CN102917823B - 用于高级材料的麻花钻 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于诸如碳纤维加强塑料（CFRP）和玻璃纤维加强塑料（GFRP）的复合材料的钻孔的麻花钻。本发明提出：麻花钻（2）设有可变螺旋，所述可变螺旋具有限定的起始螺旋角度和终点螺旋角度，其与主离隙角度和副离隙角度组合，使得麻花钻（2）适于使推力最小化，尤其在用于钻含纤维复合材料时，并且尤其是在用于手动钻孔时。已经显示50°和10°；50°和30°；以及30°和10°的起始和终点螺旋角提供优秀的切削性能和出口孔质量。还已经发现大的副横刃角度（24）有助于在复合材料情况下的包括层叠加工的优秀性能。

Description

用于高级材料的麻花钻

技术领域

本发明涉及麻花钻，且具体来说涉及适于钻、尤其是手动钻诸如碳纤维加强塑料（CFRP）或玻璃纤维加强塑料（GFRP）的复合材料的麻花钻。

背景技术

诸如CFRP和GFRP的含纤维的复合材料表现出特定挑战，尤其是关于良好的孔质量方面的挑战。此外，尤其在航空工业中，这些材料通常通过手动来钻孔，而不是通过自动钻孔，因为自动钻孔设备的钻臂可能无法触及工件（例如部件或面板）。

不像由计算机控制（即，钻孔速度和钻孔进给速率）的自动化钻孔，手动钻孔要求使用者控制速度和进给。因此，虽然在通过控制钻孔速度和进给速率来进行自动钻孔的情形中，可使得对工件（例如复合材料）的损坏适度，但是在手动钻孔中，对工件的损坏取决于操作者，即施加到工件的速度和进给。因此，手动钻孔带来了产生均匀的孔的困难：不同使用者可能对工件施加不同水平的力且从而孔的质量会变化。

手动钻孔还更容易受“推动（push）”或“提拉(pullthrough)”的问题的影响，由此在钻孔过程中，在特定点处，钻可能会对用户施加轴向力。这来自于在钻移动进入并穿过工件时钻与工件的相互作用。这使得对于使用者来说难以控制钻孔过程，并且这可导致降低的孔均匀度和孔质量。

市场上可提供的所建议的用于在CFRP型材料等的情况下使用的钻是钻铰复合刀具，尤其是四容屑槽的钻铰复合刀具。但是，这些钻不能提供可变水平的推力和良好的出口孔（exithole）质量。

发明内容

本文描述的钻寻求解决上述问题。具体来说，本文描述的实施例改善了在对诸如CFRP和GFRP的含纤维的复合材料进行钻孔时的推力和孔质量的问题。

第一个提议是：麻花钻设有可变螺旋，该可变螺旋具有限定的起始螺旋角度和终点螺旋角度，其与主离隙角度和副离隙角度（reliefangle）组合，使得麻花钻适于使推力最小化，尤其是在用于对含纤维的复合材料进行钻孔时，并且尤其是在用于手动钻孔时。

第二个提议是：麻花钻设有副横刃，其与主离隙角度和副离隙角度组合，使得麻花钻适于提供良好的孔质量，尤其是在用于对含纤维的复合材料进行钻孔时，并且尤其是在用于手动钻孔时。

第三个提议是：具有可变螺旋的麻花钻用于钻含纤维的复合材料。

第四个提议是：麻花钻设有同时包括线性部分和可变螺旋部分的螺旋，且具有限定的起始螺旋角度和终点螺旋角度，其与副横刃角度组合，使得麻花钻适于提供良好的孔质量，尤其是在用于对含纤维的复合材料进行钻孔时。

接着讨论了这些提议中的每一个提议。

本文所使用的术语“向前”和“向后”仅旨在帮助理解麻花钻的结构特征。在使用中，它们不意图作为参考或是对麻花钻的限制。

关于第一个提议，当钻含有纤维的复合材料时的推力问题通过组合多个钻几何特征，即具有特定起始角度和终点角度的可变螺旋，以及具有特定离隙角度的主刻面和副刻面（主间隙和副间隙或主离隙和副离隙（reliefs））而得以解决。

第一方面中，本发明提供了麻花钻，所述麻花钻具有：钻柄，

钻体，

钻尖端，所述钻尖端包括切削刀刃、在所述切削刀刃后面延伸的主刻面和在所述主刻面后面延伸的副刻面，其中，主刻面的离隙角度是5°至40°，优选地是10°至40°，而副刻面的离隙角度是10°至40°；以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，所述容屑槽或每个容屑槽的螺旋角度从在钻尖端处的25°至60°，优选地是40°至60°的起始螺旋角度减小到钻体中的0°至35°，优选地是0°至20°的终点螺旋角度。

本发明人已经发现如上限定的可变螺旋与主刻面和副刻面的间隙的设置的组合显著地降低了推力，尤其是在钻含纤维的复合材料时。实际上，如本文所述，在钻例如环氧基CFRP的含纤维的复合材料时，各实施例已经实现了良好的出口孔质量。实际上，该方面的麻花钻适于对这样的复合材料进行钻孔。各实施例中，麻花钻是复合麻花钻。

然而，麻花钻可用于钻其它材料，例如钢和铝。

因此，螺旋是可变螺旋。即，螺旋角度从钻尖端变化到钻体。具体来说，在钻尖端的螺旋角度（起始角度）相对大，在25°至60°，优选地是40°至60°，该角度降低到在钻体中的0°至35°，优选地是0°至20°的较低值（终点角度）。

具体来说，本发明人已经确认具有在钻尖端处的25°至60°，优选地是40°至60°的起始螺旋角度，和在钻体中的0°至35°，优选地是0°至20°的终点螺旋角度，尤其适于降低推力。较低的推力降低了脱层的风险并还降低了功率消耗。

此外，相对大的起始角度有助于快速地与正被钻孔的基底接合。实践中，各实施例快速地且干净地切入含纤维的复合材料。大的起始角度提供了低的切削阻力。

相对较小的终点角度适当地增加切削阻力，且尤其关于手动钻孔而言，优选地降低了“提拉”效应。

特定的起始角度和终点角度的组合因此提供了具有尤其适于如本文所述的对复合材料进行钻孔的特征。

如本文所述，本发明已经发现了起始角度和终点角度的组合的宽范围可在上面指定的范围内使用，例如50°至10°、30°至10°、以及50°至30°，并且具有由这些实施例证明的有价值的实际优点。

适当地，对于起始角度，上限是58°，优选地是56°，更优选地是55°，更加优选地是54°，更加优选地是53°，更加优选地是52°，且最优选地是51°。

某些实施例中，起始角度的上限是34°，优选地是32°，且最优选地是31°。

适当地，对于起始角度，下限是42°，优选地是44°，更优选地是45°，更优选地是46°，更优选地是47°，更优选地是48°，且最优选地是49°。

某些实施例中，对于起始角度，下限是26°，优选地是27°，更优选地是28°，更优选地是29°，且最优选地是30°。下限还可以是35°或40°。

对于起始角度，这些上限和下限值能以任何组合的形式出现在各实施例中。

具体来说，优选的起始角度是45°至55°，优选地是48°至52°，更优选地是49°至51°，且最优选地是约50°。

适当地，对于终点角度，下限是2°，优选地是4°，更优选地是6°，更优选地是8°，且最优选地是9°。

某些实施例中，尤其是适于自动钻孔的麻花钻的那些实施例中，通常，对于终点角度，下限显著更大，优选地是15°，更优选地是20°，更优选地是22°，更优选地是24°，更优选地是26°，且最优选地是28°。

适当地，对于终点角度，上限是34°，优选地是33°，更优选地是32°，且最优选地是31°。某些实施例中，对于终点角度，上限是20°，优选地是18°，且最优选地是16°。

