EA030660B1

EA030660B1 - Сверлильный инструмент

Info

Publication number: EA030660B1
Application number: EA201692245A
Authority: EA
Inventors: Наталино Капоне
Original assignee: Наталино Капоне
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2018-09-28
Also published as: CA2948446A1; TR201809539T4; EP3145666B1; PL3145666T3; WO2015177814A1; US20170182565A1; EP3145666A1; ES2675372T3; US10137506B2; DK3145666T3; EA201692245A1; CA2948446C; IL249030A0

Abstract

Изобретение относится к сверлильному инструменту (для ручного сверления), предназначенному для сверления одного или нескольких соединенных между собой элементов, причем указанный инструмент содержит хвостовик (2), закрепляемый в шпинделе машины (ручного инструмента), выполненной с возможностью вращения инструмента (1); удлиненное режущее тело (3), характеризующееся определенным диаметром (D) и содержащим по меньшей мере четыре винтовых канавки, проходящие продольно по режущему телу и ограничивающие по меньшей мере два главных режущих элемента (30a и 30b) и по меньшей мере два вспомогательных режущих элемента (31a и 31b); указанные два главных режущих элемента образуют угол (γ) при вершине; указанные вспомогательные режущие элементы (31a, 31b) содержат отводящую поверхность S, образованную U-образным вырезом, как изображено на фигурах; указанная отводящая поверхность S сформирована таким образом, чтобы создать промежуток между вспомогательными режущими элементами и главным режущим элементом, обеспечивая снижение прикладываемого пользователем усилия, уменьшение температуры и улучшение отвода срезанного материала, причем указанное режущее тело (3) сформировано, по существу, из цилиндрической первой части (50) и, по существу, конической второй части (60) с сужением в направлении конца инструмента; при этом указанный сверлильный инструмент (1) выполнен с возможностью обеспечения сверления посредством одного прохождения инструмента (1) вовнутрь одного и/или нескольких соединенных элементов.

Description

030660 B1

030660

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к сверлильному инструменту (для ручного сверления), в частности, к режущему инструменту, изготовленному из твердого металла с несколькими (по меньшей мере двумя) режущими элементами, для сверления элемента или нескольких соединенных между собой элементов, выполненных из композитных материалов, таких как композитный материал CFRP (армированный углеродным волокном пластик).

Кроме того, при наличии направляющего отверстия прилагаемые сверлильные инструменты подходят даже для сверления (расширения) таких материалов, как легкие сплавы (алюминий) и титановые сплавы.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

В авиационной промышленности на протяжении более пятидесяти лет процесс сборки осуществляли с использованием следующих процедур:

сверление, расточка и расширение на конус; соединение заклепками.

При этом стоит отметить, что эти процедуры являются дорогостоящими и занимают много времени в условиях производства.

Затем развитие авиационной промышленности пошло по пути использования более легких новых материалов, таких как углеродное волокно или легкие сплавы, делая летательный аппарат более технологичным. Авиапроизводители стремились использовать лучшие технологии, чтобы снизить затраты времени на производство с одновременным повышением качества.

Фактически, углеродное волокно является очень актуальным материалом, и решения, направленные на его более рациональное использование, имеют большое значение, так как мировая промышленность нуждается в инновации, направленной на повышение качества, снижение времени изготовления продукции и, следовательно, снижение затрат.

Предлагаемый сверлильный инструмент будет востребованным на рынке, так как он осуществляет процедуру сверления со следующими показателями:

получение готового отверстия (соответствующего допускам авиационной промышленности) за один проход;

высокий эксплуатационный ресурс;

получение готового отверстия в рамках допусков авиационной промышленности в течение гарантированного эксплуатационного ресурса;

значительное снижение прикладываемого пользователем усилия и, следовательно, улучшение эргономики;

возможность выполнения сверления на станках с ЧПУ (числовым программным управлением).

Эти процедуры играют важную роль в производственном процессе сборки нескольких компонентов (частей), соответствующим образом соединенных друг с другом. В частности, требования к качеству, предъявляемые к работам по сверлению в авиационной промышленности, являются очень строгими, в результате этого используемые ресурсы (как технологические, так и людские) должны характеризоваться высокой эффективностью в отношении обрабатываемых материалов и используемых ручных инструментов, таких как, например, режущие инструменты, предназначенные для выполнения различных работ. Другим фундаментальным аспектом, относящимся к процессу сверления, является снижение времени работы, а также эксплуатационный ресурс режущих инструментов. Что касается авиационной промышленности, в которой поиск решений, направленных на снижение массы за счет использования все большего количества материалов, является постоянным, композитные материалы являются все более важными и все более востребованными на рынке.

