CN1791487A

CN1791487A - 带有受控接触间隙的钻削刀片

Info

Publication number: CN1791487A
Application number: CNA2004800133008A
Authority: CN
Inventors: R·H·克拉梅
Original assignee: Allied Machine and Engineering Corp
Current assignee: Allied Machine and Engineering Corp
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: CA2520715A1; WO2004085101A3; US20040184894A1; EP1610918A2; EP1610918A4; CA2520715C; CN100528437C; WO2004085101A2; US6902359B2; MXPA05010053A

Abstract

一种具有位于切削刃之后的受控接触间隙的切削刀具刀片，该受控接触间隙限制了后刀面磨损并且允许更多的冷却剂接近切削刃，从而进一步允许表面速度、进给速率和刀具寿命的增加。该受控接触后刀面提供了第一磨损带和第二磨损带，在钻削刀片的操作过程中形成的第一磨损带允许后刀面磨损距离从零发展至从切削刃至受控接触后刀面的一定距离，第二磨损带保持后刀面磨损距离基本上恒定，直到受控接触后刀面被基本上磨损掉。

Description

带有受控接触间隙的钻削刀片

技术领域

本发明大体上涉及一种放入刀夹中以用于在金属中进行钻孔的切削刀片。更具体地说，本发明涉及一种切削刀具刀片，其具有包括位于切削刃之后的受控接触间隙的专用几何形状，这种几何形状限制了后刀面磨损，并且允许更多的冷却剂接近切削刃，以便进一步允许表面速度、进给速率和刀具寿命的提高。

发明背景

钻削系统常常用于在金属工件中形成圆柱形孔。钻削系统的切削或钻孔动作可通过大致圆柱形的细长切削刀具，例如刀夹和选择性地连接于其上的钻削刀片的组合来执行。因此，这种设置可用于其中刀夹的一端牢固地安装在驱动装置上的应用中，该驱动装置可使刀夹绕其纵轴线旋转。在细长刀夹的相对端处，切削刀片与待切削材料相接合。或者，可使工件相对于刀夹和切削刀片旋转，例如将刀夹设在车床等的尾座上。另外，刀具和工件可设置成相互间相对地旋转。切削刀片的使用允许在切削表面磨损时快速地更换刀片而非整个刀具，并且仅通过更换刀片而非整个钻削组件就可允许一个刀具用于多种不同的钻孔场合中。

尽管扁钻刀片提供了显著的优点，即刀片可在磨损之后扔掉并且可比较便宜地用新刀片替换，但是，如果可以提供具有更长刀具寿命并且可进一步降低刀具成本的刀片，则会更加有利。这在会快速地磨损切削刀片的后刀面和间隙的难切削磨料工件的情形下尤其如此。

发明概要

本发明提供了一种新颖的钻削刀片，其具有形成于切削刃之后的受控接触间隙。该受控接触间隙限制了后刀面磨损，并且可使更多的冷却剂接近切削刃。这些和其它的优点由这样一种钻削刀片来提供，其包括：具有切削刃的钻削刀片主体；形成于切削刃的后侧上的后刀面；形成于后刀面中的下凹部，其离切削刃有一段预定距离并且处于后刀面中的预定深度处；其中切削刃和下凹部之间的余下后刀面提供了受控接触后刀面，其将后刀面磨损限制在受控接触后刀面的大致宽度上。

