CN117381028A - 钻头刀片及钻头 - Google Patents

Abstract

一种钻头包括钻头刀片，钻头刀片限定旋转轴线并且具有沿厚度方向彼此相反的两个主表面、沿宽度方向彼此相反的两个侧表面、前端面和后端面；所述前端面上形成有刀刃，所述刀刃包括在宽度方向上位于中央的凿刃和衔接于凿刃的两个末端的切削刃；其中，所述刀刃被制造成使得所述凿刃为沿轴向向前鼓出的曲线的形式，并且所述凿刃在每个末端与相衔接的切削刃的起始端之间平滑过渡，而不形成明显的角部。

Description

钻头刀片及钻头

技术领域

本申请涉及一种钻头刀片以及采用这种刀片的钻头，其尤其适合于钻削硬质材料。

背景技术

用于钻削硬质材料、例如岩石等的钻头通常要具有向前冲击能力和旋转切削能力。例如，图1示意性展示了一种用于钻削硬质材料的传统钻头，其包括硬质合金刀片1和夹持着刀片1的钻柄2。刀片1的前端面中部形成有凿刃5a，并且刀片1的两个主表面上形成一对切削刃5z，凿刃5a在两个主表面之间延伸并且连接在这两个切削刃5z的内端之间。凿刃5a主要用于向前冲击，两个切削刃5z主要用于旋转切削。凿刃5a和两个切削刃5z都是直线形的。不论采取何种具体形式，直线形的凿刃5a与两个直线形的切削刃5z之间都形成明显的几何突变(夹角)，在钻削过程中凿刃5a和两个切削刃5z之间的过渡部位应力集中而容易破损，甚至导致整个刀片破裂。此外，在开始钻削硬质材料时，凿刃5a被推抵于硬质材料表面，凿刃5a与硬质材料表面之间形成线接触，这使得刀片向前冲击压力分散在整个凿刃5a上，因而向前的冲击破坏能力不足；此外，刀片不容易在硬质材料上准确定心。

对于用于钻削硬质材料的钻头来说，一方面要保证其加工能力，另一方面要提高刀片的耐用性。现有技术的钻头刀片难以同时在这两方面都提供优异的表现。

发明内容

本申请旨在提供一种钻头刀片以及采用这种钻头刀片的钻头，其能够同时提高加工能力和耐用性。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于钻削硬质材料的钻头刀片，其限定旋转轴线并且具有沿厚度方向彼此相反的两个主表面、沿宽度方向彼此相反的两个侧表面、前端面和后端面；所述前端面上形成有刀刃，所述刀刃包括在宽度方向上位于中央的凿刃和衔接于凿刃的两个末端的切削刃；其中，所述刀刃被制造成使得所述凿刃为沿轴向向前鼓出的曲线的形式，并且所述凿刃在每个末端与相衔接的切削刃的起始端之间平滑过渡，而不形成明显的角部。

在一种实施方式中，在一包含旋转轴线或与旋转轴线平行的参考平面中的投影中，凿刃的每个末端与相衔接的切削刃的起始端之间的夹角小于10度，优选小于5度，最优选具有相同的切线。

在一种实施方式中，每个切削刃包括与凿刃的相应末端衔接的至少一个直线段，在一包含旋转轴线或与旋转轴线平行的参考平面中的投影中，该直线段构成凿刃的相应末端的切线。

在一种实施方式中，所述参考平面为平行于所述两个主表面的平面，在该参考平面中的投影中，所述凿刃为二次曲线。

在一种实施方式中，所述参考平面为在凿刃的中心与凿刃相切的平面，并且所述旋转轴向位于该参考平面中，在该参考平面中的投影中，所述凿刃为二次曲线。

在一种实施方式中，所述刀刃绕旋转轴线呈180度旋转对称。

在一种实施方式中，每个切削刃包括第一切削刃段和第二切削刃段，其中第一切削刃段衔接于所述凿刃与第二切削刃段之间，所述第二切削刃段由所述前端面与相应主表面之间的交线构成。

