CN1652890A - 在金属工件内开孔用的钻孔工具 - Google Patents

Abstract

一种钻，包括带有碎屑输送凹槽的轴和在它的前端至少带有两个切削刀片的钻的头部。每一个切削刀片带有至少一个切削刃，切削刃限定在碎屑破裂表面和第一退切表面之间，并且其包括一个外侧的直刃。在轴的中心轴线附近设置一个弯曲的切削刃部分，其连接一个相邻的增强斜面。切削刃恰好在中心轴线附近并且终止于切削刀片之间的横刃以作为一个定中心部分。弯曲的切削刃部分的后面以一定方向朝内设置有一个没有相邻的强制斜面的直的主部分，该方向的取向与延伸通过钻的中心轴线的水平线近似成40－50度的角度。

Description

在金属工件内开孔用的钻孔工具

本申请根据35U.S.C.§119要求2002年5月17日在瑞典的专利申请No.0201517-0的优先权，其整个内容作为参考在此并入。

发明领域

本发明涉及用于金属工件加工的钻。更具体地说，本发明涉及的用于金属工件加工的钻包括一个带有碎屑输送凹槽的轴和一个在轴的前部的成一体的钻的头部，其带有两个或多个切削刀片，每一个刀片包括至少一个切削刃和一个退切表面，并且其至少在钻的几何中心或旋转轴线附近包括一个弯曲部分。

发明背景

上面所述类型的钻早已从US-4,983,079和US-5,088,863中公知。然而对于这些现有技术的钻，在各个刃处的间隙表面以完整的方式从刃的外边缘端延伸直达它的邻近中心部分的弯曲部分。这意味着钻的头部仅仅在一个与直刃部分平行的主平面内，而没有在一个从主平面侧向延伸的平面内获得了一个顶锥角。尽管提供了一个定中心部分，与不具有这种定中心部分的传统的钻相比，这种钻的定中心能力仅仅能得到稍稍的改进。一个基本类似的钻在US-4,583,888中公开。

发明概述

本发明的一个目的是消除早已公知的钻存在的上述问题，并且创造一个具有改进的定中心能力的钻。这样，本发明的一个主要目的是赋予钻的头部这样一种几何结构以至在钻顶靠着工件安置和最初吃刀进入工件时其是自定中心的。在对工件连续的吃刀进给过程该钻也将保持一个良好的定中心能力，从而不需要较大的进给力或安置力即可能达到良好的定中心能力。

本发明的另一个目的是在不需要大大的减小有作用的切削刃的长度的情况下获得一个良好的定中心能力。本发明的再一目的是实现一种钻，其使增大的进给和大的钻进速度成为可能。本发明还有一个目的是提供一种钻，其在加工过程具有改进的碎屑排出能力且同时获得更稳定的钻进和改进的间隙气密性。本发明还有一个目的在于提供一种在其中心附近有这样的几何结构的钻，使得切削刃部分的二次研磨能以比以往更好的方式进行。

根据本发明的一个方面，一种钻包括有一条中心轴线的轴。碎屑输送凹槽形成在轴上。提供一个至少带有两个切削刀片的钻的头部，每一个刀片至少带有一个切削刃。至少一个切削刃限定在碎屑破裂表面和第一退切表面之间。至少一个切削刃包括一个外侧直刃部分，一个在轴的中心线附近的弯曲的切削刃部分和一个相邻的强制斜面。至少一个切削刃恰好在中心轴线附近并且终止于在所述的切削刀片之间的一个横刃，为的是在钻进过程作为定中心装置。弯曲的切削刃部分的后面以一定方向朝内设置有一个没有相邻的强制斜面的主要的直的部分，该方向的取向与水平线近似成40-50度角，所述水平线延伸通过钻的中心轴线。

