螺旋鑽頭的製作方法

2023-06-06 18:16:46 3

專利名稱：螺旋鑽頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於鑽削金屬工件的螺旋鑽頭，更具體來說，涉及能夠通過提供優良的切屑排出性能而在高效條件下進行加工的螺旋鑽頭。
背景技術：
在下列專利文獻1和2等中披露了用於金屬加工的鑽頭，特別是包括形成鑽頭軸 向端視圖中的凹形曲線的切削刃的鑽頭。在日本專利公開號No. 2_124208(專利文獻1)中所披露的螺旋鑽頭中，可以設想 鑽頭的芯厚是鑽頭直徑的20% 35%，並且螺旋溝槽在鑽頭軸向端視圖中的形狀是在切 削刃外端上相對於垂直線凹進，該垂直線與將該切削刃外端和鑽頭中心彼此連接的直線垂 直，從上述垂直線到螺旋溝槽的壁面的距離設定為鑽頭直徑的45% 65%，而溝槽寬度比 設定為0. 9 1. 2，並且與表示芯厚的假想柱體接觸的螺旋溝槽的底部周圍的曲率半徑設 定為鑽頭直徑的15% 20%，以免生硬地使切屑捲曲和處理切屑。在日本專利公開號No. 2001-96411 (專利文獻2)中所披露的鑽頭中，螺旋溝槽從 與芯厚接觸的部分朝向鑽頭的軸向垂直截面圖中的根部呈S形地延伸，在溝槽的根部上設 置有突出部，並且從該突出部的前端到螺旋溝槽的鑽頭旋轉方向前部的距離被限定，以便 防止由於切屑卡住而導致的根部的破碎以及用切削液消除螺旋溝槽(切屑排出溝槽)的潤 滑不足。專利文獻1 日本專利公開號No. 2-124208專利文獻2 日本專利公開號No. 2001-9641
發明內容
要解決的技術問題儘管在專利文獻1中可以設想能夠通過上述設定來實現切削阻力的減小和堵塞 的防止，然而該文獻中的鑽頭需要進一步提高在更高效條件下的切屑控制性能。這也適用 於根據專利文獻2的鑽頭。在包括專利文獻1和2中所披露的內容的常規螺旋鑽頭中，切屑的形狀和控制情 況隨著加工條件和工件特性而變化，從而導致這樣的缺點需要順應各種條件的設計和順 應工件的各種類型的設計並且提高了製造成本。當存在無論加工條件和工件特性如何變化都良好地控制和排出切屑的鑽頭時，可 以通過提高切削速度和進給率來提高加工效率。此外，還可以通過統一鑽頭的類型來降低 製造成本。本發明的目的在於使得能夠廣泛地應對加工條件和工件特性的變化，以及使得能 夠以比常規鑽頭更高的效率來執行加工。技術方案為了解決上述問題，本發明的螺旋鑽頭包括切削刃，其形成鑽頭軸向端視圖中的凹形曲線；螺旋溝槽，其在鑽頭軸向垂直截面圖中具有設定在80° 110°範圍內的溝槽 擴展角；以及窄化溝槽，其減小橫刃的寬度，在鑽頭軸向垂直截面圖中，所述螺旋溝槽的參與切屑控制的區域沿著第一圓和第 二圓形成，所述第一圓沿著所述切削刃，所述第二圓內切在所述第一圓內，所述第一圓和所 述第二圓均與表示芯厚的第三圓外切，所述第一圓的半徑R和所述第二圓的半徑Rl分別在0. 40D 0. 70D的範圍內以 及0. 15D 0. 30D的範圍內，其中D表示鑽頭直徑，並且所述螺旋溝槽的鑽頭旋轉方向前部沿著所述第二圓形成為比第四圓更接近於鑽 頭中心(旋轉中心)，所述第四圓與所述鑽頭中心同心並具有0. 65D的直徑。這裡所提到的所有第一圓至第四圓都是在設計中用到的假想圓。優選的是在 這種鑽頭中，由邊緣部分的前緣形成的外周切削刃的前角(切削刃的外周部分的徑向前角 Y)設定為正值，並且通過倒角而實現的切削刃強化是對具有正前角的外周切削刃執行的。上述用語「切削刃，其形成凹形曲線」是指這樣的形狀切削刃從鑽頭軸向端視圖 中的與基準線平行的直線凹進鑽頭旋轉方向後部中，所述基準線與所述第三圓在一個點上 接觸，並且到達切削刃的外端。此外，上述術語「溝槽擴展角」是指由鑽頭軸向垂直截面圖 中的如下兩條直線形成的角度，其中一條直線是從鑽頭中心到達切削刃的外端的直線，其 中另一條直線是從鑽頭中心經過螺旋溝槽的鑽頭旋轉方向前部朝向外徑側延伸的直線。切削刃的外周部分的徑向前角Y (=外周切削刃的前角α)優選約為1°
