四刃钻头的制作方法

本发明涉及一种四刃钻头，特别是深孔钻头，其用于对用于发动机制造的难以切削的铸造材料和轻金属材料进行切削。

背景技术：

只有在除钻头的材料外，还能以某种方式将几何形状与切削任务相匹配以便实现足够的使用寿命或刀具寿命时，才能经济地加工此类材料。us5,173,014提出了一种带螺旋槽的四刃钻头，为对由铸铁构成的发动机缸体进行钻孔加工，这个钻头具有两个相对旋转轴点对称地布置的从外周侧的斜切削刃角延伸至位于钻尖中心中的横向切削刃的较长的主切削刃以及两个相对旋转轴点对称地布置的较短的主切削刃，这些主切削刃从外周侧的斜切削刃角延伸到钻芯中，但并不延伸至钻尖中心。四个主切削刃中的每一个均以连续的直线的方式构建并且沿钻头的旋转或切削方向来看均位于钻头的直径平面前方。形成这些主切削刃的前刀面分别限定一个朝外倾斜的一次排屑槽，其与对应的螺旋状延伸的容屑槽连通。每个主切削刃从其外周侧的切削刃角到其内端的前角均为0°。在横向切削刃的侧面上设置有二次排屑槽，其从较短的主切削刃的一次排屑槽出发朝外倾斜地延伸到较长的主切削刃的一次排屑槽。两个冷却润滑剂输送通道的出口位于这些二次排屑槽中。

us5,173,014中所提出的钻头基于延伸到钻尖中心的较长的主切削刃而能够钻入实心物体。但是，如同采用传统的双刃麻花钻时那样，将这两个较长的主切削刃连接在一起的横向切削刃不具有切削作用。这个横向切削刃仅将压力和摩擦施加至工件，因而基本上对钻入实心物体产生阻碍。由横向切削刃从工件刮除的切屑经由二次排屑槽和较长主切削刃的后刀面流入一次排屑槽和容屑槽。从足够大的进给路径起，两个较长的主切削刃以及两个较短的主切削刃彼此无关地切入工件，其中由这些主切削刃所产生的切屑的切屑宽度与各个主切削刃的长度相关。因此，切削负荷分布在四个切削刃上，其中较长主切削刃的负荷大于较短主切削刃的负荷，因而较长的主切削刃可能会更早磨损。在较高的进给速度下，由于在较长的主切削刃上产生的较宽切屑的切屑横截面较大，特别是在深钻时，很容易发生切屑阻塞。

技术实现要素：

基于us5,173,014中已揭露的钻头，本发明的目的是提出一种适于对用于发动机制造的难以切削的铸造材料和轻金属材料进行切削的四刃钻头，特别是深孔钻头，其特点是即使在较高的进给速度下也具有较高的耐久性和改进的排屑性能。

本发明用以达成上述目的的解决方案在于一种具有权利要求1的特征的钻头。

本发明的四刃(深孔)钻头具有钻尖，其包括两个相对旋转轴点对称地布置的从外周侧的切削刃角延伸至位于钻尖的中心中的横向切削刃的更长或(下文描述为：)较长的主切削刃以及两个相对所述旋转轴点对称地布置的更短或(下文描述为：)较短的主切削刃，其从外周侧的切削刃角朝钻尖中心的方向延伸，但并不延伸至所述钻尖的中心。根据本发明，每个较长的主切削刃均具有从切削刃角延伸至阶梯或(下文描述为：)台肩的外部部分切削刃以及从所述台肩延伸至横向切削刃的内部部分切削刃。所述内部部分切削刃具有与所述外部部分切削刃和所述较短的主切削刃相比更大的切削高度。

