CN1396030A - 钻头 - Google Patents

Abstract

一种钻头，其包括：一个可绕旋转轴线(O)旋转的钻头主体(1)，该主体包括带有钻侧尖(2)的钻尖和一个柄部；一个设置在钻头主体(1)的周边上的排屑槽(3)，其从钻尖向钻头主体(1)的柄部延伸；以及一条切削刃(5)，该切削刃是沿着该排屑槽中面向钻头旋转的方向(T)的壁表面(4)和该钻头主体(1)的钻侧尖(2)相交的相交脊部而形成的，该切削刃(5)包括一个朝着周边方向的凸起切削刃(16)以及从该凸起切削刃(16)开始平滑延伸的一条内凹切削刃(17)。当利用此钻头进行钻削加工时，切屑通常为卷曲着的并且能流畅地排出，而不会过分地紧靠在排屑槽(3)的壁表面(4，9)上；因此，能将该切屑平滑地排出，而且该钻头主体(1)受到很少的摩擦阻力，这将导致钻头主体磨损的降低以及用于钻削的驱动转矩的降低。

Description

钻头

技术领域

本申请涉及一种能实现平滑和平稳钻削的钻头，特别是，本申请涉及一种即使是在高速和干式钻削等恶劣条件下也能实现平滑和平稳钻削的钻头。

背景技术

在日本未审查的专利申请、首次公开号为No.2000-198011中公开了一种钻头，该钻头被设计成可适用于不使用或只是少量使用切削润滑液的恶劣钻削条件。在上述申请中公开的钻头包括：一个中间切削刃，该中间切削刃从钻头主体的尖部处的横刃上延伸出来；一个主切削刃，该主切削刃从中间切削刃的末端向外延伸出来；一个外转角切削刃，该外转角切削刃沿着与钻头旋转方向相反的方向，以一定的回转半径从主切削刃的末端倾斜地延伸；和一个由排屑槽和边缘部分组成的引导刃，其中，在该引导刃上设有一个直的或弯曲倒棱以便能与转角切削刃相连。将在钻头主体周边处的外转角切削刃和边缘部分之间的夹角设置成一个钝角，这样，即使在恶劣的钻削条件下也能避免损坏外周上的切削刃。

在已审查的日本专利申请、第二次公开号为No.Hei 4-46690中公开了这样一种钻头，该钻头的靠近周边的那部分切削刃朝着与钻头旋转方向相反的方向稍微倾斜。在此钻头中，位于切削刃的外部上的一个主切削刃和一个副切削刃构成一个凸形，即当沿着转动轴线看时基本为V形。此外，当沿着转动轴线看时，切削刃的内部也基本构成了一个V形，所述内部包括通过修磨形成的一个直横刃和一个与直横刃相连的直连接刃；此外，将副切削刃和内刃相连的那部分形成为一个圆形的凹面。

在未审查的日本专利申请、首次公开号为No.Sho 61-58246中公开了一种钻头，当从旋转轴方向看时，该钻头的切削刃为内凹的形状。在此钻头中，将切削刃在周边上的径向前角设定为零或者一个正值。

在日本专利申请No.2674124中公开了一种钻头，其包括：一个可绕旋转轴线旋转的钻头主体，该主体包括带有钻侧尖的钻尖部和一个柄部；设置在钻头主体周边上的一个排屑槽，该排屑槽从钻尖向钻头主体的柄部延伸；以及沿着排屑槽中面向钻头旋转的方向的壁表面和钻头主体的钻侧尖的相交背而形成的一条切削刃，这样的钻头是已知的。

在未审查的日本专利申请、首次公开号为No.Sho 61-58246中公开了一种钻头，在该钻头中，切削刃的外部形成为圆底的凹形，这样在正常的钻削条件下能获得平滑和稳定的钻削性能，并能将卷曲的切屑顺畅地排出；然而，在恶劣的钻削条件下，该钻头由于周边上的切削刃出现破损或磨平往往导致使用寿命会缩短很多，这是由于在周边上的切削刃和边缘部分之间的夹角是一个锐角而使钻头主体缺少强度造成的。

另一方面，在未审查日本的专利申请首次公开号为No.2000-198011中或者在日本已审的专利申请、第二次公开号为平No.Hei 4-46690中都公开了这样一种钻头，在该钻头中切削刃的外部形状为凸形，即当从旋转轴线方向看时为V形，而且该钻头在靠近周边的那部分切削刃朝着与钻头旋转方向相反的方向稍微倾斜，通过将在周边上的切削刃和边缘部分之间的夹角设置成一个钝角，就可避免切削刃出现破损或磨平；然而，由切削刃所产生的切屑在V形的尖部处会破损，而且在高速钻削条件下往往会彼此缠绕而堵塞排屑槽。此外，由于这些切屑即由切削刃产生的、并且能流到排屑槽壁的倒角里或V形外部的这些切屑往往会流到钻头之外，所以通常会降低切屑的卷曲性能，而且没有卷曲的切屑会有力地压靠在排屑槽的尾壁面上，从而对钻头主体施加一个较大的摩擦阻力，该阻力会导致钻头的快速磨损以及增大作用到钻头上的、用于钻削的驱动扭矩。

当通过修磨而在切削刃的内部形成一个薄切削刃，例如一个与所述横刃或中间切削刃相连的横刃时，由薄切削刃所产生的切屑沿着该薄壁部的底面流动，所述薄壁部的底面从排屑槽的壁延伸到尖部且它是经修磨形成的。在已审查的日本专利申请、第二次公开号为No.Hei4-46690中公开了这样一种钻头，其中仅通过切削排屑槽的壁端部形成V形槽来形成薄壁部的，该薄壁切削刃所产生的切屑往往会堵塞在V型槽的底部，而且，尤其是在高速和干式切削条件下，由于切屑被堵塞住而不能被冷却，这样甚至会导致切屑的熔化。该薄壁部的V形槽的底部从排屑槽的壁向切削刃的内侧端倾斜延伸。当底部的倾斜角较小时，由于推力的增加而可能降低工件钻尖的穿透性并增大用于钻削的驱动扭矩，由于薄壁切削刃即切削刃的最内侧点远位于钻侧尖的中心之外，这样会使横刃变得很宽。另一方面，当底部的倾斜角较大时，沿着底部的横截面测得的钻头主体的尖角会变得较小，在高速和干式切削条件下，这可能会导致钻尖出现破损。

在未审查的日本专利申请、首次公开号为No.2000-198011中或者在日本专利No.2674124中都公开这样的一种钻头，当从垂直于切削刃的横截面看时，总是将切削刃的前角即切削刃的正交前角设计成从钻头主体的中心向周边按照旋转半径而逐渐增加(例如可参见下文及附图12中的钻头E和F)。在日本专利No.2674124所公开的钻头中，由于在周边上的前角最大，所以切削刃会经受磨削或破损及快速的侧面磨损，相反，切削刃的夹角最小，这会降低周边上的切削刃的强度，其中该周边为与旋转轴的距离最大的地方，切削速度也最高，因此在高速和干式钻削时，此处的的切削条件最差。

另一方面，在未审查的日本专利申请、首次公开号为No.2000-198011所公开的一种钻头中，沿着钻头旋转方向的相反方向、从主切削刃的顶端倾斜地延伸形成有一个转角切削刃，在该转角切削刃处，切削刃的正交前角随着径向前角的增加而减小，并且该正交前角也随旋转半径的增加而增加；因此，即使是在如上所述的恶劣的条件下，为了能保证切削刃具有足够的强度，必须沿着整条切削刃将该正交前角设定为一较小的值。在这种情况下，沿着整条切削刃不但降低了切削能力，而且还提高了切削阻力，这样，由于在高速和干式钻削等恶劣钻削条件下，钻头会快速磨损，则可导致极大地缩短钻头的使用寿命，以及由于摩擦阻力的增加导致过大的扭矩会作用到钻头上，这样甚至可引起钻头主体本身的破损。

发明内容

根据上面所述，本发明的目的是提供一种钻头，在该钻头中，能保证切削刃获得足够强度，尤其是在该切削刃的周边上，同时能避免沿整个切削刃上切削能力的降低，而且由于良好的排屑性能，该钻头可实现平滑和稳定的钻削。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明第一方面所述的钻头包括：一个可绕旋转轴线旋转的钻头主体，该主体包括带有钻侧尖的钻尖和一个柄部；一个形成在钻头主体的周边上的排屑槽，该排屑槽从钻尖向钻头主体的柄部延伸；以及沿着排屑槽中的面向钻头旋转方向的壁表面和钻头主体的钻侧尖相交的脊部形成的切削刃，其中，该切削刃还包括一个朝着周边方向凸起的切削刃以及从该凸起切削刃平滑延伸的一条内凹切削刃。

在根据该第一方面的钻头中，由于切削刃包括凸起切削刃，该凸起切削刃沿着旋转方向朝着周边凸起，所以在交汇部分即在周边上凸起切削刃与边缘部分相交的相交部分的夹角会变大，这样，切削刃能获得足够的强度；因此，即使在恶劣的钻削条件下，也能避免钻头出现破损或磨平。此外，由于该切削刃还包括从该凸起切削刃向内部平滑延伸的一条内凹切削刃，所以从内凹切削刃经由凸起切削刃到周边就会形成一条平滑的曲线，因此在外部和内部之间不会破碎切屑，而且切屑在内凹切削刃的作用下能充分卷曲向内部流动且能流畅地排出。

为了进一步保证钻头在相交部的强度，最好将该切削刃在周边上的径向前角设为负值。

根据本发明第二方面所述的钻头包括：一个可绕旋转轴线旋转的钻头主体，该主体包括带有钻侧尖的钻尖和一个柄部；一个形成在钻头主体的周边上的排屑槽，该排屑槽从钻尖向钻头主体的柄部延伸；以及沿着排屑槽中面向钻头旋转的方向的壁表面和钻头主体的钻侧尖相交的相交脊部形成的切削刃，其中，该排屑槽包括一个朝着周边方向的一个凸面，一个从该凸面平滑延伸的第一凹面，以及在排屑槽中面向钻头旋转方向的相反方向上的壁表面上形成的第二凹面，而且在第一凹面和第二凹面之间还形成有一个连接面，这样当沿着垂直于旋转轴线的横截面看时，该连接面确定一条切线，该切线和与第一凹面对应的凹面线以及与第二凹面对应的另一条凹面线都相切，从而将该第一和第二凹面都平滑连接起来。

在根据本发明第二方面的钻头中，由于排屑槽包括该凸面，而且该凸面可沿着旋转方向朝着周边凸起，所以在交汇部分即在周边上的凸面与边缘部分相交的相交部分夹角会变大，因此，钻头能获得足够的强度；这样，即使是在恶劣的钻削条件下，也能避免钻头出现破损或磨平。此外，由于排屑槽还包括从该凸面向内部平滑延伸的第一凹面，所以整条切屑包括在凸起表上流动的外部，它们能很好地卷曲并且在沿着第一凹面而被导引时被引导向内部方向。此外，由于排屑槽包括第二凹面和一个连接面，其中该第二凹面在排屑槽中的面向钻头旋转方向的相反方向的壁表面上形成，而该连接面形成于第一和第二凹面之间并将该第一和第二凹面连接起来，所以切屑通常为卷曲的并能流畅地排出，而不过度地紧靠在排屑槽的尾壁表面上；所以，钻头主体在钻削过程中遇到较小的摩擦阻力而减小钻头的磨损和钻头旋转所需要的驱动扭矩。此外，在第一和第二凹面之间形成的连接面能使排屑槽具有足够的宽度而不受第一和第二凹面的曲率半径的限制，这样就可较好地弯曲和排放切屑。这样的连接面可以形成在该凸面和第一凹面之间、在凸面和周边之间或者在第二凹面和周边之间。

