CN117655377A - 阶梯钻和利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阶梯钻，其特征在于，阶梯钻具有孔加工部和在孔加工部上延伸的至少两个沟槽，孔加工部包括台阶部段，每个台阶部段分别与至少两个沟槽形成至少两个在该台阶部段的周向上分布的切削刃，至少一个台阶部段上的至少两个切削刃至少包括第一切削刃和第二切削刃，第一切削刃和第二切削刃分别构成为至少两段式的，并且因此分别包括至少两个切削刃区段，其中，第一切削刃和第二切削刃在它们的切削刃区段的结构方面至少部分地彼此不同，或者，第一切削刃和第二切削刃之中的一个切削刃构成为一段式的，而另一个切削刃构成为至少两段式的，并且因此包括至少两个切削刃区段。本发明还涉及一种利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法。

Description

阶梯钻和利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法

技术领域

本发明涉及一种阶梯钻和利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法。

背景技术

阶梯钻是一种外形呈宝塔形的钻头，其由钻尖头部、邻接的带有阶梯轮廓的扩孔部以及柄部组成，因外形而得名“阶梯”钻。阶梯轮廓由多个逆着进给方向逐级增大的台阶部段形成，并且每个台阶部段包括一个截锥形段与一个邻接的圆柱形段。阶梯钻在其钻尖头部和扩孔部上设有至少一个沟槽或者说排屑槽或者说刃沟，并且沟槽与截锥形段表面相交形成扩孔主切削刃。多个沟槽在同一截锥面上因此形成多个扩孔主切削刃。

阶梯钻的工作过程是，启动后先以钻尖头部钻出初始小孔，然后逐级扩孔得到所需的孔的直径。利用一个阶梯钻，可以在一次装夹的情况下钻(或扩)出多个直径的孔。

阶梯钻是钣金钻孔加工的理想之选，其适用于切割厚度达1.5mm的有色金属、最高可达4.0mm的塑料和木材、以及厚度达4.0mm的钢板。

参见图1，现有的阶梯钻100通常具有两条对称的斜沟槽或者说螺旋沟槽105、105’(图1所示)或直沟槽(未示出)，并且在阶梯钻100的每个台阶部段T’n上的每个扩孔主切削刃A’n均为一段式的线段，即一段式的直线段(当沟槽为直沟槽时)或一段式的曲线段(当沟槽为斜沟槽或螺旋沟槽105、105’时)。图1所示即为斜沟槽或螺旋沟槽105、105’情况下的一段式的曲线段。

如图1和图2所示，第一条螺旋沟槽105上的主切削刃分别为A’1、A’2…A’i…A’n。第一条螺旋沟槽105上的各段刃口的各法向切削角为：前角γn、后角αn、刃倾角(螺旋角)β及主、副偏角λ，它们按照一定的设计规律和要求分布。

第二条螺旋沟槽105’(其在圆周上相对于第一条螺旋沟槽105以180°对称分布)上的主切削刃分别为A’1’、A’2’…A’i’…A’n’，它们分别与第一条螺旋沟槽105上的相应主切削刃在结构上完全相同，即：A’1’＝A’1，A’2’＝A’2，…A’i’＝A’i，A’n’＝A’n。此外，第二条螺旋沟槽105’上的各段刃口的法向各切削角为：前角γn’、后角αn’、刃倾角(螺旋角)β’及主、副偏角λ’按照与第一条螺旋沟槽105相同的设计规律和要求分布，即：γn’＝γn，αn’＝αn，β’＝β、λ’＝λ。

也就是说，在每个台阶部段T’n上的在周向上180°对称的各主切削刃是一样的，因此它们的切削功能也是一样的。对此参见图10所示阴影部分，该阴影部分表示同一台阶部段T’n上每个主切削刃所负责切削的面积，其具有f/2的切深以及相应于整个主切削刃长度A’n的切削长度A’n。每个主切削刃所负责切削的面积完全相同且都在整个切削长度A’n上进行切削。

然而，在实践中发现，传统的具有上述设计的阶梯钻具有切削力较大、切削锋利度不足、断屑较难、切削热较大以及加工效率不高等问题。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种阶梯钻和一种利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法，借助其能够解决现有技术中存在的上述技术问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，所述任务根据一种阶梯钻实现，其中，所述阶梯钻具有孔加工部和在孔加工部上延伸的至少两个沟槽，所述孔加工部包括一个或多个台阶部段，每个台阶部段分别与所述至少两个沟槽形成至少两个在该台阶部段的周向上分布的切削刃，

