专利名称：带矩形刀片的钻孔工具的制作方法
技术领域：
本发明的主题是一种具有权利要求1前序部分特征的钻孔工具以及一套这样的钻孔工具。
一种装配有转位刀片的钻孔工具例如在EP0750960A1中公开了。此钻孔工具具有一个钻头，此钻头一端具有一个将其用于固定在相应衬套上的柄部，在其另一端上设有两个刀片座。在所述刀片座上装有两个大致成矩形的转位刀片，刀片的四个切削刃被设计成相同形状。为了明确地用一个端面切削刃切削孔壁，刀片略微成凹形弯曲，于是它只通过一个刀尖或一个短刃段与孔壁接触。
两个在钻孔工具端面处卡在相应刀片座内的转位刀片在钻孔工具端面相互重叠。特别是在刀尖处相连的切削刃段实行切削加工。实际的切削比是由钻头直径和转位刀片中的重叠程度确定的。此外，如果钻头半径大于转位刀片切削刃长度的两倍，则根据方形转位刀片而定的数量必须大于两个转位刀片。
WO93／02824公开了带转位刀片的钻孔工具。此钻孔工具具有带两个端面刀片座的钻头。基本形状成矩形的转位刀片固定在所述片座上。具体地说，在转位刀片上形成了两个对置的凹拱形短切削刃，所述切削刃经拱弯形凸出刀尖转变为同样成凹形的长侧壁，所述侧壁不作为切削刃。如此根据钻头直径确定转位刀片的尺寸，即径向靠外的转位刀片的内刀尖大致位于径向靠内的转位刀片的切削刃中心区内。于是，切削加工主要集中在靠刀尖的各切削刃区内。相反，尽可能使中央刃段不承受负荷。
DE4018043A1公开了一种具有三角形刀片的钻孔工具。各切削刃或成弧凸形或具有相应的拐点。当处于钻头端面的转位刀片的多个切削刃重叠时，整体地形成了一个波形或锯齿形刀刃。径向内置矩形刀片以其刀尖大致位于转轴地突出，而转位刀片切削刃中央大约构成了轴向最靠前的点。此点离转轴较远。此外，在具有不同直径的钻孔工具中采用同一个转位刀片，这导致了转位刀片不同程度地重叠。其切削刃因其弧凸形或凸折形几何形状而随着总是变短的刃部的逐渐重叠而接触工件，这可能造成不均匀的应力。
刀片原则上是根据钻头即本体(刀片是为本体设计的)而确定的。另外，根据不同的工具直径、右旋工具和左旋工具而设计了不同的刀片。这明显增加了经济成本。
另外，在许多钻孔工具中确定转位刀片位置，结果在切削过程中产生了径向力，此力使工具本体沿径向偏移。这造成孔径扩大，而孔径扩大与工具长度、工具转数和切削材料有关。
因此，本发明的目的是提供一种钻孔工具，它允许经济地使用并可具有良好的加工质量。
另外，小直径钻孔工具应能够配备转位刀片。
另外，钻孔工具可与直径无关地延长其使用寿命。最后，在不同钻头直径的情况下，使用同一个转位刀片就可以了。
此目的是通过具有权利要求1特征的钻孔工具实现的。
本发明的钻孔工具具有至少一个但最好是两个的转位刀片，它们共有四个切削刃。对置的两个切削刃(其中一个是有效工作刃，即它安装在钻头端面上)完全是直刃即无弯曲和拐点。有效切削刃是由矩形刀片的短和／或长切削刃构成的，有效切削刃大致垂直于钻头长度方向或其转轴，但也可以略微倾斜地设置所述有效切削刃。长切削刃最好完全是直刃即无弯曲和拐点。长直切削刃与短直切削刃的组合允许可纵横选择地安装转位刀片，可以由此交叠出另一个直径区。
如果使用两个长切削刃，则出现了直径区与转位刀片尺寸更大地重叠的现象。通过直线地构成重叠切削刃而当在钻头中相应地布置有效切削刃时与安装在钻头上的两个转位刀片的重叠量无关地即与钻头直径无关地实现了两个有效切削刃在其全长上与工件材料的接触并同时有助于切削加工。这提高了钻孔工具的寿命。这一措施不仅适用于矩形转位刀片，而且适用于略微成菱形的转位刀片。
但是，转位刀片最好成矩形即分别成长直线形的切削刃和短直线形的切削刃相交成90度直角。这样的转位刀片被证明特别稳定。它可以改善作用于刀片座上的受力情况并扩大钻头刀尖与螺纹孔间的距离。由此避免了钻头断裂的危险。由轴向长刀片造成了较小的表面压力并改善了承受不均匀负荷分布的状况。