根据本发明第三方面所述的钻头包括：一个可绕旋转轴线旋转的钻头主体，该主体包括带有钻侧尖的钻尖和一个柄部；一个形成在钻头主体周边上的排屑槽，该排屑槽从钻尖向钻头主体的柄部延伸；以及沿着排屑槽中面向钻头旋转方向上的壁表面和钻头主体的钻侧尖的相交的相交脊部形成的切削刃，其中，该排屑槽包括一个朝着周边方向的一个凸面，一个从该凸面平滑延伸的第一凹面，以及在排屑槽中面向钻头旋转方向的相反方向上的壁表面上形成的一个第二凹面，该第二凹面从第一凹面开始平滑延伸，而且当沿着垂直于旋转轴线的横截面看时，与该第二凹面对应的内凹曲线的曲率半径大于与第一凹面对应的一条内凹曲线的曲率半径。

在根据本发明第三方面的钻头中，由于排屑槽包括可沿着旋转方向朝着周边凸起的凸面，所以在交汇部分即在周边上的凸面与边缘部分相交的相交部分的夹角会变大，因此，钻头能获得足够的强度；这样，即使是在恶劣的钻削条件下也能避免钻头出现破损或磨平。此外，由于排屑槽还包括从该凸面向内部平滑延伸的第一凹面，所以整条切屑包括在凸面上流动的外部，都能很好地卷曲且在沿着第一凹面而被导引的同时被引导向内部方向。此外，由于排屑槽包括第二凹面，而该第二凹面是在排屑槽中面向钻头旋转方向的相反方向的壁表面上形成的，而且是从第一凹面开始平滑延伸的，所以第二凹面的曲率半径大于第一凹面的曲率半径，故切屑通常为卷曲的并能流畅地排出而不会过度地紧靠在排屑槽的后面的壁表面上；所以，钻头主体在钻削过程中遇到的摩擦阻力较小，这样就减小了钻头的磨损和钻头旋转所需要的驱动扭矩。在这种情况下，第一和第二凹面的曲率半径都是常数，即当从垂直于旋转轴的横截面看时，第一凹面表现为第一弧段而第二凹面表现为第二弧段，该第二弧段的半径不同于第一弧段的半径，该第二弧段在唯一一个连接点处与第一弧段平滑相连。另一方面，可将曲率半径从第一凹面向第二凹面逐渐增加；例如，这些凹面可以表现为各种曲线中的任何一种，例如椭圆、余摆线、摆线、渐开线等。

在根据本发明第二或第三方面所述的钻头中，当沿着旋转方向所测量得到的凹进量太小时，壁不可能将切屑充分卷曲；而当凹进量太大时，由于切屑的紧靠而增大了阻滞效果，这样可能会破碎切屑，这将导致切屑不能完全排出以及增大用于钻削的驱动扭矩。就第二凹面而言，根据连接面的宽度不同，当沿着旋转方向测量得到的凹进量太小时，由于离开第一凹面的切屑的过分紧靠会产生阻滞效果；而当凹进量太大时，由于第二凹面不能促进切屑的卷曲所以切屑不能充分卷曲。基于这些事实，当在垂直于旋转轴线的横截面内观察时，最好将在第一虚线和第一凹面的底部之间的偏移L1设定在-0.06×D至0的范围之内，而最好将在第二虚线和第二凹面的底部之间的偏移L2设定在-0.06×D至0.06×D的范围之内，其中该第一虚线是通过连接旋转轴线和排屑槽中面向钻头旋转方向的壁表面的最外面的点来构成的，该第二虚线在旋转轴处线与第一虚线垂直相交，D为钻头主体的直径。

上述的第二方面和第三方面还可以结合起来。换言之，在根据本发明第二方面的钻头中，可以将第二凹面的曲率半径设置成大于第一凹面的曲率半径。在这种情况下，具有相对小的曲率半径的第一凹面能将切屑充分卷曲，然后，经由第二凹面流畅地排出，同时还能避免切屑过分紧靠在第二凹面。

在这种情况下，该排屑槽由该凸面、第一凹面和第二凹面组成，并且是按照此顺序彼此平滑相连的，当从垂直于旋转轴线的横截面看时，最好能将与该凸面相对应的凸曲线的曲率半径设定在0.1×D至0.8×D的范围之内，其中D为钻头主体的直径。当该凸曲线的曲率半径太大时，切屑不能充分卷曲，而当其太小时，在凸起切削刃与边缘部分的相交的相交脊部处，该凸起切削刃的强度可能会不足。就第一凹面而言，当从垂直于旋转轴线的横截面看时，最好能将与该第一凹面相对应的内凹曲线的曲率半径设定在0.18×D至0.35×D的范围之内，其中D为钻头主体的直径。当该内凹曲线的曲率半径太大时，切屑不能借助紧靠而充分卷曲，而当其太小时，切屑可能会过度卷曲，从而可能会产生一过度的阻滞效果。对于第二凹面来说，当从垂直于旋转轴线的横截面看时，最好能将与该第二凹面相对应的内凹曲线的曲率半径设定在0.2×D至0.5×D的范围之内，其中D为钻头主体的直径。当该内凹曲线的曲率半径太大时，切屑仅仅通过紧靠在第一凹面而不是紧靠在第二凹面上而被卷曲，而当其太小时，切屑可能会过分地紧靠在第二凹面，从而可能会产生一过度的阻滞效果。

根据本发明第四面所述的钻头，其包括：一个可绕旋转轴线旋转的钻头主体，该主体包括带有钻侧尖的钻尖和一个柄部；一个设置在钻头主体的周边上的排屑槽，该排屑槽从钻尖向钻头主体的柄部延伸；以及沿着排屑槽中面向钻头旋转的方向的壁表面和钻头主体的钻侧尖相交的相交脊部而形成的切削刃；以及从排屑槽的壁的端部向切削刃的内部延伸的一个薄壁部，其中，该薄壁部包括凹槽形的第一薄壁部，其底部是由圆形的凹面构成的，并且从排屑槽的壁的端部向切削刃的内侧端延伸。

在根据本发明的第四方面中，由于薄壁部包括凹槽形的第一薄壁部，其底部是由圆形的凹面构成的并且是从排屑槽的壁的端部向切削刃的内侧端延伸，由一条薄壁切削刃沿着该薄壁部与钻头主体的钻侧尖相交的相交脊部而形成，在第一薄壁部的底部中的圆形凹面将该薄壁切削刃所产生的切屑流畅地卷起来，并且不会堵塞地运送到排屑槽中。

最好将第一薄壁部的张角即由第一薄壁部和两个钻侧尖(在其中的一个相交脊部处，第一薄壁部与靠近排屑槽的钻侧尖相交形成了薄壁切削刃)形成的一对相交脊部所确定的角度设置在95°到105°的范围之内。当该张角太大时，由该薄壁切削刃所产生的并且由该第一薄壁部的圆形底部所卷曲的这些切屑不能被流畅地运送到排屑槽中，而当该张角太小时，由该薄壁切削刃所产生的切屑在运送到排屑槽之前，不能被充分地卷曲。

在横截面中，第一薄壁部的底部确定出一条内凹曲线，最好将该内凹曲线的曲率半径设定在0.1mm至0.5mm的范围之内，当曲率半径太小时，切屑会过度地紧靠在第一薄壁部的底部，这将导致过大的摩擦阻力或者钻头的快速磨损，而当曲率半径太大时，由薄壁切削刃所产生的切屑不能被充分地卷曲。

在根据本发明的第四方面的钻头中，该薄壁部还可包括第二薄壁部，该第二薄壁部是从第一薄壁部的内侧端向切削刃的最内部的点延伸的。当沿着第二薄壁部的底部的横截面看时，由于该第二薄壁部的底部比第一薄壁部的底部更倾斜，所以即使当第一薄壁部的底部夹角相对较小时，也可以将在第二薄壁部的底端与钻侧尖相交的相交部处形成的横刃的宽度作得小些，同时可将沿着底部测得的尖角变得大些。

当将第二薄壁部形成为能从第一薄壁部的底部开始连续地延伸的一个凹槽时，在横截面中，最好将该第二薄壁部的底部的曲率半径设定成小于第一薄壁部的底部的曲率半径，而且尤其是小于0.1mm。当该第二薄壁部的底部的曲率半径太大时，因为由第二薄壁部的底部的端部和钻侧尖相交的相交部不能紧靠着钻侧尖的中心，所以由于横刃的宽度比较大而导致不能充分降低轴向力。该第二薄壁部的底部的曲率半径可以设为零，即第二薄壁部可以是一个带有V形横截面的凹槽。

为了保证钻头主体获得足够的刚度同时能较好地降低轴向力，最好将钻头主体的钻心厚度设定在0.15×D至0.3×D的范围之内，D是钻头主体的直径。

根据本发明第五方面所述的钻头，其包括：一个可绕旋转轴线旋转的钻头主体，该主体包括带有钻侧尖的钻尖和一个柄部；一个形成在钻头主体的周边上的排屑槽，该排屑槽从钻尖向钻头主体的柄部延伸；以及沿着排屑槽中面向钻头旋转的方向的壁表面和钻头主体的钻侧尖相交的相交脊部而形成的切削刃；其中，当从垂直于切削刃的横截面上看时，该切削刃的一个前角随着旋转半径的增加而逐渐增加，直到一个过渡点为止，然后该前角再朝钻头主体的周边逐渐减小。

根据本发明的第五方面，由于切削刃的正交前角随着旋转半径的增加直到过渡点为止，所以能够保证良好的切削能力以及能极大地降低切削阻力，另一方面，由于从该过渡点开始到钻头主体的周边为止，该前角随着旋转半径的增加而逐渐减小，所以夹角变大了，从而能使切削刃获得足够的的强度，并且能较好地避免钻头主体出现磨平或破损及快速的侧面磨损。

过渡点的旋转半径较好能设置在最大旋转半径的70％到90％的范围之内。当将该过渡点设置在这样的一点即该点的旋转半径小于最大旋转半径的70％上时，则由于沿着切削刃相对较长的长度上，前角会逐渐减小，所以就不能很好地限制切削阻力，而当该过渡点设置在这样的一点即该点的旋转半径大于最大旋转半径的90％上时，则由于沿着切削刃很短的长度上，前角会逐渐减小，所以就不能保证切削刃在周边附近具有足够的强度。

当切削刃包括一个凸起切削刃和一个内凹切削刃时，该凸起切削刃沿着旋转方向朝周边凸出，该内凹切削刃从该凸起切削刃开始朝着内部平滑地延伸，在相交部分即在周边上凸起的切削刃和边缘部分相交的那部分的交角会变大，从而能保证切削刃获得足够的强度；这样，即使是在恶劣的钻削条件下也能避免钻头出现破损或磨平；此外，从内凹切削刃经由凸起切削刃到周边之间形成了一条平滑的曲线，因此切屑在其外部和内部之间不会断裂，而且在内凹切削刃的作用下切屑可充分卷曲并向内部流动，然后流畅地排出，这些与在未审查的日本专利申请首次公开号为No.2000-198011中公开的钻头不一样，在该申请中，外角切削刃沿着与钻头旋转的方向相反的方向从主切削刃的端部以一定的旋转半径倾斜地延伸，因而在其外部和内部之间，切屑会发生断裂。此外，最好将过渡点设置在该凸起的切削刃和该内凹的切削刃之间的过渡点上，从而由于前角从逐渐增加转变为了逐渐减小，这样就可能分散切削刃中产生的应力，并且可避免在高速和干式切削等恶劣的加工条件下由于在过渡点处的应力集中而导致的切削刃破损。

