CN113811412A - 例如钻头或铰刀的旋转切割工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转切割工具(1)，例如钻头(2)或铰刀(3)，其沿着轴线(4)纵向延伸并且包括至少一个主切割边缘(5)，使得当工具(1)围绕轴线(4)旋转时，工具(1)轴向向前移动，以在材料上执行切割操作。根据本发明，工具(1)包括用于在切割操作期间制动工具(1)的轴向向前移动的制动装置(7)。

Description

例如钻头或铰刀的旋转切割工具

技术领域

本发明涉及例如螺旋工具的旋转切割工具的技术领域，旋转切割工具用于通过旋转进行钻孔、镗孔、铰孔、锪孔或倒角操作。

本发明具体涉及钻孔钻头、右旋螺旋铰刀、铰孔钻头、锪钻或倒角铣刀(铣刀)，并且发现了在航空领域中的有利应用，其中，飞机结构的组装需要在可由多层(有时是不同材料)的叠层组成的零件中钻出和铰出相当数量的孔。

背景技术

现有技术中已知螺旋钻具，例如钻头或右旋螺旋铰刀，其包括至少一个主切割边缘并且沿着轴线纵向延伸。这些工具旨在绕轴线旋转并轴向前进，以在材料上执行钻孔操作。

当需要在例如钢或钛的特别硬的材料中钻出大直径时，或者当需要实现紧密的孔公差时，或者当待钻孔的零件的组装过程需要导孔时，这种类型的工具也可以是阶梯式或被驱动。

这种类型的旋转钻具的问题在于钻孔期间的工具与材料的接合的效应，该效应可能相对较高，这导致工具堵塞或断裂的风险。

当钻孔操作是手动的时，这个问题更加严重。实际上，操作者难以控制工具进入被钻孔材料的进给，并且必须握住工具，以对抗工具的接合力。

另外，当工具是阶梯式的时，还存在工具台阶中冲击材料的抖动的问题，这进一步增加了卡住或断裂的风险。

为了避免卡住或断裂的风险，已知的是在这种情况下通过减小螺旋角和/或通过减小切割边缘的间隙角来生产具有在材料中的固有地低的接合力的工具。这具有增加推力的缺点，这使得这些手动操作耗时且乏味，结果降低了工具的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的一个目的是通过提供一种旋转切割工具来弥补上述缺点，该旋转切割工具例如为螺旋的，例如钻头、铰刀、右旋螺旋铰刀，或者具有由斜坡生成的切割角，例如砂磨或倒角刀，其避免了在切割操作期间并且特别是在手动钻孔期间堵塞或断裂的风险。

本发明的另一个目的是提供这样一种工具，其通过减少钻孔操作的循环时间来允许最佳的钻孔速率。

本发明的另一个目的是提供这样一种工具，其允许减小推力，增加这些工具的寿命，并且提高钻孔舒适性和孔质量。

为此，已经开发了一种旋转切割工具，根据现有技术的该旋转切割工具在于其沿着轴线纵向地延伸并且具有至少一个主切割边缘，使得当工具围绕轴线旋转时，工具轴向地前进，以在材料上执行切割操作。

根据本发明，工具包括用于在切割操作期间制动工具的轴向前进的装置。

因此，包括在旋转工具中的制动装置使得可以限制这种类型的工具在被钻孔材料中的显著接合的效应，使得用户能够更好地在手动钻孔期间控制所述工具的进给。结果，避免了卡住或断裂的风险。

此外，具有较大固有接合的工具几何形状可以与这些制动装置结合采用，从而减少推力和循环时间，同时避免卡住的风险。

根据特定实施例，制动装置相对于主切割边缘轴向地后退定位，并且旨在在钻孔操作期间与被钻孔材料接触，以便减慢工具的轴向前进。

根据特定实施例，制动装置是附加切割边缘的形式，该附加切割边缘相对于工具的旋转位于主切割边缘下游，并且具有比主切割边缘低的切割功率。

为此，附加切割边缘具有：

-小于主切割边缘的轴向切割角的轴向切割角；

和/或

-小于主切割边缘的间隙角的间隙角。

其它技术是可能的。例如，附加切割边缘包括刃制备，例如所谓的珩磨半径，即，附加切割边缘是磨圆的并且具有圆形横截面或刻面。

这样，附加切割边缘具有比主切割边缘低的切割功率，因此限制了附加切割边缘穿透到材料中，这使得可以在手动钻孔时或者甚至在利用柱钻、半自动机床、自动钻孔单元自动或半自动钻孔时、或者甚至在数字控制下控制工具的进给。

