专利名称：用于加工平底孔的钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及在通用材料上加工平底孔的工具，尤其涉及一种用于加工平底孔 的钻头。
背景技术：
很多应用中，在工件中形成一个末端为平底面的孔才能符合要求。目前，许多种类 的切削工具和钻削系统在加工平底孔的应用中得到了发展。现有技术中的一些切削工具使用第一支钻头加工出底孔，之后用第二支金属切削 工具加工出符合要求的平底面孔。现有技术设计用于加工平底孔的切削工具有很多缺点。一些用于加工平底孔的钻 头的切削刃被设计成可以实现加工平底孔的形状，但是这种钻头设置导致了一个单薄的区 域，在此类钻头上的一些点或线上经常出现崩损或裂纹。另一些现有加工平底孔的钻头在 钻削工程中所产生的切屑不能有效成形，因而导致钻头的过度磨损和切屑控制问题。此外， 在现有切削工具的切削刃还会引起很高的切削力，特别是轴向力。
实用新型内容针对现有技术所存在的上述问题，本实用新型旨在公开一种用于加工底面为实质 上为平面的孔所设计螺旋钻头。本实用新型的技术解决方案是这样实现的—种用于加工平底孔的钻头，具有一个中心轴，一个端刃，其特征在于所述端刃包 括两个峰面，其在接近中心轴线位置相交并形成横刃；一个曲线状第一切削刃部，其由第一横刃修薄面与至少一个所述峰面相交形成， 并从横刃处沿径向延伸；一个直线状第二切削刃部，其垂直于中心轴线，并从所述第一切削刃部沿径向延 伸；一个第三切削刃部，其从所述直线状第二切削刃部沿径向延伸；所述第三切削刃部是曲线状或是倒角的。进一步讲，所述第一切削刃部具有恒定的曲率半径。所述两个峰面与第二切削刃部成大约10度-25度的Y角。所述两个峰面与水平的第二切削刃部也可选择在大约25度-45度的Y角。所述第二切削刃部是由端面与沟槽相交形成的。进一步讲，所述端面包括顶端靠后的截面和靠前的截面，所述顶端靠前的截面以 一个第一后角定位，所述顶端靠后的截面以一个更大的第二后角定位。所述钻头基本为圆柱状并具有一个外径；所述曲率半径的大小为所述外径的 8-20%。[0019]所述横刃是实质上是一个直线。所述第一横刃修薄面与中心轴线充分平行。更进一步的，所述的用于加工平底孔的钻头，还包括一个第二横刃修薄面，所述第 二横刃修薄面为扁平的。也即，本实用新型的这种钻头包括一个沿一纵向轴伸长的主体，在沟槽前端具有 切削端刃以及在后端具有可以与旋转设备实现装夹的圆柱柄。这种螺旋钻头可以应用于沿 着钻头轴线进行旋转或者工件自身旋转，也或者钻头和工件均相对旋转的加工配置中。在 主体尖部，钻头旋转轴线的两侧均对称置有最少两条切削刃。每条切削刃中还至少包括第 一切削刃部和第二切削刃部。第一切削刃是从接近钻头轴线或旋转轴的位置按径向延伸 至第二切削刃部的区域，第二切削刃部是沿径向向外一直延伸至接近钻头径向周长上的刃
市ο在此项实用新型中还体现了第一和第二切削刃部会形成一个保证强度及稳定性 的连续表面，在每条切削刃部的第二切削刃部保持与水平线相对一致，用于加工出底面大 部分为平面的孔。另一方面体现了由两个倾斜的峰面所形成的中心尖。第一切削刃部是从 横刃一直延伸至第二切削刃部。峰面是定位在与水平面成Y角的平面中。在钻头的中心 部分会在孔底加工出圆锥状的凹面。在此项实用新型中，横刃制约着螺旋切削工具中心部分的强度，中心部分附近的 第一切削刃部具有平衡的几何形状。这个平衡的几何形状同样可以有效防止钻头的振颤与 被加工孔的偏差。连同第一和第二切削刃部形成的沟槽可以排出由切削刃部产生的切屑。沟槽可以 做成具有易于使切屑成形的正前角。沟槽还可以选择变化的前刀面，在这种前刀面上接近 于中心轴线的切削刃部区域为负前角而在接近钻头径向外圆的切削刃部为正前角。与现在 众所周知技术一致，切削刃部区域的前角对应切削刃部长度成一定角度。此外还可以选择 在加工平底孔的切削刃部平面上切出如断屑槽之类目前钻削领域中已经熟知的的断屑器， 用于在通用材料切削中可以更加有效的控制切屑。与现有技术相比，本实用新型的技术效果如下本实用新型提供经济性钻头的加工方法并可以加工出有效精确的平底孔；结构设计科学合理，从而保证了在钻削系统中易于实现很高的稳定性，钻头的振 颤降低；制作工艺相对简单。
图1是现有技术用于加工平底孔的钻头顶端切削刃部的俯视图；图2是本实用新型的螺旋钻头的侧视图，沿着一条垂线并且尖部的主切削刃和第 二切削刃部在相同平面上；图3是图2的侧视图，沿着一条与主切削刃的平行线，并且主切削刃在同一平面；图3a是在图3中螺旋钻头最前端部分的局部放大图；图4是在图2中加工平底孔钻头前端的俯视图。
