CN1179812C - 可转位钻头及其切削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在金属工件上钻孔的可转位钻头(10)。该钻头包括一个具有一中央纵轴和一对切削刀片(24)的细长且通常为圆柱形的主体(12)。该主体(12)包括一个具有第一及第二凹穴(22)的末端部分(14)，该第一及第二凹穴通常位于该纵轴的完全相反侧上。每个该切削刀片(24)都可移动地固定在一个穴(22)内并包括至少一个具有一外圆周角和一内角的刀刃(32)。该至少一个刀刃(32)自该外圆周角(32a)起线性地延伸至一条曲线(32b)，该曲线朝向最接近该中央轴(C)的一个内部区域中凸地延伸，接着再延伸至一线性离隙面(32c)，该线性离隙面自该内部区域起朝向远离该纵轴(C)的方向线性地延伸至该内角。

Description

可转位钻头及其切削刀片
                        发明领域
本发明通常涉及一种可转位钻头及其切削刀片。更具体的，本发明涉及一种具有切削刀片的可转位钻头，该切削刀片具有用来在金属工件上形成孔的改进离隙面。
                        发明背景
现有的用来钻孔的方法已经使用了麻花钻头、具有铜焊硬质合金片的麻花钻头或者具有可转位硬质合金刀片的钻头。通常优选地采用具有可转位硬质合金刀片的钻头，这是因为它们的质量稳定性和总成本效率。典型的，在可转位钻头的轴的每端上都具有一个该钻头的刀片，同时在该钻头的每次半转旋转期间，该刀片都用来切削孔的整个圆周。当该钻头切削金属工件时，在孔的中心处两刀片之间留有一个小直径中心部分，随着该钻头穿透深度的增加，该小直径中心部分最终将被扭断。对于可转位钻头的操作的更详细说明，可参考美国专利No.5,092,718和4,373,839，在此引入以供参考。
尽管用于在金属工件上钻孔的可转位钻头已经取得了商业成功，但仍然需要对可转位钻头的设计作进一步改进。本发明的一个目的是提供一种可转位钻头。本发明的另一个目的是提供这样一种可转位钻头，其具有形状独特的切削刀片以用来改进性能。而且，本发明的又一个目的是提供一种具有三角形刀片的钻头，该三角形刀片具有形状独特的刀刃。本发明的再一个目的是提供一种形状独特的三角形刀片，该刀片具有一种改进的离隙面。
                        发明概述
简要的，根据本发明，其提供了一种用于在金属工件上钻孔的可转位钻头。该钻头包括具有一中央纵轴和一对切削刀片的一细长且通常为圆柱形的主体。该主体包括一个具有第一及第二凹穴的末端部分，该第一及第二凹穴通常位于该纵轴的完全相反侧上。每个该切削刀片可移动地固定在一个穴内并包括至少一个具有一外圆周角和一内角的刀刃。该至少一个刀刃自该外圆周角起线性地延伸至一条曲线，该曲线朝向最接近该中央轴的一个内部区域中凸地延伸，接着再延伸至一线性离隙面，该线性离隙面自该内部区域起朝向远离该纵轴的方向线性地延伸至该内角。
                        附图的简要说明
本发明更多的特征和其它目的及优点将在以下参照附图的详细说明中变得清楚，其中：
图1为一种具有两个切削刀片的可转位钻头的透视图；
图2为图1所示钻头末端部分的放大顶视图；
图3为一切削刀片的透视图；
图4为图3中切削刀片的顶视图；
图5为图3中切削刀片的侧视图；
图6为图3中切削刀片的底视图；以及
图7-9为依照本发明位于图1中可转位钻头内的切削刀片的可选择实施例的局部放大顶视图。
                        本发明的详细说明
