在金屬工件內開孔用的鑽孔工具的製作方法
2023-04-29 10:10:21 2
專利名稱：在金屬工件內開孔用的鑽孔工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於金屬工件加工的鑽。更具體地說，本發明涉及的用於金屬工件加工的鑽包括一個帶有碎屑輸送凹槽的軸和一個在軸的前部的成一體的鑽的頭部，其帶有兩個或多個切削刀片，每一個刀片包括至少一個切削刃和一個退切表面，並且其至少在鑽的幾何中心或旋轉軸線附近包括一個彎曲部分。
背景技術：
上面所述類型的鑽早已從US-4,983,079和US-5,088,863中公知。然而對於這些現有技術的鑽，在各個刃處的間隙表面以完整的方式從刃的外邊緣端延伸直達它的鄰近中心部分的彎曲部分。這意味著鑽的頭部僅僅在一個與直刃部分平行的主平面內，而沒有在一個從主平面側向延伸的平面內獲得了一個頂錐角。儘管提供了一個定中心部分，與不具有這種定中心部分的傳統的鑽相比，這種鑽的定中心能力僅僅能得到稍稍的改進。一個基本類似的鑽在US-4,583,888中公開。
發明概述本發明的一個目的是消除早已公知的鑽存在的上述問題，並且創造一個具有改進的定中心能力的鑽。這樣，本發明的一個主要目的是賦予鑽的頭部這樣一種幾何結構以至在鑽頂靠著工件安置和最初吃刀進入工件時其是自定中心的。在對工件連續的吃刀進給過程該鑽也將保持一個良好的定中心能力，從而不需要較大的進給力或安置力即可能達到良好的定中心能力。
本發明的另一個目的是在不需要大大的減小有作用的切削刃的長度的情況下獲得一個良好的定中心能力。本發明的再一目的是實現一種鑽，其使增大的進給和大的鑽進速度成為可能。本發明還有一個目的是提供一種鑽，其在加工過程具有改進的碎屑排出能力且同時獲得更穩定的鑽進和改進的間隙氣密性。本發明還有一個目的在於提供一種在其中心附近有這樣的幾何結構的鑽，使得切削刃部分的二次研磨能以比以往更好的方式進行。
根據本發明的一個方面，一種鑽包括有一條中心軸線的軸。碎屑輸送凹槽形成在軸上。提供一個至少帶有兩個切削刀片的鑽的頭部，每一個刀片至少帶有一個切削刃。至少一個切削刃限定在碎屑破裂表面和第一退切表面之間。至少一個切削刃包括一個外側直刃部分，一個在軸的中心線附近的彎曲的切削刃部分和一個相鄰的強制斜面。至少一個切削刃恰好在中心軸線附近並且終止於在所述的切削刀片之間的一個橫刃，為的是在鑽進過程作為定中心裝置。彎曲的切削刃部分的後面以一定方向朝內設置有一個沒有相鄰的強制斜面的主要的直的部分，該方向的取向與水平線近似成40-50度角，所述水平線延伸通過鑽的中心軸線。
附圖簡述通過下面結合附圖的詳細描述，本發明進一步的特性和特徵將更加顯現。
圖1表示了根據本發明的鑽的側視圖。
圖2表示了根據圖1的鑽的頭部的端視圖。
圖3表示沿著圖1中鑽的III-III線的橫截面圖。
圖4表示圖1-3所示的同一個鑽的放大圖。
圖5表示作為一個端視圖看見的鑽的頭部的中心頂端部分的放大視圖。
圖6表示鑽的頭部的頂端的高度放大的視圖。
圖7表示沿著圖5的VII-VII線的局部橫截面圖。
圖8表示使用US-4,583,888公開的鑽鑽孔得到的表面粗糙度測量結果。
圖9表示使用本發明的鑽鑽孔得到的相應的表面測量結果。
圖10-11表示在根據圖8-9的鑽上獲得在x和y方向的測量值的位置。
優選實施例的詳細描述圖1和2中所示的鑽包括軸1和鑽的頭部，頭部的整體以標記2指示。兩個螺旋狀或者螺紋形的槽3，3』形成在軸1上，該槽由相似的螺旋狀突出的刃帶4，4』限定。鑽的頭部2包括兩個在現在的情形下相同，但互為反向的切削件5，5』，其在一個公共的主平面A-A內彼此的延展區內延伸，該平面切割鑽的中心或旋轉軸線(在圖4中，該軸線以C表示)。在該實施例中，切削件5，5』作為例如硬質合金的普通的切削體部件被製造，其是與由同樣的材料製造的軸成一體的部分，並且之後研磨成它的最終形狀，如附圖所示。該鑽孔刀具的最終形狀能通過研磨、注射模製或其他方式產生。
