CN1162939A - 有可换位的刀片的钻孔工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在金属实心材料中钻孔的钻孔工具。它有一个带排屑用的排屑槽的基体和两个装在基体端部每一个排屑槽端各一个凹槽内、可更换的、具有相同形状和尺寸并尤其设计为可换位刀片的刀口(1)。刀片(1)装在离钻孔工具轴线(30)有不同的径向距离处，它们的工作范围重叠。刀片(1)的刀口(4、4a)由两个互相形成一个钝的刀尖角(18)的刀刃(10、10a或14、14a)构成。刀片(1)的特征在于沿其纵向L延伸的形状，它具有在其切屑面侧(3)基本上沿纵向延伸的槽状凹陷，以及还在于在槽端处刀口(4、4a)的配置。此外，槽有一个底面(9)，它的平行四边形长边(6、7)与刀片(1)纵轴线(2)构成一个锐角(8)。平行四边形短边构成刀片刀口(4、4a)的一个刀刃(10、10a)。槽还包括两个各为一个钝角三角形形状的侧面(12、12a)，它们位于底面(9)的平行四边形长边(6、7)两侧，从底面(9)沿一个钝角(31)向上升起。三角形的底边分别与平行四边形的一个长边(6、7)重合。三角形的短边构成另一个刀刃(14、14a)，它们与相邻的底面(9)平行四边形的短边一起，构成一个刀片的刀口(4、4a)。

Description

有可换位的刀片的钻孔工具
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的用于在金属实心材料中钻孔的钻孔工具。
市场上流行的钻孔工具绝大多数配备有“中性的”可换位刀片，所以它们以类似的形状也可用于车削工具或可用于铣削工具。然而，用这种钻孔工具在钻孔时恰好不能获得最佳的切削效果。
最广泛使用的钻孔工具是具有所谓三角形可换位刀片(DE2730418C2，DE 4018843A1，EP54913B1)。在那里所介绍的可换位刀片用于大的钻孔工具和钻孔直径超过25毫米时业已证明是可靠的并且是经济的。在内刀口和外刀口正确定位时，保证稳定和平衡的切削特性，只有很小的偏挤力。刀片几乎可以按任意的安装角定位在基体中。在钻孔直径小于25毫米时，这种已知的三角形可换位刀片的缺点是只有很小的硬质合金体积。因此它们不能承受高的热负荷和机械负荷。所以，用于较小的钻孔直径时，钻孔工具采用长的基本为矩形的形状(EP 181844B1)。已知的三角形可换位刀片的刀口几何形状，基本上不改变地转换为基本上矩形的刀片。因此获得了显著的稳定性。然而具有这种基本为长方六面体的可换位刀片的钻孔工具的缺点在于，当它们使用在具有螺旋形排屑槽的钻孔工具中时，钻头装有可换位刀片的部分妨碍切屑排出。对于排屑重要的是切屑摩擦力小地从刀刃排出，以及为此最好有一个大的螺旋角。此外，由于空间关系，具有矩形轮廓形状的可换位刀片，比已知的三角形刀片较难配置。因此为了平衡切削力的再定位难以进行。通过在内刀口与外刀口之间不等距来补偿切削力，在高转速时采用这种刀片引起严重不平衡，并因而损害钻孔效果。除此以外，在已知的钻孔工具中，外刀口的切屑腔比较小，尽管它占切屑体积的约3/4。
本发明的目的是，使长的可换位刀片改善了的稳定性能与三角形刀片有利的定心特性相结合，并保证从刀口区顺利地排出切屑。
此目的通过权利要求1的特征达到。采用按本发明的钻孔工具刀片的设计，获得的重要优点是切削力平衡。达到这一点是通过槽状的凹陷，并尤其是通过刀片刀口互相成钝的刀尖角的刀刃。通过刀刃沿切削方向或在刀片平面内看成折角的配置，减小了钻孔工具沿径向向外的偏挤。刀片槽状设计的效果是，使从工件切出的切屑，在很大的程度上已经朝着其今后规定形状亦即切屑螺旋的方向预变形。切屑在这种变形后，成钝角地亦即在摩擦很小的情况下，碰撞在沿切屑排出方向连接在刀片上的切屑腔壁上。因此，采用按本发明的钻孔工具的设计改善了切屑的排出。