与开篇所讨论的工具不同，在本发明的钻头中，较长的主切削刃通过台肩分成外部部分切削刃和内部部分切削刃，其中沿钻头的轴向或进给方向来看，内部部分切削刃高于外部部分切削刃，也就是说，先于外部部分切削刃和两个较短的主切削刃地切入待加工的工件。因此，内部部分切削刃形成沿轴向或进给方向与外部部分切削刃和较短的主切削刃分开的双刃尖端。因此，位于更高处的内部部分切削刃也可以被称为预钻孔切削刃或实心钻切削刃，钻头可以通过这些预钻孔切削刃或实心钻切削刃切入实心物体，而外部部分切削刃和较短的主切削刃也可以被称为扩孔切削刃，通过这些扩孔切削刃对由内部部分切削刃所产生的钻孔进行扩钻。

通过这些位于更高处的内部部分切削刃一方面实现自动定心，钻头可以借助这个自动定心在对工件进行钻孔加工时切入实心物体而无需进行移动。因此，无需进行预钻孔。这样就实现了钻孔的良好的尺寸和形状精度。因此，与例如常规的单刃深孔钻头不同，在采用本发明的钻头时不需要进行导引。

另一方面，较长的主切削刃的细分引起内部和外部部分切削刃上的负荷分布。位于更高处的内部部分切削刃位于钻头的芯部区域中，在对工件进行钻孔加工时的，这个芯部区域中的切屑容积小于钻头芯部的外部区域中的切屑容积。在切屑容积较大的外部钻头区域中，除了者两个外部部分切削刃外，还构建有两个较短的主切削刃。以标称直径进行切削的，即切削至切削刃角的主切削刃的区域中的切削负荷由此分配至四个切削刃上，从而将每个切削刃的切削负荷以及磨损，特别是切削刃磨损，保持在较低程度上。

此外，将较长的主切削刃分成外部和内部部分切削刃允许通过相应地确定切削楔角、通过切削刃校正、通过横向切削刃刃磨和类似措施，将这些内部和外部部分切削刃彼此独立地与不同的切削条件相应最佳地进行匹配。

此外，通过将较长的主切削刃分成外部和内部部分切削刃，在对工件进行钻孔加工时，代替一个较宽的切屑产生两个更窄的切屑，在钻头的容屑槽空间中进行排屑时，这些切屑相互碰撞，因而可能会断裂。这样就实现了良好的排屑。

总体上，根据本发明，能够制造一种(深孔)钻头，其特征在于良好的定心、较高的同轴度、较高的运转平稳性和较长的使用寿命。因此，本发明的钻头特别是也适于在用于发动机制造的难以切削的铸造材料和轻金属材料中产生深钻孔。

内部部分切削刃与外部部分切削刃之间由台肩所实现的切削高度差可以在钻头的标称直径的0.02至0.1倍的范围内，特别是在0.04至0.08倍的范围内，这个切屑高度差相对标称直径而言较小，以便阻止钻头稳定性的降低。

有利或优选的进一步方案是从属权利要求的主题。

借助不同的钻尖磨削进行的广泛测试表明，在较长的主切削刃的从外周侧切削刃角朝钻头中心的方向延伸的外部部分切削刃以及/或者较短的主切削刃终止于钻头的芯部直径的外部时，则能够实现良好的耐久性。这样就保持钻头芯部横截面不变，从而确保较长的使用寿命。此外，可以限制较长的主切削刃和/或较短的主切削刃的外部部分切削刃的负荷。本发明的钻头设计允许芯部直径扩大至达到钻头的标称直径的0.4至0.6倍，特别是约为0.5倍，这有助于提高稳定性和使用寿命。

在较短的主切削刃长于外部的部分切削刃的情况下，即在较短的主切削刃以与外部部分切削刃相比更靠近钻头的芯部直径的方式延伸的情况下，在对工件进行钻孔加工时会产生外部的部分切削刃和较短的主切削刃的不均衡的负荷，从而在将这些较短的主切削刃和较长的主切削刃的这些外部部分切削刃透入工件时减少钻头的振颤倾向，进而提高钻头的运转平稳性。

