專利名稱：帶有鑿尖的切削刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有獨(dú)特取向的鑿尖的一種切削刀具，如一種麻花鉆頭。
背景技術(shù)：
在脆性材料(如灰鑄鐵)的鉆孔中重要的是在一個(gè)希望的位置并且在具有“孔直 度”的一個(gè)直的方向上鉆出一個(gè)圓形的孔。在這種鉆孔過程中，不僅對于鉆頭而言有可能 橫跨工件的表面而“行走”到偏離目標(biāo)的位置，而且此外，甚至當(dāng)鉆頭被定位在適當(dāng)?shù)哪繕?biāo) 位置時(shí)，鉆頭上的不對稱的切削力可造成鉆頭擺動(dòng)，由此產(chǎn)生一個(gè)非圓形的孔，一個(gè)不直的 孔，或者兩者并存。1976年8月31日授權(quán)的美國專利號(hào)3，977，807是針對具有一個(gè)鑿尖的 一種雙刃帶麻花鉆頭，該鑿尖與主刃帶的拐角形成一個(gè)鑿尖角。雖然這份專利的圖2展示 了這種特征，但是因?yàn)閳D2是一個(gè)透視圖所以難以看清這個(gè)鑿尖角。盡管如此，主刃帶的外 徑隨著刃帶接近鑿尖而減小，其結(jié)果是犧牲了 一些鉆頭的穩(wěn)定性。2007年9月11日授權(quán)的美國專利號(hào)7，267，514是針對帶有一個(gè)導(dǎo)向尖端的一種 自定中心的鉆尖鉆頭，其中該鉆頭僅具有一個(gè)單刃帶。這份專利在圖4中披露了一種安排， 由此鑿尖與鉆頭刃帶實(shí)質(zhì)上是平行的。雖然這減小了鉆頭的“行走”，因?yàn)檫@種鉆頭在鉆孔 時(shí)趨于擺動(dòng)，對于孔的形狀以及孔的直度存在著同樣的問題。需要一種鉆頭設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)使孔更直和定位更好，并且在形成孔的過程中它使 鉆頭在孔中穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
一種總體上為圓柱形的切削刀具的尖端被用于在一個(gè)工件之中做出一個(gè)孔，其中 該尖端具有一個(gè)中央軸線以及一個(gè)切削末端。這種刀具被設(shè)計(jì)為在一個(gè)切削方向上旋轉(zhuǎn)。 該尖端包括一個(gè)本體，該本體具有兩個(gè)直徑上相對的槽與它們之間的棱面，其中這些棱面 各自具有一對刃，這對刃按照該刀具的旋轉(zhuǎn)被定義為一個(gè)前刃以及一個(gè)后刃。在每一個(gè)棱 面上一個(gè)主刃帶與一個(gè)次刃帶相互間隔開。該主刃帶是鄰近于該前刃并且這些刃帶具有沿 著本體的整個(gè)長度不變的刃帶直徑。一個(gè)切削唇緣從每個(gè)棱面的前刃向內(nèi)延伸至一個(gè)最靠 內(nèi)的末端上。一個(gè)鑿尖由連接每個(gè)切削唇緣的最靠內(nèi)的末端的一條線所定義，其中，當(dāng)沿著 該中央軸線觀看時(shí)，該鑿尖與一條線形成一個(gè)鑿尖角，該線從該棱面的前刃向內(nèi)徑向地延 伸至該鑿尖的中點(diǎn)。該鑿尖角是在80度至100度之間。本主題發(fā)明還針對一種可旋轉(zhuǎn)的 切削刀具，它具有如上所述的一個(gè)尖端。


圖1是一種模塊式麻花鉆頭的側(cè)視圖，該鉆頭具有被固定到鉆頭柄上的一個(gè)切削 刀具；圖IA是在圖1中被標(biāo)識(shí)為A的環(huán)繞區(qū)域的放大的剖面詳圖；圖2是圖1中的麻花鉆頭的俯視圖3是沿圖2中的箭頭“3-3”的側(cè)視圖；并且圖4是沿圖2中的箭頭“4-4”的模塊式麻花鉆頭的頂端部分的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖1展示了一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的切削刀具10，作為一個(gè)實(shí)例，它是一種麻花鉆頭。切削刀 具10具有在切削末端20處的一個(gè)尖端15。尖端15具有通過其中延伸的一條中央軸線17。 如圖2中展示的，尖端15具有一個(gè)尖端本體25，該尖端本體具有兩個(gè)直徑上相對的槽30A、 30B。在每個(gè)槽30A、30B之間圍繞切削刀具10的圓周的是棱面35A、35B。每個(gè)棱面35A、35B 是由一個(gè)尖端本體棱面37A、37B以及一個(gè)叉狀棱面39A、39B構(gòu)成的。