矩形刀片不仅允许配备在右旋钻孔工具上，而且可以配备在左旋钻孔工具上，这些刀片属于一套工具。另外，对许多直径和许多工具类型(左、右)来说，使用一种刀片构形和尺寸就可以了。
转位刀片最好借助一个固定螺钉来固定，此螺钉在一个固定孔当中穿过转位刀片。
一个钻孔工具的两个转位刀片最好安装在不同的径向位置上。一个转位刀片与钻孔工具外圆(切削刃轨迹)相接并限定所述外圆，而另一个转位刀片与转轴相连。切削比与钻头直径无关地基本相同。如果直径不同的钻头配有相同的转位刀片，则根据不同的直径略微改变两个转位刀片的重叠率。
钻孔工具的两个转位刀片最好相对布置成180度角。径向靠内的转位刀片在轴向上比径向靠外的转位刀片靠前。于是，内刀片上的切削力大于外转位刀片上的切削力。切削力以与各自切削刃大约垂直对准的径向力的方式出现。在内转位刀片的径向力占优之后，钻孔工具的钻头承受着明显不太大的力，此力造成活动钻头只是很轻微地向外偏移且同时造成孔径扩大。另外，明显的径向力造成钻头耐晃动的稳定性。如果钻头刚性很高且所引起的偏移较小，则情况就是如此。由于容屑槽作为部分螺旋线地绕钻头45度，所以优选地获得了高刚性。
可是，尽管产生的径向力不大，也可能出现直径明显增大的现象。当如此确定刀片位置时，情况更是如此，即它首先在近转轴点处以切削刃接触工件。如果需要，所出现的径向力不为零但很小，从而工具精确地加工出所需的直径。
刀片的圆周切削刃最好是倾斜的，从而它与转轴和所形成的孔壁构成一个锐角。这防止了圆周切削刃刮削孔壁。
最好如此构成钻孔工具，即内转位刀片的内刀尖位于转轴旁边。转轴大致经过刀尖中央或横穿刀尖。通过转位刀片相对转轴略微倾斜的方式实现了在轴向上最靠前的点是有效主切削刃和刀尖间的转折点，此点紧邻转轴。由此在钻头中央区内获得了确定的切削比。可以避免在转轴区内挤压钻头且薄锥体或针体在钻孔过程中不钻去材料地暂时保留了下来。如果所引起的径向力最低程度地使钻头偏移，情况就是如此。而最迟当钻头从由径向力引起的偏移位置返回其不偏移位置时，保留的中间锥在钻孔过程中通过切屑而连续地被崩落、压除或剪切掉。这是由此实现的，即刀尖和主切削刃间的转折点在轴向上比刀尖本身更靠前。如果此转折点是在整个轴向上最靠前的点，则情况就是如此。
通过上述刀片在钻孔工具上的布置结构而实现了，在开始钻孔和钻孔过程中，在整个切削面内没有出现总切削力反向的情况，同时由切削引起的力在转轴区内大致对准如其它的切削刃。由此避免了逐点的过度磨损。
另外如上所述，钻孔工具中的矩形转位刀片可以覆盖比方形刀片明显大的直径区。如果在此套钻孔工具中根据不同钻头直径设置了许多钻头，则这些钻头或许可配备单一类型的转位刀片。如果纵向地将转位刀片装入小直径钻头中且横向地将其装入大直径钻头中，则这是可行的。这意味着，在小直径钻头中，转位刀片的短切削刃是有效切削刃，而在大直径钻孔工具的转位刀片中，长切削刃是有效切削刃。钻头直径的细分级是由转位刀片的不同重叠程度引起的。由于转位刀片总是在其整个切削刃长度上接触工件，所以切削比是相似的。
附图和所属描述给出了有利实施例的其它细节。在附图中示出了本发明的实施例。其中
图1以透视简图示出了带有矩形转位刀片的本发明钻孔工具。
图2利用垂直投影示意图示出了转位刀片在图1所示的钻孔工具中的布局，其中很夸大地示出了相对示意画出的转轴倾斜的情况。
图2a以放大图示出了图2所示转位刀片的布局。
图3、图5、图5a、图6和图7分别以侧视示意图和独立的投影示意图和俯视示意图示出了转位刀片。
在图1中表明了一个具有一个其一端带柄2的钻头的钻孔工具1。在大致成圆柱形的且与柄2对置的那一端上开设了容屑槽5，此容屑槽象局部螺旋线那样45度旋转地环绕钻孔工具1转轴。在钻孔工具1的前端面4上设置了两个刀片座8、9，转位刀片11、12固定在所述刀片座上。如果将转位刀片11、12径向更靠内地固定以致触及或横断转轴，则更靠外地设置转位刀片11、12并确定孔径。
