RU2790142C1

RU2790142C1 - Drill bit

Info

Publication number: RU2790142C1
Application number: RU2021138497A
Authority: RU
Inventors: Петр Михайлович Пивкин; Артём Александрович Ершов; Владимир Андреевич Гречишников
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-02-14

Abstract

FIELD: drilling.

SUBSTANCE: invention relates to processing materials by cutting, namely, to the field of edge cutting machining of metals by drilling on CNC machines, in particular, to designs of three-toothed drill bits. Drill bit comprises a shank, a calibration part and a cutting part with three cutting teeth with a chip flute and a cutting edge on each of the teeth. The cutting edge consists of two sections and a transverse cutting edge. The radial-section profile of the screw flute is determined by the specified dependencies from the condition of ensuring rectilinearity on the first cutting edge section with an angle ι relative to the axis belonging to the conical generating surface with a smooth transition in the form of a circular arc with a radius ρ to the second cutting edge section at an angle determined by the specified equation.

EFFECT: higher productivity of processing holes by uniform load distribution along the entire cutting edge due to the achieved uniformly varying angle of inclination of the cutting edge in two sections.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологическим процессам, а именно к области лезвийной обработки металлов методом сверления на станках с ЧПУ, в частности к конструкциям трехзубых сверл, предназначенных для повышения производительности обработки цилиндрических отверстий за счет эффективного распределения нагрузки по режущей части.The invention relates to technological processes, namely to the field of cutting metals by drilling on CNC machines, in particular to the designs of three-tooth drills designed to increase the productivity of processing cylindrical holes due to the effective distribution of the load on the cutting part.

Известно устройство для обработки отверстий в деталях из различных металлов, выполненное в виде сверла, а именно трехзубая конструкция сверла для сверления отверстий, содержащая три режущих зуба, по крайней мере две режущие кромки сводятся в центр сверла (Патент JP №6235737 В2, опубл. 22.11. 2017 г.).A device is known for processing holes in parts made of various metals, made in the form of a drill, namely, a three-tooth drill design for drilling holes containing three cutting teeth, at least two cutting edges are reduced to the center of the drill (Patent JP No. 6235737 B2, publ. 22.11 . 2017).

Недостатком данного устройства является низкая производительность вследствие быстрого износа в центре сверла из-за недостаточной прочности режущих зубьев в центральной области сверла.The disadvantage of this device is low productivity due to rapid wear in the center of the drill due to insufficient strength of the cutting teeth in the central region of the drill.

Другим устройством, известным из уровня техники, является керамическая режущая пластина со стружколомающими канавками на передней поверхности (Патент РФ №133765, опубл. 27.10.2013 г.).Another device known from the prior art is a ceramic cutting insert with chip breaking grooves on the front surface (RF Patent No. 133765, publ. 27.10.2013).

Недостатком данного устройства является низкая производительность обработки отверстий, вследствие быстрого изнашивания в области резких перепадов режущей кромки.The disadvantage of this device is the low productivity of holemaking, due to rapid wear in the area of sharp changes in the cutting edge.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа сверло, содержащее хвостовик, калибрующую и режущую части, с тремя режущими зубьями, каждый из которых состоит из трех участков: поперечной режущей кромки, подточки и режущей кромки на участке стружечной канавки (Патент US №9862036 В2, опубл. 09.01. 2018 г.).The closest in technical essence to the proposed invention is a drill selected as a prototype, containing a shank, calibrating and cutting parts, with three cutting teeth, each of which consists of three sections: a transverse cutting edge, a sharpening and a cutting edge in the area of the chip groove (Patent US No. 9862036 B2, published January 9, 2018).

Недостатком известной пластины, в том числе технической проблемой является низкая производительность обработки отверстий из-за не плавного перехода между участком подточки и режущей кромки на участке стружечной канавки, вследствие неравномерного распределения нагрузки на режущий зуб в процессе обработки сверлением.A disadvantage of the known insert, including a technical problem, is the low productivity of holemaking due to a non-smooth transition between the undercut area and the cutting edge in the chip groove area, due to uneven distribution of the load on the cutting tooth during drilling.

В основу заявленной полезной модели был положен технический результат - повышение производительности обработки отверстий за счет равномерного распределения нагрузки вдоль всей режущей кромки путем достижения равномерно изменяющегося угла наклона режущей кромки на двух участках.The claimed utility model was based on a technical result - an increase in the productivity of hole processing due to a uniform distribution of the load along the entire cutting edge by achieving a uniformly changing angle of inclination of the cutting edge in two sections.

