CN1142997A - 钻具 - Google Patents

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Abstract

一种在实心材料上钻孔的钻具，包括一钻杆，该钻杆在一内部排屑空间处有一径向靠里可转位镶齿，而在一外部排屑空间处有一径向靠外可转位镶齿，这两个可转位镶齿的工作区重合，该内部排屑空间有一至少伸展在部分钻杆纵轴线上的一盖，该内部排屑空间汇合到该外部排屑空间中，从而切屑通过该钻具后部的一共同排屑空间排出。

Description

钻具
本发明涉及在实心金属材料中钻孔的钻具，这种钻具包括一钻杆，该钻杆上有至少一个轴向伸展槽和至少两个布置在该钻杆的端面上不同径向距离处的可转位镶齿，这两个镶齿至少几何形状、大小相同且工作区重合，每一个镶齿都有两个以钝角斜接而同时进行切削的刀刃，该径向靠里可转位镶齿以其一刀刃与钻杆纵轴线稍稍重合，而径向靠外可转位镶齿以其一刀刃切割出钻孔直径，可转位镶齿的刀刃的至少一根角平分线与钻杆纵轴线以一角斜交。
EP0054913A2公开了一种在实心金属材料上钻孔的钻具，该钻具有一钻杆，该钻杆上有至少两个在圆周上以等角距错开的插座，每一个插座中装有至少一个可更换、可转位镶齿，从而在径向上形成若干长度相同的刀刃，每一个可转位镶齿都有一沿轴向伸展到该钻杆后部的排屑槽。每两个相接刀刃的角平分线与钻杆轴线的一平行线相交成锐角。因此径向切削力互相抵消，该钻具自动对中而沿着钻杆轴线切削。
但这类钻具的缺点是，整个钻杆由于其横截面小而刚性低，因此工作中会发生振动，从而会在钻出的孔的底面上出现振纹。此外，切削能力和寿命也因之降低。尽管可转位镶齿布置成径向切削力得以抵消，但在从孔中抽出钻具时会擦伤孔壁而使钻孔的质量下降。
本发明的目的是提供按权利要求1前序部分所述的可提高钻杆刚性并在工作时减轻振动的钻具。
这一目的可用按权利要求1的特征部分所述的钻具来实现。由于在钻杆前部的排屑空间处设置了一盖，因此提高了钻杆横截面的刚性。在进行切削时，可转位镶齿的大致互相相对布置的两刀刃从而可大致保持在由该钻杆横截面所确定的位置上。从而可使振动降低到最低程度。其优点是，切削力在整个钻孔过程中可大致保持不变，从而作用在刀刃上的力的大小也大致不变。这种减振切削操作可加大进刀量而减少钻孔时间，同时钻出的孔底和孔壁的质量得以提高、特别是孔底不再会出现振纹。
在本发明的一优选实施例中，径向靠里的可转位镶齿的内部排屑空间汇合到径向靠外的可转位镶齿的外部排屑空间中。在这种结构中，该外部排屑空间最好与钻杆纵轴线平行伸展，而该内部排屑空间最好做成螺旋形，从而在前部与外部排屑空间大致错开180°的内部排屑空间可汇合到外部排屑空间中。从而该钻杆后部的横截面增大而提高了该钻具的刚性。
在本发明的另一优选实施例中，内部排屑空间汇合入外部排屑空间的过渡区设置在钻杆的中部到后部，从而钻杆后部占有3/4的横截面而比钻杆前部的横截面大。该过渡区之后的共同排屑空间的大小与外部排屑空间大致相同并且其大小在余下的钻杆长度上最好保持不变。
在本发明的又一实施例中，加大了内部排屑空间与外部排屑空间之间的过渡区，从而在该过渡区排出并互相碰撞的切屑可继续有效排出而不致发生切屑堵塞或成团现象。由于钻杆在此部位横截面已占有3/4或只有一个共同排屑空间而刚性提高，因此钻杆可毫无困难地承受切削过程中由于内部和外部排屑空间的切削相互碰撞而作用在钻杆上的力。
在本发明的又一有利改进中，径向靠里和靠外的可转位镶齿的长度相同的刀刃的角平分线都与钻杆的纵轴线斜交成一小角度。依靠这一旋转，特别是把两个可转位镶齿布置成在钻杆纵轴线的径向上相互错开约172°，因此两个可转位镶齿在切削时生成的径向合力可有意选定成不为零，从而钻出的钻孔的直径稍大于钻具直径，因此，在把钻具从钻孔中抽出时不再会擦伤孔壁而留下印痕。
本发明钻具的其它有利改进可见从属权利要求和下面的说明：
各附图示出一优选实施例，附图中：