具体实施方式
现结合附图，对本实用新型的优势及具体细节作进一步说明本实用新型所述的螺旋钻头包括一个伸长的主体，标准圆柱形，一个纵向轴，一 个在前端区域具有端刃的沟槽，在末端有一个可以装夹在旋转加工设备上的圆柱柄(图中 未显示)，并且在图2中可以详细了解此项钻头实用新型的前端结构，这种钻头可以由诸如 高速钢、粘结硬质合金之类的坚硬材料加工而成，加工前的棒料具有纵向的中心轴A-A。图1显示了在现有技术水平内用于加工平底孔的钻头。在此现有的钻头中，切削 刃20是直线状的并且按水平方向径向延伸至钻头外圆刃部的刃带上。现有钻头的中心具 有一个由两个沿水平方向向上倾斜的峰面24构成的中心尖。倾斜的峰面24在接近纵向轴 线的区域相交，生成一条横刃。图1的阴影部分表明了在螺旋钻头的第二横刃修薄面18， 它是由钻头制造过程中砂轮磨削成形的。第一横刃修薄面平行于钻头的中心轴，因此没有 在图1中表现出来。第一横刃修薄面是一个平行于中心轴线并与第二横刃修薄面相交的平 面。第一切削刃部中心区域21内第一横刃修薄面和峰面24相交形成了一条切削刃。切削 刃20包括从横刃23延伸至第二切削刃部22的内部第一切削刃部21。第二切削刃部22是 直线状的并且从内部第一切削刃部21延伸至钻头的外圆处17。从沿着中心轴线的俯视图 中可以看出第一切削刃部21与第二切削刃部22存在一个β角。角度β与现有的典型范 围一致的140°到170°。第一切削刃部和第二切削刃部的相交部位可以明显的视为锋利 的切削刃。在图2-4中显示的是本实用新型的螺旋钻头，它可以在沿着纵向轴A-A驱动旋转 或工件旋转，同样或者钻头和工件均相对旋转的情况下使用。钻头的主体上排列有由顶端 与两条切削刃32共同形成的端刃。沟槽32是从切削尖部并向后延伸至钻头紧固柄附近。 沟槽32是对称的并且在圆周和轴向上是等距的，并且具有一对对称的切削刃30，30是沿着 沟槽前侧面33与顶部端面的相交脊线所形成的，顶部端面34是对称的并且在钻头的并列 面上具有前表面34a和后表面34b。切削刃30同样对称于钻头的旋转轴线和中心轴A-A。 第一切削刃部36沿径向向内沿直线状的横刃脊线41延伸。横刃41是由峰面45相交形成 的。每一条切削刃部至少具有一条曲线状的第一切削刃部36和一条直线状的第二切削刃 部35，曲线状的第一切削刃部36是从中心的横刃41延伸至直线状的第二切削刃部35，第 二切削刃部35径向向外延伸至接近钻头径向外圆的刃带。第二直线区域35径向向外延伸 至外部第三切削刃部37。外部第三切削刃部37是从直线状第二切削刃部35沿径向向外并 沿轴向向后延伸至钻头刃带39。横刃的长度设计为钻头接近直径的 10%。以上所描述的切削刃30的对称设计在钻削系统中易于实现很高的稳定性。值得 注意的是在使用中钻削系统的振颤趋势被降低了，而这种特性得以实现的原因正是因为切 削面具有中立性或平衡性的几何结构。在顶部端面直接接近切削刃30全部区域的靠前的切面34a由第一后角定位，第一 后角的范围设置为熟知的5度至20度，或者大约为10度。在顶部端面后的切面34b由较 大的第二后角定位，第二后角的范围在20度至50度，25度至40度，或者大约为30度。在 说明中还体现了第一切削刃部36是一个凸圆面并且在沿着中心轴线的俯视图图4中，具有 数值基本恒定的曲率半径“R”。在图4中描绘的第一切削刃部36是一条凸曲线，在沿着钻 头轴线的俯视图中它的曲率半径R的数值设定范围是钻头外圆直径的8%至20%。曲率半径“R”是决定操作性/寿命的关键。半径R消除了切削刃之间的锋利过渡，为此，在钻削情 况下可以安全的防止切削刃的崩损。也期望第一切削刃部用其他的凸曲线几何形状取代基 本恒定曲率半径的凸圆形状。钻头在切削头部的横刃修薄形成了钻尖。横刃修薄用于在钻头主体的尖部形成薄 的芯厚并且曲线状的第一切削刃部36正是通过横刃修薄形成的，第一切削刃部36是从中 心横刃41延伸至直线状的第二切削刃部35。注第一切削刃部36并不是延长至钻头的中 心点。第一切削刃部36是距中心轴线稍有间隙的位置形成的，并能减少由于应力集中所导 致对钻头中心的削弱。图2-4中显示的在本项新实用新型钻头尖部的横刃修薄面是从钻头中心钻芯至 到钻头的侧壁49。在沿钻头轴线的俯视图中，第一横刃修薄面38是从沟槽的背面延伸至顶 部端面靠后的平面34b，图4。