发明内容
为克服上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种刚性较好不易断钻、且孔位精度较高的微型钻头及加工此微型钻头的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种微型钻头,包括钻尖和钻身,所述的钻尖包括两个以上的切削刃;所述的钻身设有两条以上的螺旋上升的容屑槽,其中,所述的容屑槽包括至少一条长容屑槽和至少一条短容屑槽,所述长容屑槽从钻尖的位置处延伸到钻身末端,所述的短容屑槽仅设置在钻身的前段;短容屑槽与长容屑槽的螺旋角不同,两者由分离状态变化到汇合状态;所述的短容屑槽终结于其与长容屑槽的交汇处。
所述的钻尖包括沿微钻轴心对称的两个主切削刃、两个主刀面、两个辅刀面。由于微型钻头的钻尖的部分仍和常规的微型钻头一样完全对称,使得微钻切削时钻尖受力平衡,避免了因单条切削刃的钻尖单边受力不平衡,衍生径向力,进而影响孔位精度,影响孔粗的缺陷;且相对于单刃的切削刃钻头来说,这样的设计使得切削刃耐磨损性能大大提高,在相同切削量和切削速度情况下,两条切削刃去分担原本一条切削刃的切削量,每条切削刃的进给量相当于单条刃的一半,更耐磨损,进而孔粗相对更好,加工寿命也更长。
所述的微型钻头的短容屑槽的靠近于终结处的一端的螺旋角大于长容屑槽的螺旋角。选择螺旋角更大的那条容屑槽作为短容屑槽,可以更好的保证整个微型钻头的排屑效果。这种设计尤其适用于加工一些较难排尘的板材的微型钻头。
所述的短容屑槽包括:设置在靠近钻尖部分一端的螺旋角与长容屑槽一样的螺旋角同角度部分,及与螺旋角同角度部分连接的螺旋角逐渐增大的螺旋角增大部分。
所述的短容屑槽的螺旋角同角度部分的轴向长度等同于或大于钻尖大头部分的长度;其中,所述的大头部分是指在微型钻头中,其在钻尖部分的前端的外径比中后部钻身的外径大的部分。这样的设计是针对于大头钻的。短容屑槽的螺旋角同角度部分在超出大头部分后再进入螺旋角增大部分,这样的设计,保证了大头部分的所有结构都是对称的,平衡效果好,进一步提高了加工时的孔位精度。
所述的短容屑槽还包括设置在螺旋角增大部分后的,以螺旋角增大部分的最大的螺旋角为恒定螺旋角的大螺旋角恒定部分。这样的设计,使得螺旋角增大部分可以成为一个螺旋角增大的过渡区域,短容屑槽以一恒定的较大的螺旋角终结于其与长容屑槽的交汇处。
所述的短容屑槽的螺旋角增大部分的槽深是逐渐变浅的,所述交汇处短容屑槽的槽深浅于同位置处的长容屑槽的槽深。这样的设计,使得交汇处的长容屑槽与短容屑槽之间有较明显的分界线。这样的设计是由于在交汇处的槽宽会较宽,会对微型钻头的刚性有一定的影响;而长容屑槽的槽深由于排屑的原因,需要具有一定的深度,而短容屑槽则可以适度变浅,以深度变浅来弥补槽宽变宽所带来的刚性的损失。
所述的短容屑槽的长度占长容屑槽的长度的3%~50%。这样的设计,短容屑槽可以较快的融入到长容屑槽中,微型钻头的后段的容屑槽减少明显,带来刚性上的提升也较为明显。
所述的短容屑槽的长度占长容屑槽的长度的65%~90%。这样的设计,比较适用于在钻孔对孔粗要求较高,或者某板材的尘屑属于难排出类型,比如玻璃化温度低,尘屑易处于融化状态等,需要排尘空间足够,即需要两条槽同时排尘,且微钻的槽长较长,加工时容易根部断钻的情况。对于这样的微型钻头,其短容屑槽的的螺旋角可以缓慢增加,直至在预设的位置处与长容屑槽交汇,降低了汇聚位置在前部所带来的汇合处的刚性下降,容易断钻的问题;另外,由于加长钻对刚性的要求较高,在加长的刚性不够的部分设计成单槽排尘,加强了加长部分的刚性性能,且由于加长部分的钻孔的时间很短,排尘量本身就比较小,因此并不会影响排屑的性能,解决了原微型钻头加长刚性不够容易断钻的问题,非常适用于加长钻的加工。