每一個單獨的切削件5，5』包括一個其整體以7指示的切削刃，其通常一方面限定在以鈍角提供的一個主間隙表面8和一個次間隙表面8』之間，另一方面一個有斜面段10的退切表面9設置在其間。
間隙表面8具有一個自水平平面H到切削刃的間隙角α1，而間隙表面8』被提供了自所述平面H的另一個間隙角α2。碎屑表面的徑向內部分9』是凸曲線的且有近似零度的軸向傾斜以及它的部分接近中心，而徑向外部分9」有凹的形狀，其徑向向外延伸進入一個平面部分9。在表面部分9」外端部分和平面端部分9之間的曲線過渡區內，在加工過程碎屑被向後排出之前產生最後的破裂碎屑。
單獨的切削刃7包括一個第一基本直的主部分11，其從鑽的頭部的邊緣向內延伸並且延伸進入接近鑽中心的彎曲部分12。鑽具有兩個螺旋冷卻通道13和14形式的用於內部冷卻的裝置，該通道延伸通過鑽。由側視圖看該鑽，主切削刃包括在它們之間的一個角β，其為116-152度，優選為138-142度。
在彎曲部分12之後，刃延伸進入一個短的直線部分12』，其徑向向內與一個碾磨部分12」相交，在本實施例中該碾磨部分和一個橫刃15以鈍角相交，由此橫刃延伸通過鑽中心。該部分12」還可以呈凹曲線形。限定了部分12』方向的直線的顯著特徵是其不延伸通過鑽中心，而是在位於鑽中心下面一定距離的方向延伸，在鑽中心下面恰當的距離是大約0.05mm。這使得能夠獲得較好的碎屑排出能力和同時獲得對鑽中心二次研磨改進的能力。部分12』應該相對於垂線L1以40-50度，優選42-48度的角度α3定向的方向延伸，垂線L1延伸通過鑽中心。另一個顯著特徵是提供了一個沿著彎曲部分12和整個直刃部分11延伸的碾磨斜面段10，由此所述斜面段作為到間隙表面8的長度的過渡被提供。當彎曲部分12遇到朝向鑽中心的直刃部分12』時該刃增強斜面10的延伸終止。這裡提到的斜面段10在3-20mm的直徑範圍內應該有0.04-0.16mm的寬度b。另外所述斜面段10的碎屑角應該是25-35度。在鑽的壽命延長的同時改進了更有效的鑽進給能力。
另一個重要的尺寸規則是在圖6中選擇距離a以使頂端幾何結構更優化，以便改進鑽的定中心能力，由此所述距離a限定了分別用於各個切削刃部分12和12』的交叉點之間的徑向直線距離，由此所述距離a應該是以D表示的鑽直徑的17-21％範圍內的值。在其它方面，關於尺寸規則，已經發現確定用於主間隙表面8的間隙角度α1的優點，該角度對於直徑在3-20mm的鑽在4-9度範圍內，在此，較低的角度值對於直徑區域的上部分是合適的。對於直徑16-20mm範圍的鑽角度α1應該例如是大約4度，而在3-5mm直徑範圍內相應的角α2應該是大約9度。關於次間隙表面8』的角度α2的尺寸應該有一個在20-27度的角度範圍內變化的值，其中較大的角度值應該用於較小的直徑範圍。
另外，關於沿著圖1中III-III線的橫截面獲得的鑽的中心區域的尺寸應該是周圍延伸的圓的整個區域的48-54％，就此而論涉及到圖3，圖3中d1指示中心直徑。圖3中進一步顯示外表面18在到凹槽3，3』的過渡點處設置肋17，其位於比挨著它的的邊緣表面直徑稍大的外表面上。以螺旋方式在縱向方向延伸的肋17的寬度c對於3-20mm直徑範圍內的鑽應該是0.20-0.90mm。關於橫刃15的寬度已經發現恰當的選擇一個值能獲得最好的結果，該值是鑽直徑的0.010-0.020倍，優選0.016倍。應該注意，在橫刃方向和通過中心的水平線L2之間的角度α4的尺寸應該是44-67.5度，優選50-55度，在此44度對應於150度的頂錐角β，67.5度對應於118度的頂錐角。
