CN110366467B - 锥形埋头钻 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一款埋头钻(10)，其具有至少一个主切削刃(16‑1、16‑2、16‑3)，以弧形、特别是螺旋形延展。

Description

锥形埋头钻
技术领域
本发明涉及的是一款单刃或多刃锥形埋头钻。
背景技术
原则上本领域的专业人员熟悉DIN 335:2007-12标准中规定的锥形埋头钻的结构和工作原理。锥形埋头钻通常具有一个夹紧轴和一个由夹紧轴支撑的尖端呈圆锥形的切削头，其中在虚拟锥面上有一个或多个主切削刃，锥形埋头钻的旋转轴为锥轴。切削头的锥角或尖角通常为90°(例如用于沉头螺栓)。另外，已知的锥形埋头钻有60°尖角(用于去毛刺)、75°尖角(用于铆钉头沉孔)、120°尖角(用于板铆钉沉孔)或类似尖角。
为了在加工沉孔过程中实现高度的运转平稳性，可以围绕旋转轴布置多个具有不等角距的主切削刃。例如，从WO 2015/075127 A1中已知的一款三刃锥形埋头钻，这款锥形埋头钻上的主切削刃以不等间距布置在锥形埋头钻的旋转方向上。通过所定义的不等间距，应实现减少振动的目的，并由此改善沉孔的表面质量。在DE 10 2005 055 579 A1中同样提出了一款三刃锥形埋头钻，为了改善这款锥形埋头钻的切削和运行性能，其主切削刃先后在旋转方向中径向和轴向切削切削面。
已知的锥形埋头钻的共同之处在于，每个主切削刃都位于一个虚拟锥面中，从其中心侧刀尖到其外圆周侧刀尖都呈直线型分布。
发明内容
在已知的锥形埋头钻的基础上，本发明的任务是设计一款单刃或多刃锥形埋头钻，其具有可选的主切削刃几何结构，通过该结构能够在加工沉孔过程中保证高度的运转平稳性和较长的刀具使用寿命。
通过一款具备权利要求1规定特征的锥形埋头钻解决该任务。继续进行有利的研发是相关权利要求的目标。
一款依据本发明的锥形埋头钻可能与开头讨论的已知沉头钻类似，或根据DIN335:2007-12的规定具有一个夹紧轴和一个切削头。这款依据本发明的锥形埋头钻的切削头可以设计为单刃型或多刃型。每个主切削刃都位于虚拟锥面中，锥形埋头钻的旋转轴为锥轴。开口角度或锥角可以为例如60°、75°、90°、120°等。此外，切削头和夹紧轴可以由例如HSS钢的单种材料制成。
一款依据本发明的锥形埋头钻与已知锥形埋头钻的不同之处在于，它具有至少一个主切削刃，该主切削刃位于虚拟锥面中，从其中心刀尖(始端)到外圆周侧刀尖(末端)不是呈直线型，而是呈弧形，特别是呈螺旋形延展。因此，至少一个主切削刃围绕旋转轴缠绕，或者换句话说，围绕旋转轴呈现螺旋线。
由于采用弧形结构，至少一个主切削刃具有比呈直线型延伸的主切削刃更长的切削长度。因此，在通过主切削刃进行沉孔加工时，切削力分布在更大的接触弧长上，从而保证更高的稳定性、更高的运转平稳性以及更低的振颤倾向和更低的切削磨损。
原则上至少一个主切削刃可以向锥形埋头钻的旋转方向或相反方向呈现螺旋形。通过旋转方向中的旋转线(在顺时针时则向右旋转，在逆时针时则向左旋转)可以保证，至少一个主切削刃进行拉伸切削，并对已经过沉孔加工的工件进行刨削。与挤压型切削相比，会得到与旋转方向的相反方向运行的呈弧形延伸的主切削刃以及直线延伸的主切削刃，产生更高运转平稳性的拉伸切削。
在径向观察方向的侧视图中，与旋转轴方向相反时，至少一个主切削刃在外圆周侧刀尖上测得的螺旋角在10°至70°的范围内，特别是15°至55°，优选25°至45°。
此外，至少一个主切削刃可沿着在前视图中通过三个点定义的弧形进行延伸，这三个点即为中心刀尖、外圆周侧刀尖和在刀刃一半长度上的中心点，在切削头直径范围
Figure GDA0003022583850000021
为4.3mm至31mm时，半径范围为0.5mm至150mm，特别是4mm至40mm，优选7mm至25mm。
