用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭的製作方法

2023-07-21 09:35:56 3

專利名稱：用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及硬質合金刀具，尤其涉及用於進行高進給加工鑄鐵材料、特別是
高強度鑄鐵等高強度短切屑材料的鑽頭。
背景技術：
鑄鐵材料逐步向更高強度和更高韌性發展。在柴油發動機行業，經典的球墨鑄鐵 (GGG)正在逐漸被蠕墨鑄鐵(CGI)所取代。更新的材料例如等溫淬火球鐵(ADI)，具有更高 的強度和韌性。在加工鑄鐵類材料時，需考慮刀具參數、強度、韌性和各自的材料匹配度。由 於鑄鐵結構由粒狀不規則的硬質相和柔軟的石墨軟質相組成，加工鑄鐵的刀具必然要承受 強烈的研磨磨損。而且，不同的組織結構導致很大的撓度，振動在所難免。刀具採用內冷卻 方式可減小摩擦和改進排屑。在切削過程中，作為主切削刃的一部分的切削刃轉角處(又 稱"刀尖")，不僅承受的機械載荷最大，而且承受的熱載荷也最大，所以在轉角處做成特殊 倒角、圓角或者採用所謂的雙主偏角結構可有效增加刀具承受載荷的能力。 為了避免主切削刃轉角處的機械應力和熱載荷，提高刀具的強度和耐用度，國外 對加工鑄鐵的鑽頭進行了許多改進。其中屬於主切削刃形狀改進的主要有高速鋼鑽頭的 鑽尖通常採用的是凸起的曲線覆蓋整個主切削刃長度，即所謂的"Racon Point (連續凸起 曲線)"。例如專利號為US 3443459的美國專利公開了一種鑽頭，其主切削刃形狀是從橫刃 到副切削刃沿鑽頭軸向是一條連續凸起的曲線，並且，主切削刃凸起的曲線與副切削刃完 全相切，從而避免主切削刃轉角處的機械應力和熱載荷。但是這種結構鑽頭不利於在生產 過程中檢測主切削刃長度以及鑽削深度，而且刀具在使用過程中定心效果不理想，軸向力 也很大，刀具的使用壽命也較短。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種定心性好、可減 少主切削刃單位長度上的載荷、耐磨損的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭。 為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案 —種用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，包括鑽頭本體，所述鑽頭本體包括 鑽尖部、排屑部和柄部，所述排屑部設有自鑽尖部向柄部延伸的排屑槽和副切削刃，所述鑽 尖部具有前刀面、後刀面和橫刃，所述前刀面與後刀面相交形成兩條主切削刃，所述主切削 刃由一段直線內刃和一段曲線外刃連接而成，直線內刃與橫刃連接，曲線外刃與副切削刃 連接。 所述主切削刃的軸向長度L為鑽頭直徑D的0.3 0.4倍，所述曲線外刃與直線內 刃相切，所述曲線外刃在與副切削刃接點處的切線與鑽頭中心軸的夾角a為20° 60° 。 所述橫刃的長度M為鑽頭直徑D的0. 03 0. 08倍。 所述鑽頭芯厚d為鑽頭直徑D的0. 25 0. 3倍。 所述直線內刃的主偏角P為45° ° 。[0011] 所述後刀面由后角依次增大的第一後刀面、第二後刀面和第三後刀面組成。 所述鑽頭本體具有沿軸向慣穿鑽頭本體的兩個內冷孔，所述內冷孔於鑽尖部的出 口位於第二後刀面和第三後刀面的交接處。 所述排屑槽為直線槽或螺旋槽。 與現有技術相比，本實用新型的優點在於主切削刃由一段直線內刃和一段凸起 的曲線外刃連接而成，直線內刃可保證鑽頭具有良好的定心性，曲線外刃則可保證鑽頭具 有良好的耐磨損性能，這種由直線和曲線複合而成的主切削刃可避免切削時在凸起的曲線 上出現高應力集中點，同時主切削刃長度增長，可減少主切削刃特別是曲線外刃單位長度 上的載荷，使刀具耐用度和切削性能提高，從而用本實用新型的鑽頭加工耐磨鑄鐵、灰口鑄 鐵，特別是蠕墨鑄鐵和等溫淬火球鐵等高耐磨而又具備高韌性的高強度短切屑材料時，可 減少磨損，提高鑽頭的最大切削用量。主切削刃的軸向長度L為鑽頭直徑D的0. 3 0. 4 倍，這使得本實用新型鑽頭的主切削刃長度比傳統鑽頭的主切削刃長度加長了許多，同時 曲線外刃與副切削刃接點處的切線與鑽頭中心軸的夾角a為20° 60° ，這使得主切削 刃與副切削刃的連接處是不相切的結構，這樣可以在主切削刃與副切削刃的連接處形成一 個定義明確的測量點，使主切削刃長度以及最大鑽削深度可以容易測量，有利於加工生產； 同時，相比於傳統鑽頭，主切削刃與副切削刃的連接處得到了一定的鈍化，具有更好的散熱 條件，可以避免熱載荷集中，減少此處的機械應力，提高刀具的耐磨性能。橫刃的長度M為 鑽頭直徑D的O. 03 0. 