通过刃磨能够有利地影响钻头的内部部分切削刃和/或横向切削刃的切削特性。这样就能通过刃磨对内部部分切削刃的曲线进行校正，使得其与无刃磨相比更长且更锋利，从而将负荷分配至更长的长度上并减小负荷。这些内部的部分切削刃特别是可以以某种方式被校正，使得其以相对于同一主切削刃的外部部分切削刃成钝角的方式延伸。与此无关地，横向切削刃可以被磨尖，以便将其保持在尽可能短的程度并且以锐边的方式构建这个横向切削刃，从而也能在横向切削刃的区域中减小作用力并且高度精确地钻入实心物体。此外，通过刃磨增大容屑槽容积，这有助于在对工件进行钻孔加工时良好地进行排屑。

用于校正内部部分切削刃以及缩短横向切削刃的钻头的与钻头的外周侧容屑槽连通的刃磨部例如可以具有包含倒圆底部的大致呈v形的横截面，其张角处于75°至85°的范围内，例如为80°。在刃磨部以相对于钻头的横截面平面(横向于钻头的旋转轴的平面)成30°至45°的角的方式延伸时，特别是能够实现良好的结果。从芯部延伸至钻头的外周的如此大的刃磨部有助于良好地进行排屑。校正内部部分切削刃的刃磨部例如可以以相对钻头的横截面平面成大约40°的角的方式延伸，缩短横向切削刃的刃磨部可以以相对于这个横截面平面成大约35°的角的方式延伸。

此外，所述钻头可以被磨尖至邻接较短的主切削刃的芯部区域中。这些横截面例如呈扁槽状的刃磨部可以以相对钻头的横截面平面成40°至50°的角，特别是成约48°的角的方式从邻接较短的主切削刃的芯部区域延伸至钻头的外周。

在较长的主切削刃的外部部分切削刃和较短的切削刃具有相同的顶角时，实现钻尖磨削的简化。与此类似地，较长的主切削刃的外部部分切削刃和内部部分切削刃可以具有相同的顶角。这个顶角例如可以在140°至150°的范围内，特别是为145°。

两个内部部分切削刃可以布置在相同的切削高度上。与此类似地，外部部分切削刃可以相对彼此以与较短的主切削刃相对彼此一样布置在相同的切削高度上。

但是，相对所述较长的主切削刃的外部部分切削刃，所述较短的主切削刃也可以具有定义的切削高度差，特别是具有更大的切削高度。这个切削高度差例如可以在0.01至0.03mm的范围内，特别是0.02mm。通过定义的切削高度差可以在将这些较短的主切削刃和较长的主切削刃的这些外部部分切削刃透入工件时减少钻头的振颤倾向，进而提高钻头的运转平稳性。

通过较短的主切削刃、较长的主切削刃的内部部分切削刃以及较长的主切削刃的外部部分切削刃的直线构建方案进一步简化钻尖磨削。

将每个主切削刃，即较长的主切削刃的内部和外部部分切削刃以及较短的主切削刃，沿切削方向看布置在钻头的直径平面前方确保了较高的切削稳定性。

此外，在所述主切削刃的前角大于等于0°时，则实现较高的切削稳定性。

为实现较高的切削品质，每个台肩均可以轴向和/或径向地被铲磨。通过这个措施能够高度精确地钻入实心物体。

本发明的钻头优选以带有直槽的方式实施。直线延伸的容屑槽能够简单且经济地制造。尽管设有直线延伸的容屑槽，但通过上午所讨论的钻尖磨削仍可确保良好的排屑。

可以通过将冷却润滑剂输入钻头的容屑槽来进一步改善切屑或切屑碎片的排出。就此而言，所述钻头可以具有内置的冷却润滑剂输送系统，所述冷却润滑剂输送系统具有位于所述主切削刃的后刀面的区域中的，特别是位于次级后刀面的区域中的出口。

本发明的钻头可以由单件制成，即采用整体式构建方案。作为替代方案，所述钻头可以由多个组件组成。通过在附接至杆部的切削头上磨削四个主切削刃来经济地制造更长的钻头，如深孔钻头。在此情况下，切削头和杆部可以由不同的材料制成。因此，切削头例如可以由整体硬质合金构成，从而确保良好的耐久性。而这个轴则以由成本较低且稳定的钢材构成。