20° ο有益效果在根據本發明的鑽頭中，切削刃呈現柔和地彎曲的凹形曲線的形式，並且在因切 削刃的這種形狀而成形的切屑中產生厚度變化。此外，由於切削刃的凹形曲線，使得在切削 刃的外周部分上設置有正的徑向前角Y，並且所形成的切屑流得到控制。此外，螺旋溝槽的鑽頭旋轉方向前部沿著第二圓形成，以便位於更接近於鑽頭中 心(比第四圓更接近於鑽頭中心，該第四圓與鑽頭中心同心並具有0.65D的直徑)的位置， 從而在排出能量較大時，被形成凹形曲線的切削刃刮掉的切屑到達鑽頭旋轉方向前部，以 便被沿著第二圓形成的溝槽壁良好地控制。另外，被窄化溝槽部分的切削刃刮掉的切屑還 以小的阻力平穩地流到螺旋溝槽中。由於上述這些協同增效效應以及對切削刃的形狀和螺旋溝槽的形狀的優化，使得 可以獲得穩定的切屑形狀和穩定的切屑控制性能，並且可以使用同一種鑽頭來應對加工條 件中的廣泛變化以及工件特性中的廣泛變化。此外，可以應對的範圍非常廣泛，以至於既不 需要順應各種條件的設計，也不需要順應工件的各種類型的設計，並且還可以通過統一鑽 頭的類型來降低製造成本。在設置有前角設定為正值的外周切削刃的鑽頭中，外周切削刃的銳度得到提高以 便增強切削性能。另一方面，以可以想到的方式降低外周切削刃的強度，而可以通過對外周 切削刃進行倒角執行切削刃強化來彌補外周切削刃的強度的不足。


圖1是示出根據本發明的鑽頭的一個實施例的主要部分的側視圖。
圖2是圖1所示鑽頭的放大的鑽頭軸向端視圖。圖3是以簡化方式示出鑽頭軸向垂直截面的說明性輔助圖。圖4是示出外周切削刃的前角的截面圖。圖5是根據另一個實施例的鑽頭的放大端視圖。
圖6是以放大方式示出圖5中的區域β的端視圖。圖7是示出用於切屑形狀評價的尺寸比例的簡圖。附圖標記說明1鑽頭主體，2刃帶部分，3切削刃，3a沿著窄化溝槽的部分的切削刃，3b切削刃的 外端，4螺旋溝槽，4a鑽頭旋轉方向前部，4b螺旋溝槽的沿著第二圓形成的部分的末端，5窄 化溝槽，6邊緣部分，7外周切削刃，8橫刃，9倒角，C基準線，L與基準線平行的直線，0鑽頭 中心，Sl第一圓，S2第二圓，S3第三圓，S4第四圓，R第一圓的半徑，Rl第二圓的半徑，Y 徑向前角，θ溝槽擴展角，α外周切削刃的前角，H末端4b從鑽頭旋轉方向前部的突出量。
具體實施例方式現在，參照附圖中的圖1至圖6對根據本發明的螺旋鑽頭的實施例進行說明。該 螺旋鑽頭在鑽頭主體1的前端具有形成圖2所示端視圖中的凹形曲線的切削刃3。切削刃 3分別在鑽頭中心0的兩側設置成點對稱的形狀。在鑽頭主體1的外周上設置有圖1和圖2所示兩個螺旋溝槽4，並且如圖2所示， 在鑽頭主體1的前部上的處於中心對稱狀態的兩個部分上設置有減小橫刃8的寬度的窄化 溝槽5。附圖標記3a表示沿著窄化溝槽5的部分的切削刃。圖3是以簡化方式示出鑽頭軸向垂直截面形狀的輔助圖，並且參照圖3進行如下 說明。圖3中的附圖標記C表示在鑽頭軸向垂直截面圖中沿著周向將鑽頭二等分的基準線。 沿著基準線C的左右兩個半部的截面形狀是彼此相同的。對於每一個螺旋溝槽4來說，如果溝槽擴展角θ不大於79°，則該螺旋溝槽的 截面面積不夠大，以至於對切屑的排出能力難以提高。此外，如果溝槽擴展角θ至少為 111°，則刃帶部分2的面積不夠大，以至於難以保證鑽頭的強度，因此為了避免這樣的問 題，需要將溝槽擴展角θ設定在80° 110°的範圍內。螺旋溝槽4的參與切屑控制的區域沿著第一圓Sl和第二圓S2形成。第一圓Sl是 沿著形成圖2中的凹形曲線的切削刃3的圓，並且第一圓Sl與表示芯厚W的第三圓S3外 切。