具有螺旋形几何形状的切削嵌入件及钻孔工具组件 本申请为享有申请日 2004 年 12 月 14 日且名称为 “具有螺旋形几何形状的切削嵌 入件及其夹持器” 的申请号 200480037821.7 的分案申请。
技术领域 本发明总体上涉及一种用于在金属中钻孔的放入一工具夹持器中的切削嵌入件， 更具体地， 本发明涉及一种切削工具嵌入件， 其具有与钻具本体夹持器中的螺旋槽对应的 螺旋形几何形状， 该螺旋形几何形状使得钻孔工具组件能在工作过程中更有效地从孔中排 出碎屑。
背景技术 钻孔系统常常用来在金属工件中提供圆柱形孔， 钻孔系统的切削或打孔作用可由 细长的、 基本上圆柱形的钻孔工具来实现， 如工具夹持器和钻头嵌入件的组合， 钻头嵌入件 可选地连接到钻孔工具如通常称为铲型钻具的类型上。然后， 这种布置可以用在一种应用 中， 其中工具夹持器的一端牢固地安装在驱动装置中， 该驱动装置使夹持器绕其纵向轴线
旋转。在细长的工具夹持器的相对端， 切削嵌入件与待切削的材料接合。或者， 也可以使工 件相对于夹持器和切削嵌入件旋转， 如在将夹持器安置在车床的尾架等等中时。 此外， 可以 使工具和工件相对于彼此旋转。 切削嵌入件的使用允许在切削表面磨损时迅速更换嵌入件 而不是整个工具， 和允许通过仅仅更换嵌入件而不是整个钻孔组件来使得一个工具用于各 种不同的钻孔应用。
关于现有技术的铲型切削工具的一个问题是嵌入件通常构形为平刀刃且夹持器 构形有直槽。甚至在与通过夹持器的冲洗通道一起使用时， 这些类型的钻孔组件也最适合 于以相对较慢的速度钻浅孔， 这是由于它们的排出碎屑能力差。在典型的麻花钻中设有螺 旋槽以帮助排出碎屑， 使用大螺旋角的槽 ( 通常 20 度或 20 度以上 ) 以在高钻孔速度下有 效地排出碎屑。
在现有技术中已经作出尝试以将铲型嵌入件和夹持器的通用性和成本效益与螺 旋槽的好处结合起来， 然而， 这些努力导致复杂的或不适当的刀刃保持系统以及形状复杂 的刀刃， 它们不具有可替换刀刃嵌入件的成本好处。其它的现有技术尝试在钻头嵌入件连 接端将螺旋槽与直槽的一部分结合起来以便适应平钻嵌入件， 然而就排出碎屑来说， 如果 螺旋槽接近切削刃， 则能获得改进的性能。 在该现有技术构形中， 首先通过直的部分传送碎 屑， 导致排出碎屑的效率的损失和迫使工具的切削速度较慢。 另外， 平切削刀刃的直切削刃 以及弯曲切削刃通常不使热量消散， 如果该点没有充分地将热量从其切削刃引导走， 则温 度的累积将 “烧毁” 该点和减少钻头的寿命。在钻心的边缘产生的热量与边缘遭受的荷载 和应力直接相关， 荷载应力消散得越有效， 在钻心的切削刃处累积的热量越少。
一些现有技术的嵌入件已经研制出具有径向弯曲的切削刃， 然而， 在工具的工作 过程中， 这些现有技术的嵌入件易于将碎屑直接引导到夹持器的夹紧臂中， 夹紧臂和夹持 器由比硬质合金材料软得多的钢材料制成， 硬质合金材料通常用来制造钻头嵌入件。撞击到夹紧臂上的碎屑侵蚀和磨损夹紧臂， 夹紧臂的这个碎屑侵蚀相当大地减少了夹持器的寿 命。