在图2-4的示例中，表明了横刃修薄面38是从外圆侧面49 延伸至靠近钻头轴线的中心钻芯。在每个于中心轴线相对的横刃修薄是由两个横刃修薄面所组成第二横刃修薄面 38和第一横刃修薄面44。在图2中可以看出，第一横刃修薄面44处于基本平行于钻头中 心轴线的平面内。在此项实用新型中也设想将第一横刃修薄面44与钻削方向向前或向后 呈微小的角度，从而实现负前角或正前角。第一切削刃部36是沿着由第一横刃修薄面44 与峰面45相交产生的脊线形成的。第一横刃修薄面44通常向下延伸至与第二横刃修薄面 38的折线处。第一横刃修薄面44不是一个平面，而最好是按图4中线36形成的凸圆面。 (注线36表示由第一横刃修薄面44与峰面45相交形成的切削刃。)第二横刃修薄面38为一个平面。第二横刃修薄面38所处的平面是与中心轴线 A-A面成一定向后的角度Φ。在本项实用新型中还表明，这个与通过中心轴线A-A的平面 与第二切削刃部35平行，尽管此平面没有必要与第二切削刃部35平行。第二修薄横刃面 38向后倾斜的角度Φ的范围为30度至50度，也可以选择40度至45度，或直接选择大约 45度。第二横刃修薄面38选择其他的形状也许应该比平面更好。端面线43代表横刃修薄的上边缘。这个位置正是在磨削过程中钻头与砂轮最先 接触的地方。端面线43定义为第二横刃修薄面38与钻头顶部端面中靠后的面34b相交所 形成的线。如图4中端面线43与横刃线41成一定角度Θ。角度θ设置范围在75度至 105度，或者在85至95之内，也或为大约90度(如图)。在本实用新型的切削几何形状中，端面是对称相对的，切削刃30与平底孔的形状 的生成具有很大关系。为了加工出一个真正的平底孔，切削刃30的高度在直到中心轴线 A-A的区域内必须保持恒定。如果在定义切削刃30的钻头任意端面34a，34b延伸超越了旋 转轴A-A，超越中心轴线A-A的端面会明显地反抗钻头的旋转。在本实用新型中，这个问题被向上略微倾斜的峰面45所克服。峰面45从中心轴 线A-A附近径向向外朝后延伸。每个峰面45的底部与端面上靠前的面34a在线31处相交。 一个向上倾斜的峰面45是与每个端面34a和切削刃30有联系。在图2中，可以看出第一 切削刃部36与峰面45相联系，角度γ是与峰面45倾斜度相关的第一切削刃部36和直线 状第二切削刃部35(水平)之间的夹角。在中心轴线A-A—侧的切削刃30对称于中心轴 线A-A对面的切削刃30。目前表明峰面45均与水平线(图2中直线状第二切削刃部35) 成同一 Y角。Y角的范围应在10度至25度，也可选择25度至45度，或为大约15度。[0048]如前所述，见图2，本实用新型在钻头的中心区域拥有一个为了提高工具的稳定性 及强度小钻尖。它会在平底孔的中心加工出一个中心点或钻头尖部形状的孔。根据不同使 用条件的要求，可以通过合理增加顶部Y角来提高稳定性和降低钻头的振颤。如前所述的本实用新型的钻头中心芯厚设计可以证明两条切削刃30均与横刃41 充分连续连接。本实用新型中沿着横刃的切削刃区域36加工出的孔的形状区别于通过现 有技术磨出的钻头所加工出的中心部被切除的不理想孔。本实用新型的另一个最重要的优点在于伴随钻头系统及机夹钻尖的切削几何形 状而来，其制作工艺相对来说更容易。本实用新型表明，横刃修薄面38，44可以用砂轮通过 一步磨削过程形成。在图1阴影线区域所表述的是现有技术的钻头的横刃修薄，它可以用 现在熟知的标准砂轮通过“一步”直线磨削过程形成。本实用新型的横刃修薄面也可以通 过“一步”磨削而成，磨削过程从最初的向后倾斜的直线磨削立刻连续到离开钻头中心轴线 向后的曲线磨削。有益的是，无需妥协于钻头有效性，公开减少了切削几何形状中横刃长度。因为横 刃不是一条真正的切削刃，它并不是对材料进行切削而是进行挤压和摩擦。这个几何形状 中公开了将大部分的横刃替换为切削刃，因而大为降低了钻削中的轴向力。图2所示的第三外部切削刃部37是一个曲率半径基本恒定的旋转曲线。图2所 示的这种钻头设计会加工出一个圆弧角的孔。也可期待将圆弧状的第三外部切削刃部37 替换为倒角状，从而加工出底面外圆有倒角的孔。同样可以期待另一种钻头的表达形式，即 可以取消第三外部切削刃部37，切削刃仅由第一切削刃部36和从第一切削刃部36朝外径 向延伸至钻头刃带的水平直线状第二切削刃部35组成，这样的钻头可以加工出底部为直 角的孔。用于加工本项实用新型钻头的材料，可以为高速钢HSS，硬质合金及现有技术条件 下具有类似硬度和刃口锋利保持能力的已知材料。