一种加工上述微型钻头的方法,包括以下步骤:
A:在棒料上加工出容屑槽;
B:正常的磨背和磨尖加工;
其中,所述的步骤A中,加工容屑槽的步骤包括:
A1:加工长容屑槽;
A2:加工与长容屑槽的螺旋角不同的短容屑槽;使短容屑槽终结于其与长容屑槽的交汇处。
所述的步骤A1中,所述的棒料由夹头夹持着旋转,开槽砂轮按照常规钻头开槽程序磨削,磨出长容屑槽;
所述的步骤A2中,棒料在夹头夹持下,相对长槽起始角度进行180度旋转,开槽砂轮用相对长槽螺旋角加大,缩短开槽长度,以及改变砂轮高度,使得短容屑槽的尾端深度逐渐变浅的另一套开槽程序,完成短容屑槽的加工。
本发明由于将微型钻头的钻身上的两条以上的容屑槽设置为至少一个长容屑槽和至少一个短容屑槽,使长容屑槽与短容屑槽的螺旋角不同,并且至少有两条槽在一定距离内汇合;并使短容屑槽终结于其与长容屑槽的交汇处;因此,短容屑槽所对应的切削刃切削的切削屑,可以先通过短容屑槽再由交汇处通过长容屑槽排出,实现必要的排屑。而由于短容屑槽终结得较前,使得槽体的刚体部分增加,芯厚增大,微钻刚性更好,使得孔位性能好、断钻性能更好、寿命加长,整体性能得以提升。
具体实施方式
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
本发明所述的技术方案可适用于双刃以上的微型钻头,下面就以直径在6.5mm以下的双刃双槽的微型钻头为例进行说明。
所述的双刃双槽的微型钻头的结构如图5-11所示,包括钻尖41和钻身42,所述的钻尖41包括沿微钻轴心对称的两个主切削刃、两个主刀面、两个辅刀面(图中未示出),结构同于常规微钻;所述的钻身42设有两条螺旋上升的容屑槽(44、45)。所述的钻身的螺旋上升的容屑槽为两条,包括一个长容屑槽44和一个短容屑槽45,长容屑槽44与短容屑槽45的螺旋角不同;所述的短容屑槽45终结于其与长容屑槽44的交汇处。在靠近钻尖处,排屑由两条容屑槽共同完成,汇合后,由长容屑槽44独立完成。其中,所述的螺旋角是指在钻身上,圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角α。
所述长容屑槽44从钻尖41的位置处延伸到钻身42末端,其螺旋角是恒定不变的;所述的短容屑槽45仅设置在钻身的前段,微型钻头的短容屑槽45的靠近于终结处的部分的螺旋角大于长容屑槽44的螺旋角。由于所述的短容屑槽45的螺旋角是比长容屑槽44大,短容屑槽45在较短距离内即可与长容屑槽44相交,两容屑槽汇合,短容屑槽45至此结束。
选择螺旋角更大的那条容屑槽作为短容屑槽45,可以更好的保证整个微型钻头的排屑效果。假如我们的钻头长容屑槽的螺旋角是45度,即在45度时排尘是顺畅的,那么如果将短容屑槽的螺旋角设置得更大,螺旋角越大则排尘分力越大,排尘能力就越好,短容屑槽就不会影响长容屑槽及整个微型钻头的排尘效果;而若短容屑槽的螺旋角小于长容屑槽的螺旋角,如果短容屑槽的排尘出现了问题,短容屑槽内堵死,即使长容屑槽的排尘很顺畅,整个微型钻头的排尘也会不够顺畅。这种设计尤其适合一些用于加工较难排尘的板材的微型钻头。
其中,所述的短容屑槽45的长度占长容屑槽44的长度的3%~50%。如,所述的短容屑槽可以为长容屑槽的5%或10%的长度,所述的长容屑槽44的螺旋角的角度范围可选择20度到50度之间;所述的短容屑槽45比长容屑槽44的螺旋角的角度可再大5度到40度左右。这样的设计,短容屑槽可以较快的融入到长容屑槽中,微型钻头的后段的容屑槽减少明显,带来刚性上的提升也较为明显。