因而， 在本领域中仍然需要一种钻头嵌入件工具， 其克服现有技术中存在的一个 或多个缺点。 发明内容 本发明的目的是提供一种改进的铲 ( 或扁 ) 钻， 这些和其它优点由一种钻头嵌入 件提供， 钻头嵌入件包括钻头嵌入件本体， 具有与第二端相对的第一端、 穿过第一和第二端 的旋转轴线、 及与第二正面相对的第一正面 ； 形成于钻头嵌入件本体中的每个正面上并从 第一端绕所述旋转轴线螺旋延伸到第二端的第一螺旋槽， 第一螺旋槽具有与钻头嵌入件一 起使用的夹持器的螺旋槽相同的预定螺旋角 ； 形成于所述第一螺旋槽和钻头嵌入件本体的 第一端的交界面处的弯曲切削刃， 所述第一螺旋槽延伸到所述弯曲切削刃 ； 和其中钻头嵌 入件本体包括至少两个小孔， 每个小孔都定位成穿过第一螺旋槽中的一个并穿过钻头嵌入 件本体延伸到钻头嵌入件本体的相对正面上的大致平面的连接表面 ； 所述钻头嵌入件本体 还包括多个第二螺旋槽， 所述多个第二螺旋槽中的每个螺旋槽邻接所述第一螺旋槽中的一 个螺旋槽形成。
本发明的这些和其它目的还通过一种钻孔工具组件来实现， 其包括夹持器、 钻头 嵌入件， 夹持器具有第一端、 第二端和第一端与第二端之间的圆柱形钻孔部， 其中第二端包 括适合固定地连接在钻孔机中的柄部， 其中第一端包括夹持器狭槽， 夹持器狭槽具有在夹 持器狭槽的至少一部分上的座放面和位于夹持器狭槽每侧上的至少一个连接臂， 其中每个 连接臂具有至少一个形成于其中的小孔， 和其中圆柱形钻孔部具有形成于其中的多个第一 螺旋槽 ； 钻头嵌入件包括钻头嵌入件本体， 钻头嵌入件本体具有与钻头嵌入件第二端相对 的钻头嵌入件第一端、 穿过钻头嵌入件第一端和钻头嵌入件第二端的旋转轴线、 和与第二 正面相对的第一正面， 钻头嵌入件第一螺旋槽形成于钻头嵌入件本体中的每个正面并从钻 头嵌入件第一端绕所述旋转轴线螺旋延伸到钻头嵌入件第二端 ； 形成在所述每个钻头嵌入 件第一螺旋槽和钻头嵌入件本体钻头嵌入件第一端的交界面处的弯曲切削刃 ； 和其中钻头 嵌入件本体包括至少两个小孔， 每个小孔都定位成穿过钻头嵌入件第一螺旋槽中的一个并 穿过钻头嵌入件本体延伸到钻头嵌入件本体的相对正面上的大致平面的连接表面 ； 其中钻 头嵌入件由至少两个紧固件可移去地固定到夹持器上， 每个紧固件都定位成穿过所述钻头 嵌入件第一螺旋槽中的一个并穿过钻头嵌入件本体延伸到在夹持器的连接臂内形成的小 孔中 ； 所述钻头嵌入件本体还包括多个钻头嵌入件第二螺旋槽， 每个钻头嵌入件第二螺旋 槽邻接所述钻头嵌入件第一螺旋槽中的一个形成， 且其中所述夹持器还包括多个第二螺旋 槽， 所述多个第二螺旋槽中的每个螺旋槽邻接所述多个第一螺旋槽中的一个形成。
附图说明
在下面参考附图借助于实施例更详细地描述本发明及其改进， 其中 ： 图 1 是根据优选实施例的钻孔工具组件的分解的组件视图 ； 图 2 是与组件相关联的夹持器端部的局部透视图 ； 图 3A-3D 是其上具有槽 ( 或屑流槽 ) 的本发明一实施例的嵌入件的各种不同的图； 图 4A-4C 是具有凸起部的本发明另一个实施例的嵌入件的各种不同的图， 其中凸 起部从嵌入件的每个正面径向向外突出 ；
图 5A-5C 是具有凸起部的本发明另一个实施例的嵌入件的各种不同的图， 其中凸 起部从嵌入件的每个正面径向向外突出 ；
图 6A-6C 是与图 5A-5C 的嵌入件一起使用的夹持器端部的各种不同的图 ； 和
