TW200846108A - Gun drill - Google Patents

Description

200846108 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關使用於深孔加工之槍鑽鑽頭。 【先前技術】 作爲深孔加工方式，習知上雖有槍鑽鑽頭方式、頂出具 (ejector)方式（雙管方式）、單管方式等種種方式，但直徑 小的深孔加工則以槍鑽鑽頭方式爲適當。即，槍鑽鑽頭方 式，一般係使用於橫剖面2/ 3〜3/ 4圓形之空心柄部的前 端設置同樣橫剖面外形之切削頭的槍鑽鑽頭，將供應冷卻 劑通過空心柄部之內部而從切削頭前端面之冷卻劑放出口 一面供應切削部位一面進行切削，同時能將此因切削伴同 而產生的切屑與冷卻劑一起沿著空心柄部外周緣的長度方 向通過剖面V字形狀的切屑排出溝而排出外部，即使切削 孔變深.因爲冷卻劑的輸送壓係依據工具的長度而決定，所 以適合直徑小的深孔加工。 習知作爲上述之槍鑽鑽頭，廣汎地使用於鋼製的空心柄 部的前端，銲接由高純度之超硬合金而成的切削頭。又， 尤其是直徑小的槍鑽鑽頭，若切刃磨耗到某種程度時，通 常進行拋光磨尖再使用。 然而，近年來冀望提高包含深孔加工的切削加工效率， 同時切削工具及其零件之耐久性的提高及保全所需之勞力 及費用的削減也被期望，故上述習知之槍鑽鑽頭之切削性 及耐久性已經不充分，尤其是直徑小者爲了再使用之磨尖 所需的工時成爲問題。 【發明內容】 200846108 【發明所欲解決之課題】 本發明有鑑於上述之情況，其目的在於提供一種作爲槍 鑽鑽頭，既具有優良的切削性，且與習知的比較其切削速 度可大幅地加速，又可獲得高的深孔加工效率，同時切刃 壽命可大幅地延長，尤其是直徑小之情況可減少爲了再使 用之磨尖的頻率，光是那些就可減輕工時。 【用以解決課題之手段】 爲了達成上述目的，本發明之申請專利範圍第1項之槍 鑽鑽頭，若添附圖式的參考符號表示，於外面沿長度方向 具有剖面V字形狀的切屑排出溝11，而內部作爲冷卻劑供 應路12之空心柄部1的前端lb，於其前端面3a裝設有切 削頭3A~3C其具有與該冷卻劑供應路12連通之冷卻劑放出 口 31，其特徵在於：該切削頭3A〜3C之切刃部32係由超 硬合金W形成，同時在除了此切刃部32之外的切削頭 3A〜3C之切削孔內周的滑動接觸部的至少一部，係由比超 硬合金W硬度更高的異種材料構成。 申請專利範圍第2項之發明，係如該申請專利範圍第1 項之槍鑽鑽頭，其中，該異種材料係構成固定於切削頭之 外周緣部的引導墊。 申請專利範圍第3項之發明，係如該申請專利範圍第1 項之槍鑽鑽頭，其中，該異種材料之構成係由燒結陶瓷C， 微結晶鑽石燒結體或燒結陶金中至少選擇一種。 申請專利範圍第4項之發明，係如該申請專利範圍第3 項之槍鑽鑽頭，其中，燒結陶瓷C係以氮化矽或立方晶氮 化硼爲主體的燒結體。 200846108 申請專利範圍第5項之發明，係如該申請專利範圍第3 或4項之槍鑽鑽頭，其中，該燒結陶瓷C係藉由金屬化加 工法而被固定於切削頭3A，3B的母材（超硬合金W)所構成。 