Композитным материалам присущи следующие основные характеристики: высокая стойкость; высокая жесткость; меньшая масса;

высокая усталостная долговечность; низкое тепловое расширение; высокая устойчивость к коррозии.

Указанные характеристики значительно превышают характеристики традиционных металлических сплавов, которые все еще используются в авиационной промышленности. Однако в отличие от этих сплавов композитный материал вызывает множество проблем во время выполнения работ по сверлению с использованием традиционных технологий и инструментов, фактически, из-за указанных выше высоких технологических характеристик.

Таким образом, основной потребностью в авиационной промышленности является обеспечение высокого качества выполняемых работ (например, сверления, клепки и т.п.), в частности, при обработке композитных материалов, изготовленных, например, из углеродного волокна и/или стекловолокна, и/или легких (алюминиевых) сплавов, и/или титановых сплавов, и/или пластмасс.

Сверление, несомненно, является наиболее сложным и важным процессом при работе с композит- 1 030660

ными материалами. Таким образом, указанный процесс требует специализированного оборудования, варьирующего в зависимости от формы и размеров деталей. Если деталь является наполовину собранной или одиночной деталью, она может быть обработана при помощи ручного оборудования, такого как (ручные) дрели и подходящие ручные инструменты, имеющиеся на рабочих местах, или на станках с числовым программным управлением при помощи подходящей программы обработки деталей. Другим рассматриваемым аспектом является большое количество сверлений, выполняемых в каждой собираемой детали, следовательно, требуется больший ресурс стойкости режущих инструментов с тем, чтобы выполнить меньшее количество замен инструментов.

В результате технологического прогресса, в частности, в области авиационной промышленности, все большее количество структурных элементов изготавливают из композитных материалов. Кроме того, предусмотрена сборка элементов для изготовления "пакетов" из элементов, соединенных между собой, которые характеризуются большой толщиной. В частности, настоящее изобретение относится к сверлению одиночного структурного элемента или соединенных между собой структурных элементов (пакетов), таких как шпангоуты и нервюры с сечением L-, Н-или U-образной формы, лонжероны с сечением Z-, L- и U-образной формы, панели (обшивка) и усиления с одиночной и двойной кривизной.

Сверления таких пакетов реализуют, в соответствии с проектными решениями, путем соединения элементов, изготовленных из одинакового материала, или элементов, изготовленных из различных материалов. Известные из области техники решения предусматривают сверление таких пакетов при помощи методики последовательных проходов, то есть путем выполнения в указанном пакете серии последовательных сверлений с получением отверстий меньшего диаметра, между которыми выдерживают необходимые паузы, чтобы обеспечить охлаждение режущего инструмента и стабилизацию просверливаемого материала, до тех пор, пока не будет получено отверстие конечного диаметра. Режущие инструменты, используемые в известной методике, в частности, так называемые "копьевидные" сверла, характеризуются низким эксплуатационным ресурсом, например, приблизительно 20 отверстий при сверлении пакетов CFRP-CFRP толщиной более 10 мм.

К наиболее распространенным недостаткам сверления элементов, выполненных из композитных материалов, относится следующее:

отслаивание поверхности (см. фиг. 10/1, на которой представлено отделение слоя углерода) из-за конфигурации передних углов режущих элементов копьевидного сверла;

разрыв волокон (см, фиг. 10/2, на которой представлен разрыв пластов) из-за режущих элементов без подходящего переднего угла;

возгорание наружных пластов просверленного элемента (см. фиг. 10/3) из-за нагрева режущего инструмента и высокого числа оборотов;

овальное отверстие (см. фиг. 10/4) из-за геометрической формы режущих элементов режущего инструмента;

короткая продолжительность службы инструмента из-за высокой абразивности материала, в частности, углеродо-полимерных слоев.

Тем не менее, в области авиационной промышленности существует тенденция все более широкого применения элементов из композитного материала наряду с другими материалами, такими как легкие сплавы (Al) и титановые сплавы (Ti). Таким образом, упомянутые выше элементы, например, лонжероны, шпангоуты, нервюры и/или панели могут быть изготовлены с использованием упомянутых выше материалов, при этом они могут быть соединены друг с другом с получением нескольких сочетаний пакетов одного типа или разных типов, а также различных элементов. Следовательно, могут встречаться пакеты из алюминия/углерода, алюминия/титана, углерода/алюминия, алюминия/алюминия и т.п., а также их сочетаний.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Таким образом, техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании инструмента для сверления и расточки за один (единственный) проход с образованием отверстия конечного диаметра, соответствующего предъявляемым требованиям качества, что позволяет преодолеть упомянутые выше недостатки известного уровня техники.