附图简述

通过下面结合附图的详细描述，本发明进一步的特性和特征将更加显现。

图1表示了根据本发明的钻的侧视图。

图2表示了根据图1的钻的头部的端视图。

图3表示沿着图1中钻的III-III线的横截面图。

图4表示图1-3所示的同一个钻的放大图。

图5表示作为一个端视图看见的钻的头部的中心顶端部分的放大视图。

图6表示钻的头部的顶端的高度放大的视图。

图7表示沿着图5的VII-VII线的局部横截面图。

图8表示使用US-4,583,888公开的钻钻孔得到的表面粗糙度测量结果。

图9表示使用本发明的钻钻孔得到的相应的表面测量结果。

图10-11表示在根据图8-9的钻上获得在x和y方向的测量值的位置。

优选实施例的详细描述

图1和2中所示的钻包括轴1和钻的头部，头部的整体以标记2指示。两个螺旋状或者螺纹形的槽3，3’形成在轴1上，该槽由相似的螺旋状突出的刃带4，4’限定。钻的头部2包括两个在现在的情形下相同，但互为反向的切削件5，5’，其在一个公共的主平面A-A内彼此的延展区内延伸，该平面切割钻的中心或旋转轴线(在图4中，该轴线以C表示)。在该实施例中，切削件5，5’作为例如硬质合金的普通的切削体部件被制造，其是与由同样的材料制造的轴成一体的部分，并且之后研磨成它的最终形状，如附图所示。该钻孔刀具的最终形状能通过研磨、注射模制或其他方式产生。

每一个单独的切削件5，5’包括一个其整体以7指示的切削刃，其通常一方面限定在以钝角提供的一个主间隙表面8和一个次间隙表面8’之间，另一方面一个有斜面段10的退切表面9设置在其间。

间隙表面8具有一个自水平平面H到切削刃的间隙角α₁，而间隙表面8’被提供了自所述平面H的另一个间隙角α₂。碎屑表面的径向内部分9’是凸曲线的且有近似零度的轴向倾斜以及它的部分接近中心，而径向外部分9”有凹的形状，其径向向外延伸进入一个平面部分9。在表面部分9”外端部分和平面端部分9之间的曲线过渡区内，在加工过程碎屑被向后排出之前产生最后的破裂碎屑。

单独的切削刃7包括一个第一基本直的主部分11，其从钻的头部的边缘向内延伸并且延伸进入接近钻中心的弯曲部分12。钻具有两个螺旋冷却通道13和14形式的用于内部冷却的装置，该通道延伸通过钻。由侧视图看该钻，主切削刃包括在它们之间的一个角β，其为116-152度，优选为138-142度。

在弯曲部分12之后，刃延伸进入一个短的直线部分12’，其径向向内与一个碾磨部分12”相交，在本实施例中该碾磨部分和一个横刃15以钝角相交，由此横刃延伸通过钻中心。该部分12”还可以呈凹曲线形。限定了部分12’方向的直线的显著特征是其不延伸通过钻中心，而是在位于钻中心下面一定距离的方向延伸，在钻中心下面恰当的距离是大约0.05mm。这使得能够获得较好的碎屑排出能力和同时获得对钻中心二次研磨改进的能力。部分12’应该相对于垂线L1以40-50度，优选42-48度的角度α₃定向的方向延伸，垂线L1延伸通过钻中心。另一个显著特征是提供了一个沿着弯曲部分12和整个直刃部分11延伸的碾磨斜面段10，由此所述斜面段作为到间隙表面8的长度的过渡被提供。当弯曲部分12遇到朝向钻中心的直刃部分12’时该刃增强斜面10的延伸终止。这里提到的斜面段10在3-20mm的直径范围内应该有0.04-0.16mm的宽度b。另外所述斜面段10的碎屑角应该是25-35度。在钻的寿命延长的同时改进了更有效的钻进给能力。

另一个重要的尺寸规则是在图6中选择距离a以使顶端几何结构更优化，以便改进钻的定中心能力，由此所述距离a限定了分别用于各个切削刃部分12和12’的交叉点之间的径向直线距离，由此所述距离a应该是以D表示的钻直径的17-21％范围内的值。在其它方面，关于尺寸规则，已经发现确定用于主间隙表面8的间隙角度α₁的优点，该角度对于直径在3-20mm的钻在4-9度范围内，在此，较低的角度值对于直径区域的上部分是合适的。对于直径16-20mm范围的钻角度α₁应该例如是大约4度，而在3-5mm直径范围内相应的角α₂应该是大约9度。关于次间隙表面8’的角度α₂的尺寸应该有一个在20-27度的角度范围内变化的值，其中较大的角度值应该用于较小的直径范围。