图 7A-7B 是使用图 5A-5C 的嵌入件和图 6A-6C 的夹持器的装配好的钻孔工具组件 的各种不同的图。
具体实施方式
现在参见本发明的实施例， 图 1 表示总体上以分解图示出的钻孔工具组件 10， 钻 孔工具组件 10 包括夹持器 12， 其具有一个钻具本体 14 和与其相关联的柄 16。钻具本体 14 包括一对在其中形成的螺旋槽 ( 或屑流槽 )18， 通常， 夹持器 12 具有圆柱形形状， 其带有与 柄 16 相对的夹持器端部 20， 夹持器端部 20 构形成牢固地支承钻头嵌入件 35。如图 2 中所 示， 夹持器端部 20 具有一个夹紧狭槽或夹持器狭槽 30， 该夹紧狭槽或夹持器狭槽 30 可以延 伸横过夹持器端部 20 的整个直径， 或者至少在夹持器 12 的旋转轴线 19 的大致位置处的其 中心部分上延伸。夹持器狭槽 30 具有一个底壁 32， 底壁 32 定位在相对于夹持器 12 的旋转 轴线 19 基本上垂直的取向上。在一个实施例中， 组件 10 还可以包括定位凸起部或定位销 24( 参见图 1)， 其关于轴线 19 被精确地定位并从夹持器狭槽 30 的底壁 32 延伸出。销 24 可以压配合关系定位于孔 26 内， 以将销 24 定位， 孔 26 沿着夹持器本体的轴线 19 从狭槽 30 的底壁 32 向下延伸。或者， 定位凸起部或销 24 可以另一种方式构形成， 以获得销 24 的相 应功能性， 例如销 24 是从底壁 32 延伸出的整体元件。再参考图 1， 在夹持器狭槽 30 内， 钻 头嵌入件 35 关于夹持器 12 精确地定位以与夹持器一道执行所需的钻孔功能。如将在下文 中更详细描述的， 嵌入件 35 具有一个点几何形状， 其包括多个切削表面， 该多个切削表面 相对于夹持器 12 的轴线 19 精确地定位从而导致使用组件 10 的更有效的钻孔操作。
更特别地， 夹持器 12 的一个实施例在图 2 中示出， 且其可构形成在其夹持器端部 20 包括一对关于夹持器狭槽 30 延伸的连接臂或夹紧臂 34， 夹紧臂 34 优选地包括小孔 36， 小孔 36 容纳螺钉 38( 参见图 1)， 以将钻头嵌入件 35 固定到其在夹持器狭槽 30 内的位置 中。在一个实施例中， 孔 36 形成有螺纹以与螺钉 38 接合， 并以预定的方式与在钻头嵌入件 35 中形成的螺钉孔相配合， 以将钻头嵌入件精确地位于夹持器狭槽 30 内的预定位置中， 如 将更详细描述的。每个夹紧臂 34 还可以包括润滑剂出口 28 或冲洗通道， 其允许润滑剂在 钻头嵌入件的切削表面附近的应用或流动以利于钻孔操作。夹紧臂 34 还可以包括形成槽 18 的部分的有角度的或弯曲的表面， 槽 18 有利于夹持器 12 的每侧上的碎屑排除。座放面 32 也总体上表示为一个平坦表面。在所示的构形中， 孔 26 沿着轴线 19 形成在狭槽 30 的座 放面 32 中， 孔 26 将容纳定位销 24， 如上所述。
