專利名稱：帶刃鉆頭體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶刃鉆頭體，它可以繞著中央幾何軸線轉動并且包括布置成用來排出內部切屑并且在主體的前后端中開口的通道。
背景技術：
在切削加工領域內，深孔鉆眼是難以掌握的領域，尤其在孔特別長或深的時候。在長孔的情況下，孔深與孔徑的比例相對較大。通常，孔深大約為5×D至100×D或更大。對于所關心的機加工而言，采用兩種不同的主要類型的鉆具，例如分別為所謂的噴吸鉆頭和STS鉆頭(單管系統)，其中后者具有前部的鉆頭體以及至少一個從鉆頭體向后延伸的管，鉆頭體以可拆卸方式與該管連接。在最后所述的情況中，在管子的外側上需要提供切削流體以便進行潤滑和冷卻，同時借助在鉆頭體中的通道和管子的內部進行排屑以及切削流體的排出。該鉆孔通常在專門的深孔鉆機中進行，這些鉆機構成用于任選的操作方法，例如旋轉工件、旋轉工具或旋轉工件和旋轉工具的組合。但是，最常見的是，工件旋轉，同時工具僅保證線性進給運動。另外，應該指出的是，通過STS鉆頭進行鉆孔可以通過完全鉆孔(當在單個操作中在實心材料中鉆孔至預定直徑時)或者例如鏜孔(也對比鉸孔和擴孔)來進行。
一般來說，深孔鉆頭的鉆頭體由鋼制基體以及一個或多個硬質合金或金屬陶瓷(CERMET)切削刀片制成，這些切削刀片是平坦的并且包括供去屑使用的切削刃。在較粗鉆頭即用于孔徑＞25mm的鉆頭中，切削刀片可以通過焊接或者例如通過螺釘可拆卸地連接在基體上而緊固在基體上。在后述情形中，切削刀片通常為可轉位刀片。但是，在小直徑(9-25mm)的情況下，只可能為焊接切削刀片，因為用于夾緊可拆卸切削刀片的所需裝置將使得主體更加復雜并且使相對較弱的鋼主體弱化太多。但是，在這兩個情況中，不僅鉆頭體本身而且還有其制造都存在多個缺點。一個缺點在于，鉆頭體必須制作成具有不對稱的工具幾何形狀，其中鉆頭頂端相對于鉆頭體的幾何中心軸線偏置或偏心。在這方面，為了承受徑向切削力，鉆頭體在其外側上必須設有支撐條，它們用來在鉆削操作期間支撐該鉆頭體。所述支撐條的存在一方面導致切屑和顆粒壓入在所機加工的孔表面中，并且另一方面通過高壓和由于在周圍孔壁上的摩擦而導致產生的高熱量從而造成在切削刀片中出現裂紋和強烈磨損。另外，這些條侵占切屑入口的寬度；這反過來會增大切屑堵塞和劣質切屑斷裂的危險。前面已知的鉆具的另一個缺點在于，在鉆頭體在工件中卡住的情況下該鉆具可能完全毀壞，更精確地說不僅前鉆頭體而且還有后面的管子在發生堵塞時將毀壞。還應該指出的是，鉆頭體在機加工期間的精度會變得普通，尤其在更換一次或多次切削刀片之后。另外，鉆頭體的生產成本較高，并且用于可能的再磨削的成本也較高。

發明內容
本發明目的在于消除前面已知的用于深孔鉆削的鉆頭體的上述缺點，并且提供一種改進的鉆頭體。因此，本發明的主要目的在于提供一種具有對稱幾何形狀的帶刃鉆頭體，該鉆頭體自對中并且因此不用任何不利的支撐條就可以制造出。另一個目的在于提供一種鉆頭體，其通向貫通排屑通道的切屑入口可以構造成具有最優的寬度，以便改善切屑斷裂并且解決切屑堵塞的危險。本發明還有一個目的在于提供一種鉆頭體，它降低了在鉆頭體卡在工件中的情況下完全損壞的危險。本發明還有一個目的在于提供一種鉆頭體，它確保了良好的機加工精度，并且具有較長的使用壽命。本發明的另一個目的在于提供一種鉆頭體，它在去屑期間產生出寬度減小的切屑以便有利于排屑。