当前角根据旋转半径的增加直到过渡点为止逐渐增加，然后再逐渐降低时，最好将该前角设定在这样一点的y±7°的范围内，在该点上旋转半径与最大的旋转半径的比值是在从37.5％到82.6％的范围之内，其中：y能从下面的方程式中得到：

y＝-3.958x⁴+39.987x³-151.2x²+267.22x-169.17(方程式1)，其中x为半径比；而且也最好将前角设定在这样一点的y±7°的范围内，在该点上该比值是在从82.6％到100％的范围之内，其中：y是从下面的方程式中得到的：

y＝-10.579x+68.733(方程式2)。

当将切削刃的前角设定在高于y±7°的范围内时，从方程式1或2中得到y，由于切削刃的夹角变得太小，结果就会导致切削刃的破损，尤其是在高速和干式钻削的条件下。另一方面，当将切削刃的前角设定在低于y±7°的范围里时，其中从方程式1或2里得到y，由于在该点处切削抗力增加了，结果就会导致切削刃的快速磨损以及钻削中需要过大的驱动转矩。

在根据上面所有方面的钻头中，最好将硬质涂层例如TiN，TiCN，TiALN等涂覆在钻头主体的至少尖部的表面上，从而提高钻头主体的耐磨性。

附图说明

图1为沿着旋转轴线方向看到的本发明第一个实施例所示的钻头的正视图；

图2为图1所示钻头的沿着垂直于旋转轴线的一个平面取的横截面视图；

图3为图1所示钻头的尖部的透视图，尤其示出其薄壁部；

图4A为由图1所示钻头所产生的切屑的透视图，而图4B为由下面将描述的对比钻头3所产生的切屑的透视图，与图1所示的钻头不同的是，在该对比钻头中第一凹面的曲率半径R2大于第二凹面的曲率半径R4；

图5为图1所示钻头沿着垂直于切削刃的一个平面取的截面视图，并且该平面位于切削刃上的这样一点上，该点与转轴线的距离相对最大旋转半径r而言为0.500×r(x＝0.500)；

图6为图1所示钻头沿着垂直于切削刃的一个平面取的截面视图，并且该平面位于切削刃的这样一点上，该点与转轴线的距离相对最大旋转半径r而言为0.625×r(x＝0.625)；

图7为图1所示钻头沿着垂直于切削刃的一个平面取的截面视图，并且该平面位于切削刃的这样一点上，该点与转轴线的距离相对最大旋转半径r而言为0.750×r(x＝0.750)；

图8为图1所示钻头沿着垂直于切削刃的一个平面取的截面视图，并且该平面位于切削刃的这样一点上，该点与转轴线的距离相对最大旋转半径r而言为0.826×r(x＝0.826)；

图9为图1所示钻头沿着垂直于切削刃的一个平面取的截面视图，并且该平面位于切削刃的这样一点上，该点与转轴线的距离相对最大旋转半径r而言为0.925×r(x＝0.925)；

图10为图1所示钻头沿着垂直于切削刃的一个平面取的截面视图，并且该平面位于切削刃的这样一点上，该点与转轴线的距离相对最大旋转半径r而言为1.000×r(x＝1.000)；

图11为一个图表，该图表显示第一实施例的钻头的切削刃的前角(Y线)的变化，以及±7°较佳的范围(A和B线)；

图12为一个图表，该图表显示第一实施例的钻头Y中切削刃的的前角(Y线)的变化，以及在对比钻头E和F中切削刃的前角的变化(E和F)；

图13为沿着转轴线方向观察到的本发明的第二实施例所示的钻头的正视图；

图14为沿着垂直于图13所示钻头旋转轴线的一个平面取的截面视图；以及

图15为图13所示钻头的尖部的透视图，尤其示出其薄壁部。

具体实施方式

参照附图对本发明的最佳实施例进行说明。

图1至12示出本发明的第一实施例。在该实施例中，钻头主体1是由硬质材料，例如渗碳钢等制成的，该钻头主体大体上是以旋转轴线O为中心的圆柱形，在该钻头主体上相对旋转轴线O对称地设有一对排屑槽3，排屑槽是从钻侧尖2向钻头主体1的柄部方向延伸的，在钻头使用过程中，这对排屑槽沿着与钻头旋转方向相反方向以恒定的旋转率旋转。在排屑槽3的面向旋转方向T的壁表面4与钻侧尖相交形成了相交脊部，而沿着该相交脊部形成了一对切削刃5。用于钻削的钻头主体的周边、钻侧尖2和排屑槽3都能被硬质涂层，例如用TiN、TiCN、TiAL等覆盖。

该壁表面4包括一第一凸面7和一第一凹面8，其中该第一凸面7紧靠着周边，并与边缘部分6相交，如图2所示，当沿着垂直于旋转轴线O的截面看时，第一凸面7为沿着旋转方向凸出的一条凸曲线；而该第一凹面8位于第一凸面7的内侧，并且当沿着上述截面来看时为一条内凹曲线。与第一凸面7对应的凸曲线在连接点P1处能和与第一凹面8对应的内凹曲线平滑连接。在本实施例中，排屑槽3的面向旋转方向T相反的方向上的壁表面9包括一第二凸面11和一第二凹面12，其中该第二凸面11紧靠周边，延伸至顶刃部分10上，并且当沿着上述截面看时，所见到的为沿着与钻头旋转方向T相反的方向而凸出的一条凸曲线；而该第二凹面12位于第二凸面11的内侧，并且当沿着上述截面看时为一条内凹曲线。对应第二凸面11的凸曲线在连接点P2处与对应第二凹面12的内凹线平滑连接。此外，从上述截面中可以观察到，在壁表面4上的第一凹面8与在壁表面9上的第二凹面12也在连接点P3处彼此平滑相连。沿着与钻头旋转的方向T相反的方向，从边缘部分6向顶刃部分10延伸的一条刃带，将其周边设计成从边缘部分6向内部为带有一个台阶的圆柱形。

而且，在本实施例中，第一凸面7和第一凹面8以及第二凸面11和第二凹面12都形成为如上述截面所示的弧线，这些弧线的中心分别位于C1至C4，其半径分别为R1至R4。与第一凸面7对应的弧线的中心C1位于线Q1的内侧，该线Q1是经过在边缘部分6上的一个周向点13的一条切线，也就是说，经过第一凸面7和边缘部分6的交点。与第二凸面11对应的弧线的中心C3位于线Q2的内侧，该线Q2是一条切线，此切线经过使周向点13绕旋转轴线O旋转形成的圆和与第二凸面11对应的弧线的延长线所形成的交点14。因此，第一凸面7沿旋转方向T从第一虚线S1向外凸出，其中该第一虚线是将旋转轴线O和壁表面4上的周向点13连接来确定的，而到第一凸面7经过周向点13的切线相对第一虚线S1在钻头旋转方向T相反的方向上向外并倾斜地延伸，从而能和与第一虚线S1垂直相交的线Q1构成钝角。第二凸面11沿着与钻头旋转方向相反的方向从一条线向外凸出，该线是通过将旋转轴线O和由第二凸面11和顶刃部分10形成的交点连接来确定的。

因为分别对应第一凹面8和第二凹面12的弧线在连接点P3处平滑相连，所以弧线的中心C2和C4都位于从旋转轴线O经连接点P3延伸的一条直线上。在本实施例中，连接点P3位于排屑槽3的底部；因此，以旋转轴线O为圆心并且通过连接点P3的圆构成了钻头主体1的钻心厚度圆。直径d，即钻头主体1的钻心厚度d最好设定在0.15×D至0.3×D的范围内，其中D为将切削刃5上的周向点15绕旋转轴线O旋转所形成圆的直径，即切削刃5的直径。

连接点P1将与第一凸面7对应的凸曲线和与第一凹面8对应的内凹线连接起来，最好将该连接点设置在以旋转轴线O为圆心并且半径等于切削刃5的直径D的2/3的圆的外部，而且更可取的是，将该连接点设置在以旋转轴线O为圆心并且半径等于直径D的5/6的圆的外部。当在垂直于旋转轴线O的截面内观察时，第一凹面8的凹进量最好能这样设置，即在第一虚线S1和第一凹面8的底部之间的偏移L1设定在一0.06×D至0的范围之内，而第二凹面12的凹进量最好能这样设置，即在第二虚线S2和第二凹面12的底部之间的偏移L2设定在一0.06×D至0.06×D的范围之内，其中D为切削刃5的直径。在截面图中，确定出的偏移L1为第一虚线S1和平行于第一虚线S1并能和与第一凹面8对应的内凹线相接触的那条线之间的距离，并且如图2所示，测得的偏移L1在钻头旋转的方向T中为一个正值。类似的，在截面图中，确定出的偏移L2为第二虚线S2和平行于第二虚线S2并能和与第二凹面8对应的内凹线相接触的那条线之间的距离，并且如图2所示，测得的偏移L2沿与钻头旋转的方向T相反的方向为一个正值。在本实施例中，整个第一凹面8不会都位于沿钻头旋转的方向T相对虚线S2所确定出的区域内。

此外，当在上述截面中观察时，与第一凸面7和第一凹面8以及第二凸面11和第二凹面12分别对应的弧的曲率半径R1至R4最好能如此设定，即第一凸面7的半径R1设定在0.1×D至0.8×D的范围之内，其中D为切削刃5的直径，第一凹面8的半径R2设定在0.18×D至0.35×D的范围之内，第二凸面11的半径R3设定在0.1×D至0.8×D的范围之内，而第二凹面12的半4设定在0.2×D至0.5×D的范围之内。特别是，在本实施例中，将第二凹面12的半径R4设定得要大于第一凹面8的半径R2。在本实施例中，最好将排屑槽的深度与宽度的比值设计成0.8-1.2∶1。

切削刃5是沿着排屑槽3的壁表面4和钻侧尖2相交的脊部形成的，而壁表面4包括第一凸面7和第一凹面8。如图1所示，切削刃5包括：在靠近圆周点15的部分中凸起的切削刃16和内凹的切削刃17，其中凸起的切削刃16沿钻头旋转的方向T向外凸出，并且第一凸起表面从这里向柄部延伸，而内凹的切削刃17为内凹形状并位于凸起的切削刃16的内侧，并且第一内凹表面8从这里向柄部延伸；这样，当从钻头旋转轴线O方向看时，切削刃5表现为略微弯曲的S型，它包括凸起的切削刃16和内凹的切削刃17。由于切削刃5具有一个夹角，该夹角是由钻侧尖2根据从内向周边的旋转半径而朝钻主体的柄部倾斜形成，而且由于排屑槽为螺旋形，所以从钻头旋转轴线O的方向看时，凸起和内凹的切削刃16和17表现为组合的S形曲线的形状，当从垂直于旋转轴线O的横截面方向看时，该形状是通过使与壁表面4的第一凸面7和第一凹面8相对应的组合曲线上的每一个点发生移位来确定的，并且在沿钻头旋转的方向T上，移位的距离随旋转半径的减小而逐渐增加。当从旋转轴线O的方向看时，在上述截面中，就与第一凸面对应的凸起线上圆周点13处的切线而言，该凸起切削刃16上在圆周点15处的切线，沿着与钻头旋转的方向T相反的方向，向外并更加倾斜地延伸；这样，就将在圆周点15处切削刃5的径向前角α设成了负值。

薄壁部18形成于排屑槽的壁表面4和9与钻头尖部汇合处，它是通过切除靠近相交脊部的材料来形成的，在相交脊部处第一凹面8、第二凹面12和第二凸面11与钻侧尖相交，这就使切削表面能够倾斜并面向排屑槽3的内部，而且该薄壁部18能向顶刃部10延伸。切削刃5的内部是一个薄壁切削刃19，该薄壁切削刃沿着薄壁部18与钻侧尖2交汇的相交脊部而形成，而且该薄壁切削刃从内凹切削刃17的内侧端向旋转轴线即钻侧尖2的中心延伸。当从旋转轴线O的方向观察时，在切削刃5中，薄壁切削刃19经由一条沿钻头旋转方向T凸出来的凸曲线或直线与内凹的切削刃17平滑地相连。