在圖1-4中展示的實(shí)施方案示出了一個(gè)切削刀具10以及一個(gè)柄12，其中尖端本體 25從柄12上是可拆除的。如圖3中展示的，尖端本體25被固定在兩個(gè)延伸的叉狀體14A、 14B之間。當(dāng)從切削末端20觀看時(shí)，在此討論的切削刀具是對稱的，并且其結(jié)果是，在理解 對稱側(cè)面(到目前為止提及它時(shí)已經(jīng)使用“B”的后綴)是對稱的情況下，將僅對切削刀具 10的二分之一進(jìn)行討論。因此，針對“A”側(cè)的同樣的討論將適用于“B”側(cè)。尖端本體棱面37A具有被定義為一個(gè)前刃40A和一個(gè)后刃42A的一對刃?？尚D(zhuǎn) 的切削刀具10和相關(guān)聯(lián)的尖端本體25被設(shè)計(jì)為在由箭頭“45”指示的一個(gè)單一旋轉(zhuǎn)方向上 工作。其結(jié)果是，要接觸工件的尖端本體棱面37A第一部分被定義為前刃40A，而剩余的刃 是后刃42A。尖端本體棱面37A是由在尖端本體棱面37A上相互間隔開的一個(gè)主刃帶47A 以及一個(gè)次刃帶49A構(gòu)成的。主刃帶47A鄰近于前刃40A并且這些刃帶47A、49A各自與相 對的主刃帶47B和次刃帶49B形成一個(gè)與外徑4相同的刃帶直徑MD。當(dāng)圖2中展示的次刃 帶49A接觸后刃42A時(shí)，這完全有可能并且容易想象到使次刃帶49A在接近主刃帶47A的 方向上將與后刃42A間隔開。刃帶直徑50沿著尖端本體25的整個(gè)長度延伸并且基本上是恒定的。具體地講， 在麻花鉆頭設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)做法是給該鉆頭的切削末端提供一個(gè)外徑，它稍微大于該切削末端 之后的區(qū)域。作為一個(gè)實(shí)例，一個(gè)麻花鉆頭可具有一個(gè)切削末端外徑，它比遠(yuǎn)離該切削末端 的鉆頭外徑大出近似0. 05毫米，由此提供在切削末端之后的間隙。在這方面，刃帶直徑50 沿著尖端本體25的整個(gè)長度延伸并且它實(shí)質(zhì)上是恒定的。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，就圖2而言，刃帶直徑MD是不僅尖端本體25的而且也是柄12的最 大直徑，并且尖端本體25和叉狀體14的外圍的其余部分具有的直徑小于刃帶直徑MD。一個(gè)切削唇緣55A從尖端本體棱面37A的前刃40A向內(nèi)延伸至一個(gè)最靠內(nèi)的末端 57A 上。由連接每個(gè)切削唇緣55A、55B的最靠內(nèi)的末端57A、57B的一條線63定義了一個(gè)
鑿尖60。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，鑿尖60是由切削唇緣55A和切削唇緣55B兩者定義的，并且出于此 種原因，鑿尖不被認(rèn)為是與尖端本體25的對稱性相關(guān)的兩個(gè)部分。當(dāng)沿著中央軸線17觀看時(shí)，鑿尖60與一條線65B形成一個(gè)鑿尖角A，這條線從該 棱面35B的前刃40B徑向地向內(nèi)延伸至鑿尖63的中點(diǎn)67上。鑿尖角A是在80度至100 度之間并且優(yōu)選是近似90度。
如圖2所展示的，鑿尖60具有一種“ S ”形狀，該形狀在彎曲的末端70A、70B中具 有一個(gè)總體上直的中心部分69。例如，對于具有在12毫米與13毫米之間的外徑的一個(gè)鉆 頭來說，鑿尖60的直的中心部分69具有0. 25毫米的長度。如圖2所展示的，鑿尖60以彎曲的末端70A、70B過渡成切削唇緣55A、55B。對于 12毫米至32毫米的外徑來說，這些彎曲的末端70A、70B具有0. 4毫米至1. 5毫米的半徑。一個(gè)切槽75A (圖3)從槽30A向外延伸至鑿尖60，并且在一個(gè)實(shí)施方案中，它定義 了在鑿尖60處在2度與10度之間的一個(gè)正前角R。主刃帶47A與次刃帶49A之間的是一個(gè)凹陷78A，該凹陷是由相對的凹陷78A、78B 之間的小于刃帶直徑MD的一個(gè)間隙直徑CD來定義的。棱面35A與鑿尖60之間的區(qū)域總體上被稱為肋側(cè)80A。典型地，肋側(cè)80A與棱面 35A相交以形成一個(gè)刃。然而，為了改進(jìn)的強(qiáng)度、耐久性并且使在退出時(shí)脆性材料(如鑄鐵) 的崩出/破碎最小化，在棱面35A與槽80A之間可以引入一個(gè)倒角82A。倒角82A可以與中 央軸線17形成70度與90度之間的一個(gè)倒角角度CA(圖4)。