参照附图，其中相同的附图标记代表相同的元件，附图中显示了一种用于在金属工件上形成圆柱形孔的可转位钻头10。金属工件可由铁，钢，镍合金，铝合金以及其它材料制成。可转位钻头10包括一细长且通常为圆柱形的主体12，该主体12具有一个末端部分14和一个相对的柄端部分16。该可转位钻头10可由高碳钢，工具钢以及类似材料制成。设定该可转位钻头10的尺寸以将其固定在一种旋转式机动卡盘内，如在该技术领域中所公知的使钻头绕其中央轴旋转的情形那样。应认识到的是，该可转位钻头10还可固定地旋转，而金属工件绕该钻头轴旋转，也能同样达到目的。
两个通常正好相反地隔开的出屑槽18形成于该可转位钻头10的主体12上。该出屑槽18自末端14起朝向柄端部分16环绕并沿着基本上该主体12的整个长度螺旋状地延伸，以使金属工件内的正被切削的孔中的金属切屑排出。每个出屑槽18可由一对侧壁20形成，以确定一个通常为V形的径向横截面，如该技术领域中所公知的那样。
用于容纳切削刀片24的正好相反隔开的凹穴22形成于该主体12的末端部分14内并与出屑槽18相通。每个用于切削刀片的穴22都具有一平的后撑26，切屑刀片对着该后撑26放置，以及两个相互成一定角度的侧壁28，以使该凹穴形成为一通常的V形构造。当每个切削刀片24位于其各自的穴22内时，该刀片的刃面30对着该穴的侧壁28。
每个穴22的后撑26可相对中央纵轴C倾斜，从而使得以一个负轴倾角设置每个切削刀片24的刀刃32，这意味着刀片的正面位于刀刃之前。因此，每个切削刀片24的刃面30向这样一种方向倾斜，从而限定了一间隙面34并避免了在钻孔期间摩擦该孔的底部。在一个优选实施例中，该负轴倾角大约为4度。
如图中所示。该切削刀片24优选地为一等边三角形的形状，其具有三个长度基本相等的刃面30且其相交于三个角38。该三个刃面30在两个相对的且通常为平面的表面：一个前间隙面34和一个后面40之间延伸。刀刃32通过该前间隙面34和一个刃面30的交会来确定。切削刀片24的该前间隙面34的表面可包括一个刚好位于其外围内部的断屑槽。
优选地这样设置该切削刀片24，从而使该刀片的刀刃32处在一个负径向前角的位置上。换句话说，该刀刃32位于与其平行的中央径向线B之前，因而，位于该刀刃之后的切削刀片的角清除了孔的圆周壁，从而避免了摩擦该壁。在一个优选实施例中，该刀刃32位于所述径向线B之前大约0.140″。
该切削刀片24的刀刃32还可以一个大约8度的前置角倾斜。由于该前置角，则当刀刃32朝向孔的圆周壁向外前进时，其朝向主体12的柄端部分16倾斜。这使得在切削圆周部分之前该孔的中央部分被稍微地切削，并且便于初始时钻头10钻入金属工件内。
参照图2，所示的切削刀片24正确地位于它们各自的穴22内。该切削刀片24的角互相分离以避免刀片之间发生冲突，同时该切削刀片24的前间隙面34位于转动方向上以露出刀刃32。该刀刃32自外圆周角起沿如在32a处所示的大部分径向长度线性地延伸至内角。刚一接近内角，该刀刃就中凸地向每个刀片32b的前间隙面的平面外部弯曲并朝向中央轴C，接着远离该中央轴C线性地移开。如图7-9中所示，刀刃32b的该弯曲部分终止于一内部区域，该内部区域位于或近似位于延伸过中央轴C且平行于自外圆周角32a起的该刀刃的直线部分的中央径向线B上。如图7-9中所示，该直线部分32c的功能是作为一个线性的离隙面以在切削期间提供间隙。该线性离隙面32c可开始于中央轴的位置前(图8)、中央轴的位置处(图9)或者中央轴后(图7)。在一个优选实施例中，为了增大间隙，该线性离隙面32c开始于中央轴C的位置前。该线性离隙面相对于径向线B的角度可在10°至60°之间变化。