本发明的这些和其它目的公开在以下的详细描述和附图中。

附图简介

在下文中通过参考附图的实施例的方式来更详细地描述本发明及其进展，其中：

图1是根据本发明第一实施例的钻削刀具组件的分解装配图；

图2是与图1所示组件相关联的刀夹的局部透视图；

图3A-3C是根据本发明第一实施例的刀片的各个不同视图；

图4是图3A-3C所示刀片的局部剖视图，显示了刀片上的后刀面上的下凹部；

图5是本发明第二实施例的局部剖视图，显示了刀片上的后刀面上的下凹部的一种变型；

图6是本发明第三实施例的局部剖视图，显示了刀片上的后刀面上的下凹部的一种变型；

图7是本发明第四实施例的局部剖视图，显示了刀片上的后刀面上的下凹部的一种变型；

图8A-8C是根据本发明另一实施例的刀片的集中于转角处理上的各个不同视图；和

图9A-9C是在本发明的扁钻刀片与现有技术的扁钻刀片之间在初次使用状态、第一磨损状态和第二磨损状态下的一系列比较的局部剖视图。

本发明的详细描述

现在来看本发明的一个实施例，图1显示了钻削刀具组件10。钻削刀具组件10包括刀夹12，其具有刀柄14以及与之相关联的头部16。在一个实施例中，刀夹12一般具有带第一端20和第二端22的圆柱形，其中第二端22和一部分刀柄14适于固定地连接在所用的钻床中。刀夹12的第一端20具有夹紧槽口或刀夹槽口30，其可延伸过头部16的整个直径或者至少延伸过其位于刀夹12的旋转轴线18的一般位置处的中心部分。刀夹槽口30具有底壁32，其定位在相对于刀夹12的旋转轴线18的大致垂直方位中。在一个实施例中，组件10还可包括定位凸部或定位销24，其相对于轴线18精确地定位，并且从刀夹槽口30的底壁32中延伸出来。销24可定位在孔26内，孔26从槽口30的底壁32中沿着刀夹主体的轴线18向下延伸以便以压配合的关系来定位销24。或者，定位凸部24可以另一种方式构造以实现销24的相应功能，例如构造成从底壁32中延伸出来的一体式部件。在刀夹槽口30内，本发明的钻削刀片35相对于刀夹12精确地定位，以便与之一起地执行所需的钻削功能。如下文中更详细地描述，本发明的钻削刀片35具有多个切削表面，其相对于刀夹12的轴线18精确地定位，以便将利用组件10所进行的钻削操作误差降至最小。

更具体地说，刀夹12如图2所示，并且可构造成在其第一端20包括一对夹紧臂34，其在刀夹槽口30的周围延伸。夹紧臂34优选包括孔36，其可容纳螺钉38(见图1)以便将钻削刀片35固定就位于刀夹槽口30内。在一种优选的构造中，孔36是螺纹孔以便与螺钉38相啮合，并且以预定方式与形成于钻削刀片35中的螺纹孔相配合，以便将钻削刀片精确地定位在刀夹槽口30内的预定位置中。各个夹紧臂34还可包括润滑孔28，其允许润滑剂施加并流到钻削刀片的切削表面附近以促进钻削操作。夹紧臂34还可包括成角度面或曲面，其有助于切屑经由刀夹12的每一侧上的排屑槽37而排出。安放面32也显示为设计成平面，其对应于钻削刀片35的平面底部，然而，本文中也可使用和构思出其它构形的底面32。

来看图3A-3C，显示了钻削刀片35的第一实施例。钻削刀片35可形成扁钻刀片，其中一旦刀片35定位并与刀夹12固定在一起，则刀片的棱或侧边40大致平行于刀夹12的旋转轴线18。当与刀夹12固定在一起时，钻削刀片35也会具有旋转轴线，其最好与刀夹12的轴线18同轴。钻削刀片35还具有宽度42，其在与刀夹12一起旋转时形成了已装配刀具的外径。钻削刀片35还在其上表面上包括钝V形的切削刃44，其中切削刃44位于轴向中心46的每一侧上。切削刃44可包括多个切削部分，它们配合在一起以提供用于材料和/或钻削用途的所需切削表面44。一般而言，刀片35设计成在与刀夹12一起在预定方向上被旋转式驱动时进行切削，并且不可反向，但这种钻削刀片的构造对于本领域的技术人员而言是已知的，并且在需要时可与本发明一起使用。钻削刀片35还优选包括开口48，其与夹紧臂34中的孔36相配合，以便将刀片35固定在刀夹槽口30中并且承靠在安放面32上。另外，刀片35包括允许定位销24定位于其中的定位槽口50。

如图3B和图4最佳地所示，刀片35包括受控后刀面52。受控后刀面52可通过主后刀面56中的下凹部54来形成，该下凹部54位于切削刃44之后的一段预定距离58处。距离58取决于应用场合和钻削刀片材料的强度。下凹部54的深度60也取决于应用场合和钻削刀片材料的强度。重要的是要知道在发生严重失效之前刀具可承受的磨损带有多宽。

下凹部54可具有任何所需的形式，然而，半径62和/或副后刀面(angled relief)64提供了最佳的间隙组合，同时不会显著地降低切削刃44的强度。参见图4，半径62一体地融合到副后刀面64中，副后刀面64相对于原始主后刀面56成一定间隙角地延伸。副后刀面64垂直于刀片的正面。半径62和成角面64呈拱形地起作用，并且为凸出的切削刃44提供支撑。下凹部54的其它示例如图5-7所示，然而，本发明并不限于本文所示的这些示例。

在图5中，成角面64′与刀片35的厚度成锐角。在这种构造中，从刀片上去掉了更多的材料，这就提供了更耐磨的刀具寿命，但在切削刃下方的支撑更小。在图6中，下凹部52″形成为满半径。在这种构造中，通常所去掉的材料较少，这在切削刃下方提供了更多的支撑，但提供的有效磨损更少。在图7中，下凹部52与平行于主后刀面56的成角面64″一起形成。尽管这种构造在切削刃下方提供了最少的支撑，但它一般提供了最多的有效磨损。

