CN1894063A - 麻花钻 - Google Patents

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Abstract

一种麻花钻(10)包括具有前侧面(14)的切削端部(12)，从切削端部向后延伸的大体上圆柱形的刀体(16)和刀柄(18)。刀体(16)包括通过其的转轴和在其外周表面上形成并延伸至前侧面(14)的至少一个出屑槽(20)。至少一个出屑槽(20)包括通向前侧面(14)的第一螺旋部(24)和从第一螺旋部后端朝刀体(16)的后部延伸的第二螺旋部(26)。第二螺旋部(26)沿与第一螺旋部(24)相反的方向扭转。

Description

麻花钻
技术领域
本发明涉及一种麻花钻。尤其是，本发明涉及这样的麻花钻，它具有刀体，刀体包括刀体外周表面上的螺旋出屑槽，以便顺畅排屑，并提高抗切削阻力的刚度。
背景技术
常规麻花钻包括备有至少一个螺旋出屑槽和刃带(land)的圆柱形刀体，其中出屑槽和刃带循螺旋角至前刀口。麻花钻的的后端可在例如手动工具或钻床的夹头中固定。钻头的刀口为大致圆锥形，具有切削刃，由此一对径向相对的切削刃由带槽刃带的导面(leading face)和形成带槽刃带端面的钻头的侧面界定。每个带槽刃带的外周都在其前沿具有径向突起部，径向突起部有所不同地称为刃带、圆柱形刃带和支持边(support margin)。这两个支持边沿带槽刃带的长度延伸。
麻花钻的出屑槽对其性能来说极为重要。出屑槽的设计决定了麻花钻形成、调适和排除切削操作过程中产生的切屑从而带走热量的能力。
发明内容
简言之，按本发明，提供了一种麻花钻。本麻花钻包括具有前侧面(flank face)的切削端部(cutting tip)、从切削端部向后延伸的大体上圆柱形的刀体、和刀柄。刀体包括通过其的旋转轴线和在其外围表面上形成并延伸至前侧面的至少一个出屑槽。该至少一个出屑槽包括通向前侧面的第一螺旋部和从第一螺旋部后端朝刀体后部延伸的第二螺旋部。第二螺旋部沿与第一螺旋部相反的方向扭转。在备选实施例中，麻花钻另包括第三螺旋部。第三螺旋部沿与第二螺旋部相反的方向扭转。
附图说明
通过参考附图所做的详细说明，本发明的其它特征及由其产生的优点将更清楚。图中：
图1为按本发明的钻的透视图；
图2为图1的钻的侧视图；
图3为图1的钻的端视图。
具体实施方式
参考附图，其中相似标符表示相似要素，示出了按本发明的麻花钻10。麻花钻包括三个主要部分。麻花钻的第一部分为包括前侧面(front flank face)14的刀口或切削端部(point or cutting tip)12。切削端部12对工件进行切削加工出孔。邻接麻花钻10的第一部分是由刀体(tool body)16构成的第二部分。刀体16由切削端部12向后延伸。麻花钻10的第三部分为麻花钻的刀柄18或无出屑槽(flute)的实心部(solid part)。
不难想到，麻花钻10的刀口或切削端部12几乎可采取任何适合的形式。例如，尽管本发明是以具有由可更换嵌入切削端部形成的刀口几何结构的麻花钻10的形式示出的，也可使麻花钻以金属或硬质合金和本技术领域公知的类似材料制成的整体麻花钻的形式制成。因此，对具有可更换刀口的麻花钻10的出屑槽设计结构的阐述不被视为对本发明的限制，除非另有权利要求述及之。
为了阐述本发明，切削端部12被示为可更换切削端部。对可更换切削端部的更详尽描述，可参考通过引用整体并入本文件的、题为《一种包括可更换嵌刃切削端部的旋转切削刀具》的PCT/EP03/01526号专利申请。不难想到，如本技术领域公知的，各种切削端部配置可根据钻削条件和工件材料加以设计和选择以获得合格的切削速率。例如，也可用于本发明的例示性实施例的其他切削端部12配置包括分裂刀口(split point)、轧制有槽刀口(rolled notched point)、单角刀口(single-angle point)、双角刀口(double-angle point)、小前角刀口(reduced rake point)、螺旋刀口(helical point)、多面刀口(multi-facetpoint)、圆刃刀口(rounded edge point)和类似刀口。在优选实施例中，切削端部12配置为S形横刃(chisel edge)。
麻花钻10的刀口或切削端部12可操作地连接到刀体16上。刀体16可由钢制成；例如前述高速钢或硬质合金。刀体16包括至少一个螺旋出屑槽20和刃带(land)22。在优选实施例中，一对螺旋出屑槽20在刀体16的周围外表面形成。
按本发明，麻花钻10的出屑槽20包括第一螺旋部24和第二螺旋部26。第一螺旋部24通向切削端部12的前侧面并朝第二螺旋部26以某一螺旋角扭转。在从切削端部12到刀体16的长度上和在A段刀体出屑槽的一部分上第一螺旋部24的螺旋角θA可变也可大体上不变。
如果麻花钻10包括一个或一个以上冷却剂孔11，则不难想到，切削端部的旋转位置和第一螺旋部24的长度可基于冷却剂孔出口的位置加以调整，优先选择使出口位置与切削刃对准以便保证在切削操作过程中冷却剂和润滑剂的输送成为最佳。
在优选实施例中，为了保证易于形成切屑和从切削区移送切屑，第一螺旋部24以相对刀体中心轴线28的正螺旋角θA(即前角)设置。第一螺旋部24的螺旋角θA为约0度到4约0度，优选3约0度。不难想到，第一螺旋部24也可以负螺旋角θA设置。用于本文时，术语正螺旋角和负螺旋角涉及螺旋相对刀体中心轴线28的旋转方向。正螺旋角减小切削楔(cutting wedge)，而负螺旋角增大切削楔。