【發明效果】 根據有關申請專利範圍第1項之發明的槍鑽鑽頭，在深 孔切削加工方面，被削材一面由切削頭之超硬合金而成之 切刃部切削，一面以比超硬合金硬度更高且缺乏韌性之該 切削頭的周面部分與切削孔的內周滑動接觸，由於其剛體 φ 性的滑動接觸部分可穩定地接住伴同切削而發生的反力， 所以可防止該切削頭像顫動的微細振動，用以、大幅地加速 切削速度而達成高的加工效率之外，可抑制切刃部的缺損 及磨耗，切刃壽命可延長，同時直徑小者爲了再使用之磨 尖的頻率可顯著地降低，其工時及成本大幅地減低。 根據申請專利範圍第2項之發明，由於該異種材料係構 成切削頭的引導墊，所以該切削頭在構造上可簡單而且容 易製造。 0 根據申請專利範圍第3項之發明，由於該異種材料係燒 結陶瓷或燒結陶金，所以與切削頭整體由超硬合金而成之 槍鑽鑽頭比較，具有切削速度可大幅地加速且切刃壽命也 可延長的優點。 根據申請專利範圍第4項之發明，因為該燒結陶瓷係以 特定成分的燒結體而成，所以有可更加速切削速度，並大 幅地延長切刃壽命的優點。 根據申請專利範圍第5項之發明，該燒結陶瓷的構成部 分對切削頭的母材係成爲極堅固而確實的固定狀態。 200846108 【實施方式】 以下，參考圖式具體的說明有關本發明之槍鑽鑽頭的實 施形態。第1〜第4圖係顯示第一實施形態，第5圖係顯示 第二實施形態，第6圖係顯示第三實施形態。 如第1圖所示，第一實施形態之槍鑽鑽頭係由下列構 成：空心柄部1 ;將此空心柄部1的基端部1 a插嵌固定之 大直徑筒狀驅動部2 ;及於切成空心柄部1之v字形的前 端lb銲接鑽孔用的切削頭3A。 空心柄部1雖由管材形成，但藉由模成形等將基端部2a 側除去其橫剖面如第4圖所示形成2/ 3的圓形，用以於外 面側沿著長度方向形成剖面V字形的切屑排出溝1 1，同時 內部空間構成冷卻劑供應路、12。 驅動部2，係被未圖示之旋轉驅動軸的夾頭等把持而接 受旋轉驅動力的部位，於周面具有把持平坦部2 1，同時沿 著中心線具備有連通到空心柄部1之冷卻劑供應路1 2的冷 卻劑供應路22。 切削頭3A，係如第2圖及第3圖所示，由對應於空心柄 部1橫剖面成爲2/ 3圓形的切削頭本體4，及於此切削頭 本體4之外周緣部2部位固定於軸方向以長厚板狀而橫剖 面略呈半圓錐體形的引導墊5A，5B所構成，於前端面3a 開口蠶繭形的冷卻劑放出口 30,同時橫剖面2/ 3圓形之凹 口部分爲形成連續空心柄部1之切屑排出溝11的溝部3 1， 該溝部3 1之一側側緣作爲切刃部32,深孔切削時成爲如第 2圖之箭頭R方向（右旋轉）旋轉驅動。此外，3 3係沿著 切刃部32形成0.2〜1 mm寬度之傾斜面或圓弧面的邊界 200846108 (margin) 〇 然後，切削頭本體4，係如WC — Co系以鎢碳化物爲主體 的超硬合金W所形成，沿著軸方向貫設連通冷卻劑放出口 30與空心柄部1的冷卻劑供應路12之剖面蠶繭形的冷卻劑 導出路41，同時在外周緣部爲了嵌著引導墊5A，5B而設 置有凹陷部42a，42b。此外，凹陷部42a的中央係位於從 切刃部32之位置至朝切削頭旋轉方向後方側85度的角度 位置，又凹陷部42b之中央對切刃部32係位於徑方向相反 側的位置。 