附图说明

下面结合附图所示实施例对本发明的钻头进行详细说明。其中：

图1为本发明的四刃深孔钻头的钻尖的端视图；

图2至4为图1所示钻尖的侧视图；

图5和6为图1所示钻尖的侧视透视图；

图7为所述钻尖的相对图1所示端视图旋转90°的端视图；

图8和9为图7所示钻尖的侧视图；

图10为图7所示钻尖的侧视透视图；

图11为本发明的四刃深孔钻头的坯件的侧视图；

图12至15分别为所述四刃钻头的杆部、压紧环和夹紧套筒的侧视图和俯视图；以及

图16为所述四刃钻头的切削头坯件的侧视图和俯视图。

具体实施方式

在附图所示的示例性实施例中，钻头构建为四刃深孔钻头10。

图11为深孔钻头10的坯件的侧视图，这个坯件由杆部13、钎焊至杆部10上的切削头12、形状配合地附接至杆部13上的夹紧套筒14以及通过包皮和钎焊将杆部13固定在夹紧套筒14上的压紧环15构成。图12至15中更详细地示出了杆部11、夹紧套筒14和压紧环15。图16中更详细地示出了切削头11的坯件。如图11、12和16所示，杆部11和切削头12均带有直槽。

为将切削头12与杆部13连接在一起，杆部13在其在切削头侧的末端上具有被称为焊接棱柱的v形凹口16，构建在切削头12的杆侧末端上的楔形尖端17形状配合地容置在这个凹口中并且通过钎焊与杆部13材料接合地连接在一起。

如图12和13的俯视图所示，杆部13具有四个以90°的角距布置的连接板22，在这些连接板之间分别构建有平行于旋转轴1地直线延伸的容屑槽19。

与容屑槽19的数目相当，图15所示的夹紧套筒14具有四个大致呈四分之一圆段状的轴向凸起21，其分别形状配合地插入容屑槽19中的一个，用以将杆部13与夹紧套筒14连接在一起。附图标记14a标示夹紧面，夹紧套筒14能够通过这个夹紧面抗扭地夹紧在(未示出的)卡盘中。

图14所示压紧套筒15位于由此在夹紧套筒14与杆部13之间形成的接口上。为将杆部13固定在夹紧套筒14上，将压紧套筒15与杆部13和夹紧套筒14焊接在一起。

由图16所示切削头坯件24加工出切削头12。v形虚线标记切削头12的待附接至杆部的v形凹口16中的楔形尖端17。与杆部13类似，切削头12具有四个以90°角距布置的连接板22，在这些连接板之间分别构建有平行于旋转轴1地直线延伸的基本上呈v形的容屑槽23(为此参见图16中的俯视图)。

在附接至杆部13的状态下(参见图11)，杆部的容屑槽19轴向地连接至切削头12的容屑槽23。如图11所示，切削头12的直径略大于杆部13的直径。

在图12和图16中，用虚线示出内置的冷却润滑剂输送系统，其由穿过夹紧套筒14和杆部13延伸至切削头12的中央主通道25和与连接板22或容屑槽23的数目相当的四个分支通道26构成，这些分支通道紧挨在杆部13与切削头12之间的接合处之后从主通道25分支出来并且具有出口27，这些出口位于切削头12的稍后所描述的四个主切削刃的后刀面区域中。主通道25和分支通道26均以直线(钻孔)的方式延伸。

图1至10示出四刃切削头12的钻尖11的尖端磨削，在图11所示状态下，在切削头12的端侧末端上实施这个尖端磨削。因此，图1至10相当于用于对切削头12的钻尖11进行磨削加工的磨削说明。

