CN209363668U - 一种微织构bta深孔钻头 - Google Patents

Abstract

一种微织构BTA深孔钻头，包括刀体，刀体的表面设置有导向块，刀体断面上设置有刀齿，刀齿从上至下依次分别为内齿、中心齿和外齿，各刀齿间相错且留有一定的搭接量，刀体中间设有排屑孔，刀体另一端包括钻头柄部，钻头柄部外部设置有螺纹，所述的刀齿的前刀面设置有微织构，本实用新型利用微织构这一表面形貌的创新，来设计一种高耐用度的新型微织构深孔钻头，以此通过减小摩擦、减小刀具磨损来达到降低切削热的目的。

Description

一种微织构BTA深孔钻头

技术领域

本实用新型涉及钻头技术领域，特别涉及一种微织构BTA深孔钻头。

背景技术

随着科学技术的进步，制造业对于产品的复杂程度、精度及表面粗糙度要求越来越高。新型材料和难加工材料的不断出现，也对金属切削技术提出了更高的要求。现代金属切削加工的总体发展趋势是高速、高效、低碳环保，而加工过程中刀具的快速磨损依然制约着刀具寿命和切削效率。当刀具进行切削加工时，刀具的前、后刀面要与切屑及工件表面发生强烈的摩擦，同时切削层也要产生变形。因此，欲获得较理想的切削过程，关键在于减少摩擦和切削变形，即减少刀具在切削过程中的阻力。同时，现有普通钢材的切削加工业是目前我国切削加工的主流，如何提高切削效率，降低切削功率，进行低碳切削，也是目前需要解决的问题。目前，为了提高刀具利用率、抑制刀具磨损、降低切削功率，人们从刀具材料、刀具几何参数、切削液、切削用量、减小摩擦等各个角度都展开了研究。

深孔加工因处于封闭或半封闭状态下进行，具有如下特点：

(1)不能直接观察到刀具的切削情况。目前只能凭经验，通过声音、看切屑、观察机床负荷及压力表、触摸振动等外观现象来判断切削过程是否正常；

(2)切削热不易传散。一般切削过程中80％的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有40％，刀具占切削热的比例较大，扩散迟、易过热，刃口的切削温度可达600℃，必须采用强制有效的冷却方式；

(3)切屑不易排出。由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。因此，切屑的长短和形状要加以控制，并要进行强制性排屑；

(4)工艺系统的刚性较差。因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生振动，钻孔易走偏，因而支承导向极为重要。

根据以上特点，深孔加工难度更高、加工工作量更大，对刀具的要求更高。

据研究表明，限制难加工切削速度的主要因素就是切削区剧烈摩擦导致的刀具温度过高，其加剧了刀具的磨损，降低了刀具的加工性能。大量试验研究表明，微织构具有良好的减摩作用和提高表面承载能力的效果。近年来，随着微织构技术在摩擦学领域的不断发展，大量研究人员已经发现其有效地改善了摩擦副界面间的摩擦状态，降低了表面磨损，提高了机械零部件的工作寿命。

以往对于刀具材料的耐磨性研究主要集中在对新型材料的应用，往往忽视了刀具本身的表面形貌。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种微织构BTA深孔钻头，利用微织构这一表面形貌的创新，来设计一种高耐用度的新型微织构深孔钻头，以此通过减小摩擦、减小刀具磨损来达到降低切削热的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种微织构BTA深孔钻头，包括刀体1，刀体1的表面设置有导向块2，所述的刀体1断面上设置有刀齿，所述的刀齿从上至下依次分别为内齿3、中心齿4和外齿5，所述的各刀齿间相错且留有一定的搭接量，刀齿的位置分布使得钻削时径向力始终压向导向块2，使其紧贴已加工的孔壁向前推进，以得到较好的加工直线度，所述的刀体1中间设有排屑孔6，所述的刀体1另一端包括钻头柄部7，钻头柄部7外部设置有螺纹，所述的刀齿的前刀面设置有微织构8。

所述的的排屑孔6孔径为d₂＝(0.5～0.55)d。

所述的排屑孔6为外大内小的喇叭口锥面，锥面为25°，大径与外圆相切，内径与排屑孔圆相切。

所述的刀体1外径为d₁＝(0.9～0.92)d。

所述的导向块2与刀体1的连接形式为焊接式连接。

所述的微织构8的结构形式为沟槽型微织构，其尺寸控制位100μm×500μm，微织构距刀齿的刀刃距离控制在0.8mm-1.2mm之间。

所述的微织构与刀刃平行且设置有四排，每排间距80μm，每列间距200μm。

一种微织构BTA深孔钻头的制备工艺，包括以下步骤；

前处理：

将刀齿前刀面与后刀面先后使用200、400、600、800、1000目的砂纸打磨，之后使用W10的金相砂纸抛光，去除表面污染物，再将抛光好的钻头置于超声波清洗机中先后浸泡于丙酮与酒精溶液中各10-15min，取出表面油污并充分干燥；

