CN104245196A - 钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻头(1)，其具有：工具杆(3)；中轴线(5)；第一切削刃区域(7)，具有至少一个限定几何形状的、带有切削面(23)的第一切削刃(9；9′)，该第一切削刃与钻头(1)的中轴线(5)径向间隔开地设置，其中，第一切削刃与中轴线(5)围成埋头角(α)。钻头(1)的特征在于，第一切削刃(9；9′)具有断屑槽，断屑槽由第一切削刃(9；9′)的切削面(23)和与切削面(23)相毗邻并与切削面(23)围成肩角(δ)的肩面(31)构成，其中，肩角(δ)大于90°，优选大于100°，切削面(23)相对于虚拟的径向线(L)以径向切削角(ε)延伸，该径向线与对应于切削面(23)的第一切削刃(9′)相交，径向切削角(ε)是正的。

Description

钻头

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的钻头，此外还涉及到如权利要求13所述的对这种钻头的应用。

背景技术

在利用这里所述的钻头切削加工工件时，即使对于长切屑的材料，在完整的钻孔过程中大多数情况下也能可控地形成切屑：切屑被折断成短切屑并以单个切屑卷的形式通过钻头的刃被可靠地移走。在扩孔过程中，在加工长切屑材料时常常会出现较长的带状切屑，这种带状切屑常常缠绕工具并使得工具不能继续使用。在此还存在钻头折断和工件损坏的风险。为了避免形成这种切屑，在工件加工过程中，在许多情况下需要暂时中断钻头的进给或使其倒退。但是这会导致较长的加工时间，并且会由于应力的变化而增加磨损。在将钻头设计为阶梯钻头时，即，将实心钻头与扩孔钻头组合成一个工具时，由实心钻刃和扩孔钻刃切除的切屑本身会经常形成阻碍并乱成一团，这往往会导致工具断裂或伤害刀刃。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种上述类型的钻头，通过这种钻头即使在加工长切屑材料时也能够在很大程度上避免形成长切屑或切屑团。

本发明的目的通过一种具有如权利要求1所述特征的钻头来实现。该钻头具有带有第一切削刃区域的工具杆，该第一切削刃区域具有至少一个带有相应的切削面并限定几何形状的第一切削刃，并与钻头的中轴线围成埋头角。该钻头的特征在于：第一切削刃具有断屑槽，用于防止形成长切屑和切屑团。断屑槽由第一切削刃的切削面以及与该切削面相毗邻的肩面()形成，肩面与切削面围成肩角(Schulterwinkel)。在此将肩面设置为相对于中轴线成尖锐的倾斜角，该倾斜角大于90°，优选大于100°，由此可以通过断屑槽将由第一切削刃切除的切屑转向到钻头的中轴线的方向上。此外，该钻头的特征还在于：切削面的切削角在正交于第一切削刃的主切削刃进行测量的情况下是正的。这导致切削力的减小。

在根据本发明的钻头的一种实施方式中，特别优选将断屑槽的肩面的倾斜角选择为在-10°至+10°的范围内，优选在-5°至+5°的范围内。

在根据本发明的钻头的另一种优选的实施方式中，埋头角越小，所选择的肩角就越大。通过这种方式可以对在加工工件时所产生的切屑的形状和大小产生良好的影响，特别是能够避免形成长切屑和乱团。

在根据本发明的钻头的一种特别优选的实施方式中，设有具有至少一个限定几何形状的第二切削刃的第二切削刃区域，使得该钻头可以作为阶梯钻头或扩孔钻头使用。在此将第二切削刃区域设置在钻头的端面上，并使第一切削刃区域与第二切削刃区域以沿中轴线方向测量的轴向间隔设置。在此，第二切削刃区域的加工直径小于第一切削刃区域的加工直径。在这种实施方式中，通过断屑槽也可以确保：即使在加工长切屑的工件时也能够避免形成长切屑和切屑团。