薄壁部18包括第一薄壁部20，它是由排屑槽3的壁表面4和9相交而形成的表面。该第一薄壁部20包括一个平面部分，该平面部分与排屑槽3中面向着钻头旋转方向T相反的方向上的壁表面9相交并且向顶刃部10延伸，该第一薄壁部20还包括如图3所示的带有圆形底部21的一个内凹部，该内凹部位于靠近面向钻头旋转方向T上的壁表面9和壁表面4之间的分界线处，而且该内凹部从在第一和第二凹面8和12之间的连接点P3向钻侧尖2的中心延伸。圆形底部21从壁表面4和9向切削刃5的内侧端，即薄壁切削刃19的内侧端延伸，同时朝钻头主体1的中心倾斜。在截面中，最好将第一薄壁部的圆形底部21的曲率半径设定在0.1mm至0.5mm的范围之内。将该曲率半径设成是可以变化的，以便当向钻头主体1的柄部靠近时，该曲率半径会逐渐增大。

第一薄壁部20的张角β即为由相交脊部23和其它的相交脊部所确定的角度，最好将其设定在95°到105°的范围之内，其中当从旋转轴线方向看时，在相交脊部23处，第一薄壁部20与面向钻头旋转方向T相反的方向的壁表面9相靠近的钻侧尖相交；而在其它的相交脊部即薄壁切削刃19处，第一薄壁部20与面向钻头旋转方向T上的壁表面4相靠近的钻侧尖2相交。

此外，第二薄壁部22位于第一薄壁部的内侧端和钻头主体1的尖部的最中心之间，它为凹槽形并且比第一薄壁部20更短。第二薄壁部22的底部从第一薄壁部20的圆形底部21向切削刃5的内侧端延伸，而且与圆形底部21的倾斜不同。切削刃5的内侧端沿着第二薄壁部22与钻侧尖2交汇的相交脊部形成。第二薄壁部22的底部的曲率半径最好小于第一薄壁部20的圆形底部的曲率半径，而且特别是，要小于0.1mm。曲率半径甚至可以为零即第二薄壁部22的底部可以为V形。将该曲率半径设成是可以变化的，以便当向钻头主体1的柄部靠近时，该曲率半径会逐渐增大，这与第一薄壁部20的圆形底部21的情况相同。在相交脊部，比第一薄壁部要更倾斜的第二薄壁部22与钻侧尖2相交，通过沿着相交脊部来形成切削刃5的内侧端，可使在钻侧尖2的中心处的一对切削刃5之间形成的横刃的宽度比由第一薄壁部20和钻侧尖2相交形成的切削刃5的内侧端这种情况下的要短。在本实施例中，将横刃的宽度设定在0到0.2mm的范围之内，这就意味着一对切削刃5的端面在旋转轴线O处可彼此重合。

下面从一个主要方面来说明具有上述结构的钻头的操作过程。因为切削刃5包括朝向圆周点15、沿钻头的旋转方向T外凸的凸起切削刃16，所以当从旋转轴线方向O看时，在圆周点15处，凸起切削刃16和边缘部分6相交形成的交角就变大了，而且要大于第一凸面和边缘部分6相交形成的交角，从而能够确保在圆周点15处钻头主体1能获得足够的强度。因此，在圆周点15处就能避免出现切削刃5的崩断或磨削，因为在圆周点15处由于钻头中切削刃是高速旋转的并且会产生最大量的碎片，所以此处易于产生过大的应力；这样，即使是在恶劣的钻削条件下也能保证较长的钻头使用寿命。此外，在本实施例中，由于当从旋转轴线O方向看时，凸起切削刃16沿钻头旋转方向T从切削刃5上的圆周点15和旋转轴线O的连线向外凸出，所以在圆周点15处切削刃5的径向前角α就设成了负值，此外，在圆周点15处凸起切削刃16和边缘部分6相交所形成的交角就设定成钝角，结果就进一步确保了钻头主体1在圆周点15处的足够的强度。

此外，由于凸起切削刃16是由凸曲线沿旋转方向凸出而形成的，不像现有技术中的V形折线，而且由于内凹切削刃17是从凸起切削刃16向内平滑延伸的，所以与现有技术中V形切削刃会将切屑弄断相比，本发明在切削刃5的外部和内部之间切屑不会断裂。由内凹切削刃17产生的切屑当它们向内部流动时就会流畅地卷曲。按照本发明，就能流畅地排出切屑而不会由于断裂和缠绕着的切屑而导致排屑槽3的阻塞，从而避免了钻头主体1由于切屑向周边之外流动而导致的快速磨损，还降低了钻削的驱动转矩，而且由于减少了钻头磨损还延长了钻头使用寿命。在钻头主体的尖部以及切削刃上的硬质涂层例如TiN，TiCN，TiAL等还能更有助于延长钻头的使用寿命。

通过在壁表面4上朝着圆周点13形成第一凸面7，可使排屑槽3的壁表面4和边缘部分6之间的夹角变得大一些，从而能够确保钻头主体1在圆周点13处获得足够的强度，并且在恶劣的钻削条件下，例如在高速和干式钻削过程中，由于圆周点13处没有断片或碎片，所以也确保了足够的钻头使用寿命。此外，由于第一凹面8能从第一凸面7朝内部方向平滑地延伸，所以包括流到第一凸面7的外部的整个切屑能够很好地卷曲并且方向是向里面同时能沿着第一凹面8被导向，即使是由第一凸面7产生的切屑也设法向外移动。

此外，在根据本发明的钻头中，由于排屑槽3还包括第二凹面12，它是在排屑槽3中面向钻头旋转方向T相反的方向上的壁表面9上形成的，并且它从第一凹面8平滑地延伸，而且第二凹面12的曲率半径R4设计得比第一凹面8的曲率半径R2要大，所以第一凹面8通常将切屑卷曲并且流畅地排出而不会过多地靠在第二凹面12上并被弄断。由于切屑不会过多地靠在第二凹面12上，所以就能很好地避免由于抵靠和驱动转矩的增加而导致的排屑槽3的壁9的快速磨损。在本实施例中，由于第二凸面11从第二凹面12向周边平滑地延伸，所以顶刃部10将不会阻止切屑的流动；这样，就很好地确保钻头主体1能够在顶刃部10处获得足够的强度。

在本实施例中，当从垂直于转动轴线的截面看时，分别对应第一凹面8和第二凹面12的内凹线为弧线形状，它们的曲率半径分别为R2和R4(R2＜R4)，而且这些弧线在连接点P3处彼此平滑相连，并沿经过该连接点的共切线方向延伸，以便形成一连续的内凹曲线。当第一凹面8将切屑充分卷紧时，切屑会从第一凹面8向第二凹面12流畅地流动并流畅地排出。相反，即使当第一凹面8不能将切屑充分卷紧时，根据工件的材料，切屑能被适度地靠在第二凹面12上从而卷绕成适合的尺寸。另外，通过使第一凹面8和第二凹面12连续地构成，可将排屑槽3的宽度设计得不特别宽，换言之，能充分保证钻头主体1的横截面面积；进而，也能保证钻头主体1具有足够的刚度。在这种情况下，分别与第一凹面8和第二凹面12相对应的内凹线的曲率半径R2和R4中的每一个都是常数，而且这两条内凹线在连接点P3处彼此平滑相连；然而，另一方面，这些曲率半径也可以是从第一凹面8到第二凹面12逐渐增加；例如，这些凹面可以表现为各种曲线中的一个，如椭圆、余摆线、摆线、渐开线或它们的结合。

在本实施例中，就第一凹面8而论，在第一虚线S1和第一凹面8的底部之间的偏移L1最好设定在-0.06×D至0的范围之内(沿钻头旋转方向T测得的该偏移L1为正值)，其中该第一虚线是旋转轴线O和排屑槽3的壁表面4的圆周点13之间的连线，而且就第二凹面12而论，在第二虚线S2和第二凹面12的底部之间的偏移L2最好设定在-0.06×D至0.06×D的范围之内(沿与钻头旋转方向T的相反方向测得的该偏移L2为正值)，其中，第二虚线S2在旋转轴线O处与第一虚线垂直相交，D为切削刃5的直径，因此，通过适度地将切屑靠在第一和第二凹面8和12上，可以产生适合于切屑的、适当的阻滞效果。因此，切屑能充分地卷曲和排出，同时能避免切屑的阻塞以及过大的阻滞效果而导致的驱动转矩的增加。为了确保有这样好的效果，当从垂直于旋转轴线O的横截面看时，最好将与第一凹面8相对应的内凹线的半径R2设定在0.18×D至0.35×D的范围之内，最好将与第二凹面12相对应的内凹线的半径R4设定在02×D至0.5×D的范围之内，其中D为切削刃5的直径。

此外，在本实施例中，当从垂直于旋转轴线O的横截面看时，最好将分别与第一和第二凸面7和11相对应的凸起线的半径R1和R3设定在0.1×D至0.8×D的范围之内，其中D为切削刃5的直径。因此，通过避免在径向方向内第一和第二凹面8和12的宽度太窄，可以保证充分地完成排屑，同时也确保了在边缘部分6附近和顶刃部10附近钻头主体1的足够强度。为了保证即使在如高速和干式钻削的钻削条件下也能获得这些有益的效果，最好将连接点P1设置在以旋转轴线O为圆心、半径等于切削刃直径D的2/3的圆之外，更优选的是，将该连接点P1设置在以旋转轴线O为圆心、半径等于切削刃直径D的5/6的圆之外，其中在该连接点P1处与第一凸面7相对应的凸起线能连接到与第一凹面8相对应的内凹线上，而且除此之外，最好将排屑槽3的深度与宽度之比设定在0.8-1.2∶1范围之内。

在本实施例中，由于通过改进排屑性能而更好地降低了钻削的驱动转矩，所以在钻削过程中作用到钻头主体1上的应力也降低了；因而，可将钻头主体1的钻心厚度d设定成相对小的值，即最好设定在0.15×D至0.3×D的范围之内，其中D为切削刃的直径。结果，在所有作用到钻头主体1上的力中，就能够专门降低轴向力，并且增大排屑槽3的横截面面积，因而进一步提高排屑性能，并进一步降低钻削操作所需要的动力。通过将曲率半径R1至R4设定在恰当的范围内，并且通过形成第一和第二凸面7和11从而增加外圆周附近的横截面面积，就可以充分确保钻头主体1的横截面面积；进而，能确保钻头主体1获得足够的刚度。这样既降低了钻削操作所需要的动力，又使钻头主体1获得足够的刚度，这就可能避免钻头的损坏，从而缩短钻头的使用寿命。

在本实施例中，由于薄壁部18是在排屑槽3的壁表面4和9与钻头的尖部相交汇的地方形成的，切削刃5的内部包括薄壁切削刃19，而且由于在含有圆形底部21的凹槽形中，第一薄壁部20从薄壁切削刃19开始延伸，所以由薄壁切削刃19所产生切屑的内部沿着内凹线卷曲，在横截面中，该内凹线与第一薄壁部20的底部21相对应，并且向内部运送，如图3中粗体箭头所示。因此，就可能将由薄壁切削刃19以及位于薄壁切削刃19的外侧的内凹和凸起的切削刃17和16产生的切屑流畅地运送到排屑槽3并排出去，即使是在如高速和干式钻削的钻削条件下，也不会在薄壁部18出现切屑的阻塞和聚集。由薄壁切削刃19和薄壁部18所获得的上述效果是很重要的，尤其是对由难于加工的材料制成的工件进行钻削时。

在本实施例中，由于薄壁部18还包括：在其尖部第二薄壁部22以比第一薄壁部20的底部21的倾斜角要更大的倾斜角进行延伸，切削刃5的内侧端沿着第二薄壁部22和钻侧尖相交的相交脊部来形成，而且由于第二薄壁部22的底部的曲率半径设计得比第一薄壁部20的圆形底部的曲率半径要小，特别小于0.1mm，所以切削刃5的内侧端的位置非常靠近钻侧尖2和旋转轴线O的交汇处；因此，横刃的宽度变得很小，即在0到0.2mm的范围内。结果，能更好地提高钻头对工件的穿透性能，钻头更直地推进，获得稳定和准确的钻削效果，并能降低沿着旋转轴线O的方向作用在钻头主体1上的轴向力，以及降低钻削所需要的动力。因为形成了两个薄壁部即第一薄壁部20和第二薄壁部22而且第二薄壁部的底部比第一薄壁部的底部更倾斜，所以当从沿着第二薄壁部22的底部的横截面看时，钻头主体1的夹角变得比使用单独一个薄壁部从而形成同样宽度的横刃的情况下要大；因此，就能更好的确保钻头主体1，尤其在尖部获得足够的强度；换句话说，例如，当冲力作用到钻头主体1的尖部上时，就能够避免其出现破损，导致缩短钻头的使用寿命。当钻头主体1能够保证有足够的穿透性能、强度和笔直的推进成为可能时，就可省略第二薄壁部22。