根據本發明，至少所述主要目的是通過在權利要求1的特征部分所限定的特征來實現。在從屬權利要求中另外限定了根據本發明的鉆頭體的優選實施方案。
本發明是基于制造這樣一種用于深孔鉆削的鉆頭體的思想，這些鉆頭體具有內部切屑和冷卻液通道，該通道具有前橋部，其中包括有多個刀刃，這些刀刃與橋部的剩余部分制成為一體，并且在其沿著鉆頭體的轉動方向觀察的前面具有多個通向通道的切屑入口。實際上，所述橋部優選由硬質合金或金屬陶瓷制成，其中該橋部其整體可以包括作為鉆頭體的一整體組成部分，或者可以做成為一單元，它按照適當的方式緊固在由任意材料例如鋼形成的后單元上。由于切削刃結合在該橋部中，所以該鉆頭體可以按照簡單的方式形成有對稱的切削幾何形狀，這使得鉆頭體能夠自對中。換句話說，消除了對在鉆頭體的外側上的支撐條的需要。
現有技術的另外說明在例如PCT/SE00/02073、PCT/SE02/01814、PCT/SE02/01916和PCT/SE02/02060中已知的是，制造可拆卸機加工體，所謂的松動頂部(loose top)，它制作有一個或多個與硬質合金基體成一體的刀刃，所述基體可以緊固在長窄軸的前端上。但是，在該情況中，機加工體以及軸缺少任何形式的內部切屑通道，通過它可以按照在本發明所需的方式在內部排出切屑和冷卻液。而且，甚至沒有包括帶刃前橋部，它可以跨接這種通道。
附圖的簡要說明在這些附圖中

圖1為根據本發明第一實施方案制成的具有兩個切削刃的鉆頭體的立體圖；圖2為根據圖1的鉆頭體的前視圖；圖3為貫穿安裝在一管子上的所述鉆頭體的縱向剖面A-A，所述管子與鉆頭體一起形成可操作鉆具；圖4為具有三個切削刃的可選實施方案的立體圖；并且圖5為根據圖4的鉆頭體的前視圖。
具體實施例方式
在圖1-2中，顯示出帶刃鉆頭體1的第一實施方案，該鉆頭體可以繞著中心幾何軸線C轉動并且包括大體上由2表示的通道，該通道布置用來內部排屑。所述通道在主體1的前后端部中開口。
鉆頭體1可以與在圖3中所示的圓柱形管子連接，所述鉆頭體與該管子一起形成這樣一種操作鉆具，這種鉆具被本領域普通技術人員稱為STS鉆頭(單管系統)。這種鉆頭用于深孔鉆削，并且包括在大型鉆孔設備(或機器)中，這在管子3的后端(未示出)的區域中包括密封裝置，通過它可以在壓力作用下將冷卻液導入形成在管子的外側和由鉆頭體1在工件中鉆出的孔之間的環形間隙中。為此，該管子3其外徑小于所鉆孔的直徑。借助通道2在內部將冷卻液以及由鉆頭體鉆削出的切屑排出。
鉆頭體1包括一前頭部4以及一更薄的中空軸或套筒5。頭部4具有一圓柱形或旋轉對稱基本形狀，從而該頭部具有圓柱形或稍呈錐形的包絡面6。通過明顯的圓錐面7，包絡面6轉變為軸5，它具有圓柱形或旋轉對稱基本形狀。根據本發明，鉆頭體在其前端處形成有橋部8，該橋部橋接通道2的前開口或通道嘴。在這種情況下，在所述橋部中，包括兩個切削刃9。如圖2和3所示，在橋部8的兩個相對側面上限定了兩個切屑入口10，這些入口從鉆頭的旋轉方向看位于附屬的切削刃9前面的區域中。這兩個切削刃9基本彼此沿著直徑方向相對并相互平行，但是設置在與鉆頭體的幾何中心軸線C相關的平面之外。在這方面，刀刃的內端通過傾斜的橫刃11相互連接，該橫刃通常可以形成有一中心沖頭(未示出)，該中心沖頭形成與鉆頭進入工件相關的對中頂端。該鉆頭體具有基本對稱的切削幾何形狀，更精確地說兩個切削刃沿著切向方向等距離間隔開(180°)。該對稱幾何形狀意味著在兩個刀刃上的切削力彼此平衡，從而鉆頭變得自對中。為此，鉆頭體的頭部可以形成有一包絡面6，由于不具有突出的支撐條，該包絡面是旋轉對稱的和平滑的。