最好如图2及图3-图7所示的那样，转位刀片11、12成矩形。如图2所示，沿圆周方向垂直投影地示出了转位刀片11、12，转位刀片11具有两个对置的短切削刃14、15和两个同样对置的且平行的长切削刃16、17。相邻切削刃14、16’、16、15’、15、17、17’、14在相应刀尖18、19、20、21处与各刀尖相连。具有同样结构的转位刀片12具有相应的切削刃和刀尖。切削刃和刀尖是用为了区别起见而附加撇号的相同附图标记表示的。切削刃14、15、16、17被设计成无弯曲和拐点的直刃形状。
两个转位刀片11、12具有一个中心固定孔22、22’，在图2中只用其中心点示意地示出了此孔。固定孔22、22’中穿过了一个未进一步示出的固定螺钉，利用此螺钉将转位刀片11、12压在刀片座上。
矩形转位刀片11、12的定位在图2中放大示出了。转位刀片11、12彼此大致平行，径向靠外的转位刀片12的刀尖20’限定了孔径，径向靠内的转位刀片11的刀尖21与钻孔工具1转轴24重叠。转位刀片11在轴向上更靠前，即比转位刀片12更远离柄2地设置刀片11。但是，有效切削刃14、14’彼此大致平行。转位刀片11、12相对转轴24略微倾斜，从而倾斜刃16、16’明显地比倾斜刃14、14’长且它与转轴24包夹有0．5度至3度的锐角。上述角度最好设定为1度至2度。切削刃17’与孔壁25包夹有相同的角度。
图2a给出了转位刀片11的设计布置结构。刀尖21可以如粗线所画的那样由短直线构成的。但是，此刀尖也可以象图2a虚线所示的那样成曲线形状。但在任何一种情况下，转位刀片11都布置成转轴24大致在刀尖21中央区经过或相交的形式。与刀尖21的形状无关，其中央大致是由此角的等分线27确定的。通过这样的布局，刀尖、尤其是如图2所示的转位刀片11相对转轴24的倾斜位置就在刀尖21与有效切削刃14之间的转折点内形成了轴向最靠前的最高切削点28。
就此所述的基本形状可以如图3-图7所示的那样使钻孔工具设计成为可能。图3所示的具有最小直径的钻孔工具1形成了一个约10mm的孔径，图7所示的钻孔工具1d提供了约大于18mm的孔径。为表示区别而仅配以字母标记的同类钻孔工具1-1d，除其直径外的区别是刀片座8、9的结构和由此造成的转位刀片11、12的定位情况。但是，对所有钻孔工具1-1d而言采用统一的转位刀片11、12。如图3所示，在最细直径的钻孔工具1中，转位刀片11、12是纵向安装的且明显重叠。如左侧超放大俯视图所示，径向靠内的转位刀片11的切削刃14大致在工具中央或工具轴／转轴附近。相反，转位刀片12的切削刃14’布置在中央。这原则上也适用于图4所示的钻孔工具1a，但其中的转位刀片11、12之间的重叠较小。可以从右侧放大的转位刀片11、12的独立视图中得知这样的情况。用阴影虚线在转位刀片12侧示出了转位刀片11且用11’表示它。
与具有最小直径的钻孔工具1的重叠区29相比，由此形成的重叠区29明显缩小了。在图5所示的钻孔工具1b中还进一步缩小了重叠区29。在此图中，两个转位刀片11、12实际上通过其整个切削刃14、14’长度而以最大切削厚度地与工件接触。钻孔工具1b的替换实施方式在图5a、5b中示出了，其中一个径向定位的刀片11、12与一个轴向定位的刀片12、11组装在一起。
在钻头直径更大的情况下，如在图6、7所示的钻孔工具1c、1d中所看到的那样，转位刀片11、12不再是纵向安装的，而是横向安装的。纵向安装转位刀片11而横向安装转位刀片12的组合方式也是可行的。横向安装的转位刀片11、12的长切削刃17、17’是有效工作刃，而短切削刃14’是圆周切削刃。所有的钻孔工具1-1d配有统一的转位刀片11、12，从而由此造成的所需的仓库管理和储藏被降低到最低程度。
