CN103358404B - 钻削工具及其钻头 - Google Patents

Abstract

公开了一种钻头，包括：刀体，具有呈柱形的本体；刀片，其设置于刀体远端；其中，所述刀体具有排屑结构；并且，相对于钻头旋转方向而言，在位于刀片切削部分后侧的刀体部分中设有构成排屑结构起始部位的槽口，所述槽口的远端贯通刀体的远端面、近端连通于所述排屑结构的主体部分的远端，所述槽口与所述刀体的外周表面之间限定出为刀片切削部分提供后侧支撑的筋部。还公开了一种包括上述钻头的钻削工具。本发明同时提高了钻头的排屑能力和刀片支撑强度。

Description

钻削工具及其钻头

技术领域

本发明涉及一种用于钻削工具的钻头以及包含这种钻头的钻削工具。

背景技术

通常，利用钻削工具对加工对象进行钻孔。对于材质较硬的加工对象，例如石材、混凝土、砖、高强度复合材料等，通常利用冲击钻(例如石工钻)来钻孔，冲击钻所用的冲击钻头通常具有镶装在刀体远端的硬质合金刀片。硬质合金刀片由于具有高硬度而能够打穿各种硬质材料。

在现有的冲击钻头设计中，通常相对于钻头旋转方向而言在硬质合金刀片后侧留有大块刀体材料，以便强力支撑硬质合金刀片。在这种设计中，没有为切屑留下足够的空间，因此无法高效地将切屑排出。这导致钻头的工作条件较为恶劣，例如产生较高的噪音和热量，使得钻头寿命减少，并且可能导致加工精度低。

另一方面，在有的设计中为了提高排屑效率，在硬质合金刀片后侧的刀体材料中形成有通向排屑槽的空间，例如通过斜切该处刀体材料产生该空间，那么刀体对刀片的支撑作用会减弱，这会导致在钻削时刀体远端临时或永久变形，而刀片偏离其原位甚至可能从刀体脱落。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的钻头中存在的排屑效率与刀片支撑强度难以两全的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于钻削工具的钻头，包括：刀体，具有呈柱形的本体；刀片，其设置于刀体远端；其中，所述刀体具有排屑结构；并且，相对于钻头旋转方向而言，在位于刀片切削部分后侧的刀体部分中设有构成排屑结构起始部位的槽口，所述槽口的远端贯通刀体的远端面、近端连通于所述排屑结构的主体部分的远端，所述槽口与所述刀体的外周表面之间限定出为刀片切削部分提供后侧支撑的筋部。

根据本发明的可行实施方式，所述刀片是镶装于刀体远端的装夹槽中的硬质合金刀片。

根据本发明的可行实施方式，所述槽口与所述装夹槽相通或分隔。

根据本发明的可行实施方式，所述排屑结构是形成于刀体外周的排屑槽，例如螺旋排屑槽。

根据本发明的可行实施方式，所述槽口在其近端与所述排屑槽的主体部分的远端衔接，所述槽口沿着与所述排屑槽的主体部分的远端大体一致的方向延伸；或者，所述槽口与所述排屑槽的主体部分的远端之间形成一角度，所述槽口与所述排屑槽的主体部分的远端之间优选平滑过渡。

根据本发明的可行实施方式，排屑槽主体部分的数量等于槽口的数量，每个槽口连通于相应的一个排屑槽主体部分；或者，排屑槽主体部分的数量少于槽口的数量，从而两个或更多更槽口连通于同一排屑槽主体部分。

根据本发明的可行实施方式，所述筋部在纵向上从所述刀体的远端面延伸到排屑槽的主体部分的远端位置处。

根据本发明的可行实施方式，所述槽口的横截面形状与排屑槽的主体部分的横截面形状相同或相近，例如，所述槽口的横截面选自：平行四边形，矩形，三角形，圆弧形，半圆形，组合形状。