以上述范围的螺旋角和弧形半径进行首批试验运转，在加工沉孔时在运转平稳性方面产生了良好的效果。
如果锥形埋头钻具有多个主切削刃，在多个主切削刃中的至少一个呈弧形特别是螺旋形延展时，则基本上能够满足要求。由此就可以实现上述优点。
为了实现较长的使用寿命和更高的运转平稳性，依据本发明的锥形埋头钻优选地具有多个、尤其是三个主切削刃，所有主切削刃都呈弧形、特别是螺旋形延伸。
多个主切削刃可具有相同或不相同的弧半径和/或螺旋角。弧半径和/或螺旋角相同，有助于锥形埋头钻的切削头更轻松地进行磨削加工。弧半径和/或螺旋角不相同，则切削长度也不相同，这就造成切削力不均匀以及主切削刃上的相关应力不均匀，这对锥形埋头钻的运转平稳性具有积极影响。
无论弧半径和/或螺旋角是否相同，优先选择围绕旋转轴布置多个主切削刃，这样使得至少其外周侧刀尖以相同的角间距分布。或者，可以以不相同的角间距布置主切削刃的外周侧刀尖。
此外，多个主切削刃也可具有相同或(定义的)不相等的切削高度。在切割高度相同时，主切削刃位于一个共同的虚拟锥面上，这有助于简化锥形埋头钻的切削头的磨削加工。另一方面，(定义的)切削高度不相同，由于主切削刃的应力不同，可以有助于进一步减少振颤倾向，并以此保证锥形埋头钻在加工沉孔时具备更高的运转平稳性。
除至少一个呈弧形延伸的主切削刃外，锥形埋头钻还具有至少一个以传统方式形成的直线型延伸的切削刃。如果弧形主切削刃和直线型切削刃的外圆周侧刀尖在相对于锥形埋头钻的旋转方向上的半径相同，则切削长度不同，并造成切削力不相等，主切削刃和切削刃的相应应力也不相同，这对锥形埋头钻的运转平稳性具有积极影响。
如果锥形埋头钻具有多个弧形主切削刃和多个直线型切削刃，特别是弧形主切削刃和直线型切削刃的数量相同，则有利的是，弧形主切削刃和直线型切削刃围绕锥形埋头钻的旋转轴交替布置。这样，弧形主切削刃和直线型切削刃的外周侧刀尖具有相同的角距，即围绕锥形埋头钻的旋转轴对称分布。这样，对称地或均匀地围绕圆周对锥形埋头钻施加载荷。
附图说明
在下文中，将借助附图介绍依据本发明的锥形埋头钻的两种结构形式。
图1示出了依据本发明的锥形埋头钻第一种结构形式的立体图；
图2示出了依据本发明的锥形埋头钻第一种结构形式的侧视图；
图3示出了依据发明的锥形埋头钻第一种结构形式的另一个侧视图；
图4示出了依据发明的锥形埋头钻第一种结构形式的正视图；
图5示出了依据发明的锥形埋头钻第一种结构形式沿图3中的M-M线的局部剖视图；
图6示出了依据发明的锥形埋头钻第二种结构形式的正视图；
图7示出了依据发明的锥形埋头钻第二种结构形式的简化正视图，用于说明主切削刃的弧形半径；并且
图8示出了依据本发明的锥形埋头钻第三种结构形式的正视图。
具体实施方式
第一种结构形式
图1至5以图解形式示出了依据发明的锥形埋头钻10的第一种结构形式。
类似于DIN 335:2007-12，锥形埋头钻10具有一个夹紧轴12和一个沿着旋转轴11向刀具进给方向运行的紧随夹紧轴12的切削头14。夹紧轴12和切削头14是单件材料，并由HSS钢制成。
如图所示，锥形埋头钻10设计为向右旋转和三刃。在切削头14上设置的三个主切削刃16-1、16-2、16-3沿着旋转方向以120°间距分布在旋转轴11上。图4示出了在主切削刃16-1和16-2、16-2和16-3以及16-3和16-1之间的120°间距角Y1、Y2、Y3。从与旋转方向相反的角度观察，每个主切削刃16-1、16-2、16-3连接一个主切削表面17-1、17-2、17-3，在其上具有容屑槽18-1、18-2、18-3。从轴向看，每个主切削刃16-1、16-2、16-3在外周侧刀尖16-1a、16-2a、16-3a上运行到在图1中所示的外周侧副切削刃19-1、19-2、19-3，但这对本发明不重要。
三个主切削刃16-1、16-2、16-3在共同的虚拟锥面上没有(定义的)切削高度差，旋转轴11为锥轴。在第一种结构形式中，切削头14的开口角度或锥角a(见图3)为90°。