由于上述设置，该可转位钻头10的旋转使得每个刀片24的刀刃32切削过孔的几乎一整个半径。在该钻头10的每个半转旋转期间，每个刀刃32都绕该孔的半个圆周扫过，因此在每个半转旋转期间，两个刀刃协作切削了该孔的一整个圆周。这可使该钻头10快速地轴向进刀。在内部区域之外的区域不进行切削。
通过每个切削刀片24形成一个孔，且该孔在切削刀片的前间隙面之间并垂直于该前间隙面(34)延伸。为了将该切削刀片24固定在穴22内，一紧固件42，例如一种螺钉或者一种本领域中所公知的锁定销，延伸过每个孔并被拧入主体12里的一个带内螺纹的孔内。当上紧该紧固件42时，该紧固件42对着穴22夹紧切削刀片24。
优选的，每个切削刀片24形成有一个可交替使用的刀刃44，该刀刃44沿着前间隙面34和刃面30的接合处而形成。除了位置之外，该刀刃44与刀刃32是相同的，具有类似于刀刃32的直线部分和弯曲部分的直线部分32a和32c以及弯曲部分32b。相应的，在每个切削刀片24的刀刃32或44磨损之后，可自穴22中取出该切削刀片24，并转位以提供一个新的刀刃32或44。通过换向以及转位该切削刀片24，可将该刀刃32和44置于有效切削位置。
该切削刀片24可由碳化钨或其它合适的切削材料形成，如本领域所公知的。尽管所示的切削刀片24具有三角形的形状，但应认识到的是，该刀片可为几乎任何合适的形状和尺寸，只要其足够坚固到可承受住施加于其上的大的切削力并可装配到穴内。例如，该切削刀片可为多边形、正方形、菱形以及类似形状。
通过对以下实例的思考来进一步阐明本发明，该实例仅是对本发明的示范。
                           实例
我们在一种Okuma LB25 CNC车床上测试一种Rogers工具公司的H-100特种刀片，型号996035MOD.A，编码59960353847TES，等级3847，用这种刀片在该车床上加工硬度为Rc30的4140合金钢。在进行测试前，使该工具与轴对齐并检查该工具。径向和轴向的偏差在0.001英寸内。
第一次测试
直径/长度比为3∶1的Rogers工具公司的277-3100 Powrdrill机钻(Powrdrill是Rogers工具公司的一个商标)。在刀片上方0.996直径处测试该工具。
速度-圆周速度为400英尺/分钟，1528转/分钟
进刀速度-0.006英寸/转(每刀片0.003的切削抗力，9.17英寸/分钟)
钻深度为2.5英寸的25个孔。用肉眼检查该刀片，发现其中央半径后侧处由于缺少切削间隙而被切削。由于那一点，所有的孔都为.996英寸的直径，并具有优良的表面光洁度，精确的切削控制以及较佳的切屑清除。机械轴马力和推力的消耗在容许极限范围内。
第二次测试
直径/长度比为7∶1的Rogers工具公司的277-7100 Powrdrill机钻(Powrdrill是Rogers工具公司的一个商标)。在刀片上方0.997直径处测试该工具。
速度-圆周速度为400英尺/分钟，1528转/分钟
进刀速度-前0.200深度为0.002英寸/转(3.06英寸/分钟)，接着增加到0.006英寸/转(9.17英寸/分钟)
该钻头在如以上相同材料制成的6英寸长的钢棒上钻了7个孔。这些孔尺寸合格，具有优良的表面光洁度，切削控制以及切屑清除也很好。在钻了7个孔之后，该刀片的中央处也被切削。这表明该刀片的刀刃半径后侧上的间隙不够。
在两次测试中，推力计显示出在切口起点边上的推力较少，但随着工具进入到切口内更深处，推力消耗的增量减少。
采用具有如上相同级别的图7所示的一种刀片设计重复前述测试1和2。
第一次测试
所用的机器为一种Okuma LB25 CNC车床。在进行测试前，检查该工具是否与轴对齐。径向和轴向的偏差在0.001英寸内。所加工的材料是硬度为Rc30的4140合金钢。
