专利名称：一种免磨钻头的制备方法及钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及钻头，具体涉及一种免磨钻头的制备方法及钻头。
背景技术：
在现有技术中，常规的钻头，如麻花钻包括备有至少一个螺旋出屑槽和 刃带的圆柱形刀体，其中出屑槽和刃带循螺旋角至前刀口。麻花钻的的后端 可在例如手动工具或钻床的夹头中固定。钻头的刀口为大致圆锥形，具有切 削刃，由此一对径向相对的切削刃由带槽刃带的导面和形成带槽刃带端面的 钻头的侧面界定。每个带槽刃带的外周都在其前沿具有径向突起部，径向突 起部有所不同地称为刃带、圆柱形刃带和支持边。这两个支持边沿带槽刃带 的长度延伸。
这种常用钻头，由于钻身和钻头是一体铸造而成的，当钻头被磨损以后， 就需要重新打磨，由于钻头重磨比较困难，且打磨一个旧钻头比购买一个新 钻头的价格还要高，因此使用者在钻头磨损以后往往直接把旧钻头扔掉，造 成了材料和金钱的浪费。
现有技术中的多尖刃钻，亦称"群钻"，这种钻头具备高速、轻巧省力、 排屑方便、使用寿命长、加工质量好、生产效率可提高一至三倍等多种优点， 被誉为世界上独一无二的钻头。专家们称之为"机械工业金属切削行业中的一
项重大革新"。1964年在北京召开的四大洲科学讨论会上，"倪钻"赢得了到 会44个国家和地区科学家们的赞誉，1986年获得联合国世界产权组织金质 奖章和证书。但这种钻头由于钻型复杂，同样存在刃磨难，重磨难的问题， 因此一直不能推广使用。现在虽然解决了刃磨难题，但重磨难的问题仍旧存 在，所以，这种优秀的钻头一直也没能推向市场，同时，由于生产钻头的材 料往往比较坚硬，加工难度也很大。因此如何制备性能优良、结构稳固、可 换头式的免磨钻头，便成为各方人士努力解决的问题。
目前也出现了一些可换头式的免磨钻头，其通过将钻身与钻头分开制造、装配后使用的方式，克服了传统钻头的一些弱点。但是，由于其在钻身上所 设置的凹槽截面通常为矩形、其侧壁为平面，其置入切削头后，由于切削头 的截面也是与凹槽相适配的矩形、其侧壁也为平面，其存在着装配时候的定 位不准确、连接不紧密，以及工作时扭矩的作用力越靠近钻身圆周部分则越 大、越靠近圆心的部分则越小，使凹槽侧壁容易发生变形、损坏，钻身的寿 命不够长。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是针对现有免磨钻头技术中制造、定位 等存在的上述问题，提供一种可以精确加工免磨钻头的方法，该方法可以精 确加工并可使钻身、钻头准确定位、密切配合，钻头整体可承受扭矩大、且 可承受频繁、高速正反转工作环境；钻身可以被多次重复使用，寿命长，其 切削部分可以随时更换。
本发明要解决的问题还包括，提供一种采用上述方法制备的免磨钻头。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是
一种免磨钻头的制备方法，其包括钻身及可拆卸的连接在该钻身前端的 切削刀片，其特征在于，其包括如下步骤
(1) 根据设定的深度和宽度，在所述钻身前端设置一用来容置所述切削 刀片的螺旋凹槽，该螺旋凹槽的两内侧壁均为弧形面，且该两弧形面呈中心 对称，使该螺旋凹槽的整体轮廓呈"S "形；所述的各弧形面展开后为一平 行四边形；
(2) 制备与所述钻身上螺旋凹槽内壁形状相适配、侧壁为两个对称弧形 面的切削刀片；
(3) 将所述切削刀片置入钻身螺旋凹槽中，并连接，制得免磨钻头； 所述的步骤(1)与步骤(2)，无先后顺序；