某些实施例中，尤其是适于手动钻孔的麻花钻的那些实施例中，通常，对于终点角度，上限显著更小，优选地是14°，更优选地是13°，更优选地是12°，且最优选地是11°。

对于终点角度，这些上限和下限值能以任何组合的形式出现在各实施例中。具体来说，优选的组合是0°至32°，更优选地是6°至32°，更优选地是8°至32°，且最优选地是9°至31°。

另一优选的组合是0°至20°，更优选地是0°至18°，且最优选地是0°至16°

某些实施例中，尤其是适于手动钻孔的那些实施例中，优选地，终点角度是6°至12°，优选地是8°至12°，更优选地是9°至12°，更优选地是9°至11°，且最优选地是约10°。

某些实施例中，尤其是适于自动钻孔的那些实施例中，优选地，终点角度是20°至35°，优选地是20°至35°，更优选地是25°至35°，更优选地是27°至33°，更优选地是28°至32°，更优选地是29°至31°，且最优选地是约30°。

对于起始角度和终点角度，这些范围和值能以任何组合的形式出现在各实施例中。

优选实施例中，螺旋具有28°至52°的起始角度和8°至12°的终点角度。尤其优选的实施例具有（i）28°至32°或（ii）48°至52°中的任一起始角度；以及8°至12°的终点角度。

优选实施例中，螺旋具有28°至52°的起始角度和8°至12°的终点角度。尤其优选的实施例具有约50°的起始角度和约10°的终点角度。

其它具体优选实施例中，螺旋具有28°至32°的起始角度和8°至12°的终点角度。尤其优选的实施例具有约30°的起始角度和约10°的终点角度。

其它具体优选实施例中，螺旋具有48°至52°的起始角度和28°至32°的终点角度。尤其优选的实施例具有约50°的起始角度和约30°的终点角度。

优选地，螺旋角度从起始螺旋角度到终点螺旋角度降低至少5°，更优选地降低至少10°，更优选地降低至少15°，更优选地降低至少20°，更优选地降低至少25°，更优选地降低至少30°，且最优选地降低至少35°。

具体来说，在适于手动钻孔的实施例的情形中，合适地是，螺旋角度降低至少35°，优选地是至少38°，且优选地是约40°。这些实施例中，合适地是，螺旋角度不降低超过50°，优选地是不大于45°。

具体来说，在适于自动钻孔的实施例的情形中，合适地是，螺旋角度降低至少15°，优选地是至少18°，且优选地是约20°。这些实施例中，合适地是，螺旋角度不降低超过40°，优选地不大于35°。

各实施例中，螺旋角度从起始螺旋角度到终点螺旋角度连续地降低。由此，合适地，螺旋不包括任何螺旋角度不变化的线性部分。优选地，螺旋角度的变化率作为沿螺旋的距离的函数而连续地变化。由此，合适地是，螺旋不包括任何螺旋角度的变化率是恒定的任何部分。优选地，螺旋角度根据非线性函数，适当地是曲线函数，例如指数函数降低。尤其优选的是，螺旋角度根据样条函数从起始螺旋角度到终点螺旋角度降低。合适地，样条函数是任何非线性样条函数，例如指数函数、二次样条函数或三次样条函数。

合适地，麻花钻的前端变化，以适应螺旋角度的变化。例如，前端根据样条函数变化。

各实施例中，所述至少一个容屑槽包括螺旋角度不变化的一个或多个线性部分。即，容屑槽包括（i）螺旋角度不变化的线性部分，以及（ii）螺旋角度根据本文所述的那样降低的可变或非线性部分。

在容屑槽包括线性部分（螺旋角度是恒定的）的实施例中，适当地，该线性部分的长度是容屑槽的总长度的至少5%，更优选地是容屑槽的总长度的至少10%，更优选地是至少15%，且最优选地是至少20%。

优选地，线性部分的长度不大于容屑槽的总长度的50%，优选地不大于容屑槽的总长度的40%，更优选地不大于容屑槽的总长度的30%，且最优选地不大于容屑槽的总长度的20%。

适当地，该线性部分处在容屑槽的起始处（即在钻尖端上）。优选地，容屑槽包括为线性部分的起始部分和为可变部分的终点部分。适当地，可变部分中，螺旋角度的变化率作为沿螺旋的距离的函数连续地变化。已经发现这有助于实现良好孔质量和降低推力。具体来说，适当地，大螺旋有助于产生良好孔质量，降低推力并形成优秀的孔尺寸。

当麻花钻包括更宽直径的斜切部分（“倒角钻”）时，更小的终点螺旋角度是尤其有效的，从而避免斜切部分的潜在弱化。

已经发现主离隙和副离隙的设置对降低推力有贡献。具体来说，已经发现如本文所描述的主离隙角度和副离隙角度的组合提供了尤其适于对复合材料进行钻孔的推力。

此外，已经发现主副离隙角度改善了钻尖端处的热释放。已经发现当如本文所述的那样钻复合材料时，这有助于降低推力，而且还改善孔质量，尤其是出口孔质量。具体来说，发明人进行的实验已经显示出更少的复合材料基底的碎片被观察到。

优选地，主离隙角度是至少8°，优选地是至少10°，优选地是至少12°，且更优选地是至少14°。

各实施例中，尤其是适于手动钻孔的实施例中，主离隙角度适当地是至少15°，优选地是至少20°，更优选地是至少22°，更优选地是至少23°，且最优选地是至少24°。

优选地，主离隙角度不大于35°，更优选地不大于30°，更优选地不大于28°，更优选地不大于27°，且最优选地不大于26°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，主离隙角度适当地不大于19°，更优选地不大于18°，更优选地不大于17°，且最优选地不大于16°。其它实施例中，主离隙角度不大于14°，更优选地不大于12°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，适当地，主离隙角度是11°至19°，优选地是12°至18°，更优选地是13°至17°，更优选地是14°至16°，且最优选地是约15°。

各实施例中，尤其是适于手动钻孔的实施例中，适当地，主离隙角度是21°至29°，优选地是22°至28°，更优选地是23°至27°，更优选地是24°至26°，且最优选地是约25°。

各实施例中，适当地，主离隙角度是5°至16°，优选地是8°至12°，且最优选地是约10°。

优选地，副离隙角度是至少12°，更优选地是至少14°，更优选地是至少15°，更优选地是至少16°，更优选地是至少17°，更优选地是至少18°，且最优选地是至少19°。

优选地，副离隙角度不大于35°，更优选地不大于30°，更优选地不大于28°，更优选地不大于26°，更优选地不大于25°，更优选地不大于24°，更优选地不大于23°，更优选地不大于22°，且最优选地不大于21°。

各实施例中，具体是适于自动钻孔的实施例或适于手动钻孔的实施例，适当地，副离隙角度是15°至25°，优选地是16°至24°，更优选地是17°至23°，更优选地是18°至22°，更优选地是19°至21°，且最优选地是约20°。

主离隙角度和副离隙角度的这些范围和值（包括上限和下限）可以任何组合的形式在各实施例中出现。

尤其优选的实施例中，尤其是适于手动钻孔的那些实施例中，主离隙角度是23°至27°，且副离隙角度是17°至23°，且甚至更优选地是24°至26°和19°至21°。

其它尤其优选的实施例中，尤其是适于自动钻孔的那些实施例中，主离隙角度是13°至17°，且副离隙角度是18°至22°，且甚至更优选地是24°至26°和19°至21°。

