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CN1056107C - 在金属实心材料中钻孔的钻孔工具 - Google Patents

在金属实心材料中钻孔的钻孔工具 Download PDF

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Abstract

提供了一种在实心材料中钻孔的钻孔工具，它有一个含有排屑槽(5、5a)的基体(1)和至少两个装在基体(1)端部每一个排屑槽(5、5a)端各一个凹槽(4、4a)内可更换的刀片(3、3a)。刀片以不同的径向距离装在基体上，所以它们的工作范围部分重叠。刀片(3、3a)的刀口(12)由两个互相形成钝角，亦即刀尖角(11)的刀刃(8、9)构成。刀口(12)的切屑面(13)按滑动槽的型式制有有效的并列的切屑成形肋(14、14a)，它们在刀刃(8、9)区与它们接近正交地定向，并从那些起它们大体上沿排屑方向，以弧状曲线相对于其安装位置径向向内地，朝邻近钻孔工具轴线(7)的刀片(3、3a)侧面(17)方向伸出。

Description

在金属实心材料中钻孔的钻孔工具
本发明涉及一种在金属实心材料中钻孔的钻孔工具，有一个含有至少一个排屑槽的基体，有至少一个装在基体端部每一个排屑槽端凹槽内可更换的可换位刀片以及有一个刃口，它最好由两个互相形成一个钝角的刀尖角的刀刃构成。
这类钻孔工具在实际工作中通常又称为刀片可换位式的钻头。
在采用这种可换位刀片的钻头钻孔时，切屑原则上弧形弯曲地从刀刃流出。切屑的弯曲是由于在刀刃的各个点或局部区切削速度不同引起的。切屑原则上从孔壁沿径向向内朝钻孔工具轴线的方向流动。
这类按照先有技术的钻孔工具备有可换位的刀片，它们的切屑面带有切屑成形台。在切屑面上的这些切屑成形台的方向大体上平行于主切削方向(EP0 181844B1)，即便涉及的是按点状凸起型式的在切屑面上结节状结构也是如此(US 4215957A)。因此按传统的切屑成形是由于排出的切屑在途中遇到障碍造成的。切屑因而在大力作用下塑性变形，并向一个新的方向偏转。
本发明的目的是提供一种前言所述类型配有切屑成形装置的钻孔工具，这种装置有利于切屑经排屑槽排出。此目的通过下述措施达到。根据本发明提供一种在金属实心材料中钻孔的钻孔工具，有一个含有至少一个排屑槽的基体，有至少一个装在基体端部每一个排屑槽端凹槽内可更换的可换位刀片以及有一个刃口，它最好由两个互相形成一个钝角的刀尖角的刀刃构成，其特征为：刃口的切屑面按滑动槽的型式制有有效的并列的切屑成形肋，它们在刃口亦即刀刃区与它们接近正交地定向，从那里起它们大体上沿着排屑的方向，以弧状曲线相对于其安装位置径向地向内，朝邻近钻孔工具轴线的刀片侧面方向延伸出口。
装在钻头基体端部每一个排屑槽端各一个凹槽中的可更换的可换位刀片设计为，它的切屑面按滑动槽的型式，制有有效的彼此并列的切屑成形肋。在可换位刀片的刀刃区，滑动槽相对于刀刃接近正交地定向，从那里起它们大体上沿着排屑的方向，以弧状曲线相对于其安装位置径向地向内，朝邻近钻孔工具轴线的刀片侧面方向延伸。在这种情况下，切屑成形肋或切屑成形槽的弧形曲线选择为，它基本上相应于切屑的自然或最佳的排出方向。在钻孔时，切屑的这一排出方向并不是绝对保持不变的。由于各种例如因变更进给速度、工作材料等引起的影响，切屑偏离其理想的排出方向，其结果是使所形成的切屑卷或切屑螺旋，不是无干扰地和尤其是低摩擦地从切屑腔排出。按本发明的切屑成形肋，由于它们协助切屑沿径向向内朝钻头轴线的方向呈弧形流出，所以避免了上述问题。切屑成形肋完全强制地保持排的切屑沿着其从刀刃排出的方向。也就是说，切屑成形肋或切屑成形槽也使切屑成形，因此在一定程度上形成强迫导引。切屑的这种波纹薄板状成形的另一个有利的效果是，使切屑沿其纵向有效地加强。螺旋状切屑的加强作用使切屑均匀成形，因而通过高度均匀地输送切屑改善了切屑从钻孔中排出。后续的切屑在一定程度上将前面形成的切屑从钻孔中排出。在钻孔工具与钻孔孔壁之间卡住这种较大的切屑卷的情况几乎不可能发生。