Указанная проблема решается при помощи режущего инструмент для сверления и расточки, существенные признаки которого раскрыты в пункте 1 формулы изобретения.

Предпочтительные признаки настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Преимущественно, режущий инструмент для сверления согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения позволяет получить готовое отверстие в элементе из композитного материала в ходе единственной процедуры сверления с использованием единственного режущего инструмента (т.е. за один проход). В частности, на наружных поверхностях просверленного элемента в области выполненного отверстия конечного диаметра отсутствует какое-либо отслоение или пригорание, при этом волокна на поверхности выполненного отверстия разрезаны аккуратно и четко. Кроме того, на протяжении всей своей длины отверстие характеризуется круглой, а не овальной формой. Таким образом, настоящее изобретение уменьшает необходимость выполнения повторных проходов с

- 2 030660

использованием определенного количества инструментов конечного диаметра, что обеспечивает соответствующие экономические преимущества, касающиеся времени производственного цикла, а также логистические преимущества, касающиеся покупки, хранения и применения большего числа режущих инструментов для каждого размера (диаметра) выполняемого отверстия. Кроме того, конкретная геометрическая форма режущего инструмента для сверления и расточки, фактически, обеспечивает значительное снижение прикладываемого пользователем усилия в ходе ручного процесса сверления с вытекающими отсюда преимуществами, касающимися времени работы и качества работы.

В частности, при помощи первого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения можно осуществить процесс сверления без применения внешних втулок и даже без наличия предварительно выполненных отверстий меньшего диаметра в элементе, в котором необходимо выполнить отверстие конечного диаметра.

Конкретная форма инструмента позволяет осуществить сверление элементов, изготовленных из композитного материала и других типов материалов, таких как легкие (алюминиевые) сплавы и титановые сплавы, путем получения из небольшого отверстия, выполненного в элементе, отверстия конечного диаметра, соответствующего требованиям качества, предъявляемым в авиационной промышленности. Аналогичный результат может быть получен даже в случае так называемых "пакетов" из различных материалов, таких как, например, алюминий/углерод и/или титан/углерод. Только в случае легких сплавов или титановых сплавов, а также по причине конкретных геометрических параметров головки, сверление (за один проход) с обеспечением отверстия конечного диаметра выполняют путем просверливания меньшего отверстия (предварительного отверстия), что обеспечивает сохранение головки инструмента.

Другие преимущества, признаки и режимы использования настоящего изобретения будут очевидны из следующего подробного раскрытия некоторых вариантов осуществления, которые приведены лишь в качестве примеров, а не для ограничения настоящего изобретения.

В частности, в последующем описании будет делаться отсылка к конкретному применению настоящего изобретения в области авиационной промышленности, однако очевидно, что настоящее изобретение может также найти применение в других областях, в которых имеется аналогичная техническая проблема.

Краткое описание фигур

В представленном ниже подробном раскрытии имеются ссылки на прилагаемые фигуры, где на фиг. 1 представлен вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления сверлильного

инструмента согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 представлен местный вид сбоку сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3 представлен схематический разрез по линии Е-Е сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 1;

на фиг. 4 представлен схематический разрез по линии F-F сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 1;

на фиг. 5 представлен вид сверху сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 1;

на фиг. 6 представлен еще один вид сбоку сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 1;

на фиг. 7 представлен местный вид сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 6;

на фиг. 8 представлен местный вид вершины сверлильного инструмента, изображенного на фиг. 2;

на фиг. 9 представлен пример функционирования сверлильного инструмента согласно настоящему

изобретению;

на фиг. 10 представлен пример отверстий, выполненных при помощи обычных инструментов; на фиг. 11 представлен пример отверстий, выполненных при помощи сверлильного инструмента согласно настоящему изобретению.

Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления В начале рассмотрим фиг. 1 и 2, на которых представлен предлагаемый сверлильный инструмент. Согласно любому из вариантов осуществления, описанных далее в настоящем документе, предлагаемый сверлильный инструмент может быть определен в качестве сверла, предназначенного для сверления материала с образованием в нем отверстий.

