專利名稱：鉆鉸型強(qiáng)力鉆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速、高精刀具，尤其涉及一種用于高硬高強(qiáng)鋼材孔加工的強(qiáng)力鉆。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)鉆頭如圖la、lb所示，包括頭部和柄部，鉆頭是以中心軸線A的圓柱體上開 槽，開槽螺旋角通常為25 30° ，槽1用于在持續(xù)加工過程中排出切屑，背2用于形成槽 的實(shí)體部分，槽1或背2沿中心軸線A呈中心對(duì)稱；鉆頭芯厚正錐為0，槽背寬度比通常為 1 : 1 ;槽與背在軸線方向上的交線稱為主切削刃3，在鉆頭做軸向送進(jìn)時(shí)切削工件，兩條主 切削刃3形成鉆頭的頂角B，在設(shè)計(jì)及制造過程中，通過選擇不同的開槽砂輪形狀與不同的 頂角配合，獲得近似平直的主切削刃3 ;槽與背在徑向方向上的螺旋交線稱為副切削刃4， 在鉆頭做軸向送進(jìn)時(shí)，通過支撐已加工出的孔表面，保證鉆孔方向不改變，副切削刃4在制 造過程中并不是真正的一條螺旋線，而是具有一定的寬度，也稱為棱邊；主切削刃3和副切 削刃4的交點(diǎn)，稱為刀尖5，刀尖5在鉆削過程中，切削速度最大，承受的溫度最高，同時(shí)刀尖 在鉆頭結(jié)構(gòu)中由于處于主、副切削刃的交點(diǎn)，是最為失效的部分。 目前，鉆孔加工的極限硬度為HRC43，即硬度超過HRC43的材料很難由傳統(tǒng)鉆頭直 接加工，必須采用機(jī)械加工和熱處理交替進(jìn)行的方式。比如，先將工件調(diào)質(zhì)到硬度25 < HRC < 30，鉆孔，擴(kuò)孔，再對(duì)工件淬火至53 < HRC < 56，時(shí)效后回火至43 < HRC < 48，再采用精 鉸或銑鉸加工。工藝編排復(fù)雜，時(shí)間延續(xù)很長(zhǎng)，成本高昂。 因此，設(shè)計(jì)一種鉆頭，可以實(shí)現(xiàn)> HRC43的材料加工，尤其是能實(shí)現(xiàn)淬火后的鉆削 加工，將極大優(yōu)化加工工藝，并能提高工藝安全性和穩(wěn)定性，具有重大的技術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)意 義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于高硬高強(qiáng)鋼材孔加工的 鉆鉸型強(qiáng)力鉆。 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 鉆鉸型強(qiáng)力鉆，包括頭部和柄部，特點(diǎn)是所述頭部是以中心軸線的圓柱體上開拋 物線形槽，開槽螺旋角為10 15° ，用于形成拋物線形槽的實(shí)體部分為背，芯厚為正錐，所 述拋物線形槽與背在軸線方向上的交線形成主切削刃，所述拋物線形槽與背在徑向方向上 的螺旋交線形成副切削刃，副切削刃的寬度由窄變寬呈非線性變化，副切削刃與主切削刃 通過刀尖圓弧相過渡。 進(jìn)一步地，上述的鉆鉸型強(qiáng)力鉆，其中，所述拋物線形槽的寬度與背的寬度比為
1.6 : i。
更進(jìn)一步地，上述的鉆鉸型強(qiáng)力鉆，其中，所述芯厚正錐的錐度為i : io。
再進(jìn)一步地，上述的鉆鉸型強(qiáng)力鉆，其中，所述刀尖圓弧的半徑為o. i倍的鉆頭頭
部直徑。
本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在 ①本發(fā)明鉆鉸型強(qiáng)力鉆的螺旋角較小，適合惡劣的鉆孔加工條件；鉆頭芯厚采用 超大正錐，適應(yīng)鉆鉸型強(qiáng)力鉆削的特點(diǎn)；采用優(yōu)化的拋物線槽形槽寬與背寬比為1.6 : 1， 增強(qiáng)在大芯厚條件下的排削能力； ②超大芯厚條件下的拋物線槽形，副切削刃的寬度由窄變寬，且呈非線性變化，非 線性增加至加工深度處，保證了在大阻力下的抗振效果，大大提高了鉆鉸型強(qiáng)力鉆在惡劣 工作條件下的使用壽命； ③取消易磨損并產(chǎn)生孔壁劃傷的刀尖，由刀尖圓弧對(duì)主切削刃和副切削刃進(jìn)行圓 弧過渡，保證刀尖強(qiáng)度與加工表面質(zhì)量；通過刀尖圓弧的幾何參數(shù)優(yōu)化，控制副切削刃進(jìn)入 工件的順序，降低切削阻力而提高孔壁表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)以鉆代鉸，加工效率獲得極大提高；