切屑成形肋最好朝它们的出口方向连续地弯曲。由此保证切屑在切屑成形肋上或在位于切屑成形肋之间的切屑成形槽中的滑动运动，尽可能无摩擦和无阻力地进行。切屑成形肋最好一直延伸到在其安装位置沿径向里面并邻近钻孔工具轴线的侧面区，在那里以一个相对于钻孔工具轴线大体正交的方向出口。因此，切屑的导引实际上沿着对钻孔工具轴线为径向延伸的刀片全部宽度进行。从而保证切屑按一个准确规定的角度碰撞在排屑槽内壁上，并从那里尽可能低摩擦地进一步输送。
切屑成形肋通过彼此并列和有间距的槽或切屑成形槽构成，切屑成形肋在横剖面中大体为圆弧形或椭圆形。这种设计是为了满足摩擦尽可能小地排出切屑的要求。切屑成形肋还可以具有大体为梯形的横剖面形状，此时，梯形的侧面设计为凹形的。采用这种形状，尤其是采用由切屑成形肋的顶面与凹的侧面构成比较尖利的棱边，改善了切屑与切屑面之间的形状相配的接触，并因而改善了切屑的强迫导引。
槽或切屑成形槽最好贯穿可换位刀片的刀刃。因此，切屑成形肋或位于它们之间的切屑成形槽在从被加工材料上切出的切屑背面的成形，实际上与切屑的形成亦即切出切屑同时进行。由于材料在上述时刻仍有较大变形能力，所以切屑成形肋在切屑背面进行明显的成形，因此改善了切屑与切屑成形肋之间形状相配的接触，并因而改善了切屑的强迫导引。若切屑成形槽同样贯穿刀片在装配位置沿径向向内邻近钻孔工具轴线的侧面区，也是有利的。于是切屑可以无阻力地从可换位刀片导入排屑槽区域内。
刀片的切屑面设计为凹形的优点在于，在切削过程形成的切屑通过刀片的凹陷或通过刀片的槽状造型变形为，使切屑以一个钝角碰撞在排屑槽壁上。通过刀片的槽形，切屑已经变形为使螺旋切屑或切屑卷的直径能毫无困难地进入提供使用的切屑腔容积内。因此，与按本发明的切屑强迫导引配合作用，保证切屑从切屑腔最佳地排出。
在许多情况下甚至在大多数情况下可能有重要意义的是，使切屑成形肋或切屑成形槽比相应于无阻碍地排屑更加剧烈地弯曲。这意味着，切屑在邻近钻头轴线的区域内比在其他外部区受到切屑成形肋或切屑成形槽更强烈的制动。
下面借助于附图表示的实施例详细说明本发明的对象。其中：
图1按本发明有两个可换位刀片的钻孔工具在钻尖一侧的端部透视图；
图2按图1的可换位刀片放大透视图；
图3按图1的钻孔工具透视图，示意表示在可换位刀片的刃口工作区切屑的形成；
图4可换位刀片另一种实施形式俯视图；
图5沿图4中箭头V方向的可换位刀片的视图；
图6沿图4中线VI-VI的横剖面；
图7沿图4中箭头VII方向的视图；以及
图8按本发明设计的三角形可换位刀片。
钻孔工具主要由基体1和装在钻尖2区域内并设计为可换位刀片的刀片3、3a组成。刀片3、3a置入凹槽4、4a内，并在那里例如用螺钉固定。为此目的，刀片有中央固定孔6。它们位于与基体1的中心线有不同的径向距离处，这两个刀片3、3a的工作范围互相邻接，略有重叠。中心线形成钻孔工具轴线7。刀片3、3a可具有一个长的、大体类似长方六面体的轮廓形状(图1和4)，但也可以是所谓三角形刀片(图8)。两种刀片形状的一个共同特征是，总是存在两个处在切削中的刀刃8、9，它们在刀尖10相交并形成一个钝的刀尖角11和共同构成刀片的刃口12。当然，刀片也可以采用更简单的基本几何形状，例如正方形、三角形、菱形的轮廓形状，其中，刃口不是由多个分刃口组成的。
切屑面13可以是平的，或也可以，甚至最好是按照弧形槽的型式或尤其在三角形刀片时设计成勺形凹陷的。按本发明为每个刃口12配设的切屑面13上，通过相应的槽制有按滑动槽型式的有效的并列设置的切屑成形肋14。切屑成形肋14的特点在于是一种特殊的弧形曲线。在刀刃8、9的区域，它们起先大体与刀刃8、9成正交地延伸，也就是说与刀刃8、9大体上近似于成直角(参见图2中的线22)延伸。从那里起它们沿切屑排出方向，亦即朝钻孔工具的钻孔工具轴线的方向沿径向向内弯曲。