Как изображено на фиг. 1 и 2, сверлильный инструмент 1, в частности, сконфигурированный для сверления элемента, изготовленного из композитного материала, или нескольких соединенных элементов (например, для получения пакета, как описано выше), характеризуется наличием хвостовика 2, закрепляемого в шпинделе машины, предназначенной для вращения инструмента, и удлиненного режущего тела 3, выполнено как одно целое с упомянутым выше хвостовиком.

Согласно предпочтительному варианту осуществления режущее тело 3 характеризуется диаметром D и содержит по меньшей мере четыре винтовых канавки (которые служат для схода стружки и обозначены позицией V на фиг. 5), проходящие продольно по режущему телу к дистальному концу сверлильного инструмента.

Четыре канавки, изображенные на фиг. 5, ограничивают, по меньшей мере, следующее: два главных режущих элемента 30a и 30b и

по меньшей мере два вспомогательных режущих элемента 31а и 31b.

- 3 030660

Главные режущие элементы, как изображено на фиг. 7, сходятся для образования угла g при вершине, значение которого, в частности, находится в диапазоне от 115 до 125 градусов, например, равно 120 градусам, в области так называемой поперечной режущей кромки 10 (см. фиг 8). Преимущественно, указанный угол при вершине, образованный двумя режущими элементами 30а и 30b, обеспечивает проникновение вращающегося сверлильного инструмента в материал в ходе процесса сверления.

Как изображено на фиг. 8, вспомогательные режущие элементы 31а и 31b характеризуются наличием выреза, имеющего U-образную форму и образующего отводящую поверхность S, в области головки режущего тела, что предотвращает блокировку вершины срезанным материалом, улучшая отвод материала и снижая прикладываемое пользователем усилие.

В частности, отводящая поверхность S сформирована таким образом, чтобы создать промежуточную область между вспомогательными режущими элементами 31а, 31b и главными режущими элементами 30а, 30b, при этом она реализована при помощи U-образного выреза на дистальном конце режущих элементов. В частности, вырезы реализованы для образования отводящей поверхности S с максимальной шириной 141 и максимальной глубиной 14р, при этом указанные размеры изменяются с диаметром D цилиндрической части 50, что хорошо видно из табл. 1.

В частности, остающиеся части вспомогательных режущих элементов 31a 31b характеризуются формой в виде двух боковых выступов на дистальном конце сверлильного инструмента и функционируют совместно с основными режущими элементами 30a, 30b. Например, вырезы, реализованные на вспомогательных режущих элементах, обеспечивают использование указанных частей в форме выступов, в результате чего они принимают участие во фронтальном резании обрабатываемого материала. Первыми в контакт с материалом входят режущие области 4a, 4b главных режущих элементов 30a, 30b. Передние уклоны 5a и 5b вспомогательных режущих элементов 31a и 31b, направленные к обрабатываемому материалу на дистальном конце сверлильного инструмента, соответственно области в форме выступов, фактически следуют за соответствующими главными режущими элементами.

Значение расстояния 11, как изображено на фиг. 8, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,8 мм, например, равно 0,3 мм. Расстояние 11 между главными режущими элементами и вспомогательными режущими элементами, а также размеры ширины 141 и глубины 14р ограничивают в режущей области отводящую область S, обеспечивая лучший отвод срезанного материала.

Как изображено на фиг. 9, на стадии 1 контакт инструмента с материалом происходит посредством главных режущих элементов 30а, 30b и режущих областей 4a, 4b. На стадии 2 вспомогательные режущие элементы 31a, 31b и режущие области 5a, 5b принимают участие в резании, при этом благодаря отводящей области прикладываемое пользователем усилие снижается, и трение между частями снижается за счет минимизации повышения температуры во время резания и улучшения отвода срезанного материала, что увеличивает срок службы инструмента.

Согласно описанному примеру часть инструмента 1, которая первой контактирует с материалом, представляет собой режущую кромку 10 (поперечный режущий элемент), при этом кромка 10 образована пересечением концевых режущих элементов 4a и 4b, которые характеризуются углом переднего уклона, находящимся в диапазоне от 25 до 35 градусов, например равным 28 градусам.

Как изображено на фигурах, на которых показаны виды сбоку сверлильного инструмента согласно предпочтительному варианту осуществления, режущее тело 3 состоит из первой, по существу, цилиндрической части 50 и второй, по существу, конической профилированной части 60. Коническая часть 60 сужается по направлению к дистальному концу сверлильного инструмента.

Преимущественно, геометрическая форма инструмента 1 позволяет выполнить сверление элемента за один проход инструмента вовнутрь указанного элемента.

Альтернативно, если предлагаемый инструмент будет характеризоваться большим диаметром, может быть предусмотрено более четырех режущих элементов.

