專利名稱：螺旋鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鉆削金屬工件的螺旋鉆頭，更具體來說，涉及能夠通過提供優(yōu)良的切屑排出性能而在高效條件下進(jìn)行加工的螺旋鉆頭。
背景技術(shù)：
在下列專利文獻(xiàn)1和2等中披露了用于金屬加工的鉆頭，特別是包括形成鉆頭軸 向端視圖中的凹形曲線的切削刃的鉆頭。在日本專利公開號No. 2_124208(專利文獻(xiàn)1)中所披露的螺旋鉆頭中，可以設(shè)想 鉆頭的芯厚是鉆頭直徑的20% 35%，并且螺旋溝槽在鉆頭軸向端視圖中的形狀是在切 削刃外端上相對于垂直線凹進(jìn)，該垂直線與將該切削刃外端和鉆頭中心彼此連接的直線垂 直，從上述垂直線到螺旋溝槽的壁面的距離設(shè)定為鉆頭直徑的45% 65%，而溝槽寬度比 設(shè)定為0. 9 1. 2，并且與表示芯厚的假想柱體接觸的螺旋溝槽的底部周圍的曲率半徑設(shè) 定為鉆頭直徑的15% 20%，以免生硬地使切屑卷曲和處理切屑。在日本專利公開號No. 2001-96411 (專利文獻(xiàn)2)中所披露的鉆頭中，螺旋溝槽從 與芯厚接觸的部分朝向鉆頭的軸向垂直截面圖中的根部呈S形地延伸，在溝槽的根部上設(shè) 置有突出部，并且從該突出部的前端到螺旋溝槽的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部的距離被限定，以便 防止由于切屑卡住而導(dǎo)致的根部的破碎以及用切削液消除螺旋溝槽(切屑排出溝槽)的潤 滑不足。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開號No. 2-124208專利文獻(xiàn)2 日本專利公開號No. 2001-9641
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題盡管在專利文獻(xiàn)1中可以設(shè)想能夠通過上述設(shè)定來實(shí)現(xiàn)切削阻力的減小和堵塞 的防止，然而該文獻(xiàn)中的鉆頭需要進(jìn)一步提高在更高效條件下的切屑控制性能。這也適用 于根據(jù)專利文獻(xiàn)2的鉆頭。在包括專利文獻(xiàn)1和2中所披露的內(nèi)容的常規(guī)螺旋鉆頭中，切屑的形狀和控制情 況隨著加工條件和工件特性而變化，從而導(dǎo)致這樣的缺點(diǎn)需要順應(yīng)各種條件的設(shè)計(jì)和順 應(yīng)工件的各種類型的設(shè)計(jì)并且提高了制造成本。當(dāng)存在無論加工條件和工件特性如何變化都良好地控制和排出切屑的鉆頭時，可 以通過提高切削速度和進(jìn)給率來提高加工效率。此外，還可以通過統(tǒng)一鉆頭的類型來降低 制造成本。本發(fā)明的目的在于使得能夠廣泛地應(yīng)對加工條件和工件特性的變化，以及使得能 夠以比常規(guī)鉆頭更高的效率來執(zhí)行加工。技術(shù)方案為了解決上述問題，本發(fā)明的螺旋鉆頭包括切削刃，其形成鉆頭軸向端視圖中的凹形曲線；螺旋溝槽，其在鉆頭軸向垂直截面圖中具有設(shè)定在80° 110°范圍內(nèi)的溝槽 擴(kuò)展角；以及窄化溝槽，其減小橫刃的寬度，在鉆頭軸向垂直截面圖中，所述螺旋溝槽的參與切屑控制的區(qū)域沿著第一圓和第 二圓形成，所述第一圓沿著所述切削刃，所述第二圓內(nèi)切在所述第一圓內(nèi)，所述第一圓和所 述第二圓均與表示芯厚的第三圓外切，所述第一圓的半徑R和所述第二圓的半徑Rl分別在0. 40D 0. 70D的范圍內(nèi)以 及0. 15D 0. 30D的范圍內(nèi)，其中D表示鉆頭直徑，并且所述螺旋溝槽的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部沿著所述第二圓形成為比第四圓更接近于鉆 頭中心(旋轉(zhuǎn)中心)，所述第四圓與所述鉆頭中心同心并具有0. 65D的直徑。這里所提到的所有第一圓至第四圓都是在設(shè)計(jì)中用到的假想圓。