在一种实施方式中，在一包含旋转轴线或与旋转轴线平行的参考平面中的投影中，所述第一切削刃段与第二切削刃段之间的夹角小于10度。

在一种实施方式中，每个切削刃由凿刃的相应末端延伸到刀片的相应的侧表面，没有任何位于相应主表面上的部分；或者

每个切削刃部分地由所述前端面与相应主表面之间的交线构成；或者

每个切削刃完全由所述前端面与相应主表面之间的交线构成。

在一种实施方式中，所述刀刃至少部分地由一个基准平面与一个直纹面的交线限定。

在一种实施方式中，所述刀刃至少部分地由一个基准平面与一个大弧面的交线限定，所述大弧面由一条母线绕回转轴线旋转形成，所述母线由两个直线段以及位于所述两个直线段之间的圆角组成。

在一种实施方式中，所述基准平面定位成使得所述回转轴线位于所述基准平面中或是与所述基准平面相交。

本申请在其另一方面涉及一种钻头，其包括：钻柄和安装在钻柄上的钻头刀片，所述钻头刀片为前述钻头刀片，其中所述钻头刀片的刀刃优选是在所述钻头刀片被安装到钻柄上后被加工、例如磨削而形成的，以产生各种与刀刃相关的特征。

根据本申请，钻头刀片的凿刃呈向前鼓出的曲线形式，在开始钻削硬质材料时，凿刃与硬质材料表面之间形成点接触，这使得钻头向前的冲击破坏能力提高，并且曲线形凿刃使得刀片更容易在硬质材料上准确定心。此外，凿刃与切削刃之间平滑过渡，因此凿刃与切削刃之间的过渡部位不存在明显的几何突变(夹角)，因此在钻削过程中所述过渡部位不易破损，可以延长整个钻头的使用寿命。

附图说明

从后面的详细描述并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的前述以及其它方面，在附图中：

图1是现有技术的一种钻头的局部示意图；

图2-图5分别是根据本申请一种实施方式的钻头刀片的正视图、俯视图、侧视图和立体图；

图6-图9分别是解释图2-图5所示钻头刀片上的刀刃所用的示意图；

图10、图11分别是根据本申请另一种实施方式的钻头刀片的正视图和俯视图；

图12、图13分别是根据本申请又一种实施方式的钻头刀片的正视图和俯视图。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本申请的钻头及钻头刀片的各种可行实施方式。需要指出，此处附图是为了清楚地展现本申请的原理，因此一些细节被略去，附图不是按比例和实际形状绘制的。

本申请总体上涉及钻头及钻头刀片，其用于钻削硬质材料，尤其是石材。

根据本申请的一种实施方式的钻头在图2-图5中展示。

如图中所示，钻头包括钻头刀片(以后简称刀片)1。刀片1由硬质合金制成，是大致平板型的，固定安装(例如焊接等)在钻柄(未示出)上。

刀片1具有高度方向(轴向)X、宽度方向(横向)Y和厚度方向Z。刀片1的旋转轴线O沿X向。

刀片1为扁平状，具有彼此平行的两个主表面1a，和彼此平行的两个侧表面1b。侧表面1b可以如图中所示相对于主表面1a倾斜(非垂直)设置，也可以垂直于主表面1a。

刀片1的前端面(钻削时面向被钻削材料的那个面)在宽度方向中部沿轴向向前鼓出。前端面与每个侧表面1b之间的交线由旋转方向上的前角点A和后角点B限定。线AB优选为直线。从刀片1的后端面沿轴向测量，前角点A的高度大于后角点B的高度。

刀片1的前端面上形成有刀刃5。刀刃5具有绕旋转轴线O大致180°旋转对称的形状。刀刃5上的每个点分别是刀片上距旋转轴线O相同宽度方向距离上的所有点中沿轴向最靠前的点。刀刃5将前端面分成两个旋转对称的刀面7。每个刀面7在厚度方向上由刀刃(主刃)5和后刃(副刃)6限定。

刀刃5包括：中央的凿刃5a，以及分别从凿刃5a的末端延伸的切削刃。

凿刃5a为光滑的曲线段，其中心优选位于旋转轴线O上、并且构成整个刀片1的轴向最前点。沿轴向看，凿刃5a大体上相对于两个主表面1a倾斜。具体地讲，凿刃5a具有两个末端，沿轴向看，每个末端分别相对于凿刃5a的中心朝向相应的主表面1a和侧表面1b偏置。