在本实施例中，在横截面中，通过第一薄壁部20的底部21所确定的内凹曲线的曲率半径最好是在0.1mm到0.5mm的范围之内，当曲率半径设定在此范围之上时，由薄壁切削刃产生的切屑不能充分的卷曲，并且当曲率半径设定在此范围之下时，在薄壁部18中切屑会发生阻塞。当第二薄壁部22的底部的曲率半径设定大于第一薄壁部20的底部21的曲率半径时，或者大于0.1mm，就不能足够的降低轴向力。当横刃的宽度增加时，也不能足够的降低轴向力。最好将第一薄壁部的张角即由第一薄壁部和两个钻侧尖构成的一对相交脊部所确定的角度(在其中的一个相交脊部处第一薄壁部与靠近排屑槽的钻侧尖相交形成薄壁切削刃)设定在95°到105°的范围之内。当将第一薄壁部的张角β设定比105°大时，由薄壁切削刃19所产生并且被第一薄壁部20的圆形底部21所卷曲的切屑能够沿着第一薄壁部20向外运送并且不能流畅地运送到排屑槽中，而当将第一薄壁部的张角β设定比95°要小时，由薄壁切削刃19所产生的切屑在运送到排屑槽3中之前时，不能被充分的卷曲。

在日本未审查的专利申请、首次公开号为No.2000-198011或者日本已审查的专利申请、第二次公布号为平No.Hei 4-46690中公开的钻头中，切削刃是由V形的折叠部分构成，与之不同的是，在本申请中的内凹切削刃16表现为平滑的曲线，并且同样也可以应用到薄壁切削刃19和内凹的切削刃17之间的边界上；因此，能沿着整个切削刃5连续地产生切屑。由于内凹切削刃17能从凸起切削刃16向内部平滑地延伸，并且在排屑槽3的壁表面4上的第一凹面12能从内凹的切削刃17向钻头主体1的顶部延伸，沿着整个切削刃5连续地产生的切屑能容易的运到内部并且由于靠在第一凹面8上而总是卷曲着，由于能将在内凹切削刃17所产生的那部分切屑运送到内部，而将在凸起切削刃16所产生的那部分切屑往往会被拉向内部。此外，由位于内凹切削刃17内侧的薄壁切削刃19所产生的那部分切屑通过靠在第一薄壁部20的底部21而卷曲；因此，能将全部切屑运送到内部而连续地卷曲，再运送到排屑槽3中并排出。结果，在本实施例中，与现有技术的情况相同，就可能流畅的排出切屑而不会由于破碎和缠绕的切屑而阻塞排屑槽3，从而避免由于切屑流到周边之外而导致钻头主体1的快速磨损，并能降低钻削的驱动转矩，以及由于降低了钻头的磨损而延长了钻头的使用寿命。

在本实施例中，由于可将钻头主体1的钻心厚度d设定为相对较小的值，如前所述，而且此外，是由于在薄壁部18中的第二薄壁部22所造成的横刃的宽度变得很小，所以在作用到钻头主体1的力中尤其会降低轴向力就成为可能，从而能提高排屑槽3的截面面积，因而能进一步提高排屑性能，并进一步降低钻削操作需要的动力。

随后的表1表示用本发明的钻头以及对比钻头1至5进行钻削试验的结果，其中，凸面7的曲率半径R1，第一和第二凹面8和12的尺寸和钻心厚度d互不相同，而其它的特征相同，本发明的试验是在不同的切削速度、高速和干式条件下作比较的。钻削条件如下所述：

钻头直径：8mm；

工件的材料：    S50C(0.50％的碳钢)；

切削速度；      vc＝80,150,200米/分钟；

进给速率：      fr＝0.2毫米/转；

孔深：      L/D＝3；以及

有空气供给的干式条件。

在表1中，“◎”代表“非常好”，“○”代表“好”，“△”代表“不希望的”以及“×”代表“坏”。

表1

		R(％×直径D)				钻心厚度(％×直径D)	在钻削30米时钻头磨损情况	切屑的形状	轴向力	水平分力	总体评价
												R1	R2	R3	R4
		对比钻头	1	8	27											13	35	25	△：肩部磨平	○	○	○	△
2	85					27	13	35	25	△：明显磨损	△	△	△	△
			3	13	35										13	27	25	△：明显磨损	△	△	△	△
4	13					27	13	35	35	△；明显磨损	△	△	△	△
			5	13	27										13	35	13	×：主体断裂	△	○	×	×
本发明的钻头	1					13	27	13	35	25	◎：正常磨损	◎	○	◎									◎
		2	13	27	13										35	23	◎：正常磨损	◎	◎	◎	◎
	3					13	25	13	31	20	◎：正常磨损	◎	◎	○								○

如表1所示，当将对比钻头1的第一凸面7的曲率半径R1设定为小于0.1×D时，其中D为切削刃5的直径，其实验结果表现为在凸起切削刃的肩部，即在圆周点15处会磨平，这是由于当将第一凸面7的宽度设定较窄时，凸起切削刃16的宽度也变得狭窄。与对比钻头1相比，将对比钻头2的半径R2设定为大于0.8×D，该对比钻头2表现为过度磨损，这是由于凸面7和凸起切削刃16很宽，凹面8和内凹切削刃17相比就变窄了，所以降低了切屑卷曲性能，切屑会紧靠在排屑槽3的壁表面4和9上。在对比钻头3中，与本发明相比，将其第一凹面8的半径R2设定成比第二凹面12的半径R4要大，切屑表现为图4B所示的较小半径的形状，这是由于切屑过度地紧靠在第二凹面12上所造成的，而且第二凹面也表现为过度磨损。此外，在对比钻头4中将钻心厚度d设定为大于0.3×D，其结果表现为过度磨损，这是由于排屑槽3的横截面面积太小和切屑过度地紧靠在第二凹面12上所造成的，另外，由于轴向力增加而导致钻削需要更大的驱动转矩。在对比钻头5将钻心厚度d设定为小于0.15×D，由于刚度不足，尽管降低了轴向力，但是该钻头5还是断裂了。

与对比钻头1到5相比，在本发明的钻头中，排出的切屑已充分卷曲成如图4A所示的具有合适半径的形状，而且排屑槽3的壁表面4和9上的磨损也适度。特别是，在本发明的钻头2中，将其钻心厚度d设定成0.23×D，其实验结果表现为轴向力小、水平分力小，以及能够实现更稳定的钻削。另一方面，在本发明的钻头3中，将其钻心厚度d设定成0.20×D即相对较小的值，其实验结果表现为由于刚度小而导致轴向力较大；然而，与对比钻头5相比，它的使用寿命足够了。

下面从第二方面对第一实施例作进一步说明。在本实施例的钻头中，当从与切削刃5垂直的截面看时，总是将切削刃5的前角γ即切削刃5的正交前角γ设计成能够和旋转半径相适应，该前角为逐渐增加直到切削刃5上的过渡点X为止；然后向钻头主体1的周边再逐渐减小。如图5-10所示，该前角γ是在切削刃5上的一点处确定的，当从在该点处与切削刃5垂直的截面看时，该前角是由一条与壁表面4上的第一凸面7或者第一凹面8相对应的曲线，从切削刃5开始延伸作为前倾面以及包含旋转轴线O并经过在切削刃上的该点的一个参考面而构成的。如图11所示，要这样设计该前角γ以便能使其和旋转半径相适应，直到切削刃5上的过渡点X为止，该前角会逐渐增加，而且在X点处为最大；然后向钻头主体1的周边再逐渐减小。

在本实施例中，如图1所示，将过渡点X设定成内凹切削刃16和凸起切削刃17之间的过渡点。换言之，该过渡点X是由在凸起和内凹线之间的连接点P1移动来确定的，当沿垂直旋转轴线O的截面看时，沿着排屑槽3的螺旋线朝着钻头尖部方向，这两条凸起和内凹线分别与凸面7和凹面8对应。在这种情况下，过渡点X位于切削刃5的一点上，相对最大旋转半径r而言，该点距旋转轴线O的距离为0.826×r(x＝0.826)。如图8所示，在过渡点X处，将该前角γ设为33°的最大值。

在本实施例中，当将切削刃5设计成曲线形，而且凸起和内凹切削刃16和17表现为S形的曲线时，与切削刃5垂直的平面确定一个平面，该平面垂直于过曲线上的一点的该曲线的切线。由于把钻侧尖2加工成圆锥形而导致和钻头之间出现夹角时，与切削刃5垂直的平面被定义为相对旋转轴线O倾斜延伸的平面。与本实施例相同，当薄壁切削刃19沿这切削刃5的内部构成时，该前角γ不需要向内侧逐渐增加。换言之，在除了薄壁切削刃19以外的地方，该前角γ可能会逐渐增加然后再减小。在旋转半径与最大的旋转半径之比x大于37.5％的区域里，即与最大旋转半径r相比，该区域与旋转轴线O的距离大于0.375×r(x＝0.375)，依赖于钻头主体的钻心厚度d，该前角γ可能会逐渐增加然后再减小。

在本实施例的钻头中，当从垂直于切削刃5的截面看时，由于切削刃5的前角γ即切削刃5的正交前角γ，除了在薄壁切削刃17以外，总要将其这样设计以便能使其和旋转半径相适应，直到切削刃5上的过渡点X为止，该前角会逐渐增加，然后向钻头主体1的周边再逐渐减小，而且由于在过渡点X以内，随着前角γ的增加切削刃5的切削能力也会提高，尽管由于根据旋转半径而增加的切削速度会导致切削抗力也逐渐增加，所以就可能避免过大的转矩被施加到钻头主体1上，而且也可能避免钻头主体1的断裂或过度磨损。另一方面，由于在过渡点X以外，前角γ减小了，相反，由于切削刃的夹角增加了，所以就可能保证在圆周点15的附近也就是切削刃5上作用有最大切削阻力之处，该切削刃5能具有足够的强度，从而能避免钻头出现磨平、破损或快速的侧面磨损。因此，即使是在高速和干式钻削等恶劣条件下，本发明的钻头也能够在足够长的时期内具有平滑和稳定的钻削性能，而不会出现钻头的快速磨损或破损，这些会导致缩短钻头的使用寿命。在钻头主体以及切削刃的尖部上的硬质涂层例如TiN、TiCN、TiAL等，还能有助于更好地延长钻头的使用寿命。

过渡点X的位置最好能设置在这样的一点上，即该点与旋转轴O的距离能设定在切削刃5的最大旋转半径r的70％到90％的范围之内。当将过渡点X的位置设置在这样的一点即该点的旋转半径小于最大旋转半径r的70％时，由于前角γ会沿着切削刃5的相对较短的长度逐渐增加，所以就不能很好地限制切削阻力，而相反，前角γ会沿着切削刃5的相对较长的长度逐渐减小。另一方面，当将过渡点X的位置设置在这样的一点上时，即该点的旋转半径大于最大旋转半径r的90％，由于前角γ会沿着切削刃5的相对较短的长度逐渐降低，所以就不能保证在圆周点15附近也就是切削刃5上作用有最大切削阻力之处，该切削刃5能具有足够的强度，特别是在高速和干式钻削过程中。

