一种高效复合制孔的刀具的制作方法

本实用新型属于机械加工领域，具体涉及一种高效复合制孔的刀具。

背景技术：

各工业领域机械零部件往往具有大量尺寸和精度要求各异的孔特征，需要通过特定的加工工艺制得。目前，常用的制孔方法主要是采用不同结构形式的钻头进行钻削实现，例如，对于常见金属构件的普通圆孔，一般使用麻花钻进行加工；对于直径小于3mm的微小孔，一般使用微型钻头加工；对于钛合金、高温合金等构件的深孔，一般使用枪钻进行加工；对于碳纤维复合材料的各类孔结构，使用的刀具类型则较为繁多，包括匕首钻、多面钻、三尖钻、套料钻等。

如专利号为cn201721362044.4(授权公告号为cn207547710u)的中国实用新型专利《制孔刀具》公开了一种制孔刀具，包括具有双顶角设计的钻头和用于固定钻头的柄部，所述钻头具有第一切削刃和第二切屑刃，第一切削刃形成的第一顶角α为130°～150°，第二切屑刃形成的第二顶角β为180°。在孔加工过程中，刀具沿轴向进给与工件材料干涉所产生的力主要沿轴向，指向刀具进给的反方向，该轴向力容易引发刀具和工件发生变形，致使孔精度降低，孔壁表面光洁度变差，同时导致孔进出口毛刺变得严重。为了降低轴向力，人们常采取减少刀具进给量的方法，却又导致加工效率变得低下。可见，孔加工过程中轴向力大是造成制孔质量和效率难以兼得的罪魁祸首。

目前，在孔加工进刀过程中能够有效抑制轴向力并能保证同时获得高尺寸精度、高表面光洁度以及高加工效率的制孔刀具尚且缺乏。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种在制孔过程中有效减低刀具及待加工工件所受到的轴向力的高效复合制孔的刀具。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高效复合制孔的刀具，包括刀头和设置在刀头周面上的切削部，其特征在于：所述切削部自刀头的头端至尾端依次包括有用来钻削的底刃部、用来切削的第一刃部及用来挤压的第二刃部，所述第一刃部和第二刃部相间隔布置，所述刀头的周面上开设有至少一个用来排屑的排屑槽，所述排屑槽自刀头的头端延伸至刀头的末端、且贯穿所述切削部。

为了对切屑进行排屑，所述排屑槽至少有两个，且螺旋延伸并间隔布置。排屑槽还可以采用直线型。

优选地，所述第一刃部包括沿轴向螺旋排布的螺牙，任意相邻两螺牙的螺距p相同。在螺牙螺距相同的条件下，能保证螺牙在孔内壁上切制出等间距排列的内螺纹来。

进一步地，所述第二刃部包括沿轴向螺旋排布的挤压螺牙，任意相邻两挤压螺牙的螺距相同，并与第一刃部的螺距p相等。

所述第一刃部邻近头端的一端具有自头端向尾端逐渐向外侧倾斜延伸的导锥面，所述导锥面的外切线与刀头轴线之间所呈的夹角α为30°～60°。导锥面的设置，能够使切削螺牙逐渐切入孔内壁，使得自第一圈螺牙至最后一圈螺牙在切制工件内孔螺纹时能够彼此承担均匀的材料去除量。

为了使制孔过程中产生了抵消一部分钻削底刃部对工件材料切削作用所产生的轴向力，所述底刃部的尾端和第一刃部的头端之间具有间隔，且所述底刃部的最大外径d1与第一刃部的最小内径d2满足的如下关系：d1≤d2。

进一步地，所述第一刃部和第二刃部之间具有过渡部，所述过渡部的内径d4满足d4≤d2，所述过渡部的长度为np+δp，其中n为整数，n≥0，δp满足关系0＜δp＜p/2。如此，有利于减少刀具挠曲变形和工件变形。

为了将刀具在孔壁上切制出的内螺纹彻底切削去除，从而获得高光洁表面，该刀具还包括有用来铰削的第三刃部，所述第三刃部位于所述切削部的尾端、且该第三刃部的头端与第二刃部的尾端直接或间接连接。

改进地，所述刀头的尾端具有刀柄，所述第三刃部为自刀柄的头端朝第二刃部方向收缩的收缩段，所述第三刃部通过过渡段与所述第二刃部的尾端相连接。

进一步地，所述第三刃部的刃口的前角α3为0°～20°，所述第三刃部的刃口的后角α4为0°～20°，主偏角β为30°～80°。在上述前角范围内，第三刃部较为锋利，可在较小的切削力下将材料去除。在前述后角范围内，第三刃部较为强壮，不易受切削力作用而发生崩刃，同时能增强刃口的抗磨损能力；而在前述主偏角范围内，与第三刃部对应的实际切屑厚度相对较小，有利于降低单位长度切削刃所承受的切削力，提高刀具寿命。