转向图 3A-3D， 示出了钻头嵌入件 35 的一个实施例。 钻头嵌入件 35 可以形成改进 的铲型钻刀刃， 刀刃的周向柱形侧面 60 大体上是弧形的， 且一旦用夹持器 12 将嵌入件 35 定位和固定， 刀刃的周向柱形侧面 60 就在夹持器 12 的旋转轴线 19 具有一个中心。当用夹 持器 12 固定时， 钻头嵌入件 35 也将具有一个旋转轴线， 该旋转轴线理想地与夹持器 12 的轴线 19 同轴。钻头嵌入件 35 包括钻头嵌入件本体 37， 该嵌入件本体 37 具有第一端或切削 端 82、 第二端或支承端 84， 第二端或支承端 84 与第一端或切削端 82 相对， 和第一正面 86、 第二正面 88， 第二正面 88 与第一正面 86 相对。钻头嵌入件本体 37 的支承端 84 是一个大 致平面的表面， 而切削端 82 具有至少两个弯曲切削刃 64。 每个正面 86、 88 包括一个连接表 面 92 和螺旋槽 98， 连接表面 92 是大致平面的且彼此相互平行， 尽管不局限于此。 周向柱形 侧面 60 还可以包括与螺旋槽 98 相邻的螺旋形边缘 61。钻头嵌入件本体 37 包括至少两个 小孔 70， 每个小孔都定位成穿过每个螺旋槽 98 并穿过钻头嵌入件本体 37 延伸到相对正面 的连接表面 92。 以与夹持器的槽 18 相同的螺旋角形成螺旋槽 98 并且当将钻头嵌入件装配 到夹持器 12 上时， 螺旋槽 98 定位成形成一个连续的槽。槽 98 与切削刃 64 相邻导致能有 效和迅速地排出碎屑， 因而， 甚至在高钻孔速度下， 螺旋槽 98、 18 也使钻孔工具组件 10 能有 效且迅速地从钻出的孔中排出碎屑。切削端 82 和嵌入件 35 的螺旋槽 98 的交界面形成切 削刃 64， 这导致了弯曲切削刃的优点， 与典型的铲型刀刃嵌入件中的直削刃相比， 弯曲切削 刃通常更有效地使热量消散。
如前所述， 钻头嵌入件 35 在轴向中心点 62 的每侧上包括其上表面 82 上的弯曲切 削刃 64， 轴向中心点 62 也称为死顶尖。 切削刃 64 可以包括多个切削部分， 它们一起协同工 作以为材料和 / 或钻孔应用提供所需的切削表面 64。 通常， 将嵌入件 35 设计成当沿预定方 向与夹持器 12 一道被旋转地驱动时进行切削， 且是不可反转的， 尽管这种钻头刀刃构形对 于本领域技术人员是已知的， 和如果需要其能与本发明结合使用。 钻头嵌入件小孔 70 形成在螺旋槽 98 中并与夹紧臂 34 上的小孔 36 协同工作， 以 将嵌入件 35 固定在夹持器狭槽 30 内， 并且使嵌入件 35 座靠在座放面 32 上。另外， 小孔 70 优选地以沉头部分形成， 沉头部分形成为一个适合由螺钉或其它紧固机构 38 上的相应锥 形表面或类似表面接合的支承面。螺钉 38 的扩大夹头可以是任何常见的形状， 如圆锥形、 球形， 或呈另一种形式以与工具夹持器 12 和嵌入件 35 中的类似表面相一致。在典型的型 式中， 通过偏移小孔 36 和 70 的轴线， 当通过螺钉 38 将嵌入件 35 固定在狭槽 30 内时， 嵌入 件 35 将被迫向下抵靠在座放面 32 上。嵌入件 35 可以包括定位狭槽 65， 其允许定位销 24 定位于其中。在共有的美国专利第 5957635 中进一步描述了这种连接， 该文件结合于此作 为参考。
