[发明专利]麻花钻

说明书

技术领域

本发明涉及麻花钻，特别是涉及用于切削金属及复合材料的带出屑槽的硬质合金麻花钻。

背景技术

麻花钻(也被称为麻花钻头)一端包括用于附连到使钻头转动的设备(例如钻头夹盘)的柄部，相对的一端包括具有切削刃、用于切削到待钻孔或加工的材料(例如工件)中的切削刀头。对于钻削金属工件的金属加工麻花钻，切削刃典型地从切削刀头的中心部分大体上径向延伸到切削刀头的外缘。在柄部和刀头之间，通常是带出屑槽的体部，其在麻花钻形成孔时为麻花钻提供稳定性，并帮助移除从孔中钻出的材料。

已知有大量的麻花钻设计，并且切削刀头的几何形状根据具体的工件而设计。例如，用于木头的麻花钻具有与用于金属工件的麻花钻不同的几何形状。已经认识到，即使在几何形状上很小的变化也可能显著地影响性能。

在用于金属加工的麻花钻的特定子类内，公知的是当由麻花钻形成孔时，从工件中移除以形成孔的材料(即被钻出来的材料)中的一部分由于切削刃处的局部高温以及高压而塑化。塑化的材料流动到孔的外缘，并经过钻头的边缘被有效地“挤出”，从而在孔的出口的圆周附近形成出口毛刺。此外，当钻头的切削刀头“钻透”工件时，经常形成材料的“毛刺盖(burr cap)”。

传统的用于钻削金属工件的硬质合金金属加工麻花钻的实例在图1A和1B中示出。麻花钻的切削刀头1在中央部分具有形成于修磨横刃(webthinning)4之间的横刃3。切削刃5、7从切削刀头的内部延伸到切削刀头的最外侧边缘；其中，在切削刀头的内部，切削刃5、7分别连接到横刃3的相应端部。第一后刀面9和第二后刀面11(也被称为第一间隙和第二间隙，或者称为主间隙和副间隙)在切削刃后延伸从而为切削刃提供间隙。横刃3在研磨后刀面期间形成。

切削刃5、7以及第一后刀面9和第二后刀面(间隙)11形成“钻尖”17，其具有约130°的角度。当钻头转动时，横刃3挤压金属工件并且切削刃5、7切削到工件的材料中。

麻花钻在其最外侧上还具有圆柱形的刃带或刃筋13，以在使用时支撑钻头。

“钻尖”17以及圆柱形刃带13是金属加工麻花钻的特征，在其它类型的麻花钻上通常找不到这些特征。

孔15穿过麻花钻延伸并允许在使用时将切削液递送到切削刃5、7。这些孔或管道是一些金属加工麻花钻的特征。

麻花钻开有出屑槽，前刀面19将从工件切掉的机加工材料(也被称为切屑)导引到出屑槽中，接下来出屑槽将材料从切削刀头移走并从孔中移出。

在使用期间，切削刃5、7同时与待钻削的工件接合。如上所述，当切削刀头(即钻尖17)“钻透”工件表面时，在切削刃处产生高温高压。这使得工件材料塑化。这种塑化可以出现在金属或者含金属的工件中(例如铝、钛、镍、钢、不锈钢及其合金和组合物)。在某些复合材料中，例如碳纤维以及玻璃纤维加强的塑料工件中，也可能出现纤维拔出等类似的相关问题。对于包括两层或多层不同材料——例如金属和复合材料层(例如碳纤维加强塑料层)的工件，也会出现毛刺、纤维拔出以及分层的问题。

形成于切削刃处的塑化材料的行为方式与通常的“切屑”并不相同，它们不容易由前刀面19导入到螺旋形出屑槽中。而是，它们能够流到切削刀头位于旋转钻头侧部处的外缘，在该处其冷却并形成出口毛刺。类似的机理还能够产生毛刺盖。由已知的金属加工麻花钻产生的出口毛刺以及毛刺盖的实例在图3A中示出。

在工件上出现出口毛刺和/或毛刺盖是非常不希望的，因为其需要另外的机加工或去毛刺步骤来去除多余的材料。这可能会在制造过程中增加一个完整的步骤，因而增加制造复杂性和成本。这在硬质金属和含有金属的工件上问题尤为突出。

已经进行了多种尝试来解决该问题，但是它们都未能将出口毛刺明显地减少到可接受的水平，并且/或者对于刀具的性能至少具有某些不利的影响。例如，已经建议应该在切削刀头的外周边缘进行倒角，或者切削刀头的钻尖角应该增大(以形成更平的钻尖)。然而，在两种情形下，仍然存在出口毛刺的问题。

减少毛刺的另一尝试是提供一种切削刃，其较外的部分向内、朝向切削刀头的中心偏转，从而当从钻头的轴线方向观察时，相对于钻头外周形成锐角(US5078554)。据称，该锐角的特征将使得机加工下来的材料被导引到机加工孔的中心。因此，该方法并不是直接解决机加工下来的材料塑化的问题，相反其致力于重新导向塑化材料。该“锐角”特征更易于受损。

本发明致力于解决形成出口毛刺以及毛刺盖的问题，同时保持钻头性能。