第二圓S2相對於第一圓Sl內切，並且第二圓S2與第三圓S3外切。第一圓Sl的半徑R在0. 40D 0. 70D (D 鑽頭直徑)的範圍內，並且第二圓S2的 半徑Rl在0. 15D 0. 30D的範圍內。第一圓S 1的半徑R是第二圓S2的半徑Rl的1. 3 4. 6 倍。當第一圓Sl的半徑R減小時，切削刃3從與第三圓S3在一個點上接觸併到達切 削刃3的外端3b的直線L (該直線與基準線C平行)凹進鑽頭旋轉方向後部中的量(凹陷 量)增加，並且外周部分的徑向前角Y增大。切削刃3的外周部分的徑向前角γ設定在 被認為優選的1° 20°的範圍內。這裡提到的切削刃3的外周部分的徑向前角γ由如 下兩條直線形成的角度來限定其中一條直線是將切削刃3的外端3b和從外端3b朝向鑽 頭中心返回一直到與鑽頭直徑D的5%對應的部分的位置彼此連接的直線，其中另一條直線是將鑽頭中心O和切削刃3的外端3b彼此連接的直線。徑向前角Y與圖4所示外周切 削刃7的前角α相等，並且這個角度優選設定為至少是1°，以便具備提高外周切削刃7的 銳度以及控制切屑的流動的效果而不存在強度不足的問題。如果這個角度過大，則外周切 削刃的強度會降低，以至於不可能通過加強倒角等方式來應對強度的降低，因此該徑向前 角的上限優選設定為約20°。螺旋溝槽4的鑽頭旋轉方向前部4a形成在第二圓S2上。鑽頭旋轉方向前部4a 比第四圓S4更接近鑽頭中心。第四圓S4是與鑽頭中心同心並具有0.65D的直徑的圓。鑽 頭旋轉方向前部4a沿著具有小半徑的第二圓S2形成並靠近鑽頭中心，以便容易地夾帶由 形成凹形曲線的切削刃產生的切屑(提高了捲曲性能)，同時還平穩地排出由每一個窄化 溝槽部分的切削刃3a產生的切屑，從而以平衡的方式表現這些功能並且提高了對於加工 條件和工件特性的變化的應對能力。當將芯厚W設定為至少是0. 18D時，可以獲得足夠的強度。如果芯厚W過大，則螺 旋溝槽4的截面面積不夠大，以至於對切屑的排出能力下降，因此芯厚W的上限優選設定為 約 0. 32D。當螺旋溝槽4的沿著第二圓S2形成的部分的末端4b朝向鑽頭旋轉方向後部突出 而超過鑽頭旋轉方向前部4a時，切屑難以朝向外徑側流動而超過上述末端4b從而平穩地 排出。末端4b從鑽頭旋轉方向前部4a的當前突出量H優選設定為約0.02D 0.05D。如 果突出量H不大於0. 02D，則使末端突出的作用變小；而如果突出量H至少為0. 05D，則容易 出現根部等部位的強度降低。圖5和圖6示出對外周切削刃7執行強化的實例。如圖5和圖6所示，如果由於 前角α增大而導致外周切削刃7的強度出現問題，則可以設置有倒角9以便加強外周切削 刃7。根據上述結構，在利用形成凹形曲線的切削刃的形狀形成的切屑中產生厚度變 化，並且在切削刃的外周部分上設定正的徑向前角Y，以便對所形成的切屑的流動進行控 制。此外，螺旋溝槽的鑽頭旋轉方向前部的位置比與鑽頭中心同心並具有0.65D的直徑的 第四圓更接近鑽頭中心，從而在排出能量較大時，被形成凹形曲線的切削刃刮掉的切屑到 達鑽頭旋轉方向前部，從而被沿著第二圓形成的溝槽壁良好地控制。另外，被窄化溝槽部分 的切削刃刮掉的切屑還以小的阻力流到螺旋溝槽中，並且可以利用這些協同增效效應使用 同一種鑽頭來應對加工條件中的廣泛變化以及工件特性中的廣泛變化。此外，可以應對的範圍非常廣泛，以至於既不需要順應各種條件的設計，也不需要 順應工件的各種類型的設計，從而還可以減少鑽頭的種類，以便能夠降低製造成本。(實例)進行了對根據本發明的鑽頭的性能評價實驗。在下文中示出了實驗結果。在實驗 中，使用作為表ι中所示第ι至第12號試件的鑽頭在如下條件下進行切削。