CN117206573A - 钻头主体及其制造方法 - Google Patents

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CN117206573A CN202310341779.2A CN202310341779A CN117206573A CN 117206573 A CN117206573 A CN 117206573A CN 202310341779 A CN202310341779 A CN 202310341779A CN 117206573 A CN117206573 A CN 117206573A
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Abstract

本发明提供一种钻头主体，该钻头主体在确保前端部刚性的同时，具备能够适当地向切削区域供给切削液的流体通孔。钻头主体包括主体部、排屑槽、流体通孔及安装部。主体部从基端部向前端部延伸呈棒状，排屑槽围绕主体部的中心轴设置，用于排出废屑，流体通孔的至少部分穿过主体部中排屑槽的槽间壁内部，用于使流体从基端部流向前端部，安装部设于前端部，用于安装可拆卸的切削刃部件。安装部具有自前端部的端面沿主体部的中心轴设置的凹部。流体通孔的孔截面在从基端部朝前端部的流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形的孔截面在主体部横截面圆周方向上的长度长于在主体部横截面径向上的长度，流体通孔中穿过凹部侧方的部分的孔截面为非圆形。

Description

钻头主体及其制造方法
技术领域
本发明涉及钻头主体及其制造方法。
背景技术
已知一种技术，通过设于钻头主体内部的流体通孔向切削区域供给切削液。在这种钻头中，为确保钻头的刚性，通常采用的方法有根据废屑排屑槽的形状将流体通孔的截面形状设置为扇形等(如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利5926877号公报
技术课题
现有一种钻头，在其钻头主体的前端部安装可拆卸的切削刃部件以供使用。在前端部安装有切削刃部件的情况下，相比钻头主体前端部切削区域位于更前方。因此，在钻头主体内部设有切削液的流体通孔的情况下，难以向切削区域适当地供给切削液。尤其，在钻头主体的前端部设有用于安装切削刃部件的安装部，即便设有这样的安装部，也需确保前端部的刚性。
为解决上述问题，本发明提供一种钻头主体及其制造方法，该钻头主体在确保前端部刚性的同时，具备能够适当地向切削区域供给切削液的流体通孔。
发明内容
本发明第一方面中的钻头主体，包括主体部、排屑槽、流体通孔及安装部。主体部从基端部向前端部延伸呈棒状，排屑槽围绕主体部的中心轴设置，用于排出废屑，流体通孔的至少部分穿过主体部中排屑槽的槽间壁内部，用于使流体从基端部流向前端部，安装部设于前端部，用于安装可拆卸的切削刃部件。安装部具有自前端部的端面沿主体部的中心轴设置的凹部。流体通孔的孔截面在从基端部朝前端部的流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形的孔截面在主体部横截面圆周方向上的长度长于在主体部横截面径向上的长度，流体通孔中穿过凹部侧方的部分的孔截面为非圆形。
本发明第二方面中的钻头主体的制造方法，钻头主体包括主体部、排屑槽、流体通孔及安装部。主体部从基端部向前端部延伸呈棒状，排屑槽围绕主体部的中心轴设置，用于排出废屑，流体通孔的至少部分穿过主体部中排屑槽的槽间壁内部，用于使流体从基端部流向前端部，安装部设于前端部，用于安装可拆卸的切削刃部件。将钢材沿中心轴层压和固化使之成型，使得安装部具有自前端部的端面沿主体部的中心轴设置的凹部；且使得流体通孔的孔截面在从基端部朝前端部的流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形的孔截面在主体部横截面圆周方向上的长度长于在所述主体部横截面径向上的长度，流体通孔中穿过凹部侧方的部分的孔截面为非圆形。
本发明可以提供一种钻头主体及其制造方法，该钻头主体在确保前端部刚性的同时，具备能够适当地向切削区域供给切削液的流体通孔。
附图说明
图1为本实施方式提供的钻头的整体立体图。