引導墊5A，5B係由硬度比超硬合金W更高的燒結陶瓷C 形成，分別嵌合於切削頭本體4的凹陷部42a，42b並藉由 金屬化加工法固定。 在上述構成之槍鑽鑽頭，當深孔加工時，將供應之冷卻 劑通過空心柄部1及驅動部2的內部冷卻劑供應路1 2，22 而引導至切削頭3A的冷卻劑導出路41，一面從前端面3a 的冷卻劑放出口 3 0朝切削部位供應，一面以旋轉驅動切削 頭3A之超硬合金W而成的切刃部32進行被切削材的切 削，同時將伴著此切削而產生的切屑與冷卻劑一起通過切 削頭3 A之溝部3 1及空心柄部1的切屑排出溝1 1而排出外 部。 然後，在此切削加工中，切削頭3A係對切削孔的內周面 成爲以引導墊5A，5B的表面滑動接觸，但因爲此等引導墊 5A’5B係由硬度比超硬合金W更高且缺乏韌性之燒結陶瓷 C形成，其剛體性的滑動接觸部分，尤其是以引導墊5A側 的滑動接觸部分可穩定地接住伴同切削所發生的反力。所 -10- 200846108 以可防止該切削頭3 A伴同加工像顫動的微細振動，用以藉 由切刃部32可顯著地提升被削材在穩定之切削狀態下的 切削性，所以可大幅地加速切削速度而達成高的加工效 率，此外，可抑制切刃部3 2的缺損及磨耗，並大幅延長切 刃壽命，尤其是直徑小的槍鑽鑽頭爲了磨耗後再使用之磨 尖的頻率可減少，其工時及成本可大幅地減低。 作爲構成引導墊5A，5B的燒結陶瓷C，只要係將氧化物、 氮化物、碳化物等粉末燒結硬度比超硬合金W更高的燒結 φ 體即可，例如雖以氮化硼系、氮化矽系、碳化鈦系、氧化 鋁系等爲代表，尤其可列舉氮化矽的燒結體及立方晶氮化 硼的燒結體爲適當。 即，作爲引導墊5A，5B而使用氮化矽之燒結體的槍鑽鑽 頭，與切削頭以精純的超硬合金W之習知構成的槍鑽鑽頭 比較，其切削速度約可大幅地加速4倍之外，亦可明瞭切 刃部的壽命也可大幅地延長。又，同樣使用立方晶氮化硼 之燒結體的槍鑽鑽頭，切削頭整體與超硬合金W的槍鑽鑽 φ 頭比較，尤其是被削材爲鋁或其合金的情況格外地可獲得 高切削精度，同時可知被削材如淬火鋼之高硬度材時刃尖 的壽命更顯著地延長。 又，將如此由燒結陶瓷C而成之引導墊5A，5B固定於 切削頭本體4所利用的金屬化加工法，習知陶瓷及金屬材 一般係不可能藉由銲接等接合的技術，於陶瓷表面藉由抹 塗鈦合金等之活性金屬糊狀物而在高溫真空下處理，將陶 瓷表面金屬化，以此金屬化之表面部進行與匹配的金屬材 銲接。然後，此槍鑽鑽頭之切削頭3A的情況，雖將引導墊 -11- 200846108 5A，5B的燒結陶瓷C藉由金屬化加工接合於切削頭本體4 的超硬合金W，但其接合部成爲非常緻密而且高強度。 在上述第一實施形態之槍鑽鑽頭雖以燒結陶瓷C於切削 頭3A的2部位形成引導墊5A，5B，但本發明之槍鑽鑽頭， 其切削頭之切刃部係由超硬合金W而成，除了此切刃部之 外只要對於切削頭之切削孔內周的滑動接觸部的至少一 部，係由比該超硬合金W硬度更高的異種材料構成即可。 可是作爲如此異種材料，除了上述的燒結陶瓷C之外，以 φ 燒結陶金與後述的微結晶鑽石燒結體D(參考第7圖）爲 適當，尤其是燒結陶金在切削速度及切刃部的壽命兩方面 可獲得良好的結果。 