其中，至少一个所述台阶部段上的所述至少两个切削刃至少包括第一切削刃和第二切削刃，其中，

所述第一切削刃和第二切削刃分别构成为至少两段式的，并且因此分别包括至少两个切削刃区段，其中，所述第一切削刃和所述第二切削刃在它们的切削刃区段的结构方面至少部分地彼此不同，或者

所述第一切削刃和第二切削刃之中的一个切削刃构成为一段式的，而另一个切削刃构成为至少两段式的，并且因此包括至少两个切削刃区段。

在本发明中，术语“结构”应广义地理解，其可以包括各切削刃区段的几何形状(例如直线或曲线刃、主/副偏角λ等)、尺寸或数量等几何结构或参数。

阶梯钻能实现的技术效果包括、但不限于：将原来的一段线切削刃或者说刃口改进为至少两段的多段线刃，切削刃总长度大于原来的切削刃的长度，从而分解了单位刃长上所承受(加载)的切削力，也就分散了切削热量。多段式切削刃与多段式切削刃或一段式切削刃可以彼此组合产生复合的切削作用，从而将材料分多段切削，因此可以起到分解切削作用。每个切削刃所负担的切削面积较小，因此切削期间仅需减小的切削力。

有利地，所述第一切削刃仅在其第一伸出区段上局部地参与切削，所述第一伸出区段距阶梯钻纵轴线的径向距离大于所述第二切削刃的与该第一伸出区段处于同一轴向位置上的区段距阶梯钻纵轴线的径向距离；并且

所述第二切削刃仅在其第二伸出区段上局部地参与切削，所述第二伸出区段距阶梯钻纵轴线的径向距离大于所述第一切削刃的与该第二伸出区段处于同一轴向位置上的区段距阶梯钻纵轴线的径向距离。

有利地，所述第一伸出区段包括至少一个第一切削刃切割区域，并且所述第二伸出区段包括至少一个第二切削刃切割区域，在第一切削刃和第二切削刃围绕阶梯钻纵轴线旋转合并的假想状态下，所述第一切削刃切割区域和所述第二切削刃切割区域在阶梯钻轴向上或径向上彼此相邻。

有利地，所述第一伸出区段至少包括两个彼此间隔开的第一切削刃切割区域，并且所述第二伸出区段至少包括一个第二切削刃切割区域，在第一切削刃和第二切削刃围绕阶梯钻纵轴线旋转合并的假想状态下，所述一个第二切削刃切割区域在阶梯钻轴向上或径向上位于这两个第一切削刃切割区域之间。

有利地，至少两段式的第一切削刃和/或第二切削刃包括逆着进给方向相继布置的第一切削刃区段和第二切削刃区段，其中，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段和第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同，和/或，至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段和第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同。

有利地，在第一切削刃和第二切削刃围绕阶梯钻纵轴线旋转合并的假想状态下，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段和/或第二切削刃区段与至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段和/或第二切削刃区段相交，或者，第一切削刃和第二切削刃之中的一个一段式的切削刃与另一个至少两段式的切削刃的第一切削刃区段和/或第二切削刃区段相交。

有利地，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段和至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此相同，并且至少两段式的第一切削刃的第二切削刃区段和至少两段式的第二切削刃的第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同，或者，

第一切削刃和第二切削刃之中的一个一段式的切削刃和另一个至少两段式的切削刃的第一和/或第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同。

有利地，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段的长度小于至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段的长度，并且在同一轴向位置上至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段距阶梯钻纵轴线的径向距离大于至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段距阶梯钻纵轴线的径向距离。

有利地，至少两段式的第一切削刃或第二切削刃的切削刃区段至少之一能够通过在原始的一段式的切削刃上局部地减少材料而形成。

有利地，至少两段式的第一切削刃的和第二切削刃的各切削刃区段构成为直线段或曲线段。

有利地，与所述第一切削刃邻接的水平刃区段至少之一相比于与所述第二切削刃邻接的水平刃区段至少之一在径向上错开距离。

有利地，在不同台阶部段上由同一沟槽形成的各切削刃在它们的结构方面构造成至少部分地不同的或者构造成相同的。

有利地，所述沟槽构造为直沟槽或螺旋沟槽。

根据本发明的另一个方面，所述任务根据一种利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法来解决，其中，所述阶梯钻具有孔加工部和在孔加工部上延伸的至少两个沟槽，所述孔加工部包括一个或多个台阶部段，每个台阶部段分别与所述至少两个沟槽形成至少两个在该台阶部段的周向上分布的切削刃，其中，至少一个所述台阶部段上的所述至少两个切削刃至少包括第一切削刃和第二切削刃，