图2为向钻头主体安装切削刃部件的立体图。
图3为在钻头主体内形成的流体通孔的结构示意图。
图4为钻头的侧视图。
图5为正交于中心轴的剖面的剖视图。
图6为前端部附近的放大立体图。
图7为另一实施方式提供的前端部的放大立体图。
图8为通过3D打印机制造钻头主体的示意图。
主要元件符号说明
钻头 10
钻头主体 100
主体部 110
基端部 111
前端部 112,112’
排屑槽 113
中心轴部 114
槽间壁 115
安装凹部 120
第1端面 120a
第2端面 120b
第1流体通孔 130,130’
排放口 131,131’
供给口 132
直进部 133
螺旋部 134
弯折部 135
第2流体通孔 140
排放口 141
供给口 142
直进部 143
螺旋部 144
弯折部 145
柄部 150
切削刃部件 200,200’
安装凸部 210
切削刃 220
主切削刃 221
减薄切削刃 222
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，在各图中，附上同一标号的表示具有同一或相同结构。另外，在各图中存在多个具有同一或相同结构的结构体的情况下，为避免复杂化，给部分结构标号，省去给其他部分附上相同的标号。此外，在实施方式中描述的结构并非全部是解决问题所必须的手段。
图1为本实施方式提供的钻头10的整体立体图。钻头10为在钻头主体100的前端部安装可拆卸的切削刃部件200而构成的切削刃可更换式钻头。例如，切削工件的切削刃部件200由硬质合金形成，钻头主体由钢材而非硬质合金形成。由此，通过将易磨耗和易损伤的切削刃部件200改为可更换式，可以兼顾刃尖所需的硬度和钻头整体的使用成本。
钻头主体100由主体部110和柄部150直线连接构成，主体部110设有螺旋状排屑槽113，柄部150固定于钻床等机床上。需要说明的是，在本实施方式中，在钻头10固定于机床上的情况下，固定侧称为基端侧，面对工件的一侧称为前端侧。
主体部110从与柄部150连接的基端部111向安装有切削刃部件200的前端部112延伸呈棒状。本实施方式提供的主体部110，其与柄部150连接的基端部111在径向上呈锷状扩大，但基端部111至前端部112可为直径相同的圆柱形。
排屑槽113围绕主体部110的中心轴螺旋状设置，用于排出工件废屑。本实施方式中设有两条排屑槽113。例如，从工件上切下的废屑顺着排屑槽113沿主体部110上升，由呈锷状突出的基端部111向钻头10的外围排出。即，呈锷状突出的基端部111起到防止废屑碰撞或附着在支撑柄部150的机床上的作用。由此，能够防止固定柄部150时卡入废屑，从而提高钻头10的安装精度，进而可期待提高工件的加工精度。
钻头主体100的内部形成有流体通孔，流体通孔使得从柄部150的基部侧供给的切削液流通，并且从设于主体部110的前端部112的排放口131、141排放，详细内容在下文描述。切削液是一种被称为冷却剂的介质，用于消除切削区域产生的热量，降低刃尖和工件的摩擦力。在本实施方式中，假定使用水油混合的乳化液和切削油等液体，但也可以使用压缩空气等气体代替冷却剂。
图2为向钻头主体100安装切削刃部件200的立体图。钻头主体100的前端部112具有安装凹部120，安装凹部120是用于安装切削刃部件200的安装部。具体地，安装凹部120为自前端部112的端面沿主体部110中心轴P设置的凹状结构。在本实施方式中，由于排屑槽113自前端部112起设置，因此凹状结构的边缘实际上不与排屑槽113重合的部位向前端侧突出。排放口131、141设于此突出部位，具体内容在下文描述。
切削刃部件200具有安装凸部210，安装凸部210是用于将切削刃部件200装入钻头主体100的安装凹部120的安装部。具体地，安装凸部210是可嵌入安装凹部120的近似圆柱形。另外，切削刃部件200具有多个切削刃220，多个切削刃220在与安装凸部210相反侧的工件相对的一侧呈放射状设置。操作者在确认排放口131、141与切削刃220的相对位位的同时，通过将安装凸部210嵌入安装凹部120，能够将切削刃部件200固定在钻头主体100上。