现在回到图3B和3C，下凹部54一般起始于转角处理部处的侧边40附近，然后在弱化区(web-thin)68之前逐渐消失(至零深度)。由于表面速度降低沿着切削刃44向内径向地运动，使得下凹部不必朝向弱化区68，因此刀具磨损朝着钻头中心逐渐减小。相反，现在参见图8A-8C，下凹部54在转角处理部66处的侧边40处是最重要的。转角处理部66可以为转角夹、转角半径或锐角转角的形式。转角处理部66如图所示为转角夹，这仅仅是出于说明性目的，并非试图使该特征限于特定的构造。如图所示，转角处理部66还可采用受控接触间隙，并且具有由转角处理部深度74处的转角处理部半径72形成的转角处理部下凹部70。转角处理部下凹部70典型地一般成形为顺应转角处理部前刀面76的角度，以便保持间隙边缘79基本上平行。由于磨损作用力在转角处理部66处最大，因此转角处理部下凹部70的宽度、深度和形状是重要因素，可对它们进行优化以作为延长的刀具寿命的主要贡献因素。

参见图9A，在现有技术扁钻80的一部分的剖视图的附近，显示了具有本发明中所示下凹部54的扁钻刀片35的一部分的剖视图。典型的现有技术的扁平刀片80具有切削刃82。在切削刃82之后，主后刀面84以与水平面成一定角度α地向下延伸。这种间隙防止了工件和刀片80之间的不必要接触，并且允许冷却剂流到后刀面84和孔底部之间。为了对比，刀片80与扁钻刀片35相同，不同之处在于，下凹部54形成了受控接触间隙52。在图9A中，表示钻出的孔的底部的线A显示为与刀片35，80的切削刃44，82形成点接触。下凹部54的由虚线78包围的区域代表钻削刀片后刀面和孔A的底面之间的冷却剂所用空间的增加。当在钻削操作中冷却剂被泵送通过钻头而进入孔底部时，冷却剂被迫进入该空间内。冷却剂循环进入该空间的结果会对钻削刀片具有冷却效应，而且对切削刃具有冷却效应。冷却剂现在处于具有用于散热的更大体积的更大空间内，并且非常接近狭窄受控接触间隙52的下面。

冷却效应对表面速度、进给速率和刀具寿命具有巨大影响。测试显示，受控接触间隙所实现的增大的冷却允许表面速度增大至超过标准的推荐速度。由于速度增加，因此被切削的材料就变得更热、更具弹性和更易切削。然而，由于切屑上的热量增加，因此切屑更难于控制。由于切屑上的热量增加，因此就可以将进给速率增大至超过标准的推荐速率，并实现切屑控制。在这种增大的表面速度和进给速率的情形下，刀具寿命也会从原始寿命开始显著地增大。

再次参见图9A，扁钻刀片显示为处于未用过的状态下，在其后刀面上没有磨损。在使用扁钻时，后刀面磨损就会不可避免地在后刀面上发展，从而形成磨损带。在图9B中，初始量的磨损通过沿着扁钻刀片轮廓向下的线B来表示。线B表示孔的底部，其中扁钻刀片35，80的显示为处于该线上方的那部分正被磨损掉。在图9B中，用于本发明的扁钻和现有技术的扁钻的由磨损带距离90所表示的后刀面磨损是相同的。在使用扁钻时，磨损继续发生，如图9C所示。线C表示孔的底部，其中扁钻刀片35，80的显示为处于该线上方的那部分正被磨损掉。本发明的扁钻刀片35上的后刀面磨损被下凹部所提供的受控接触间隙的限制为磨损带距离92。然而，现有技术的扁钻刀片80具有显著的后刀面磨损，并且磨损带表面94为本发明的刀片35的磨损带表面的大约三倍。当现有技术刀片80的主后刀面84被磨损掉时，更多的刀片80区域暴露给工件，在切削刃处产生了增加的摩擦和热量，从而要求切削速度和推力减小，而切削刃82之后的间隙的减小会阻止冷却剂接近切削刃82，这进一步加剧了这种问题，这会最终导致钻削刀片80的严重失效。

同样如图9C所示，受控接触间隙52还使冷却剂流体保持大致相同程度地接近切削刃44。因此，刀片35可利用冷却效应，并且可利用表面速度、进给速率和刀具寿命增加的优点。恒定的磨损带92意味着不要求与现有技术刀片80一样来增大刀具压力。更低的压力要求导致更低的马力、推力、扭矩和热量。这又会导致在被钻削加工的材料上出现更少的加工硬化效应，从而产生更佳的表面完整性和更好的表面光洁度。