В частности, упомянутые выше режущие элементы проходят вдоль левой винтовой линии, например, характеризующейся углом s наклона винтовой линии, изображенным на фиг. 6 (рассматриваемым в качестве угла, образованного касательной к средней винтовой линии и центральной осью А инструмента 1) и находящимся в диапазоне от 0,1 до 8 градусов, например, равным 3 градусам, что снижает прикладываемое пользователем усилие во время сверления. Согласно альтернативному варианту осуществления режущие элементы проходят вдоль правой винтовой линии.

Режущее тело содержит центральный стержень, именуемый сердцевиной, вокруг которого проходят основные и вспомогательные режущие элементы. Внешний диаметр D режущих элементов ограничивает внешнюю поверхность режущего тела.

Предпочтительно, вторая по существу коническая часть 60 характеризуется, по меньшей мере, некоторым изменением конусности в направлении дистального конца сверлильного инструмента. В частности, для целей настоящего описания под углом конусности подразумевают угол наклона, характеризующий уменьшение диаметра, то есть угол, образованный касательной к внешнему профилю режущих элементов и центральной осью А сверлильного инструмента (см. фиг. 7).

Согласно предпочтительному варианту осуществления режущие элементы 30а, 30b, 31а и 31b обра- 4 030660

зуют:

- угол μ1 конусности с центральной осью А инструмента 1, находящийся в диапазоне от 2 до 10 градусов, например, равный 6 градусам, для длины первого участка режущего элемента, составляющей от 6 до 14 мм, например, равной 10 мм, начиная от дистального конца сверлильного инструмента;

- угол μ2 конусности с центральной осью А инструмента 1, находящийся в диапазоне от 1 до 7 градусов, например, равный 4 градусам, для длины второго участка режущего элемента, составляющей от 2 до 9 мм, например, равной 5 мм, начиная от упомянутого выше первого участка;

- угол μ3 конусности с центральной осью А инструмента 1, находящийся в диапазоне от 0 до 6 градусов, например, равный 2 градусам, для длины третьего участка режущего элемента, составляющей от 2 до 9 мм, например, равной 5 мм, начиная от упомянутого выше второго участка.

В частности, сочетание переменного винтообразного простирания режущих элементов и трех конических форм, μ1, μ2, μ3, как описано выше, создает режущую поверхность с переменным простиранием вдоль центральной оси А.

Преимущественно, переменный показатель конусности, присущий режущим элементам, снижает аксиальные и радиальные нагрузки, что позволяет значительно облегчить сверление. Указанная конфигурация режущих элементов позволяет снизить прикладываемое пользователем усилие, облегчая внедрение инструмента в обрабатываемый материал при сверлении.

Коническая форма части 60 совместно с определенной конусностью центрального стержня, именуемого сердцевиной (N), дополнительно обеспечивают уменьшение поперечного сечения режущих элементов, углубление участка V для отвода стружки, улучшая отвод срезанного материала, а также снижение перегрева рабочего материала.

Как изображено на фиг. 3, в конической части 60 режущие элементы 30а, 30b, 31а и 31b характеризуются наличием угла α первого заднего уклона, предпочтительно находящегося в диапазоне от 4 до 12 градусов, например, равного 8 градусам.

Кроме того, в упомянутой выше конической части 60 (см. фиг. 3) режущие элементы 30a, 30b, 31a и 31b характеризуются наличием угла β второго заднего уклона, предпочтительно находящегося в диапазоне от 25 до 35 градусов, например, равного 30 градусам.

Как изображено на фиг. 4, в первой цилиндрической части 50 режущие элементы 30a, 30b, 31a и 31b характеризуются углом 8 второго заднего уклона, предпочтительно находящимся в диапазоне от 25 до 35 градусов.

Под углом захвата в настоящем описании следует понимать радиальный угол, задаваемый поверхностью участка для отвода стружки и плоскостью, расположенной под прямым углом к центральной оси А.

Для того чтобы обеспечить высокое качества резания и процесс сверления с четкой кромкой и без разрыва волокон, предпочтительно, в конической части 60 режущие элементы 30a, 30b, 31a и 31b характеризуются наличием переменного угла η захвата (см. фиг. 4) в направлении дистального конца сверлильного инструмента. В частности, значения угла захвата в упомянутой выше конической области находятся в диапазоне от -3 до 3 градусов.