所述方法至少包括如下步骤：

利用所述第一切削刃切削工件上的第一材料部，其中，所述第一材料部在第一切削刃的仅部分长度上延伸；

利用所述第二切削刃切削工件上的第二材料部，其中，所述第二材料部在第二切削刃的仅部分长度上延伸。

有利地，所述第一材料部包括至少一个第一子材料部，所述第二材料部包括至少一个与第一子材料部相邻的第二子材料部。

有利地，所述第一材料部至少包括两个彼此间隔开的第一子材料部，所述第二材料部至少包括一个位于这两个第一子材料部之间的第二子材料部。

有利地，所述阶梯钻是根据本发明的阶梯钻。

本领域技术人员通过参照下面列出的附图阅读相应实施例的如下详细描述，将会明白相应实施例以及各种另外的实施例的优点。

附图说明

下面借助于附图描述本发明的实施例。所述附图不必强制性地按比例示出实施例，更确切地说，用于阐述的附图以示意的方式和/或略微变形的形式实现。关于从附图中能够直接识别的教导的补充方面参见相关的现有技术。在此要注意的是，能够实行关于实施方式的形式和细节的多种改型和变化，而不会偏离本发明的总体构思。本发明的在说明书、附图中公开的特征既能够本身单独地也能够以任意组合的方式对于本发明的改进方案是重要的。此外，在本发明的范围中包括由在说明书和/或附图中公开的特征中的至少两个构成的所有组合。本发明的总体构思不局限于在下文中示出和描述的优选的实施方式的确切的形式或细节。

附图如下：

图1是现有技术中的阶梯钻的示意性侧视图；

图2是图1中的阶梯钻的通过剖切线N-N的示意性局部剖视放大图；

图3是根据本发明的组合刃阶梯钻的示意性侧视图；

图4是图3中的组合刃阶梯钻的通过剖切线Ni-Ni的示意性局部剖视放大图；

图5是图3中的组合刃阶梯钻的局部I的示意性放大视图；

图6是图3中的组合刃阶梯钻的局部II的示意性放大视图，其中，图5中的第一切削刃在围绕阶梯钻纵轴线旋转180°后与第二切削刃合并对照；

图7以示意图示出图3中的组合刃阶梯钻的局部II处的第二切削刃在围绕阶梯钻纵轴线旋转180°后与局部I处的第一切削刃合并对照；

图8是图7中的示意图，其中，第一切削刃的两个第一伸出区段被以阴影线表示；

图9是图7中的示意图，其中，第二切削刃的一个第二伸出区段被以阴影线表示；

图10示意性示出现有阶梯钻的两个切削刃或者说齿的切削，其中，各切削刃的切削面积被以阴影线表示；

图11示意性示出在一个台阶部段上一个一段式切削刃和一个多段式切削刃的组合切削的一个实施例，其中，各切削刃的各一个切削面积被以阴影线表示；以及

图12示意性示出在一个台阶部段上一个一段式切削刃和一个多段式切削刃的组合切削的另一个实施例，其中，各切削刃的分别一个和两个切削面积被以阴影线表示。

具体实施方式

下面描述根据本发明的组合刃阶梯钻1的说明性实施例。在本说明书中，仅为了解释起见，在附图中示意性地描绘各个***、结构和装置，但未描述实际***、结构和装置的所有特征，比如熟知的功能或结构并未详细描述，以避免不必要的细节使得本发明模糊不清。当然应该明白，在任何实际应用时，需要作出许多具体实施决策以达到开发者或使用者的特定目标，并且需要遵从与***相关和行业相关的限制，这些特定目标可能随着实际应用的不同而不同。此外，应该明白，这样的具体实施决策虽然是复杂的且耗费大量时间的，然而这对于受益于本发明的本领域普通技术人员来说是例行任务。

本文使用的术语和短语应该被理解和解释为具有与相关领域技术人员对这些术语和短语的理解一致的含义。本文的术语或短语的一致用法不意在暗示术语或短语的特殊定义，即，与本领域技术人员所理解的普通和惯常含义不同的定义。对于意在具有特殊含义的术语或短语，即，与技术人员所理解的不同的含义，这种特殊定义将在说明书中以定义方式明确列出，直接且毫不含糊地给出术语或短语的特殊定义。