本发明还允许主切割边缘的轴向切割角和间隙角增大，从而提高了工具的切割功率和效率。

根据另一特定实施例，制动装置是制动面或制动边缘的形式，该制动面或制动边缘相对于工具的旋转定位在主切割边缘的下游。

制动面例如由延长主切割边缘的主间隙的副间隙构成，副间隙的角度小于主间隙的角度。

制动边缘例如由主切割边缘的间隙的后缘构成，该后缘从主切割边缘后退，并且不位于间隙的母线中。

根据特定实施例，制动装置定位成从主切割边缘轴向地后退5μm至250μm之间并且优选地在5μm至200μm之间的距离。

根据本发明的旋转切割工具可以是钻头、铰刀、右旋螺旋铰刀、凿槽或倒角刀的形式，并且优选地包括在尖端或入口倒角上的制动装置，或者在阶梯式工具的情况下，包括在至少一个台阶上的制动装置，使得消除在手动钻孔期间的抖动效应。

附图说明

本发明的其它优点和特性将从以下通过非限制性示例给出的描述从附图中变得更加清楚，附图中：

图1是示出了根据本发明的阶梯式或导向式钻头的图；

图2是示出了根据本发明的阶梯式或导向式的右旋螺旋铰刀或铰孔钻头的图；

图3是示出了同一钻头的主切割边缘和附加切割边缘的图，附加切割边缘轴向地后退并且具有比主切割边缘小的轴向切割角；

图4是示出了同一钻头的主切割边缘和附加切割边缘的图，附加切割边缘轴向地后退并且具有比主切割边缘小的间隙角；

图5是示出了同一双槽钻头的主切割边缘和附加切割边缘的图，附加切割边缘轴向地后退并且具有比主切割边缘小的间隙角；

图6是示出了具有延长主间隙的副间隙的钻头的主切割边缘的图，副间隙的角度小于主间隙的角度，并且轴向后退；

图7是示出了主切割边缘的间隙的后缘的图，该后缘从主切割边缘后退，以形成制动边缘；

图8是具有珩磨半径的钻头的附加切割边缘的图；以及

图9是示出了具有刻面的钻头的附加切割边缘的图。

具体实施方式

参照图1至图9，本发明涉及一种用于执行钻孔或铰孔操作的旋转工具(1)，并且具体地涉及一种旋转切割工具(1)，例如钻头(2)、右旋螺旋铰刀(3)、砂磨刀或倒角刀等。

以已知的方式，并且参照图1和图2，工具(1)沿着轴线(4)纵向延伸，并且具有至少一个主切割边缘(5)，并且优选地具有至少一个附加切割边缘(6)，其相对或不相对，使得当工具(1)围绕轴线(4)旋转时，工具(1)轴向前进，以执行实际的钻孔操作。

根据应用，特别是根据待钻孔材料的硬度，钻头(2)或铰刀(3)可以是阶梯式的或导向式的，并且具有单槽或双槽，参见图5。

实际上，根据本发明的工具(1)发现了特别在航空领域中的有利应用，在该航空领域中，必须钻出相对大量的孔，以将零件组装在一起，这有时需要对可能具有不同材料的多层零件进行钻孔。

因此，为了便于钻出相对大直径的孔的操作，具有右旋螺旋的钻头(2)或铰刀(3)具有直径依次增加的若干级。

在该应用中，大量使用右旋螺旋钻头(2)或铰刀(3)，并且在给定对例如钢或钛的硬质材料钻孔所需的高扭矩以及相对大的直径的情况下，右旋螺旋钻头(2)或铰刀(3)趋于具有由工具(1)的切割角或螺旋形状的斜坡生成的非常高的接合效应。