В первой цилиндрической части 50 угол η захвата, представленный на фиг. 4, предпочтительно находится в диапазоне от 3 до 12 градусов. Таким образом, в цилиндрической части 50 образуется новый угол захвата, что позволяет указанному инструменту работать как два различных инструмента. Варьирование угла захвата (от положительного до отрицательного) обеспечивает чистовую обработку в ходе одного процесса сверления. Таким образом, это обеспечивает улучшение чистовой обработки поверхности отверстия (соответствие более жестким допускам) и более продолжительный ресурс инструмента.

Предпочтительно, при переходе от цилиндрической части к конической части происходит изменение размера центрального стержня сверлильного инструмента, именуемого сердцевиной N. В частности, диаметр сердцевины (в первой части 50) характеризуется наличием устойчивой секции, имеющей диаметр, составляющий от приблизительно 1/3 до приблизительно 2/3 от диаметра цилиндрической части 50, в частности, варьирующий вдоль направления центральной оси А.

Диаметр сердцевины (во второй конической части 60) характеризуется наличием устойчивой секции, имеющей диаметр, составляющий от приблизительно 1/4 до приблизительно 1/2 от диаметра D цилиндрической части 50, в частности, варьирующий исходя из рассматриваемой длины. Таким образом, сердцевина N режущего тела 3 уменьшается в направлении дистального конца инструмента, который первый контактирует с просверливаемым элементом. Толщина режущей кромки (10 R) определена исходя из толщины диаметра D (см. фиг. 5), как показано далее в табл. 1.

Как изображено на фиг. 7, максимальная ширина L главных режущих элементов 30а и 30b на дистальном конце инструмента составляет приблизительно от 1/3 до 2/3 диаметра D цилиндрической части.

В частности, сочетание упомянутых выше значений, относящихся к ширине режущих элементов 30a и 30b, к углу переднего уклона 4a и 4b и углам а первого заднего уклона, благоприятствует минимальному контакту между материалом и инструментом с тем, чтобы снизить трение между частями и, следовательно, минимизировать повышение температуры во время резания. Преимущественно, можно

- 5 030660

осуществлять сверление материалов с высокими значениями толщины без горения и/или деформации материала.

Исходя из определенного типа рассматриваемого материала и/или определенных размеров требуемых отверстий, используют инструменты с различными значениями диаметра. Предпочтительно, некоторые геометрические характеристики инструмента согласно настоящему изобретению варьируют в зависимости от значения диаметра D цилиндрической части, как изображено в представленной ниже табл.

1.

Таблица 1

Описание	Область; Позиция	Диаметр инструмента D (“)
6/32”	8/32”	10/32”	12/32”
Значение (мм)	Значение (мм)	Значение (мм)	Значение (мм)
Конический участок сердцевины	Под сердцевиной подразумевают центральный стержень сверла	% -½ D	% -½ D	% -½ D	% -½ D
Цилиндрический участок сердцевины	Под сердцевиной подразумевают центральный стержень сверла	%-% D	1/₃~2/₃ D	1/₃~2/₃ D	1/₃~2/₃ D
Выполнение вырезов в режущих элементах	Разделение вспомогательных режущих элементов S: ширина (141), глубина(14р)	(141)	0,2-0,8	0,4-1,2	0,6-1,4	0,4-1,6
(14р)	0,6-1,4	0,6-1,4	0,8-1,6	1,2-2
Ширина главных режущих элементов	L	1/₃~2/₃ D	1/₃~2/₃ D	1/₃~2/₃ D	1/₃~2/₃ D
Уменьшение головки сердцевины	10R	0,2-1	0,2-1	0,4-1,3	0,4-1,5

Ранее, при осуществлении ручного сверления, требовалось выполнение сложной последовательности процедур, чтобы получить конечное отверстие, при этом указанная последовательность зависела от типа обрабатываемого материала или различных типов материала в случае соединения различных материалов.

Сверлильный инструмент согласно настоящему изобретению демонстрирует великолепные результаты. Прикладываемое пользователем усилие значительно снижается, несмотря на трудности, присущие обработке материалов с различными механическими свойствами.

Дополнительное преимущество сверлильного инструмента согласно настоящему изобретению заключается в том, что он может работать как без смазки, так и с нанесением смазывающего воска или смазочного масла на дистальный конец инструмента.

Как описано выше, для того чтобы завершить упомянутый выше процесс сверления отверстия в известном уровне техники, потребуется множество инструментов, множество втулок (направляющих инструмента), а также множество замен инструментов (с соответствующей паузой между двумя применениями инструментов).