另外，关于沿着图1中III-III线的横截面获得的钻的中心区域的尺寸应该是周围延伸的圆的整个区域的48-54％，就此而论涉及到图3，图3中d₁指示中心直径。图3中进一步显示外表面18在到凹槽3，3’的过渡点处设置肋17，其位于比挨着它的的边缘表面直径稍大的外表面上。以螺旋方式在纵向方向延伸的肋17的宽度c对于3-20mm直径范围内的钻应该是0.20-0.90mm。关于横刃15的宽度已经发现恰当的选择一个值能获得最好的结果，该值是钻直径的0.010-0.020倍，优选0.016倍。应该注意，在横刃方向和通过中心的水平线L2之间的角度α₄的尺寸应该是44-67.5度，优选50-55度，在此44度对应于150度的顶锥角β，67.5度对应于118度的顶锥角。

为了更进一步地改善钻的性能和增加寿命，已经发现至少在钻的前部提供一个TiALN的外层是有利的，该TiALN外层通过通常被称为PVD涂层的 物理气相沉积技术而被提供。该TiALN涂层与选择的顶端几何结构结合使得钻能够比起标准的低效的钻以更低的切削力切入大多数工件材料，增加了刀具的寿命并且同时提高了切削能力和使得钻孔更精确。

关于完成的孔的表面的平坦性，重要的是锐利是有益的并且钻的几何结构避免了让碎屑和钻孔的孔壁以非正确的方式接触。已经发现由于该钻在凹槽3和3’内获得了期盼的曲率的碎屑并且之后当碎屑被破碎后其从凹槽排出。由于径向朝外的凹表面9”如图3最佳显示的提供了与外侧的平面的碾磨表面9以钝角相交而获得了对碎屑成形的积极贡献。然后平面表面9与外侧的肋17相交以形成一个指定的垂直交叉。最终获得的表面平坦性数据表示在图8和图9中。在图8中，表示了由US-4,583,888的专利说明书所表示的外观的钻钻出的孔的结果，而图9给出的结果对应于根据本发明的钻的实施例。在这些图的每一个中，水平轴线代表被钻削的材料的10个孔的数据，而垂直轴线代表已经被钻的孔的直径。每一个表示三个主题，其中左边的代表孔的入口值，中间的代表在孔中间的度量尺寸，右边的代表在孔出口的测量值。如从图中显现的，用根据本发明的钻获得的孔的平坦性使得最终获得的表面几乎是无缺陷的。对照的钻以R411表示，其结果显示在图8中，该钻有对应于表示和描述在US-4,583,888中的钻的几何结构。从图10和图11所示清楚地看到最终获得的表面平坦性比钻R411的情况更无缺陷。当研究测量结果的分布时会变成清楚的，因为分布(图)比起根据本发明的钻(结构)更清楚明了。以R411指示的钻主要在x方向的位置明显的多地分布。在x和y方向的值以mm给出。如自分布处显示的对于现有技术的钻在x方向大约是三百毫米，而对于该新钻仅仅是大约一百毫米。这对于获得期望的短的碎屑是重要的，碎屑容易从钻的中央区域排出，邻近钻顶端的间隙表面有期望的形状。已经发现轴向倾斜角基本是零，其与接近中心的凸曲线刃12结合产生短的逗号形状的碎屑，该碎屑能容易的通过碎屑排出凹槽3和3’向后排出。

钻上的碎屑排出凹槽端朝着边缘表面18对于钻的整体最佳化是重要的。在图3中表示了两个凹槽3和3’如何对称地达到它们的出口并且在点19和20与边缘表面相交。该数据应该是这样的以至在点19和20之间外接圆的长度1是该外接圆总长度的25-31％。

为了对照US-4,583,888的现有技术的钻解释所述钻的性能，在三个代表性工件材料的加工过程中测量了钻入深度和钻进速度，三种工件材料包括传统的碳素钢、铁素体不锈钢和铸铁，其中在加工过程使用可在水中溶解的切削流体。

表1

材料	硬度HB	切削速度m/min	钻的直径mm	进给mm/rev	与R411钻比每周增加的进给(％)
						碳素钢	150	80-140	6-10	0.15-0.30	36
铁素体不锈钢	200	40-80	6-10	0.08-0.20	42
						铸铁	230	70-130	6-10	0.20-0.35	16

在上表1中，已经给出的值表示了根据本发明的钻R840在钻进过程获得的性能，作为与对应于US-4,583,888的R411类型的钻获得的钻进结果相比较。因此清楚地表明获得了一个显著改进的结果。