当涉及手动钻孔时，这种接合效应是限制性的，因为操作者难以控制工具(1)的进给，这导致工具(1)的断裂或堵塞的风险。此外，当工具(1)是阶梯式的时，这些风险增加，因为工具(1)在各个台阶处都抵靠被钻孔的材料抖动。

因此，根据本发明的工具(1)包括用于在钻孔操作期间制动工具(1)的轴向前进的装置(7)。

为此，根据特定实施例，制动装置(7)相对于主切割边缘(5)轴向地后退定位，并且旨在在钻孔操作期间与被钻孔材料接触，以便减慢工具(1)的轴向前进。

这些制动装置(7)可以例如是附加切割边缘(6)的形式，或者是制动面(8)的形式，或者是制动边缘(9)的形式。

参照图3至图5、图8和图9，在附加切割边缘(6)的情况下，附加切割边缘相对于工具(1)的旋转位于主切割边缘(5)的下游，并且为了接触被钻孔材料并减慢进给，附加切割边缘具有比主切割边缘(5)低的切割功率。

附加切割边缘(6)具有较低切割功率的事实限制了所述附加切割边缘(6)进入材料中，这使得可以控制钻孔、尤其是手动钻孔中的进给速率。

为了降低附加切割边缘(6)的切割功率，若干技术是可能的。

例如，参照图3，附加切割边缘(6)具有比主切割边缘(5)的轴向切割角(10)更小的轴向切割角(9a)。例如，对于具有主切割边缘(5)和单个相对切割边缘的钻头，该主切割边缘(5)的轴向切割角(10)可以是30°，而附加切割边缘(6)的轴向切割角(9a)可以是20°或甚至是负的。

根据另一个实施例，并且参照图4和图5，附加切割边缘(6)具有小于主切割边缘(5)的间隙角(12)的间隙角(11)。作为示例，主切割边缘(5)的间隙角(12)例如在8°至12°之间，而附加切割边缘(6)的间隙角(11)例如为1°。

减小附加切割边缘(6)的切割功率的其它方式是在附加切割边缘(6)处形成半径大于8μm(例如10μm)的所谓珩磨半径(13)，参见图8，或者形成刻面(14)或对所述附加切割边缘(6)倒角，参见图9。刻面(14)可以例如具有大于10μm的宽度。在后一种构造中，除了尺寸减小之外，结果类似于具有比主切割边缘(5)更小的切割角和/或间隙的附加切割边缘(6)的布置。

参照图6，当制动装置是制动面(8)时，它例如由延长主切割边缘(5)的主间隙(15)的副间隙构成。副间隙的角度(16)小于主间隙(15)的角度(17)，使得由副间隙形成的制动面(8)与被钻孔材料接触，以减慢工具(1)的前进。例如，主间隙(15)的角度(17)在8°至12°之间，而副间隙的角度(16)为1°或甚至为负。在副间隙具有负角的情况下，通过由所述副间隙的后缘构成的制动边缘(9)实现制动，参见图7。

参照图7，当制动装置是制动边缘(9)时，它实际上由主切割边缘(5)的间隙的后缘构成，该后缘相对于主切割边缘(5)后退，并且不位于间隙的母线中。

制动装置(7)优选地从主切割边缘(5)轴向地后退5μm至250μm之间并且优选地5μm至200μm之间的距离，这取决于工具的旋转路径(1)中在主切割边缘(5)与制动装置(7)之间的间距。对于具有主切割边缘(5)和定位在相对的附加切割边缘(6)上的制动装置(7)的钻头，小于5μm的轴向距离将趋向于延长工具(1)的循环时间并缩短其寿命，而大于250μm的轴向距离将导致在钻孔操作期间堵塞或断裂工具(1)的风险。

制动装置(7)可以直接位于钻头的尖端上、工具的入口倒角上，或者如果有必要的话，位于一个或各个级上。

提出根据本发明的工具的另一种方式是考虑制动装置从主切割边缘(5)后退并且包括间隙(11、16)，该间隙具有比主切割边缘(5)的间隙角(12、17)更小的角度，或者甚至是负角，以便生成边缘，该边缘根据其相对于槽的位置而进行切削或者不进行切削，旨在在切割操作期间与被钻孔材料接触，以便减慢工具(1)的轴向前进。