Преимущественно, в результате использования сверлильного инструмента согласно настоящему изобретению для осуществления полной процедуры сверления отверстия потребуется лишь один инструмент, при этом не предусмотрены временные и производственные затраты, связанные с заменой инструмента, и будет учитываться лишь один параметр.

Например, так как учитывается время работы, время, присущее исключительно процедуре сверления, представляет собой:

Tcu: время на замену инструмента;

Tl: время работы;

Tt: общее время (Tt = Tcu + Tl).

В результате использования сверлильного инструмента согласно настоящему изобретению обеспечивается снижение времени на замену инструмента, снижение времени, связанного непосредственно со сверлением, и, следовательно, снижение общего времени Tt. Значительное снижение временных и производственных затрат, связанных с ручным трудом, является очень важным, так как до настоящего времени ручной труд являлся очень дорогостоящим и мало использовался в авиационной промышленности.

- 6 030660

В частности, в области авиационной промышленности на каждый квадратный метр может приходиться большое количество операций, например, от 180 до 250, в зависимости от определенного типа изготавливаемого летательного аппарата.

Количество отверстий, которые непрерывно могут быть выполнены предлагаемым сверлильным инструментом (для ручного сверления), приблизительно на 300% превышает количество отверстий, которые непрерывно могут быть выполнены стандартным инструментом, при сверлении элемента или нескольких элементов из композитного материала толщиной более 10 мм. На фиг. 10 представлены изображения нескольких отверстий, полученных при помощи стандартных инструментов, с явными дефектами. Решение согласно настоящему изобретению обеспечивает не только увеличенный срок службы инструмента, но и отличные показатели качества (см. фиг. 11).

100%

80%

.60%

40% '

Для того чтобы осуществить сверление при помощи устройства согласно настоящему изобретению, потребуется подходящая машина, например, дрель (ручной инструмент), содержащая закрепленный в ней предлагаемый инструмент, и направляющая втулка, при этом дистальный конец инструмента следует расположить на поверхности обрабатываемого элемента, а затем активировать дрель, прижимая ее в направлении просверливаемого элемента, чтобы получить сквозное отверстие.

Таким образом, очевидна важность сверлильного инструмента согласно настоящему изобретению и связанного с ним процесса касательно снижения затрат и, прежде всего, времени.

Сверлильный инструмент согласно настоящему изобретению позволяет устранить необходимость в наличии широкого диапазона спиральных сверл и расточных машин для осуществления работы путем последовательных проходов, что типично для области техники. В результате отказа от рабочего процесса, предусматривающего множество проходов с использованием инструментов увеличивающегося диаметра и завершающего прохода с использованием расточной машины, полностью устраняются погрешности обработки изделий.

Таким образом, использование сверлильного инструмента согласно настоящему изобретению обеспечивает улучшение процесса сверления в отношении эргономики, допусков по размерам, качества поверхности, временных и производственных затрат.

Настоящее изобретение было описано со ссылками на предпочтительные варианты осуществления. Однако следует понимать, что специалист в данной области техники может осуществить другие варианты осуществления без выхода за пределы объема и сути настоящего изобретения, ограниченных лишь прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Сверлильный инструмент (1) для ручного сверления, предназначенный для сверления одного или нескольких соединенных элементов, причем указанный инструмент содержит

хвостовик (2), закрепляемый в шпинделе машины, выполненной с возможностью вращения указанного инструмента (1);

режущее тело (3), характеризующееся определенным диаметром (D) и содержащее по меньшей мере четыре винтовые канавки, проходящие продольно по режущему телу и ограничивающие по меньшей

- 7 030660

мере два главных режущих элемента (30а и 30b) и по меньшей мере два вспомогательных режущих элемента (31a и 31b); указанные два главных режущих элемента образуют угол (γ) при вершине; указанные вспомогательные режущие элементы (31a, 31b) содержат отводящую поверхность S; указанная отводящая поверхность S сформирована таким образом, чтобы создать промежуток между вспомогательными режущими элементами и главным режущим элементом, обеспечивая снижение прикладываемого пользователем усилия, уменьшение температуры и улучшение отвода срезанного материала, при этом указанное режущее тело (3) сформировано, по существу, из цилиндрической первой части (50) и, по существу, конической второй части (60) с сужением в направлении конца инструмента,

причем указанный сверлильный инструмент (1) для ручного сверления характеризуется тремя углами конусности, заданными в качестве углов, сформированных касательными к внешним профилям режущих элементов и центральной осью (А) сверлильного инструмента (1), при этом указанные главные и вспомогательные режущие элементы (30a, 30b, 31a и 31b) образуют

