CN113843438B - Pcd钻头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钻头结构技术领域，并具体公开了一种PCD钻头，包括：刀柄、设置于刀柄端部的刀杆、设置于刀杆远离刀柄端部的聚晶金刚石PCD刀头；刀杆和PCD刀头的侧面设有排屑槽，排屑槽绕钻头的轴线呈螺旋式布设，排屑槽的宽度自PCD刀头至刀柄的方向逐渐减小；PCD刀头中在排屑槽之间的刃背上凸出设有刃带，刃带与排屑槽沿相同方向延伸；从PCD刀头至刀柄的方向，刃带凸出于刃背的高度逐渐减小。本申请提供的PCD钻头具有较高的强度，且靠近刀柄处的槽宽较小，增加了刀杆的强度，延长使用寿命；另外仅在PCD刀头的刃背上设置刃带，刀杆的刃背上不设置刃带，避免了刀杆的外径与孔壁之间有过多接触。

Description

PCD钻头

技术领域

本申请涉及钻头结构技术，尤其涉及一种PCD钻头。

背景技术

聚晶金刚石（Polycrystalline diamond，简称PCD）钻头具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等优点，可在高速切削中获得较高的加工精度和加工效率，逐渐成为行业内的热门产品。钻头的主体结构包括刀杆及设置于刀杆前端的刃部，刃部用于对待加工工件进行切削。微钻通常指的是刃部直径小于3.175mm的钻头，为了保障微钻排屑顺畅，常见的PCD微钻通常在刀杆设置规则的螺旋状排屑槽。但由此带来的问题是降低了刀杆的强度，影响PCD微钻的使用寿命，而且一旦刀杆在加工过程中断裂，还会对待加工工件造成严重的损坏，浪费原材料，甚至高速旋转的刀杆还会对操作人员的生命健康造成一定的威胁。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种PCD钻头。

根据本申请的第一个方面，提供了一种PCD钻头，包括：刀柄、设置于所述刀柄端部的刀杆、设置于刀杆远离刀柄端部的聚晶金刚石PCD刀头；

所述刀杆和PCD刀头的侧面设有排屑槽，所述排屑槽绕钻头的轴线呈螺旋式布设，所述排屑槽的宽度自PCD刀头至刀柄的方向逐渐减小； PCD刀头中在排屑槽之间的刃背上凸出设有刃带，刃带与排屑槽沿相同方向延伸；从PCD刀头至刀柄的方向，刃带凸出于刃背的高度逐渐减小。

本申请所提供的技术方案，采用刀柄、刀杆、PCD刀头三段设计，既能保证抗磨损性能，又能保证钻头的整体强度。而且，在刀杆和PCD刀头的侧面设有排屑槽，排屑槽绕钻头的轴线呈螺旋式布设，排屑槽的宽度自PCD刀头至刀柄的方向逐渐减小，在不影响排屑性能的情况下，靠近刀柄处的槽宽较小，增加了刀杆的强度，延长使用寿命。另外，本申请仅在PCD刀头的刃背上设置刃带，在刀杆的刃背上不设置刃带，刃带的长度仅为一小段，在钻孔加工时，刀杆的外径与孔壁形成有效的支撑，并对孔壁施加有效的挤压力，同时也避免了刀杆的外径与孔壁之间有过多接触，改善孔壁表面的粗糙度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的PCD钻头的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的PCD钻头的局部放大视图；

图3为本申请实施例提供的PCD钻头设有排屑槽及刃带的另一结构示意图；

图4为图3所示PCD钻头旋转一定角度的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的PCD钻头设有排屑槽及刃带的又一结构示意图；

图6为图1中A区域的放大视图；

图7为本申请实施例提供的PCD钻头设有芯厚的结构示意图；

图8为图1中B区域的放大视图；

图9为图8的左视图。

附图标记：

1-刀柄；

2-连接部；

3-刀杆；31-排屑槽；32-刃背；

4-PCD刀头；41-刃带；42-第一后刀面，43-第二后刀面，44-第三后刀面，45-第四后刀面；

5-芯厚。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本申请实施例提供的PCD钻头的结构示意图，图2为本申请实施例提供的PCD钻头的局部放大视图。如图1和图2所示，本实施例提供的PCD钻头包括：刀柄1、刀杆3和PCD刀头4。