又，由此等異種材料構成之滑動接觸部雖可在切削頭之 周面形成1處或3處以上，但推薦至少藉由切刃部32承受 主要切削反力的周面部位，即從切刃部32的位置向鑽頭旋 轉方向後方側70〜100度左右的角度範圍設置之滑動接觸部 由該異種材料構成。 φ 例如，於第5圖所示之第二實施形態之槍鑽鑽頭的切削 頭3 B，於由超硬合金W形成之切削頭本體4 ’從切刃部32 的位置至朝頭旋轉方向後方側85度之角度的位置作爲中 央設置凹陷部4 1，於此凹陷部4 1比超硬合金W硬度更高 的燒結陶瓷C形成之引導墊5C藉由金屬化加工而予以固 定，但车與切刃部3 2徑方向之相反側的位置藉由該切削頭 本體4本身的膨脹形成滑動接觸部42。此外，亦可以燒結 陶金構成引導墊5C。 又，切削頭之切刃部3 2作爲切削刃爲了授與靱性雖有必 -12 - 200846108 要以超硬合金W形成，但硬度比超硬合金w更高的異種材 料形成的部分，不僅像前述第一及第二實施形態之切削頭 3A，3B的引導墊5A~5C之滑動接觸部，其構成亦可包含滑 動接觸部之切削頭本體的一部或主要部分。例如，於第6 圖所示之第三實施形態之槍鑽鑽頭的切削頭3C，包含滑動 接觸部6a，6b之頭本體6係由燒結陶瓷C所構成，對此頭 本體6包含切刃部32橫剖面爲楔形之超硬合金W形成的 刃尖構件7藉由金屬化加工而被固定。 φ 此外，本發明之槍鑽鑽頭，除了切刃部之外至少對切削 頭的切削孔內周之滑動接觸部的一部分，亦可由微結晶鑽 石燒結體構成。即，像此種微結晶鑽石燒結體因爲硬度比 超硬合金W更高而缺乏靱性，所以如前述第一〜第三實施 形態於滑動接觸部使用燒結陶瓷C或燒結陶金.槍鑽鑽頭 同樣，以其剛體性的滑動接觸部分，可穩定地接住伴同切 削而發生的反力，藉由切削狀態的穩定化可顯著地提高其 切削性，所以可大幅地加速切削速度而達成高的加工效 率，同時可大幅地延長切刃壽命。 像此種微結晶鑽石燒結體，一般係於超硬合金的基材表 面藉由超高壓高温技術將微結晶鑽石緻密燒結而可獲得多 結晶人工鑽石層。因此，例如前述第一及第二實施形態之 槍鑽鑽頭作爲切削頭3A，3B之引導墊5A〜5C的情況，如 第7圖所示，於由超硬合金W形成之基材80的表面設置 微結晶鑽石燒結體D的燒結層8 1成爲以厚板狀零件8的形 態使用。 【實施例】 -13- 200846108 於第1圖~第4圖所示之形態下各部在下述之尺寸、材質 的槍鑽鑽頭G1〜G3,及將其引導墊5A，5B如第7圖所示表 面由微結晶鑽石燒結體形成之厚板狀零件8·替代的槍鑽鑽 頭G4,和切削頭整體由超硬合金形成以外使用同樣構成的 槍鑽鑽頭G0，而作爲各冷卻劑一面分別供應壓力50 kg / cm 2、流量35L/分的非水溶性切削油，一面對由S50C (冷 拉，Hb 200〜3 00 )形成之被削材進行口徑10腿的深孔加工， 而比較其切削可能速度，同時調查切刃部至需要再拋光 φ (polishing)之消耗程度的累計切削孔深度的刃尖壽命，獲得 如後述第1表的結果。 〔槍鑽鑽頭G 1〕 驅動部2 · · ·鋼製、長度5 5 mm、外徑25 mm、冷卻劑供應 路直徑8 mm。 空心柄部1 ···鋼製、全長9 3 5腿、從驅動部2之突出長 度 905 mm、外徑 17.4 mm、內徑 13.4 mm。 