優(yōu)選的是在 這種鉆頭中，由邊緣部分的前緣形成的外周切削刃的前角(切削刃的外周部分的徑向前角 Y)設(shè)定為正值，并且通過倒角而實(shí)現(xiàn)的切削刃強(qiáng)化是對具有正前角的外周切削刃執(zhí)行的。上述用語“切削刃，其形成凹形曲線”是指這樣的形狀切削刃從鉆頭軸向端視圖 中的與基準(zhǔn)線平行的直線凹進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)方向后部中，所述基準(zhǔn)線與所述第三圓在一個點(diǎn)上 接觸，并且到達(dá)切削刃的外端。此外，上述術(shù)語“溝槽擴(kuò)展角”是指由鉆頭軸向垂直截面圖 中的如下兩條直線形成的角度，其中一條直線是從鉆頭中心到達(dá)切削刃的外端的直線，其 中另一條直線是從鉆頭中心經(jīng)過螺旋溝槽的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部朝向外徑側(cè)延伸的直線。切削刃的外周部分的徑向前角Y (=外周切削刃的前角α)優(yōu)選約為1°
20° ο有益效果在根據(jù)本發(fā)明的鉆頭中，切削刃呈現(xiàn)柔和地彎曲的凹形曲線的形式，并且在因切 削刃的這種形狀而成形的切屑中產(chǎn)生厚度變化。此外，由于切削刃的凹形曲線，使得在切削 刃的外周部分上設(shè)置有正的徑向前角Y，并且所形成的切屑流得到控制。此外，螺旋溝槽的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部沿著第二圓形成，以便位于更接近于鉆頭中 心(比第四圓更接近于鉆頭中心，該第四圓與鉆頭中心同心并具有0.65D的直徑)的位置， 從而在排出能量較大時，被形成凹形曲線的切削刃刮掉的切屑到達(dá)鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部，以 便被沿著第二圓形成的溝槽壁良好地控制。另外，被窄化溝槽部分的切削刃刮掉的切屑還 以小的阻力平穩(wěn)地流到螺旋溝槽中。由于上述這些協(xié)同增效效應(yīng)以及對切削刃的形狀和螺旋溝槽的形狀的優(yōu)化，使得 可以獲得穩(wěn)定的切屑形狀和穩(wěn)定的切屑控制性能，并且可以使用同一種鉆頭來應(yīng)對加工條 件中的廣泛變化以及工件特性中的廣泛變化。此外，可以應(yīng)對的范圍非常廣泛，以至于既不 需要順應(yīng)各種條件的設(shè)計(jì)，也不需要順應(yīng)工件的各種類型的設(shè)計(jì)，并且還可以通過統(tǒng)一鉆 頭的類型來降低制造成本。在設(shè)置有前角設(shè)定為正值的外周切削刃的鉆頭中，外周切削刃的銳度得到提高以 便增強(qiáng)切削性能。另一方面，以可以想到的方式降低外周切削刃的強(qiáng)度，而可以通過對外周 切削刃進(jìn)行倒角執(zhí)行切削刃強(qiáng)化來彌補(bǔ)外周切削刃的強(qiáng)度的不足。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的一個實(shí)施例的主要部分的側(cè)視圖。
圖2是圖1所示鉆頭的放大的鉆頭軸向端視圖。圖3是以簡化方式示出鉆頭軸向垂直截面的說明性輔助圖。圖4是示出外周切削刃的前角的截面圖。圖5是根據(jù)另一個實(shí)施例的鉆頭的放大端視圖。
圖6是以放大方式示出圖5中的區(qū)域β的端視圖。圖7是示出用于切屑形狀評價(jià)的尺寸比例的簡圖。附圖標(biāo)記說明1鉆頭主體，2刃帶部分，3切削刃，3a沿著窄化溝槽的部分的切削刃，3b切削刃的 外端，4螺旋溝槽，4a鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部，4b螺旋溝槽的沿著第二圓形成的部分的末端，5窄 化溝槽，6邊緣部分，7外周切削刃，8橫刃，9倒角，C基準(zhǔn)線，L與基準(zhǔn)線平行的直線，0鉆頭 中心，Sl第一圓，S2第二圓，S3第三圓，S4第四圓，R第一圓的半徑，Rl第二圓的半徑，Y 徑向前角，θ溝槽擴(kuò)展角，α外周切削刃的前角，H末端4b從鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部的突出量。