图1示出在钻尖11上构建有四个主切削刃33(每个连接板22对应一个主切削刃33)。在所示实施例中，四个主切削刃33包括两个相对旋转轴1点对称地布置的从外周侧的切削刃角31c延伸至位于钻尖11的中心中的横向切削刃34(参见图7)的更长或(下文描述为：)较长的主切削刃33以及两个相对所述旋转轴点对称地布置的更短或(下文描述为：)较短的主切削刃30，其从外周侧的切削刃角30c朝钻尖中心的方向延伸，但并不延伸至钻尖11的中心。根据本发明，每个较长的主切削刃33均具有从切削刃角31c延伸至阶梯或(下文描述为：)台肩31d(参见图2)的外部部分切削刃31以及从台肩31d延伸至横向切削刃34的内部部分切削刃32。

沿深孔钻头10的轴向或进给方向来看，内部部分切削刃32具有与外部部分切削刃31和两个较短的主切削刃30相比更大的切削高度。因此，位于更高处的内部部分切削刃32也可以被称为预钻孔切削刃或实心钻切削刃，深孔钻头可以通过这些预钻孔切削刃或实心钻切削刃切入实心物体，而外部部分切削刃31和较短的主切削刃30也可以被称为扩孔切削刃，通过这些扩孔切削刃将由内部部分切削刃32所产生的钻孔扩钻至达到深孔钻头的标称直径。

位于更高处的内部部分切削刃32位于深孔钻头10的芯部35的区域中，而外部部分切削刃31和两个较短的主切削刃30则位于芯部35的外部。因此，外部部分切削刃31和较短的主切削刃30径向终止于芯部35的外部，或者从外向内看，位于芯部35前方。在所示实施例中，芯部35的直径约为这个深孔钻头的标称直径的0.4至0.6倍，特别是约为0.5倍。

内部部分切削刃32与外部部分切削刃31之间由台肩31d所实现的切削高度差δx处于深孔钻头10的标称直径的0.02至0.1倍的范围内，特别是在0.04至0.08倍的范围内。如图2所示，台肩31d轴向地被铲磨。例如，用ε标示的角度例如为90°。

这些切削刃角31c、30c中的每一个通常连接有在此未详细说明的直线延伸的副切削刃。

图1至图10示出，外部部分切削刃31、内部部分切削刃32和较短的主切削刃30均以直线的方式构建。

此外，外部部分切削刃31、内部部分切削刃32和较短的主切削刃30以相同的顶角布置。在本实施例中，图2和8中用δ31、δ32、δ30表示的外部部分切削刃31、内部部分切削刃32和较短的主切削刃30的顶角处于140°至150°的范围内，特别是145°。

此外，两个内部部分切削刃32布置在相同的切削高度上。此外，这些外部部分切削刃31布置在相同的切削高度上，并且这些较短的主切削刃30布置在相同的切削高度上。但是，在所示实施例中，较短的主切削刃30相对外部部分切削刃31具有定义的切削高度差，其可以处于0.01至0.03mm的范围内，特别是0.02mm。

此外，沿切削方向来看，内部部分切削刃32、外部部分切削刃31和较短的主切削刃30位于深孔钻头10的直径平面前方，也就是说，这些切削刃“在中心前”进行切削。

在本实施例中，所有主切削刃(即内部部分切削刃32、外部部分切削刃31和较短的主切削刃30)的未在图中示出的前角大于等于0°。

在图7中，相对外部部分切削刃32、内部部分切削刃32和较短的主切削刃30，用附图标记31a、32a和30a标示初级后刀面，用附图标记31b、32b和30b标示次级后刀面。

图7还示出，上文述及的内置的冷却润滑剂输送系统的四个分支通道26的出口27分别位于对应的主切削刃的后刀面的区域中，特别是位于次级后刀面的区域中。

图1至10示出经磨削的刃磨部40、41、42，通过这些刃磨部缩短横向切削刃34(参见图7)，校正内部部分切削刃32或沿切削或旋转方向位于较短的主切削刃30前方的芯部区域。图1或7示出切入钻尖11的刃磨面。通过刃磨部40缩短横向切削刃34。刃磨部41校正内部部分切削刃32，使得内部部分切削刃32在所示实施例中以相对同一主切削刃的外部部分切削刃32成某一角度的方式延伸。通过刃磨部42对沿旋转或切削方向位于较短的主切削刃30前方的芯部区域通过减薄42进行磨削。