根据本发明的可行实施方式，所述槽口的深度等于或大于排屑槽的主体部分的深度。

根据本发明的可行实施方式，所述刀片包括一个或多个切削刃部，所述切削刃部至少具有轴向切削刃和横向切削刃。

根据本发明的可行实施方式，所述多个切削刃部中的至少一个、优选每个配备有相应的槽口和筋部。

根据本发明的可行实施方式，所述槽口中设有由刀体材料形成的一个或多个附加筋部，所述附加筋部沿着所述槽口的延伸方向延伸，纵向尺寸等于或小于筋部的纵向尺寸。

根据本发明的可行实施方式，所述筋部和附加筋部具有促进切屑向槽口和排屑结构的主体部分中流畅流动的结构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种钻削工具，尤其是电动钻削工具，例如便携式电动钻削工具，典型地为冲击钻、石工钻、玻璃钻、多功能钻等，包括如前面所描述的钻头。

本发明相对于钻头旋转方向而言在刀片(尤其是硬质合金刀片)的切削部分后侧设有贯通刀体远端面的槽口和筋部。这样，能够高效地排屑，而不会聚集在加工出的孔中，以改进钻头的工作条件，由此延长钻头的使用寿命。此外，通过设置筋部，钻头远端仅通过较少的材料来支持刀片，仍能维持较强的抗变形能力，钻头远端的冲击力和力矩容易传递到加工对象。此外，排屑结构的起始部位由槽口本身构成，这可以使得切屑直接地、流畅地导入排屑结构的主体部分中，从而有利于切屑的排放。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的钻头的远端部分的立体图；

图2是沿着图1中的箭头A所示方向所作端视图；

图3是图1所示钻头远端部分的正视图；

图3A是沿着图3中的B-B方向所作局部剖视图；

图4-6是根据本发明的钻头远端槽口和筋部的一些可行实施方式的示意图；

图7-13是本发明的一些可行方式的钻头的远端部分的立体图；

图7A-13A分别是图7-13所示钻头的放大端视图。

具体实施方式

本发明涉及对钻头远端(末端)部分的改进。本发明尤其适用于在远端设有硬质合金刀片的钻头，例如冲击钻头、石工钻头、玻璃钻头、多功能钻头等。下面的描述主要针对带有硬质合金刀片的钻头，然而，需要指出，本发明的基本原理的也可以用于不带硬质合金刀片的钻头。因此，本发明适用于各种钻头以及相应的钻削工具(例如电动钻削工具，尤其是便携式电动钻削工具)。

在本申请中，所谓“远侧”是指朝向将要钻入加工对象中的钻头部位的方向，“近侧”是指朝向将要被装夹在电动钻削工具本体中的钻头部位的方向。

如本领域中所公知，钻头通常包括远侧的刀体和近侧的刀柄两部分，刀体是用来在加工对象中钻削出孔的部分，刀柄用于装夹在电动钻削工具本体中。

下面参照附图描述本发明的一些可行实施方式。

图1中显示了根据本发明的一个实施方式的钻头的远端部分，该部分为刀体的远侧部分。

钻头的刀体1的本体呈大致柱形，例如图1中所示的圆柱形，或是未示出的扁圆柱形、棱柱形等。刀体通常为实心的，但对于大直径钻头来说，可以将刀体做成空心的以便降低重量。在刀体的轴向上，刀体在其横截面中的外轮廓尺寸可以恒定，或者可以逐渐或阶梯式变化。

刀体通常由工具钢(例如高速钢)或合金钢制成。在刀体上形成有排屑槽2，用于在钻削过程中排屑、散热、甚至刮削等。排屑槽可以通过轧制、铣削等加工方式在刀体上产生。排屑槽的形式可以是平行于刀体的轴线延伸的直槽，但这种形式应用得较少。大多数排屑槽，例如图1中所示的排屑槽2，是围绕刀体中心轴线螺旋延伸的螺旋槽。螺旋槽的旋向取决于钻头工作时的旋转方向，即促使切屑在排屑槽中沿着朝向近侧的方向移动。