(4) 将磨损的旧切削刀片取下，将新的切削刀片置入钻身螺旋凹槽中， 并连接，制得新的免磨钻头。所述步骤(1)，具体地是在所述钻身的前段，线切割出一用来容置所述 切削刀片的螺旋凹槽，该切割过程包括三个阶段①将切割线对准钻身前端 面中部，轴向匀速向前推进钻身同时使其正向匀速旋转，直至旋转角度等于 (X时停止推进和旋转；②横向移动钻身，到达与第一阶段停止位的中心对称 位置；③轴向匀速退回钻身同时使其反向匀速旋转，直至旋转角度等于a时 停止退回和旋转，使切割线离开钻身前端面中部位置，内部切割部分脱落， 形成一内侧壁为弧形面的螺旋凹槽，两弧形面呈中心对称。
根据预设螺旋凹槽宽度，在所述的钻身前端面上设置两切入点A、 C， 切割线为AC;设置一过A点且垂直于轴线的端平面PT，设置一过A点及轴线 的立面Pc，设端平面P 与轴线的交点为O，钻身半径为r;所述步骤(1)的 阶段是切割线由点A、 C移至点D、 F，自A点引垂线与直线DF所在的水平 面相交于B点；以O为圆心、以r为半径水平做圆Pz,则点A、 B、 D的投 影A，、 B，、 D，都位于该圆周上，且B，与A，位置重合，ZA，OD，的数值 n=180tanaAnr。
所述F点在平面在所述圆Pz内的投影为F '，所述的步骤(1 )的第二 阶段是根据预设螺旋凹槽深度由点D、 F水平切割至点E、 H;其第三阶段 是由点E、 H轴向旋转切割至点G、 I;其中所述点A、 C移至点D、 F，及 由点E、 H轴向旋转切割至点G、 I，其旋转的角度均相同，即ZA，OD， =ZC，OF，二n,且ZA，OC，二 ZD，OF'。
所述的ADCF四点的展开图，为一平行四边形，其中AC〃DF， AD 〃CF， ZCAD=90° 一180tano/Trr, A， C， =D， F，， C， O二F， 0。
所述的旋转角度a，其取值范围为10°》a》60。。 一种采用前述免磨钻头制备方法的免磨钻头，其特征在于，所述钻身螺 旋凹槽的两侧壁均为弧形曲面，使该螺旋凹槽轮廓形成的"S "形；所述切 削刀片的两侧面均为与所述螺旋凹槽侧壁相适配的弧形曲面，使该切削刀片
整体轮廓也形成可置入所述螺旋凹槽内的"S"形；所述的螺旋凹槽的侧壁上对称设有两开孔，所述切削刀片上对应位置也设有两螺丝孔，二者通过穿 过所述开孔的螺丝，可拆卸式的连接在一起。
本发明的有益效果是本发明所述提供的钻身的制备方法，由于其在钻 身前段制备了一整体轮廓为"S"形、侧壁为弧形曲面的螺旋凹槽，以及与其 相适配的可拆卸式切削刀片，当切削刀片嵌入该螺旋凹槽内，二者的配合更 为密切，定位更为容易、牢固；同时由于其各接触面均为曲面，使其在传递
扭矩时，可将其承受的扭矩合理分散到接触面的其它部分，减少靠近圆周一 侧钻身的受力，因为其承受扭矩的能力大大增强，并适用于高速、大扭矩、
频繁正反转条件下的钻孔作业；本发明提供的切削刀片的制造方法，精度高、 生产效率高。本发明提供的免磨钻头，通过将切削刀片以可拆卸的方式的安 装到钻身的"S"形螺旋凹槽内，结构简单合理，而且切削刀片轴向、周向定 位牢固，并不容易产生松动；在旧的切削刀片磨损时，仅需将其取下直接换 上一个新的，即可恢复钻头结构、继续钻削作业。
本发明提供的钻头制备方法及钻头，其操作简单，避免了材料的浪费， 从而有效地解决了现有技术存在的钻头制造困难及重磨难题，提高了钻头的 工作效率、受力强度，增大了其适用范围，并适合此类钻头的大批量产业化 生产。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例免磨钻头的立体结构示意图； 图2为图1中钻身及切削刀片的分解结构示意图； 图3为图1中钻身的结构示意图； 图4为图1中钻身制备过程示意图； 图5为图4的结构原理分析示意图;