如圖1中所展示的，該切削刀具是一種模塊式麻花鉆頭，它具有容納尖端15的一 個(gè)柄12。然而，同樣有可能并且容易想象的是使尖端本體25成為柄12的一個(gè)整體部分，由 此提供一個(gè)實(shí)體的鉆頭。還應(yīng)該指出，目前為止所討論的一直是具有多個(gè)螺旋槽的一種麻花鉆頭。本主題 發(fā)明還可以適用于一種具有多個(gè)直槽的麻花鉆頭。如圖3中所展示的，使用不同的技術(shù)，尖端15可以被固定在柄12的叉狀體14A、 14B之中。在此處展示的實(shí)施方案中，與切削末端20相對的尖端本體(如圖IA中展示的) 是沿中央軸線17的一個(gè)螺紋孔85，它用于與一個(gè)配合螺栓105接合，該螺栓具有抵靠柄12 之中的內(nèi)肩109的一個(gè)頭部107。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，將尖端15固定在柄12上的其他安排是機(jī)床 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的，這些安排包括但不限于將尖端15彈性夾持在柄12中的多個(gè) 叉狀體14。柄12在尖端15的區(qū)域之中的構(gòu)形是這樣的，即當(dāng)尖端15被安裝在柄12中時(shí)， 柄12的外形與尖端15的外形相符合，這樣，如圖1中所展示的，這種組合呈現(xiàn)出具有多個(gè) 連續(xù)表面的一種單體部件。應(yīng)該指出，切削刀具10可以具有多個(gè)冷卻劑通道110，這些通道在柄12的長度上 延伸并且在該柄的基部13處提供有冷卻劑。此外，如圖所示，柄12具有被固定在一個(gè)轉(zhuǎn)軸 (未示出)上的一個(gè)凸端11，該轉(zhuǎn)軸被用于將旋轉(zhuǎn)賦予切削刀具10?？梢园淬@頭制造領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員已知的許多不同的方式中的任何一種將柄12固定在該轉(zhuǎn)軸上。尖端本體15可以用一種硬質(zhì)燒結(jié)碳化物(如碳化鎢、碳化鈦、或TiC-TiN)來制 造?？傮w上講，尖端本體15可以用一種硬質(zhì)耐磨損材料(如在本領(lǐng)域內(nèi)為人熟知的多種涂 覆的耐火燒結(jié)碳化物材料中的一種)來制造。由于與碳化物刀具相關(guān)的費(fèi)用，所以盡管有 可能這樣做，但是對于由碳化物材料構(gòu)成的尖端本體25和柄12兩者是不太可行的，而更可 行的是該尖端本體25由一種碳化物材料構(gòu)成，但是柄12由機(jī)械工具鋼構(gòu)成。根據(jù)本主題發(fā)明的切削刀具提供了比其他切削刀具優(yōu)越的結(jié)果。就孔的直度而 言，使用具有12. 5毫米直徑、140度鉆尖角、以及30度螺旋角的一個(gè)模塊式麻花鉆頭進(jìn)行測 試以鉆削具有125毫米深度的多個(gè)盲孔。該工件是灰鑄鐵類別40并且該鉆頭以198毫米每分鐘和0. 35毫米每轉(zhuǎn)的速度前進(jìn)。此外，通過鉆頭柄中的內(nèi)部通道將冷卻劑引入工件。在這些情況下，獲得了以下結(jié)果。案例1具有60度鑿角的一個(gè)單刃帶鉆頭實(shí)現(xiàn)了 0. 15毫米的孔直度。案例2具有90度鑿尖角的一個(gè)單刃帶鉆頭實(shí)現(xiàn)了 0. 13毫米的孔直度。案例3具有60度鑿尖角的一個(gè)雙刃帶鉆頭實(shí)現(xiàn)了 0. 11毫米的孔直度。案例4具有90度鑿尖角的一個(gè)雙刃帶鉆頭(與本主題發(fā)明一致)實(shí)現(xiàn)了 0.04毫 米的孔直度。