排屑槽2的横截面形状和几何参数可以根据钻头的形式和工作要求(例如加工对象的材质、预期的钻削速度等)而设置。例如，排屑槽可以具有大致梯形横截面，如图1中大致所示。或者，排屑槽的横截面可以呈平行四边形(如矩形)、三角形、圆弧形(如半圆形)、组合形状等。此外，排屑槽的螺旋角可以较小，如图1中大致所示。或者，该螺旋角可以较大，如将在后面描述的图7中所示的那样。此外，排屑槽的深度可以像图1中所示那样较深，也可以像将在后面描述的图10、11中所示的那样较浅。此外，排屑槽的数量可以是一条或多条，常见的是两条。

排屑槽的侧壁与刀体外周面之间可以形成锋利的刮削刃，以使得刀体对所形成的孔具有刮削作用。

对于加工硬质对象的钻头，通常在刀体1的远端装有硬质合金刀片3。利用硬质合金刀片，能够钻削硬质或复杂材质的对象，例如石材、混凝土、砖、硬质塑料、较软的金属等等，并且能够提高钻削速度。此外，通过精选刀片的材料和构造，能够有效地减小切削阻力，减少崩刀可能性，保持良好的耐磨性(例如刀片可以设计成具有自刃磨结构)。

刀片3常用的材料有碳化钨合金、钨钴钛合金等。刀片3通常由粉末材料在模具中烧结而形成，然后由金刚石打磨出精确的尺寸，再镶嵌到刀体1的远端形成的装夹槽中。刀片3可以通过粘合、钎焊等方式固定在刀体1远端中的装夹槽中，从而与刀体1形成一体。

如图1所示，刀片3的远侧部分和左右侧部分别从刀体1的远侧表面突伸出一定尺寸。刀片3的主体部分被夹持在刀体1的远端(末端)部中，并受到刀体材料的支持。刀片3的远端形成中心尖角形式的刀尖4，以有利于钻头相对于加工对象定心以及随后的钻入。刀体1的远端面9形成形状大体相符的顶角5，以有利于对刀片3的支持。然而，刀体1的远端面也可以是平的，而没有该顶角。

如图2所示，从钻头远端沿着钻头轴向看，即沿着图1中的箭头A所示方向看，刀片3呈大致扁平形状，具有彼此平行并且平行于刀体中心轴线的两个主表面3a。图2中以箭头R所示的逆时针方向表示钻头工作时的旋转方向，刀片3由两个切削部分即第一切削部分3-1、第二切削部分3-2组成，每个切削部分至少具有相应的轴向切削刃(位于刀片3的左右两侧边缘上，大致沿刀体轴向)6-1、6-2和横向切削刃(位于刀片3的远端面上，横向于刀体轴向)7-1、7-2。

根据本发明，每个刀片的切削部分(和切削刃)的数量可以不同，例如可以是一个或多个。

在刀片由多个切削部分组成的情况下，各切削部分可以形成为一体；或者，也可以单独形成、然后分别组装到刀体上(在这种情况下，可将刀尖4形成在切削部分之一上)。

为了便于钻头的钻入，可以在刀体1的远端部形成一对彼此相对的相对于刀体1的中心轴线倾斜的坡面8，每个坡面从大致对应于刀片近侧端的轴向位置开始从刀体1的本体的外周面朝向刀体1的中心轴线的方向过渡，并且终止于刀体1的远端面9，从而分别与刀体1的远端面9之间形成交线8a。同时，从图2中可以看出，每个坡面8沿着与钻头旋转方向R相反的方向相对于相应的刀片主表面3a偏置，从而每条交线8a与相应的刀片主表面3a之间形成一定角度θ，从而使得相对于钻头旋转方向而言位于刀片3的切削部分后侧(非切割侧)的刀体部分大于位于刀片3的切削部分前侧(切割侧)的刀体部分。这样，刀体在刀片3的切削部分后侧留有足够的体积。

根据本发明的重要方面，在刀片3的切削部分后侧的刀体部分中，形成了从该刀体部分的外周朝向该切削部分凹入的槽口10，其通向排屑槽2的主体部分，并且槽口10与相邻的刀体外周表面部分之间留下筋部12，所述筋部12在纵向上从所述刀体1的远端面延伸到排屑槽的主体部分的远端位置处，并充当槽口的侧壁。