图6为图5中螺旋线AD与该垂线AB的展开结构示意图； 图7为图5中凹槽侧壁ADDF的展开结构示意图； 图8为图5中平面Pz的结构比例示意图；图9为图5中螺旋凹槽的结构比例示意图。
具体实施例方式
参见图1至图9，本发明提供的免磨钻头的制备方法，其包括钻身1及 可拆卸的连接在该钻身前端的切削刀片2，其包括如下步骤
(1) 根据设定的深度和宽度，在所述钻身1前端设置一用来容置所述切
削刀片2的螺旋凹槽5，该螺旋凹槽5的两内侧壁51、 52均为弧形面，且该 两弧形面呈中心对称，使该螺旋凹槽5的整体轮廓呈"S "形；所述的各弧 形面51、 52展开后为一平行四边形；
(2) 制备与所述钻身2上螺旋凹槽5内壁形状相适配、侧壁为两个对称 弧形面的切削刀片2;
(3) 将所述切削刀片2置入钻身螺旋凹槽5中，并连接，制得免磨钻头； 所述的步骤(1)与步骤(2)，无先后顺序，可先进行其中之一或分别
同时进行，以加快生产效率；
(4) 将磨损的旧切削刀片2取下，将新的切削刀片2置入钻身螺旋凹槽 5中，并连接，制得新的免磨钻头。
螺旋凹槽5深度和宽度的设定， 一般是根据钻身l的直径、切削刀片与 钻头系列的用途、工作要求、性能要求等情况进行确定。
所述的步骤(1)，其具体包括如下步骤在所述钻身1的前端，采用线 切割方式加工出一用来容置所述切削刀片2的螺旋凹槽5，该切割过程包括 三个阶段①根据预设的螺旋凹槽5宽度，将切割线对准钻身前端面，轴向匀 速向前推进钻身1同时使其正向匀速旋转，即对钻身1进行螺旋切割，其向 前推进和旋转所形成的螺旋角度与钻头螺旋凹槽5的角度a相同；②当螺旋 切割到设定的螺旋凹槽5深度时，螺旋切割停止，横向移动钻身1，直至与 第一阶段停止位的中心对称位置；③轴向匀速退回钻身，同时使其反向匀速 旋转，即对其进行反向螺旋切割，其轴向匀速退回和反向匀速旋转所形成的螺旋角度和钻头螺旋凹槽5的角度a相同，反向螺旋切割至钻身前端面，切 割停止，使切割线离开钻身1前端面中部位置，内部切割部分脱落，形成一 内侧壁为弧形面51、 52，底面为平面53的螺旋凹槽5，该两弧形面中心对称。 具体的，步骤(1)包括如下步骤
(11) 设钻身1的半径为r，切削刀片2中心横截面厚度为h;在所述的 钻身1前端面上设置两切入点A、 C，切割线为AC;该切割线中点到钻身l 轴线L的垂直距离I,其数值为Ph;
(12) 设置一过^点作与钻头轴线L垂直的投影面、即过J点的端平面 P。设置一过^点及钻头轴线L作与端平面垂直的剖面Pc，设端平面/V与轴 线的交点为O，钻身半径为r;其中所述步骤(1)的阶段①是切割线由点A、 C切割至点D、 F，过DF作与端平面&平行、与剖面Pc、钻头轴线L垂直
的平面户n;自A点在剖面Pc上引一与钻头轴线L平行的垂线，其与平面Pn
相交于点B ;设直线AB的长度为1个单位，在螺旋线AD与该垂线AB的 展开图中，^、 5、 D三点连线为一直角三角形A^8D， ZR4D-fl ， 5￡)= tan"5= tan";以O为圆心、以钻头半径r为半径、在端平面A上作圆P，， 则」、B、 D在该圆上的投影T、 S'、 D'都位于圆周上，^'、 5'两点重合； 圆弧AD'二^i)，圆弧j'i)'的圆心角，即^'0与D'0的夹角"=1^^;
在螺旋切割时，^、 C点都是围沿着钻头轴线L转动同样的角度；Z" = A'