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，參照附圖中的圖1至圖6對根據(jù)本發(fā)明的螺旋鉆頭的實(shí)施例進(jìn)行說明。該 螺旋鉆頭在鉆頭主體1的前端具有形成圖2所示端視圖中的凹形曲線的切削刃3。切削刃 3分別在鉆頭中心0的兩側(cè)設(shè)置成點(diǎn)對稱的形狀。在鉆頭主體1的外周上設(shè)置有圖1和圖2所示兩個螺旋溝槽4，并且如圖2所示， 在鉆頭主體1的前部上的處于中心對稱狀態(tài)的兩個部分上設(shè)置有減小橫刃8的寬度的窄化 溝槽5。附圖標(biāo)記3a表示沿著窄化溝槽5的部分的切削刃。圖3是以簡化方式示出鉆頭軸向垂直截面形狀的輔助圖，并且參照圖3進(jìn)行如下 說明。圖3中的附圖標(biāo)記C表示在鉆頭軸向垂直截面圖中沿著周向?qū)@頭二等分的基準(zhǔn)線。 沿著基準(zhǔn)線C的左右兩個半部的截面形狀是彼此相同的。對于每一個螺旋溝槽4來說，如果溝槽擴(kuò)展角θ不大于79°，則該螺旋溝槽的 截面面積不夠大，以至于對切屑的排出能力難以提高。此外，如果溝槽擴(kuò)展角θ至少為 111°，則刃帶部分2的面積不夠大，以至于難以保證鉆頭的強(qiáng)度，因此為了避免這樣的問 題，需要將溝槽擴(kuò)展角θ設(shè)定在80° 110°的范圍內(nèi)。螺旋溝槽4的參與切屑控制的區(qū)域沿著第一圓Sl和第二圓S2形成。第一圓Sl是 沿著形成圖2中的凹形曲線的切削刃3的圓，并且第一圓Sl與表示芯厚W的第三圓S3外 切。第二圓S2相對于第一圓Sl內(nèi)切，并且第二圓S2與第三圓S3外切。第一圓Sl的半徑R在0. 40D 0. 70D (D 鉆頭直徑)的范圍內(nèi)，并且第二圓S2的 半徑Rl在0. 15D 0. 30D的范圍內(nèi)。第一圓S 1的半徑R是第二圓S2的半徑Rl的1. 3 4. 6 倍。當(dāng)?shù)谝粓ASl的半徑R減小時，切削刃3從與第三圓S3在一個點(diǎn)上接觸并到達(dá)切 削刃3的外端3b的直線L (該直線與基準(zhǔn)線C平行)凹進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)方向后部中的量(凹陷 量)增加，并且外周部分的徑向前角Y增大。切削刃3的外周部分的徑向前角γ設(shè)定在 被認(rèn)為優(yōu)選的1° 20°的范圍內(nèi)。這里提到的切削刃3的外周部分的徑向前角γ由如 下兩條直線形成的角度來限定其中一條直線是將切削刃3的外端3b和從外端3b朝向鉆 頭中心返回一直到與鉆頭直徑D的5%對應(yīng)的部分的位置彼此連接的直線，其中另一條直線是將鉆頭中心O和切削刃3的外端3b彼此連接的直線。徑向前角Y與圖4所示外周切 削刃7的前角α相等，并且這個角度優(yōu)選設(shè)定為至少是1°，以便具備提高外周切削刃7的 銳度以及控制切屑的流動的效果而不存在強(qiáng)度不足的問題。如果這個角度過大，則外周切 削刃的強(qiáng)度會降低，以至于不可能通過加強(qiáng)倒角等方式來應(yīng)對強(qiáng)度的降低，因此該徑向前 角的上限優(yōu)選設(shè)定為約20°。螺旋溝槽4的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部4a形成在第二圓S2上。鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部4a 比第四圓S4更接近鉆頭中心。第四圓S4是與鉆頭中心同心并具有0.65D的直徑的圓。鉆 頭旋轉(zhuǎn)方向前部4a沿著具有小半徑的第二圓S2形成并靠近鉆頭中心，以便容易地夾帶由 形成凹形曲線的切削刃產(chǎn)生的切屑(提高了卷曲性能)，同時還平穩(wěn)地排出由每一個窄化 溝槽部分的切削刃3a產(chǎn)生的切屑，從而以平衡的方式表現(xiàn)這些功能并且提高了對于加工 條件和工件特性的變化的應(yīng)對能力。