如图3所示，槽口10的远侧端贯通于刀体1的远端面9，近侧端与排屑槽2的主体部分的远端相通，即槽口10将排屑槽2延伸到刀体1的远端面9。换言之，槽口10构成排屑槽2(或其它类型的排屑结构)的起始部位，而非连通到排屑槽2(或其它类型的排屑结构)的主体部分中。

槽口10可以沿刀体1的轴向延伸，但优选相对于刀体1的轴向倾斜，倾斜方向与排屑槽2的主体部分的远端的倾斜方向相近甚至可能相同。大多数情况下，槽口10与排屑槽2的主体部分的远端之间存在一定夹角γ。图3A是沿着图3中的B-B方向所作局部剖视图，该方向平行于刀片3的主表面3a。图3A中刀片3和刀体1的剖面共用相同的阴影线并且没有区分二者的轮廓，是为了说明下述情况：根据本发明一方面的实施方式，对于采用单独的硬质合金刀片3的情况，刀片3已与刀体1紧密地结合为一体，剖切后难以(也没有必要)区分二者；另一方面，根据本发明另一方面的实施方式，不必采用单独的硬质合金刀片，而是利用刀体1本身的材料形成刀片3。

槽口10的宽度优选等于或大于排屑槽2的主体部分的宽度。槽口10的宽度的选择需要考虑到使切屑能够快速从刀体1的远端面9处排放到排屑槽2中，还要考虑到留下的筋部12具有足够的厚度和强度。

槽口10的横截面形状可以与前面描述的排屑槽2的主体部分的横截面形状相同或相近，以避免在槽口与排屑槽的主体部分之间发生切屑流的流动状态突变。例如，槽口10的横截面可以是平行四边形(如矩形)、三角形、圆弧形(如半圆形)、组合形状等。

具体而言，根据本发明，相对于钻头旋转方向而言在刀片切削部分后侧在刀体部分中设有与刀体远端面和排屑槽主体部分相通的槽口，这使得刀片切削部分后侧的用于支持刀片的刀体材料减少。为了给刀片3提供充分支持，由刀片切削部分后侧的刀体材料形成了筋部12，该筋部12具有位于槽口10的壁面与刀体的外周表面之间的径向尺寸T(沿周向恒定或变化)，沿刀体轴向与槽口一致的纵向尺寸H，以及沿刀体周向的周向尺寸L，参看图4。通过对筋部12的尺寸进行选择，尤其是径向尺寸T和周向尺寸L，可确保筋部12为刀片3的切削部分提供足够的后侧支撑，以避免刀片3在工作中因来自加工对象的阻力而偏移。

通过这种方式，同时提高、至少是兼顾了钻头的排屑能力和刀片支撑强度。

对于一些应用而言，可能需要对刀片3的切削部分提供进一步的后侧支撑。在这种情况下，除了如前面描述的那样设置位于刀体外周表面处的筋部12之外，还可在槽口10中设置由刀体材料形成的一个或多个附加筋部12a。图5、6中分别示出了设有一个和两个附加筋部12a的情况。

附加筋部12a的数量和各方向上的尺寸被选择，从而一方面增强对刀片3的切削部分的后侧支撑，另一方面又不显著减弱槽口10的排屑能力。附加筋部12a在槽口10中大致沿槽口10的延伸方向延伸，以避免对槽口中的排屑流造成干扰。所述附加筋部12a在纵向上优选位于所述刀体1的远端面9与排屑槽2的主体部分的远端之间，纵向尺寸等于或小于筋部12的纵向尺寸。

根据本发明的基本原理，排屑槽主体部分、槽口和筋部的数量和形式可以根据需要而以各种方式设置。图7-13中显示了本发明的钻头的一些可行实施例，这些例子仅仅是示例性和解释性的，而不对本发明的真正内涵构成限制。

在图7、7A中所示的实施例中，钻头的刀体1上仅设有一条排屑槽2。该排屑槽2的主体部分具有很大的螺旋角，因此槽口10的主体部分与排屑槽2的远端之间存在明显的夹角。刀片3的切削部分在槽口10附近仅由筋部12提供后侧支撑。