这样获得的工具的几何形状具有固有的矛盾的特性，因为主刃以其轴向切削和间隙值帮助工具在材料中前进，而由小于主切割边缘的间隙角生成的轴向后退边缘将限制前进。工具(1)的最大进给速率将由该边缘与材料接触的角度和轴向位置(即螺旋偏移)确定。

根据一个实施例，用于生成旨在在切割操作期间与被钻孔材料接触以减慢工具的轴向前进的轴向后退边缘的间隙是附加切割边缘(6)的间隙(11)，该附加切割边缘相对于工具(1)的旋转位于主切割边缘(5)的下游，并且具有比主切割边缘(5)低的切割功率。

根据另一示例，允许生成轴向后退边缘并且旨在在切割操作期间与被钻孔材料接触以便减慢工具的轴向前进的间隙是主切割边缘(5)的主间隙(15)的延长部中的副间隙(16)，以便在副间隙(16)的角度小于主间隙(15)的角度(17)的情况下构成相对于工具(1)的旋转定位在主切割边缘(5)下游的制动面(8)，或者在副间隙(16)的角度小于主间隙(15)的角度(17)并且为负的情况下构成由所述副间隙(16)的后缘构成的制动边缘(9)。

从以上可以清楚地看出，本发明提供了一种旋转切割工具(1)，其中，避免了在钻孔期间并且特别是手动钻孔期间的堵塞或断裂的风险，同时通过减少钻孔操作的循环时间而允许最佳的钻孔速率，并且允许减少推力，增加这些工具的寿命，并且提高钻孔舒适性和孔的质量。

Claims (11)

1.一种旋转切割工具(1)，例如钻头(2)或铰刀(3)，其沿着轴线(4)纵向延伸并且包括至少一个主切割边缘(5)，使得当驱动所述工具(1)围绕所述轴线(4)旋转时，所述工具(1)轴向前进，以在材料上执行切割操作，其特征在于，所述工具包括用于在所述切割操作期间制动所述工具(1)的所述轴向前进的装置(7)。

2.根据权利要求1所述的工具(1)，其特征在于，所述制动装置(7)相对于所述主切割边缘(5)轴向后退地定位，并且旨在在所述钻孔操作期间与被钻孔的材料接触，以便减慢所述工具(1)的所述轴向前进。

3.根据权利要求2所述的工具(1)，其特征在于，所述制动装置(7)为附加切割边缘(6)的形式，所述附加切割边缘相对于所述工具(1)的旋转位于所述主切割边缘(5)的下游，并且具有比所述主切割边缘(5)低的切割功率。

4.根据权利要求3所述的工具(1)，其特征在于，所述附加切割边缘(6)具有比所述主切割边缘(5)的间隙角(12)小的间隙角(11)。

5.根据权利要求3或4中一项所述的工具(1)，其特征在于，所述附加切割边缘(6)具有比所述主切割边缘(5)的轴向切割角(10)小的轴向切割角(9a)。

6.根据权利要求2所述的工具(1)，其特征在于，所述制动装置(7)为相对于所述工具(1)的所述旋转定位在所述主切割边缘(5)的下游的制动面(8)的形式。

7.根据权利要求2所述的工具(1)，其特征在于，所述制动装置(7)为相对于所述工具(1)的所述旋转定位在所述主切割边缘(5)的下游的制动边缘(9)的形式。

8.根据权利要求6所述的工具(1)，其特征在于，所述制动面(8)由延长所述主切割边缘(5)的主间隙(15)的副间隙构成，所述副间隙的角度(16)小于所述主间隙(15)的角度(17)。

9.根据权利要求2所述的工具(1)，其特征在于，所述制动装置(7)被定位成轴向后退5μm至200μm之间的距离。

10.根据前述权利要求中一项所述的工具(1)，其特征在于，所述工具为钻头(2)、具有右旋螺旋的铰刀(3)、铰刀、砂磨刀或倒角刀的形式。

11.根据前述权利要求中一项所述的工具(1)，其特征在于，所述工具包括位于尖端或入口倒角上、或者在阶梯式工具(1)的情况下位于至少一个台阶上的制动装置(7)。

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