整個由2表示的貫通切屑通道包括三個不同部分或孔道，其中一個12為圓柱形并且與中央軸線C同心，而其它兩個由切屑入口10構成。更具體地說，限定了孔道12的內圓柱形表面13從其前端14到后開口15完全是光滑的。前孔道10通常與孔道12成一鈍角地單獨延伸。限定了單獨切屑入口10的內表面16具有部分錐形形狀，更準確的說如此按照這樣一種方式成形，從而入口沿著向前方向或向外變寬。因此，入口基本上為漏斗狀。
橋部8的前表面17具有大體上呈錐形的形狀，從而所述表面從周邊沿著鉆頭體的中心C的方向會聚。在位于平坦表面18和前表面17之間的過渡部分中形成有單獨的切削刃9，表面18形成切削表面并且表面17為余隙面。雖然切削刃8本身由從中心到周邊完全是筆直的刀刃構成，但是在所示的實施方案中，優選的是將刀刃形成為階梯狀。更具體地說，該切削刃為階梯狀并且形成有三個部分刀刃9a、9b、9c，其徑向最里面的刀刃(9a)相對于下一個(9b)向前軸向偏置等。在所述部分刀刃之間的高度差大約為0.05-0.3mm。由于切削刃這樣由多個不同的相對于彼此軸向偏置的部分刀刃構成，所以單獨比切削刃的總長更薄的多個不同切屑在鉆削時將分離。這樣，有利于在較大程度上進行斷屑以及排屑。
形成軸5的材料的管狀件包括相對較厚的前壁部分19以及更薄的后壁部分20。
為了使鉆頭體1與管子3可拆卸地連接，這些部件形成有連接裝置。在該實施例中，所述連接裝置由螺紋構成。更準確的說，在鉆頭體的軸5上形成有陽螺紋21，而在管子3的內部形成有陰螺紋22。在這方面，應該指出的是，管子3的前壁部分23比管壁的剩余部分稍薄。陽螺紋21的特征在于，在軸上沿著切向間隔的區域的紋路中斷，以提供平坦的無紋路(chaser-free)表面或者結構24。更具體地說，所述無紋路結構位于軸的徑向相對側面上，單個部分紋路變成為基本上呈半圓形并且在相對端部處由由楔形漸尖的、基本平坦的表面所限定(參見圖1)。但是，陰螺紋22則形成為整體連續的紋路形式。在這方面，應該指出的是，管子3由可以通過車削加工的鋼制成。因此，陰螺紋22可以由一般的螺紋車削來形成。
通過按照上述方式在軸的兩個相對側上形成平坦表面24，從而有利于對將在下面所述的那種形式的初始形成半成品進行拆模。
在鉆頭體1中，包括一易斷薄弱部位，它在該實施例中以在軸5的包絡面中的周邊溝槽25形式。該溝槽優選為圓形并且位于與中心軸線C垂直延伸的平面中。溝槽位于頭部4的過渡表面7和在軸上的陽螺紋21之間。更具體地說，溝槽相對靠近過渡表面7，由此該溝槽在將鉆頭體應用在管子中時位于管子3的前端前面。由于存在所述易斷薄弱部位，所以該鉆頭體在頭部卡在工件中的情況下分成兩個部分。管子3與鉆頭體的單獨后部一起在那個情況下可以繼續轉動而不會毀壞。如果溝槽與中心軸線C垂直地延伸，則可以在沒有借助斷裂位置向管子施加軸向力的情況下進行管子的轉動(該管子在其后端處夾在鉆孔設備的驅動機構中)。但是，在這方面應該指出的是，溝槽或易斷薄弱部位也可以按照使鉆頭管的轉動停止這樣一種方式形成。因此，溝槽可以相對于中心軸線傾斜，或者做成為彎曲的或拱形以便在鉆頭體卡住時向鉆頭管施加軸向沖擊力，這使得鉆孔設備的驅動機構停止。