當(dāng)將芯厚W設(shè)定為至少是0. 18D時，可以獲得足夠的強(qiáng)度。如果芯厚W過大，則螺 旋溝槽4的截面面積不夠大，以至于對切屑的排出能力下降，因此芯厚W的上限優(yōu)選設(shè)定為 約 0. 32D。當(dāng)螺旋溝槽4的沿著第二圓S2形成的部分的末端4b朝向鉆頭旋轉(zhuǎn)方向后部突出 而超過鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部4a時，切屑難以朝向外徑側(cè)流動而超過上述末端4b從而平穩(wěn)地 排出。末端4b從鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部4a的當(dāng)前突出量H優(yōu)選設(shè)定為約0.02D 0.05D。如 果突出量H不大于0. 02D，則使末端突出的作用變小；而如果突出量H至少為0. 05D，則容易 出現(xiàn)根部等部位的強(qiáng)度降低。圖5和圖6示出對外周切削刃7執(zhí)行強(qiáng)化的實(shí)例。如圖5和圖6所示，如果由于 前角α增大而導(dǎo)致外周切削刃7的強(qiáng)度出現(xiàn)問題，則可以設(shè)置有倒角9以便加強(qiáng)外周切削 刃7。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在利用形成凹形曲線的切削刃的形狀形成的切屑中產(chǎn)生厚度變 化，并且在切削刃的外周部分上設(shè)定正的徑向前角Y，以便對所形成的切屑的流動進(jìn)行控 制。此外，螺旋溝槽的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部的位置比與鉆頭中心同心并具有0.65D的直徑的 第四圓更接近鉆頭中心，從而在排出能量較大時，被形成凹形曲線的切削刃刮掉的切屑到 達(dá)鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部，從而被沿著第二圓形成的溝槽壁良好地控制。另外，被窄化溝槽部分 的切削刃刮掉的切屑還以小的阻力流到螺旋溝槽中，并且可以利用這些協(xié)同增效效應(yīng)使用 同一種鉆頭來應(yīng)對加工條件中的廣泛變化以及工件特性中的廣泛變化。此外，可以應(yīng)對的范圍非常廣泛，以至于既不需要順應(yīng)各種條件的設(shè)計(jì)，也不需要 順應(yīng)工件的各種類型的設(shè)計(jì)，從而還可以減少鉆頭的種類，以便能夠降低制造成本。(實(shí)例)進(jìn)行了對根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)。在下文中示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn) 中，使用作為表ι中所示第ι至第12號試件的鉆頭在如下條件下進(jìn)行切削。作為第1至 第12號試件的各個鉆頭是具有直徑為Φ 8mm的油孔、切口的有效長度為55mm且總長度為 IlOmm的鉆頭。在作為試件的12個鉆頭中，第3至第5號以及第8至第10號是本發(fā)明的鉆頭。工件S50C (布氏硬度HB230)切削條件切削速度Vc = 80m/分鐘，進(jìn)給率f = 0. 30mm/轉(zhuǎn)，加工出的孔深H =40mm,內(nèi)部潤滑。 在該評價(jià)實(shí)驗(yàn)中，就包括1)切屑形狀(長度和形狀)、2)切屑排出能力(加工機(jī)器的主軸負(fù)載的電流值)、3)對切削刃外周的損傷(破碎狀態(tài))以及4)切削阻力(扭矩) 的四個項(xiàng)目對試件進(jìn)行評價(jià)。表1還示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。<formula>formula see original document page 8</formula>