在本实施例中，由于切削刃5包括：在靠近圆周点15的那部分里沿钻头旋转方向T凸出来的凸起切削刃16以及具有内凹形状的内凹切削刃17，该内凹切削刃从凸起切削刃16开始向内部平滑延伸，所以就可能保证内凹切削刃16即切削刃5靠近圆周点15附近的那条切削刃具有足够的强度，其中，由于切削刃5的径向前角在负侧按照旋转半径会逐渐增加，所以在圆周点15附近，切削刃5上作用有最大的切削阻力。此外，由于将在圆周点15处切削刃5和边缘部分6相交所形成的交角设定较大，所以就保证了钻头主体1在圆周点15处具有足够的强度，并能很好地避免切削刃5在圆周点15处发生破损和磨平。另一方面，从内凹切削刃17经由凸起切削刃到周边之间形成了一条平滑的曲线，因此，切屑在其外部和内部之间不会破损，并且由于内凹切削刃17的作用这些切屑能够充分卷曲而流向内部，并能流畅地排出，这就不同于未审查的日本专利申请、首次公开号为No.2000-198011中所公开的钻头，在上述申请中，一条转角切削刃沿着钻头旋转方向相反的方向从主切削刃的末端开始以一定的旋转半径倾斜地延伸，因此，切屑在该切削刃的外部和内部之间就会破损。

在本实施例中，将过渡点X设定在拐点上，而凸起切削刃16在该拐点处与内凹切削刃17平滑相连，而且切削刃5的前角γ从逐渐增加到逐渐减小的转变出现在该拐点处。与将过渡点X设定在凸起切削刃16的顶部或者是在内凹切削刃16的底部这些情况相比，由于是将过渡点X设定在拐点上，而凸起切削刃16在该拐点处与内凹切削刃17平滑相连，所以尽管切削刃5中的应力往往会集中在切削刃5的前角γ的转变部分上，但是可以将应力分散，从而避免由于应力集中而导致切削刃5的破损。

过渡点X的位置最好能设置在这样的一点上，即该点与旋转轴线O的距离能设定在切削刃5的最大旋转半径r的70％到90％的范围之内，也就是最好将其设置在与连接点P1相对应的位置上，而与第一凸面7对应的凸起线在该连接点P1处和与第一凹面8对应的内凹线相连，同时最好将该连接点P1设置在以旋转轴线O为圆心、以切削刃5的直径D的2/3为直径的圆的外部，更优选的情况为：将该连接点P1设置在以旋转轴线O为圆心、以切削刃5的直径D的5/6为直径的圆的外部；因此，过渡点X的位置最好能设置在这样的一点上，即该点与旋转轴线O的距离能设定在切削刃5的最大旋转半径r的70％到83％的范围之内。然而，也不需要将该过渡点X精确地设置在拐点上，而凸起切削刃16在该拐点处与内凹切削刃17能平滑相连，而且，除了不能将其设定在凸起切削刃16的顶部或在内凹切削刃16的底部之外，可以将该过渡点X设置在该拐点的周围。

图11中的Y线代表了前角γ的变化，而且在本实施例中，最好将前角γ设定在线A和线B之间的范围内。换言之，最好将前角γ设定在这样一点的y±7°的范围内，在该点上旋转半径与最大的旋转半径r的比值是在从37.5％到82.6％的范围之内，其中y能从下面的方程式中得到：

y＝-3.958x⁴+39.987x³-151.2x²+267.22x-169.17(方程式1)，其中x为半径比；将前角γ最好是设定在这样一点的y±7°的范围内，在该点上该比值是在从82.6％到100％的范围之内，其中y能从下面的方程式中得到：

y＝-10.579x+68.733(方程式2)。

当将前角γ设定在y+7°之上的范围内时，其中y能从方程式1或2中得到，由于在前角γ较大的地方切削刃的夹角太小，结果就会导致切削刃的破损，尤其是在高速和干式钻削的条件下。另一方面，当将前角γ设定在y-7°之下的范围内时，其中y从方程式1或2中得到，由于在该点处切削抗力增加了，结果就会导致切削刃的快速磨损以及钻削中需要过大的驱动转矩。

表2给出包括本发明的钻头Y在内的钻头使用寿命的实验结果，在对比钻头A中，将切削刃的前角γ设定在y+7°范围之上，在对比钻头B中，将切削刃的前角γ设定在y-7°范围之下，对比钻头E是按照日本专利No.2674124中所公开的钻头，对比钻头F是按照日本未审查的专利申请、首次公开号为No.2000-198011中所公开的钻头，这些钻头都是在80m/min和150m/min的切削速度Vc下钻削而进行对比的。图12表示分别对应钻头Y、E和F的前角γ的变化曲线Y、E和F。

钻头Y、A、B、E和F的直径都是8mm，而且这些钻头能以0.2mm/rev的进给速率fr来加工由含碳0.5％的碳钢S50C所制成的工件中深度ld为25mm的通孔；然后，通过测量每个钻头直到使用寿命的极限为止时总的钻削长度，从而评估出每个钻头的钻削使用寿命。实验是在干式条件下开始进行的；然而，由于钻头E和F即使是在80m/min的切削速度vc时也会断裂而妨碍了比较，所以所有的钻头是利用易溶于水的切削液而进行测试的。在表2中，“○”表示钻头表现为正常磨损并且在钻4000个孔之后还能继续使用，即总的钻削长度大约为100m，“△”表示钻头表现为正常磨损，但是其使用寿命早于在带有符号“○”的钻头之前结束，而“×”表示钻头表现为正常磨损，而且其使用寿命是在那点之前结束(也附加了使用寿命的原因)。

表2

钻头	结果
			vc＝80(米/分)	vc＝150(米/分)
	Y	○			○
A			○	△(70％)
	B	△(70％)			△(85％)
E			△(70％)	×：肩部磨平
	F	△(70％)			×：快速破损

从表2中可以看出，钻头E和F表现出的钻头的寿命即使是在80米/分这样低的切削速度vc时，也只是钻头Y和A的70％，而且这两个钻头在150米/分这样高的切削速度vc时，由于钻头主体自身的破损或者在钻头主体肩部的磨平即在切削刃的周边和边缘部分相交形成的相交脊部处而实质上缩短了钻头的寿命。另一方面，根据本发明的钻头Y在80米/分的切削速度vc时，即使是在50米/分这样高的切削速度vc时，也能在钻削4000个孔之后还能继续使用。此外，即使钻头A和B的前角γ在线A以上或者线B以下的区域内改变时，尽管它们的寿命比钻头Y的要短，但是由于它们的前角γ向着周边是在逐渐增加然后再逐渐减小，所以也能表现出较好延长使用寿命。此外，根据本发明的钻头Y即使是在干式钻削条件下使用，在直到钻削4000个孔为止时，表现为既不会反常磨损，也不会破损。

在本实施例中，切削刃包括凸起切削刃16和内凹切削刃17，在排屑槽3中面向钻头旋转方向T的壁表面4上的第一凸面7能从该凸起切削刃16开始延伸，而在壁表面4上的第一凹面8能从该内凹切削刃17开始延伸；因此，能容易将切削刃5在沿着整个切削刃5上所连续产生的切屑运到内部，并且由于被紧靠在第一凹面8上而总是卷曲着，再沿着钻头旋转的方向排到钻头的柄部里。由于排屑槽3中在面向钻头旋转方向T的相反方向上的壁表面4上的第二凹面12，能从第一凹面8开始平滑地延伸，所以由第一凹面8卷曲的切屑能被流畅地排出去。此外，在本实施例中，由于第二凸面11从是第二凹面12开始平滑延伸的，所以切屑排出时不会受到顶刃部10的阻碍，并且能够更好地保证在顶刃部10处，钻头主体1能获得足够的强度。

下面参照附图13至15对本发明的第二个实施例进行说明。如图13所示，壁表面104包括一个第一凸面107和一个第一凹面108，其中第一凸面107紧靠着周边，并与边缘部分106相交，而且如图14所示，当沿着垂直于旋转轴线O′的横截面来看时为沿着旋转方向凸出的一条凸起线；而第一凹面108位于第一凸面107的内侧，并且当沿着上述横截面来看时为一条内凹线。与第一凸面107相对应的凸起线在连接点P1′处与对应于第一凹面108的内凹线平滑连接。在本实施例中，排屑槽103在面向旋转方向T′的相反方向上的壁表面109包括一个第二凸面111和一个第二凹面112，其中该第二凸面111紧靠着周边并延伸至顶刃面110上，并且当沿着上述横截面来看时，为在沿着钻头旋转方向T′的相反的方向上凸出的一条凸起线；而第二凹面112位于第二凸面111的内侧，并且当沿着上述横截面来看时为一条内凹线。对应第二凸面111的凸起线在连接点P2′处与对应第二凹面112的内凹线平滑连接。此外，在第一凸面108和第二凸面112之间设置了一个连接面124。第一凸面108经由连接面124和第二凸面112彼此平滑相连。当从垂直于旋转轴线O′的横截面看时，连接面124为经过连接点P3′和P4′的一条切线，该切线将分别对应于第一和第二凹面108和112的两条内凹线连接起来。由于排屑槽3为卷曲形，所以该连接面124也是一个卷曲面，并类似于排屑槽3朝钻头柄部的卷曲。沿着与钻头旋转的方向T相反的方向而从边缘部分106向顶刃部110延伸的一条刃带的周边设计成从边缘部分106向内部带有一个台阶的圆柱形。

而且，在本实施例中，第一凸面和凹面107和108以及第二凸面和凹面111和112都为如上述横截面中示出的弧线，这些弧线的中心分别位于点C1′至C4′，其半径分别为R1′至R4′。与第一凸面107对应的弧线的中心C1′位于线Q1′的内侧，该线是过边缘部分106上的一个圆周点113的一条切线，也就是说，经过第一凸面107和边缘部分106的交点。与第二凸面111对应的弧线的中心C3′位于线Q2′的内侧，该线是一条切线，此切线经过由周边上的点113绕旋转轴线O′旋转形成的圆和与第二凸面111对应的弧线的延长线所形成的交点114。因此，第一凸面107沿旋转方向T′从第一虚线S1′向外凸出，其中该第一虚线是通过连接旋转轴线O′和壁表面104上的圆周点113来确定的，而第一凸面107上经过圆周点113的切线，相对第一虚线S1′而言，在钻头旋转方向T′相反的方向上向外并倾斜地延伸，从而能和与第一虚线S1′垂直相交的线Q1′构成钝角。第二凸面111沿着与钻头旋转方向相反的方向从这样的一条线向外凸出，即该线是将旋转轴线O′和由第二凸面111和顶刃面110形成的交点连接来确定的。

因为分别对应于第一和第二凹面108和112的弧线在连接点P3′和P4′处与对应于连接面124的切线相连，所以这两条弧线的中心C2′和C4′分别位于两条这样的直线上，即这两条直线彼此平行并且分别与该切线在P3′和P4′处垂直相交。在本实施例中，连接面124位于排屑槽103的底部；因此，以旋转轴线O′为圆心并且与连接面124为切线确定出了钻头主体101的钻心厚度圆。直径d′即钻头主体101的钻心厚度d′最好处于0.15×D′至0.3×D′范围内，其中D′为切削刃105的圆周点115绕旋转轴线O′旋转所形成圆的直径，即切削刃105的直径。