根據本發明的鉆頭體的制造可以在尤其為此構造出的模具(未示出)中成批制造所述鉆頭體，在該模具中包括有許多相配合的模具部分，這些模具部分一起形成模腔，其總體形狀與鉆頭體的外部形狀對應。兩個可動模具部分可以相互分離并且與第三固定模具部分分離，從而能夠對形成在模腔中的主體進行拆模。在模腔中，可以插入三個型芯拔具或陽模，它們在自由端處如此形成，從而它們可以在共同連接點處相互連接。其中一個陽模為圓柱形并且用于空腔中形成一空間以便在所完成的鉆頭體1中形成孔道12。在其自由端的區域中，另兩個陽模是局部錐形的以便在鉆頭體中形成切屑入口10。借助通向模腔的入口，可以從在注模機中的容器中注入可鑄混合物。
注入在模腔中的混合材料包含有形成切削材料的硬質顆粒的混合物以及可降解粘接劑。粘接劑實際上可由不同塑料和蠟的組合物構成，它們可以通過萃取之后進行熱蒸發或單獨進行熱蒸發來剝離。在當前說明書以及隨后的權利要求書中所使用的概念“切削材料”應該被認為主要包括硬質合金和CERMET。傳統的硬質合金為粉末冶金材料，它基本上由在至少一種金屬粘接劑中的多種碳化物構成。所使用的碳化物都非常硬，并且可以主要由碳化鎢(WC)還有碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和/或碳化鈮(NbC)，而金屬粘接劑通常由鈷(Co)或鈷合金構成。CERMET是粉末冶金材料的通稱，其中硬質顆粒由碳化鈦(TiC)、碳氮化鈦(TiCN)和/或氮化鈦(TiN)構成。CERMET的特征在于，在例如可以由鈷或鎳-鈷構成的金屬粘接劑中還包括陶瓷顆粒。
按照以下方式進行該制造a)在第一步中，通過相互接合的可動模具部分將所述模具關閉以便共同形成模腔。另外，將三個陽模插入到該模腔中并且使它們相互連接。在該狀態中，模具部分的內表面將確定出主體的外形，而孔道12、10的內部形狀由陽模確定。
b)在下一步中，通過入口將混合物注入在模腔中。在該模腔已經充滿混合物時，保持特定的保持壓力適當的時間以便確保混合物穩定并且的確完全充滿整個模腔。在這方面，形成半成品，其形狀與模腔和陽模的形狀對應。
c)在第三步中，通過使模具部分與半成品分離并且從中將陽模拆除來將所形成的半成品拆模。由此，其中一個陽模留下形成孔道12的圓柱形中空空間，同時另兩個陽模用來形成切屑入口10的錐形中空空間。
d)在已經脫出半成品時，從主體中將粘接劑(塑料)剝除。這是通過萃取之后進行熱蒸發或者單獨通過熱蒸發來進行的。在已經剝除粘接劑時，只有將要形成最終切削材料的顆粒保持在半成品中。
e)在最后的步驟中，通過加熱至至少1300℃來燒結經過這樣處理的半成品，從而獲得具有最終形狀和尺寸的硬質鉆頭體。在燒結方面，半成品線性收縮了例如由模腔確定的其原始尺寸的17至20％。
上面已經描述了如何將單種均質混合物注入在模具中。但是上述制造方法還開創了用兩種或多種具有不同性能的材料混合物制造鉆頭體的可能性。例如，其中分別包括切削刃和頭部的包絡面的那些材料部分可以由比在主體中的其它部分中的材料具有更大的硬度和耐磨性的材料制成。實際上，這種多步注模可以通過除了上述三個陽模之外的一個或多個附加陽模來進行，將它們插入到模腔中并且在第一基體已經形成在模腔中時一個接一個拔出。這些輔助陽模隨后留下多個中空空間，它們在一個或多個隨后步驟中可以填充有粉末混合物，這些混合物賦予該材料不同于基體中的材料的性能。在該情況中，對于不同的粉末混合物自然需要一個或多個附加注入口以及輔助存儲腔室。