所述的步骤(1 )的阶段②是当螺旋切割至D、 F时，停止螺旋，钻身 1水平切割至N、 G点时，水平切割停止，此时N点与F点、G点与D点，相 对于轴线L分别呈180度中心对称；
所述的步骤(1)的阶段③是当水平切割至N、 G时，水平切割停止钻身1水平轴向匀速退回，钻身1同时使其反向匀速旋转，即反向螺旋切割， 其轴向匀速退回和反向匀速旋转所形成的螺旋角度和钻头螺旋螺旋凹槽的角
度a相同，反向螺旋切割至钻身1端面上的Z点与K点后停止；此时，该Z
点与C点，K点与A点，相对于轴线L分别呈180度中心对称；
所述钻身1切割后的螺旋凹槽5的横截面为AC/G/A^ ; 其中槽宽////'=2/ ， (9// = ^ = A， J'C' = ;i;，
其中ffi/'、 ^C'的取值范围为0< h《丄r;丄,< y《1.5r
2 2
则C'/f = J'77-^'CW一-/ 2 -y
因此设从^点切割到"、垂直长度^5=1个单位
① ^、 Z)两点在PT上的投影D'、 ^'位于端平面Pr上以点(9为圆心、r 为为半径的圆P的圆周上；
② C、 F两点在PT上的投影C'、尸位于端平面iV上以O为圆心、 |2+/-2;;V^^为半径的圆,的圆周周上；
③ D点在A上的投影D'与圆心0的连线Z)'O与^点在A上的投影」'与
圆心0的连线10的夹角"=^^ ; F点在A上的投影尸与圆心
O的连线F，O与C点在&上的投影C'与圆心0的连线C'0的夹角 , 180tana
④ ^C与胂在Pc上投影平行，且^C、,在A上的投影垂直于钻头 轴线L ;所述螺旋切割角度a与钻身螺旋凹槽5的螺旋角度相同。
所述的步骤(2)，制备切削刀片2，其包括如下步骤
(21) 制备一长度数倍于切削刀片2单体长度的螺旋柱状胚体；
(22) 循环重复步骤(1)中所述的阶段①，将所述胚体一侧材料切除后，再在其另一侧重复阶段③，或分别在所述胚体两侧重复所述的阶段①或③，
制得设有螺旋曲面的胚体；
(23) 将所述胚体按照设定的切削刀片2单体长度进行切割，分割为多 个切削刀片单体2 ;
(24) 将各切削刀片2单体前端面磨刃，制得切削刀片单体2成品。 本实施例仅举出了采用线切割的方式对钻身、钻头进行制备，但是本发
明并不限于该方式，其它实施例中，也可以采用车、铣、包IJ、磨、铸等方式 或方法，对所述钻身、钻头进行制备。
一种采用前述方法所制备的免磨钻头，其钻身2螺旋凹槽5的两侧壁 51、 52均为弧形曲面，使该螺旋凹槽5整体轮廓呈"S"形；所述切削刀片 2的两侧面均为与所述螺旋凹槽5侧壁相适配的弧形曲面，使该切削刀片2 轮廓也形成所述"S"形，并可置入螺旋凹槽5内，二者可紧密配合；所述的 螺旋凹槽5的两侧壁51及52上对称各设有一螺丝孔3，所述切削刀片2上 对应位置也各设有一幵孔4， 二者通过穿过所述开孔4并连接该螺丝孔3的 螺丝6，可拆卸式的连接在一起。
如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似方法或结构，而得到的 其他免磨钻头的制备方法及钻头，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种免磨钻头的制备方法，其包括钻身及可拆卸的连接在该钻身前端的切削刀片，其特征在于，其包括如下步骤(1)根据设定的深度和宽度，在所述钻身前端设置一用来容置所述切削刀片的螺旋凹槽，该螺旋凹槽的两内侧壁均为弧形面，且该两弧形面呈中心对称，使该螺旋凹槽的整体轮廓呈“S”形；所述的各弧形面展开后为一平行四边形；(2)制备与所述钻身上螺旋凹槽内壁形状相适配、侧壁为两个对称弧形面的切削刀片；(3)将所述切削刀片置入钻身螺旋凹槽中，并连接，制得免磨钻头；所述的步骤(1)与步骤(2)，无先后顺序。