為了更進一步地改善鑽的性能和增加壽命，已經發現至少在鑽的前部提供一個TiALN的外層是有利的，該TiALN外層通過通常被稱為PVD塗層的物理氣相沉積技術而被提供。該TiALN塗層與選擇的頂端幾何結構結合使得鑽能夠比起標準的低效的鑽以更低的切削力切入大多數工件材料，增加了刀具的壽命並且同時提高了切削能力和使得鑽孔更精確。
關於完成的孔的表面的平坦性，重要的是銳利是有益的並且鑽的幾何結構避免了讓碎屑和鑽孔的孔壁以非正確的方式接觸。已經發現由於該鑽在凹槽3和3』內獲得了期盼的曲率的碎屑並且之後當碎屑被破碎後其從凹槽排出。由於徑向朝外的凹表面9」如圖3最佳顯示的提供了與外側的平面的碾磨表面9以鈍角相交而獲得了對碎屑成形的積極貢獻。然後平面表面9與外側的肋17相交以形成一個指定的垂直交叉。最終獲得的表面平坦性數據表示在圖8和圖9中。在圖8中，表示了由US-4,583,888的專利說明書所表示的外觀的鑽鑽出的孔的結果，而圖9給出的結果對應於根據本發明的鑽的實施例。在這些圖的每一個中，水平軸線代表被鑽削的材料的10個孔的數據，而垂直軸線代表已經被鑽的孔的直徑。每一個表示三個主題，其中左邊的代表孔的入口值，中間的代表在孔中間的度量尺寸，右邊的代表在孔出口的測量值。如從圖中顯現的，用根據本發明的鑽獲得的孔的平坦性使得最終獲得的表面幾乎是無缺陷的。對照的鑽以R411表示，其結果顯示在圖8中，該鑽有對應於表示和描述在US-4,583,888中的鑽的幾何結構。從圖10和圖11所示清楚地看到最終獲得的表面平坦性比鑽R411的情況更無缺陷。當研究測量結果的分布時會變成清楚的，因為分布(圖)比起根據本發明的鑽(結構)更清楚明了。以R411指示的鑽主要在x方向的位置明顯的多地分布。在x和y方向的值以mm給出。如自分布處顯示的對於現有技術的鑽在x方向大約是三百毫米，而對於該新鑽僅僅是大約一百毫米。這對於獲得期望的短的碎屑是重要的，碎屑容易從鑽的中央區域排出，鄰近鑽頂端的間隙表面有期望的形狀。已經發現軸向傾斜角基本是零，其與接近中心的凸曲線刃12結合產生短的逗號形狀的碎屑，該碎屑能容易的通過碎屑排出凹槽3和3』向後排出。
鑽上的碎屑排出凹槽端朝著邊緣表面18對於鑽的整體最佳化是重要的。在圖3中表示了兩個凹槽3和3』如何對稱地達到它們的出口並且在點19和20與邊緣表面相交。該數據應該是這樣的以至在點19和20之間外接圓的長度1是該外接圓總長度的25-31％。
為了對照US-4,583,888的現有技術的鑽解釋所述鑽的性能，在三個代表性工件材料的加工過程中測量了鑽入深度和鑽進速度，三種工件材料包括傳統的碳素鋼、鐵素體不鏽鋼和鑄鐵，其中在加工過程使用可在水中溶解的切削流體。
表1
在上表1中，已經給出的值表示了根據本發明的鑽R840在鑽進過程獲得的性能，作為與對應於US-4,583,888的R411類型的鑽獲得的鑽進結果相比較。因此清楚地表明獲得了一個顯著改進的結果。
根據本發明的可選的實施例，該鑽能由兩部分製造，即，帶有切削刀片的前部分，該刀片部分或全部由硬質合金製造，而後部分由比硬質合金軟的材料，例如工具鋼製造。鑽的向前定位的部分通過機械式連軸器或抗扭矩連軸器能夠連接到後面的鑽軸。
本發明的原理，優選實施例和使用方式已經描述在前面的詳述中。然而，欲保護的本發明內容不應被理解為僅限定於所描述的具體實施例。此外，在此描述的實施例應當被認作解釋性的而非限定性的。不背離本發明的精神，可以由其他人做出改變和變化，並且使用其等同物。因此，這裡明確的意在將所有這些落入本發明的精神和範圍內的改變、變化和等同物包含在內。
權利要求