根據本發明的鉆頭體的另一個實施方案的簡要說明在圖4和5中，顯示出第二實施方案，根據該實施方案跨接在切屑通道開口上的橋部8形成有三個整體切削刃9。因此，在該情況中，橋部包括三個棒或棒狀材料部分，它們從其中形成有三個埋頭孔的環形壁26的中心的中間部分發出，這些埋頭孔形成通向內部的切屑通道的切屑入口10。限定了每個單獨切屑入口10的表面27(也參見在圖1中的表面16)為至少局部錐形以便有利于切屑輸入進并且穿過入口。三個棒與輔助刀刃一起沿著切向方向相互等距離間隔開，即在它們之間的間隔為120°，這些刀刃在形成沿著鉆頭體的幾何中心軸線C設置的對中頂端28的共同點處會聚。在三個刀刃的延伸部分中，形成有用來抵靠在孔壁上的引導件29。
在根據圖4和5的實施例中，顯示出筆直的切削刃9。但是，這些與根據圖1-3的切削刃一樣也可以由相互在高度上偏離的部分刀刃構成以便形成寬度減小的局部切屑。
本發明的優點在深孔鉆削的范圍內，本發明在完全鉆孔以及鏜孔(以及鉸孔和擴孔)方面開創了完全新穎的高效的、成本有效的形成深孔的可能方案。具體地說，本發明能夠加工出具有有限直徑例如直徑小于15mm的長孔，同時確保了極好的精度。其一個原因在于，鉆頭體可以在一個整體件中生產出，而不需要耗時并且影響精度的單獨切削刀片的輔助安裝(不管這些是焊接或由夾緊的可轉位刀片構成)。另一個顯著優點在于，本發明能夠制造出用于深孔鉆削的自對中鉆頭體。這以前在使用了焊接切削刀片或可轉位刀片的鉆頭體中是不可能的。在其外側上不需要支撐條的這種自對中鉆頭體的特別優點在于，切屑入口其寬度可以增大，從而導致切屑的輸送得到改善并且降低了切屑堵塞的危險。另外，由于存在特別的易斷薄弱部位(這可以通過賦予模具部分適當的設計的簡單措施來實現)，所以獲得了這樣一個優點，即使整個鉆具的完全損壞的危險降低至最低。
本發明的可行變型本發明不僅僅局限于上述并且在附圖中所示的那些實施方案。因此，代替螺紋連接，可以采用其它類型的連接手段，例如卡口式連接以便使鉆頭體與鉆頭的管子可拆卸地連接。還可以按照另一種方式例如通過焊接等使鉆頭體與管子連接。在這方面，還應該指出的是，鉆頭管可以由多個相互連接的管部構成。另外，應該指出的是，例如主要由在鉆頭體的頭部上的切削刃的形狀和位置所確定的鉆頭體的切削幾何形狀可以在隨后權利要求的范圍內盡可能變化。用來對根據本發明的總體構思進行舉例說明的這些附圖因此并不涉及任意最終產品，并且應該僅被當作是原理圖(這些原理圖受到最終產品的原型影響)。還應該注意，所述的易斷薄弱部位可以按照與在軸的包絡面中的連續溝槽形式不同的方式來實現。應該指出的是，鉆頭體也可以由除了上述材料之外的其它切削材料例如陶瓷制成。總之，應該指出的是，由硬質合金等制成的帶刃橋部可以做成為具有有限體積的單獨單元，該橋部可以與由另一種材料例如鋼制成的后鉆頭體構件連接。帶刃橋部例如可以形成鉆頭的粗大前頭部，而后部由軸構成。在這方面，在位于橋部和鉆頭體的后部之間的界面中形成易斷薄弱部位是可行的。考慮到階梯狀形成的切削刃，應該指出的是，這些切削刃不必為階梯狀。因此，例如使三個部分刀刃的中間一個凹入(或凸起)也是可行的。因此，其本質在于不同的部分刀刃位于不同的水平面上以便產生出其寬度小于切削刃的總寬的切屑。