08倍，相比於傳統鑽頭，橫刃的長度縮短，可減少軸向抗力，提高鑽 頭的定心性和耐磨損性能。鑽頭芯厚d為鑽頭直徑D的0. 25 0. 3倍，相比於傳統鑽頭， 鑽頭芯厚增大，提高了鑽頭的整體剛性，滿足大進給深孔鑽削時對鑽頭強度的要求。內冷孔 於鑽尖部的出口位於第二後刀面和第三後刀面的交接處，在第二後刀面和第三後刀面上形 成橢圓狀的出口，使得內冷孔的出口面積增大，冷卻液流量增大，降溫效果更好，使鑽頭的 耐磨損性能提高，同時，冷卻液流量增大後增大了對切屑的衝力，有利在大進給深孔鑽削時 流暢排出切屑，減少切屑對鑽頭造成的磨損，對鑽頭起到保護作用。本實用新型的用於高強 度短切屑材料加工的整體鑽頭改進了鑽頭主切削刃的結構，刀具的定心效果更好，有效抑 制了刀尖的磨損，與傳統鑽頭的對比實現證明，本實用新型的用於高強度短切屑材料加工 的整體鑽頭耐用度至少提高35%。

圖1是本實用新型的結構示意圖；[0016]圖2是本實用新型鑽尖部的結構示意圖；[0017]圖3是圖1的A向視圖；圖4是本實用新型主切削刃的外形示意圖。[0019]圖中各標號表示1、鑽頭本體2、鑽尖部3、排屑部4、柄部5、主切削刃11、鑽頭中心軸12、內冷孔21、前刀面22、後刀面23、橫刃[0025] 24、小容屑槽 32、副切削刃 52、曲線外刃
31、排屑槽 51、直線內刃 221、第一後刀面 223、第三後刀面 222、第二後刀面
具體實施方式如圖1至圖4所示，本實用新型的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，包括可 繞鑽頭中心軸11旋轉的鑽頭本體l，鑽頭本體1包括鑽尖部2、排屑部3和柄部4。排屑部 3設有自鑽尖部2向柄部4延伸的排屑槽31和副切削刃32，排屑槽31為直線槽或螺旋槽， 本實施例中選用直線槽。鑽尖部2具有前刀面21、後刀面22和橫刃23，前刀面21與後刀 面22相交形成兩條主切削刃5，各條主切削刃5由一段直線內刃51和一段曲線外刃52連 接而成，其中的曲線外刃52與直線內刃51相切，直線內刃51與橫刃23連接，曲線外刃52 與副切削刃32連接。直線內刃51可保證鑽頭具有良好的定心性，曲線外刃52則可保證鑽 頭具有良好的耐磨損性能，這種由直線和曲線複合而成的主切削刃5可避免切削時在凸起 的曲線上出現高應力集中點，同時主切削刃5長度增長，可減少主切削刃5特別是曲線外刃 52單位長度上的載荷，使刀具耐用度和切削性能提高，從而用本實用新型的鑽頭加工耐磨 鑄鐵、灰口鑄鐵，特別是蠕墨鑄鐵和等溫淬火球鐵等高耐磨而又具備高韌性的高強度短切 屑材料時，可減少磨損，提高鑽頭的最大切削用量。主切削刃5的軸向長度L為鑽頭直徑D 的0. 3 0. 4倍，本實施例中取0. 4倍，在前刀面21上設有一小容屑槽24，該小容屑槽24 用於直線內刃51的成形，並在鑽頭工作時的初始階段對切屑導向，直線內刃51沿刀具徑向 的高度h為鑽頭直徑D的0. 15 0. 25倍，本實施例中取0. 157倍，曲線外刃52的曲率半徑 R是鑽頭直徑D的0. 65 0. 75倍，本實施例中取0. 705倍，曲線外刃52在與副切削刃32 接點處的切線與鑽頭中心軸11的夾角a為20° 60° ，本實施例中取20。，這使得本實 用新型的主切削刃5的長度比傳統鑽頭的主切削刃長度加長了許多，主切削刃5與副切削 刃32的連接處是不相切的結構，這樣可以在主切削刃5與副切削刃32的連接處形成一個 定義明確的測量點，使主切削刃5的長度以及最大鑽削深度均可以方便的測量，有利於加 工生產；同時，相比於傳統鑽頭，主切削刃5與副切削刃32的連接處得到了一定的鈍化，具 有更好的散熱條件，可以避免熱載荷集中，減少此處的機械應力，提高刀具的耐磨性能。橫 刃23的長度M為鑽頭直徑D的O. 03 0. 08倍，本實施例中取0. 06倍，相比於傳統鑽頭， 橫刃23的長度縮短，可減少軸向抗力，提高鑽頭的定心性和耐磨損性能。鑽頭芯厚d為鑽 頭直徑D的0. 25 0. 3倍，本實施例中取0. 25倍，相比於傳統鑽頭，鑽頭芯厚增大，提高了 鑽頭的整體剛性，滿足大進給深孔鑽削時對鑽頭強度的要求。直線內刃51的主偏角13為 45° 80° ，本實施例中取7(T ，曲線外刃52的主偏角自圖2中A點處向B點處逐漸變 大，本實施例中，A點處主偏角y為45° ，B點處主偏角a為20° 。後刀面22由后角依 次增大的第一後刀面221、第二後刀面222和第三後刀面223組成，鑽頭本體1具有沿軸向 慣穿鑽頭本體1的兩個內冷孔12，內冷孔12的圓心和鑽頭圓心的連線與平行於主切削刃5 所在平面的徑向中心線的夾角q)為45。 55° ，本實施例中取5(T 。內冷孔12於鑽尖部 2的出口位於第二後刀面222和第三後刀面223的交接處。