угол (μ1) конусности, находящийся в диапазоне от 2 до 10°, для длины первого участка режущего элемента, составляющей от 6 до 14 мм, начиная от дистального конца сверлильного инструмента;

угол (μ2) конусности, находящийся в диапазоне от 1 до 7°, для длины второго участка режущего элемента, составляющей от 2 до 9 мм, начиная от упомянутого выше первого участка режущего элемента; и

угол (μ3) конусности, находящийся в диапазоне от 0 до 6°, для длины третьего участка режущего элемента, составляющей от 2 до 9 мм, начиная от упомянутого выше второго участка.
2. Сверлильный инструмент (1) по предыдущему пункту, в котором указанные вспомогательные режущие элементы (31a, 31b) характеризуются наличием отводящей поверхности S, созданной посредством U-образного выреза, при этом указанная поверхность характеризуется наличием ширины (14l) и глубины (14р) на обоих вспомогательных режущих элементах, которые варьируют исходя из диаметра D указанной цилиндрической части (50), причем указанная геометрическая форма обеспечивает дополнительно снижение прикладываемого пользователем усилия, уменьшение температуры и улучшение отвода срезанного материала.
3. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором фронтальное расстояние между указанными главными режущими элементами (30a и 30b) и указанными вспомогательными режущими элементами (31a и 31b) на указанном дистальном конце инструмента, по существу, находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,8 мм.
4. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные два главных режущих элемента (30a и 30b) характеризуются наличием двух соответствующих областей (4a и 4b), образованных при помощи угла переднего уклона, находящегося в диапазоне от 25 до 35°.
5. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные канавки проходят вдоль левой винтовой линии.
6. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные режущие элементы проходят вдоль винтовой линии, характеризующейся углом (ε) наклона, находящимся в диапазоне от 0,1 до 8°.
7. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные режущие элементы (30a, 30b; 31a, 31b) в указанной, по существу, цилиндрической первой части (50) характеризуются углом (δ) второго заднего уклона, находящимся в диапазоне от 25 до 35°.
8. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные режущие элементы (30a, 30b; 31a, 31b) в указанной второй, по существу, конической части (60) характеризуются положительным углом (α) первого заднего уклона, находящимся в диапазоне от 4 до 12°.
9. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные режущие элементы (30a, 30b; 31a, 31b) в указанной второй, по существу, конической части (60) характеризуются положительным углом (β) второго заднего уклона, находящимся в диапазоне от 25 до 35°.
10. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные режущие элементы (30a, 30b; 31a, 31b) в указанной второй, по существу, конической части (60) характеризуются переменным углом (η) захвата вдоль направления прохождения центральной оси А инструмента.
11. Сверлильный инструмент (1) по предыдущему пункту, в котором указанный переменный угол захвата находится в диапазоне от -3 до 3°.
12. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные режущие элементы (30a, 30b; 31a, 31b) в указанной первой, по существу, цилиндрической части (50) характеризуются углом (η) захвата, находящимся в диапазоне от 3 до 12°.
13. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный центральный стержень или сердцевина (N) в указанной первой цилиндрической части (50) характеризуется наличием устойчивой секции, имеющей диаметр, находящийся в диапазоне от приблизительно 1/3 до приблизительно 2/3 диаметра D указанной цилиндрической части (50) и предпочтительно варьирующий в направлении центральной оси А инструмента.
14. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором центральный стер- 8 030660

жень или сердцевина в указанной второй части (60) характеризуется наличием устойчивой секции, имеющей диаметр, находящийся в диапазоне от приблизительно 1/4 до приблизительно 1/2 диаметра D указанной цилиндрической части (50) и предпочтительно варьирующий исходя из рассматриваемой длины.
15. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный угол (γ) при вершине, по существу, находится в диапазоне от 115 до 125°.
16. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором максимальная ширина (L) указанных главных режущих элементов (30a и 30b) на указанном дистальном конце инструмента имеет значение, находящее в диапазоне от приблизительно 1/3 до приблизительно 2/3 диаметра D указанной цилиндрической части (50).
17. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный хвостовик (2) выполнен с возможностью установки в полуавтоматических и автоматических ручных металлорежущих станках (дрелях).
18. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором один или несколько соединенных элементов изготовлены из композитного материала, такого как, например, углеродное волокно и/или стекловолокно.
19. Сверлильный инструмент (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором один или несколько соединенных элементов изготовлены из легкого сплава, титанового сплава и/или пластмасс.

- 9 030660

- 10 030660