1.一種鑽，包括有中心軸線的軸；形成在該軸上的碎屑輸送凹槽；帶有至少兩個切削刀片的鑽的頭部，所述切削刀片的每一個具有至少一個切削刃，所述至少一個切削刃被限定在一個碎屑破裂表面和一個第一退切表面之間，所述至少一個切削刃包括一個外側的直刃部分，一個在軸的中心軸線附近的彎曲的切削刃部分和一個相鄰的增強斜面；為了在鑽削過程作為定中心裝置，所述至少一個切削刃恰好在所述中心軸線附近並且終止於在所述切削刀片之間的橫刃，其中彎曲的切削刃部分的後面以一定方向朝內設置有一個沒有相鄰的增強斜面的直的主部分，該方向的取向與水平線近似成40-50度角，所述水平線延伸通過鑽的中心軸線。
2.根據權利要求1的鑽，其中在中心的橫刃有近似鑽的直徑的0.010-0.020倍的長度。
3.根據權利要求1的鑽，其中在橫刃方向和通過鑽中心的水平線之間的角度近似是44-67.5。
4.根據權利要求1的鑽，其中直的主部分鄰近於彎曲部分設置且沿朝內的方向設置有直的次部分，該直的次部分的取向與直的主部分成鈍角。
5.根據權利要求1的鑽，其中在中心軸線兩側上的直的主部分的徑向外端點之間的交叉點之間的徑向直線距離近似是鑽的直徑的0.17-0.21倍。
6.根據權利要求1的鑽，其中對於有近似3-20mm直徑的鑽，用於沿著所述至少一個切削刃的第一退切表面的間隙角近似是4-9度。
7.根據權利要求4的鑽，其中沿著凸曲線部分的和沿著由此向內設置的直刃部分的碎屑角近似是零度。
8.根據權利要求4的鑽，其中用於次間隙表面的間隙角近似是20-27度。
9.根據權利要求1的鑽，其中沿著一橫截面獲得的鑽中心區域的尺寸是鑽的外接圓的整個區域的近似48-52％，所述橫截面是在前部的鑽的頭部的後面一定軸向距離處。
10.根據權利要求1的鑽，其中鄰近每一個碎屑輸送凹槽設置一個肋，對於有近似3-20mm直徑的鑽，該肋的寬度近似是0.20-0.90mm。
11.根據權利要求1的鑽，其中一個平面的碾磨增強斜面沿著直刃部分和沿著彎曲刃部分設置，在有近似3-20mm直徑範圍的鑽內，該斜面的寬度近似是0.04-0.16mm。
12.根據權利要求1的鑽，其中刀片以近似138-142的角度設置。
13.根據權利要求1的鑽，其中每一個凹槽的徑向外部分被設置為一個基本平的碾磨表面，該表面的取向與徑向內側凹曲線部分成鈍角。
14.根據權利要求9的鑽，其中在碎屑輸送凹槽與鑽的外緣表面的相交點之間的外接圓的長度近似是鑽的外接圓總長度的25-31％。
15.根據權利要求1的鑽，其中至少鑽的前部分設置有TiALN層。
16.根據權利要求14的鑽，其中限定了碎屑輸送凹槽與鑽的外緣表面的相交點之間的距離的圓弧的長度近似是外接圓總長度的25-31％。
17.根據權利要求1的鑽，其中切削刀片由硬質合金製造並且作為與同樣材料製造的鑽軸成一體的部分被提供。
18.根據權利要求1的鑽，其中鑽的前部完全或部分由硬質合金製造，並且通過機械或扭矩抗力連接將所述鑽的前部與後面的鑽軸部分連接，所述後面的鑽軸部分由比硬質合金軟的材料製造。
19.根據權利要求1的鑽，其中直的主部分和延伸通過中心軸線的水平線之間的角度近似是42-48度。
20.根據權利要求1的鑽，其中在橫刃方向和通過鑽中心的水平線之間的角度近似是50-55度。
全文摘要
一種鑽，包括帶有碎屑輸送凹槽的軸和在它的前端至少帶有兩個切削刀片的鑽的頭部。每一個切削刀片帶有至少一個切削刃，切削刃限定在碎屑破裂表面和第一退切表面之間，並且其包括一個外側的直刃。在軸的中心軸線附近設置一個彎曲的切削刃部分，其連接一個相鄰的增強斜面。切削刃恰好在中心軸線附近並且終止於切削刀片之間的橫刃以作為一個定中心部分。彎曲的切削刃部分的後面以一定方向朝內設置有一個沒有相鄰的強制斜面的直的主部分，該方向的取向與延伸通過鑽的中心軸線的水平線近似成40－50度的角度。
文檔編號B23B51/00GK1652890SQ03811218
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月16日 優先權日2002年5月17日
發明者約爾根·弗裡森達爾 申請人:山特維克公司