当刀片的长度与宽度之比保持在1.2与1.8之间时，尤其改善了钻孔工具在工作区的稳定性。若构成刀片的刀刃之间钝的刀尖角保持在从135°至165°，则按本发明的钻孔工具的切削特性可以最佳化。
由下面的说明和附图可以看出其他的优点。其中：
图1按本发明的设计为可换位刀片型式的刀片透视图；
图2图1所示刀片的俯视图；
图3沿图2中箭头III方向的侧视图；
图4沿图2中箭头IV方向的视图；
图5沿图2中线V-V的纵剖面；
图6按本发明并配备有两个可换位刀片的钻孔工具钻尖区透视图；
图7按图6的钻孔工具钻尖区俯视图；
图8按图7的钻头沿箭头VIII方向的侧视图；
图9、10相应于图7和8的两个视图，其中的钻孔工具相对于在图7和8中的位置顺时针方向转了90°；
图11、12按图7和8的钻孔工具，但顺时针方向转了180°；
图13按照本发明的钻孔工具侧视图，图中表示了受力状况；
图14作用在刀片上的主切削力表示图；
图15力三角形，由此可见主切削力的合力；
图16工件中钻孔的剖面图，其中示意表示了装在旋转的钻孔工具上的两个刀片的重叠状况；
图17、18与图7和8相应的两个视图，其中分别表示了切屑的形成；
图19刀片的一种实施形式，其中，底面与倾斜侧面之间的过渡连续进行，以及，底面和侧面都是凹形的；以及
图20按图19的刀片，其中，在切屑面内设有附加的切屑成形肋和切屑成形槽。
在图1-5的多个视图中表示的刀片1，基本上是矩形的并肯定是沿其纵轴线2方向延伸的构造形态。它的切屑面侧3是槽状凹陷的，它的刀口4、4a制在槽的两个端部。
槽包含一个其长的平行边6、7与纵轴线2构成一个锐角8的底面9，底面的轮廓大体为一个平行四边形。它的平行四边形短边构成各刀口4或4a的一个刀刃10或10a。刀片1中央制有一个固定孔5，孔轴线11与纵轴线2和与刀片支承面15亦即与刀片安装平面正交。
此外，槽还包含两个在槽的平行长边6、7两侧的侧面12、12a，形状各为一个钝角三角形，三角形底边各与平行长边6、7之一重合，作为另一个刀刃14或14a的三角形短边，和底面9上与之相邻的平行四边形短边亦即刀刃10或10a一起，共同构成一个带刀尖16或16a的刀片刀口4或4a。刀片1的长度L与宽度B之间的比值在1.2和1.8之间。构成各个刀片刀口4或4a的两个刀刃10、14或10a、14a，互相形成一个钝的刀尖角18从约135°至165°。
围绕侧面12和12a的钝角三角形的长边构成刀片1的副切削刃20、20a。副切削刃20、20a与底面9或与由刀片1的纵轴线2和横轴线17展开的安装平面或与刀片1的纵轴线，构成一个锐角19，角19的值为约5°至20°。其方向主要由底面9确定的槽，在附图所示的右旋切削的钻孔工具中顺时针(图1)旋转，而在左旋切削的钻孔工具中为逆时针旋转。准确地说，用于左旋切削的工具中的刀片，与用于右旋切削的工具中的刀片呈对映形态地设计，从图2出发，镜面包含了用L表示的双箭头，并与刀片1安装平面或图纸平面正交。
刀片装在位于钻孔工具21钻尖区的安装槽内，并在那里用一个例如固定螺钉22固定。刀片定位成使刀片1侧面12沿径向在外面的刀刃14的倾斜角23，最好比沿径向在里面的刀刃10的倾斜角23’大(图7)。沿径向在里面的刀刃10的倾斜角23’甚至可以取负值。在这种情况下的基准平面是工具基准面24。
将作用在各个刀片1、1’上的切削分力总加起来，得到一个对准沿径向在里面的刀片1’上的主切削力Fci和一个作用在沿径向在外面的刀片1’上的主切削力Fca。由于不同的倾斜角23或23’再加上在沿径向外面的和沿径向里面的刀片1上产生的切削宽度35，这两个主切削力彼此形成一个锐角25(图15)。这两个主切削力的合力Fcres通过力臂26(图13)造成一个朝沿径向在外面的刀片1方向的力矩。力臂25的测定是从钻杆的夹紧点27到切削面28。由图16可见上面曾提及的切削宽度35。刀刃10的切削宽度35，在沿径向外面的刀片1中的比沿径向在里面的刀片1’中的小。刀刃14的切削宽度35a则反之，在沿径向外面的刀片1中的比沿径向在里面的刀片1’中的大。换句话说，外面的刀片1刀刃14全部工作，刀刃10部分工作。在里面的刀片1实际上刀刃10全部工作，刀刃14部分工作。