除非内容要求，否则在下文的整个说明书中，词语“包括”及其变型、诸如“包含”、“具有”将以开放式的、包容的意义来解释，也就是如“包括但不限于”。

在本说明书的整个描述中，参考术语“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。因而，整个该说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在一实施例中”不是必须都涉及相同实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

接下来结合示意性的图3至图12阐述本发明的组合刃阶梯钻1(下称阶梯钻1)的说明性实施例。

参见图3，阶梯钻1可以具有用于钻孔的钻尖头部2、邻接的用于扩孔的扩孔部3以及柄部4。钻尖头部2和扩孔部3可以一起形成阶梯钻1的用于钻孔和扩孔的加工部。扩孔部3可以包括多个彼此相继邻接的台阶部段Tn(n＝1,2,3,…,i,…)，并且每个台阶部段Tn分别包括一个截锥形段与一个邻接的圆柱形段。各个台阶部段Tn可以成组工作，以实现逐级扩孔功能。各台阶部段Tn的直径从钻尖头部2出发逆着进给方向F逐台阶部段Tn地递增。在图3中示例性标注出沿进给方向F在后的第n个台阶部段Tn(具体而言其圆柱形段)的直径dn和沿进给方向F在前的第i个台阶部段Ti(具体而言其圆柱形段)的直径di，可见dn>di。

加工部在此可以设有两条构成为排屑槽的沟槽5、5’，即大部分朝向图纸平面外部的第一沟槽5和大部分朝向图纸平面内部的第二沟槽5’。第一沟槽5和第二沟槽5’可以从加工部的一端螺旋地延伸到另一端，并且可以在周向上关于阶梯钻1的纵轴线6彼此径向对称或者说旋转对称。在每个台阶部段Tn上，第一沟槽5可以与该台阶部段Tn的截锥形段相交形成第一切削刃An(在图5至9中以粗实线绘出)，并且第二沟槽5’可以与该台阶部段Tn的截锥形段相交形成与第一切削刃An在周向上间隔180°的第二切削刃An’(在图5至9中以粗虚线绘出)。因此，在每个台阶部段Tn上分别可以形成两个切削刃An、An’。这两个切削刃An、An’可以分别具有f/2的切深。

在其它实施例中，在加工部上也可以设有三条或更多条的沟槽5、5’，从而在每个台阶部段Tn上可以形成三个或更多个切削刃An、An’，并且这些沟槽5、5’可以在周向上均匀分布并且关于纵轴线6旋转对称。

在其它实施例中，每个沟槽5、5’可以分别构成为直线沟槽，即从加工部的一端直线地延伸到另一端，并且因此形成呈直线段的切削刃。

不同于现有技术，本发明中的阶梯钻1在其至少一个台阶部段Tn上的各切削刃An、An’(或者说其刃口)可以具有多段式或者说折线式的结构，即，每个切削刃An、An’可以包括至少两个彼此相继邻接的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’，这些切削刃区段可以一起形成整个切削刃An、An’。

每个切削刃区段An1、An2、An1’、An2’在直线沟槽的情况下可以构成为直线段。而每个切削刃区段An1、An2、An1’、An2’在曲线沟槽5的情况下可以构成为曲线段，但也可以根据具体的功能要求利用加工工艺来实现为直线段，尤其是在本发明中将一个本就较小的切削刃An、An’设计成了由多个更小的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’构成。直线或曲线的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’都在本发明的保护范围内，本发明的构思同时适用于直线或曲线或其它形状的切削刃。下面为了清楚说明而仅以简化的直线的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’为例进行说明。

如上所述，每个切削刃An、An’的相邻的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’可以彼此成角度而形成折线段(即折直线或折曲线)的形式，或者说在彼此邻接处形成走向突变部或者说拐点，或者说可以具有彼此不同的斜率。

本实施例以直线段的切削刃区段举例说明，即在每个台阶部段Tn上的每个切削刃An、An’可以分别包括多个直线段的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’，它们可以共同形成一个折线形的切削刃An、An’。在本实施例中，在每个台阶部段Tn上的每个切削刃An、An’的切削刃区段An1、An2、An1’、An2’的数量可以是两个，即沿进给方向F在前的第一切削刃区段An1、An1’和在后的第二切削刃区段An2、An2’。

参见图3，对于第i个台阶部段Ti，其上的第一切削刃Ai可以包括第一切削刃区段Ai1和其后的第二切削刃区段Ai2，它们在长度上可以彼此不同，并且可以彼此成角度。由图3可见刃倾角(螺旋角)βi。