本例中每个切削刃包括从凿刃5a的相应末端倾斜延伸到相应的主表面1a的第一切削刃段5b和由相应的刀面7与主表面1a之间的交线构成的第二切削刃段5c。每个第一切削刃段5b起始于凿刃5a的相应末端，终止于第一切削刃段5b与相应主表面1a上的交点C。每个第二切削刃段5c起始于相应的交点C，终止于相应的前角点A。

第一切削刃段5b和第二切削刃段5c都优选为直线段。

每个第一切削刃段5b的起始端与凿刃5a的相应末端之间形成平滑过渡。这里所说的平滑过渡，可以认为是在一包含旋转轴线O或与旋转轴线O平行的参考平面中的投影中，第一切削刃段5b的起始端的切线与凿刃5a的相应末端的切线之间的夹角都小于10度，优选小于5度，最优选第一切削刃段5b的起始端与凿刃5a的相应末端具有相同的切线，这样，每个第一切削刃段5b的起始端与凿刃5a的相应末端之间从任何方向看都没有形成明显的角部，甚至没有任何角部。所述参考平面在与主表面平行的平面(XY面)与包含旋转轴线并且在凿刃中点与凿刃相切的平面之间选取。

每个后刃6形成在相应主表面1a上的后角点B与交点C之间。

每个后刃6的各个部分大体上随从于其在厚度方向上所面对着的刀刃5的相应部分的形状，使得后刃6上的每个点在轴向上的高度都低于厚度方向上面对着的刀刃5上的相应点的高度。

每个后刃6在厚度方向上与第二切削刃段5c对应的部分、即与后角点B连接的部分为直线段，在厚度方向上与凿刃5a对应的部位为曲线段，在厚度方向上与每个第一切削刃段5b为直线段或曲线段。

可选地，每个刀面7的在厚度方向上面对着第二切削刃段5c的部分是平面部分，在厚度方向上面对着凿刃5a的部分是曲面部分，在该平面部分与曲面部分之间形成过渡部分。

每个第二切削刃段5c相对于平行于刀片1的后端面的宽度方向直线呈角度α。

每个后刃6的与后角点B连接的部分相对于平行于刀片1的后端面的宽度方向直线呈角度β。角度β优选等于角度α。

沿轴向看，每个第一切削刃段5b与相应主表面1a形成小的角度γ，该角度γ小于20度，优选小于15度，最优选小于10度。

可选地，参看图6，刀刃5的凿刃5a、第一切削刃段5b、第二切削刃段5c在作为参考平面的XY面中的投影中(即主表面1a中的投影中)分别呈现为线段5a’、5b’、5c’，其中线段5a’为二次曲线段，每个线段5c’优选为直线段(也可以是曲线段)，每个线段5b’为平滑衔接于线段5a’与5c’之间的直线段，并且优选与相连的线段5c’共线或是成很小的夹角(例如小于10，优选小于5度)。

以另一种方式衡量，参看图7，取假想平面P为参考平面，旋转轴线O位于该假想平面P中，并且该假想平面P在凿刃5a的中点与凿刃5a相切。刀刃5的凿刃5a、第一切削刃段5b、第二切削刃段5c在假想平面P中的投影中分别呈现为线段5a”、5b”、5c”，其中线段5a”为二次曲线段，每个线段5c”优选为直线段(也可以是曲线段)，每个线段5b”为平滑衔接于线段5a”与5c”之间的直线段，并且优选与相连的线段5c”共线或是成很小的夹角(例如小于5度)。

本领域技术人员可以理解，由于各种成熟设计软件的存在，设计立体空间中由直线和曲线的组合形成的刀刃5的轨迹不是难事，因此其它定义刀刃5的各段的方式也是可行的。在最简单的情形下，设计人员甚至可以在三维设计软件中直接用逐点调整的方式确定出刀刃5的轨迹，只要刀刃5的轨迹大致符合本申请的要求即可。