适当地，钻仅具有2个容屑槽。但是，超过2个容屑槽也是可能的，例如3个或4个容屑槽。各实施例中，2个或3个容屑槽，优选地是仅2个或3个容屑槽是优选的。

优选地，麻花钻包括导引部。从而，各实施例中，钻尖端包括导引部，其也称为定中尖端。已经发现，导引部还改善麻花钻性能，尤其关于推力方面。已经发现，当麻花钻是手动钻时，导引部尤其有效。导引部适当地有助于精确定位孔。

出乎预料的是，本发明人发现具有至少2mm长的导引部是尤其有效的。优选地，导引部具有至少2.5mm，优选地是至少3mm的长度。尤其优选的导引部长度是2mm至6mm，更优选地是2mm至5mm，更优选地是2.5mm至5mm，更优选地是2.5mm至4.5mm，更优选地是2.5mm至4mm，更优选地是2.5mm至3.5mm，且最优选地是约3mm。具体来说，已经发现延伸出来的导引部显著地有助于均匀的孔的形成，尤其是手动钻的孔。

适当地，导引部的直径是麻花钻直径的40%至60%，优选地是42%至52%，更优选地是44%至50%，更优选地是46%至48%，且最优选地是约47%。

通常，麻花钻直径是在这一点（即钻的最宽点）处测量到的通过钻的边界（如果有的话）的直径。当钻包括导引部时，钻直径还在钻体的最宽部分处，通常是在钻体的最前端处测量。在钻体与导引部之间有过渡部分的各实施例中，钻直径是在钻体的直接相邻于过渡部分（即直接相邻于第二斜切部分）处的直径。

使麻花钻具有导引部的另一优点是：可重新研磨，以允许麻花钻的重新使用。具体来说，包括导引部的钻尖端可被重新研磨。由此，各实施例中，麻花钻是可重新研磨的钻。适当地，钻能够重新研磨至少两次，例如两次或三次。即，优选地，钻可经受重新研磨至少一次，优选地是至少两次。

当具有导引部时，本发明人已经发现如果钻设有双斜切，则可实现性能上的进一步的改善，例如推力方面的改善。

优选地，麻花钻包括在导引部与钻体之间的过渡部分，过渡部分具有在导引部后面延伸的第一斜切部分和在第一斜切部分后面延伸的第二斜切部分。

已经发现双斜切的设置改善了钻尖端和钻体之间的切削过渡。

优选地，过渡部分具有至少5mm的长度，更优选地是至少6mm，更优选地是至少7mm，且最优选地是至少8mm。过渡部分的长度是沿轴向的长度。

优选地，过渡部分具有不大于25mm的长度，更优选地不大于22mm，更优选地不大于20mm，更优选地不大于18mm，更优选地不大于16mm，更优选地不大于14mm，更优选地不大于12mm，且最优选地不大于10mm。

适当地，第一斜切部分具有至少3mm，优选地是至少4mm的长度。该斜切部分的长度是沿轴向的长度。

适当地，第一斜切部分具有不大于20mm的长度，更优选地不大于15mm，更优选地不大于10mm，更优选地不大于8mm，且最优选地不大于6mm。

适当地，第一斜切部分具有4mm至6mm的长度，优选地是4.5mm至5.5mm，且最优选地是约5mm。

适当地，第二斜切部分具有至少2mm，优选地是至少3mm的长度。该斜切部分的长度是沿轴向的长度。

适当地，第二斜切部分具有不大于20mm的长度，更优选地不大于15mm，更优选地不大于10mm，更优选地不大于8mm，且最优选地不大于6mm。

适当地，第二斜切部分具有3mm至5mm的长度，优选地是3.5mm至4.5mm，且最优选地是约4mm。

适当地，第一斜切部分的长度大于第二斜切部分的长度。优选地，第一斜切部分比第二斜切部分长至少10%，更优选地长至少15%，且最优选地长至少20%。但是，其它实施例中，第一斜切部分的长度可比第二斜切部分的长度短。

尤其优选的实施例中，第一斜切部分具有约5mm的长度，而第二斜切部分具有约4mm的长度。

各实施例中，第二斜切部分角度不大于80°。

适当地，第二斜切部分角度是5°至15°，优选地是7°至13°，更优选地是8°至12°，更优选地是9°至11°，且最优选地是约10°。该斜切角度是由斜切的平面和平行于钻轴线的平面形成的角度。

各实施例中，第一斜切部分角度不大于80°。

适当地，第一斜切部分角度是10°至20°，优选地是12°至18°，更优选地是13°至17°，更优选地是14°至16°，且最优选地是约15°。

适当地，第一斜切部分角度大于第二斜切部分角度。优选地，第一斜切部分角度大于第二斜切部分角度至少20%，更优选地至少大30%，更优选地至少大40%，且最优选地大约50%。

尤其优选的实施例中，第一斜切部分角度是约15°，而第二斜切部分角度是约10°。

通过设置如本文所述的双斜切，本发明人已经发现在手动钻本文所述的复合材料时，可调节所受到的切削阻力，以降低或最小化快速进给或“推动”效应。具体来说，适当地，通过设置双斜切提高了切削阻力，且这可抵消由从尖端（或第一斜切部分）和钻体的过渡而导致的“推动”效应。各实施例中，增加切削阻力提供了更好的从导引部/第一斜切部分到钻体的切削过渡，从而可进行平滑切削。这与突然“推动”相反，突然“推动”可能会在仅使用一个陡峭的斜切时出现。具体来说，在仅单个斜切存在时，要求陡峭的斜切角度，当钻在工件上的接合从斜切移动到钻直径时，斜切处的陡峭的角度将导致钻孔时的推动效应。

某些实施例中，麻花钻具有一个三斜切，即，第一、第二和第三斜切部分。已经发现对于更小直径和更大直径的钻，尤其对于具有小于4mm或至少11.5mm直径的麻花钻，这是尤其有利的。

适当地，钻尖端包括横刃。优选地，横刃角度是100°至125°，更优选地是105°至120°。

各实施例中，尤其是适于手动钻孔的实施例中，横刃角度是105°至115°，更优选地是107°至113°，更优选地是109°至111°，且最优选地是约110°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，横刃角度是110°至120°，更优选地是112°至119°，更优选地是114°至118°，更优选地是115°至117°，且最优选地是约116°。

已经发现，如本文所述的相对较大的横刃角度有助于降低推力。

优选地，横刃长度是0.03mm至0.15mm，更优选地是0.05mm至0.15mm，更优选地是0.06mm至0.14mm，更优选地是0.07mm至0.13mm，更优选地是约0.08mm至0.12mm，更优选地是约0.09mm至0.11mm，且最优选地是约0.1mm。

已经发现，如本文所述的相对较小的横刃长度有助于降低推力。

在钻仅具有两个容屑槽时，上面的横刃长度是尤其优选的。

在钻具有3个容屑槽的实施例中，优选的是横刃长度是0.03mm至0.07mm，更优选地是0.03mm至0.06mm，且最优选地是0.03mm至0.05mm。

优选地，钻尖端包括副横刃。本发明人已经发现，副横刃令人意外地通过降低切削阻力而提供了切削动作方面上的改善。这在手动钻孔中是尤其有利的。

适当地，副横刃角度大于横刃角度，优选地大至少20%，更优选地大至少30%，更优选地大至少35%，且最优选地大至少40%。

优选地，副横刃角度是至少120°，更优选地是至少125°，且最优选地是至少130°。

各实施例中，尤其是适于手动钻孔的实施例中，优选地，副横刃角度是至少142°，更优选地是至少144°，更优选地是至少145°，更优选地是至少146°，更优选地是至少147°，更优选地是至少148°，且最优选地是至少149°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，优选地，副横刃角度是至少132°，更优选地是至少134°，更优选地是至少135°，更优选地是至少136°，更优选地是至少137°，更优选地是至少138°，且最优选地是至少139°。