這些意想不到的結(jié)果顯示了根據(jù)本主題發(fā)明的設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。該鑿角還有助于使鉆頭沿工件的“行走”最小化。具體地講，對于具有60度鑿角 的一個(gè)鉆頭，相對于目標(biāo)位置的位置誤差是0. 0042毫米而使用具有90度鑿尖角的一個(gè)鉆 頭的位置誤差具有0. 003毫米的位置誤差。如可以看出的，根據(jù)本主題發(fā)明的鉆頭不僅提供了意想不到的結(jié)果而且還提供了 比其他設(shè)計(jì)優(yōu)越的結(jié)果。由于在此披露的鉆頭設(shè)計(jì)的結(jié)果，在鉆孔過程中，由鑿尖產(chǎn)生的力遇到沿著同樣 方向/線的來自孔壁的在這些刃帶上的反作用力。這使鉆頭上的力或力矩中的任何不平衡 最小化，由此減小了鉆頭行走的趨勢并且確保了孔的直度以及精確的孔定位。該鉆頭的這 個(gè)特征在一種多相的材料(如素以難于維持孔直度而著稱的灰鑄鐵)上是非常有益的。如 在此披露的鑿尖角與雙刃帶相結(jié)合提供了非常優(yōu)越的孔直度，其中次刃帶起到平衡任何超 出直線的力的作用。如在上述的案例中所展示的，當(dāng)該鑿角從60度改變至90度時(shí)，使用一 種雙刃帶鉆頭在孔直度上存在50%的改進(jìn)。此外，對照使用具有60度鑿尖角的鉆頭，使用 具有90度鑿尖角的鉆頭減少了約25%的孔的位置誤差。雖然已詳細(xì)說明了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到鑒于本 披露的整體傳授內(nèi)容對這些細(xì)節(jié)可發(fā)展出不同的修改和替代。在此說明的目前優(yōu)選的實(shí)施 方案僅旨在是解說性的而并非限制本發(fā)明的范圍，對于本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)給予所附權(quán)利要 求應(yīng)及其所有的等效物的全部寬廣度。
權(quán)利要求
一種總體上圓柱形的、用于在工件中形成孔的切削刀具的尖端，其中該尖端具有一條中央軸線以及一個(gè)切削末端并且該尖端被設(shè)計(jì)在一個(gè)切削方向上旋轉(zhuǎn)，其中該尖端包括a)一個(gè)本體，該本體具有兩個(gè)直徑上相對的槽與它們之間的棱面，其中這些棱面各自具有一對刃，這對刃按照該刀具的旋轉(zhuǎn)被定義為一個(gè)前刃以及定義為一個(gè)后刃；b)一個(gè)主刃帶和一個(gè)次刃帶，這些刃帶在每個(gè)棱面上相互間隔開，其中該主刃帶鄰近于該前刃并且這些刃帶具有沿著該本體的整個(gè)長度的實(shí)質(zhì)上不變的刃帶直徑；c)一個(gè)切削唇緣，該切削唇緣從每個(gè)棱面的前刃向內(nèi)延伸至一個(gè)最靠內(nèi)的末端；d)一個(gè)鑿尖，該鑿尖由連接每個(gè)切削唇緣的最靠內(nèi)的末端的一條線而定義；e)其中當(dāng)沿著該中央軸線觀看時(shí)，該鑿尖與一條線形成一個(gè)鑿尖角，該線從該棱面的前刃徑向地向內(nèi)延伸至該鑿尖的中點(diǎn)上；并且f)其中該鑿尖角是在80度與100度之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中該鑿尖角是90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中該鑿尖是“S”形的、具有一個(gè)總體上直的中心部分 以及彎曲的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尖端，其中對于具有12毫米與13毫米之間的外徑的一個(gè)鉆 頭，該鑿尖的直的中心部分具有0. 25毫米的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中該鑿尖過渡進(jìn)入這些切削唇緣，并且對于一個(gè)12 毫米至32毫米的外徑，該過渡區(qū)域具有0. 4毫米至1. 