图3为在钻头主体100内形成的流体通孔的结构示意图。本实施方式中设有两条排屑槽113，也相应地设有第1流体通孔130和第2流体通孔140两条流体通孔。图3以虚线示出钻头主体100的大致外形，采用透视图表示设于钻头主体100内部的第1流体通孔130和第2流体通孔140使其设置一目了然，与此同时，将流体通孔抽离出分开表示，使得每个流体通孔的形状清晰可见。
第1流体通孔130将从供给口132供给的切削液引导至排放口131。第1流体通孔130在位于柄部150内的部位具有平行于中心轴P的直进部133，在位于主体部110内的多半部位具有平行于排屑槽113的螺旋部134，在位于主体部110前端部112内的部位具有弯折部135。排放口131紧跟于弯折部135之后设置。
第2流体通孔140将从供给口142供给的切削液引导至排放口141。第2流体通孔140在位于柄部150内的部位具有平行于中心轴P的直进部143，位于主体部110内的多半部位具有平行于排屑槽113的螺旋部144，在位于主体部110前端部112内的部位具有弯折部145。排放口141紧跟于弯折部145之后设置。
因此，直进部133和直进部143相互平行，螺旋部134和螺旋部144形成围绕中心轴P相互缠绕的配置关系。另外，弯折部135和弯折部145朝不同方向弯折，因此如后文所述，切削液朝不同的特定方向排放。
图4为钻头10的侧视图。如图所示，于主体部110基端侧和前端侧之间大致中间的位置定义了正交于中心轴P的A-A剖面，于前端附近定义了横穿安装凹部120且正交于中心轴P的C-C剖面，于A-A剖面和C-C剖面之间定义了正交于中心轴P的B-B剖面。
图5为正交于中心轴P的各剖面的剖视图。具体地，图5(a)示出了图4中的A-A剖面，图5(b)示出了图4中的B-B剖面，图5(c)示出了图4中的C-C剖面。
如图5(a)所示，在A-A剖面，第1流体通孔130的孔截面和第2流体通孔140的孔截面均为圆形。而如结合图3所描述的，在A-A剖面所处的主体部110大致中间的位置，第1流体通孔130和第2流体通孔140以中心轴P为中心相互缠绕，因此每个孔截面出现在相对于中心轴P点对称的位置上。另外，相对于主体部110的外层圆，在该外层圆的径向上，每个孔截面位于被两条排屑槽113所夹的中心轴部114的外周侧，在该外层圆的圆周方向上，每个孔截面位于这些排屑槽113之间的槽间壁115中。换言之，槽间壁115是围绕中心轴P呈螺旋状设置的两条排屑槽113之间的壁部，因此两处槽间壁115也围绕中心轴部114形成为螺旋状。
第1流体通孔130和第2流体通孔140各自穿设于该槽间壁115的内部。需要说明的是，每个孔截面的一部分也可以与中心轴部114重合。如此设置第1流体通孔130和第2流体通孔140，可以同时确保较大的孔截面面积和主体部110的高刚性。再者，即便在主体部110内设有一条螺旋状的排屑槽113的情况下，在中心轴P方向上具有前后关系的槽之间也形成有相同的槽间壁115。另外，即便设有三条螺旋状的排屑槽113的情况下，在中心轴P方向上相邻的槽之间依然形成有相同的槽间壁115。流体通孔的数量和大小依据每个槽间壁的结构和钻头10的规格决定即可。
另外，若第1流体通孔130和第2流体通孔140正交于各自的流路方向的截面形成为圆形，则严格来说，正交于中心轴P的截面受到流路扭转的影响略呈椭圆形。但考虑到钻头中排屑槽的正常螺旋角，即便在这种情况下依然能够同时确保较大的孔截面面积和主体部110的高刚性，因此实质上可以将孔截面视为圆形。
如图5(b)所示，在B-B剖面，第1流体通孔130的孔截面和第2流体通孔140的孔截面均为近似于圆形的非圆形，更具体而言为长圆，相较于A-A截面的圆形，在主体部110外层圆的径向上的长度变短。
如图5(c)所示，在C-C剖面，第1流体通孔130的孔截面和第2流体通孔140的孔截面均为非圆形。更具体而言为长圆，在主体部110外层圆的圆周方向上较长。再者，在C-C剖面，对应中心轴部114的区域形成有安装凹部120，图中显现了安装凸部210的截面。
如图5(a)、图5(b)和图5(c)所示，第1流体通孔130和第2流体通孔140的孔截面在从主体部110的基端部111朝前端部112的流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形孔截面在主体部110横截面圆周方向上的长度长于在主体部110横截面径向上的长度，流体通孔中穿过安装凹部120的侧方的部分的孔截面为非圆形。当流体通孔中穿过安装凹部120侧方的部分的孔截面为非圆形时，非圆形孔截面在主体部110横截面圆周方向的长度长于在主体部110横截面径向上的长度，即使该侧方为朝前端侧突出的形状，也能够在确保高刚性的同时实现较大的孔截面。再者，在本实施方式中，非圆形虽然采用了长圆，但也可以采用椭圆、扇形、长方形等。