优选地，副横刃角度不大于170°，最优选地不大于160°。

各实施例中，尤其是适于手动钻孔的实施例中，优选地，副横刃角度不大于158°，更优选地不大于156°，更优选地不大于155°，更优选地不大于154°，更优选地不大于153°，更优选地不大于152°，且最优选地不大于151°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，优选地，副横刃角度不大于148°，更优选地不大于146°，更优选地不大于145°，更优选地不大于144°，更优选地不大于143°，更优选地不大于142°，且最优选地不大于141°。

对于副横刃角度，这些值（上限和下限）能以任何组合的形式出现在各实施例中。

适当地，副横刃是120°至170°，优选地是130°至160°，且最优选地是135°至155°。

各实施例中，尤其是适于手动钻孔的实施例中，优选地，副横刃角度是140°至165°，优选地是140°至160°，更优选地是145°至155°，更优选地是147°至153°，优选地是148°至152°，更优选地是149°至151°，且最优选地是约150°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，优选地，副横刃角度是130°至155°，优选地是130°至150°，更优选地是135°至145°，更优选地是137°至143°，更优选地是138°至142°，更优选地是139°至141°，且最优选地是140°。

如本文所述的，通过设置副横刃，本发明人已经发现本文描述的复合材料中，孔质量，尤其是出口孔质量可显著地得到改善。具体来说，已经发现，设置大副横刃角度例如通过降低切削阻力而改善了钻的切削动作。

适当地，钻尖端包括2个或更多个切削刀刃（例如2、3、4、5、或6个切削刀刃）。优选地，仅有两个切削刀刃，即主切削刀刃和副切削刀刃。例如，图1中示出的主切削刀刃和副切削刀刃形成钻尖。

术语“钻尖”和“钻尖角度”对于本领域的技术人员来说是熟悉的，因为通常钻尖角度被认为是正的。例如，本发明的实施例的钻尖角度显示为图1中的特征12。毫无疑问，钻尖角度是主切削刀刃和副切削刀刃之间的在平行于钻轴线和平行于两个切削刀刃的平面上投影的夹角。

适当地，钻具有至少80°的钻尖角度，优选地是至少82°，更优选地是至少84°，更优选地是至少85°，更优选地是至少86°，更优选地是至少87°，更优选地是至少88°，且最优选地是至少89°。

适当地，钻具有不大于140°的钻尖角度，优选地不大于130°，更优选地不大于120°，更优选地不大于115°，更优选地不大于110°，更优选地不大于105°，更优选地不大于100°，更优选地不大于98°，更优选地不大于96°，更优选地不大于95°，更优选地不大于94°，更优选地不大于93°，更优选地不大于92°，且最优选地不大于91°。

对于钻尖角度，这些值（上限和下限）能以任何组合的形式出现在各实施例中。

尤其优选的钻尖角度是80°至140°，更优选地是80°至130°，更优选地是80°至120°，更优选地是80°至110°，更优选地是85°至110°，更优选地是85°至105°，更优选地是85°至100°，更优选地是85°至95°，更优选地是86°至94°，更优选地是87°至93°，更优选地是88°至92°，更优选地是89°至91°，且最优选地是约90°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，钻尖角度是80°至90°，更优选地是82°至88°，更优选地是83°至87°，更优选地是84°至86°，且最优选地是约85°。

本发明人已经发现本文所述的钻尖角度有助于降低推力和/或产生良好的出口孔质量。

适当地，钻尖端在切开（splitting）或薄钻心(thinning)处具有至少3°的轴向前角，优选地是至少4°，更优选地是至少5°，更优选地是至少6°，更优选地是至少7°，更优选地是至少8°，且最优选地是至少9°。

适当地，前角不大于20°，youx地不大于15°，更优选地不大于14°，更优选地不大于13°，更优选地不大于12°，且最优选地不大于11°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，轴向前角不大于10°，更优选地不大于8°，且最优选地不大于6°。

尤其优选的轴向前角是3°至15°，更优选地是4°至15°，更优选地是5°至15°，更优选地是6°至15°，更优选地是7°至13°，更优选地是8°至12°，更优选地是9°至11°，且最优选地是约10°。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，轴向前角是3°至11°，更优选地是4°至8°，更优选地是4°至6°，且最优选地是约5°。

本发明人已经发现如本文所述的前角可降低或最小化在切削过程中产生的热量，由此有助于良好质量出口孔的形成。

各实施例中，麻花钻包括退刃离隙（backedgerelief）。即，有容屑槽的刃带的向后（退刃）部分被移除，从而提供离隙。图6的特征220是退刃离隙的示例。已经发现这在钻孔过程中有助于麻花钻的冷却且尤其防止复合材料的过热以及因此复合材料的熔化。

尤其优选的是在具有至少7.8mm（例如7.8mm至15mm）直径的麻花钻上设置退刃离隙。

适当地，麻花钻具有与每个有容屑槽的刃带相关联，通常与每个切削刀刃相关联的退刃离隙。因此，适当地，在有2个或3个切削刀刃时，有2个或3个退刃离隙，一个退刃离隙与每个切削刀刃相关联。

在具有过渡部分（包括例如一个、两个或三个斜切部分）时，优选的是退刃离隙延伸超过过渡部分（斜切部分）进入钻体。例如，退刃离隙可延伸进入钻体2mm至12mm，优选地是6mm至10mm，更优选地是8mm至9mm。

各实施例中，尤其是适于自动钻孔的实施例中，钻体包括相邻于钻柄的更宽直径部分。由此，适当地，钻体包括第一部分和相邻于钻柄的第二部分，其中，第二部分的直径大于第一部分的直径。

适当地，钻体包括在第一部分和第二部分之间的斜切部以提供第一部分和第二部分之间的平滑过渡。本领域中，具有这样的斜切部的更宽直径部分可以称为斜切部分，而包括这样的特征的钻可称为倒角钻。

适当地，容屑槽延伸入第二直径部分或更宽直径部分。适当地，如本文所述，容屑槽的在第二部分或更宽直径部分中的那一部分是可变螺旋。

钻可包括右旋或左旋螺旋。右旋螺旋是优选的。

优选地，该钻是手动钻。

优选地，麻花钻具有范围在1mm至50mm，优选地1至20mm，更优选地1mm至15mm，且最优选地2mm至15mm的直径。

适当地，对于具有6.5mm或更大（例如6.5mm至15mm）直径的麻花钻，起始螺旋角度小于40°，优选地范围在28°至32°内；而终点螺旋角度范围在0°至20°内，优选地是8°至12°。适当地，螺旋角度减小至少10°，优选地是至少15°。适当地，麻花钻具有3个容屑槽，优选地是至少3个容屑槽。

适当地，对于具有小于6.5mm（例如2mm至<6.5mm）直径的麻花钻，起始螺旋角度小于40°，优选地范围在48°至52°内；而终点螺旋角度范围在0°至35°内，优选地是8°至12°。适当地，螺旋角度减小至少20°，优选地是至少30°，且最优选地是至少35°。适当地，麻花钻仅具有2个容屑槽。

优选地，该麻花钻由碳化物制成。优选的碳化物是碳化钨（WC）。另一优选的碳化物是无粘结剂的碳化物。构成的可选材料包括高速钢（HSS）、HSCo和HSCoXP、氮化硅和PCD（多晶金刚石），或上述的组合（例如安装在金属或碳化物基底上，例如安装在HSS或碳化物基底上的PCD），以及任何浸渍金刚石基底，诸如碳化钨和碳化硅基底。

在碳化物麻花钻情形中，优选地，碳化物是硬质合金。适当地，金属基质是钴。即，钴碳化物。优选地，该麻花钻由钴碳化钨制成。尤其优选的钴浓度是基于总的硬质合金的重量的3重量%至10重量%，更优选地是5重量%至7重量%，且最优选地是约6重量%的钴。其它实施例中，优选地是10重量%。