在第二後刀面222和第三後刀 面223上形成橢圓狀的出口 ，使得內冷孔12的出口面積增大，冷卻液流量增大，降溫效果更好，使鑽頭的耐磨損性能提高，同時，冷卻液流量增大後增大了對切屑的衝力，有利在大進 給深孔鑽削時流暢排出切屑，減少切屑對鑽頭造成的磨損，對鑽頭起到保護作用。本實用新 型的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭改進了鑽頭主切削刃的結構，刀具的定心效果 更好，有效抑制了刀尖的磨損，與傳統鑽頭的對比實現證明，本實用新型的用於高強度短切 屑材料加工的整體鑽頭耐用度至少提高35%。 上述實施例僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本實用新型的原理的前提下，還可以作出若干等同變換，這些等同變換 均應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求一種用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，包括鑽頭本體(1)，所述鑽頭本體(1)包括鑽尖部(2)、排屑部(3)和柄部(4)，所述排屑部(3)設有自鑽尖部(2)向柄部(4)延伸的排屑槽(31)和副切削刃(32)，所述鑽尖部(2)具有前刀面(21)、後刀面(22)和橫刃(23)，所述前刀面(21)與後刀面(22)相交形成兩條主切削刃(5)，其特徵在於所述主切削刃(5)由一段直線內刃(51)和一段曲線外刃(52)連接而成，直線內刃(51)與橫刃(23)連接，曲線外刃(52)與副切削刃(32)連接。
2. 根據權利要求1所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於所述 主切削刃(5)的軸向長度L為鑽頭直徑D的0.3 0.4倍，所述曲線外刃(52)與直線內刃 (51)相切，所述曲線外刃(52)在與副切削刃(32)接點處的切線與鑽頭中心軸(11)的夾角 a為20° 60° 。
3. 根據權利要求1或2所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於 所述橫刃(23)的長度M為鑽頭直徑D的0. 03 0. 08倍。
4. 根據權利要求1或2所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於 所述鑽頭芯厚d為鑽頭直徑D的0. 25 0. 3倍。
5. 根據權利要求3所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於所述 鑽頭芯厚d為鑽頭直徑D的0. 25 0. 3倍。
6. 根據權利要求1或2所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於 所述直線內刃(51)的主偏角13為45° 80° 。
7. 根據權利要求5所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於所述 直線內刃(51)的主偏角P為45° 80° 。
8. 根據權利要求7所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於所述 後刀面(22)由后角依次增大的第一後刀面(221)、第二後刀面(222)和第三後刀面(223) 組成。
9. 根據權利要求8所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於所述 鑽頭本體(1)具有沿軸向慣穿鑽頭本體(1)的兩個內冷孔(12)，所述內冷孔(12)於鑽尖部 (2)的出口位於第二後刀面(222)和第三後刀面(223)的交接處。
10. 根據權利要求9所述的用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，其特徵在於所述 排屑槽(31)為直線槽或螺旋槽。
專利摘要本實用新型公開了一種用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭，包括鑽頭本體，所述鑽頭本體包括鑽尖部、排屑部和柄部，所述排屑部設有自鑽尖部向柄部延伸的排屑槽和副切削刃，所述鑽尖部具有前刀面、後刀面和橫刃，所述前刀面與後刀面相交形成兩條主切削刃，所述主切削刃由一段直線內刃和一段曲線外刃連接而成，直線內刃與橫刃連接，曲線外刃與副切削刃連接。該用於高強度短切屑材料加工的整體鑽頭具有定心性好、可減少主切削刃單位長度上的載荷、耐磨損的優點。
文檔編號B23B51/00GK201500802SQ20092006637
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者張于波, 方曙璋, 王社權, 許晉 申請人:株洲鑽石切削刀具股份有限公司