图4示出图3中一个台阶部段上的第一切削刃在刃口(具体而言第一切削刃区段的刃口)一点处的通过剖切线Ni-Ni剖分的局部放大图，其中，γni为法向前角，αni为法向后角。切削刃各点处的切削角度及其受力也是不同的，这可以用于刀具的切削原理分析。

下面结合图5至图9示例性描述第n个台阶部段Tn上的第一切削刃An和第二切削刃An’的结构及其组合切削方式。

参见图5，第n个台阶部段Tn上的第一切削刃An由粗实线绘出，其可以包括在进给方向F上在前的第一切削刃区段An1和在进给方向F上位于其后的第二切削刃区段An2。第一切削刃区段An1和第二切削刃区段An2在长度上可以彼此不同，具体而言前者小于后者，并且二者彼此可以成角度，在此为钝角，从而二者可以一起形成一个两段式的折线刃。

第二切削刃区段An2可以通过在原来的一段式切削刃A’n的上部减少材料、例如切除材料而形成，而第一切削刃区段An1于是可以通过在切除部分材料后遗留的切削刃部分形成。由此，第一切削刃An在第一切削刃区段An1处的主偏角λn1相比于一段式切削刃A’n时的主偏角λn0没有改变，而第一切削刃An在第二切削刃区段An2的副偏角λn2相比于λn0或者说λn1减小，即λn2<λn1＝λno。

此外由图5可见，第一切削刃An的第一切削刃区段An1的长度An1以及第二切削刃区段An2的长度An2均小于原始的一段式的第一切削刃A’n的长度A’n，但二者之和显然大于原始的一段式的第一切削刃A’n的长度A’n，即An1<An2<A’n，并且An1+An2>A’n。

参见图6，将图5中的由粗实线绘出的第一切削刃An在围绕阶梯钻纵轴线6旋转180°后与由粗虚线绘出的第二切削刃An’进行合并对照。第二切削刃An’可以包括在进给方向F上在前的第一切削刃区段An1’和在进给方向F上位于其后的第二切削刃区段An2’。第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’和第二切削刃区段An2’在长度上可以彼此不同，具体而言前者小于后者，并且二者彼此可以成角度，在此为钝角，从而二者可以一起形成一个两段式的折线刃An’。第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’的长度An1’以及第二切削刃区段An2’的长度An2’均小于原始的一段式的第一切削刃A’n的长度A’n，但二者之和显然大于原始的一段式的第一切削刃A’n的长度A’n，即An1’<An2’<A’n，并且An1’+An2’>A’n。

参见图7，将图6中的由粗虚线绘出的第二切削刃An’在围绕阶梯钻纵轴线6旋转180°后与图5中的由粗实线绘出的第一切削刃An进行合并对照。

参见图6和图7，通过两个切削刃An、An’的合并对照，可以更好地看出二者的不同结构以及二者如何组合使用而形成进行组合切削的“组合刃”。

参见图7，与第一切削刃An的第一切削刃区段An1邻接的沿进给方向F在前的第一水平刃区段可以平行于与第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’邻接的沿进给方向F在前的第一水平刃区段，并且前者相比于后者可以以距离δ更远离纵轴线6。第一切削刃An的第一切削刃区段An1可以平行于第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’，并且前者相比于后者在同一轴向位置上可以以距离δ更远离纵轴线6。第一切削刃An的第一切削刃区段An1的长度An1可以小于第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’，即An1<An1’。因此，第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’可以与第一切削刃An的第二切削刃区段An2相交。

第一切削刃An的第一切削刃区段An1的主偏角λn1等于第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’的主偏角λn1’，并且等于原始的一段式的第一切削刃A’n的主偏角λno，即λn1＝λn1’＝λno。

此外，与第一切削刃An的第二切削刃区段An2邻接的沿进给方向F在后的第二水平刃区段可以平行于与第二切削刃An’的第二切削刃区段An2’邻接的沿进给方向F在后的第二水平刃区段，并且前者相比于后者可以以距离δ更远离纵轴线6。第二切削刃An’的第二切削刃区段An2’可以与第一切削刃An的第二切削刃区段An2相交。

第一切削刃An的第二切削刃区段An2的主偏角λn2大于第二切削刃An’的第二切削刃区段An2’的主偏角λn2’，并且二者均小于第一切削刃An的第一切削刃区段An1的主偏角λn1或者说第二切削刃An’的第一切削刃区段An1’的主偏角λn1’或者说原始的一段式的第一切削刃A’n的主偏角λno，即λn2’<λn2<λn1＝λn1’＝λno。