嵌入件 35 还可以包括凹口结构 ( 或特征 )66， 如图 3A、 3C 和 3D 中最清楚地表示 的。凹口 66 位于横刃 68 的两侧上， 横刃 68 形成为横跨嵌入件腹板并延伸穿过轴向中心 62。钻头嵌入件和麻花钻的一个不利的特征通常是横刃必须充当切削刃， 横刃 68 具有负的 刀面角， 其并非有效地切削而是使金属变形， 这导致需要高的推力和在点 62 处产生过热。 凹口 66 在嵌入件 35 的两侧上形成一种槽， 其减小腹板和横刃的长度。现有技术的凹口通 常形成为完整的半径， 现有技术的凹口提供了一个中性切削刃， 其仍然并不有效地切削而 是挤压金属或使金属变形。在所示的实施例中， 凹口 66 的形状象 “V” ， 在凹口 66 的底部具 有一个辐射式凹槽 42， 和一个在凹槽 42 的前沿侧上的第一大致平面侧 44 以及一个在凹槽 42 的相对侧或后沿侧上的第二大致平面侧 46， 形成角度 φ。如同现有技术的腹板变薄技 术， 由于凹口 66 的前沿侧 44 切入切削刃 64 的一部分中， 所以凹口 66 也减小切削刃 64 的 长度。然而， 本发明的凹口 66 这样形成， 即凹口 66 的凹槽 42 相对于轴线 19 成一个斜角以 使得凹口 66 的前边缘 44 形成正刀面角切削刃 48。在 2001 年 10 月 11 日提交的共有的、 共
同未决的美国专利申请第 09/975221 号中披露了这种凹口， 该申请结合于此作为参考。因 而， 凹口 66 实际上延伸了钻孔工具组件 10 的有效正刀面角切削刃长度， 当钻孔工具组件 10 旋转时， 多重切削刃 64、 48 强力地侵入待钻孔的材料中。另外， 通过提供侵入横刃 68 附近 的材料中的侵略性几何形状， 正刀面角切削刃 48 导致钻孔工具组件 10 的自定心能力增强。 负的或中性的现有技术腹板变薄技术使得钻心沿待切削的材料的表面 “行走” ， 从而将钻移 离所希望的位置， 或导致钻孔入口的钟形口状。
现在参考图 4A-4C， 示出了钻头嵌入件 35′的另一个实施例。钻头嵌入件 35′不 同于先前实施例中的钻头嵌入件 35 之处在于， 钻头嵌入件 35′包括从每个正面 86′、 88′ 的中心部分径向向外突出的凸起部 102， 每个凸起部 102 可以具有径向最外表面 104， 径向 最外表面 104 可以与相对的正面上的表面 104 平行。凸起部 102 包括第一表面 105， 第一 表面 105 横截于连接表面 92′延伸并可以与嵌入件 35′的旋转轴线平行或横截于嵌入件 35′的旋转轴线形成。凸起部 102 的延伸部使得第二螺旋槽部分 106 形成在钻头嵌入件 35′上， 第二螺旋槽部分 106 邻接钻头嵌入件螺旋槽 98′形成并通过一个脊 108 与其分离， 第二螺旋槽 106 与螺旋槽 98′相结合提供一个较宽的槽并使得在钻头嵌入件 35′的工作 过程中形成的碎屑更加卷曲。两个槽 98′、 106 之间的脊 108 充当一个断屑器， 由于碎屑沿 着前沿螺旋槽 98′形成， 所以脊 108 使得碎屑断开， 导致在钻头嵌入件 35′的工作过程中 更容易从孔中排出较小的碎屑。凸起部 102 的另一个好处是它保护夹持器的夹紧臂不受碎 屑侵蚀， 凸起部 102 保护夹紧臂的有效部分。另外， 第二槽 106 引导碎屑离开夹紧臂， 因而， 钻头嵌入件 35′的凸起部 102 的结构特征消除了碎屑侵蚀并延长了夹持器的寿命。 