这些基材可以之后用更硬的涂层物质进 行涂层处理，涂层物质包括可以提高钻头硬度及刃口锋利保持能力的TiN，TiCN, TiAlN和 其它适合的涂层。多样的各种材料和涂层的结合方式能满足大量不同的加工要求。这种用于加工平底孔的钻头可以应用于所有工业领域的许多加工要求。本实用新 型的实例钻头可以在公开于U. S. Pat. No. 3788409中的立式钻床上加工出盲孔。这些盲孔 中可以装入配合很高的由硬质合金或其它高硬度材料制成的按钮。这些按钮可以用典型压 力装入盲孔内。这就需要平底孔与平底面的共同作用。平的接触面与盲孔的配合受制于由 于不规则的接触面所产生的应力集中。配合表面受到了大量的应力和压力，这些应力和压 力是由钻削过程中按钮抵抗基材影响产生的。平底的圆周有倒角或圆弧是有利的。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用 新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范 围之内。
权利要求一种用于加工平底孔的钻头，具有一个中心轴，一个端刃，其特征在于所述端刃包括两个峰面，其在接近中心轴线位置相交并形成横刃；一个曲线状第一切削刃部，其由第一横刃修薄面与至少一个所述峰面相交形成，并从横刃处沿径向延伸；一个直线状第二切削刃部，其垂直于中心轴线，并从所述第一切削刃部沿径向延伸；一个第三切削刃部，其从所述直线状第二切削刃部沿径向延伸；所述第三切削刃部是曲线状或是倒角的。
2.根据权利要求1所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于 所述第一切削刃部具有恒定的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于 所述两个峰面与第二切削刃部成10度-25度的γ角。
4.根据权利要求1所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于 所述两个峰面与水平的第二切削刃部成25度-45度的γ角。
5.根据权利要求1所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于 所述第二切削刃部是由端面与沟槽相交形成的。
6.根据权利要求5所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于所述端面包括顶端靠前的截面和靠后的截面，所述顶端靠前的截面以一个第 一后角定位，所述顶端靠后的截面以一个更大的第二后角定位。
7.根据权利要求2所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于所述钻头为圆柱状并具有一个外径；所述曲率半径的大小为所述外径的8-20%。
8.根据权利要求1所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于 所述横刃是一个直线。
9.根据权利要求1所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于所述第一横刃修薄面 与中心轴线充分平行。
10.根据权利要求9所述的用于加工平底孔的钻头，其特征在于还包括一个第二横刃 修薄面，所述第二横刃修薄面为扁平的。
专利摘要本实用新型涉及用于加工平底孔的钻头。在切削尖部，钻头旋转轴线的两侧均对称置有最少两条切削刃。在此实用新型中体现了由第一和第二条切削刃部形成的可以提高切削工具强度及稳定性的连续表面。在每条切削刃中第二切削刃部保持与水平线相对一致，用于形成通用平面底孔。具体定义了两条倾斜的峰面为中心尖。两条倾斜的峰面相交形成了中心呈直线的横刃。第一切削刃部是指从横刃延伸至第二切削刃部的区域。两条切削刃中的第一切削刃部是对称修薄两个峰面后形成的。在本实用新型中，横刃制约着螺旋切削工具中心部分的强度，中心部分附近的第一切削刃部具有平衡的几何形状。这个平衡的几何形状同样可以有效防止钻头的振颤与被加工孔的偏差。
文档编号B23B51/00GK201659314SQ20102014284
公开日2010年12月1日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者江延军, 王峰, 王海洲 申请人:大连远东工具有限公司