沿径向设在里面的刀片1’定位成相对于钻孔工具轴线30倾斜一个朝钻尖方向相交的角29，角29的值为5至15°(图8、12、13)。与之相反，沿径向在外面的刀片1相对于钻孔工具轴线30取这样一个角向位置，即，使它的位于钻头圆周上的副切削刃20、20a相对于钻孔孔壁33有一个足够的自由通道32。这意味着在刀片1纵轴线2与钻孔工具轴线30之间是一个朝钻尖方向开口的角34。角29和34都在工具基准面24(图7、9、11、14)中测量。产生自由通道32的角34有从0°至10°的值。
由于在两个可换位刀片安装时已阐明的定位，作用在刀片1、1’上的进给力总加成主进给力Ffi和Ffa，前者作用在里面的刀片1’上，后者作用在外面的刀片1上。由图1 3可见，主进给力Ffi和Ffa的作用方向相对于钻孔工具轴线30倾斜并构成一个锐角。由主进给力Ffi和Ffa的此倾斜角产生径向分力，它们通过对于在外面的刀片1的刀口4或4a的力臂ra，和对于在里面的刀片1’的刀口4或4a的力臂ri，在钻孔工具21的夹紧点27上作用一个力矩，这一力矩使钻孔工具21的钻尖离开钻孔孔壁33朝钻孔工具轴线30或朝钻孔轴线推挤。在按本发明的钻头中，由进给力和切削力产生的力矩方向彼此相反。因此它们基本平衡。作用在钻头上的力矩适用此关系式：Fcres×力臂26≈Ffi×力臂ri+Ffa×力臂ra。
每一个刀片1、1’在安装位置下，它的底面9的位置相对于包含钻孔工具轴线30在内的工具基准面24，形成一个锐角的定位。此定位锐角38(图10)的交点在钻尖方向。因此，副切削刃20或20a几乎连续地延伸到由排屑槽36和钻头基体圆周面构成的螺旋线37中。这就保证磨擦力小地排出切屑。
在对按本发明的刀片作这样的说明时，似乎构成两个刀口4、4a的切屑面的覆盖面亦即底面9和两个侧面12、12a总是准确的平的表面，它们按照明确表示的折线38(图1、3)的方式，在平行四边形长边6、7区彼此邻接成一个钝角31(图3)。但是，在构成切屑面或切屑面侧3的表面9、12和12a之间的过渡，并不一定按所表示的明确的折线类型。确切地说，若此过渡如图19和20所表示的实施形式那样修成光滑的圆形，可能是非常有利的。为了示意表示底面19与侧面12、12a之间的过渡，在图19中画了虚线39。上述构成刀片1切屑面的覆盖面，亦即底面9和侧面12、12a，也并不一定是平的。它们可以设计为略有凹形，在这种情况下它们可具有连续的圆形剖面形状，例如类似于一种檐沟的横剖面形状。由图20和21可见此剖面形状。在图20的刀片中，在切屑面侧3还加工有附加的导屑台，其形状为导屑肋40和导屑槽41。导屑肋40和导屑槽41从刀口4或4a起呈弧形地延伸到刀片1在安装状态沿径向位于里面的侧面42。采用这种设计，使被刀口4、4a从钻孔底切出的切屑43(图17、18)沿排屑方向44，导入钻孔工具21的切屑腔内。导屑肋40和导屑槽41在切屑44形成的瞬间，在切屑面朝刀片1切屑面侧3的背面47上至少使之局部成形，从而达到沿排屑方向44强迫导引切屑43的目的。
按本发明的对象的重要优点在于，在切削过程形成的切屑，通过里面和外面的刀片1或1’的槽形，变形为使它们以一个钝角碰撞在内部的切屑腔壁45上，以及通过刀片的槽形使切屑已经变形为，使螺旋形切屑或切屑卷的直径没有任何困难地进入所提供使用的切屑腔容积内。也就是说，所形成的切屑卷的直径小于或至多等于有关切屑腔的深度46(图17)。在传统的可转换式刀片的钻头中，刀片构成一个几乎是平的覆盖面。在那里，切屑在用较软的材料制成的基体处才转向。在按本发明的工具中与之相反，切屑在与用硬质材料制的刀片接触的区域内便已经变形，所以切屑在基体上不再引起任何值得一提的磨损，而是在提供使用的切屑腔内无折断地滚动。如此形成的切屑卷或螺旋形切屑保证是一种无干扰的切削过程。