2. 根据权利要求1所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于，所述的步 骤(l),其包括如下步骤在所述钻身的前端，线切割出一用来容置所述切削 刀片的螺旋凹槽，该切割过程包括三个阶段①根据预设螺旋凹槽宽度，将切割 线对准钻身前端面，轴向匀速向前推进钻身同时使其正向匀速旋转，即对钻身 进行螺旋切割，其向前推进和旋转所形成的螺旋角度与钻头螺旋凹槽的角度^ 相同；②当螺旋切割到设定的螺旋凹槽深度时，螺旋切割停止，横向移动钻身， 直至与第一阶段停止位的中心对称位置；(D轴向匀速退回钻身，同时使其反向匀速旋转，即对其进行反向螺旋切割，其轴向匀速退回和反向匀速旋转所形成 的螺旋角度和钻头螺旋凹槽的角度a相同，反向螺旋切割至钻身前端面，切割 停止，使切割线离开钻身前端面中部位置，内部切割部分脱落，形成一内侧壁 为弧形面的螺旋凹槽，两弧形面中心对称。
3. 根据权利要求2所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于，其还包括 如下步骤(4) 将磨损的旧切削刀片取下，将新的切削刀片置入钻身螺旋凹槽中，并连接，制得新的免磨钻头。
4. 根据权利要求3所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)，还包括如下步骤(11)设钻身的半径为r，切削刀片中心横截面厚度 为h;在所述的钻身前端面上设置两切入点A、 C，切割线为AC;该切割线中 点到钻身轴线L的垂直距离I，其数值为Ph。
5. 根据权利要求4所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)，还包括如下步骤(12)设置一过^点作与钻头轴线L垂直的投影面、即过^点的端平面A ， 设置一过^点及钻头轴线L作与端平面垂直的剖面Pc ，设端平面A与轴线的交 点为O，钻身半径为r;其中所述步骤(1)的阶段①是切割线由点A、 C切割 至点D、 F，过D F作与端平面/V平行、与剖面Pc 、钻头轴线L垂直的平面/V，；自A点在剖面Pc上引一与钻头轴线L平行的垂线，其与平面Pn相交于点B;设直线AB的长度为1个单位，在螺旋线AD与该垂线AB的展开图中，^ 、 B 、 "三点连线为一直角三角形/U5Z)， ^&4￡)=" ， 5￡> = 1&11^45= tana;以O为 圆心、以钻头半径r为半径、在端平面A上作圆P，，则^、 5、 Z)在该圆上 的投影A、 S'、 Z)'都位于圆周上，A、 F两点重合；圆弧^'/)' = 5￡>，圆弧丄D'的圆心角，即丄O与D'O的夹角"=1^^; 在螺旋切割时，^、 C点都是围沿着钻头轴线L转动同样的角度；Zw = Z ，
6. 根据权利要求5所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于所述的步 骤(1)的阶段②是当螺旋切割至D、 F时，停止螺旋，钻身水平切割至N、 G点时，水平切割停止，此时N点与F点、G点与D点，相对于轴线L分别呈 180度中心对称。