借助特殊的(未示出的)砂轮对这些刃磨部进行磨削。因此，每个刃磨部的横截面轮廓由所使用的砂轮的形状所决定。图3至图6、图9和图10示出磨片，其中图5、图6和图10示出处于某一位置和定向中的深孔钻头10，在这个位置和定向中，这些磨片沿垂直于薄片平面的方向延伸，图3、图4和图9示出这些磨片相对垂直于深孔钻头10的旋转轴11的平面的倾角α40、α41、α42。

图3和5特别是示出用于产生缩短横向切削刃34的刃磨部40的磨片，图4和6示出用于产生校正内部部分切削刃31的刃磨部41的磨片，图9和10示出用于产生刃磨部42的磨片。图5、6和10示出磨片或刃磨部40、41、42的横截面轮廓以及所使用的砂轮的形状。

图5、6和10示出，分别与深孔钻头10的对应的容屑槽23连通的刃磨部40、41和42具有包含倒圆底部的大致呈v形的横截面，这个横截面的张角为β40或β41(参见图5、6)，或者具有形式为扁平槽的横截面(参见图10)。在所示实施例中，张角β40或β41处于75°至85°的范围内，例如为80°。

在所示实施例中，相对垂直于深孔钻头10的旋转轴11的平面的上述倾角α40、α41、α42处于30°至50°之间，其中倾角α40例如可以是35°，倾角α41例如可以是40°，倾斜角α42例如可以是48°。

当然，可以相对上述实施例对本发明的钻头进行改变。

例如，结合图1至图10所说明的尖端磨削基本上可以用于任何长度的钻头。因此，本发明的钻头不必局限于深孔钻头。

与所说明的实施例不同，本发明的钻头，例如深孔钻头，可以由单件制成，即采用整体式构建方案。

此外，本发明的钻头，例如深孔钻头，可以以带螺旋槽的方式实施。

与所说明的实施例不同，连接板22(即容屑槽23或主切削刃30、33)可以与90°不同的角距布置。在此情况下，径向相对的主切削刃33和30可以点对称地布置。

在最简单的情况下，一种与权利要求1中所述的特征组合无关的独创性主题是带有直槽的四刃钻头，特别是深孔钻头，所述标的仍然可以在以后的时间点通过分案申请或实用新型拆分在本申请中、在以后的申请中请求保护。

因此，独立的主权利要求可以针对一种带有直槽的四刃钻头，特别是深孔钻头，其包含具有四个主切削刃的钻尖。与开篇所讨论的us5,173,014中揭露的钻头不同，这种钻头，特别是深孔钻头，能够以更简单且成本更低的方式制造。在所述主权利要求之后可以附加从属权利要求，所述从属权利要求涉及本申请的权利要求书、说明书和/或附图中所提出的四刃钻头的其他设计特征。

一个从属权利要求的主题例如可以是，所述钻头的四个主切削刃包括两个相对所述旋转轴点对称地布置的从外周侧的切削刃角延伸至位于所述钻尖的中心中的横向切削刃的较长的主切削刃以及两个相对所述旋转轴点对称地布置的从外周侧的切削刃角朝所述钻尖的中心的方向延伸的较短的主切削刃。

另一从属权利要求的主题可以是，所述钻头的四个主切削刃在芯部中定义沿轴向呈阶梯形的尖端。所述尖端例如可以以如下方式实现：每个较长的主切削刃均具有一个从所述切削刃角延伸至台肩的外部部分切削刃以及一个从所述台肩延伸至横向切削刃的内部部分切削刃，所述内部部分切削刃具有与所述外部部分切削刃和所述较短的主切削刃相比更大的切削高度。

另一个从属权利要求的主题可以是，所述四个主切削刃分别对应有一个用于冷却润滑剂的出口，所述出口在所述后刀面的区域中沿旋转或切削方向位于各个主切削刃后方。