Технический результат достигается тем, что в сверле, содержащем хвостовик, калибрующую и режущую части с тремя режущими зубьями, имеющими стружечную канавку и режущую кромку на каждой, состоящую из двух участков и поперечной режущей кромки, профиль винтовой канавки в радиальном сечении определен по формуле:The technical result is achieved by the fact that in a drill containing a shank, a calibrating and a cutting part with three cutting teeth, having a chip groove and a cutting edge on each, consisting of two sections and a transverse cutting edge, the profile of the helical groove in the radial section is determined by the formula:

и его формой обеспечена прямолинейность на первом участке режущей кромки с углом ι относительно оси, принадлежащей конической производящей поверхности, и имеющей плавный переход в виде дуги окружности с радиусом ρ ко второму участку режущей кромки, расположенной под углом, определяемым уравнением:and its shape ensures straightness in the first section of the cutting edge with an angle ι relative to the axis belonging to the conical producing surface, and having a smooth transition in the form of a circular arc with a radius ρ to the second section of the cutting edge located at an angle determined by the equation:

Где:Where:

t - взаимосвязующий параметр; R - радиус сверла; ι - угол между осью и режущей кромкой на первом участке; ϕ - угол в плане; Т - шаг винтовой стружечной канавки сверла.t - interconnecting parameter; R - drill radius; ι is the angle between the axis and the cutting edge in the first section; ϕ - plan angle; T is the pitch of the helical flute of the drill.

Геометрия режущей кромки на первом участке определяется совокупностью рабочих элементов, среди которых существенную роль играет профиль стружечной канавки. Переход между двумя участками режущей кромкой выполняется с равномерно изменяющимся углом наклона режущей кромки, причем первый участок режущей кромки имеет прямолинейную форму, принадлежащий конической производящей поверхности, тем самым гарантируя постоянное значение угла наклона ι на всем участке. Прямолинейная форма режущей кромки на первом участке, плавный переход между первым и вторым участками, а также равномерно изменяющийся угол наклона режущей кромке на двух участках обеспечивает равномерное распределение нагрузки в процессе обработки отверстий вдоль всей режущей части. Благодаря равномерному распределению нагрузки на режущей части можно повысить величину подачи наоборот, увеличив тем самым производительность обработки отверстия.The geometry of the cutting edge in the first section is determined by a set of working elements, among which the flute profile plays a significant role. The transition between the two sections of the cutting edge is carried out with a uniformly changing angle of inclination of the cutting edge, and the first section of the cutting edge has a rectilinear shape belonging to the conical producing surface, thereby guaranteeing a constant value of the angle of inclination ι over the entire section. The rectilinear shape of the cutting edge in the first section, a smooth transition between the first and second sections, as well as a uniformly changing angle of inclination of the cutting edge in two sections ensures even distribution of the load during holemaking along the entire cutting part. Due to the uniform distribution of the load on the cutting part, it is possible to increase the amount of feed on the contrary, thereby increasing the productivity of the hole.

Изобретение поясняется графическими изображениями.The invention is illustrated by graphic images.

На фиг. 1 схематично изображено трехзубое сверло.In FIG. 1 schematically shows a three-toothed drill.

На фиг. 2 - увеличенный вид на режущую часть.In FIG. 2 is an enlarged view of the cutting part.

Сверло содержит хвостовик 1, калибрующую 2 и режущую 3 части с тремя режущими зубьями 4, имеющими стружечную канавку 5 и режущую кромку 6 на каждой, состоящую из двух участков 7, 8 и поперечной режущей кромки 9, в заявленном сверле профиль винтовой канавки 10 в радиальном сечении 11 определен по формуле:The drill contains a shank 1, calibrating 2 and cutting 3 parts with three cutting teeth 4 having a chip groove 5 and a cutting edge 6 on each, consisting of two sections 7, 8 and a transverse cutting edge 9, in the claimed drill, the profile of the helical groove 10 in the radial section 11 is determined by the formula:

и его формой обеспечена прямолинейность на первом участке 7 режущей кромки 6 с углом ι относительно оси 12, принадлежащей конической производящей поверхности 13, и имеющей плавный переход в виде дуги окружности с радиусом ρ ко второму участку 8 режущей кромки 6, расположенной под углом, определяемым уравнением:and its shape ensures straightness in the first section 7 of the cutting edge 6 with an angle ι relative to the axis 12, belonging to the conical producing surface 13, and having a smooth transition in the form of a circular arc with a radius ρ to the second section 8 of the cutting edge 6, located at an angle determined by the equation :

Где, t - взаимосвязующий параметр; R - радиус сверла; ι - угол между осью и режущей кромкой на первом участке; ϕ - угол в плане; Т - шаг винтовой стружечной канавки сверла ψ - угол наклона подточки.Where, t is an interconnecting parameter; R - drill radius; ι is the angle between the axis and the cutting edge in the first section; ϕ - plan angle; T is the pitch of the helical flute of the drill ψ is the angle of inclination of the point.

Режущая кромка 6 первого из двух участков 7 сформирована пересечением задней поверхности 14 и поверхностью стружечной канавки 5, второй участок 8 режущей кромки 6 сформирован пересечением задней поверхности 14 и подточкой 15.The cutting edge 6 of the first of the two sections 7 is formed by the intersection of the rear surface 14 and the surface of the chip groove 5, the second section 8 of the cutting edge 6 is formed by the intersection of the rear surface 14 and the subpoint 15.