7. 根据权利要求8所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于其中，所 述的步骤(1)的阶段③是当水平切割至N、 G时，水平切割停止，钻身水平轴向匀速退回，钻身同时使其反向匀速旋转，即反向螺旋切割，其轴向匀速退 回和反向匀速旋转所形成的螺旋角度和钻头螺旋凹槽的角度Ot相同，反向螺旋切割至钻身端面Z点与K点后停止，该Z点与C点，K点与A点，相对于轴线 L分别呈180度中心对称。
8. 根据权利要求7所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于所述钻身切割后的螺旋凹槽横截面为IC/G/A^;其中槽宽////'=2//， 0// = ^ = /z， ^'C'二；;， 其中i/ZT、丄C'的取值范围为0< h《丄r;丄/"< y《1.5r2 2贝'J:C'// = ,//-W = V,-/ 2 -yc'o=Vc'//2+m 2 "(V,-^"-力2+/22 42+/-2W,-V因此设从^点切割到d、垂直长度^^ = 1个单位① ^、"两点在PT上的投影Z)'、 A位于端平面Pr上以点O为圆心、r为 为半径的圆P的圆周上；② C、 F两点在PT上的投影C'、 F'位于端平面A上以O为圆心、 J2+y-2j;>/^f为半径的圆,的圆周上;③ "点在Pr上的投影Z)'与圆心0的连线Z)'O与^点在Pr上的投影A与圆心0的连线^4'0的夹角"=^^ ; F点在A上的投影F'与圆心O的连线F'O与C点在Pr上的投影C，与圆心O的连线C，O的夹角， 180t謹 w ="=-;④ ^C与Z^在Pc上投影平行，且XC、 Z^在A上的投影垂直于钻头轴 线L ;所述螺旋切割角度(x与钻身螺旋凹槽的螺旋角度相同。
9. 根据权利要求8所述的免磨钻头的制备方法，其特征在于，所述的步 骤(2)，还包括如下步骤(21 )制备一长度数倍于切削刀片单体长度的螺旋柱状胚体；(22) 循环重复步骤(1)中所述的阶段①，将所述胚体一侧材料切除后， 再在其另一侧重复阶段③，或分别在所述胚体两侧重复所述的阶段①或③， 制得设有螺旋曲面的胚体；(23) 将所述胚体按照设定的切削刀片单体长度进行切割，分割为多个切 削刀片单体；(24) 将各切削刀片单体前端面磨刃，制得切削刀片单体成品。
10. —种采用权利要求1 9之一所述方法制备的免磨钻头，所述钻身螺 旋凹槽的两侧壁均为弧形曲面，使该螺旋凹槽整体轮廓形成"S"形；所述切 削刀片的两侧面均为与所述螺旋凹槽侧壁相适配的弧形曲面，使该切削刀片整 体轮廓也形成可置入所述螺旋凹槽内的"S"形；所述的螺旋凹槽的两侧壁上 对称各设有一螺丝孔，所述切削刀片上对应位置也各设有一开孔，二者通过穿 过所述开孔并连接该螺丝孔的螺丝，可拆卸式的连接在一起。
全文摘要
本发明提供了一种免磨钻头的制备方法，其包括钻身及可拆卸的连接在该钻身前端的切削刀片，其特征在于，其包括如下步骤(1)根据设定的深度和宽度，在所述钻身前端设置一用来容置所述切削刀片的螺旋凹槽，该螺旋凹槽的两内侧壁均为弧形面，且该两弧形面呈中心对称，使该螺旋凹槽的整体轮廓呈“S”形；所述的各弧形面展开后为一平行四边形；(2)制备与所述钻身上螺旋凹槽内壁形状相适配、侧壁为两个对称弧形面的切削刀片；(3)将所述切削刀片置入钻身螺旋凹槽中，并连接，制得免磨钻头。所述的步骤(1)与步骤(2)，无先后顺序。本发明还提供了采用前述方法制备的免磨钻头。
文档编号B23B51/02GK101502927SQ200810184739
公开日2009年8月12日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者骆权德 申请人:东莞市微创工具科技有限公司