如图1至3所示，三个主切削刃16-1、16-2、16-3中的每一个都在虚拟锥面上从其内圆周侧或中心侧刀尖(始端)16-1b、16-2b、16-3b延伸到其外圆周侧刀尖(末端)16-1a、16-2a、16-3a，并围绕旋转轴11呈弧形、尤其是螺旋形向右旋转。
在第一种结构形式中，主切削刃16-1、16-2、16-3结构相同。在图4的轴向俯视图或正视图中可以看出，主切削刃16-1、16-2、16-3各自沿着一个通过三个点定义的弧形运行，这三个点为中心侧刀尖16-1b、16-2b、16-3b，外周侧刀尖16-1a、16-2a、16-3a和在切削长度一半处的中心点(在图4中未示出)。在第一种结构形式中，三个主切削刃16-1、16-2、16-3的弧形半径大小一样。在图4中，用R表示主切削刃16-1、16-2、16-3的弧形半径。在图4中，用
Figure GDA0003022583850000051
表示切削头14的最大切削直径，并根据DIN 335：2007-12的规定可以为4.3mm至31mm。主切削刃16-1、16-2、16-3的弧形半径值可以在0.5mm至150mm的范围之间，特别是在4mm至40mm的范围内，优选在7mm至25mm的范围内。例如，在图4所示的示例中，直径
Figure GDA0003022583850000052
为25mm，主切削刃16-1、16-2、16-3的弧形半径R为11mm。此外，三个主切削刃16-1、16-2、16-3具有相同的螺旋角或螺旋角。在图2中示出了在径向观察情况下的侧视图中外圆周侧刀尖以相反于旋转轴11的方向运行时测得的螺旋角“α”。根据本发明，三个主切削刃16-1、16-2、16-3的螺旋角在10°至70°的范围内，特别是在15°至55°的范围内，优选在25°至45°的范围内。在图2所示的示例中，螺旋角α为45°。
在依据本发明的锥形埋头钻10中，三个主切削刃16-1、16-2、16-3的切削角不断变化，从中心侧刀尖16-1b、16-2b、16-3b到外周侧刀尖16-1a、16-2a、16-3a各自均匀地从零或中间侧的负值变化到外周侧的正值。在图5中以“β”标记了在一个主切削刃的外周侧刀尖上测量的正切削角，其例如为25°。
关于所有其他的、未提及的尺寸信息等，依据本发明的锥形埋头钻10满足DIN335:2007-12的要求。
图1至图4示出了主切削刃16-1b、16-2b、16-3b的中间刀尖16-1、16-2、16-3在轴向上具有相同的高度，并且与旋转轴11的径向距离相同。图1至图4示出了在中间刀尖16-1b、16-2b、16-3b的高度上的扁平尖端20。与之类似，外周侧刀尖16-1a、16-2a、16-3a处于相同的轴向高度，并且旋转轴11的径向距离相同。
由于采用弧形结构，每个主切削刃16-1、16-2、16-3具有比传统锥形埋头钻的直线型主切削刃更长的切削长度。由于切削长度更长，所以在加工沉孔时实现了更高的运转平稳性和更好的稳定性，因为作用在主切削刃16-1、16-2、16-3上的载荷分布在更长的切削接合长度上。总体上减少了磨损并保障更低的振颤倾向。
通过在旋转方向上旋转，主切削刃16-1、16-2、16-3在加工沉孔时对加工工件进行拉伸切削，并对已加工的工件进行刨削，从而保障较高的运转平稳性。
第二种结构形式
图6和7示出了依据本发明的锥形埋头钻110的第二种结构形式。第二种结构形式的锥形埋头钻110与第一种结构形式的锥形埋头钻10的主要区别之处在于，三个主切削刃116-1、116-2、116-3的弧形半径R1、R2、R3不相等。
在第一种结构形式的锥形埋头钻中，主切削刃16-1、16-2、16-3结构相同，特别是因此也具有相同的弧半径和切削长度，但是第二种结构形式的锥形埋头钻110的主切削刃116-1、116-2、116-3具有不相等的弧半径，其由图6中的“R1”、“R2”和“R3”表示，其中R1>R2>R2。在图6所示的示例中，弧形半径R1、R2、R3分别为15mm、11mm和18mm。由于弧形半径不相同，主切削刃116-1、116-2、116-3的切削长度也必须不相等。