其他的实施方式由从属权利要求给出。

本发明的目的还通过使用这种钻头作为阶梯工具(Stufenwerkzeug)或扩孔工具来实现。

附图说明

下面参照附图对本发明做详细说明。其中：

图1以侧视图示出了钻头的第一种实施方式；

图2以高度放大的第二侧视图示出了如图1所示的钻头；

图3示出了如图1和图2所示的钻头沿图2中的线Ⅲ-Ⅲ的截面图；和

图4以侧视图示出了钻头的第二种实施方式。

具体实施方式

图1示出了钻头1的第一种实施方式，确切地说是该钻头的前部区域。该钻头具有工具杆3，该工具杆在左端断开。工具杆可直接或通过已知的保持杆以常规的方式与保持件相联接。在钻头工作时，即在加工工件时，在工件与钻头之间发生相对转动。钻头1通常直接地或通过旋转移动的中间元件与也用作保持件的工具轴相联接，使得旋转的钻头1能够与固定的工件相咬合(in Eingriff)，以构成孔或扩孔或形成阶梯钻孔。在加工工件时，钻头1围绕其中轴线5旋转。

如图1所示的钻头1具有第一切削刃区域7，该第一切削刃区域具有至少一个限定几何形状的第一切削刃9，该第一切削刃相对于中轴线5设有一径向间隔，从而限定第一切削刃9的飞行圈(Flugkreis)并因此限定钻孔的加工直径。

如图1所示的钻头1具有第二切削刃区域11，该第二切削刃区域同样包括至少一个限定几何形状的第二切削刃13。第二切削刃13与中轴线5的径向间隔小于第一切削刃9的径向间隔，因此在第二切削刃区域11中所获得的加工直径小于在第一切削刃区域7中产生的加工直径。

如图1所示，第二切削刃区域11设置在钻头1的端面15上，而第一切削刃区域7与第二切削刃区域具有沿中轴线5的方向测量的轴向间隔。

当如图1所示的钻头1用于加工工件时，位于钻头的端面15上的第二切削刃区域11首先与工件相咬合。在钻头1沿中轴线5的方向继续进刀时，第一切削刃区域7也将与工件相咬合，从而通过第一切削刃区域7对由第二切削刃区域11所产生的孔进行加工。由第二切削刃区域11所产生的孔将通过如前所述的具有更大加工直径的第一切削刃区域7进行扩孔。

位于钻头的端面15上的第二切削刃区域11可以被设计为，利用钻头1可以完整地作业。但是也可以考虑，利用第二切削刃区域11对已有的孔进行扩孔，并利用第一切削刃区域7进一步扩大该孔的内径。如果钻头1完全贯穿工件，也就是说，第二切削刃区域11和第一切削刃区域7使用在工件中的孔的整个长度上，则利用此处所示的钻头1可以实现对工件中的孔的扩孔。

但是也可以考虑，使钻头1围绕其中轴线5旋转，并在钻头1不贯穿工件的情况下对工件进行加工。因此，利用第二切削刃区域11构成或加工出具有第一直径的孔，并利用第一切削刃区域7对该孔进行扩孔，从而形成具有比利用第二切削刃区域11所加工的孔的区域中的内径更大内径的孔部。在这种情况下，钻头1将作为阶梯钻头使用。

在加工孔时，钻头1受到至少一个导向斜边(Führungsfase)的支承。在此处所示的实施方式中，紧接着第一切削刃区域7设置第一导向斜边17，并为第二切削刃区域11设置第二导向斜边19。优选为设置在切削刃区域中的各个切削刃分别配置至少一个导向斜边，钻头1通过导向斜边支承在孔的内表面上。

为了提高加工速度和更好地分配导入钻头1中的切削力，在第一切削刃区域7和第二切削刃区域11中分别设有两个成对对置的切削刃。在第一切削刃区域7中，即在图1中的上方可以看到第一切削刃9，其配有位于中轴线5之下并与其相对置的、相同设计的切削刃9′。

相应地，在第二切削刃区域11中与第二切削刃13直径对置地设有相同的切削刃13′。

因为在第一切削刃区域中和第二切削刃区域中的两个对置的切削刃具有相同的设计，因此下面将分别只说明两个切削刃中的一个。

如图1所示，钻头1优选地具有冷却剂/润滑剂输入部，并在钻头1的端面15中设有至少一个开口21，冷却剂/润滑剂可以从该开口流出。优选与开口21直径对置地设有另一开口。优选开口的数量与存在于每个切削刃区域中的切削刃的数量相匹配。