通过改变流体通孔的截面形状，即使在钻头主体的前端部设置安装部并安装切削刃部件，也能确保包括前端部在内的钻头主体整体的刚性，同时将切削液供给到更接近切削区域的位置。再者，就由圆形变为非圆形的位置而言，相较于本实施方式中穿过安装凹部120侧方的位置，更靠近基端侧为佳，但也可以是位于安装凹部120的侧方的位置。根据孔截面的大小和安装凹部侧方的壁厚等，决定由圆形变为非圆形的位置即可。
另外，优选地，非圆形孔截面的截面面积小于等于圆形孔截面的截面面积。即，在从图5(a)所示的圆形状态向图5(c)所示的非圆形状态变化的过渡阶段(图5(b)所示的状态)，优选地，所述孔截面的截面面积递减。若满足这种关系，就能够在供给大量切削液的同时，在前端部附近获得挤压效果提高排放压力。
再者，本实施方式中的第1流体通孔130和第2流体通孔140还穿过柄部150的内部，但穿过柄部150内部的部位(直进部133及直进部143)的孔截面可以不为圆形。再者，优选地，该孔截面的截面面积大于图5(a)所示的圆形的截面面积。
图6为前端部112附近的放大立体图。更具体地，图6示出了安装有切削刃部件200的前端部112附近的结构，用于说明从第1流体通孔130的排放口131排放的切削液的流动。如结合图3所述，第1流体通孔130在安装凹部120的侧方弯折，排放口131紧跟弯折处之后设置。
如图所示，本实施方式中的排放口131跨设于安装凹部120的两个端面(第1端面120a和第2端面120b)。从排放口131中位于第1端面120a的开口部分排放出的切削液主要直达切削刃部件200的切削刃220中的主切削刃221。另一方面，从排放口131中位于第2端面120b的开口部分排放出的切削液主要直达切削刃部件200的切削刃220中的减薄切削刃222。通过第1流体通孔130在前端部112弯折，能够直接向切削刃220供给切削液。
特别是在本实施方式中，位于第1端面120a的开口部分形成为非圆形，该非圆形的开口部分在主切削刃221的延伸方向上的长度长于与此正交的方向上的长度，因此少量切削液也能够显著冷却主切削刃221。再者，在本实施方式中，切削刃220同时设有主切削刃221和减薄切削刃222两个区域，因此将排放口131跨设第1端面120a和第2端面120b，但排放口131的形状及设置依据切削刃220的结构决定即可。在这种情况下，形成一种非圆形即可，非圆形在切削刃的延伸方向上的长度长于在与此正交的方向上的长度。
图6虽未示出，第2流体通孔140的排放口141也和排放口131形成了相同的开口形状，有别于排放口131面朝的切削刃220，排放口141面朝其他切削刃220直接向其主切削刃221和减薄切削刃222供给切削液。换言之，当切削刃部件200正确安装在钻头主体100上后，排放口131和排放口141呈各自面朝不同切削刃220的位置关系。因此如果操作者一边确认排放口131、141和切削刃220的相对位置一边结合旋转相位将安装凸部210嵌入安装凹部120，就能将切削刃部件200正确固定至钻头主体100上。即在前端部弯折流体通孔调整排放口的朝向有助于将切削刃部件200按照规定安装至钻头主体100上。
另一方面，根据切削刃部件200的结构和工件材质等因素，在一些情况下，将切削液排向工件方向比直接排向切削刃220更合适。下面将说明对应这种情况的另一实施方式。图7为另一实施方式提供的前端部112’的放大立体图。如无特别说明，在该实施方式中，具有与钻头10相同的结构，不再重复描述。
安装好的切削刃部件200’的切削刃结构与上述切削刃部件200的切削刃结构不同，如图所示，第一流体孔130’在前端部112’并未弯折，排放口131’朝工件方向设置。不过，与钻头主体100相同的是，在主体部110中，第一流体孔130’的孔截面在从基端部111朝前端部112的流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形孔截面在主体部110横截面圆周方向上的长度长于在主体部110横截面径向上的长度，流体通孔中穿过安装凹部120的侧方的部分的孔截面为非圆形。图中未示出的第2流体通孔也具有相同的结构。因此每一个排放口排放出的切削液可以直接排向即到达工件表面。具备此种排放口的钻头主体100也能够在确保安装凹部侧方部分的刚性的同时，实现大的孔截面。