连接点P1′将与第一凸面107对应的凸起线和与第一凹面108对应的内凹线连接起来，最好将该连接点设置在以旋转轴线O′为圆心并且半径等于切削刃105的直径D′的2/3的圆的外部，而且更可取的是，将该连接点设置在以旋转轴线O′为圆心并且半径等于直径D′的5/6的圆的外部。当在垂直于旋转轴线O′的横截面内观察时，第一凹面108的凹进量最好能这样设置，即在第一虚线S1′和第一凹面108的底部之间的偏移L1′能设定在-0.06×D′至0的范围之内，而第二凹面112的凹进量最好能这样设置，即在第二虚线S2′和第二凹面112的底部之间的偏移L2′能设定在-0.06×D′至0.06×D′的范围之内，其中D′为切削刃105的直径。在横截面图中，确定出的偏移L1′为第一虚线S1′和平行于第一虚线S1′并能和与第一凹面108对应的内凹线相接触的那条线之间的距离，并且如图14所示，测得的偏移L1′沿钻头旋转的方向T′为一个正值。类似的，在横截面图中，确定出的偏移L2′为第二虚线S2′和平行于第二虚线S2′并能和与第二凹面108对应的内凹线相接触的那条线之间的距离，并且如图14所示，测得的偏移L2′沿与钻头旋转的方向T′相反的方向为一个正值。在本实施例中，整个第一凹面108不会都位于由沿钻头旋转的方向T′、相对虚线S2所确定出的区域内。

此外，当在上述横截面中观察时，分别对应于第一凸面和凹面107和108，以及第二凸面和凹面111和112的弧线的曲率半径R1′至R4′，最好能分别如此设定，即第一凸面107的半径R1′设定在0.1×D′至0.8×D′的范围之内，其中D′为切削刃105的直径，第一凹面108的半径R2′设定在0.18×D′至0.35×D′的范围之内，第二凸面111的半径R3′设定在0.1×D′至0.8×D′的范围之内，第二凹面112的半径R4′设定在0.2×D′至0.5×D′的范围之内。特别是，在本实施例中，将第二凹面112的半径R4′设定得要大于第一凹面108的半径R2′。在本实施例中，最好将排屑槽深度与宽度的比值设计成0.8-1.2∶1。

切削刃105是沿着排屑槽103的壁表面104和钻侧尖102相交形成的相交脊部而构成的，而壁表面104包括第一凸面和凹面107和108。如图13所示，切削刃105包括，在靠近圆周点115的那部分中，凸起的切削刃116和内凹的切削刃117，其中该凸起的切削刃116沿钻头旋转的方向T′向外凸出，并且该第一凸面从这里开始向柄部延伸，该而内凹的切削刃117为内凹形状并位于凸起的切削刃116的内侧，并且该第一内凹面108从这里开始向柄部延伸；这样，当从钻头旋转轴线O′方向看时，切削刃105表现为略微弯曲的S型，它包括凸起的切削刃116和内凹的切削刃117。由于切削刃105带有一个夹角，该夹角是由钻侧尖102根据从内向周边的旋转半径而朝钻主体的柄部倾斜所形成，而且由于排屑槽为螺旋形，所以从钻头旋转轴线O′的方向看时，凸起和内凹的切削刃116和117表现为组合的S形曲线的形状，当从垂直于旋转轴线O′的横截面方向看时，该形状是通过使与壁表面104的第一凸面和凹面107和108相对应的组合曲线上的每一个点发生移位来确定的，并且沿钻头旋转的方向T′，随旋转半径的减小移位的距离却逐渐增加。当从旋转轴线O′的方向看时，在上述截面中，就与第一凸面对应的凸起线上圆周点113处的切线而言，该凸起切削刃116上在圆周点115处的切线，沿着与钻头旋转的方向T′相反的方向，向外并更加倾斜地延伸；这样，就将在圆周点115处切削刃105的径向前角α设成了负值。

薄壁部118位于排屑槽103的壁表面104和109与钻头尖部相交处，它是通过切除靠近相交脊部的材料来形成的，在该相交脊部第一凹面108处第二凹面112和第二凸面111与钻侧尖相交，这就使切削表面能够倾斜并面向排屑槽103的内部，而且该薄壁部118能向顶刃部110延伸。切削刃105的内部是一个薄壁切削刃119，该薄壁切削刃沿着薄壁部118与钻侧尖102交汇的相交脊部而形成，而且该薄壁切削刃从内凹切削刃117的内侧端向旋转轴，即钻侧尖102的中心延伸。当从旋转轴线O′的方向观察时，在切削刃105中，薄壁切削刃119经由一条沿钻头旋转方向T′凸出来的凸曲线或直线与内凹的切削刃117平滑地相连。

薄壁部118包括第一薄壁部120，它是由排屑槽103的壁表面104和109相交而形成的表面。该第一薄壁部120包括一个平面部分，该平面部分与排屑槽103中面向着钻头旋转方向T′相反的方向的壁表面109相交，并且向顶刃部110延伸，该第一薄壁部120还包括如图14所示的带有圆形底部121的一个内凹部，该内凹部靠近面向钻头旋转方向T′的方向上的壁表面109和壁表面104之间的分界线，而且该内凹部从连接面124向钻侧尖102的中心延伸。圆形底部121从壁表面104和109向切削刃105的内侧端，即薄壁切削刃119的内侧端延伸，同时朝钻头主体101的中心倾斜。在截面中，最好将该第一薄壁部的圆形底部121的曲率半径设定在0.1mm至0.5mm的范围之内。将该曲率半径设成是可以变化的，以便当向钻头主体101的柄部靠近时，该曲率半径会逐渐增大。

此外，第二薄壁部122位于第一薄壁部的内侧端和钻头主体101的尖部的最中心之间，它为凹槽形并且比第一薄壁部120更短。第二薄壁部122的底部从第一薄壁部120的圆形底部121开始向切削刃105的内侧端延伸，而且与圆形底部121的倾斜情况不同。该切削刃105的内侧端是沿着第二薄壁部122与钻侧尖102交汇成的相交脊部而形成的。该第二薄壁部122的底部的曲率半径最好小于第一薄壁部120的圆形底部121的曲率半径，而且特别是，要小0.1mm。曲率半径甚至可以为零，即第二薄壁部122的底部可以为V形。将该曲率半径设成是可以变化的，以便当向钻头主体101的柄部靠近时，该曲率半径会逐渐增大，这与第一薄壁部120的圆形底部121的情况相同。在相交脊部，比第一薄壁部120要更倾斜的第二薄壁部122与钻侧尖102相交，通过沿着该相交脊部来形成切削刃105的内侧端，可使在钻侧尖102的中心处、在一对切削刃105之间形成的横刃，其宽度小于由第一薄壁部120和钻侧尖102相交形成的切削刃105的内侧端的这种情况。在本实施例中，将横刃的宽度设定在0到0.2mm的范围之内，这就意味着一对切削刃105的端部在旋转轴线O′处可彼此重合。

下面从一个主要方面来说明具有上述结构的钻头的操作过程。通过在壁表面104上朝着圆周点113形成第一凸面107，就可以将排屑槽103的壁表面104和边缘部分106之间的夹角设置得大一些，从而能够确保在圆周点113处钻头主体101能获得足够的强度，而且即使是在恶劣的钻削条件下，例如在高速和干式钻削过程中，也能保证钻头获得足够的使用寿命，而不会在圆周点113处出现破损或磨平。此外，由于第一凹面108是从第一凸面107向内平滑延伸的，所以即使是当要将第一凸面107产生的切屑排出去时，也能将整个切屑即包括已流到第一凸面107外面的那部分在内的整个切屑很好地卷曲并使其朝向内部，同时能将其沿着第一凹面108而引导。

此外，由于排屑槽103包括第二凹面112，它是在排屑槽103中面向钻头旋转方向T′相反的方向上的壁表面9上形成的，而且在第一和第二凹面108和112之间形成的连接面124可与第一和第二凹面108和112都平滑相连，所以切屑通常会卷曲着并且能流畅地排出，而不会过分地紧靠在第二凹面112和连接面124上并被弄断。由于切屑不会过分地紧靠在第二凹面112上，所以就能很好地避免由于抵靠和驱动转矩的增加而导致的排屑槽103中壁109的快速磨损。在本实施例中，由于第二凸面111从第二凹面112向周边平滑地延伸，所以顶刃部110将不会阻止切屑的流动；这样，就能很好地确保钻头主体1会在顶刃部10处获得足够的强度。在钻头主体的尖部以及切削刃上的硬质涂层例如TiN，TiCN，TiAL等还能更有助于延长钻头的使用寿命。

此外，在第一和第二凹面108和112之间形成的连接面124可使排屑槽103具有足够宽度而不受第一和第二凹面108和112的曲率半径的限制。因此，根据工件的材料，当切屑易于紧密卷曲时，可将连接面124的宽度作得较窄，从而就可能将第一和第二凹面108和112的半径R2′和R4′取得很大，也不会导致排屑槽103的宽度太宽以及耗费掉钻头主体1的充足刚度。另一方面，当切屑勉强能卷绕起来时，可将连接面124的宽度作得较宽，从而就可能将第一和第二凹面108和112的半径R2′和R4′取得很小，这样切屑就能充分地卷曲，而不需要将排屑槽103的宽度做得太窄，也不会影响良好的排屑性能。

在本实施例中，就第一凹面108而论，在第一虚线S1′和第一凹面108的底部之间的偏移L1′最好设定在-0.06×D′至0的范围之内(沿钻头旋转方向T′测得的该偏移L1′为正值)，其中该第一虚线是旋转轴线O′和排屑槽103的壁表面104的圆周点113之间的连线，而且就第二凹面112而论，在第二虚线S2′，和第二凹面112的底部之间的偏移L2′最好设定在-0.06×D′至0.06×D′的范围之内(沿与钻头旋转方向T′的相反方向测得的该偏移L2′为正值)，该虚线S2′在旋转轴线O′处与第一虚线S1′垂直相交，其中D′为切削刃105的直径。因此，通过适度地将切屑靠在第一和第二凹面108和112上，可以产生适合于切屑的、适当阻滞效果。因此，切屑能充分地卷曲和排出，同时能避免切屑的阻塞以及过大的制动效果而导致的驱动转矩的增加。为了确保有这样好的效果，当从垂直于旋转轴线O′的横截面看时，最好将与第一凹面108相对应的内凹线的半径R2′设定在0.18×D′至0.35×D′的范围之内，并且最好将与第二凹面112相对应的内凹线的半径R4′设定在0.2×D′至0.5×D′的范围之内，其中D′为切削刃105的直径。

在本实施例中，当从垂直于旋转轴线O′的横截面看时，与第二凹面112对应的内凹线的曲率半径R4′大于与第一凹面108对应的内凹线的曲率半径R2′。因此，就可能将切削刃105所产生的切屑借助第一凹面108而充分卷曲，再将这些切屑经由连接面124而流畅地运送到具有比较大半径R4′的第二凹面112上，而不需要将切屑过度地紧靠在第二凹面112或连接面124上。这样，就能将切屑流畅地排出并且很好地降低钻削需要的驱动转矩。

参考表1也能解释根据本发明的第二个实施例中的钻头的钻削实验结果。

如上所述，根据本发明的第一方面，由于切削刃包括凸起切削刃，该切削刃沿着旋转方向朝着周边凸起，所以在交汇部分，即在周边上凸起切削刃与边缘部分相交的部分的夹角，会变大，因此，切削刃能获得足够的强度；这样，即使是在例如高速钻削等恶劣的钻削条件下，也能避免钻头出现破损或磨平。

根据本发明的第二方面，由于排屑槽包括凸面，该凸面沿着旋转方向朝着周边凸起，所以钻头就能获得足够的强度；这样，能避免钻头出现破损或磨平。此外，由于排屑槽还包括从该凸面向内部平滑延伸的第一凹面，所以整条切屑，包括流到排屑槽外的那部分，都能很好地卷曲并且是向着内部方向的，同时沿着第一凹面而被导引。进而，由于排屑槽包括第二凹面和一个连接面，其中该凹面在排屑槽中面向钻头旋转方向的相反方向的壁表面上形成，该连接面位于第一和第二凹面之间并能将该第一和第二凹面都连接起来，所以切屑通常为卷曲着并能流畅地排出，而不需要过度地紧靠在排屑槽的后面的壁表面上；所以，钻头主体在钻削过程中遇到较小的摩擦阻力，这导致钻头的磨损减小和钻头旋转所需要的驱动转矩也减小。此外，通过恰当地设置连接面的宽度，能保证钻头主体的足够刚度和排屑槽的足够的截面面积，而无需考虑第一和第二凹面的曲率半径。因此，即使是在例如高速钻削等恶劣的钻削条件下，也能很好地延长钻头的寿命，并且能实现顺畅和稳定的钻削。