定位夹紧：

(1)前刀面定位：因BTA钻头为圆柱形结构，若直接使用虎钳定位仅为两点定位，并不稳定，将BTA钻头置于V型钳中并轻扭螺丝使得钻头轻度固定，接下来使用杠杆百分表将刀齿前刀面调至与工作平面平行，因过度用力锁紧螺丝会导致调好的角度偏移，故最后略微用力锁住螺丝，前刀面定位完毕；

(2)后刀面定位：将前刀面定位好的钻头连同V型槽一起置于大虎钳中，使得后刀面朝上，轻扭螺丝使V型槽在大虎钳中轻度固定。接下来将大虎钳侧放，使得刀齿前刀面与工作平面垂直，此时轻度转动V型槽，用量规将主切削刃调至与工作平面垂直，调整完毕后拧紧螺丝，后刀面定位完毕；

激光加工：

将定位夹紧好的V型槽或大虎钳置于激光打标机工作平台上，使用L型槽定位以保证刀齿放正，将激光打标机参数调至：Q脉冲宽度4000ns，打标速度1mm/s，输出功率15W，扫描频率400kHz，打标次数5～15次，加工出的微织构参数为宽度80-120μm，深度15-40μm；

后处理：

将加工完成的刀齿使用400目，800目，W10的金相砂纸打磨抛光，接着再置于超声波清洗机中先后浸泡在丙酮与酒精溶液中各清洗5min，去除激光灼烧后的熔渣以及表面污染物，并充分干燥。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用激光加工技术在BTA深孔钻刀刃的前刀面与后刀面加工表面微织构，使得刀齿与切屑及工件表面之间的接触面积减小，降低了摩擦力，与此同时，切削液将通过表面微织构渗入刀-屑界面，以此增强冷却润滑效果，降低切削温度，减小刀具磨损，从而有效地延长了BTA深孔钻的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的侧视图。

图3为本实用新型图1A处的局部示意图。

图4为本实用新型图2B处的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1,2所示，微织构BTA钻头主要由三部分构成：刀体1、导向块2、刀齿(其从上至下分别为内齿3、中心齿4、外齿5)，且各刀齿间相错且留有一定的搭接量，刀体1中间设有排屑孔6，排屑孔6孔径为d₂＝(0.5～0.55)d，为了保证切屑的排出顺畅，将排屑孔6设计为外大内小的喇叭口锥面，为了便于加工，将锥面角度定为25°，其大径与外圆相切，内径与排屑孔圆相切。刀体1外径为d₁＝(0.9～0.92)d，为了保证深孔加工的准确定位且便于快速装卸，钻头柄部7连接采用四头矩形方牙螺纹结构，并设计轴间定位结构，以此达到钻头柄部7与钻杆的连接要求。钻柄7和钻杆的连接尺寸参数相匹配。其中刀齿3，4，5及导向块2与刀体1的连接形式为焊接式连接。

如图3，4所示在刀齿的前刀面用激光加工出表面微织构8，微织构8的结构形式为沟槽型微织构，其尺寸控制位100μm×500μm为保证刀齿强度且表面微织构有效，微织构距刀刃距离控制在0.8mm-1.2mm之间，为避免应力集中，其方向与刀刃平行加工四排，每排间距80μm，每列间距200μm。需要注意的是，因中心齿4的切削条件最差，刀齿的切削力最大，挤压最为严重，卷屑、断屑困难，因此需适当增加微织构距刃口的距离以增强刃口强度，加强切削的稳定性，减轻中心齿的切削负荷。

Claims (8)

1.一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，包括刀体(1)，刀体(1)的表面设置有导向块(2)，所述的刀体(1)端面上设置有刀齿，以有导向块的一边为上，刀齿从上至下依次分别为内齿(3)、中心齿(4)和外齿(5)，各刀齿并非一体，相互错开，留有一定的搭接量，刀齿的位置分布使得钻削时径向力始终压向导向块(2)，所述的刀体(1)中间设有排屑孔(6)，所述的刀体(1)另一端包括钻头柄部(7)，钻头柄部(7)外部设置有螺纹，各刀齿的前刀面设置有微织构(8)。

2.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的排屑孔(6)孔径为d₂＝(0.5～0.55)d。

3.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的排屑孔(6)为外大内小的喇叭口锥面，锥面为25°，大径与外圆相切，内径与排屑孔圆相切。

4.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的刀体(1)外径为d₁＝(0.9～0.92)d。

5.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的导向块(2)与刀体(1)的连接形式为焊接式连接。

6.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的微织构(8)的结构形式为沟槽型微织构，其尺寸控制位100μm×500μm，微织构距刀齿的刀刃距离控制在0.8mm-1.2mm之间。

7.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的微织构与刀刃平行且设置有四排，每排间距80μm，每列间距200μm。

8.根据权利要求1所述的一种微织构BTA深孔钻头，其特征在于，所述的刀体(1)形状为圆柱体，前端为锥面，与端面角度呈15°。