图1为本发明钻具的侧视图；
图2为图1钻具的端面图；
图3为沿图1中III-III线剖取的钻具的横截面示意图；
图4为本发明钻具的前部的立体图；
图5简示出本发明钻具，其中，两可转位镶齿对称地旋转。
图1示出本发明钻具11，其端面上装有两个互相错开172°的可转位镶齿13、14。六边形可转位镶齿13、14各有长度大致相同而互相相交成一脊角的刀刃16、17；18、19。钻孔直径决定于径向靠外的镶齿14。径向靠里的镶齿13布置成其径向靠里刀刃16稍稍伸过钻杆纵轴线20。可转位镶齿13、14有一重叠工作区。
径向靠外可转位镶齿14有一排屑槽22，该槽22下文称作外部排屑空间。该外部排屑空间22沿着钻杆纵轴线20伸展在整个钻杆26上而汇合到尾部27中。
径向靠里可转位镶齿13也有一排屑槽21，该槽21下文称为内部排屑空间。该内部排屑空间21有一供可转位镶齿13座落其上的边界面53和与该边界面53大致垂直的侧面43。该内部排屑空间21从钻杆26的前部31到后部32呈螺旋形。该内部排屑空间21在过渡区33处汇合到外部排屑空间22中，从而切屑在钻杆后部32经共同排屑空间23排出。该共同排屑空间23最好为外部排屑空间22的接续，或者，内部排屑空间21和外部排屑空间22都有一扭角，然后汇合入一共同排屑空间23，该共同排屑空间23的横截面可设计得较大。该共同排屑空间23可与钻杆纵轴线20平行或扭转成一角度地一直伸展到排屑尾部27。
内部排屑空间21有一至少伸展在其一部分纵向长度上的盖36。盖36最好恰好伸展到过渡区33，从而把径向靠里可转位镶齿13产生的切屑限制在管道状的排屑空间21中，由于内部排屑空间21设置有盖36，因此产生一闭合装置。该内部排屑空间为一转角为20°-40°的右旋螺旋，因此在该闭合装置中产生输送作用而排出切屑。
此外，盖36的优点在于，排出的切屑不低靠孔壁，而是在该管道中排出，从而可消除作用在钻杆26上的反作用力，从而钻具11的转动更平稳。该盖36可有利地用来缓冲振动或消除振动或消除振动的起因。
图2为本发明钻具11的端面图。布置在内部排屑空间21处的盖36平稳汇合到钻杆26的圆周面34中。在本发明的5×D钻具中，盖36的壁厚为0.5mm-4mm，在此情况下该壁厚在最薄处也不低于1mm。该盖36使钻具主体的前部得到很强加固，在本发明钻具中，该加固角Ω为172°。从而大大提高了两个象限横截面37、38的剖面模数。从而可最大程度以防止互相相距一定角度的刀刃偏离原位，这转而又可减轻振动并且同时提高切削力。这是由于下列事实，在内部排屑空间21中原本很小的转动模量得以增大。
此外，加固角设定成172°的优点在于，内部排屑空间21扩大，从而有利于可转位镶齿的切屑的流动以及减轻振动。
为了在切削时冷却钻具11，径向靠外可转位镶齿14所在的象限横截面63中有一冷却液孔39。由于汇合到外部排屑空间22中的内部排屑空间21呈螺旋形，因此冷却液孔39无法位于径向靠里可转位镶齿13所在的象限横截面中。
内部排屑空间21最好在中部到后部处汇合到外部排屑空间22中，从而钻杆26的后部32可占钻杆26总长约1/3±20％。由于至少在钻杆26的后部32的刚性提高，因此钻杆稳定性提高，从而减小了振动起因，钻具11的质量得以提高。
盖36可盖住内部排屑空间21而使过渡区33只位于外部排屑空间22的侧面41的平面中，该侧面41与供径向靠外可转位镶齿14安装其上的边界面54相对。
或者，也可把盖36的在该优选实施例中位于侧面41中的端面42从该侧面41后移，从而只盖住一部分内部排屑空间21。
此外，也可相对上述轴向伸展的侧面41径向伸展端面42而同样只盖住一部分内部排屑空间21而加大过渡区33。