由此，参见图8，第一切削刃An可以以其第一伸出区段S1、S2部分地(在同一轴向位置上相比)轴向向外伸出超过第二切削刃An’，所述第一伸出区段在此可以为两个彼此分开的面状区段S1、S2。第一切削刃An的两个第一伸出区段S1、S2被以阴影线表示，它们形成两个彼此间隔开的第一切削刃切割区域S1、S2。钻孔切削时的进给量为f＝mm/rpm(毫米/每转)。第一伸出区段S1、S2的切深为最大f/2。第一切削刃切割区域S1、S2可以仅在第一切削刃An的部分长度上延伸。第一切削刃切割区域S1、S2可以对应于第一切削刃An在每转中切下的材料或者说切屑的横截面面积。

在此，第一切削刃An的切削是在第二切削刃An’的切削的基础上进行的，第一切削刃An的两个第一切削刃切割区域S1、S2形成两个不同形状的切削面积S1、S2，因此，第一切削刃An切削的总面积S可以为：S＝S1+S2。这两个切削面积S1、S2可以彼此分离，因此在第一切削刃An进行切削时它们能起到严格的分屑作用。此外，在第二切削刃An’切削加工后残留的残留毛刺(未示出)也可以由第一切削刃An切除，那么第一切削刃An切削的总面积S可以为：S＝S1+S2+残留毛刺面积。

参见图9，第二切削刃An’可以以其第二伸出区段S3部分地(在同一轴向位置上相比)轴向向外伸出超过第一切削刃An，所述第二伸出区段在此可以为一个三角形的面状区段S3。第二切削刃An’的第二伸出区段S3被以阴影线表示，其形成第二切削刃切割区域S3。钻孔切削时的进给量为f＝mm/rpm(毫米/每转)。第二伸出区段S3的切深为最大f/2。第二切削刃切割区域S3可以仅在第二切削刃An’的部分长度上延伸。第二切削刃切割区域S3可以对应于第二切削刃An’在每转中切下的材料或者说切屑的横截面面积。

在此，第二切削刃An’的切削是在第一切削刃An的切削的基础上进行的，第二切削刃An’的第二切削刃切割区域S3形成一个单独的切削面积S3，因此，第一切削刃An切削的总面积S’可以为：S’＝S3。在第二切削刃An’进行切削时其不能起到分屑作用。在此，S>S’。

第一切削刃An和第二切削刃An’的切割区域或者说切削面积S1、S2、S3的大小和数量不限于本实施例，而是可以随着两个切削刃An、An’各自的结构或刀具参数的变化而变化。总体上，第一切削刃An可以具有至少一个切割区域或者说切削面积，并且第二切削刃An’可以具有至少一个切割区域或者说切削面积，它们在工件、例如板件上可以分工参与切削不同部位的材料，并且因此可以彼此组合切削以完成对工件材料的切除，因此本发明称之为“组合刃”。

而对于现有的阶梯钻101，参见图10，其两个切削刃A’n、A’n’均是一段式并且均在整个切削刃长度A’n、A’n’上进行切削，其每个切削刃每转的切削面积S4是相同的。因此其始终不能起到分屑的作用，并且切削力较大。

综上，在本实施例中，各切削刃An、An’可以分别被分解成两个切削刃区段An1、An2和An1’、An2’，即原来的两个一线段刃口变为两组两线段刃口。切削刃的主或副偏角λ有了较大的变化。同时，各段的螺旋角βi(亦即刃倾角)也会有些变化。此外，分解成多个切削刃区段An1、An2或An1’、An2’后的切削刃总长度都大于原来的切削刃An、An’的长度，从而分解了单位刃长上所承受(加载)的切削力，且起到很好的分屑作用，也就分散了切削热量。

以上介绍了本实施例中阶梯钻1的第n个台阶部段Tn上的切削刃的结构。在本实施例中，第一切削刃An和第二切削刃An’均可以设置为多段式结构。此外，对于第n个台阶部段Tn之外的、例如与之相邻的台阶部段而言，其第一切削刃的齿形或者说结构可以与第n个台阶部段Tn上的第一切削刃An相同，并且其第二切削刃的齿形或者说结构可以与第n个台阶部段Tn上的第二切削刃An’相同。