Claims (12)

1.在金属实心材料中钻孔的钻孔工具，有一个带排屑用的排屑槽的基体，有两个装在基体端部每一个排屑槽端的各一个凹槽内，可更换的、有相同形状和尺寸的、最好设计为可换位刀片的刀片(1)，刀片(1)离钻头轴线(30)有不同的径向距离，它们的工作范围重叠地互相邻接，由刀片的两个互相形成一个钝的刀尖角(18)的刀刃(10，14或10a，14a)构成了处于切割中的刀口(4或4a)，其特征在于刀片(1)沿其纵向(L)延伸的构造形态，它具有在其切屑面侧(3)基本上沿纵向(L)延伸的槽状凹陷，以及还在于刀口(4、4a)在槽端的配置，其中，槽有一个其轮廓形状大体为平行四边形的底面(9)，它的平行四边形长边(6、7)与刀片纵轴线(2)构成一个锐角(8)，它的平行四边形短边构成刀口(4、4a)的一个刀刃(10、10a)，以及，槽还有两个各为一个钝角三角形形状的侧面(12、12a)，它们位于底面(9)的平行四边形长边(6、7)两侧，从底面(9)沿一个钝角(38)向上升起，三角形的底边分别与平行四边形一个长边(6、7)重合，它的作为另一个刀刃(14、14a)的短边，与一个相邻的、并构成刀刃(10、10a)的底面(9)平行四边形的短边一起，构成刀片的刀口(4、4a)。
2.按照权利要求1所述之工具，其特征在于，刀片的长度(L)与宽度(B)之比在1.2与1.8之间。
3.按照权利要求1或2所述之工具，其特征在于，构成一个刀口(4或4a)的刀刃(10、14或10a、14a)之间钝的刀尖角(18)从约135°至165°。
4.按照前列诸权利要求之一所述之工具，其特征为：钝角三角形的长边构成刀片的副切削刃(20、20a)，它与底面(9)，亦即在副切削刃(20、20a)与底面(9)或刀片(1)纵轴线(2)之间，构成的锐角(19)为5°至20°。
5.按照前列诸权利要求之一项或多基所述之工具，其特征在于，副切削刃(20、20a)倾斜的走向，但是在俯视图中看，亦即在一个与其安装平面或其支承面(15)成直角延伸的视向看，它们互相平行地延伸。
6.按照前列诸权利要求之一项或多项所述之工具，其特征为：在装配位置，沿径向在外面的刀刃(14)的倾斜角(23)，比沿径向在里面的刀刃(10)的倾斜角(23’)在数量上要大。
7.按照前列诸权利要求之一项或多项所述之工具，其特征为：沿径向设在里面的刀片(1’)，它的纵轴线(2)的前伸线与钻头轴线(30)，构成一个朝钻杆方向开口的以及在工具基准平面(24)内计量的角(29)，此角(29)约为5-15°。
8.按照权利要求1至6之一所述之工具，其特征为：沿径向设在外面的刀片(1)相对于钻孔工具轴线(30)按这样一个朝钻尖开口并在工具基准平面的计量的角(34)装入，即，使得它在钻头圆周上的副切削刃(20、20a)相对于钻孔孔壁(33)有足够的自由通道(22)。
9.按照权利要求8所述之工具，其特征在于角(34)从0°至10°。
10.按照前列诸权利要求之一项或多项所述之工具，其特征为：沿径向在外面的刀片(1)的副切削刃(20)，基本上连续地进入由排屑槽与基体圆柱面构成的螺旋线(37)中。
11.按照前列诸权利要求之一项或多项所述之工具，其特征为：底面(9)与侧面(12或13)之间的过渡是光滑修圆的。
12.按照权利要求12所述之工具，其特征为：底面(9)与侧面(12、13)修圆为构成一个基本上具有连续修圆的横剖面形状的槽。
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