CN1422196A - 带有结构改进的切削刀片的钻头 - Google Patents

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Abstract

一种钻头具有一个构成前端的端部，该端部包含至少两个切削刃(8，8′)和至少两个排屑槽(7，7′)，排屑槽从前端(2)伸向第二端(3)，用于形成切屑并将切屑从相应的切削刃上排出。根据本发明，钻头前端包含安置在中心线的共同外侧并且具有连续直轮廓的切削刃，切削刃的中央部分沿轴向延伸到周边部分的前面，而且每个切削刃在其周边处的前缘圆角表面被设置为光滑弯曲的圆角部分，所述圆角表面包括相互之间具有不同尺寸半径(R1，R2，R3)的多个圆弧段，相邻半径总是具有彼此不同的尺寸。

Description

带有结构改进的切削刀片的钻头
技术领域
本发明涉及一种钻头，其由基本实心的钻杆构成，所述钻杆具有：构成前端的第一端，其包含至少两个切削刃，用于切削加工金属工件，从而在工件中形成孔；相反第二端；以及与切削刃的数量相等的多个排屑槽，它们从前端伸向相反端，用于形成切屑并将切屑从相应的切削刃上排出。
背景技术
诸如麻花钻等钻头上的排屑槽具有两个重要功能，即一方面用于形成切屑(包括断屑)，另一方面将形成的切屑排出。不论切削刃是通过刃磨钻头顶部本身而形成的，还是通过将单独的切削刀片机械式或通过钎焊等方法紧固在钻头前端而形成的，切屑均形成在紧邻每个切削刃后面的空间中。在排屑槽的这种前部空间中，被切削刃从工件上切下的带状材料被强制卷曲和断裂，从而产生特定形状和尺寸的分离式切屑。
在设计上述类型的钻头时，由于主动切割角部经常出现热裂现象，因此常常会因这种热裂缝的出现而导致难以实现理想的高切割速度。
发明内容
本发明的第一个目的是产生一种新型钻头，其能够在对金属钻孔时实现更高的切削速度。
本发明的第二个目的是产生一种新型钻头，其刀片具有最佳的结构，从而可以实现高切削速度，而又不会影响钻出的孔的孔壁表面光洁度。
本发明的第三个目的是产生一种钻头，其刀片具有最佳的结构，从而可以在钻孔时实现高切削速度，同时又能够使钻具保持良好的使用寿命。
这些以及其他目的可以通过具有权利要求书中所概括特征的钻头而实现。
附图说明
图1是一种根据本发明的钻头的透视图。
图2是图1中所示钻头的纵向示意图。
图3是图2中的钻头前端的放大透视图。
图4是图3中的钻头刀片的前缘部分的放大透视图。
图5是本发明另一个实施例的分解图。
图6是图5中的实施例的剖视图。
图7是另一个实施例的透视图。
图8是图7中的钻头的局部放大侧视图。
图9是根据另一个实施例的钻头刀片的前缘部分的放大侧视图。
图10是根据本发明另一个实施例的钻头刀片的剖视图。
具体实施方式
在各个图中，附图标记1总体上表示由适宜工具钢制成的实心钻杆，其具有第一端或前端2和相反的第二端3。在所述第二后端处，图示实施例中的钻杆具有一个加厚部分4，其用于插入刀架中。两个刃带6、6′从一个内芯上凸出，从而确定出两个排屑槽7、7′。在图示的实施例中，钻头是麻花钻，其中刃带6、6′和排屑槽7、7′环绕着钻杆的纵向轴线螺旋延伸。实际中，公知形式的排屑槽具有20-30°范围内的适宜的均匀螺旋角。在替代性实施例中，所述排屑槽7、7′可以是直的。在前端2处设有两个切削刃8、8′，在本例中所述切削刃形成在专用切削刀片9、9′上，而所述刀片通过适宜的方式例如低温焊接而固定在钻头前端上。然而，所述切削刃8、8′也可以通过在钻杆本身或者一个可以与钻杆分离的部分上磨削出适宜成型的表面而形成。还应当指出，钻杆1中可以设有一个或多个轴向导管(见图3)，它们通向切削刃8、8′附近的两个开口10、10′。利用公知的方式，冷却介质可以通过所述导管供应到钻头前端。本说明书以及权利要求书中所用的术语“实心钻杆”用于将根据本发明的钻头与包含空管式钻杆的钻头区别开，但并不排除其他带有一根或多根冷却介质导管的实心钻杆体。