下面对钻头主体100的制造方法的一例进行说明。在钻头主体100由钢材而非硬质合金形成的情况下，可以使用3D打印机。图8为通过3D打印机制造钻头主体100的示意图。以金属为材料的3D打印机有几种为人熟知的方式，这里以FDM方式为例进行说明。
3D打印机400包括图示的基座410和打印头420，由图中未示出的控制部控制打印头420在基座410上形成钻头主体100。打印头420如空心箭头所示，可相对基座410在平面方向及高度方向上移动。打印头420具有面朝基座410的喷嘴421。层压材料可使用包含钢粉的热塑性树脂材料。供给给打印头420的层压材料经加热、熔融，从喷嘴421排放。从喷嘴421排放出的层压材料的排放位置和排放量由控制部控制。
3D打印机400从基座410表面开始向上吐出指定高度所需的吐出材料，使其固化，通过重复这项操作，层压材料形成钻头主体100。之后，通过脱脂去除树脂材料，再经由烧结工艺，钻头主体100制造完成。
采用这种制造方法，能够在钻头主体100的内部较为容易地形成上述第1流体通孔130和第2流体通孔140。再者，在本实施方式中，虽然说明了钻头主体100具有第1流体通孔130和第2流体通孔140两条流体通孔的情况，但是流体通孔的数量并不局限于此，可以为一条，也可以是大于等于三条。需注意的是，在设置三条及以上的排屑槽113的情况下，也可根据其数量设置流体通孔。
另外，在上述实施方式中，虽然说明了排屑槽113为螺旋状的情况，但钻头主体100也可以具有如直线状的排屑槽。

Claims (7)

1.一种钻头主体，包括：
主体部，所述主体部从基端部向前端部延伸呈棒状；
排屑槽，所述排屑槽围绕所述主体部的中心轴设置，用于排出废屑；
流体通孔，所述流体通孔的至少部分穿过所述主体部中所述排屑槽的槽间壁内部，用于使流体从所述基端部流向所述前端部；
安装部，所述安装部设于所述前端部，用于安装可拆卸的切削刃部件，
所述安装部具有自所述前端部的端面沿所述主体部的所述中心轴设置的凹部，
所述流体通孔的孔截面在从所述基端部朝所述前端部的所述流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形的所述孔截面在所述主体部横截面圆周方向上的长度长于在所述主体部横截面径向上的长度，所述流体通孔中穿过所述凹部侧方的部分的孔截面为非圆形。
2.根据权利要求1所述的钻头主体，其中，所述非圆形孔截面的截面面积小于等于所述圆形孔截面的截面面积。
3.根据权利要求1或2所述的钻头主体，其中，位于所述前端部的所述流体通孔的排放口朝向安装于所述安装部的所述切削刃部件的切削刃设置。
4.根据权利要求3所述的钻头主体，其中，所述排放口在弯曲所述流体通孔后形成。
5.根据权利要求4所述的钻头主体，其中，所述排放口中向构成所述切削刃的主切削刃排放所述流体的开口部分为非圆形，非圆形的所述开口部分在沿所述主切削刃的第一方向的长度长于沿与所述第一方向正交的第二方向的长度。
6.根据权利要求1或2所述的钻头主体，其中，所述主体部由钢材制成。
7.一种钻头主体的制造方法，所述钻头主体包括：
主体部，所述主体部从基端部向前端部延伸呈棒状；
排屑槽，所述排屑槽围绕所述主体部的中心轴设置，用于排出废屑；
流体通孔，所述流体通孔的至少部分穿过所述主体部中所述排屑槽的槽间壁内部，用于使流体从所述基端部流向所述前端部；
安装部，所述安装部设于所述前端部，用于安装可拆卸的切削刃部件，
将钢材沿所述中心轴层压和固化使之成型，使得所述安装部具有自所述前端部的端面沿所述主体部的所述中心轴设置的凹部，且使得所述流体通孔的孔截面在从所述基端部朝所述前端部的所述流体通孔的路径上中途由圆形变为非圆形，非圆形的所述孔截面在所述主体部横截面圆周方向上的长度长于在所述主体部横截面径向上的长度，所述流体通孔中穿过所述凹部侧方的部分的孔截面为非圆形。
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