与现有技术相比，本实用新型的高效复合制孔刀具所特有的切削螺牙刃部、过渡部和挤压螺牙刃部，使制孔过程中产生了抵消一部分钻削底刃部对工件材料切削作用所产生的轴向力的效果，有利于减少刀具挠曲变形和工件变形，提高孔加工精度，特别适用于深孔加工工况；此外，铰削刃部能够将刀具螺牙在孔壁上切制出的内螺纹彻底切削去除，从而获得高光洁表面；如此，使用该制孔刀具所制的深孔具有加工精度高、效率高、获得孔壁质量高的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为图1的另一角度的结构示意图；

图3为图2中b-b的剖面图；

图4为图1中部分结构的放大示意图；

图5为图4中a-a的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1至图5所示，本实用新型实施例的高效复合制孔的刀具包括刀头1和设置在刀头1尾端的刀柄2。该刀具的材质可以采用硬质合金或高速钢，表面涂覆有耐磨层。

如图1和图2所示，刀头1周面上布置有切削部1a，切削部1a自刀头1的头端至尾端依次包括有用来钻削的底刃部3、用来切削的第一刃部4、过渡部5、用来挤压的第二刃部6及用来铰削的第三刃部7，其中，第一刃部4和第二刃部6通过过渡部5相间隔布置，刀头1的周面上开设有至少一个用来排屑的排屑槽8，排屑槽8自刀头1的头端延伸至刀头1的末端、且贯穿切削部1a，排屑槽8至少有两个，且螺旋延伸并间隔布置，本实施例中的排屑槽8有两个，具体参见图1和图2所示。

如图1和图3所示，底刃部3的尾端和第一刃部4的头端之间具有间隔，且底刃部3的最大外径d1与第一刃部4的最小内径d2满足的如下关系：d1≤d2。而第一刃部4包括沿轴向螺旋排布的切削螺牙41，任意相邻两个切削螺牙41的螺距p相同，且螺距p为0.1～2；并且，该第一刃部4邻近头端的一端具有自头端向尾端逐渐向外侧倾斜延伸的导锥面42，导锥面42的外切线与刀头轴线之间所呈的夹角α为30°～60°，具体参见图1和图3所示。此外，切削螺牙的牙型为三角形或梯形，切削螺牙的数量有多个，优选1～5个；切削螺牙的刃口位于切削螺牙与排屑槽8的相贯处，通过精密磨削至锋利，切削螺牙的刃口前角α1优选为0°～20°，切削螺牙的刃口后角α2优选为0°～20°。

如图1所示，上述的第二刃部6具有沿轴向螺旋排布的挤压螺牙61，任意相邻两个挤压螺牙61之间的螺距相同，且等于第一刃部4相邻两个切削螺牙41之间的螺距p，并且，各个挤压螺牙61的牙型、螺牙内径、螺牙外径与切削螺牙41完全相同；挤压螺牙与排屑槽8相贯处的棱边经倒角、倒圆或钝化处理。

如图3所示，上述的过渡部5的内径d4满足d4≤d2，过渡部5的长度为np+δp，其中n为整数，n≥0，δp满足关系0＜δp＜p/2。

如图1和图2所示，第三刃部7位于切削部1a的尾端、且该第三刃部7为自刀柄2的头端朝第二刃部6方向收缩的收缩段，第三刃部7通过过渡段9与第二刃部6的尾端相连接，过渡段9的外径小于第三刃部7的最小外径；第三刃部7的刃口的前角α3为0°～20°，第三刃部7的刃口的后角α4为0°～20°，主偏角β为30°～80°；并且该第三刃部7的尾部具有自刀头的头端向尾端逐渐向外侧倾斜延伸的弧形部71，弧形部71与刀柄2的前端部相连接，如此，如图1所示，第三刃部7的最大外径d5与刀柄部2的外径相同。在使用上述高效复合制孔刀具制孔时，刀具轴向每转进给量须设定为与切削(或挤压)螺牙的螺距p大小相等。

使用上述高效复合制孔刀具制孔的原理如下：

首先，用来钻削的底刃部对工件材料进行钻削去除形成具有一定余量的底孔；之后，第一刃部的切削螺牙在孔壁余量材料上进行切削攻丝，在孔壁上切制出内螺纹结构；之后，第二刃部的挤压螺牙进入孔壁内螺纹内，由于挤压螺牙刃部首端与切削螺牙刃部尾端之间的过渡部的存在，其特定间隔是np+δp，导致各挤压螺牙的牙型后侧面与相邻孔壁内螺纹牙前侧面发生挤压干涉，干涉量为δp，由此对刀具产生指向前方也即沿进给方向的挤压力，该力对来自底刃部的与进给方向相反的轴向力产生消减作用，从而使刀具进刀制孔过程中的整体轴向力得到有效抑制；之后，用来铰削的第三刃部对孔壁残留的内螺纹结构和多余加工量进行切削去除，并对孔壁表面作最终的光整，从而获得高尺寸精度的孔特征和高光洁度的孔壁表面。上述进给方向为图3中的空心箭头所指的方向。