切削頭本體4· · ·超硬合金（Tungaloy公司製）製、長度40 mm、 φ 外徑18.0 mm、冷卻劑放出口面積18·7 mm 2 〇 引導墊5A，5B · · ·氮化矽的燒結體、長度30 mm、寬度5 腿1、中央部厚度2 mm。 〔槍鑽鑽頭G2〕 除了引導墊5A，5B係由立方晶氮化硼的燒結體〔cBN含 有量90容量％、結合相：众1化合物、硬度（1!(：) 3900〜4100、 抗折力（GPa) 1.80〜1.90〕形成以外，與槍鑽鑽頭01相同。 〔槍鑽鑽頭G3〕 -14- 200846108 除了引導墊5A，5B係由不塗膜燒結陶金（Tungaloy公司製) 形成以外，與槍鑽鑽頭G1相同。 〔第1表〕 切削速度 觀鑽頭 V (m/分） Fn (mm/旋轉） 刃尖壽命(累計切削孔深度） G0 100 0.03 15m G1 400 0.03 18m G2 150 0.03 16m G3 180 0.03 18m 由上表可知，根據有關本發明之槍鑽鑽頭G1〜G3，與習 知構成€槍鑽鑽頭G0比較，切削速度可格外地提高，同時 刃尖壽命也大幅地延長。 【圖式簡單說明】 第1圖係有關本發明之第一實施形態之槍鑽鑽頭的側視 圖。 第2圖係同槍鑽鑽頭之切削頭的正視圖。 第3圖係第1圖之4 一 4線的剖面圖。 桌4圖係弟1圖之口 一口線的剖面圖。 第5圖係有關本發明之第二實施形態的槍鑽鑽頭之切削 頭的橫剖面圖。 第6圖係有關本發明之第三實施形態的槍鑽鑽頭之切削 頭的橫剖面圖。 第7圖係作爲本發明之槍鑽鑽頭的切削頭引導墊使用之 厚板狀零件的橫剖面圖。 -15- 200846108 【主要元件符號說明】 1 空心柄部 lb 刖靖 11 切屑排出溝 12 冷卻劑供應路 3A〜3C 切削頭 3a 前端面 3 0 冷卻劑放出口 32 切刃部 4 切削頭本體 5 A 〜5 C 引導墊 6 a, 6b 滑動接觸部 C 燒結陶瓷 D 微結晶鑽石燒結體 W 超硬合金

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Claims (1)

1. 200846108 十、申請專利範圍： 1· 一種槍鑽鑽頭，係於外面沿著長度方向具有剖面v字形 狀的切屑排出溝，而內部作爲冷卻劑供應路之空心柄部 的前端，於其前端面裝設有切削頭，其具有與該冷卻劑 供應路連通的冷卻劑放出口，其特徵在於： 該切削頭之切刃部係由超硬合金所形成，同時除了此 切刃部之外的切削頭之切削孔內周的滑動接觸部的至少 一部，係由比超硬合金硬度更高的構成。 φ 2.如申請專利範圍第1項之槍鑽鑽頭，其中，該異種材料 係構成固定於切削頭之外周緣部的引導墊。 3·如申請專利範圍第1項之槍鑽鑽頭，其中，該異種材料 係燒結陶瓷或燒結陶金（cermet)。 4. 如申請專利範圍第3項之槍鑽鑽頭，其中，該燒，結_ ^ 係以氮化矽或立方晶氮化硼爲主體的燒結體。 5. 如申請專利範圍第3或4項之任一項的槍鑽鑽頭，其中 ，該燒結陶瓷係藉由金屬化（metalizing)加工法而被固定 A 於切削頭的母材。 -17-