根据本发明，刀片的切削刃表面的端部采用弯曲前缘部分11的形式，所述前缘部分优选设在从刀片的其余部分延伸出来的角部上。每个所述角部11的前缘圆角表面应当包括具有均匀半径的单一圆弧段；或者包括多个具有不同半径R1、R2和R3的圆弧段，这些圆弧段与刀片的顶面相交，而交线构成了刃部，如图4所示。在设有多个半径的情况下，相邻段总是沿着所述刃部具有不同的半径。半径R2应当显著大于R1，从而沿着切削刃d提供出能够提高表面光洁度的“刮削效果”。这种效果在沿轴向向前钻入工件中时和沿相反方向轴向移动钻头时均可获得。半径R3略小于R1和R2。
钻头前端的直切削8、8′是这样成型的，即它们在钻头中心12处呈钝角会合，从而一起沿着切削刃构成了S形轮廓和正向前倾面。切削刃8、8′在接近钻头中心线CL处的曲率大于离开所述中心线处的曲率。在紧邻所述中心线处，前倾面被设置为具有零倾角。S形轮廓与中心处的所述零度倾角相组合，可以导致形成短逗号形的切屑，这种切屑容易排出。切削刃8、8′的结构和所述前倾面的结构更详细地描述于瑞典专利SE-A-7812393中，该专利结合在此作为参考。
图5中示出了根据本发明的另一种钻头，其包括一个钻头本体13和一个单独的钻头前端14。所述钻头本体13的前表面15是平面形状的，并且垂直于钻头中心线CL定向。设在中心的冲洗通道16从钻头固定端延伸到一个位于前表面15的轴向内侧的位置上。通道16与终止于所述前表面15外部的两个径向相反通道17A和17B连通。每个短通道17A和17B分别相对于中心线CL呈锐角设置，所述锐角在15°至20°的范围内。钻头前端14具有圆柱形的基本形状，并且带有局部圆锥形上表面。钻头前端14也包含排屑槽，它们被设置为排屑槽7、7′的延伸段。在前端的底侧设有一个中心凹槽18(见图6)，用于容纳钻头本体13上的一个弹性插塞19。钻头前端14中还设有两个孔19A和19B，用于容纳螺钉20A和20B，所述螺钉穿过钻头前端并且螺纹啮合在钻头本体13中的相应设置的孔21A和21B中。
在本发明的另一个实施例中，钻头被设置为直的实心钻头本体，其前部包括两个在钻头中心会合的对称切削刃，切削刃的周边部分设有根据本发明的前缘圆角表面。本例中的钻头本体由一个复合式硬质合金体构成，硬质合金体包括一个内芯和一个包围着内芯的管体；所述内芯由相对坚韧等级的硬质合金构成，而管体由更耐磨等级的硬质合金构成。内芯部分由WC-Co等级的合金制成，其中含有重量百分比为5-20、优选为10-15的Co；而外部管体部分中含有重量百分比为8-20的一种或多种元素周期表4-6族金属优选为Ti、Ta或Nb的碳化物和/或碳氮化物。内芯与管体中所含Co的重量百分比差值为2-4。在内芯与管体之间应当设有一个厚度为300-500μm的Co含量变化过渡区。
为了避免在制造这种复合式钻头本体时出现问题，并且防止与钻头本体相关的热裂现象，空心管体应当利用包含有两步压制的粉末冶金方法制成，所述方法描述于瑞典专利9604779-0中，该专利结合在此作为参考。
为了使钻出的孔具有良好的表面光洁度，现已发现，在选择由多个圆弧段组成的前缘圆角部分11的结构时，圆角切削刃的不同半径应当在下列范围内选择：