如上所述，切屑成形肋14通过在切屑面13中制成槽状凹槽亦即切屑成形槽15构成。切屑成形槽15的走向选择为，使在它们之间的切屑成形肋14能够具有按本发明的走向。如图1-3所示，切屑成形槽15在刃口12亦即刀刃8和9之前一定距离处终止。在切屑成形槽15的端头与刃口12之间总是设有横档16。这种设计的优点是加工技术简单。横档16的宽度应尽可能小，以便从工件上切下的切屑材料能流入切屑成形槽。在形成切屑的时刻，与逐渐远离刃口作用地点后的情况相比，工件材料还处于容易塑性变形的状态。因此横档16的宽度越小，切屑成形槽的末端越靠近所形成的切屑可以塑性变形的区域。出自于稳定性的原因，横档16宽度的减小当然是有极限的。在邻近钻孔工具轴线7的侧面17，切屑成形肋14相对于钻孔工具轴线7或相对于侧面17的侧棱18具有大体正交的方向。在处于使用中的刃口12与刀片3邻近轴线的侧面17之间延伸着切屑成形肋的弧线，它在其两个肋端之间具有最好连续的曲率或弯度。在侧面17区内，切屑成形槽15不在侧棱18前面终止，而是贯穿侧棱18。因此侧棱18在切屑成形槽15的贯通区成为波纹形变化。采用这种设计保证切屑无阻力地排出和能转移到钻孔工具的排屑槽区域内。
为了附加地有利于切屑的弧形排出，使刀刃8或9的切削角随着离开钻头轴线7距离的不断增加最好正的增加。因此在刃口沿径向在外面的区域内切屑压缩应变较小。沿整个切屑宽度的这种不同的切屑压缩应变，有助于切屑变形成螺旋状。在图3中示意表示了切屑螺旋19的形成。在此图中还表示了，切屑成形肋14和切屑成形槽15在切屑形成过程切屑螺旋19面对切屑面13的背面20上，形成在一定程度上按波纹板状型式的波纹21。
在图4至7中表示了按本发明的刀片3b，它在其切屑面13弧状地并且总是从刃口12弧状地向侧棱18延伸。如已在图1至3表示的刀片3、3a中那样，在所讨论类型的可换位刀片中流行的是，按对称结构存在第二刃口12和经二切屑成形肋14以及切屑成形槽15，在这种情况下存在一条成对的对称轴线，它由固定孔6的中心线23构成。这种刀片36与图1至3所示刀片的主要区别在于，切屑成形槽15贯穿刃口12。因此沿图4中箭头VII的方向或沿刀片3b的纵向延伸方向看，刃口12有一种大体波纹形曲线。因此刃口12、12′具有凹的凹陷24，它们被切屑成形槽15彼此分开，这种设计的结果是，切屑成形肋14和切屑成形槽15的负成象在切屑形成时直接进行，因为在刃口12与切屑成形槽15之间不存在横档。切屑螺旋19从工件材料上被切下时从一开始起便带有波纹板状的波纹背面20(相应于图3)。在这种设计中，切屑成形肋14和切屑成形槽15在切屑螺旋背面20上形成的波纹板状波纹21的形状，比在图1-3实施形式中的更加清晰。在背面20、切屑面13与切屑成形肋14和切屑成形槽15之间的形状相配接触，并因而切屑螺旋19的强迫导引更加鲜明。因此，在刀片3b的情况下，切屑变形特性和尤其是沿切屑排出方向的强迫导引更为突出。
图8表示了一种三角形刀片30。这种三角形刀片总共有三个刃口31a、31b和31c，它们总是通过处于切削状态的刀刃8、9构成。这种三角形刀片30在其切屑面13上，除了上面已介绍过的弧状弯曲的切屑成形肋35外，还有三个径向肋32a、32b、32c，它们分别大体上沿刀顶33与三角形刀片中心之间的连线延伸。设在径向肋32a、32b、和32c区域内的切屑成形肋35中至少一个汇入径向肋32a、32b、32c中。为刀刃8a总共配设三个切屑成形肋35，其中的与刀顶33a相邻的两个汇入径向肋32a中。在为刃口31c或刀刃9c配设的切屑成形肋35中，只有与刀顶33a相邻的那个切屑成形肋35才汇入径向肋32a。相应的情况也存在于为刀顶33b和33c所配设的切屑面区域内。除了那些离刀顶33a、33b、33c最近的以外，所有的切屑成形肋35以及还有径向肋32a、32b、和32c均汇入固定孔6，亦即它们一直延伸到孔边。与按图1或4的刀片不同，在切屑成形肋35之间所设的凹陷，被设置成较宽和较少的槽形。当人们想象切屑成形肋35和径向肋32不存在时，这种设计便使覆盖面或切屑面13成为一种连续变化的、必要时为凹形的或勺状的面。
径向肋32用于使被刃口，例如刃口31，从工件上切出的并沿箭头方向34在径向肋32a上运动的切屑，按导屑台的型式从切屑面13抬起。由此防止切屑侧向碰撞在在装配状态位于钻孔工具轴线7近处的刃口31c的一个切屑成形肋上，并因而避免不可控制地偏离最佳排屑方向。在三角形刀片的情况下也采用凹的或勺状凹陷的切屑面13，对于形成切屑螺旋可能也是有利的。