如在第一种结构形式中所示，在第二种结构形式中的锥形埋头钻110中的三个主切削刃116-1、116-2、116-3同样围绕旋转轴分布，这使得其外周侧刀尖116-1a、116-2a、116-3a的角间距相同，并各围绕旋转轴111以120°的角度分布。这种布置要求主切削刃116-1、116-2、116-3的中间刀尖116-1b、116-2b、116-3b的角间距不相等。
由于弧形半径不相等，以及由此获得的切削长度不相同，在切削加工过程中会导致主切削刃的切削力不同和应力不同，这对于锥形埋头钻的振颤倾向会产生积极影响。
第三种结构形式
图8示出了依据本发明的锥形埋头钻1000的第三种结构形式。第三种结构形式的锥形埋头钻1000与第一种结构形式的锥形埋头钻10和第二种结构形式的锥形埋头钻110的不同之处在于，除了弧形主切削刃1116-1、1116-2之外，还具有传统的直线型切削刃1116-3、1116-4。
在图8中，具有相等弧形半径R的两个弧形主切削刃1116-1、1116-2和两个直线型切削刃1116-3、1116-4交替地分布在旋转轴1111四周。弧形主切削刃1116-1和1116-2的外周侧刀尖1116-1a和1116-2a以及直线型切削刃的外周侧刀尖1116-3a和1116-4a的角间距相同，各为90°，即围绕旋转轴1111对称地分布。
结构形式的变形
在第一至第三种结构形式中，夹紧轴和切削头都是由单件材料的HSS钢制成。主切削刃和次切削刃在切削头中磨削。但这不是必须的。对此也可选将在切割部分，比如刀片或刀头上形成主切削刃和副切削刃，其作为一个基体通过焊接或胶合、或者例如通过螺栓连接可拆卸地牢固固定在切削头上。
在第一至第三种结构形式中，锥形埋头钻设计为以顺时针方向旋转。这不是强制必须的。为此可选择将锥形埋头钻设计为以逆时针方向旋转。
此外，第一和第二种结构形式的锥形埋头钻可以取代三个主切削刃，仅含有一个主切削刃、两个主切削刃或超过三个主切削刃。在多刃结构中，原则上如果虚拟锥面上的至少一个主切削刃呈弧形、特别是螺旋形延伸时，即满足要求。
此外，在多刃结构中，原则上锥形埋头钻的主切削刃在切削头上有相同的间距，例如与第一和第三种结构形式的类似，或具有不相等的间距，例如与第二种结构形式类似。此外，主切削刃没有限定的切削高度差，例如在第一至第三种结构形式中所示，或者拥有定义的如0.05mm的切削高度差，其分布在旋转方向上的两个连续主切削刃之间。
切削头的开口角或锥角也可以与第一个和第二种结构形式的不同，为60°、75°、120°或任意其他值。
在第一至第三种结构形式中，主切削刃各自向旋转方向旋转。或者其螺旋方向也可以与旋转方向相反。
在第三种结构形式中，两个弧形主切削刃和两个直线型切削刃交替地以相同的角间距分布在锥形埋头钻的旋转轴四周。但是，也可以仅有一个主切削刃和一个切削刃分布在旋转轴四周，或者各超过两个主切削刃以及切削刃。同时，在旋转轴四周的主切削刃或切削刃的角间距也可以不对称。此外，弧形主切削刃和直线型切削刃的数量不必相等，并且弧形主切削刃的弧半径也不必相等。

Claims (10)

1.具有至少一个沿弧形运行的主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3；1116-1、1116-2)的锥形埋头钻(10；100；1000)，所述锥形埋头钻包括夹紧轴(12)和锥形切削头(14)，所述锥形埋头钻具有向右的旋转方向或向左的旋转方向，其特征在于，至少一个主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3；1116-1、1116-2)在所述锥形埋头钻(10；100；1000)具有向右的旋转方向时向右螺旋并且在所述锥形埋头钻(10；100；1000)具有向左的旋转方向时向左螺旋，所述锥形埋头钻(10；100；1000)包括多个主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3)，并且所述主切削刃(116-1、116-2、116-3)的弧形半径(R1、R2、R3)不相等。