当使用就此所述的钻孔工具1(以及1a-1d)时，因转位刀片的矩形和各种可能的位置组合而产生了有利的切削比和受力情况。径向靠外的转位刀片12的刀片座具有一个承受作用于转位刀片12上的轴向力的轴向支承面以及一个用于转位刀片基面的较大的支承面和一个侧支承面。此刀片座形状简单且可以低成本地精确制得。由此可以简单地实现精确地固定转位刀片11、12。在钻孔工具1、1a、1b中，特别是由于固定螺钉和有效切削刃14，14’间的距离较大，所以受力情况良好。根据固定螺钉距有效切削刃的距离而降低了转位刀片11、12上的弯曲应力(它可能在固定孔区内导致刀片断裂)，从而它是绝对没有危险的。在图6和图7所示的钻孔工具1c、1d中，这也适用于横向定位的矩形转位刀片11、12。确切地讲，固定螺钉和有效切削刃17、17’之间的距离在这里是较小的，但转位刀片因弯曲应力的减弱情况因大面积支承转位刀片11、12而相应地减轻或被分配给较大的区域。
在使用钻孔工具1(以及1a-1d)时，图2a所示的最高点28首先接触工件表面，它先切出一个环绕转轴线24的很小的圆。在形成切屑的情况下，整个切削刃14(17)紧随其后地与工件接触，再后是径向更靠外的转位刀片12的切削刃14’(17’)。
由于内转位刀片11在轴向上更靠前地沿轴向确定了两个转位刀片11、12的位置，所以由此刀片引起的反作用力大于靠外的转位刀片12的大致反向的反作用力。还存在一种径向力，它造成具有使钻头柄部向一侧偏移的趋势。径向力随钻头一起转动而在侧方向上产生了明显的钻孔工具1的负荷，并于转动中造成不明显的倾斜状态。另外，可以略微活动地使钻孔工具1端部4偏移，这就是孔径略微扩大的原因。
刀尖21以小半径环绕转轴中心线24转动，从而无挤压地切出切屑，一个锥体或针体则与转轴中心线24同轴地且不削去材料地保留了下来。最好如此来调节钻孔工具1，即当钻孔工具1处于静止状态时，刀尖21与转轴中心线24相交。通过钻孔时出现的径向力使钻孔工具1偏移，从而转位刀片11的刀尖21受压而离开转轴中心线24并沿环绕转轴中心线24作圆运动。在刀片运动至钻孔工具1静止时的反向位置时则刀尖21可以切削掉残余材料。
图2所示的、作为圆周切削刃的切削刃17’根据转位刀片12略微倾斜1度左右的位置而仅以与刀尖20’相接的区域接触孔壁。如果钻孔过程结束了，则钻孔工具1的钻头3返回其不偏移的中央位置。刀尖20’和切削刃17’离开孔壁25。钻孔工具1可以从此孔中退出来，而不会在孔壁25上出现刻槽。
钻孔工具1配有矩形转位刀片11、12，它们分别具有两个短切削刃14、15和两个相当长的切削刃16、17。当其中一个转位刀片11紧邻地布置在钻孔工具1转轴24上时，另一个转位刀片12紧邻地布置在由钻孔工具1限定的外圆上。分别在钻孔工具1端面上有效工作的切削刃14、14’是直刃且根据孔径情况而或多或少地重叠。无拐点和弯曲的设计结构使得在直径不同的钻孔工具1中采用同一个转位刀片11、12成为可能。但是重叠率必须是变化的而切削比基本保持不变。与现有技术相比，可以采用更小的最小直径，这是因为环绕转位刀片钻孔的区域是根据最小刀片尺寸确定的。转位刀片特别简单且可以在较宽的直径区内使用。此外，转位刀片的安装结构特别简单。受力情况和受力方向简单明了。内切削刃总是在其全长上接触被切削物体。
权利要求
1．一种特别适用于金属工件的钻孔工具(1)，它具有一个基本成圆柱形的且绕转轴(24)转动的钻头(3)，此钻头在夹紧侧端部上具有一个同轴卡柄(2)而在其另一个切削侧端部(4)上具有至少一个四角形转位刀片(11)，所述转位刀片具有四个切削刃(14，15，16，17)，所述钻孔工具还具有至少一个用于固定转位刀片(11，12)的刀片座，所述刀片座设置在钻头(3)的切削侧端部(4)上且从此刀片座延伸出一个容屑槽(5)，其特征在于，转位刀片(11)是一个其在全长上具有直切削刃(14，15，16，17)的矩形刀片，分别在一个公用角处相连的切削刃(14，15，16，17)分别被设计成不同的长度，为此根据钻头(3)直径而将长切削刃或短切削刃(14，15，16，17)定位于钻头(3)的端面上。