④鉆鉸型強(qiáng)力鉆可用于高硬鋼材的加工，并且通過幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，"以鉆代鉸" 實(shí)現(xiàn)粗精加工同步完成，極大提高加工效率；廣泛適合于高速高效切削，應(yīng)用前景看好。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明 圖la :傳統(tǒng)鉆頭的主視示意圖； 圖lb :傳統(tǒng)鉆頭的左視示意圖； 圖2a :本發(fā)明鉆頭的主視示意圖； 圖2b :本發(fā)明鉆頭的左視示意圖； 圖3 :鉆鉸型強(qiáng)力鉆芯厚設(shè)計(jì)示意圖。 圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表
附圖 標(biāo)記含義附圖 標(biāo)記含義附圖 標(biāo)記含義
1槽2背3主切削刃
4副切削刃5刀尖6刀尖圓弧
A中心軸線B頂角C背的寬度
D槽的寬度E芯厚正錐
具體實(shí)施例方式
如圖2a、2b所示，鉆鉸型強(qiáng)力鉆，包括頭部和柄部，頭部是以中心軸線的圓柱體上 開拋物線形槽l，開槽螺旋角為10 15° ，用于形成拋物線形槽的實(shí)體部分為背2，拋物線 形槽的寬度D與背的寬度C之比為1.6 : l，芯厚為正錐(芯厚是兩個(gè)槽之間的實(shí)體的內(nèi)切 圓直徑，其芯厚從頭部到槽尾逐步變大，稱為芯厚正錐，用以提高強(qiáng)力鉆的強(qiáng)度)，芯厚正錐 E的錐度為l : 10，拋物線形槽1與背2在軸線方向上的交線形成主切削刃3，拋物線形槽
41與背2在徑向方向上的螺旋交線形成副切削刃4，副切削刃4的寬度由窄變寬呈非線性變 化，副切削刃4與主切削刃3通過刀尖圓弧6相過渡，刀尖圓弧6的半徑為0. 1倍的鉆頭頭 部直徑。 鉆鉸型強(qiáng)力鉆采用整體硬質(zhì)合金材料制造，根據(jù)加工深度不同選擇不同牌號(hào)，深
孔加工采用IS030-40，而淺孔加工可選用IS005-10。選擇原則是1)硬度和強(qiáng)度，必須滿
足硬度> HRV1720，抗拉強(qiáng)度3200N/mm2 ;2)晶粒度，晶粒度直接決定了硬質(zhì)合金的韌性，在
深孔加工中尤為重要，鉆鉸型強(qiáng)力鉆的棒料晶粒度不大于0. 4 0. 5 ii m。 采用優(yōu)化的拋物線槽形，增強(qiáng)在大芯厚條件下的排屑能力；槽形選擇RW成形砂
輪，芯厚保證點(diǎn)R約為0. 3D (D為鉆頭頭部直徑)，例如鉆鉸型強(qiáng)力鉆頭直徑為10mm，砂輪圓
弧半徑約為3mm ;槽背磨削砂輪角度為45° ，根據(jù)實(shí)際加工情況精細(xì)調(diào)整。 鉆頭芯厚采用超大正錐，如圖3所示，可根據(jù)實(shí)際加工深度進(jìn)行調(diào)整，通常加工
深度小于3D時(shí)，芯厚正錐E的錐度約1 : 10。采用優(yōu)化的拋物線槽形槽寬與背寬比為
1.6 : l(即采用黃金分割，0.618 : 0.382)，增強(qiáng)在大芯厚條件下的排削能力。 超大芯厚條件下的拋物線槽形，副切削刃4的寬度由窄變寬，且呈非線性變化，非
線性增加至加工深度處，例如加工深度為30mm，棱邊結(jié)束的位置約為32mm ;保證了在大阻
力下的抗振效果，大大提高了鉆鉸型強(qiáng)力鉆在惡劣工作條件下的使用壽命。 切削刃采用新型DR形式，區(qū)別于傳統(tǒng)的X和F形，使得刃口變化更為順暢，斷屑能