根据本发明的可选的实施例，该钻能由两部分制造，即，带有切削刀片的前部分，该刀片部分或全部由硬质合金制造，而后部分由比硬质合金软的材料，例如工具钢制造。钻的向前定位的部分通过机械式连轴器或抗扭矩连轴器能够连接到后面的钻轴。

本发明的原理，优选实施例和使用方式已经描述在前面的详述中。然而，欲保护的本发明内容不应被理解为仅限定于所描述的具体实施例。此外，在此描述的实施例应当被认作解释性的而非限定性的。不背离本发明的精神，可以由其他人做出改变和变化，并且使用其等同物。因此，这里明确的意在将所有这些落入本发明的精神和范围内的改变、变化和等同物包含在内。

Claims (20)

1.一种钻，包括

有中心轴线的轴；

形成在该轴上的碎屑输送凹槽；

带有至少两个切削刀片的钻的头部，所述切削刀片的每一个具有至少一个切削刃，所述至少一个切削刃被限定在一个碎屑破裂表面和一个第一退切表面之间，所述至少一个切削刃包括一个外侧的直刃部分，一个在轴的中心轴线附近的弯曲的切削刃部分和一个相邻的增强斜面；

为了在钻削过程作为定中心装置，所述至少一个切削刃恰好在所述中心轴线附近并且终止于在所述切削刀片之间的横刃，其中弯曲的切削刃部分的后面以一定方向朝内设置有一个没有相邻的增强斜面的直的主部分，该方向的取向与水平线近似成40-50度角，所述水平线延伸通过钻的中心轴线。

2.根据权利要求1的钻，其中在中心的横刃有近似钻的直径的0.010-0.020倍的长度。

3.根据权利要求1的钻，其中在横刃方向和通过钻中心的水平线之间的角度近似是44-67.5。

4.根据权利要求1的钻，其中直的主部分邻近于弯曲部分设置且沿朝内的方向设置有直的次部分，该直的次部分的取向与直的主部分成钝角。

5.根据权利要求1的钻，其中在中心轴线两侧上的直的主部分的径向外端点之间的交叉点之间的径向直线距离近似是钻的直径的0.17-0.21倍。

6.根据权利要求1的钻，其中对于有近似3-20mm直径的钻，用于沿着所述至少一个切削刃的第一退切表面的间隙角近似是4-9度。

7.根据权利要求4的钻，其中沿着凸曲线部分的和沿着由此向内设置的直刃部分的碎屑角近似是零度。

8.根据权利要求4的钻，其中用于次间隙表面的间隙角近似是20-27度。

9.根据权利要求1的钻，其中沿着一横截面获得的钻中心区域的尺寸是钻的外接圆的整个区域的近似48-52％，所述横截面是在前部的钻的头部的后面一定轴向距离处。

10.根据权利要求1的钻，其中邻近每一个碎屑输送凹槽设置一个肋，对于有近似3-20mm直径的钻，该肋的宽度近似是0.20-0.90mm。

11.根据权利要求1的钻，其中一个平面的碾磨增强斜面沿着直刃部分和沿着弯曲刃部分设置，在有近似3-20mm直径范围的钻内，该斜面的宽度近似是0.04-0.16mm。

12.根据权利要求1的钻，其中刀片以近似138-142的角度设置。

13.根据权利要求1的钻，其中每一个凹槽的径向外部分被设置为一个基本平的碾磨表面，该表面的取向与径向内侧凹曲线部分成钝角。

14.根据权利要求9的钻，其中在碎屑输送凹槽与钻的外缘表面的相交点之间的外接圆的长度近似是钻的外接圆总长度的25-31％。

15.根据权利要求1的钻，其中至少钻的前部分设置有TiALN层。

16.根据权利要求14的钻，其中限定了碎屑输送凹槽与钻的外缘表面的相交点之间的距离的圆弧的长度近似是外接圆总长度的25-31％。

17.根据权利要求1的钻，其中切削刀片由硬质合金制造并且作为与同样材料制造的钻轴成一体的部分被提供。

18.根据权利要求1的钻，其中钻的前部完全或部分由硬质合金制造，并且通过机械或扭矩抗力连接将所述钻的前部与后面的钻轴部分连接，所述后面的钻轴部分由比硬质合金软的材料制造。

19.根据权利要求1的钻，其中直的主部分和延伸通过中心轴线的水平线之间的角度近似是42-48度。

20.根据权利要求1的钻，其中在横刃方向和通过钻中心的水平线之间的角度近似是50-55度。

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