也可以将短容屑槽的长度设计为占长容屑槽的长度的65%~90%。这样较长的短容屑槽的设计,比较适用于在钻孔对孔粗要求较高,或者某板材的尘屑属于难排出类型,比如玻璃化温度低,尘屑易处于融化状态等,需要排尘空间足够,即需要两条槽同时排尘,且微钻的槽长较长,加工时容易根部断钻的情况。对于这样的微型钻头,其短容屑槽的的螺旋角可以缓慢增加,直至在预设的位置处与长容屑槽交汇,降低了汇聚位置在前部所带来的汇合处的刚性下降,容易断钻的问题;另外,由于加长钻对刚性的要求较高,在加长的刚性不够的部分设计成单槽排尘,加强了加长部分的刚性性能,且由于加长部分的钻孔的时间很短,排尘量本身就比较小,因此并不会影响排屑的性能,解决了原微型钻头加长刚性不够容易断钻的问题,非常适用于加长钻的加工。
请结合附图6及附图8-11:图8中示出的是在大头部分内,还处于对称阶段的长容屑槽和短容屑槽,此处的长容屑槽和短容屑槽的螺旋角,芯厚都一样;图9和图10中示出的是长容屑槽和短容屑槽开始交汇的位置处,所述的短容屑槽的螺旋角增大部分的槽深是逐渐变浅的,所述交汇处短容屑槽的槽深浅于同位置处的长容屑槽的槽深,此处的长容屑槽和短容屑槽已经开始不对称,短容屑槽螺旋角已加大很多,短容屑槽的深度也比长容屑槽的浅;长容屑槽相对常规钻头其中的一条槽更深更宽,容屑槽的容屑空间可以做得更大;图11中示出的是短容屑槽完全汇合到长容屑槽中的位置处,此处只有长容屑槽,虚线表示的是短容屑槽所应在的位置。这样的设计,使得交汇处的长容屑槽与短容屑槽之间有较明显的分界线。这样的设计是由于在交汇处的槽宽会较宽,几乎相当于两倍槽宽,会对微型钻头的刚性有一定的影响;而长容屑槽的槽深由于排屑的原因,需要具有一定的深度,而短容屑槽则可以适度变浅,以深度变浅来弥补槽宽变宽所带来的刚性的损失。而且,这样的设计,还是得短容屑槽可以同长容屑槽之间能很好的汇合。在汇合处的槽宽较小,汇合处就更加平滑,更易于加工。
所述的短容屑槽可以包括螺旋角同角度部分及螺旋角增大部分两部分。设置在靠近钻尖一端的一段范围内为螺旋角同角度部分,其螺旋角与长容屑槽螺旋角相同;靠近相交汇合一端的一段范围内为与螺旋角同角度部分连接的螺旋角增大部分,其螺旋角逐渐增大,直至交汇入长容屑槽中。
所述的短容屑槽45的螺旋角同角度部分的轴向长度等同于或大于钻尖大头部分43的长度。短容屑槽45的螺旋角同角度部分在超出大头部分43后再进入螺旋角增大部分。其中,所述的大头部分43是指在微型钻头中,其在钻尖部分的前端的外径比中后部钻身的外径大的部分,约0.5mm到1mm长,其在钻削时,只有外径较大的大头部分43与待加工的工件相接触。与长容屑槽44同螺旋角的部分需超过大头部分43,这样的设计保证了大头部分43的所有结构都是对称的,其两条背与孔壁摩擦受到的力也是对称均等的,平衡效果好,进一步提高了加工时的孔位精度。当然,所述的短容屑槽45的螺旋角同角度部分的轴向长度也可以小于钻尖大头部分43的长度,不过这样的设计其在加工过程中,其平衡的效果就不如短容屑槽45的螺旋角同角度部分的轴向长度等同于或大于钻尖大头部分43的长度的微型钻头,孔位精度自然稍差,且这样不平衡的钻头在较长时间的切削后,大头部分的背部会逐渐磨损,且两边磨损的程度不一,就更不平衡了。
上述结构对于大头钻和非大头钻都是可以适用的。对于非大头钻来说,在靠近钻尖一段距离内,最好是在0.3mm以内,将钻尖部分及两条容屑槽对称设置,则下钻受力平衡,其孔位精度的效果也较好;而同时也可以保证翻磨时在磨掉一部分钻尖情况下,磨尖后的产品钻尖处两条容屑槽及两条切削刃仍然对称。