R1：0.1-2.0mm，优选0.2-1.6mm
R2：1.6-10.0mm
R3：0.1-1.0mm
如果选择单一的半径尺寸，则它应当在0.1-10mm的范围内。在使用根据本发明的具有基本几何形状和前缘圆角表面的钻头时，现已发现，在对低合金钢钻孔的过程中可以使切削速度加倍。在一个采用100m/min切削速度的实例中，如果使用根据本发明的带有前缘圆角表面的刀片，可以达到250m/min的切削速度。同时还发现，可以维持钻头的使用寿命，这意味着根据本发明的带有前缘圆角表面的钻头刀片可以获得优异的性能。
图7-8中所示的钻杆1具有两个毗邻刀片凹座安置的排屑槽7、7′，它们可以是螺旋形的或是直的，并且安置在中心线CL的共同外侧。钻杆1中还可以包含通道(未示出)，用于将冲洗液传送到钻头的切削端。
刀片凹座被设计得用于容纳两个刀片9、9′，每个刀片分别具有一个中心孔9″，并且可以被螺纹啮合在钻杆中的中心螺钉夹固。其中一个刀片是中央刀片9′，另一个刀片是外侧刀片9，后者相对于中心线CL倾斜一个角度α，用于确定孔的尺寸。在外侧刀片与中央刀片之间，设有一个腰部M，其足够宽，以便提供出所需的强度。钻头的尺寸由直径D确定。每个刀片凹座分别包括一个切向支承面22a、一个轴向支承面22b和一个径向支承面22c。
每个刀片分别具有多边形的基本形状，在本例中，其具有正方形的基本形状，即带有两个相反的平坦表面23，二者被另外四个垂直布置的刃口表面连接着。刀片的底表面小于上表面23，以使刀片具有正间隙角。侧表面与上表面之间的交线形成了主切削刃24、25，其中每个主切削刃分别是笔直连续的，并且在端部通过光滑磨圆而形成了前缘部分26、27。
从图8中可以看出，外侧刀片9相对于中心线CL向外侧倾斜。中央刀片9′可以安置在比外侧刀片9略微轴向靠前的位置上，以便更好地引导径向力，从而可以保持理想的钻孔直径。外侧刀片9相对于一条与中心线CL平行的直线L倾斜一个角度α。角度α的量值应当为0.5-5°。
根据本发明，刃口表面采用的是在角部设有弯曲前缘部分26、27的形式，每个所述角部分别由多个圆弧段构成，这些圆弧段在刀片上表面中的交线形成了具有不同半径R1、R2和R3的刃部，如图9中的放大剖视图所示。相邻段之间总是沿着所述刃部呈现出不同的半径。半径R2总是应当显著大于R1，从而沿着副切削刃28提供出能够提高表面光洁度的“刮削效果”。这种效果在沿轴向向前钻入工件中时和沿相反方向轴向移动钻头时均可获得。半径R3略小于R1和R2。
主弯曲切削刃26在毗邻主切削刃24的位置处的半径R1应当略小于副切削刃28的半径R2。此外，还应当在弯曲前缘切削刃26与副切削刃28之间设置一个弯曲切削刃，其半径R4略小于半径R1。
图10中示出了本发明的刀片9的一个实施例，其中刀片具有双正向几何形状。这意味着刀片具有同样的较大顶表面和底表面23a、23b，二者均与刃口表面29a、29b以锐角β相交。
因此，刃口表面29a、29b由指向内侧下方的刃口构成，两个刃口以钝角γ相交，从而形成清晰的腰部31。这样就使得刀片能够用作可转位刀片，而且同单侧刀片相比，切削刃的使用次数可以加倍。刀片的中心孔30的横断面从顶表面23a开始向内侧逐渐缩减，同时孔的横断面也从底表面23b开始向内侧逐渐缩减到刀片中心。
对于半径R1和R2，要根据钻孔直径来选择尺寸。对于13-18mm的钻孔直径，R1应当为0.2-0.4mm，R2应当为1.6-4.0mm。对于18-58mm的钻孔直径，R1应当为0.4-1.6mm，R2应当为2.5-10mm。R4应当为0-1.0mm，副切削刃28的长度应当在0.1-0.5mm的范围内。