力更為可靠，使得刃口強(qiáng)度進(jìn)一步提高。 取消易磨損并產(chǎn)生孔壁劃傷的刀尖，由刀尖圓弧6對(duì)主切削刃3和副切削刃4進(jìn) 行圓弧過渡，保證刀尖強(qiáng)度與加工表面質(zhì)量，刀尖圓弧半徑R約等于O. 1D ;通過刀尖圓弧6 的幾何參數(shù)優(yōu)化，控制副切削刃4進(jìn)入工件的順序，降低切削阻力而提高孔壁表面質(zhì)量，實(shí) 現(xiàn)以鉆代鉸。 鉆鉸型強(qiáng)力鉆用于加工中心等剛性較好的機(jī)床，被加工材料2Cr13，硬度 HRC45-48，具體切削參數(shù)及對(duì)比見表1。
表1
切削情況鉆鉸型強(qiáng)力鉆12mm其他形式鉆頭12mm
切削速度45M/min30M/min
主軸轉(zhuǎn)速1200800
進(jìn)給速度150mm/min120mm/min
加工數(shù)量150030
切削效率150%100%
加工精度IT6IT9
表面質(zhì)量Ral. 2Ra6. 3
綜上所述，本發(fā)明鉆鉸型強(qiáng)力鉆的螺旋角較小，適合惡劣的鉆孔加工條件；鉆頭棱 邊呈非線性增大，有助于減少在加工過程中的震動(dòng)并顯著提高尺寸精度；刀尖處采用圓弧 過渡，有助于提高刀尖強(qiáng)度，并使得切削負(fù)載更為均勻，孔壁表面e量大大提高。由于可用 于淬火后加工，并實(shí)現(xiàn)"以鉆代鉸"，加工效率獲得極大提高。滿足精密加工的要求，賦予鉆 鉸型強(qiáng)力鉆鉸削功能，使得工件的表面質(zhì)量得到極大提升；由于高硬鋼材的特點(diǎn)，鉆鉸型強(qiáng) 力鉆減少前角以增強(qiáng)刃口強(qiáng)度，并通過增大后角減少對(duì)工件摩擦。 鉆鉸型強(qiáng)力鉆可用于傳統(tǒng)鉆頭無法實(shí)現(xiàn)的高硬鋼材的加工，并且通過幾何結(jié)構(gòu)的 優(yōu)化，"以鉆代鉸"實(shí)現(xiàn)粗精加工同步完成，極大提高了加工效率。廣泛適用于高速高效切 削，應(yīng)用前景看好。 需要理解到的是以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn) 飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
鉆鉸型強(qiáng)力鉆，包括頭部和柄部，其特征在于所述頭部是以中心軸線的圓柱體上開拋物線形槽，開槽螺旋角為10～15°，用于形成拋物線形槽的實(shí)體部分為背，芯厚為正錐，所述拋物線形槽與背在軸線方向上的交線形成主切削刃，所述拋物線形槽與背在徑向方向上的螺旋交線形成副切削刃，副切削刃的寬度由窄變寬呈非線性變化，副切削刃與主切削刃通過刀尖圓弧相過渡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆鉸型強(qiáng)力鉆，其特征在于所述拋物線形槽的寬度與背的 寬度比為1.6 : 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉆鉸型強(qiáng)力鉆，其特征在于所述芯厚正錐的錐度為l : 10。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆鉸型強(qiáng)力鉆，其特征在于所述刀尖圓弧的半徑為0. 1倍 的鉆頭頭部直徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鉆鉸型強(qiáng)力鉆，頭部是以中心軸線的圓柱體上開拋物線形槽，開槽螺旋角為10～15°，用于形成拋物線形槽的實(shí)體部分為背，芯厚為正錐，拋物線形槽與背在軸線方向上的交線形成主切削刃，拋物線形槽與背在徑向方向上的螺旋交線形成副切削刃，副切削刃的寬度由窄變寬呈非線性變化，副切削刃與主切削刃通過刀尖圓弧相過渡。本發(fā)明鉆鉸型強(qiáng)力鉆的螺旋角較小，適合惡劣的鉆孔加工條件；鉆頭棱邊呈非線性增大，有助于減少在加工過程中的震動(dòng)并顯著提高尺寸精度；刀尖處采用圓弧過渡，有助于提高刀尖強(qiáng)度，并使得切削負(fù)載更為均勻；鉆鉸型強(qiáng)力鉆可用于高硬鋼材及冷硬鑄鐵的加工，適合高速高效切削。
文檔編號(hào)B23B51/02GK101733452SQ201010001578
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月3日
發(fā)明者劉偉 申請(qǐng)人:阿諾(蘇州)刀具有限公司