2.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100；1000)，其特征在于，至少一个主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3；1116-1、1116-2)在轴向正视图中呈螺旋状延伸。
3.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100；1000)，其特征在于，在径向观察方向上的侧视图中，至少一个主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3；1116-1、1116-2)在相对于旋转轴(11；111；1111)的方向上在外周侧刀尖处测量，其螺旋角(α)范围为10°至70°。
4.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100；1000)，其特征在于，
锥形埋头钻(10；100；1000)的直径
Figure FDA0003334583760000011
在4.3mm至31mm的范围内，并且
至少一个主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3；1116-1、1116-2)沿弧运行，在正视图中，该弧通过中心侧刀尖(16-1b、16-2b、16-3b；116-1b、116-2b、116-3b；1116-1b、1116-2b)和外周侧刀尖(16-1a、16-2a、16-3a；116-1a、116-2a、116-3a；1116-1a；1116-2a)进行定义，并且半径(R；R1、R2、R3)在0.5mm至150mm的范围内。
5.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100)，其特征在于，主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3)的外周侧刀尖(16-1a、16-2a、16-3a；116-1a、116-2a、116-3a)以相同的角间距(y1、y2、y3)围绕旋转轴(11)分布。
6.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100)，其特征在于，主切削刃(16-1、16-2、16-3；116-1、116-2、116-3)具有相同的切削高度或定义的不相同的切削高度。
7.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100；1000)，其特征在于，它由单件材料的HSS钢制成。
8.根据权利要求1所述的锥形埋头钻(10；100；1000)，其特征在于，至少一个直线型的切削刃(1116-3；1116-4)。
9.根据权利要求8所述的锥形埋头钻(1000)，其特征在于，沿弧形运行的主切削刃(1116-1、1116-2)和直线型切削刃(1116-3、1116-4)的数量相同。
10.根据权利要求9所述的锥形埋头钻(1000)，其特征在于，至少一个沿弧形运行的主切削刃(1116-1、1116-2)和至少一个直线型切削刃(1116-3；1116-4)交替地分布在旋转轴(1111)四周。
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