Claims (9)

1.一种钻头，其包括基本实心的钻杆(1)，所述钻杆具有：第一前端部(2)，其设有至少两个切削刃(8，8′)，二者一起在工件中加工出孔；相反第二端(3)；以及与切削刃的数量相等的多个排屑槽(7，7′)，它们从前端(2)伸向相反端(3)，用于形成切屑并将切屑从相应的切削刃上排出，其特征在于下列组合：
a)钻头前端由安置在中心线CL的共同外侧的切削刃构成，切削刃的中央部分沿轴向延伸到周边部分的前面，以及
b)每个切削刃在其周边处的前缘圆角部分被成形为光滑弯曲的圆角部分，所述圆角部分在周边处由相互之间具有不同尺寸半径(R1，R2，R3)的多个圆弧段构成，相邻半径总是具有彼此不同的尺寸。
2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，采用自身公知形式的钻杆由主要部分(13)和以可拆卸的形式连接的前部(14)组成，所述前部上设有切削刃(8，8′)。
3.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，切削刃(8，8′)设在硬质合金制专用刀片体(9，9′)上，而刀片体通过低温焊接设置在实心钻杆上。
4.根据权利要求1-3中任一所述的钻头，其特征在于，其采用直实心钻杆的形状，钻杆前部包括两个对称布置的切削刃，二者以钝角会合，从而使得所述切削刃在周边处形成具有一个或多个圆弧段的前缘圆角表面部分的形状。
5.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，钻头前端设有两个多边形刀片，所述刀片具有连续轮廓的直切削刃，位于切削刃周边的前缘圆角部分被设置为从刀片其余部分径向伸出的部分(11，11′)。
6.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，半径(R1，R2，R3)被这样构造，即用于在两个延伸到切削角部的刃口表面之间形成光滑过渡的中央半径(R1)显著小于相邻安置的用作表面光洁度提高刮削部分的半径(R2)。
7.根据权利要求1-6中任一所述的钻头，其特征在于，实心钻头包括：内芯，其由含有5-20％重量Co等级的韧性硬质合金制成；以及包含有弯曲前缘圆角部分(11，11′)的外侧管状部分，其由更耐磨等级的硬质合金制成，所述合金中含有8-20％重量的一种或多种Ti、Ta或Nb的碳化物和/或碳氮化物。
8.一种钻头，其包括基本实心的钻杆(1)，所述钻杆具有：第一前端部(2)，其设有至少两个切削刃(8，8′)，二者一起在工件中加工出孔；相反第二端(3)；以及与切削刃的数量相等的多个排屑槽(7，7′)，它们从前端(2)伸向相反端(3)，用于形成切屑并将切屑从相应的切削刃上排出，其特征在于下列组合：
a)钻头前端由对称安置在中心线CL的共同外侧的直切削刃构成，切削刃的中央部分沿轴向延伸到周边部分的前面，从而以钝角会合在钻头中心，以及
b)每个切削刃周边的前缘圆角部分被成形为光滑弯曲的圆角部分，所述圆角部分位于从刀片其余部分径向伸出的部分(11)上，并且由一个或多个圆弧段构成。
9.根据权利要求8所述的钻头，其特征在于，其采用直实心钻杆的形状，钻杆前部包括两个对称布置的切削刃，二者以钝角会合，从而使得所述切削刃在周边处形成具有一个或多个圆弧段的前缘圆角表面部分的形状。
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