所述的容屑槽还可以设计成包括螺旋角同角度部分、螺旋角增大部分及大螺旋角恒定部分的三个部分。设置在靠近钻尖一端的一段范围内为螺旋角同角度部分,其螺旋角与长容屑槽44螺旋角相同;靠近相交汇合一端的一段范围内为以一个远大于长容屑槽44螺旋角的螺旋角为恒定螺旋角的大螺旋角恒定部分;螺旋角同角度部分与大螺旋角恒定部分之间为螺旋角逐渐增大的螺旋角增大部分,作为中间过渡。其中,所述的大螺旋角恒定部分可以以螺旋角增大部分的最大的螺旋角为恒定螺旋角。这样的设计,使得螺旋角增大部分成为了一个螺旋角增大的过渡区域,短容屑槽45以一恒定的较大的螺旋角终结于其与长容屑槽44的交汇处。螺旋角增大部分的螺旋角可以是恒定增大的,也可以是非恒定增大的,前后渐变的;而螺旋角同角度部分、螺旋角增大部分及大螺旋角恒定部分的具体分布,可以根据要加工的板材而具体设计。
而对于一些易排尘的板材来说,其使用的微型钻头也可以将短容屑槽的螺旋角设计成小于长容屑槽的螺旋角。这样的设计虽然会导致排屑的瓶颈在短容屑槽,其排尘效果不如选择螺旋角更大的那条容屑槽作为短容屑槽,在不影响排尘效果的前提下,可以使得微型钻头有更好的刚性。
下面以对料号为生益S1141的板(1.6mm厚,6层铜,每层1OZ,两块板为一叠)为待加工板材,对本发明所述的微型钻头与常规微钻做加工精度的对比试验,试验中以两块板的下板的孔位精度为试验中所取的孔位CPK值:
其中,所述的常规微钻为传统的微钻结构,其具有两条对称切削刃,两条容屑槽,螺旋角取42度,微钻直径为0.25mm,槽长4.5mm,芯径约占外径70%;
本发明实施例中所采用的的微钻为具有两条对称切削刃,具有两条容屑槽,一条长容屑槽,螺旋角为45度,槽长为4.5mm;一条短容屑槽,螺旋角从45度到75度变化,槽长为2.0mm,短容屑槽在1.2mm处开始和长容屑槽汇聚,在2.0mm处终结到长容屑槽中;其芯径约占外径70%。
其钻孔条件为:转速150KRPM(15万转每分钟);下钻速度40mm/s;孔限2000孔。
对比试验的孔位CPK值数据如下表1中所示:
表1:
从上表和图12中可以看出,本发明实施例比常规钻头的孔位精度更好,尤其是在钻孔数在1000以上时,孔位精度明显优于常规钻头。
加工本发明所述的微型钻头所采用的方法,可包括以下步骤:
S1.加工长容屑槽:棒料由夹头夹持着旋转,开槽砂轮按照常规钻头开槽程序磨削,磨出长容屑槽;
S2.加工短容屑槽:长槽磨削好后,棒料在夹头夹持下,进行180度旋转(相对长槽起始角度),开槽砂轮用另一套开槽程序(相对长槽螺旋角加大,缩短开槽长度,以及改变砂轮高度,使得短容屑槽的尾端深度逐渐变浅,如图8-11所示),完成短容屑槽的加工;
S3.磨背:磨背的方法、过程和常规钻头一样,用磨背砂轮按照设定运行轨迹磨削,两个磨背由一组砂轮两次磨削完成,过程相同;
S4.磨尖:磨尖的方法过程也都和传统常规钻头一样,在棒料送到磨尖工位,根据磨槽与磨尖之间角度对应关系,夹头旋转调整棒料起始角度,然后磨尖砂轮组进行水平移动的磨削,磨出一个主刀面,一个副刀面,完成后,夹头夹持棒料旋转180度,磨尖砂轮重复上述运动,磨削另一边,两边磨尖完成后,该支钻头便生产完成。
上述两种短容屑槽的结构可以根据微型钻头的大小及要加工的工件的材质进行具体选择设计:在根据具体情况设计好长容屑槽的螺旋角、及短容屑槽的最大螺旋角的角度后,其短容屑槽以长容屑槽的螺旋角为起始开始开槽,在螺旋角恒定的经过大头部分后,控制螺旋角迅速变大,直至达到设定的短容屑槽的最大螺旋角的角度。在短容屑槽到达最大螺旋角后,可根据具体情况设计是直接交汇到长容屑槽中去,还是继续以当前的最大螺旋角为恒定螺旋角持续一段距离再交汇到长容屑槽中去。