优选地，该麻花钻是涂层的。麻花钻可以局部地或完全地涂层。

优选地，涂层是耐磨涂层，适当地具有比未涂覆的刀具低的摩擦系数。

适当的涂层包括金属氮化物基涂层（例如TiN、AlxTiyN等）、金属氧化物基涂层（例如AlxO、AlxCryO等）、碳化物基涂层（例如DLC、金刚石涂层等）及上述的组合。

优选的是金刚石涂层。

其它实施例中，钻是光的（未涂层）。

不想受限于理论，本发明人相信通过降低在钻孔处的热的产生和/或积聚（至少部分地）实现了本文所指的孔质量方面上的改善。过度的热导致复合材料的基质（通常是树脂基质）软化或熔化，这又使得复合材料中的纤维移动或甚至与基质分离。该过程可导致对纤维的损坏和对复合材料的磨损。关于叠层材料，这还可导致脱层。

例如，本发明人已经发现通过使用如本文所描述的主副离隙角度，可释放显著量的热。

实际上，如下面更详细地讨论的，本发明的实施例需要仅仅低推力，由此降低材料脱层的出现和降低功率消耗。此外，已经实现了优秀的入口孔质量和出口孔质量，尤其在切削CFRP时，其中CFRP具有斜纹纤维或单向纤维布置，以及在切削在出口面上具有玻璃布的材料时。这对本领域是尤其重要的贡献，因为单向型材料和在出口面上具有玻璃布的材料是众所周知难以进行钻孔且利用常规钻通常是差的孔质量。

关于第二个提议，孔质量的问题，尤其是出口孔质量通过组合多个几何特征，即具有大副横刃角度的副横刃和具有特定离隙角度的主副刻面而得以解决。

第二方面中，本发明提供了一种麻花钻，包括：

钻柄，

钻体，

钻尖端，以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，该钻尖端包括

切削刀刃，

在切削刀刃后面延伸的主刻面，

在主刻面后面延伸的副刻面，其中，主刻面的离隙角度是5°至40°，优选地是10°至40°，而副刻面的离隙角度是10°至40°；

横刃，以及

副横刃，其中，副横刃角度是120°至170°。

如本文所限定的副横刃和主副离隙的组合赋予钻在钻本文所述的复合材料时尤其良好的性能。实际上，该方面的钻适于钻含纤维的复合材料，例如CFRP和GFRP。

然而，钻可用于钻其它材料，例如钢和铝。

该钻的具体优点是：可实现良好孔质量，尤其出口孔质量。实际上，本发明人已经发现副横刃和主副离隙的组合协作，从而降低切削温度。具体来说，通过缓和切削温度，可保持复合材料的基质（通常是树脂）的整体性。这适当地避免利用常规钻时常常观察到的纤维损坏和差质量孔。

与第一方面相关联的可选和优选的特征也适用于该方面。

具体来说，适当地，该容屑槽或每个容屑槽的螺旋角度从在钻尖端的25°至60°，优选地40°至60°的起始螺旋角度降低到在钻体中的0°至35°，优选地0°至20°的终点螺旋角度。

优选地，钻具有如本文所定义的导引部。

具体来说，优选地，该钻具有如本文所限定的第一斜切部分和第二斜切部分，可选地还有如本文所限定的第三斜切。

具体来说，优选地，该钻具有如本文所限定的钻尖角度。

具体来说，优选地，该钻具有如本文所限定的轴向前角。

第三方面中，本发明提供了一种麻花钻，具有：

钻柄，

钻体，

具有钻尖端的导引部，钻尖端包括

切削刀刃，

在切削刀刃后面延伸的主刻面，

在主刻面后面延伸的副刻面，其中，主刻面的离隙角度是5°至40°，优选地是10°至40°，而副刻面的离隙角度是10°至40°；以及

横刃和副横刃，该副横刃角度是120°至170°；以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，所述容屑槽或每个容屑槽的螺旋角度从在钻尖端处25°至60°，优选地40°至60°的起始螺旋角度到钻体中的0°至35°，优选地0°至20°的终点螺旋角度。

与第一方面相关联的可选和优选的特征也适用于该方面。

第四方面中，本发明提供了钻含纤维的复合材料的方法，其中，该方法包括使用根据第一、第二或第三方面中的任一方面的麻花钻钻复合材料的步骤。

适当地，复合材料由基质制成，诸如塑性材料（例如聚合物），陶瓷或金属基质，其由例如碳纤维或玻璃纤维的含纤维材料加强。

适当地，复合材料包括塑性材料基质，优选地是聚合物基质，适当地是树脂基质。尤其优选的基质选自聚酯，环氧树脂和双顺丁烯二酰亚胺（BMI）。尤其优选地是环氧树脂基质。

适当地，纤维（其通常起到含纤维加强件的作用）是无机纤维或有机纤维。尤其优选的是玻璃纤维和碳纤维。

适当地，复合材料是碳纤维加强塑料（CFRP）或玻璃加强塑料（GFRP）。

复合材料可以是叠层材料，或形成叠层材料的一部分。叠层材料可以包括一个或多个金属层、玻璃布层、涂料和铜网。这些层可以是装饰层。

例如，叠层材料可以是CFRP/AI材料，即包括一层或多层CFRP层或多层Al层。对这种材料的钻孔也称为层叠钻孔。

可由干材料或预先浸渍材料制造叠层材料。复合材料纤维可以是连续的或切碎纤维。制造这种材料的方法包括真空袋成型、高压釜处理、树脂传递成型和手编。

本发明的麻花钻还尤其可适于用于包括多于两层，例如三层、四层、五层或六层的叠层。

在这方面，参考的叠层材料包括参考CFRP叠层等。例如，这种材料可通过在预先浸渍阶段取纤维并使用最多到50层这种板层来制造（例如10mm）CFRP叠层。另一示例中，叠层由切碎纤维构成，并且虽然原则上没有层，但是因为切碎纤维将被包含入软树脂中，该软树脂然后固化以形成CFRP材料，所以在本领域中仍称为叠层。

适当地，复合材料是航空器部件（例如，机翼或机身面板），风力涡轮机部件（例如风力涡轮机叶片或外壳），船舶部件或汽车面板（例如轿车车体面板）。实际上，本文所述的麻花钻适于对包括含纤维的复合材料的任何工件进行钻孔。其还可用在层叠钻孔中，诸如CFRP/铝，即CFRP/AI，CFRP/不锈钢/AI等。另一示例是运动装备，其中复合材料用于以低重量提供高强度。

优选地，钻孔的步骤包括手动钻孔。即，优选地，钻孔不是自动钻孔，例如使用在计算机控制下的机器人臂来执行的类型的自动钻孔。手动钻孔或手工钻孔要求由使用者手工对准钻和施加适当的力。通常使用便携式（即手持）钻孔工具来进行手动钻孔，例如***，动力工具，或甚至诸如Quackenbush钻孔***的半自动化钻孔套件。

与第一方面相关联的可选和优选的特征也适用于该方面。

第五方面中，本发明提供了根据第一、第二和第三方面中的任一方面的麻花钻在手动对如本文所述的复合材料进行钻孔的方法中的使用。

如上面所解释的，本文所述的麻花钻适于手动钻孔，且各实施例在更低的推力和减小的“推动”方面为使用者提供了显著优点。

与第一方面相关联的可选和优选的特征也适合于该方面。

第六方面中，本发明提供了重新研磨方法，包括重新研磨钻的步骤，从而形成根据本发明的第一、第二和第三方面的麻花钻。

优选地，重新研磨的方法包括重新研磨钻尖。在其中钻包括导引部的优选实施例中，适当地，重新研磨的方法包括重新研磨导引部。包括本文所述的导引部的麻花钻的具体优点在于：当原始钻尖已经变钝时，新钻尖可以被重新研磨。适当地，在同一钻上，该重新研磨方法可进行两次或更多次，例如三次。