作為第1至 第12號試件的各個鑽頭是具有直徑為Φ 8mm的油孔、切口的有效長度為55mm且總長度為 IlOmm的鑽頭。在作為試件的12個鑽頭中，第3至第5號以及第8至第10號是本發明的鑽頭。工件S50C (布氏硬度HB230)切削條件切削速度Vc = 80m/分鐘，進給率f = 0. 30mm/轉，加工出的孔深H =40mm,內部潤滑。 在該評價實驗中，就包括1)切屑形狀(長度和形狀)、2)切屑排出能力(加工機器的主軸負載的電流值)、3)對切削刃外周的損傷(破碎狀態)以及4)切削阻力(扭矩) 的四個項目對試件進行評價。表1還示出了實驗結果。formula see original document page 8
屑形狀的判斷……圖7中尺寸a和b之間的比
A:a>b，Ba＝b，Ca<b
主軸電流值......前部和孔內部之間的差A 升高量不大於5%，B 升高量不大於10%，C 升高量超過10%切削阻力(扭矩)......數值評價A 不大於 450Ncm，B 不大於 480Ncm，C 超過 450Ncm根據這些實驗結果可以理解，根據本發明的鑽頭(第3至第5號以及第8至第9號試樣)在所有受評價的項目中都能夠獲得令人滿意的性能。這裡所公開的實施例和實例在各個方面都應當認為是說明性的而不是限制性的。 本發明的保護範圍不是由以上說明限定，而是由專利權利要求書的範圍來限定。本發明的 意圖在於包括落在與專利權利要求書的範圍等同的要義和範圍內的所有變型。
權利要求
一種螺旋鑽頭(1)，包括切削刃(3)，其形成鑽頭軸向端視圖中的凹形曲線；螺旋溝槽(4)，其在鑽頭軸向垂直截面圖中具有設定在80°～110°範圍內的溝槽擴展角；以及窄化溝槽(5)，其減小橫刃(8)的寬度，其中，在鑽頭軸向垂直截面圖中，所述螺旋溝槽(4)的參與切屑控制的區域沿著第一圓(S1)和第二圓(S2)形成，所述第一圓(S1)沿著所述切削刃(3)，所述第二圓(S2)內切在所述第一圓(S1)內，所述第一圓(S1)和所述第二圓(S2)均與表示芯厚的第三圓(S3)外切，所述第一圓(S1)的半徑R和所述第二圓(S2)的半徑R1分別在0.40D～0.70D的範圍內以及0.15D～0.30D的範圍內，其中D表示鑽頭直徑，並且所述螺旋溝槽(4)的鑽頭旋轉方向前部(4a)在所述第二圓(S2)上形成為比第四圓(S4)更接近於鑽頭中心，所述第四圓(S4)與所述鑽頭中心同心並具有0.65D的直徑。
2.根據權利要求1所述的螺旋鑽頭(1)，還具有邊緣部分(6)；以及外周切削刃(7)，其由所述邊緣部分(6)的前緣形成，其中，所述外周切削刃(7)的前角α設定為正值。
3.根據權利要求2所述的螺旋鑽頭(1)，其中，通過對所述外周切削刃(7)進行倒角來執行切削刃強化。
全文摘要
本發明公開了一種螺旋鑽頭(1)，其中，螺旋溝槽(4)在鑽頭軸向垂直截面中的溝槽擴展角θ被限定，螺旋溝槽(4)的參與切屑處理的區域沿著第一圓(S1)和第二圓(S2)形成，第一圓(S1)沿著形成凹形曲線的切削刃(3)，第二圓(S2)內切在第一圓(S1)內，第一圓(S1)和第二圓(S2)均與表示芯厚的第三圓(S3)外切，第一圓(S1)的半徑R和第二圓(S2)的半徑R1分別在0.40D～0.70D的範圍內以及0.15D～0.30D的範圍內，並且螺旋溝槽(4)的鑽頭旋轉方向前部(4a)在第二圓(S2)上形成為比第四圓(S4)更接近於鑽頭中心，第四圓(S4)具有0.65D的直徑。
文檔編號B23B51/00GK101821043SQ20088011105
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月22日 優先權日2007年10月26日
發明者佐藤佳司, 神代政章, 阿部誠 申請人:住友電工硬質合金株式會社