根据如图1所示的侧视图可知，第一切削刃9具有切削面23，由切削刃9所切除的切屑在该切削面上流走。在切削面23上邻接有以一定角度偏移的平面25。通常，第一切削刃9具有在图1中向右指向、即指向进刀方向的切削刃部(主切削刃)和在径向方向上与中轴线5相对置的、即指向周向方向的切削刃部(副切削刃)。由这两个切削刃部所切除的切屑在切削面23上流走。

由第一切削刃9切下的切屑到达第一容屑槽27中，并通过该第一容屑槽从第一切削刃区域7移走。由第二切削刃13′从工件上切除的切屑也通过相同的容屑槽排出。

相应地，由与第一切削刃9相对置的第一切削刃9′切下的切屑通过第二容屑槽29从加工区域导出，该第二容屑槽也用于导出由第二切削刃13切下的切屑。

由此可知：在这里所示出的钻头1的实施方式中，容屑槽27和29分别导出由第一切削刃区域7的切削刃9、9′和第二切削刃区域11的切削刃13、13′所切除的切屑。

由这里所选择的示图可知，第一切削刃9以及对置的切削刃9′与中轴线5围成一角度，该角度也被称为埋头角α。由此可知：在加工工件时，通过第二切削刃区域11所加工或构成的工件中的孔增加了切削深度A，也就是说增加了这样的区域：该区域是通过使第一切削刃9相对于中轴线5的径向间隔大于第二切削刃13相对于中轴线5的径向间隔而得到的。

图2通过高度放大再次以侧视图示出了钻头1的第一种实施方式，但是与如图1所示的示图相比钻头已经扭转，从而使第一切削刃区域7的第一切削刃9现在面向观察者。

在下文中，相同的以及功能相同的部件具有相同的附图标记，因此为了避免重复，请根据需要参考前面对图1的说明。

在图2中也可看到第一切削刃9的切削面23，此外也可以看到连接在切削面23上并与切削面23围成一角度的平面25。

由第一切削刃区域的第一切削刃9切除的切屑通过切削面23排出，并到达相应的用于排屑的容屑槽27中，该容屑槽也接收由第二切削刃区域11的第二切削刃13′从工件上切除的切屑。相应地，容屑槽29如前所述地接收第一切削刃9′和第二切削刃13的切屑。

由图2可知，始于第一切削刃1的切削面23相对于中轴线5成一定角度地设置，该角度被称为轴向切削角β。显而易见，切削面23在这里将相对于平行于中轴线5延伸的辅助线逆时针地转动。因此，此处存在负的轴向切削角β。

在如图1和图2所示的钻头1的实施方式中，容屑槽27和29为螺旋形的，并与中轴线5围成扭转角γ，如图2所示。

图3示出了根据图2的钻头1的截面图，在此，截面沿图2中所示出的线Ⅲ-Ⅲ延伸。相同的和功能相同的部件具有相同的附图标记，因此为了避免重复请根据需要参照前面对图1的说明。

在该截面视图中，在左边可看到第一切削刃区域7的第一切削刃9。相同设计的第一切削刃区域7′的第一切削刃9′与第一切削刃区域7的第一切削刃9沿直径相对置。

在如图3所示的投影面中向内延伸的、对应于第一切削刃9的切削面23连接在第一切削刃9上，该切削面在此处所示的截面图中平行于虚拟的水平直径线H延伸。该切削面转入肩面31中，该肩面与切削面23围成钝角δ，该角度被称为肩角。切削面23和毗邻的肩面31构成用于在加工工件时形成所定义的短切屑的断屑槽。肩面31′的宽度BS在如图3所示的切削刃9′的区域中利用两条辅助线表示。由于第一切削刃9和9′以及所属的平面是相同的，因此肩面31的宽度BS与肩面31′的宽度相同。在图3中还示出了容屑槽27和29。