适当地，该方法包括重新研磨，如果有的话，一个或更多个横刃（适当地，横刃长度和/或横刃角度），副横刃（适当地，副横刃角度），主离隙/间隙，副离隙/间隙和前角。

优选地，所有的横刃，副横刃、主离隙/间隙、副离隙/间隙和前角都经受重新研磨。

与第一方面相关联的可选和优选的特征也适用于该方面。

第七方面中，本发明提供了一种麻花钻，该麻花钻是第六方面的重新研磨方法的产品。

第八方面中，本发明提供了一种制造根据第一、第二和第三方面中的任一方面的麻花钻的方法。

适当地，该方法包括加工毛坯的步骤。可选地，该方法包括适当地通过将杆切削到所期望的长度，例如钻的长度，从而从杆形成毛坯的方法。

适当地，该毛坯设有倒锥。

优选地，该方法包括研磨具有可变螺旋的至少一个容屑槽，通常是两个容屑槽的步骤。

适当地，该方法包括通过沿容屑槽或每个容屑槽形成钻体间隙而产生刃带（land）的步骤。

适当地，毛坯设有导引部部分（例如直径在钻尖端出减小）。优选地，斜切部分形成在导引部部分（较窄的直径部分）与毛坯的将变成钻体（完整直径部分）的那一部分之间。

各实施例中，钻体间隙形成在导引部处。

适当地，该方法包括形成第二斜切部分的步骤。

优选地，对于第一斜切部分和第二斜切部分都形成钻体间隙。

适当地，该方法包括削尖的步骤，即形成钻尖。优选地，该步骤包括形成主刻面和副刻面。

适当地，形成主刻面，以便于产生横刃，该横刃优选地具有105°至125°的横刃角度。适当地，形成主刻面，以便于具有5°至40°，优选地10°至40°的离隙角度（也称为间隙或间隙角度）。

适当地，形成副刻面，以便于具有10°至40°的离隙角度（也称为间隙或间隙角度）。

适当地，该方法包括深切（gashing）以形成轴向前角的步骤。

适当地，该轴向前角是5°至15°。适当地，深切步骤形成0.03mm至0.15mm，优选地0.05mm至0.15mm的横刃长度。

其它方面的可选和优选的特征也适用于该方面。具体来说，在涉及麻花钻本身的那些特征时，它们也适用于该方法，作为相应的方法步骤。

第九方面中，本发明提供了一种麻花钻，该麻花钻是第八方面的方法的产品。

第十方面中，本发明提供了一种钻含有纤维的复合材料的方法，其中，该方法包括用麻花钻对复合材料进行钻孔的步骤，所述麻花钻包括：

钻柄，

钻体，

钻尖端，以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，所述容屑槽的螺旋角度从在钻尖端处的起始螺旋角度到钻体中的终点螺旋角度降低。

适当地，复合材料是CFRP或GFRP。适当地，复合材料是如本文所述的航空器、船舶、车辆或风力涡轮机部件的一部分。

适当地，起始螺旋角度和终点螺旋角度是如第一方面中描述的。

与其它方面相关联的可选和优选的特征也适用于该方面。

关于第四个提议，本发明人已经确定有助于提供良好孔质量的特征的组合，尤其在钻如本文所述的复合材料时，特别是对于自动钻孔。

具体来说，本发明人已经发现同时提供具有螺旋角度不变化的线性部分和螺旋角度变化的可变部分的容屑槽可改善孔质量，尤其是出口孔质量，特别是对于诸如CFRP等的复合材料。

第十一方面中，本发明提供了一种麻花钻，具有：

钻柄，

钻体，

钻尖端，其中，该钻尖端包括

横刃，以及

副横刃，其中，副横刃角度是120°至170°，以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，该容屑槽包括螺旋角度是基本恒定的线性部分和螺旋角度从起始可变螺旋角度到终点可变螺旋角度变化的可变部分。

适当地，如本文所述，可变部分中的螺旋角度连续地变化。适当地，螺旋角度从起始螺旋角度降低到终点螺旋角度。

适当地，优选地如本文所述的，线性部分的螺旋角度是25°至60°，优选地是40°至60°。

适当地，对于第一方面的麻花钻的起始螺旋角度，优选地如本文所述的，起始可变螺旋角度是25°至60°，优选地是40°至60°。

适当地，对于第一方面的麻花钻的终点螺旋角度，优选地如本文所述的，终点可变螺旋角度是0°至35°，优选地是25°至35°。

适当地，可变部分是如本文所述的关于第一方面的可变螺旋。

适当地，线性部分是如本文所述的关于第一方面的线性部分。

适当地，副横刃是如本文所述的关于第一方面的那样。

优选地，麻花钻包括较宽直径部分，适当地是如本文所述的关于第一方面的包括斜切的较宽直径部分。

第十二方面中，本发明提供了一种麻花钻，具有：

钻柄，

钻体，

钻尖端包括：

切削刀刃，

在切削刀刃后面延伸的主刻面，

在主刻面后面延伸的副刻面，其中，主刻面的离隙角度是5°至40°，优选地是10°至40°，而副刻面的离隙角度是10°至40°；以及

横刃和副横刃，该副横刃角度是120°至170°；以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，该容屑槽包括螺旋角度是基本恒定的线性部分和螺旋角度从起始可变螺旋角度到终点可变螺旋角度变化的可变部分。

适当地，其它方面，尤其是第一方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十三方面中，本发明提供了钻含纤维的复合材料的方法，其中，该方法包括使用根据第十一或第十二方面中的麻花钻对复合材料进行钻孔的步骤。

适当地，其它方面，尤其是第四方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十三方面中，本发明提供了根据第十一或第十二方面的麻花钻在自动钻如本文所述的复合材料的方法中的使用。

适当地，其它方面，尤其是第五方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十四方面中，本发明提供了一种重新研磨方法，该方法包括重新研磨麻花钻以便于形成根据第十一或第十二方面的麻花钻的步骤。

适当地，其它方面，尤其是第六方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十五方面中，本发明提供了一种麻花钻，该麻花钻是第十四方面的重新研磨方法的产品。

适当地，其它方面，尤其是第七方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十六方面中，本发明提供了一种制造根据第十一或第十二方面的麻花钻的方法。

适当地，其它方面，尤其是第八方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十七方面中，本发明提供了一种麻花钻，该麻花钻是第十六方面的方法的产品。

适当地，其它方面，尤其是第九方面的可选和优选的特征适用于该方面。

第十八方面中，本发明提供了一种钻含有纤维的复合材料的方法，其中，该方法包括用麻花钻对复合材料进行钻孔的步骤，所述麻花钻包括：

钻柄，

钻体，

钻尖端，以及

至少一个从钻尖端延伸到钻体的容屑槽，其中，该容屑槽包括螺旋角度是基本恒定的线性部分和螺旋角度从起始可变螺旋角度到终点可变螺旋角度变化的可变部分。

适当地，其它方面，尤其是第十方面的可选和优选的特征适用于该方面。

任一方面的可选和优选的特征也可适用于其它方面的任一方面。此外，任一方面可与其它方面的一个方面或多个方面相组合。具体来说，关于产品（麻花钻）中公开的特征也可适用于方法，作为相应方法步骤，并且反之亦然。