根据发明的第三方面，由于排屑槽包括凸面，该凸面沿着旋转方向朝着周边凸起，所以钻头主体就能获得足够的强度；这样，能避免钻头出现破损或磨平。此外，由于排屑槽还包括从该凸面向内部平滑延伸的第一凹面，所以整条切屑都能很好地卷曲并且是向着内部方向的，同时沿着第一凹面而被导引。进而，由于排屑槽包括第二凹面和一个连接面，其中该第二凹面是在排屑槽中面向钻头旋转方向的相反方向的壁表面上形成的，并且从第一凹面开始平滑地延伸，而第二凹面的曲率半径要大于第一凹面的曲率半径；所以切屑通常为卷曲着并能被流畅地排出，而不需要过度地紧靠在第二凹面上；所以，钻头主体在钻削过程中遇到较小的摩擦阻力，这导致钻头的磨损减小和钻头旋转所需要的驱动转矩也减小，因此，即使是在例如高速钻削等恶劣的钻削条件下，也能很好地延长钻头的寿命，并且能实现顺畅和稳定的钻削。

根据本发明的第四方面，由于薄壁部是从排屑槽的边缘向切削刃的内部延伸的，它包括凹槽形的第一薄壁部，其底部是由圆形的凹面构成的，并且从排屑槽的壁的边缘向向切削刃的内侧端延伸，所以在第一薄壁部的底部中圆形的凹面能平滑地卷曲切屑的内部，并将这些切屑运送到排屑槽中不会导致堵塞。此外，通过从第一薄壁部的内侧端向切削刃的最内点延伸而形成第二薄壁，能很好地提高钻头对工件的穿透性能，而且由于横刃宽度的缩短而能导致轴向力的极大降低，以及保证钻头主体尖部获得足够的夹角和足够的强度；这样，即使是在例如高速钻削等恶劣的钻削条件下，也能很好地延长钻头的寿命，并且能实现顺畅和稳定的钻削。

根据本发明的第五方面，由于切削刃的前角会根据旋转半径逐渐增加直到过渡点为止，然后朝着钻头主体的周边再逐渐减少，所以能够保证良好的切削能力且极大地降低切削阻力，以及获得足够的切削刃的强度，尤其是在能够受到大的阻力的周边上。因此，即使是在例如高速钻削等恶劣的钻削条件下，也能很好地延长钻头的寿命，并且能实现顺畅和稳定的钻削。

Claims (21)

1.一种钻头，其包括：

一个可绕旋转轴线(O)旋转的钻头主体(1)，该主体包括带有钻侧尖(2)的钻尖和一个柄部；

一个形成在所述钻头主体(1)的周边上的排屑槽(3)，该排屑槽从所述钻尖向所述钻头主体(1)的柄部延伸；以及

一个切削刃(5)，该切削刃是沿着该排屑槽中面向钻头旋转的方向(T)的壁表面(4)和该钻头主体(1)的钻侧尖(2)相交形成的相交脊部而形成的，其中，

该切削刃(5)包括一个朝着周边方向的凸起的切削刃(16)以及从该凸起切削刃(16)平滑延伸的一个内凹的切削刃(17)。

2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于：将所述切削刃在该周边上的径向前角(α)设定成一负值。

3.一种钻头，其包括：

一个可绕旋转轴线(O′)旋转的钻头主体(101)，该主体包括带有钻侧尖(102)的钻尖和一个柄部；

一个形成在所述钻头主体(101)的周边上的排屑槽(103)，该排屑槽从所述钻尖向钻头主体(101)的柄部延伸；以及

一条切削刃(105)，该切削刃是沿着该排屑槽(103)中面向钻头旋转的方向(T′)的壁表面(104)和该钻头主体(101)的钻侧尖(102)相交形成的相交脊部而形成的，其中

所述排屑槽(103)包括一个朝着周边方向的一个凸面(107)，一个从该凸面(107)平滑延伸的第一凹面(108)，以及在所述排屑槽(103)中在面向钻头旋转的方向(T′)的相反方向上的壁表面(109)上形成的第二凹面(112)；而且，

在所述第一凹面(108)和所述第二凹面(112)之间还形成了一个连接面(124)，这样，当沿着垂直于所述旋转轴线(O′)的横截面看时，所述连接面(124)为一条切线，该切线和与第一凹面(108)对应的凹面线以及与所述第二凹面(112)对应的另一条凹面线都相切，从而将所述第一凹面(108)和所述第二凹面(112)平滑连接起来。

4.根据权利要求3所述的钻头，其特征在于，当沿着垂直于所述旋转轴线(O′)的横截面看时，与该第二凹面(112)对应的内凹曲线的曲率半径(R4′)大于与所述第一凹面(108)对应的内凹曲线的曲率半径(R2′)。

5.一种钻头，其包括：

一个可绕旋转轴线(O)旋转的钻头主体(1)，该主体包括带有钻侧尖(2)的钻尖和一个柄部；

一个形成在所述钻头主体(1)的周边上的排屑槽(3)，该排屑槽从所述钻尖向钻头主体(1)的柄部延伸；以及

一个切削刃(5)，该切削刃是沿着该排屑槽(3)中面向钻头旋转的方向(T)的壁表面(4)和该钻头主体(1)的钻侧尖(2)相交形成的相交脊部而形成的，其中，

所述排屑槽(3)包括一个朝着周边方向的一个凸面(7)，一个从所述凸面(7)平滑延伸的第一凹面(8)，以及在所述排屑槽(3)中在面向钻头旋转的方向(T)的相反方向上的壁表面(9)上形成的一个第二凹面(12)，该第二凹面从第一凹面(8)开始平滑延伸；而且，

当沿着垂直于旋转轴线(O)的横截面看时，与第二凹面(12)对应的内凹曲线的曲率半径(R4)大于与所述第一凹面(8)对应的一个内凹曲线的曲率半径(R2)。

6.根据权利要求3和5之一所述的钻头，其特征在于，当在垂直于所述旋转轴线(O，O′)的横截面内观察时，将在第一虚线(S1，S1′)和所述第一凹面(8，108)的底部之间的偏移(L1，L1′)设定在-0.06×D至0的范围之内，而且将在第二虚线(S2，S2′)和第二凹面(12，112)的底部之间的偏移(L2，L2′)设定在-0.06×D至0.06×D的范围之内，其中该第一虚线是通过连接旋转轴线(O，O′)和所述排屑槽(3，103)中的面向钻头旋转方向(T，T′)的壁表面(4，104)的最外面的点(13，113)来构成的，该第二虚线在旋转轴线(O，O′)处与第一虚线(S1，S1′)垂直相交，D为钻头主体(1，101)的直径。

7.根据权利要求3和5中之一所述的钻头，其特征在于，当沿着垂直于所述旋转轴线(O，O′)的横截面看时，将与所述凸面(7，107)对应的一凸曲线的曲率半径(R1，R1′)设定在0.1×D至0.8×D的范围之内，其中D为钻头主体(1，101)的直径。

8.根据权利要求3和5中之一所述的钻头，其特征在于，当沿着垂直于所述旋转轴线(O，O′)的横截面看时，将与所述第一凹面(8，108)对应的一条内凹曲线的曲率半径(R2，R2′)设定在0.18×D至0.35×D的范围之内，其中D为钻头主体(1，101)的直径。

9.根据权利要求3和5中之一所述的钻头，其特征在于，当沿着垂直于所述旋转轴线(O，O′)的横截面看时，将与所述第二凹面(12，112)对应的一条内凹曲线的曲率半径(R4，R4′)设定在0.2×D至0.5×D的范围之内，其中D为钻头主体(1，101)的直径。

10.一种钻头，其包括：

一个可绕旋转轴线(O)旋转的钻头主体(1)，该主体包括带有钻侧尖(2)的钻尖和一个柄部；

一个形成在所述钻头主体(1)的周边上的排屑槽(3)，该排屑槽从所述钻尖向所述钻头主体(1)的柄部延伸；

一个切削刃(5)，该切削刃是沿着该排屑槽中的面向钻头旋转的方向(T)的壁表面和所述钻头主体的钻侧尖相交形成的相交脊部而形成的；以及

一个薄壁部(18)，该薄壁部从所述排屑槽(3)的所述壁的端部向切削刃(5)的内部延伸的，其中，

该薄壁部(18)包括一个凹槽形的第一薄壁部(20)，其底部(21)是由圆形的凹面构成的，并且从排屑槽(3)的所述壁的端部向该切削刃(5)的内侧端延伸。

11.根据权利要求10所述的钻头，其特征在于，将所述第一薄壁部(18)的张角设定在95°到105°的范围之内。

12.根据权利要求10所述的钻头，其特征在于，在横截面中，所述第一薄壁部(20)的底部(21)确定出一条内凹曲线，将该内凹曲线的曲率半径设定在0.1mm至0.5mm的范围之内。

13.根据权利要求10所述的钻头，其特征在于，所述薄壁部(18)还包括一第二薄壁部(22)，该第二薄壁部是从所述第一薄壁部(20)的内侧端向切削刃(5)的最内部的点延伸。

14.根据权利要求13所述的钻头，其特征在于，在横截面中，所述第二薄壁部(22)为凹槽形，并且其曲率半径小于由所述第一薄壁部(20)的所述底部(21)所确定的内凹曲线的曲率半径。

15.根据权利要求13所述的钻头，其特征在于，在横截面中，所述第二薄壁部(22)为凹槽形，并且其曲率半径小于0.1mm。

16.根据权利要求1，3，5和10中之一所述的钻头，其特征在于，将钻头主体(1)的钻心厚度(d)设定在0.15×D至0.3×D的范围之内，其中D为所述钻头主体(1)的直径。

17.一种钻头，其包括：

一个可绕旋转轴线(O)旋转的钻头主体(1)，该主体包括带有钻侧尖(2)的钻尖和一个柄部；

一个形成在所述钻头主体(1)的周边上的排屑槽(3)，该排屑槽从所述钻尖向所述钻头主体(1)的所述柄部延伸；

一个切削刃(5)，该切削刃是沿着该排屑槽中面向钻头旋转的方向(T)的壁表面(4)和该钻头主体(1)的钻侧尖(2)相交形成的相交脊部而形成的，其中，

当从垂直于切削刃(5)的横截面看时，所述切削刃(5)的一个前角(γ)根据旋转半径的增加而逐渐增加，直到一个过渡点(X)为止，然后朝所述钻头主体(1)的周边该前角(γ)再逐渐减小。

18.根据权利要求17所述的钻头，其特征在于，所述过渡点(X)的旋转半径设置在最大旋转半径的70％到90％的范围之内。

19.根据权利要求17所述的钻头，其特征在于，所述切削刃(5)包括一个朝周边凸起的切削刃(16)和一个内凹切削刃(17)，该内凹切削刃从该凸起切削刃(16)开始朝着内部平滑延伸，而且将该过渡点(X)设置在所述凸起切削刃(16)和所述内凹切削刃(17)之间的拐点上。

20.根据权利要求17所述的钻头，其特征在于，将所述前角(γ)设定在这样一点的y±7°的范围内，即在该点上的旋转半径与最大的旋转半径的比值是在37.5％到82.6％的范围之内，其中y能从下面的方程式中得到：

y＝-3.958x⁴+39.987x³-151.2x²+267.22x-169.17，其中x为半径比；而且也可将前角(γ)设定在这样一点的y±7°的范围内，即在该点上的此比值是在82.6％到100％的范围之内，其中y能从下面的方程式中得到：

y＝-10.579x+68.733。

21.根据权利要求1，3，5，10和17中之一所述的钻头，其特征在于，将一种硬质涂层涂覆在所述钻头主体(1，101)的至少尖部的表面上。

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