在图 5A-5C 中示出了本发明的钻头嵌入件的又一个实施例。嵌入件 35″不同于 先前实施例的嵌入件 35′之处在于， 它在嵌入件 35″的第二端 84″的平坦表面中没有定 位狭槽。为了使钻头嵌入件 35″适当地位于夹持器上， 钻头嵌入件 35″包括从每个正面 86″、 88″的中心部分径向向外突出的定位凸起部 110。与先前的实施例相似， 每个凸起部 110 可以具有径向最外表面 114， 径向最外表面 114 可以与相对的正面上的表面 114 平行。 凸起部 110 包括第一定位表面 125， 第一定位表面 125 横截于连接表面 92″延伸并可以与 嵌入件 35″的旋转轴线平行或横截于嵌入件 35″的旋转轴线形成。如同先前的实施例一 样， 凸起部 110 的延伸部使得第二螺旋槽部分 116 形成在钻头嵌入件 35″上， 第二螺旋槽 部分 116 邻接钻头嵌入件螺旋槽 98″形成并通过脊 118 与其分离， 第二螺旋槽 116 与螺旋 槽 98″相结合提供一个较宽的槽并使得在钻头嵌入件 35″的工作过程中形成的碎屑更加 卷曲。两个槽 98、 116 之间的脊 118 充当一个断屑器， 由于碎屑沿着前沿螺旋槽 98 形成， 所 以脊 118 使得碎屑断开， 导致在钻头嵌入件 35″的工作过程中更容易从孔中排除较小的碎 屑。凸起部 110 的另一个好处是它保护夹持器 12′的夹紧臂 34′免受碎屑侵蚀。
现在参考图 6A-6C， 夹持器 12′不同于夹持器 12 之处在于， 钻头嵌入件 35″在夹 持器 12′上的定位。夹持器 12′在其夹持器端部 20′包括一对关于夹持器狭缝 30′延伸 的连接臂 34′， 夹持器 12′的每个连接臂 34′包括在其中形成的定位凹入部 136， 与钻头 嵌入件 35″的定位凸起部 110 相对应， 以便确保钻头嵌入件 35″适当地位于夹持器狭槽 30′中。夹持器 12′还包括螺旋槽 18′和第二螺旋槽 19， 第二螺旋槽 19 与螺旋槽 18′相 邻并通过脊 17 与其分离。
在图 7A-7B 中示出了处于装配好状态中的钻孔工具组件 10′， 钻孔工具组件 10′
表示了嵌入件 35″的螺旋槽 98″、 116 与夹持器 12′的螺旋槽 18′、 19 结合以形成一个连 续的螺旋槽， 该连续的螺旋槽大体具有相同的螺旋角并延伸到钻头嵌入件 35″的第一端。 夹持器 12′还包括多个刃带 148′， 每个刃带 148′形成在夹持器 12′的螺旋槽 18′之间。 钻头嵌入件 35″的周向圆柱形表面 60″形成大体与夹持器 12′的刃带 148′对应的钻头 嵌入件刃带部， 以使得刃带 60″延伸到钻头嵌入件 35″的第一端。 钻头嵌入件刃带部 60″ 可以包括螺旋形边缘 61″， 其形成在与嵌入件螺旋槽 98″相邻的周向圆柱形表面的前端 上。
试图用烧结金属硬质材料制造钻头嵌入件， 如硬质合金、 金属陶瓷、 陶瓷、 单晶和 多晶金刚石或氮化硼， 然而， 钻头嵌入件也可以由高速钢构成。
虽然已经在上面详细描述了本发明， 但其仅仅作为说明和示例而不应将其理解为 对本发明的限制， 因而， 本发明的范围和内容仅仅由所附的权利要求确定。