附图说明

下面仅以示例性方式参照附图描述示出本发明的优点和/或实施方式的本发明的实施例和实验，附图中：

图1示出本发明的第一实施例的可变螺旋状麻花钻的侧视图；

图2示出图1的麻花钻的端部轴视图；

图3示出图1的麻花钻的钻尖端的放大图；

图4A和4B示出本发明的一实施例中（4A）和市场上可提供的钻（4B）在CFRP材料中的出口孔质量测试的结果；

图5示出本发明的第二实施例的具有恒定螺旋部分的可变螺旋状麻花钻的侧视图；

图6示出本发明的另一实施例的可变螺旋状麻花钻的侧视图；以及

图7A和7B示出图5的实施例（7A）和图6的实施例（图7B）在CFRP中的出口孔质量测试的结果。

具体实施方式

图1示出本发明的麻花钻2。钻包括钻柄（未示出）、钻体4和钻尖端6。两个螺旋形容屑槽从钻尖端延伸到钻体。螺旋角度在螺旋的起始处相对较大，为50°，而在螺旋的结束处相对较小，为10°。其它角度也是可能的，例如对于起始角度是25°至60°，适当地是40°至60°，而对于终点角度是0°至35°。

使用样条函数来形成螺旋。样条函数选择成使得螺旋角度作为轴向距离的函数从螺旋在钻尖端处的起始的变化是平滑的且连续的。这与螺旋角度的变化是阶梯式的以使得在螺旋角度之间有过渡或台阶的常规可变螺旋钻相反。相反，该实施例通过其螺旋角度的平滑和连续的变化而不具有任何这种台阶。这具有显著的优点，即更有效地沿容屑槽移除和排出材料。

容屑槽的宽度沿容屑槽的长度基本上恒定。

钻2还包括延伸导引部10。在导引部尖端处的主副切削刀刃（切削唇）形成钻尖，其具有90°的钻尖角度12。其它钻尖角度也是可能的，例如80°至140°。

钻2包括在相对较窄导引部10与较宽钻体4之间的渐进过渡。双斜切用于降低推力并提高切削阻力，以抵消在切削过程中在斜切与钻体之间的过渡点处出现的推动效应。具体来说，钻2包括具有15°角度和5mm长度的第一斜切14和具有10°角度和4mm长度的第二斜切16。如本文所述的，其它斜切角度和长度也是可能的。实际上，其它斜切（即第三、第四等斜切）也是可能的。

导引部的直径是钻直径的47%。如本文所解释的，钻直径是在钻的最宽点处测量到的，其在该情形中是钻体4的与第二斜切16紧邻的最前面部分。

延伸的导引部的从紧邻于第一斜切14的最前面部分的点到紧邻于该钻尖（但不包括该钻尖）的点测量到的长度为3mm。其它导引部长度也是可能的，例如2mm至6mm。

该延伸的导引部可以被重新研磨，由此允许同一钻的多次使用。实际上，可能多达三次重新研磨，相比于购买新的钻来说，对于最终用户这象征着可观的成本和材料节省。

图2示出钻2的轴视图。横刃20具有0.1mm长度和110°的横刃角度22。如本文所述的，其它横刃角度和横刃长度也是可能的。

钻2的使得该钻在钻含有纤维的复合材料时尤其有效的特征是第二横刃。此外，副横刃角度24较大，为150°。其它副横刃角度也是可能的，例如120°至170°。

图3示出钻尖端6且尤其是导引部10的放大视图。该钻尖的主副切削刀刃设有主离隙30（也称为主刻面或主侧面间隙）和副离隙32（也称为副刻面或副侧面间隙）。对应的离隙角度（也称为间隙）分别是10°和20°。具有其它相同几何形状的另一实施例中，对应离隙角度是25°和20°。其它主间隙角度和副间隙角度也是可能的，例如分别是5°至40°（优选地是10°至40°）和10°至40°。

钻2具有8°的轴向前角。具有其它相同几何形状的另一实施例中，该轴向前角是10°。但是，其它轴向前角也是可能的，例如3°至15°。

如上所述，可变螺旋、主副离隙和副横刃的组合具体地赋予钻在切削诸如CFRP的复合材料时出乎意料良好的性能。实际上，已经实现了低推力和优秀的出口孔质量（很少或没有材料碎屑）的非常理想的组合。此外，很少或没有“推动”出现，这使得钻尤其适于手动钻孔。

钻性能的测试

本发明的实施例的性能是与市场上可提供的用于CFRP的手动钻相比较。钻性能通过测量推力和孔质量来量化。

钻几何形状

根据本文所述的方法来制造麻花钻。

具体来说，采用下面的步骤：

1.将杆切成所期望的长度，该长度是钻的长度

2.在毛坯中形成第一斜切和导引部。

3.毛坯被形成倒锥。

使用CNC机器进行下面的步骤：

4.做出凹槽，以形成具有可变螺旋的两个容屑槽。使用指数样条函数来形成可变螺旋。由此，螺旋是平滑的且没有常规螺旋的特征的断点。

5.形成容屑槽刃带，并沿容屑槽产生钻体间隙。

6.在导引部处形成钻体间隙。

7.形成第二斜切，并且对第一斜切和第二斜切都形成钻体间隙。

8.削尖，以形成主刻面和副刻面。形成主刻面，以具有110°的横刃角度和10°的主间隙。形成副刻面，以具有20°的副间隙。

9.进行深切，以形成的8°前角和0.1mm横刃长度。

使用样条函数形成容屑槽，以提供沿钻的从起始角度到终点角度的平滑连续过渡。

完成后的钻具有下面几何形状：

螺旋长度=38mm

起始螺旋角度=50°

终点螺旋角度=10°

导引部长度=3mm

导引部的直径=钻直径的47.24%

钻尖角度=90°

轴向前角=8°

横刃角度=110°

横刃长度=0.1mm。

副横刃角度=150°。

主间隙=10°。

副间隙=20°。

斜切1角度=15°

斜切1长度=5mm

斜切2角度=10°

斜切2长度=4mm

就测试的目的而言，这一钻称为钻#1。

注意，如上所提到的，另一实施例具有相同的几何形状，除了10°轴向前角和25°主间隙外。

也测试市场上可提供的手动钻：钻#2：碳化物手动工具。

测试程序

为了测量推力和孔质量，进行两个测试：

（1）自动钻孔，用于推力测量

（2）手动钻孔，用于孔质量检查

即使钻#1尤其适于手动钻孔操作，但是对于推力测量，还是需要CNC四轴机器来测试。

但是，对于孔质量测量，进行手动钻孔。

每个测试中的测试工件是10mm厚度的环氧树脂基CFRP。

对于孔质量测试，工件的出口面设有玻璃网格布（scrim）。该构造（其例如在航空工业中使用）代表了尤其困难的挑战。

测试中采用的材料、工具和机器在表1（用于力测量的自动钻孔）中和表2（用于出口质量测量的手动钻孔）中概述。

表1：在推力测试中使用的材料、工具和机器

表2：在孔质量测试中使用的材料、工具和机器

测试（1）：推力测量

对于每个钻，使用CNC机器在材料1钻10个孔。使用Kistler测力计测量和记录推力。

测试（2）：孔质量测定

对于每个钻，使用动力手动钻在材料2中钻多个孔。使用光学显微镜观察和采集出口面处的孔质量。

结果

在表3中总结平均计算的推力和出口孔采集图像。图4A和4B示出两个钻中的每个钻的采集的图像：图4A是钻#1，而图4B是钻#2。

钻#1不仅实现了低推力，而且实现了优秀的出口孔质量。相反，

钻#2被证明是差的或非常差的出口孔质量。

表3：测试结果

钻#1的其它优点是其可重新研磨。这对于最终用户是有吸引力的，因为重新研磨的成本通常大大小于新的钻的成本。

图5示出另一实施例。该实施例中，钻100包括螺旋形容屑槽，该容屑槽具有线性部分102和可变部分104，线性部分102中的螺旋角度是恒定的，而可变部分104中的螺旋角度减小。该实施例中，线性部分是容屑槽长度的约35-45%。