在其它实施例中，参见图11和图12，对于第n个台阶部段Tn，可以将两个切削刃之中的仅一个切削刃设置为多段式结构，而另一个切削刃A’n仍然设置为一段式结构，它们依然可以以各种可能的具体结构进行组合切削，并且可以如两个多段式切削刃的组合那样也形成各自的伸出区段S1、S2、S3或者说切削刃切割区域S1、S2、S3。

在图11中，与两个切削刃邻接的同侧水平刃区段可以具有相同的径向尺寸，因此在旋转后彼此重合。这两个切削刃分别形成一个三角形的伸出区段S1、S2或者说切削刃切割区域S1、S2，它们在阶梯钻径向上或轴向上彼此相邻(在两个切削刃旋转合并的假想状态下)并且可以彼此组合切削。

在图12中，与两个切削刃邻接的同侧水平刃区段的径向尺寸可以相差距离δ。其中一个切削刃形成两个彼此在阶梯钻径向上或轴向上间隔开的伸出区段S1、S2或者说切削刃切割区域S1、S2，另一个切削刃形成一个位于这两个伸出区段S1、S2之间的伸出区段S3或者说切削刃切割区域S3。在此在切削时可以实现严格的分屑作用。

在其它实施例中，对于第n个台阶部段Tn之外的、例如与之相邻的台阶部段Tn而言，其第一切削刃的齿形或者说结构可以与第n个台阶部段Tn上的第一切削刃An不同，和/或其第二切削刃的齿形或者说结构可以与第n个台阶部段Tn上的第二切削刃An’不同，例如这些不同可以体现在各切削刃区段An1、An2、An1’、An2’的数量或长度或面积或布置方面、主/副偏角λ的大小方面等。

在其它实施例中，阶梯钻1的仅一部分阶梯部段Tn上的各切削刃可以设计为上述的多段式组合刃，而其它台阶部段Tn上的各切削刃也可以设置成原始的一段式结构。

结合以上对实施例的描述，本发明的组合切削刃阶梯钻1的特点包括：

(1)将原来的一段线(直线或曲线)切削刃或者说刃口改进为至少两段的多段线(直线或曲线)刃，切削刃总长度大于原来的切削刃的长度，从而分解了单位刃长上所承受(加载)的切削力，也就分散了切削热量。

(2)特别是主、副偏角λn就有了较大的变化，因此可以改变切削力方向，起到分屑的作用。同时，各切削刃区段An1、An2、An1’、An2’的刃倾角(螺旋角)βn也会有些变化，因此可以改变排屑方向。

(3)其同一台阶部段Tn上至少有两个直线或曲线主切削刃在结构或者说齿形上互不相同，例如在折线刃各区段的长度和/或倾角、甚至数量等方面不相同。

组合刃阶梯钻1的一个显著特点是改变了原来每个切削刃的刃长、各切削角的角度值，从而改变了切削加工时的原始状态，相应带来了以下有益的效果：

1.使其切削力减小，节省了动力，用同样的刀具可以提高加工范围；

2.切削锋利度提高，加工效率提高，刀具的使用价值也随之提升；

3.断屑容易，以利于及时排屑并及时带走切屑热，并且腾出较大的冷却空间；

4.提高了刀具的使用寿命，利于长时加工；

5.相较于常规阶梯钻扩大了一次性穿孔的板材厚度。

此外，相比于常规的一段式切削刃的较大的切削面积，本发明的多段式切削刃与多段式切削刃或一段式切削刃可以彼此组合产生复合的切削作用。现有技术是在整个切削刃的长度上将材料一下全切完，本发明是将材料分多段切削。因此可以起到分解切削作用。每个切削刃所负担的切削面积较小，因此切削期间仅需减小的切削力。此外可以更容易实现分屑效果。另外，通过各段的切削角度的控制，对毛刺等能够起到良好的控制作用。

本发明可以包括在此隐含或明确公开的任何特征或特征组合或其概括，不局限于上述罗列的任何限定的范围。在此所述的有关任何元件、特征和/或结构布置可以以任何适合的方式组合。

以上公开的特定实施例仅是示例性的，对于受益于本文的教导的本领域技术人员来说显然的是，可以以不同但等同的方式修改和实施本发明。因此显然的是，可对以上公开的具体实施例进行改变和修改，并且所有这些变型都被认为是落入本发明的范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种阶梯钻，其特征在于，所述阶梯钻具有孔加工部和在孔加工部上延伸的至少两个沟槽，所述孔加工部包括一个或多个台阶部段，每个台阶部段分别与所述至少两个沟槽形成至少两个在该台阶部段的周向上分布的切削刃，