图3为沿图1中III-III线剖取的钻具11的示意剖面图。在该部位，横截面设计成约占钻杆26实心横截面的3/4。共同排屑空间23与外部排屑空间22直接相连并具有大致相同的切屑流量。侧面41和供可转位镶齿14在钻杆26前部31处安装其上的边界面54构成共同外部切屑空间23。该侧面41和边界面54相互大致成直角而构成一在图3中位于XY座标系的第一象限中的排屑空间。侧面41和边界面54的外缘部56上分别有加强条57、58。侧面41的加强条57伸展在钻杆26的全部长度上，从而提高了剖面模数和转动惯量。只要盖36的端面42位于侧面41中，加强条57即可连续伸展在钻杆26上。否则，加强条57可伸入过渡区33。
边界面54上的加强条58可一直伸入可转位镶齿14的前部31。该加强条58也可终止在过渡区33处。加强条57、58设计成条状而稍稍突出在侧面41、54之上。在过渡区中侧面41和边界面54与加强条57、58之间为光滑过渡。加强条57、58的外缘部56直接邻接钻杆26的圆周面34而构成又一引导面。加强条57、58突起在侧面41、54上的高度可为几毫米。加强条57、58的宽度比侧面41、54小，从而维持较大的排屑空间23。此外，转动惯量和剖面模数因而获得很大提高。
图5示出本发明钻具11的前部31。可转位镶齿13、14用一夹紧螺栓紧固而可稳住和更换。可转位镶齿13、14各以两刀刃6、17；18、19进行切削，可转位镶齿13切削钻具纵轴线20周围部位并与该纵轴线稍稍重合，而可转位镶齿14切削直达钻具圆周的孔部。可转位镶齿13、14的工作区重合。可转位镶齿13、14的刀刃16、17和18、19分别有一角平分线28、29，它们以与钻杆纵轴线20成0°-10°、最好为4°的角度一起围绕钻杆纵轴线20旋转。加上两可转位镶齿布置成相距165°-185°、最好为172°的Ω角，因此所有有效刀刃16、17；18、19切削时产生的径向力分量之和不为零。这使得钻具11钻出一比其直径稍大的孔，从而其优点在于，钻具不会塞住在钻孔中，因此在拉出钻杆时不会在钻孔中造成印痕。
下面说明按照本发明制作具有一盖的5×D钻具11的方法。不用说，这一方法当然不只限于该种钻具。
用来制作钻具11的基本材料为由已知的适用于钻具11的材料制成的圆棒。该圆棒对中后铣制出一沿轴向伸展在钻杆26上的外部排屑槽22，该外部排屑槽22构成外部排屑空间而终止于尾部27。
在制成外部排屑空间22后铣制内部排屑空间21，此时把起初在前部31与外部排屑空间22大致错开180°的内部排屑空间21铣制成大致不变的螺旋形而使它在最好位于钻杆26的中部的过渡区汇合到外部排屑空间22中，从而产生一良好的输送作用而排出切屑。在这里，该内部排屑空间21最好最初在靠近钻具11的端面12的部位以直线伸展，然后才以螺旋线伸展。
在钻杆26前部31车削掉一部分外径后套上一用作盖36的套筒。视覆盖面的不同或过渡区33的不同设计，车削掉的外径部分沿着纵轴线20伸向钻杆26的后部32。该套筒紧套和/或依靠摩擦力紧套到车削掉的外径部位上。这时可使用焊接、烧嵌、钎焊等已知方法。
然后相对上述操作偏心放置圆棒而相对该车床第一次操作的纵轴线偏心安装好该圆棒。然后完全车去偏心安装在车床上的该圆棒的外径而形成伸展在钻杆26整个长度上的该钻具11的共同圆周面34。从而排屑空间22露出(固套筒戳穿)，此时排屑空间21仍被套筒盖住。
从而以少量工序便可以低生产成本制作出高刚性、低振动的钻具。

Claims (20)

1、在实心金属材料中钻孔的钻具，包括一钻杆(26)，该钻杆上有至少一个轴向伸展槽(21，22)和至少两个布置在该钻杆(26)的端面(12)上不同径向距离处的可转位镶齿(13，14)，这两个镶齿至少几何形状、大小相同且工作区重合，每一个镶齿都有两个以钝角斜接而同时进行切削的刀刃(16，17；18，19)，该径向靠里可转位镶齿(13)以其一刀刃(16)与钻杆纵轴线(20)稍稍重合，而径向靠外可转位镶齿以其一刀刃(18)切割出钻孔直径，可转位镶齿(13，14)的刀刃(16，17；18，19)的至少一根角平分线(28，29)与钻杆纵轴线(20)以一角(α)斜交，其特征在于，至少一槽(21、22)有至少一盖(36)从该钻具(11)的端面(12)开始沿轴向伸展在至少一部分该槽上。