在本发明的另一实施例中，可在切削表面和后刀面上应用金刚石膜涂层，以降低后刀面磨损的发展。这类膜的示例包括化学气相沉积(CVD)的多晶金刚石膜，其在该领域中是众所周知的。金刚石膜涂层在切削非金属磨料时尤其有帮助。

尽管在上文中详细地介绍了本发明，然而这种介绍是通过图示和示例的方式来进行的，并不应被视为限制了本发明。因此，本发明的范围和内容仅通过所附权利要求的条款来限定。

Claims

1.一种钻削刀片，包括：

具有切削刃的钻削刀片主体；

形成于所述切削刃的后侧上的后刀面；

形成于所述后刀面中的下凹部，其离所述切削刃有一段预定距离并且处于所述后刀面中的预定深度处；

其中，所述切削刃和下凹部之间的余下后刀面提供了受控接触后刀面，其将后刀面磨损限制在所述受控接触后刀面的大致宽度上。

2.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括位于所述切削刃的径向外端上的转角处理部。

3.根据权利要求2所述的钻削刀片，其特征在于，所述转角处理部包括转角切削刃，其中各所述转角切削刃具有形成于所述转角切削刃的后侧上的转角后刀面；

形成于所述转角后刀面中的转角下凹部，其离各所述转角切削刃有一段预定距离并且处于所述转角后刀面中的预定深度处；

其中，所述转角切削刃和所述转角下凹部之间的所述余下的转角后刀面提供了转角受控接触后刀面，其将磨损限制在所述转角受控接触后刀面的大致宽度上。

4.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括烧结的金属硬质材料。

5.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、单晶金刚石、多晶金刚石和氮化硼的材料。

6.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括高速钢。

7.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述下凹部具有连续半径形式的截面几何形状。

8.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述下凹部具有在所述下凹部的顶点处为半径的形式并且朝着所述刀片的后刀面而过渡到笔直侧壁的截面几何形状。

9.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述下凹部具有角度形式的截面几何形状，其在所述下凹部的前缘上形成了倒角，其中所述倒角与所述下凹部的后侧上的笔直侧壁形成了一定角度。

10.根据权利要求8所述的钻削刀片，其特征在于，所述侧壁之一垂直于所述钻削刀片主体的正面。

11.根据权利要求8所述的钻削刀片，其特征在于，所述侧壁之一形成为一般平行于所述后刀面。

12.根据权利要求8所述的钻削刀片，其特征在于，所述侧壁之一与所述钻削刀片主体厚度形成锐角。

13.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体具有至少两条切削刃，它们从中心朝着两条侧边向下和向外地倾斜，其中每一条切削刃具有横向于所述切削刃而形成的至少一个排屑槽。

14.根据权利要求1所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体的至少一部分被金刚石膜涂层覆盖。

15.一种钻削刀片，包括：

具有切削刃的钻削刀片主体；

形成于所述钻削刀片主体的后刀面上的受控接触后刀面，其中所述受控接触后刀面提供了第一磨损带和第二磨损带；

在所述钻削刀片的操作过程中形成的所述第一磨损带允许所述后刀面磨损距离从零发展至从所述切削刃至所述受控接触后刀面的一定距离；

所述第二磨损带保持所述后刀面磨损距离基本上恒定，直到所述受控接触后刀面被基本上磨损掉。

16.根据权利要求15所述的钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括位于所述切削刃的径向外端上的转角处理部，其中所述转角处理部包括：

转角切削刃，其中各所述转角切削刃具有形成于所述转角切削刃的后侧上的转角后刀面；

17.根据权利要求15所述的钻削刀片，其特征在于，所述切削刃位于所述钻削刀片主体的转角处。

18.一种切削刀具组件，包括：

具有刀柄部分和头部的刀夹，所述头部具有形成于其一端上的凹口；

可容纳在所述凹口中的钻削刀片主体，其具有至少两条切削刃，它们从中心朝着两条侧边向下和向外地倾斜；

其中每一条切削刃具有形成于所述切削刃的后侧上的后刀面；

形成于所述后刀面中的下凹部，其离各所述切削刃有一段预定距离并且处于所述后刀面中的预定深度处；

19.根据权利要求15所述的切削刀具组件，其特征在于，所述钻削刀片主体包括烧结的金属硬质材料。

20.根据权利要求15所述的切削刀具组件钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、单晶金刚石、多晶金刚石和氮化硼的材料。

21.根据权利要求15所述的切削刀具组件钻削刀片，其特征在于，所述钻削刀片主体包括高速钢。