第二螺旋部26沿与第一螺旋部24相反的方向扭转。第二螺旋部26从图2中符号“B”所示的第一螺旋部24之后朝符号“C”所示的点延伸。
第二螺旋部螺旋角θB沿与第一螺旋部θA相反的方向扭转，目的是使麻花钻10的刚性最强的横截面朝向一个角度，在此角度处刀口横刃30的自对中性能最弱。此角约等于刀口横刃角30。刀口横刃角被选得使刀口的切削条件最佳化。不幸的是，刀口横刃角也以最弱方向著称，因为刀口横刃起这样的刀片的作用，在该刀片上刀口可“滑动”，造成麻花钻刀体在麻花钻起初接触工件时的偏转。在优选实施例中，S形刀口横刃30提供最弱自对中性能的角平行于横刃的纵向长度。
据信，反向扭转的第二螺旋部26可增加麻花钻刀体16沿横刃30的刚性由此使钻偏减小使得能够形成更直更精确的孔。
在从点B到点C的长度上第二螺旋部26的螺旋角θB可变也可大体上不变。第二螺旋部的最大长度被设定在最大值约为7D(该处D为切削端部的切削直径)的范围内。从点B到点C，第二螺旋部26的螺旋角θB可处于约为1到约为30度的范围内，优选值约为3度。在优选实施例中，第二螺旋部26以负螺旋角设置。
麻花钻10可包括第三螺旋部32。第三螺旋部32沿与第二螺旋部26相反的方向扭转。在优选实施例中，第三螺旋部32以正螺旋角设置。
在图2中，第三螺旋部32从符号“C”所示的第二螺旋部26的后部朝符号“D”所示的麻花钻10的刀柄18延伸。在点C到点D的长度上，第三螺旋部32的螺旋角θC可变也可大体上保持不变。
第三螺旋部32已被发现可使扭矩、推力和功率低于不包括第三螺旋部的麻花钻所需的的扭矩、推力和功率。据信，第三螺旋部32在除屑过程中颇有益处。不拘于任何一种理论，据信第三螺旋部32的作用类似于挤压螺旋(extrusion screw)并将切屑拔到正被钻削的孔外。此外据信第三螺旋部32的作用在深孔钻削条件下尤为有益。
沿第三螺旋部的长度从点C到点D，第三螺旋部32的螺旋角θC可处于约为1到约为40度的范围内，优选值约为5度。
麻花钻10的钻心(web)34的厚度可为几乎任何适用的设计值。例如，钻心34的厚度可沿麻花钻10的长度大体上不变，也可沿麻花钻的长度渐缩，或它们的组合。在优选实施例中，朝刀体16的后端的出屑槽20的深度大于朝刀体16的前端的出屑槽的深度，这样钻粉或切屑与麻花钻加工孔的内壁和出屑槽之间的接触可有效地得到防止，切屑的顺利排出可得到保证。在极优实施例中，沿第一螺旋部24的切削头(cutter bit)处的钻心厚度大于沿第二螺旋部26的钻心厚度并大于沿第三螺旋部26的钻心厚度。
不难想到，尽管所述麻花钻10包括第一螺旋部24、第二螺旋部26和作为选项的第三螺旋部32，不难想到，除本文所述螺旋部之外，另外的螺旋部也可加到麻花钻上。例如，可将第四螺旋部加到麻花钻上。
本发明通过研究下面的例子会变得更为明了，打算将此例纯粹用作本发明的例证。
例1
包括+30度螺旋第一部、-3度反螺旋第二部和+5度螺旋第三部的麻花钻(试样1)与包括+30度螺旋第一部、-3度反螺旋第二部的麻花钻(试样2)对比进行试验。
每种钻头的直径为16毫米，切削端部材料为可购自钴碳化钨硬质合金公司(Kennametal Inc.)的KC7315号硬质合金。每种钻的钻削端配置为相同的S形钻头(drill point)。
试验条件：
钻孔数：6
钻削速度＝80米/分
进给速度＝0.45毫米/转(mm/rev)
孔深＝80毫米。
待钻削材料：4140钢(布氏硬度(Brinnel Hardness)200)，采用内冷却剂@200PSI。
用Kistler9272加工测力计(machining dynamometer)测扭矩和推力。测力计将力定得接近于钻削过程并使得能够在钻削过程中测量主轴(spindle)扭矩和推力。试验结果如下面的表1所述。
                                 表1
                                16毫米钻
  出屑槽  进给(每转英寸(ipr))   平均扭矩(英寸磅(in.-lbs))   平均推力(磅)   平均功率(马力)
  试样1   0.45   302.3   807.2   7.62
  试样2   0.45   316.4   836.6   7.79
如表1所示，可见采用无第三螺旋部的麻花钻时扭矩、推力和功率较大。在大体上相同的钻削条件下，与不包括第三螺旋部的麻花钻相比，采用第三螺旋部使扭矩减小4.5％左右，推力减小3.5％左右，平均功率减小2.2％左右。
例2
对三种钻头进行有限元分析(FEA)。麻花钻的直径为8毫米，刀体长40毫米。每种麻花钻的切削端配置为S形钻头。
试样1麻花钻包括+30度螺旋第一部和0度螺旋第二部，试样2麻花钻包括+30度螺旋第一部，-3度及螺旋第二部和0度螺旋第三部，试样3麻花钻包括+30度螺旋第一部，-3度反螺旋第二部和+5度螺旋第三部。
50牛顿力沿与横刃纵向长度对准的方向施加。然后麻花钻的切削端部产生的位移经FEA分析确定。
                         表2
  试样1   试样2   试样3
  产生的位移(mm)   0.349   0.317   0.329
如表2所示，与不包括反螺旋第二部的麻花钻(试样1)相比，试样2麻花钻的第二螺旋部使沿S形横刃、麻花钻刀体的刚度的强度提高9.2％。此外，与不包括第二或第三反螺旋部的麻花钻(试样1)相比，包括反螺旋第二部和第三部的麻花钻(试样3)刚度提高约5.7％。
特将本文提及的文件、专利和专利申请通过引用并入本文件。
本发明是就其某些具体例子来具体描述的，不言而喻，这是以阐述的方式而不是以限制的方式进行的，所附权利要求应被视为如现有技术将允许的那样广泛。