附圖標記列表1＝鉆頭體2＝切屑通道3＝鉆頭管4＝頭部5＝軸6＝在頭部上的包絡面7＝過渡表面8＝橋部9＝切削刃10＝切屑入口11＝橫刃12＝在切屑通道中的主孔道13＝主孔道的限制面14＝孔道端部15＝孔道開口16＝切屑入口的限制面17＝前表面18＝切削表面19＝前軸部20＝后軸部21＝陽螺紋22＝陰螺紋23＝前管部24＝變平的螺紋部分25＝易斷薄弱部位26＝環壁27＝錐形面28＝對中頂端29＝引導件
權利要求
1.一種帶刃鉆頭體(1)，它能繞中央幾何軸線(C)轉動并且包括設置用于內部排屑并且在鉆頭體的前后端部中開口的通道(2)，其特征在于，位于前部的通道開口由其中包括有多個切削刃(9)的橋部(8)所跨接，這些切削刃與橋部的剩余部分形成為一體，并且沿著鉆頭體的轉動方向觀察在切削刃前面具有通向通道(2)的切屑入口(10)。
2.如權利要求1所述的鉆頭體，其特征在于，該鉆頭體包括其中包含所述帶刃橋部(8)的前頭部(4)以及更薄的中空軸(5)，所述的軸能插入在管子(3)中并且與之連接從而一起形成用于深孔鉆削的鉆具。
3.如權利要求2所述的鉆頭體，其特征在于該鉆頭體能通過包括在軸(5)上的螺紋(21)的連接裝置與管子(3)以可拆卸方式連接。
4.如權利要求3所述的鉆頭體，其特征在于所述螺紋由在軸(5)的外側上的陽螺紋(21)構成。
5.如權利要求4所述的鉆頭體，其特征在于，沿著所述軸的沿切向相間隔的區域，所述陽螺紋(21)的紋路被中斷，從而形成平坦的無紋路的結構(24)以便對生坯進行脫模，所述生坯用于形成鉆頭體。
6.如權利要求2-5中任一項所述的鉆頭體，其特征在于該鉆頭體包括易斷薄弱部位(25)，用來在頭部卡在工件中時使頭部(4)和軸(5)分離。
7.如權利要求6所述的鉆頭體，其特征在于所述易斷薄弱部位由形成在軸(5)中的周邊溝槽(25)構成。
8.如前面權利要求中任一項所述的鉆頭體，其特征在于所述刀刃(9)從共同的對中頂端(28)延伸至橋部(8)的周邊。
9.如權利要求8所述的鉆頭體，其特征在于所述橋部(8)包括三個刀刃(9)，它們間隔120°并且會聚到對中頂端(28)中。
10.如權利要求1-7中任一項所述的鉆頭體，其特征在于所述橋部(8)包括兩個刀刃(9)，它們相互平行但是偏離與鉆頭體的幾何中心軸線(C)相關的平面，這些刀刃的內端通過具有形成對中頂端的沖頭的傾斜橫刃(11)相互連接。
11.如權利要求2-10中任一項所述的鉆頭體，其特征在于鉆頭體的頭部(4)具有包絡面(6)，就其不具有突出的支撐條的特征而言，它是基本旋轉對稱的和平滑的。
12.如前面權利要求中任一項所述的鉆頭體，其特征在于各個切削刃(9)形成有多個臺階狀相互偏置且用來產生部分切屑的部分刀刃(9a、9b、9c)，這些部分切屑的寬度小于刀刃的總長度。
全文摘要
本發明涉及一種用于深孔鉆削的帶刃鉆頭體(1)，它可以繞著幾何中心軸線(C)轉動并且包括設置用于內部排屑并且在鉆頭體的前后端部中開口的通道(2)。位于前部的通道開口由其中包括有多個切削刃(9)的橋部(8)跨接，這些切削刃與橋部的其余部分形成為一體，并且沿著鉆頭體的轉動方向看在其前面具有通向通道的切屑入口。
文檔編號B23B51/04GK1791486SQ200480013841
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月18日 優先權日2003年5月20日
發明者斯特凡·林德布盧姆 申請人:山特維克知識產權股份有限公司