如图3所示(在此与第一切削刃9′相关联地进行说明)，切削面23与径向辅助线L围成一被称为径向切削角ε的角度，该径向辅助线始于垂直于图3的投影面延伸的中轴线5并与切削刃9′的在径向上最外面的尖(顶点)相交。优选将第一切削刃9的切削面23设置为能够取得正的径向切削角ε。

图3还示出了两个延伸穿过钻头1的基体33的冷却剂/润滑剂通道35和35′，该冷却剂/润滑剂通道通入对应的、如图1和图2所示的位于钻头1的端面15中的开口21。

图4以侧视图示出了钻头的第二种实施方式，其中，相同的和功能相同的部件具有相同的附图标记，因此请根据需要参照前面对图1至图3的说明。

如图4所示，钻头1的第二种实施方式具有在左边断开的工具杆3。即，在钻头1的其他延伸部中仍然可以配置有保持杆等，以便能够将扭矩导入钻头1中。

钻头1具有第一切削刃区域7和沿中轴线5的方向测量与该第一切削刃区域具有轴向间隔的第二切削刃区域11。由第一切削刃区域7的第一切削刃9切除的切屑通过对应的第三容屑槽37排出。由第二切削刃区域11的第二切削刃13切除的切屑从孔进入对应的容屑槽29。相应地，由第一切削刃区域7的第一切削刃9′切除的切屑通过在图4中被掩盖的对应的第四容屑槽39排出，而由第二切削刃区域11的第二切削刃13′切除的切屑通过在此被掩盖的容屑槽27流出。

因此，这两个切削刃区域7、11的切屑可以互不妨碍。

即，这种实施方式的主要特征在于：第一切削刃区域7和第二切削刃区域11分别具有独立的容屑槽37、39和27、29。

图4中还示出，钻头1具有多个导向斜边，即，两个面向观察者的导向斜边17/1和17/2以及相应的位于钻头1的远离观察者的背面上的导向斜边17′/1和17′/2，导向斜边17′/1和17′/2在此是部分看不见的。也就是说，在这种实施方式中设有四个导向板(Führungsleisten)。

即，在如图4所示的实施方式中，钻头1包括具有至少一个第二切削刃13的第二切削刃区域11。

与前面所述的实施方式一样，在此示出的实施方式具有与第一切削刃9相对置的切削刃9′和在此被掩盖的、与第二切削刃13相对置的切削刃。即，在第一切削刃区域和第二切削刃区域中分别设有成对地相对置的第一切削刃和第二切削刃。

如图4所示的实施方式与前述实施方式的另一区别在于：第一切削刃区域7与第二切削刃区域11之间的轴向间隔、即沿中轴线5的方向测量的间隔更小。

除切削面23之外，图4还示出了肩面31，该肩面与切削面23一起构成对应于第一切削刃9的断屑槽。在相对置的第一切削刃9′中设有相应的断屑槽。

优选肩面31与虚拟的水平线围成角度θ，该角度在图4中、也就是从端面看向左张开。换句话说，肩面31相对于中轴线5以尖锐的倾斜角θ延伸。通过这种实施方式可以确保，使第一切削刃9所切除的切屑沿朝向中轴线5的方向被引导和转向。

优选在参照图1至图3所说明的第一种实施方式中也存在肩面31的这种倾斜。

沿相对于中轴线5的径向方向所测得的、第一切削刃9的径向最外部(图4上部)的棱相对于水平辅助线HL的间隔被定义为切削深度A，该切削深度也在图1中示出。

切削深度A表示：利用第二切削刃区域11加工或形成的孔通过利用第一切削刃区域7对该孔的加工而扩大了多少。

在如图4所示的实施方式中，可以将位于钻头1的端面15的区域中的第二切削刃区域11设计为，能够利用钻头1完整地作业。但是也可以将第二切削刃区域11设计用于对已存在的孔进行扩孔。因此，可以利用第二切削刃区域11对已存在的孔进行扩孔。

当如图1至图3和图4所示的钻头1完全贯穿待加工的工件时，第二切削刃区域11和第一切削刃区域7将起到扩孔器的作用。如果钻头1只以很小的进给量进入工件中，则通过第二切削刃区域11构成孔或使孔扩大，并且通过第二切削刃区域11使该孔被进一步扩大切削深度A。在此形成阶梯孔(Stufenbohrung)。