Claims (22)

1、一种麻花钻，包括：
包括前侧面的切削端部、从所述切削端部向后延伸的大体上圆柱形的刀体、和刀柄；
所述刀体具有通过其的旋转轴线，包括至少一个出屑槽，出屑槽在该刀体的外周表面上形成并延伸至所述前侧面；
其中至少一个出屑槽包括通向所述前侧面的第一螺旋部和从所述第一螺旋部后端朝所述刀体后部延伸的第二螺旋部，其中所述第二螺旋部沿与所述第一螺旋部相反的方向扭转。
2、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述第一螺旋部以正螺旋设置。
3、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述切削端部为可更换切削端部。
4、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述切削端部包括S形横刃。
5、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述刀体用钢制成。
6、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述刀体用硬质合金制成。
7、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述刀体包括在刀体周围外表面形成的一对螺旋出屑槽。
8、如权利要求7所述的麻花钻，其中从所述切削端部到所述刀体以及在所述刀体中所述出屑槽的一部分上，所述第一螺旋部的螺旋角保持不变。
9、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述麻花钻包括至少一个冷却剂孔。
10、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述第一螺旋部的螺旋角为约0度到约40度。
11、如权利要求10所述的麻花钻，其中所述第一螺旋部的螺旋角为约30度。
12、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述第二螺旋部的螺旋角为约1度到约30度。
13、如权利要求12所述的麻花钻，其中所述第二螺旋部的螺旋角为约3度。
14、如权利要求1所述的麻花钻，其中还包括从所述第二螺旋部的后部延伸的第三螺旋部。
15、如权利要求14所述的麻花钻，其中所述第三螺旋部沿与第二螺旋部相反的方向扭转。
16、如权利要求15所述的麻花钻，其中所述第三螺旋部从所述第二螺旋部的后部延伸至所述钻的刀柄。
17、如权利要求14所述的麻花钻，其中所述第三螺旋部的螺旋角不变。
18、如权利要求14所述的麻花钻，其中所述第三螺旋部的螺旋角为约0度到约40度。
19、如权利要求14所述的麻花钻，其中所述第三螺旋部的螺旋角为约5度。
20、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述麻花钻具有沿该麻花钻的长度不变的钻心厚度。
21、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述麻花钻具有沿该麻花钻的长度渐缩的钻心厚度。
22、如权利要求1所述的麻花钻，其中所述麻花钻具有沿该麻花钻的长度变化的钻心厚度。
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