此外，在图7、7A所示例子中，刀片具有两个切削部分，但只有图中右侧的那个切削部分配备有槽口10(及筋部12)。然而，可以理解，也可以为这两个切削部分都配备有槽口(及筋部)，两个槽口之一构成公共的一条排屑槽的起始部位，另一个通向该公共排屑槽的主体部分。

在图8、8A中所示的实施例中，钻头的刀体1上设有两条排屑槽2(例如对称分布)。每个排屑槽2的螺旋角相对较小，因此槽口10与排屑槽2的主体部分的远端之间不存在明显的夹角，而是形成基本流畅的过渡。刀片3的切削部分在每个槽口10附近仅由筋部12提供后侧支撑。

在图9、9A中所示的实施例中，钻头的刀体1上设有两条排屑槽2，每个槽口10中形成有一个附加筋部12a，从而刀片3的切削部分在每个槽口10附近由筋部12和附加筋部12a提供后侧支撑。

在图7-9所示的例子中，排屑槽2的主体部分以及槽口10都在整体上具有大致梯形横截面，排屑槽2的主体部分在横截面中具有一定的宽度和深度，槽口10具有与排屑槽2的主体部分匹配的宽度和深度。所述槽口的深度优选等于或大于排屑槽的主体部分的深度。

在图10、10A中所示的实施例中，同图7-9所示的例子相比，排屑槽2的主体部分的宽度显著加大，但深度显著减小。在这种情况下，槽口10的横截面大致呈圆弧形。槽口10的宽度小于排屑槽2的主体部分的宽度，深度与排屑槽匹配，即都较小。

图11、11A中所示的实施例与图10、10A中的类似，不同之处在于槽口10的横截面大致呈三角形。

在图12、12A中所示的实施例中，刀片3由三个切削部分即第一切削部分3-1、第二切削部分3-2、第三切削部分3-3组成，每个切削部分后侧的刀体部分中设有相应的槽口10和筋部12，相应的排屑槽2的主体部分与槽口10相通。

在图13、13A中所示的实施例中，刀片3由四个切削部分即第一切削部分3-1、第二切削部分3-2、第三切削部分3-3、第四切削部分3-4组成，每个切削部分后侧的刀体部分中设有相应的槽口10和筋部12，相应的排屑槽2的主体部分与槽口10相通。

对于刀片具有多个切削部分的情况下，可以为每个切削部分配备有相应的槽口和筋部。然而，根据具体要求，也可以仅为多个切削部分中的一些配备槽口和筋部。

此外，优选每个槽口连接着相应的排屑槽主体部分，但本发明同样包含排屑槽主体部分的数量少于槽口的情况，此时，两个或更多更槽口可通向同一排屑槽主体部分。

在前面描述的各个例子中，都可以视具体情况而确定是否在槽口中配备附加筋部。

为了避免所述筋部和附加筋部对切屑向槽口以及排屑槽主体部分中的流动造成干扰，可将筋部和附加筋部的相应部位设计成具有促进切屑流畅流动的结构，例如具有圆角、倒角、斜面等。附加筋部可以设计成具有流线形结构等。

需要指出，在前面描述的各个例子中，钻头上形成有在其刀体外表面延伸的排屑槽形式的排屑结构。然而，对于有些钻头而言，尤其是直径较大的钻头，可以在钻头内部设置排屑通道。在这种情况下，根据本发明的可行实施方式，仍可在刀片切削部分后侧设置前述槽口和筋部(附加筋部)，而槽口通向钻头内部的排屑通道。可以理解，本发明同样适用于具有其它形式的排屑结构的钻头。

还要指出，槽口的几何参数可以独立于刀片设计，例如，槽口的深度可以选择成使得槽口不达到刀片(与刀片装夹槽分隔)、刚好达到刀片(与刀片装夹槽相通)、或者甚至挖入刀片中一些。

