在将以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下的棱线的通过区域投影在与刀具轴Tax平行的投影面上的情况下，沿着单一或2条抛物线或椭圆的轴对称且不连续的线，绘描在投影面上的形状。

例如，在通过机械加工制造实心型的钻头1的情况下，将棒状的原材料设置在钻头加工机上。随后，通过对棒状的原材料进行切削或磨削，形成具有如上述的构造的切刃2。

另一方面，在通过烧结法制造钻头1的情况下，在与切刃2的形状以及构造对应的模具中作为原材料设置而超硬材料的粉末等。随后，通过粉末的烧结形成切刃2。

即，如上所述的钻头1是沿着抛物线或椭圆形成有不连续的棱线的多角钻头。

因此，根据钻头1，能够使利用切刃2的各部分所切削的工件的体积均等。其结果，能够使在沿切刃2的方向上的切削阻力均等。如果切削阻力变得均等，则得到如下效果，即，在复合材料的加工中不仅能够减少显著的剥离(层离)，还能够减少毛刺的产生。因此，能够在工件上形成良好的加工面。另一方面，通过使钻头1的损耗降低，能够使钻头1的寿命提高。

而且，与将投影面上的棱线的形状设为曲率不恒定的连续的抛物线等自由曲线的情况相比，钻头1的切刃2的形状简单。因此，与现有技术相比钻头1的制造变得容易。

例如，如果将钻头1的切刃2的形状设为在投影面上描绘将多条曲线不连续地连结的不连续的线的形状，则能够通过重复进行具有制造容易的特定曲率的曲线加工或曲面加工，制造钻头1。即，能够限定使曲线加工或曲面加工中的曲率连续地变化的范围。

并且，如果将钻头1的切刃2的形状设为在投影面上描绘将多条直线线段不连续地连结的折线的形状，则能够进一步使钻头1的制造成本降低。例如，如果是通过切削或磨削形成切刃2的情况，则并不是一定需要使切削刀具或磨削刀具的方向连续地变化。另外，在通过烧结法形成切刃2的情况下，也能够使模具的构造变得简单，降低制造成本。

特别是在近几年，能够利用非常微小的刀片，对与切刃2或切刃2的形状对应的模具进行加工。因此，能够通过形成多个刃顶角，使相对于抛物线或椭圆的近似精度提高。由此，能够避免钻头1的制造成本的增加，并且实现高精度的穿孔以及钻头1的寿命提高。

(第2实施方式)

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的钻头的形状的图。

在图4所示的第2实施方式的钻头1A中，用于设计切刃2的棱线的近似方法与第1实施方式的钻头1不同。关于第2实施方式中的钻头1A的其他结构以及作用，与第1实施方式中的钻头1实质上是相同的。因此，对于第2实施方式中的钻头1A的相同或对应的结构要素，标注相同标号，并省略通用的事项的说明。

在图4中，(a)示出了将在使切刃2以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下的切刃2的棱线的通过区域，投影在与刀具轴Tax垂直的投影面上的图。另一方面，在图4中，(b)示出了将在使切刃2以刀具轴Tax为中心进行旋转的情况下的切刃2的棱线的通过区域，投影在与刀具轴Tax平行的投影面上的图。

在第1实施方式中，通过将如两端的位置处于抛物线或椭圆上这样的多条线段连结，进行抛物线或椭圆的近似，但如图4所示，也能够通过将与抛物线或椭圆相切的多条线段连结，进行抛物线或椭圆的近似。

在通过抛物线的直线近似对切刃2的形状进行设计的情况下，如图4所示，切刃2的形状成为下述形状，即，将分别与抛物线相切的大于或等于8条的直线线段不连续地连结的轴对称的折线，作为不连续的线而描绘在投影面上的形状。换而言之，设计出如下的切刃2，即，具有不同的大于或等于4个的多个刃顶角，并使形成多个刃顶角的多条棱线与单一或多条抛物线相切。此外，在图4中示出了具有不同的4个刃顶角β1、β2、β3、β4的钻头1A。

对于如上所述的第2实施方式的钻头1A，也能够得到与第1实施方式的钻头1相同的效果。

(其他实施方式)

以上对特定的实施方式进行了记载，但记载的实施方式只不过是一个例子，并不限定发明的范围。记载于此的新的方法以及装置，能够通过各种各样的其他形式实现具体化。另外，在记载于此的方法以及装置的形式中，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换以及变更。随附的权利要求书及其等同内容，作为包含在发明的范围以及主旨中的内容，包含有如上所述的各种实施方式以及变形例。

Claims

1.一种钻头，其具有：

切刃，该切刃包含：在其上提供棱线的表面；以及不同的大于或等于3个的由3对棱线定义的多个刃顶角，

该切刃具有下述形状，即，在将以刀具轴为中心进行旋转的情况下的所述棱线的通过区域投影在与所述刀具轴平行的投影面上的情况下，与对不同的大于或等于3个的多个刃顶角进行定义的所述3对棱线对应的直线线段，

其中，所述直线线段中的至少6个的每一个的两端的位置处于以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线上。

2.一种钻头，其具有：

切刃，该切刃包含：在其上提供棱线的表面；以及不同的大于或等于4个的由4对棱线定义的多个刃顶角，

该切刃具有下述形状，即，在将以刀具轴为中心进行旋转的情况下的所述棱线的通过区域投影在与所述刀具轴平行的投影面上的情况下，与对不同的大于或等于4个的多个刃顶角进行定义的所述4对棱线对应的直线线段，

其中，所述直线线段中的至少8个的每一个与以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线相切。

3.一种钻头的制造方法，

所述钻头具有：

切刃，该切刃包含：在其上提供棱线的表面；以及不同的大于或等于3个的由3对棱线定义的多个刃顶角，或者不同的大于或等于4个的由4对棱线定义的多个刃顶角，

所述方法具有：

设置所述钻头的原材料的工序；以及

使用所述原材料形成具有下述形状的所述切刃的工序，即，在将以刀具轴为中心进行旋转的情况下的所述棱线的通过区域投影在与所述刀具轴平行的投影面上的情况下，与对不同的大于或等于3个的多个刃顶角进行定义的所述3对棱线对应的直线线段，或者与对不同的大于或等于4个的多个刃顶角进行定义的所述4对棱线对应的直线线段，

其中，所述直线线段中的至少6个的每一个的两端的位置处于以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线上，或者所述直线线段中的至少8个的每一个与以刀具轴为中心轴对称的共同的抛物线相切。

4.根据权利要求3所述的钻头的制造方法，其中，在与所述切刃对应的模具中将粉末作为所述原材料而设置，并通过所述粉末的烧结而形成所述切刃。

5.根据权利要求3所述的钻头的制造方法，其中，设置棒状的原材料，通过对所述棒状的原材料进行切削或磨削，形成所述切刃。