线性部分中的螺旋角度是50°，但是其它“起始”角度是可能的，例如25°至60°，合适地是40°至60°。

可变部分中的螺旋角度从50°（可变螺旋部分的起始角度）降低到30°（可变螺旋部分的终点角度）。其它终点角度也是可能的，例如0°至35°。

切削尖端106包括140°的副横刃角度，但是其它角度也是可能的，例如120°至170°。钻尖端还包括分别为15°和20°的主副间隙。

钻尖角度是85°，而横刃长度是0.1mm。钻尖端具有8°的轴向前角。

在CFRP材料情况下的测试中，发现该钻提供非常良好的孔质量。图7A中示出优秀出口孔质量的示例。具体来说，在层叠加工中（例如40mm厚度的层叠）实现优秀的结果。钻100尤其适于自动钻孔。

图6示出另一实施例。

图6示出本发明的麻花钻200。钻包括钻柄（未示出）、钻体204和钻尖端206。三个螺旋形容屑槽208（仅两个是可视的）从钻尖端延伸到钻体。螺旋角度在螺旋的起始处相对较大，为30°，而在螺旋的结束处相对较小，为10°。其它角度也是可能的，例如对于起始角度是25°至60°，而对于终点角度是0°至35°。

以与图1所示的示例相同的方式，使用样条函数形成该螺旋。样条函数选择成使得螺旋角度作为轴向距离的函数从螺旋在钻尖端处的起始的变化是平滑的且连续的，即没有台阶。已经通过测试发现更有效地沿容屑槽移除和排出材料。

容屑槽的宽度沿容屑槽的长度基本上恒定。

钻200还包括延伸导引部210。在导引部尖端处的主切削刀刃、副切削刀刃和第三切削刀刃（切削唇）形成钻尖，其具有90°的钻尖角度。其它钻尖角度也是可能的，例如80°至140°。

钻200包括在相对较窄导引部210与较宽钻体204之间的渐进过渡部分212。三斜切用于降低推力并提高切削阻力，以抵消在切削过程中在斜切与钻体之间的过渡点处会出现的推动效应。

延伸的导引部的从紧邻于第一斜切14的最前面部分的点到紧邻于该钻尖（但不包括该钻尖）的点测量到的长度为3mm。其它导引部长度也是可能的，例如2mm至6mm。

以与图1所示的示例相同的方式，延伸的导引部可重新研磨，由此允许同一钻的多次使用。实际上，可能到多达三次重新研磨，相比于购买新的钻来说，对于最终用户这象征着可观的成本和材料节省。

钻200具有13mm直径。速度和进给通常改变，用以补偿自动钻孔中的直径变化。对于大直径，速度将降低，以实现较小直径中使用的相同的表面速度。较高或较低的进给将用于补偿速度变化。但是，在手动钻孔操作中，速度是可变化的，但进给受各个操作者支配。难以使操作者是更用力推还是不更用力推。为了解决与更大直径手动钻孔相关联的问题，与图1的实例相比，钻200设有另一切削刀刃（且因此设有另一容屑槽）。实验已经显示出另外的切削刀刃帮助工具接合入工件并在对进给影响小的情况下切削。

钻200还设有退刃离隙220。已经在测试中发现显著地减少工件过热且因此熔化工件的问题。已经发现对于大直径（具体来说直径在7.8mm以上）钻，热积聚问题尤其尖锐，而退刃离隙的设置对那些大直径钻尤其有效。钻200具有在其3个刃带中的每个上的退刃离隙，即具有与每个切削刀刃相关联的退刃离隙。

钻200的使得该钻在钻含有纤维的复合材料时尤其有效的另一特征是第二横刃（未示出）。

此外，副横刃角度较大，约为150°。其它副横刃角度也是可能的，例如120°至170°。

与对图1的钻进行的测试类似的测试证明了钻200在碳纤维复合材料（CFRP）（包括具有斜纹织物纤维布置的CFRP以及具有单向（UD）纤维布置的CFRP）上产生了非常好的入口孔质量和出口孔质量。其还在具有在出口面上的玻璃网格布的CFRP上良好地执行。

如可从图7B看到的，出口孔质量是优秀的。

Claims (31)

1.一种麻花钻，具有：

钻柄，

钻体，

钻尖端，所述钻尖端包括切削刀刃、在所述切削刀刃后面延伸的主刻面和在所述主刻面后面延伸的副刻面，其中，所述主刻面的离隙角度是5°至40°，而所述副刻面的离隙角度是10°至40°；以及

至少一个从所述钻尖端延伸到所述钻体的容屑槽，其中，所述容屑槽或每个容屑槽的螺旋角度从在所述钻尖端处25°至60°的起始螺旋角度到所述钻体中的0°至35°的终点螺旋角度。

2.根据权利要求1所述的麻花钻，其中，所述螺旋角度从起始角度到终点角度减小至少10°。

3.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述起始螺旋角度是40°至60°。

4.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述终点螺旋角度是0至20°。

5.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述起始螺旋角度是48°至52°，而所述终点螺旋角度是8°至12°。

6.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述起始螺旋角度是28°至32°，而所述终点螺旋角度是8°至12°。

7.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述螺旋角度从所述起始螺旋角度到所述终点螺旋角度平滑地且连续地减小。

8.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述主刻面的离隙角度是10°至40°，而所述副刻面的离隙角度是15°至30°。

9.根据权利要求8所述的麻花钻，其中，所述主刻面的离隙角度是15°至30°。

10.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述麻花钻仅具有两个容屑槽或仅具有三个容屑槽。

11.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述钻尖端包括导引部。

12.根据权利要求11所述的麻花钻，其中，所述导引部具有至少2mm的长度。

13.根据权利要求11所述的麻花钻，其中，所述麻花钻包括在所述导引部与所述钻体之间的过渡部分，所述过渡部分具有在所述导引部后面延伸的第一斜切部分和在所述第一斜切部分后面延伸的第二斜切部分。

14.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述钻尖端包括横刃。

15.根据权利要求14所述的麻花钻，其中，所述横刃的角度是105°至115°。

16.根据权利要求14所述的麻花钻，其中，所述横刃的长度是0.03至0.15mm。

17.根据权利要求16所述的麻花钻，其中，所述横刃的长度是0.05至0.15mm。

18.根据权利要求14所述的麻花钻，其中，所述钻尖端包括副横刃。

19.根据权利要求18所述的麻花钻，其中，所述副横刃的角度是145°至155°。

20.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述钻尖端具有80°至140°的尖角。

21.根据权利要求20所述的麻花钻，其中，所述钻尖端具有85°至95°的尖角。

22.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述钻尖端具有6°至15°的轴向前角。

23.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，所述容屑槽或每个所述容屑槽具有右旋螺旋。

24.根据权利要求1或2所述的麻花钻，其中，麻花钻包括与每个切削刀刃相关联的退刃离隙。

25.根据权利要求13所述的麻花钻，其中，所述过渡部分还具有在所述第二斜切部分后面延伸的第三斜切部分。

26.对含有纤维的复合材料进行钻孔的方法，其中，所述方法包括使用根据权利要求1至25中任一项所述的麻花钻钻所述复合材料的步骤。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述复合材料是碳纤维加强塑料或玻璃加强塑料。

28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，所述复合材料是航空器部件、风力涡轮机部件、船舶部件或车辆面板。

29.根据权利要求26或27所述的方法，其中，钻孔的步骤包括手动钻孔。

30.根据权利要求26或27所述的方法，其中，所述方法是层叠钻孔的方法。

31.重新研磨方法，其包括重新研磨麻花钻的步骤，以便形成根据权利要求1至25中任一项所述的麻花钻。