2、按权利要求1所述的钻具，其特征在于，该盖(36)盖住径向靠里可转位镶齿(13)的槽(21)。
3、按权利要求2所述的钻具，其特征在于，径向靠外可转位镶齿(14)的槽(22)和径向靠里镶齿(13)的槽(21)汇合到一共同槽(23)中。
4、按上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于，该共同槽(23)为径向靠外可转位镶齿(14)的槽(22)的接续。
5、按上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于，该盖(36)沿钻杆纵轴线(20)伸展在至少1/4的该钻杆(26)的长度上。
6、按上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于，槽(21)呈螺旋形而汇合到大致沿钻杆纵轴线(20)轴向伸展的槽(22)中。
7、按上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于，该盖(36)的壁厚为0.5mm-4mm。
8、按上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于，该盖(36)一直伸入该槽(22)的一侧面(41)。
9、按上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于，该盖(36)设计成为该钻杆(26)的一部分。
10、按权利要求1所述的钻具，其特征在于，轴向伸展槽(22)至少在与可转位镶齿(14)相对的侧面(41)上有一邻接钻杆(26)圆周面(34)且沿轴向伸展在该槽(22)的一部分长度上的加强条(57)。
11、按权利要求10所述的钻具，其特征在于，该加强条(57)伸展在钻杆(26)的整个长度上。
12、按权利要求10所述的钻具，其特征在于，该加强条(57)的宽度设计成比该侧面(41)的宽度窄。
13、按权利要求10所述的钻具，其特征在于，该加强条(57)提高了钻杆(26)的转动惯量和/或剖面模量。
14、按权利要求10所述的钻具，其特征在于，该加强条(57)的外缘部构成钻杆(26)的一部分圆周面(34)并可用作引导面。
15、按权利要求10所述的钻杆，其特征在于，该加强条(57)高出槽(22)的侧面(41)不到3mm。
16、按权利要求10所述的钻具，其特征在于，该加强条(57)伸展到过渡区(33)。
17、按权利要求1所述的钻具，其特征在于，该钻杆(26)上至少有两个在径向上大致相对的槽(21，22)，其边界面(53，54)至少沿着一部分钻杆(26)与其侧面(41，43)大致成直角。
18、按权利要求17所述的钻具，其特征在于，钻杆(26)前部(31)中的该径向靠外可转位镶齿(14)所在象限部(63)中有一冷却液孔(39)。
19、按权利要求17所述的钻具，其特征在于，边界面(53，54)和侧面(41，43)可设计成很小。
20、制作按权利要求1-19所述钻具的方法，其特征在于：
找准一圆棒的中心；
铣制出从钻具(11)端面(12)沿着钻杆(26)伸展的一排屑槽(22)；
铣制出两排屑槽(21，22)，它们以在钻具(11)端面(12)上大致相同的圆周角相互错开并沿轴向伸展在该钻杆(26)的至少一部分长度上，这两个槽(21，22)汇合到钻杆(26)后部(32)的一共同槽(23)中；
从钻杆(26)端面(12)开始沿着钻杆(26)的至少一部分车削出直径小于钻杆直径的一段；
把一套筒靠摩擦力套到和/或紧套到直径减小的该段上；
然后偏心放置该圆棒；
把该套筒和钻杆(26)车削到钻杆(26)的共同圆周面(34)。
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