第一次测试采用一种直径/长度比为3∶1的Rogers工具公司的277-3100 Powrdrill机钻(Powrdrill是Rogers工具公司的一个商标)。在刀片上方0.996直径处测试该工具。
速度-圆周速度为400英尺/分钟，1528转/分钟
进刀速度-0.006英寸/转(每刀片0.003的切削抗力，9.17英寸/分钟)
钻深度为2.5英寸的30个孔。该刀片没有损坏。孔的尺寸，表面光洁度，切屑形成以及切屑清除都在容许程度内。机械轴马力和推力的消耗也是可接受的。没有发生如先前观察到的刀片中央处被切削的情形。
第二次测试
直径/长度比为7∶1的Rogers工具公司的277-7100 Powrdrill机钻(Powrdrill是Rogers工具公司的一个商标)。在刀片上方0.997直径处测试该工具。
速度-圆周速度为400英尺/分钟，1528转/分钟
进刀速度-前0.200深度为0.002英寸/转(3.06英寸/分钟)，接着增加到0.006英寸/转(9.17英寸/分钟)
该钻头在如以上相同材料制成的6英寸长的钢棒上钻了7个孔。这些孔尺寸合格，具有优良的表面光洁度，切削控制以及切屑清除也很好。虽然没有发生如先前观察到的刀片被切削的情形，但刀片显示刀刃中央处受到了磨损，这可能是由于边缘凸起变形的缘故。
在两测试中，推力计显示出在切口起点边上的推力较少，但随着该工具进入到切口内更深处，推力消耗的增量减少。该刀片性能是对以前的设计的一种确定改进。切削半径后面的线性离隙部分没有损坏的迹象，即使采用本发明新设计的增大的刀片间的间隙。
在此引入描述过的专利和文献以供参照。
现在已经说明了本发明的优选实施例，本发明的其它不同情形可包含在所附权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种用于在金属工件上钻孔的钻头，包括：
一个具有一中央纵轴的细长且通常为圆柱形的主体，该主体包括一个具有第一和第二凹穴的末端部分，所述第一及第二凹穴通常位于所述纵轴的完全相反侧上，每个所述穴包括一相对于所述中央纵轴倾斜的后撑以使每个切削刀片的刀刃以一负轴倾角设置；以及
一对切削刀片，每个所述切削刀片可移动地固定在一个穴内；
其特征在于：每个刀片包括至少一个具有一外圆周角和一内角的刀刃，所述至少一个刀刃自所述外圆周角起线性地延伸至一条曲线，所述曲线朝向最接近所述中央轴的一个内部区域中凸地延伸，接着再延伸至一线性离隙面，所述线性离隙面自所述内部区域起朝向远离所述纵轴的方向线性地延伸至所述内角，所述切削刀片为具有三个长度基本相等的刃面并相交于三个角的等边三角形的形状，其中所述三个刃面在两个相对且通常为平面的表面：一个前间隙面与一个后面之间延伸，所述刀刃由所述前间隙面与一个刃面的交会部分限定，所述线性离隙面开始于所述中央轴的位置的前面。
2.如权利要求1的钻头，其特征在于：所述负轴倾角为4度。
3.如权利要求1的钻头，其特征在于：每个切削刀片形成有一个可交替使用的刀刃，该刀刃沿所述前间隙面和所述刃面的接合处而形成。
4.如权利要求1的钻头，其特征在于：所述切削刀片的所述前间隙面包括一个刚好位于其表面外围内部的断屑槽。
5.如权利要求1的钻头，其特征在于：每个切削刀片这样设置，从而使所述刀刃处于一负径向前角的位置上。
6.如权利要求1的钻头，其特征在于：所述切削刀片的角互相分离。
7.如权利要求1的钻头，其特征在于：所述线性离隙面开始于所述中央轴的位置处。
8.如权利要求1的钻头，其特征在于：所述线性离隙面开始于所述中央轴的位置之后。
9.如权利要求1的钻头，其特征在于：所述切削刀片可由碳化钨形成。
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