其中，至少一个所述台阶部段上的所述至少两个切削刃至少包括第一切削刃和第二切削刃，其中，

所述第一切削刃和第二切削刃分别构成为至少两段式的，并且因此分别包括至少两个切削刃区段，其中，所述第一切削刃和所述第二切削刃在它们的切削刃区段的结构方面至少部分地彼此不同，或者，

所述第一切削刃和第二切削刃之中的一个切削刃构成为一段式的，而另一个切削刃构成为至少两段式的，并且因此包括至少两个切削刃区段。

2.根据权利要求1所述的阶梯钻，其特征在于，所述第一切削刃仅在其第一伸出区段上局部地参与切削，所述第一伸出区段距阶梯钻纵轴线的径向距离大于所述第二切削刃的与该第一伸出区段处于同一轴向位置上的区段距阶梯钻纵轴线的径向距离；并且

所述第二切削刃仅在其第二伸出区段上局部地参与切削，所述第二伸出区段距阶梯钻纵轴线的径向距离大于所述第一切削刃的与该第二伸出区段处于同一轴向位置上的区段距阶梯钻纵轴线的径向距离。

3.根据权利要求2所述的阶梯钻，其特征在于，所述第一伸出区段包括至少一个第一切削刃切割区域，并且所述第二伸出区段包括至少一个第二切削刃切割区域，在第一切削刃和第二切削刃围绕阶梯钻纵轴线旋转合并的假想状态下，所述第一切削刃切割区域和所述第二切削刃切割区域在阶梯钻轴向上或径向上彼此相邻。

4.根据权利要求2所述的阶梯钻，其特征在于，所述第一伸出区段至少包括两个彼此间隔开的第一切削刃切割区域，并且所述第二伸出区段至少包括一个第二切削刃切割区域，在第一切削刃和第二切削刃围绕阶梯钻纵轴线旋转合并的假想状态下，所述一个第二切削刃切割区域在阶梯钻轴向上或径向上位于这两个第一切削刃切割区域之间。

5.根据权利要求1所述的阶梯钻，其特征在于，至少两段式的第一切削刃和/或第二切削刃包括逆着进给方向相继布置的第一切削刃区段和第二切削刃区段，其中，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段和第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同，和/或，至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段和第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同。

6.根据权利要求5所述的阶梯钻，其特征在于，在第一切削刃和第二切削刃围绕阶梯钻纵轴线旋转合并的假想状态下，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段和/或第二切削刃区段与至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段和/或第二切削刃区段相交，或者，第一切削刃和第二切削刃之中的一个一段式的切削刃与另一个至少两段式的切削刃的第一切削刃区段和/或第二切削刃区段相交。

7.根据权利要求5所述的阶梯钻，其特征在于，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段和至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此相同，并且至少两段式的第一切削刃的第二切削刃区段和至少两段式的第二切削刃的第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同，或者，

第一切削刃和第二切削刃之中的一个一段式的切削刃和另一个至少两段式的切削刃的第一和/或第二切削刃区段在相对于进给方向的主/副偏角方面彼此不同。

8.根据权利要求7所述的阶梯钻，其特征在于，至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段的长度小于至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段的长度，并且在同一轴向位置上至少两段式的第一切削刃的第一切削刃区段距阶梯钻纵轴线的径向距离大于至少两段式的第二切削刃的第一切削刃区段距阶梯钻纵轴线的径向距离。

9.根据权利要求1所述的阶梯钻，其特征在于，至少两段式的第一切削刃或第二切削刃的切削刃区段至少之一能够通过在原始的一段式的切削刃上局部地减少材料而形成。

10.一种利用阶梯钻对工件进行钻孔切削的方法，其特征在于，所述阶梯钻具有孔加工部和在孔加工部上延伸的至少两个沟槽，所述孔加工部包括一个或多个台阶部段，每个台阶部段分别与所述至少两个沟槽形成至少两个在该台阶部段的周向上分布的切削刃，其中，至少一个所述台阶部段上的所述至少两个切削刃至少包括第一切削刃和第二切削刃，

所述方法至少包括如下步骤：

利用所述第一切削刃切削工件上的第一材料部，其中，所述第一材料部在第一切削刃的仅部分长度上延伸；

利用所述第二切削刃切削工件上的第二材料部，其中，所述第二材料部在第二切削刃的仅部分长度上延伸。