以图1的视图角度为例，各部件的左端为前端，右端为后端。钻头的轴线方向为图1的左右方向。

刀杆3设置于刀柄1的前端。PCD刀头4设置于刀杆3远离刀柄1的端部，即设置在刀杆3的前端。

刀柄1采用高强度钢材制成。刀杆3采用硬质合金材料制成，具有高韧性，且具有足够的强度。刀头采用聚晶金刚石通过烧结工艺制成，具有较高的强度。

刀杆3和PCD刀头4的侧面设置有排屑槽31，排屑槽31绕钻头的轴线呈螺旋式布设。排屑槽31在围绕钻头轴线旋转过程中在刀杆2上形成的螺旋状的凸棱称为刃背32。

相当于排屑槽31从PCD刀头4的左端延伸至刀杆3的右端。排屑槽31之间的部分作为刃背32，刃背32也从PCD刀头4的左端延伸至刀杆3的右端。排屑槽31的宽度自PCD刀头4至刀柄1的方向逐渐减小。

本实施例中，排屑槽31的宽度用沿轴线方向的尺寸来表示，即：相邻两个刃背32之间的轴向距离，也即图2中所示的槽宽L3。具体的，以刀杆2的中心轴线为标线，排屑槽31的两条螺旋状的边线在过中心轴线面上的投影与中心轴线之间存在交点，排屑槽31的任意一处槽体的两侧的两个边线和中心轴线之间的交点之间的距离，即为槽宽L3。相似的，刃背32的宽度L4也用沿轴线方向的尺寸来表示。排屑槽31的宽度L3与刃背32的宽度L4满足1.5*L4≤L3≤4* L4。

本实施例所提供的技术方案，采用刀柄、刀杆、PCD刀头三段设计，既能保证抗磨损性能，又能保证钻头的整体强度。而且，在刀杆和PCD刀头的侧面设有排屑槽，排屑槽绕钻头的轴线呈螺旋式布设，排屑槽的宽度自PCD刀头至刀柄的方向逐渐减小，在不影响排屑性能的情况下，靠近刀柄处的槽宽较小，增加了刀杆的强度，延长使用寿命。

与传统的钻头相比，本实施例所提供的PCD钻头的端部取消了传统钻头上的容屑槽，进一步增加了PCD刀头4的强度，显著增强钻尖的抗崩性能。

本实施例所提供的技术方案适用于普通的PCD钻头，也适用于刀头直径D2小于3.175mm的微钻。

本实施例中，将排屑槽31进行抛光处理，可大大降低切削排出的阻力，避免切削粘结在排屑槽31内，排屑顺畅能够降低钻孔的发热量，减少钻污。

在上述方案的基础上，在PCD刀头4的刃背32上凸出设置有刃带41，刃带41与排屑槽31沿相同方向延伸。从PCD刀头4至刀柄1的方向，刃带41凸出于刃背32的高度逐渐减小，直至与刃背32的表面平滑过渡。

仅在PCD刀头4的刃背32上设置刃带41，在刀杆3的刃背32上不设置刃带41，刃带41的长度仅为一小段，在钻孔加工时，刀杆3的外径与孔壁形成有效的支撑，并对孔壁施加有效的挤压力，同时也避免了刀杆3的外径与孔壁之间有过多接触，改善孔壁表面的粗糙度。

刃带41可设置于刃背32的中部位置，也可以设置于刃背32的边缘，例如：设置于刃背32的边缘，刃带41的侧壁与排屑槽31的表面平滑过渡。

一种实现方式，参照图2所示，刃背32上设置有一条刃带41，刃带41的一侧侧壁与排屑槽31的表面平滑过渡。

图3为本申请实施例提供的PCD钻头设有排屑槽及刃带的另一结构示意图，图4为图3所示PCD钻头旋转一定角度的结构示意图。另一种实现方式，参照图3和图4所示，刃带41的数量为两个，两个刃带41可设置于刃背32的中部，也可以设置于刃背32的边缘。例如：两个刃带41分别设置于刃背32的边缘，两个刃带41相背离的侧壁分别与排屑槽31的表面平滑过渡。