也就是说，在此所述的钻头1可以作为阶梯工具或扩孔工具使用。

特别是在加工长切屑的原料时，从工件上切除的切屑被由切削面23和毗邻的肩面31所构成的断屑槽折断，从而形成被限定的短切屑，这些切屑可以容易地通过钻头1的容屑槽27和29导出。

实质上，钻头1也可设计为仅具有第一切削刃区域7和至少一个第一切削刃区域7的配属的第一切削刃9，在此完全放弃了具有至少一个第二切削刃13的第二切削刃区域11。在此可以将这样得到的钻头1的端面设计为，使用第一切削刃区域7扩大已存在的孔，即形成扩孔阶部(Aufbohrstufe)，或者利用钻头1实现完整的作业。

但是也可以考虑在加工工件时使用只具有第一切削刃区域7而没有第二切削刃区域11的钻头，这种钻头在加工工件时并不完全贯穿工件，而只是对存在于限定区域中的孔进行扩孔。在扩孔过程结束时将形成具有与被加工的孔相比更大内径的阶部。也就是说构成阶梯孔。

即使放弃了第二切削刃区域11，由第一切削刃9的切削面23和由毗邻的肩面31所形成的断屑槽也将起到决定性的作用，因为即使且特别是在加工长切屑材料时，通过该断屑槽也可以折断在第一切削刃区域7中所切除的切屑，使得这些切屑能够容易地通过容屑槽27和29导出。

对于如图1至图4所示的钻头1或不具有第二切削刃区域的钻头的有益特征而言，断屑槽是非常重要的，其中，肩面31相对于钻头1的中轴线5以尖锐的倾斜角θ延伸，使得由至少一个第一切削刃9或也由对置的相同的第一切削刃9′所切除的切屑被转向到中轴线5的方向上。

关于至少一个第一切削刃9需要指出的是：其具有指向进给方向的第一切削部，被称为主切削刃；和位于钻头1的周向面区域中的第二切削部。特别优选切削面23的相对于第一切削刃9的主切削刃正交测得的切削角是正的，因为由此可以降低切削力并使被加工的孔获得良好的表面特性。

此外如图3所示，优选径向切削角ε为正的。当径向切削角ε为至少10°时，可以获得特别良好的加工结果。

当肩面31的宽度BS(如图3所示)至少为如图1和图4所示的切削深度A的25％时，使用在此所述的钻头1特别能够获得良好的加工性能。

由切削面23和肩面31所围成的肩角δ被选择为：大于100°，但小于180°与埋头角α之间的差。即，优选肩角δ选择如下：100°≤δ≤180°。

在根据本发明的如图1至图4所示的钻头1中，或者在没有第二切削刃区域11的钻头中，当埋头角α低于90°时有如下结果：轴向切削角β越负以及径向切削角ε越正，则由至少一个第一切削刃9切除的切屑就能够被越强烈地引导至中轴线5的方向上。

在一种特别优选的实施方式中，当埋头角α为45°，肩角δ为135°时，径向切削角ε为+15°，轴向切削角β为-2°。通过这种方式，即使利用在此所述的钻头加工长切屑材料时，也可以形成特别短的切屑。特别优选使此处所述类型的钻头具有这样的肩面31：该肩面的在图4中所示的倾斜角θ为-10°≤θ≤+10°。特别优选倾斜角θ为-5°≤θ≤+5°。

特别是已经证实：肩角δ处于-100°≤δ≤+160°的范围内是合适的。

优选关于肩角θ选择下述比例关系：为了可靠地避免出现长切屑，埋头角α越小，肩角δ应该越大。

在此所述的由切削面23和由肩面31构成的断屑阶部(Spanstufe)即使并特别是在加工长切屑材料时会使得由第一切削刃区域7或由至少一个第一切削刃9切除的切屑沿朝向中轴线5的方向转向，从而形成所限定的短切屑，而不会形成可缠绕钻头1的拉长的切屑。