2．如权利要求1所述的钻孔工具，其特征在于，在转位刀片(11，12)中央开设有一个其中穿过一个固定螺钉的固定孔(22)。
3．如权利要求1所述的钻孔工具，其特征在于，钻头(3)具有两个刀片座和两个转位刀片(11，12)，转位刀片(11，12)设置在相对偏移的径向位置上，从而其在钻头(3)端面上有效工作的切削刃仅仅部分重叠。
4．如权利要求3所述的钻孔工具，其特征在于，径向靠内设置的转位刀片(11)的有效切削刃(14)布置在与转轴(24)相交的直线上。
5．如权利要求3所述的钻孔工具，其特征在于，径向靠外设置的转位刀片(12)的有效切削刃设置在不与转轴(24)相交的直线上。
6．如权利要求4和5所述的钻孔工具，其特征在于，由有效切削刃(14)限定的直线彼此大致平行。
7．如权利要求3所述的钻孔工具，其特征在于，与径向靠外设置的转位刀片(12)的有效切削刃(14’)相比，径向靠内设置的转位刀片(11)的有效切削刃(14)在轴向上更位于前面。
8．如权利要求3所述的钻孔工具，其特征在于，至少一个转位刀片(11)具有一个装在转轴区内的刀尖(21)且转位刀片(11)通过相应的刀片座设计而得以如此定位，即它至少在一定范围内扩展至转轴(24)。
9．如权利要求8所述的钻孔工具，其特征在于，转轴(24)大致在正中央横断刀尖(21)。
10．如权利要求8所述的钻孔工具，其特征在于，钻头(3)的刀片座是这样设计的，即转位刀片(11)利用其从有效切削刃(14)到刀尖(21)的转折点将在轴向上更靠前的最高切削点(28)限定为那个远离转轴(24)的切削刃段。
11．如权利要求10所述的钻孔工具，其特征在于，从有效切削刃(14)到刀尖(21)的转折点构成了在轴向上位于最前面的切削点(28)。
12．如权利要求1所述的钻孔工具，其特征在于，内刀片(11)的有效切削刃(14)在工作中以其全长接触工件。
13．一套由如权利要求1所述的钻孔工具构成的钻孔工具，其特征在于，此套钻孔工具的钻孔工具(1，1a-1d)具有不同直径且所有钻孔工具(1，1a-1d)装配有统一的矩形转位刀片(11，12)。
14．如权利要求13所述的钻孔工具，其特征在于，各钻孔工具(1，1a-1d)分别具有两个刀片座且通过不同程度地使切削刀片(11，12)重叠的方式获得了不同的直径，在重叠区内优选地有两个有效的切削刃。
15．如权利要求13所述的钻孔工具，其特征在于，此套钻孔工具中的钻孔工具(1d)具有至少一个刀片座，此刀片座将转位刀片(11，12)固定到这样的位置上，即刀片利用其位于钻孔工具(1d)端面上的长切削刃(17，17’)工作。
全文摘要
钻孔工具1配有两个矩形转位刀片11、12,刀片各有两个短切刃14、15和长切刃16、17。若其中转位刀片11紧邻钻具1的转轴24设置,另一转位刀片12则紧邻由钻具1限定的外圆设置。钻具端面上有效工作的切刃14、14’是直刃并按孔径作些许重叠。无弯曲和拐点地构成有效切刃14、14’,以使直径不同的钻具使用同一种刀片11、12。但重叠率须是可变的而切削比基本不变。可采用比先更小的最小直径是因为环绕转位刀片钻孔的区域是按最小刀片尺寸确定的。转位刀片简单且可在较宽的直径范围内使用。转位刀片的安装结构简单。受力情况和方向简单明了。内切刃总是以其全长接触被切削物体。
文档编号B23B51/00GK1203841SQ9810325
公开日1999年1月6日 申请日期1998年6月26日 优先权日1998年6月26日
发明者R·V·范哈斯 申请人:沃尔特公开股份有限公司