5毫米的半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中一個(gè)切槽從該槽向上延伸至該鑿尖，其中該切槽 定義了處于該鑿尖處的一個(gè)正前角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中這些刃帶之間的一個(gè)凹陷是由小于該刃帶直徑MD 的一個(gè)間隙直徑定義的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中該主刃帶是鄰近在該棱面上的前刃而該次刃帶是 鄰近在該棱面上的后刃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中該主刃帶是鄰近在該棱面上的前刃并且該次刃帶 是在接近該主刃帶的一個(gè)方向上與該后刃間隔開的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中一個(gè)肋側(cè)在該棱面與該鑿尖之間延伸并且，其中 在該棱面與該肋側(cè)之間存在一個(gè)倒角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的尖端，其中倒角與該中央軸線形成了一個(gè)在70度與90度 之間的角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中多個(gè)槽是螺旋狀的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，進(jìn)一步包括具有一個(gè)柄的一種麻花鉆頭，該柄具有容 納該尖端的一個(gè)末端。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖端，其中該本體具有沿著該中央軸線的一個(gè)螺紋孔，該一 個(gè)螺紋孔用于同來自一個(gè)刀具柄的一個(gè)配合螺栓接合。
15.一種可旋轉(zhuǎn)的切削刀具，具有在一個(gè)切削末端處的一個(gè)尖端，其中該尖端包括a) 一個(gè)本體，該本體具有兩個(gè)直徑上相對的槽與其間的棱面，其中這些棱面各自具有 一對刃，這對刃由該工具的旋轉(zhuǎn)定義為一個(gè)前刃以及一個(gè)后刃；b) 一個(gè)主刃帶和一個(gè)次刃帶，這些刃帶在每個(gè)棱面上相互間隔開，其中該主刃帶鄰近 于該前刃并且這些刃帶具有沿著該本體的整個(gè)長度不變的刃帶直徑；C) 一個(gè)切削唇緣，該切削唇緣從每個(gè)棱面的前刃向內(nèi)延伸至一個(gè)最靠內(nèi)的末端；d)一個(gè)鑿尖，該鑿尖由連接每個(gè)切削唇緣的最靠內(nèi)的末端的一條線定義；e)其中當(dāng)沿著該中央軸線觀看時(shí)，該鑿尖與一條線形成一個(gè)鑿尖角，該線從該棱面的 前刃徑向向內(nèi)延伸至該鑿尖的中點(diǎn)；并且f)其中該鑿尖角是在80度與100度之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切削刀具，其中該刀具具有一個(gè)柄并且該尖端本體是從該 柄中可拆除的。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切削刀具，其中該尖端本體具有沿著該中央軸線的一個(gè)螺 紋孔，該螺紋孔用于同來自該刀具柄的一個(gè)配合螺栓接合。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中該尖端本體是該刀具柄的一個(gè)整體部分。
全文摘要
一種麻花鉆頭具有雙刃帶和在80度與100度之間的一個(gè)鑿尖角，以此使孔的直度最大化并且以使鉆頭在一個(gè)工件上的“行走”最小化。這種鉆頭可以是具有一個(gè)可拆除的尖端本體的模塊式鉆頭或該鉆頭可以具有一種實(shí)體構(gòu)形。一個(gè)尖端本體是可消耗的并且按要求時(shí)可以被拆除并被更換。
文檔編號(hào)B23B27/16GK101970160SQ200980108586
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者J·施韋格爾, K·桑帕瑟 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司