更精确来说，刀刃5的凿刃5a、第一切削刃段5b可以定义为一个基准平面与某个直纹面的交线。直纹面是由直线母线运动(回转或非回转)所产生的曲面。

实际设计中，也可用一个基准平面与某个近似直纹面的交线来确定刀刃5的凿刃5a、第一切削刃段5b。例如，在图9所示的例子中，刀刃5的凿刃5a、第一切削刃段5b可以定义为一个基准平面与大弧面的交线。其中，由母线R绕回转轴线Oc旋转形成一个大弧面，母线R由两个直线段Rb、Rc以及位于直线段Rb、Rc之间的圆角Ra组成。基准平面P’穿过该大弧面，基准平面P’与该大弧面之间的交线产生两端的第一切削刃段5b和衔接于两个第一切削刃段5b之间的凿刃5a。基准平面P’可以按需要选取，并且在设计过程中可调。例如，回转轴线Oc可以位于基准平面P’中、或是与基准平面P’相交(平面P’可以相对于回转轴线Oc在三维方向中的任何一维、二维或三维倾斜角度倾斜)。

其它精确定义刀刃5的凿刃5a、第一切削刃段5b的方式也可采用于此。

本领域技术人员可以对前描述的刀片1的实施方式做出各种修改。例如，在图10、图11所示的改型实施方式中，刀刃5仅由凿刃5a和两侧的第一切削刃段5b组成，凿刃5a与每个第一切削刃段5b之间平滑过渡。每个第一切削刃段5b一直延伸到相应的侧表面1b。在本例中，刀片1的切削刃仅包括第一切削刃段5b，取消了前面描述的第二切削刃段5c，其中第一切削刃段5b没有任何位于相应主表面1a上的部分。图10、图11所示的改型实施方式中的其它方面与图1-图9所示实施方式相同或相似，这里不再重复描述。

又如，在图12、图13所示的改型实施方式中，刀刃5仅由凿刃5a和两侧的第二切削刃段5c组成。在本例中，刀片1的切削刃仅包括第二切削刃段5c，取消了前面描述的第一切削刃段5b。凿刃5a与每个第二切削刃段5c衔接并且平滑过渡，使得在一包含旋转轴线O或与旋转轴线O平行的参考平面中的投影中，第二切削刃段5c的起始端与凿刃5a的相应末端之间的夹角都小于10度，优选小于5度，最优选具有相同的切线(或者第二切削刃段5c的起始端与凿刃5a的相应末端处的切线共线)。所述参考平面在与主表面平行的平面(XY面)与包含旋转轴线并且在凿刃中点与凿刃相切的平面之间选取。这样，每个第二切削刃段5c的起始端与凿刃5a的相应末端之间从任何方向看都没有形成明显的角部，甚至没有任何角部。图12、图13所示的改型实施方式中的其它方面与图1-图9所示实施方式相同或相似，这里不再重复描述。

可以理解，刀片1的切削刃可以采用其它形式，例如三段或更多段，以使得刀片1实现不同的功能。刀片1的各切削刃优选为直线或具有大弯曲半径的曲线的形式，并且与凿刃5a之间形成平滑过渡，使得在一包含旋转轴线O或与旋转轴线O平行的参考平面中的投影中，各切削刃的起始端与凿刃5a的相应末端之间的夹角都小于10度，优选小于5度，最优选具有相同的切线(或者各切削刃的起始端与凿刃5a的相应末端处的切线共线)。所述参考平面如前所述选取。这样，各切削与凿刃5a之间从任何方向看都没有形成明显的角部，甚至没有任何角部。刀片1的各切削刃彼此之间也优选平滑过渡。