图5为本申请实施例提供的PCD钻头设有排屑槽及刃带的又一结构示意图。如图5所示，刃带41的数量为三个，三个刃带41可设置于刃背32的中部，也可以设置于刃背32的边缘。例如：位于外侧的两个刃带41分别设置于刃背32的边缘，这两个刃带41相背离的侧壁分别与排屑槽31的表面平滑过渡。位于中间的刃带41处于刃背32的中间位置。

或者，刃带41还可以为大于三个，具体数量可根据刃背32的宽度进行设定，当刃背32的宽度较大时，可增加刃带41的数量。

图6为图1中A区域的放大视图，图7为本申请实施例提供的PCD钻头设有芯厚的结构示意图，图8为图1中B区域的放大视图，图9为图8的左视图。如图1和图6所示，进一步的，刃带41的前端延伸至PCD刀头4的顶角处。沿轴线方向，刃带41的长度L2为[1.5*D2，5*D2]，D2为PCD刀头的外径。

如图9所示，位于顶角处的刃带41宽度L5范围为[0.05*D2，0.15*D2]。如图2所示，位于PCD刀头侧面的刃带41宽度L6范围为[0.06*D2，0.2*D2]。

在上述技术方案的基础上，刀杆3为空心结构，其内设有沿钻头轴线方向延伸的空腔，空腔内设置有芯厚5。从PCD刀头4至刀柄1的方向，芯厚5的横截面积逐渐增大。具体的，芯厚5从PCD刀头4的前端延伸至刀杆3的后端，其横截面积逐渐增大，能够明显提升刀杆3的整体强度。

一种实现方式为：芯厚5的横截面为圆形，整体呈锥形。单位长度芯厚的前端直径与后端直径的差值范围为[0.003mm，0.015mm]，芯厚5的直径范围为[0.15*D2，0.5*D2]。

另外，从PCD刀头4至刀柄1的方向，刀杆3的横截面积逐渐减小，在加工孔时能够避免因刀杆3的外径和孔壁接触面积过大，造成切削阻力过大而导致刀杆3断掉的情况。

单位长度刀杆的前端外径与后端外径的差值范围为[0.001mm，0.01mm]。

排屑槽31的尺寸与芯厚5的配合关系为：排屑槽31的深度为（D2-芯厚的直径）/2，排屑槽31的宽度为[1.5*L4，4*L4]。

上述PCD钻头4与刀杆2可以为一体形成的结构。刀杆2与刀柄1为两个独立的部件连接而成。具体的，如图6和图7所示，刀柄1的前端设有凹腔，刀杆3的后端设有连接部2，连接部2插入并通过焊接的方式固定至刀柄1的凹腔内。连接部2与刀柄1之间具有较大的焊接面积，有效保证了较高的焊接强度，再加上PCD钻头4与刀杆2为一体形成的结构，能够提高钻头的整体刚性及强度。

连接部2的横截面可以为矩形，也可以为圆形。本实施例中，连接部2的横截面为圆形，其前端与后端的直径可以不相同，例如前端为变径结构，从前向后直径逐渐增大。连接部2沿钻头轴线方向的长度L1范围为[2*D1，5*D1]，D1为连接部2后端的直径。

进一步的，PCD刀头4的前端设有至少一个顶角，顶角的角度满足，90°≤θ<180°。当存在两个顶角时，顶角的角度满足：90°<θ1<180°，60°<θ2≤90°。当顶角数量为两个以上时，沿着PCD刀头4至刀柄1的方向，各顶角的角度依次减小，确保钻头具有足够的锋利度，减小切削力，降低断钻率，提高孔壁质量。

本实施例中，如图8所示，PCD刀头4设置有三个顶角，从左至右三个顶角的角度θ1、θ2、θ3依次减小。具体的，第一顶角的两个第一后刀面42之间、第一顶角的两个第二后刀面43之间的夹角为第一顶角θ1，第二顶角的两个第三后刀面44之间的夹角为第二顶角θ2，第三顶角的两个第四后刀面45之间的夹角为第三顶角θ3，这使得第一顶角θ1具有两个后角，且第二顶角θ2和第三顶角θ3具有一个后角。具体地，角度范围为90°<θ1<180°、60°<θ2≤90°、20°<θ3≤60°。