也就是说，该优点不仅出现在如图1至图3所示的钻头1的实施方式中，而且还出现在相对于图1至图3经过修改的、如图4所示的钻头中，如图4所示的钻头只具有唯一的切削刃区域，即，只具有包括至少一个切削刃9的第一切削刃区域7。但是在根据图1至图4所描述的钻头1的实施方式中，在此所描述的断屑阶部将产生特别有利的效果，因为正是在由长切屑材料构成的工件中扩孔和形成阶梯孔时，通常会产生长切屑，这些切屑往往会连成结构紧凑的乱团。这会导致所述至少一个第一切削刃破裂或使钻头1完全断裂。通过在此所描述的断屑阶部能够可靠地避免该缺点。

Claims (13)

1.一种钻头，具有：

工具杆(3)；

中轴线(5)；

第一切削刃区域(7)，其具有至少一个限定几何形状的、带有切削面(23)的第一切削刃(9；9′)，所述第一切削刃与所述钻头(1)的中轴线(5)径向间隔开地设置，其中，

所述第一切削刃(9；9′)与所述中轴线(5)围成埋头角(α)，

其特征在于，

所述第一切削刃(9；9′)具有断屑槽，所述断屑槽由所述第一切削刃(9；9′)的切削面(23)和与所述切削面(23)相毗邻并与所述切削面围成肩角(δ)的肩面(31)构成，其中，

所述肩角(δ)大于90°，优选大于100°，

所述切削面(23)相对于虚拟的径向线(L)以径向切削角(ε)延伸，该径向线与对应于所述切削面(23)的所述第一切削刃(9′)相交，

所述径向切削角(ε)是正的。

2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述断屑槽的肩面(31)的倾斜角(θ)被选择为处于-10°≤θ≤+10°的范围内的值，优选为-5°≤θ≤+5°范围内的值。

3.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述第一切削刃区域(7)相对于所述中轴线(5)以α<45°的埋头角(α)倾斜。

4.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，所述断屑槽的切削面(23)相对于所述中轴线(5)以一轴向切削角(β)倾斜地设置，其中，所述轴向切削角(β)被选择为负的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，所述肩角(δ)被选择为处于100°≤δ≤160°的范围内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，对于所述肩角(δ)适用的是：所述埋头角(α)越小，所述肩角(δ)就被选择得越大。

7.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，所述径向切削角(ε)为至少10°。

8.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，所述肩面(31)的宽度(BS)至少为切削深度(A)的25％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，对于所述肩角(δ)适用的是：100°≤δ≤180°。

10.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其特征在于，

第二切削刃区域(11)，其具有至少一个限定几何形状的、带有切削面的第二切削刃(13；13′)，所述第二切削刃与所述中轴线(5)径向间隔开地设置，

其中，所述第二切削刃区域(11)设置在所述钻头(1)的端面(15)上，沿所述中轴线(5)的方向测量，所述第一切削刃区域(7)与所述第二切削刃区域轴向间隔开，

其中，所述第二切削刃(13；13′)相对于所述中轴线(5)的径向间隔小于所述第一切削刃(9；9′)相对于所述中轴线(5)的径向间隔。

11.根据前述权利要求1至9中任一项所述的钻头，其特征在于，设有第一容屑槽(27)和第二容屑槽(29)，由所述第一切削刃区域(7)的所述第一切削刃(9)和由所述第二切削刃区域(11)的所述第二切削刃(13′)所切除的切屑通过所述第一容屑槽(27)导出，所述第一切削刃(9′)的切屑以及所述第二切削刃(13)的切屑通过所述第二容屑槽(29)导出。

12.根据前述权利要求1至9中任一项所述的钻头，其特征在于，设有配设于所述第二切削刃区域(119的第一容屑槽(23)和第二容屑槽(29)，和配设于所述第一切削刃区域(7)的第三容屑槽(37)和第四容屑槽(39)，由所述第一切削刃区域(7)切除的切屑和由所述第二切削刃区域(11)切除的切屑被导入各自的容屑槽中。

13.一种根据前述权利要求1至12中任一项所述的钻头的应用，其用作为阶梯工具或扩孔工具。