位于主表面上的切削刃段(前面描述的第二切削刃段)可以由多个线段(直线段和/或曲线段)组成。

关于刀片上的刀刃和刀面，可以在刀片固定(例如焊接)在钻柄上之后加工(例如磨削)出刀刃和刀面；也可以先在刀片上加工(例如磨削)出刀刃和刀面，再将刀片固定在钻柄上。

根据本申请，钻头刀片的凿刃呈向前鼓出的曲线形式，在开始钻削硬质材料时，凿刃与硬质材料表面之间形成点接触，这使得刀片施加到硬质材料上的压强可以增大，钻头向前的冲击破坏能力提高，钻削速度可以增大，并且曲线形凿刃使得刀片更容易在硬质材料上准确定心。同时，曲线形凿刃上没有任何尖角，因而不易产生应力集中。此外，凿刃与切削刃之间平滑过渡，因此凿刃与切削刃之间的过渡部位不存在明显的几何突变(夹角)，因此在钻削过程中所述过渡部位的应力集中现象得到缓解、甚至消除，所述过渡部位不容易破损，可以因此避免整个刀片的破裂，延长整个钻头的使用寿命。

虽然这里参考具体的示例性实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (11)

1.一种用于钻削硬质材料的钻头刀片，其限定旋转轴线并且具有沿厚度方向彼此相反的两个主表面(1a)、沿宽度方向彼此相反的两个侧表面(1b)、前端面和后端面；

所述前端面上形成有刀刃(5)，所述刀刃包括在宽度方向上位于中央的凿刃(5a)和衔接于凿刃的两个末端的切削刃；

其中，所述刀刃被制造成使得所述凿刃为沿轴向向前鼓出的曲线的形式，并且所述凿刃在每个末端与相衔接的切削刃的起始端之间平滑过渡，而不形成明显的角部。

2.如权利要求1所述的钻头刀片，其中，在一包含旋转轴线或与旋转轴线平行的参考平面中的投影中，凿刃的每个末端与相衔接的切削刃的起始端之间的夹角小于10度，优选小于5度，最优选具有相同的切线。

3.如权利要求1或2所述的钻头刀片，其中，每个切削刃包括与凿刃的相应末端衔接的至少一个直线段，在一包含旋转轴线或与旋转轴线平行的参考平面中的投影中，该直线段构成凿刃的相应末端的切线。

4.如权利要求2或3所述的钻头刀片，其中，所述参考平面为平行于所述两个主表面的平面，在该参考平面中的投影中，所述凿刃为二次曲线。

5.如权利要求2或3所述的钻头刀片，其中，所述参考平面为在凿刃的中心与凿刃相切的平面，并且所述旋转轴向位于该参考平面中，在该参考平面中的投影中，所述凿刃为二次曲线。

6.如权利要求1-5中任一项所述的钻头刀片，其中，所述刀刃绕旋转轴线呈180度旋转对称。

7.如权利要求1-6中任一项所述的钻头刀片，其中，每个切削刃包括第一切削刃段(5b)和第二切削刃段(5c)，其中第一切削刃段衔接于所述凿刃与第二切削刃段之间，所述第二切削刃段由所述前端面与相应主表面之间的交线构成；

可选地，在一包含旋转轴线或与旋转轴线平行的参考平面中的投影中，所述第一切削刃段与第二切削刃段之间的夹角小于10度。

8.如权利要求1-6中任一项所述的钻头刀片，其中，每个切削刃由凿刃的相应末端延伸到刀片的相应的侧表面，没有任何位于相应主表面上的部分；或者

每个切削刃部分地由所述前端面与相应主表面之间的交线构成；或者

每个切削刃完全由所述前端面与相应主表面之间的交线构成。

9.如权利要求1-8中任一项所述的钻头刀片，其中，所述刀刃至少部分地由一个基准平面与一个直纹面的交线限定。

10.如权利要求1-8中任一项所述的钻头刀片，其中，所述刀刃至少部分地由一个基准平面与一个大弧面的交线限定，所述大弧面由一条母线(R)绕回转轴线(Oc)旋转形成，所述母线由两个直线段以及位于所述两个直线段之间的圆角组成；

可选地，所述基准平面定位成使得所述回转轴线位于所述基准平面中或是与所述基准平面相交。

11.一种钻头，包括：

钻柄和安装在钻柄上的钻头刀片，所述钻头刀片为权利要求1-10中任一项所述的钻头刀片，其中所述钻头刀片的刀刃优选是在所述钻头刀片被安装到钻柄上后加工、例如磨削形成的。