通过上面的描述可以理解，本发明提供了对电动钻削工具(例如冲击钻等)的钻头(具有单独的硬质合金刀片或由刀体材料本身形成的刀片)的改进，其中，相对于钻头旋转方向而言在刀片切削部分后侧设有槽口，该槽口的远端贯通刀体远端面、近端连通于钻头的排屑结构(例如排屑槽)。这样，钻头钻削时产生并且被刀片甩在后面的切屑能够通过槽口高效地排出，而不会聚集在加工出的孔中，从而可以改进钻头的工作条件，例如降低钻头的发热，由此延长钻头的使用寿命。

此外，排屑结构的起始部位由槽口本身构成，这可以使得切屑直接地、流畅地导入排屑结构的主体部分中，从而有利于切屑的排放。

此外，通过沿槽口设置筋部，钻头远端仅通过较少的材料来支持刀片，仍能维持较强的抗变形能力，钻头远端的冲击力和力矩容易传递到加工对象，并且进一步延长钻头的使用寿命。

虽然这里参考具体的实施方式对本发明进行了描述，但是本发明的范围并不局限于所披露的细节。在不偏离本发明的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (19)

1.一种钻头，包括：

刀体，具有呈柱形的本体；

刀片，其设置于刀体远端；

其中，所述刀体具有排屑结构；并且

相对于钻头旋转方向而言，构成排屑结构起始部位的槽口被形成为从位于刀片切削部分后侧的刀体部分的外周朝向刀片切削部分凹入，所述槽口的远端贯通刀体的远端面、近端连通于所述排屑结构的主体部分的远端；所述槽口相对于刀体的轴向倾斜，并且槽口与排屑结构的主体部分的远端之间存在一夹角γ，所述槽口与所述刀体的外周表面之间限定出为刀片切削部分提供后侧支撑的筋部。

2.如权利要求1所述的钻头，其中，所述刀片是镶装于刀体远端的装夹槽中的硬质合金刀片。

3.如权利要求2所述的钻头，其中，所述槽口与所述装夹槽相通或分隔。

4.如权利要求1所述的钻头，其中，所述排屑结构是形成于刀体外周的排屑槽。

5.如权利要求4所述的钻头，其中，所述排屑槽为螺旋排屑槽。

6.如权利要求4所述的钻头，其中，所述槽口与所述排屑槽的主体部分的远端之间平滑过渡。

7.如权利要求6所述的钻头，其中，排屑槽主体部分的数量等于槽口的数量，每个槽口连通于相应的一个排屑槽主体部分；或者

排屑槽主体部分的数量少于槽口的数量，从而两个或更多更槽口连通于同一排屑槽主体部分。

8.如权利要求4至7中任一项所述的钻头，其中，所述筋部在纵向上从所述刀体的远端面延伸到排屑槽的主体部分的远端位置处。

9.如权利要求4至7中任一项所述的钻头，其中，所述槽口的横截面形状与排屑槽的主体部分的横截面形状相同或相近。

10.如权利要求9所述的钻头，其中，所述槽口的横截面选自：平行四边形，矩形，三角形，圆弧形，半圆形。

11.如权利要求4至7中任一项所述的钻头，其中，所述槽口的深度等于或大于排屑槽的主体部分的深度。

12.如权利要求1至7中任一项所述的钻头，其中，所述刀片包括一个或多个切削部分，所述切削部分至少具有轴向切削刃和横向切削刃。

13.如权利要求12所述的钻头，其中，所述多个切削部分中的至少一个配备有相应的槽口和筋部。

14.如权利要求12所述的钻头，其中，所述多个切削部分中的每个配备有相应的槽口和筋部。

15.如权利要求1至7中任一项所述的钻头，其中，所述槽口中设有由刀体材料形成的一个或多个附加筋部，所述附加筋部沿着所述槽口的延伸方向延伸，纵向尺寸等于或小于筋部的纵向尺寸。

16.如权利要求15所述的钻头，其中，所述筋部和附加筋部具有促进切屑向槽口和排屑结构的主体部分中流畅流动的结构。

17.一种钻削工具，包括如权利要求1至16中任一项所述的钻头。

18.如权利要求17所述的钻削工具，其中，所述钻削工具为电动钻削工具。

19.如权利要求17所述的钻削工具，其中，所述钻削工具为便携式电动钻削工具。