当然,短容屑槽只要能交汇到长容屑槽中去即可,在螺旋角同角度部分之后,短容屑槽的螺旋角如何变化都可以实现本发明,只需要能汇入到长容屑槽中去即可。如果要尽量缩短短容屑槽的长度,就调整机器,尽量加大短容屑槽的螺旋角的角度;如果需要较长的短容屑槽,就减小短容屑槽的螺旋角的角度,或者加长前端与长槽螺旋角相同角度的部分的长度(即加长对称部分,螺旋角变化的部分后移)即可。
所述的短容屑槽越长,其容尘效果就越好,对孔位精度的牺牲也就越多;反之对孔位精度的控制越好,其容尘的效果就越差。当需要孔粗较好,而对孔位精度的要求不太高时,就可以采用短容屑槽较长的微型钻头;当某些材质加工时需要孔位精度很好,而对孔粗要求较低(孔粗的衡量标准和粗糙度标准类似,是数值越小越好)或板材的尘屑易于排出的时候,如一些较硬的板材,就可以采用短容屑槽稍短的微型钻头。
本发明由于将微型钻头的钻身上的两条以上的容屑槽设置为至少一个长容屑槽和至少一个短容屑槽,使长容屑槽与短容屑槽的螺旋角不同;并且至少有两条槽在一定距离内汇合;短容屑槽终结于其与长容屑槽的交汇处;因此,短容屑槽所对应的切削刃切削的切削屑,可以先通过短容屑槽再由交汇处通过长容屑槽排出,实现必要的排屑。而由于短容屑槽终结得较前,使得槽体的刚体部分增加,芯厚增大,微钻刚性更好,使得孔位性能好、断钻性能更好、寿命加长,整体性能得以提升。
而在单槽排屑的基础上,由于长容屑槽部分的槽体的芯厚较大,因此可以进一步增大此长容屑槽的槽深,加强了此长容屑槽的排屑能力。这样的微钻加工时与孔壁摩擦小,孔位精度高,寿命较长,这种结构尤其适合于加长微钻,能很好的弥补由于钻头长度加长带来的孔位、断钻性能的下降和缺失,使得加长钻的这些性能不差于常规长度钻头的性能。
另外,相较于单刃单槽的微型钻头来说,由于本发明所述的微型钻头的钻尖的部分仍和常规的微型钻头一样,其两条切削刃、两个主后刀面、两个辅后刀面,均沿轴心对称,且短容屑槽与长槽汇合,真正起到排尘作用,使得:
(1)孔位方面更好:
这是由于单刃单槽的微型钻头的切削刃是单条的,钻尖下钻受力不平衡,会衍生出径向力,影响孔位;而本发明所述的微型钻头的钻尖是对称的,不存在不平衡问题,在相同因单条槽而孔位提升的情况下,本发明的微型钻头的孔位性能更好。
(2)孔粗方面更好:
这是由于双切削刃切削量小,切削顺畅,尘屑更碎细,易于排出,孔粗好;钻尖受力均衡不存在径向力,不会破坏孔粗。
(3)耐磨损性能佳:
这是由于单条刃的切削量由两条切削刃承担,本发明所述的微型钻头的进给量减半,耐磨损性能大幅提高,进而寿命更长、孔粗更好。
(4)生产、使用等配套设施不需做改变,适用性强:
本发明所述的微型钻头仅一条螺旋槽的螺旋角和长度作了调整,加工起来不复杂;而在使用时完全可以按常规钻头工艺使用,比如磨尖工序等,不需作任何调整。而相对于单刃单槽钻来说就不具备这样的优势,生产时需要较复杂语句控制多个辅刀刃的加工,质检、翻磨等都需要改变标准,在使用时也需进行相应改变。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。比如,三刃以上的微型钻头也是可以适用本发明所述的技术方案,如三刃三槽的微型钻头,将其三个切削刃所对应的容屑槽设置为一个长容屑槽两个短容屑槽,两个短容屑槽分别交汇到长容屑槽中去,并终结于长容屑槽的交汇处,也可以很好的实现提高同等的微型钻头的刚性性能的效果。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。