进一步的，第一顶角的两个第一后刀面42之间、第一顶角的两个第二后刀面43之间、第二顶角的两个第三后刀面44之间以及第三顶角的两个第四后刀面45之间均严格对称设置，这使得形成的各个切削刃严格对称，有利于高效切削，避免钻孔偏移。

上述方案中，槽宽L3在刀杆3上自左至右逐渐变小，既保证了钻削过程中的排屑功能，又增加了刀杆3的强度；同时，刀杆3内的锥形芯厚5能够明显提升刀杆3的整体强度，以此延长该微钻的使用寿命。PCD刀头4处的刃带41能够保证刀杆3外径和孔壁形成有效的支撑和对孔壁的挤压；同时，刃带41右侧的刀杆3上不存在刃带，避免加工孔时刀杆3上没有刃带的部位与孔壁之间的接触摩擦，提升了加工孔的质量。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种PCD钻头，其特征在于，包括：刀柄、设置于刀柄端部的刀杆、设置于刀杆远离刀柄端部的聚晶金刚石PCD刀头；

所述刀杆和PCD刀头的侧面设有排屑槽，排屑槽绕钻头的轴线呈螺旋式布设，所述排屑槽的宽度自PCD刀头至刀柄的方向逐渐减小；

PCD刀头中在排屑槽之间的刃背上凸出设有刃带，刃带与排屑槽沿相同方向延伸；从PCD刀头至刀柄的方向，刃带凸出于刃背的高度逐渐减小；

所述刀杆内设有沿钻头轴线方向延伸的空腔，所述空腔内设置有芯厚；芯厚从PCD刀头的前端延伸至刀杆的后端；从PCD刀头至刀柄的方向，芯厚的横截面积逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的PCD钻头，其特征在于，所述刃带的数量为一个，所述刃带的一侧壁与排屑槽的表面平滑过渡；

或者，所述刃带的数量为两个，两个刃带相背离的侧壁分别与排屑槽的表面平滑过渡；

或者，所述刃带的数量为三个以上，位于外侧的两个刃带相背离的侧壁分别与排屑槽的表面平滑过渡。

3.根据权利要求2所述的PCD钻头，其特征在于，所述刃带的前端延伸至PCD刀头的顶角，刃带沿钻头轴线方向的长度为[1.5*D2，5*D2]，D2为PCD刀头的外径；

位于顶角处的刃带宽度范围为[0.05*D2，0.15*D2]；

位于PCD刀头侧面的刃带宽度范围为[0.06*D2，0.2*D2]。

4.根据权利要求1所述的PCD钻头，其特征在于，所述芯厚的横截面为圆形；单位长度芯厚的前端直径与后端直径的差值范围为[0.003mm，0.015mm]；芯厚的直径范围为[0.15*D2，0.5*D2]，D2为PCD刀头的外径。

5.根据权利要求1所述的PCD钻头，其特征在于，从PCD刀头至刀柄的方向，所述刀杆的横截面积逐渐减小；单位长度刀杆的前端外径与后端外径的差值范围为[0.001mm，0.01mm]。

6.根据权利要求1所述的PCD钻头，其特征在于，排屑槽的深度为（D2-芯厚的直径）/2，D2为PCD刀头的外径；排屑槽的宽度为[1.5*L4，4*L4]，L4为排屑槽之间的刃背宽度。

7.根据权利要求1-6任一项所述的PCD钻头，其特征在于，所述PCD刀头的前端设有至少一个顶角；

当顶角数量为两个以上时，沿着PCD刀头至刀柄的方向，各顶角的角度依次减小。

8.根据权利要求1-6任一项所述的PCD钻头，其特征在于，所述刀柄的前端设有凹腔；刀杆的后端设有连接部，所述连接部插入并固定至刀柄的凹腔内；所述连接部沿钻头轴线方向的长度为[2*D1，5*D1]，D1为连接部的直径。

Images