Claims (14)

1.在金属实心材料中钻孔的钻孔工具，有一个含有至少一个排屑槽(5、5a)的基体(1)，有至少一个装在基体(1)端部每一个排屑槽(5、5a)端凹槽(4、4a)内可更换的可换位刀片(3、3a)以及有一个刃口(12)，它最好由两个互相形成一个钝角的刀尖角(11)的刀刃(8、9)构成，其特征为：刃口(12)的切屑面(13)按滑动槽的型式制有有效的并列的切屑成形肋(14、14a)，它们在刃口(12)亦即刀刃(8、9)区与它们接近正交地定向，从那里起它们大体上沿着排屑的方向，以弧状曲线相对于其安装位置径向地向内，朝邻近钻孔工具轴线(7)的刀片(3、3a)侧面(17)方向延伸出口。
2.按照权利要求1所述之工具，其特征在于切屑成形肋(14、14a)朝其出口区方向弯曲的连续性。
3.按照权利要求1或2之一所述之钻孔工具，其特征为：具有连续的弧形曲线的切屑成形肋(14、14a)沿径向向内一直延伸到刀片(3、3a)的侧面(17)，在那里相对于钻孔工具轴线(7)具有一个大体正交的方向。
4.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：切屑成形肋(14、14a)通过彼此并列和有间距的槽或切屑成形槽(15)构成。
5.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：切屑成形肋(14、14a)在横剖面中看大体设计为圆弧形或椭圆形。
6.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：切屑成形肋(14、14a)在横剖面中看具有梯形的形状，梯形的侧面是凹形的。
7.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：切屑成形槽(15)贯穿刃口(12、12′)。
8.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：切屑成形槽(15)贯穿与刀片(3、3a)侧面(17)相邻的侧棱(18)。
9.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：至少有两个并列设置配属于刃口(12)的切屑成形肋(14、14a)。
10.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：刀片(3、3a)的切屑面(13)是凹形的。
11.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：切屑成形肋(14、14a)的曲率大于或窄于无阻碍地或最佳地排屑的曲率。
12.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：刀片是一种具有中央固定孔(6)的三角形刀片(30)，在它的切屑面(13)上设有三个径向肋(32a、32b、32c)，它们分别大体上沿着刀顶(33a、33b、33c)与三角形刀片(30)中心之间的连线延伸，以及，在径向肋中至少汇入一个与刀顶(33a、33b、33c)相邻的切屑成形肋(14)。
13.按照权利要求14所述之钻孔工具，其特征为：至少那些没有汇入径向肋(32a、32b、32c)中的切屑成形肋(14)，一直延伸到中央固定孔(6)。
14.按照权利要求1或2所述之钻孔工具，其特征为：位于远离钻孔工具轴线(7)的刀刃(9)的切削角，与同一个刀片(3、3a)中位置邻近钻孔工具轴线(7)的刀刃(8)的切削角相比，有一个更大的正的值。
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