屑形狀的判斷……圖7中尺寸a和b之間的比
A:a>b，Ba＝b，Ca<b
主軸電流值......前部和孔內(nèi)部之間的差A(yù) 升高量不大于5%，B 升高量不大于10%，C 升高量超過10%切削阻力(扭矩)......數(shù)值評價(jià)A 不大于 450Ncm，B 不大于 480Ncm，C 超過 450Ncm根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以理解，根據(jù)本發(fā)明的鉆頭(第3至第5號以及第8至第9號試樣)在所有受評價(jià)的項(xiàng)目中都能夠獲得令人滿意的性能。這里所公開的實(shí)施例和實(shí)例在各個方面都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。 本發(fā)明的保護(hù)范圍不是由以上說明限定，而是由專利權(quán)利要求書的范圍來限定。本發(fā)明的 意圖在于包括落在與專利權(quán)利要求書的范圍等同的要義和范圍內(nèi)的所有變型。
權(quán)利要求
一種螺旋鉆頭(1)，包括切削刃(3)，其形成鉆頭軸向端視圖中的凹形曲線；螺旋溝槽(4)，其在鉆頭軸向垂直截面圖中具有設(shè)定在80°～110°范圍內(nèi)的溝槽擴(kuò)展角；以及窄化溝槽(5)，其減小橫刃(8)的寬度，其中，在鉆頭軸向垂直截面圖中，所述螺旋溝槽(4)的參與切屑控制的區(qū)域沿著第一圓(S1)和第二圓(S2)形成，所述第一圓(S1)沿著所述切削刃(3)，所述第二圓(S2)內(nèi)切在所述第一圓(S1)內(nèi)，所述第一圓(S1)和所述第二圓(S2)均與表示芯厚的第三圓(S3)外切，所述第一圓(S1)的半徑R和所述第二圓(S2)的半徑R1分別在0.40D～0.70D的范圍內(nèi)以及0.15D～0.30D的范圍內(nèi)，其中D表示鉆頭直徑，并且所述螺旋溝槽(4)的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部(4a)在所述第二圓(S2)上形成為比第四圓(S4)更接近于鉆頭中心，所述第四圓(S4)與所述鉆頭中心同心并具有0.65D的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋鉆頭(1)，還具有邊緣部分(6)；以及外周切削刃(7)，其由所述邊緣部分(6)的前緣形成，其中，所述外周切削刃(7)的前角α設(shè)定為正值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋鉆頭(1)，其中，通過對所述外周切削刃(7)進(jìn)行倒角來執(zhí)行切削刃強(qiáng)化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋鉆頭(1)，其中，螺旋溝槽(4)在鉆頭軸向垂直截面中的溝槽擴(kuò)展角θ被限定，螺旋溝槽(4)的參與切屑處理的區(qū)域沿著第一圓(S1)和第二圓(S2)形成，第一圓(S1)沿著形成凹形曲線的切削刃(3)，第二圓(S2)內(nèi)切在第一圓(S1)內(nèi)，第一圓(S1)和第二圓(S2)均與表示芯厚的第三圓(S3)外切，第一圓(S1)的半徑R和第二圓(S2)的半徑R1分別在0.40D～0.70D的范圍內(nèi)以及0.15D～0.30D的范圍內(nèi)，并且螺旋溝槽(4)的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向前部(4a)在第二圓(S2)上形成為比第四圓(S4)更接近于鉆頭中心，第四圓(S4)具有0.65D的直徑。
文檔編號B23B51/00GK101821043SQ20088011105
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者佐藤佳司, 神代政章, 阿部誠 申請人:住友電工硬質(zhì)合金株式會社