Условие существования прямолинейной режущей кромки на участке 7, принадлежащей конической производящей поверхности 13:The condition for the existence of a straight cutting edge in section 7 belonging to the conical generating surface 13:

Тогда из формы кромки:Then from the edge shape:

По оси X:X axis:

По оси Y:Y axis:

По оси Z:Z-axis:

Получим:We get:

Определение угла наклона подточки ψ:Determination of the angle of inclination of the subpoint ψ:

Расстояние до точки перехода 16 определяется по формуле:The distance to transition point 16 is determined by the formula:

sin(ι)⋅Rsin(ι)⋅R

ТогдаThen

из этого следует:therefore:

Сверло работает следующем образом.The drill works as follows.

Перед обработкой сверло закрепляется в инструментальный патрон (на рисунках не показан), который может быть цанговым, гидропатроном или термопатроном за хвостовик 1. Инструментальный патрон вместе с закрепленным в нем сверлом устанавливается в сверлильный станок или станок с ЧПУ (на рисунках не показан). При обработке трехзубое сверло совершает вращение вокруг оси и перемещается вдоль оси. Калибрующая часть 2 центрирует сверло в обрабатываемом отверстии. Режущие зубья 4 срезают материал, формируя цилиндрическое отверстие, отводя при этом образовывающуюся стружку (на рисунках не показан) по стружечным канавкам 5. Режущая кромка 6 состоит из двух участков 7, 8 и поперечной режущей кромки 9. Переход между двумя участками 7 и 8 выполняется специальным образом: в точке перехода 16 проекция режущей кромки 6 на плоскость перпендикулярную оси сверла на втором участке 8 касательна к первому участку 7 режущей кромки 6. Плавно изменяющийся угол наклона ι режущей кромки 6 на каждом из зубьев 4 предотвращает режущую часть 3 от зон концентраций напряжений. Зоны концентраций напряжений на режущей части 3 сверла вызывают повышенные силы резания, что приводит к ускоренному износу режущих кромок 6. Режущая кромка 6 с равномерно изменяющимся углом наклона ι по двум участкам 7 и 8 позволяет повысить подачу при обработки сверлением, вследствие равномерного распределения нагрузки на режущую часть 3 сверла, что приводит к повышению производительности обработки при сверлении.Before processing, the drill is fixed in a tool chuck (not shown in the figures), which can be a collet, hydraulic chuck or thermal chuck for the shank 1. The tool chuck, together with the drill fixed in it, is installed in a drilling machine or a CNC machine (not shown in the figures). When processing, a three-tooth drill rotates around an axis and moves along an axis. Calibrating part 2 centers the drill in the hole to be machined. The cutting teeth 4 cut the material, forming a cylindrical hole, while removing the formed chips (not shown in the figures) along the chip grooves 5. The cutting edge 6 consists of two sections 7, 8 and a transverse cutting edge 9. The transition between the two sections 7 and 8 is performed in a special way: at the transition point 16, the projection of the cutting edge 6 onto a plane perpendicular to the axis of the drill in the second section 8 is tangent to the first section 7 of the cutting edge 6. The smoothly changing angle of inclination ι of the cutting edge 6 on each of the teeth 4 prevents the cutting part 3 from stress concentration zones . The stress concentration zones on the cutting part 3 of the drill cause increased cutting forces, which leads to accelerated wear of the cutting edges 6. The cutting edge 6 with a uniformly varying inclination angle ι in two sections 7 and 8 allows you to increase the feed during drilling, due to the uniform distribution of the load on the cutting part 3 drill, resulting in improved processing performance when drilling.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение производительности обработки сверлением за счет эффективного распределения нагрузки по режущей части.Thus, the claimed set of essential features, reflected in the independent claim, provides the claimed technical result - an increase in the productivity of drilling due to the effective distribution of the load on the cutting part.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.Analysis of the claimed technical solution for compliance with the terms of patentability showed that the features indicated in the formula are essential and interconnected with the formation of a stable set of necessary features, unknown at the priority date from the prior art and sufficient to obtain the required synergistic (supertotal) technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information testifies to the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для осуществления процесса обработки металлов методом сверления и используется для формообразования цилиндрических отверстий на деталях из различных металлов на сверлильных станках и станках с ЧПУ;- an object embodying the claimed technical solution, in its implementation, is intended for the process of metal processing by drilling and is used to form cylindrical holes on parts made of various metals on drilling machines and CNC machines;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the declared object in the form as it is characterized in the formula, the possibility of its implementation using the means and methods described above in the application or known from the prior art on the priority date is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- an object embodying the claimed technical solution, in its implementation, is capable of achieving the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object meets the patentability criteria "novelty", "inventive step" and "industrial applicability" under the current legislation.

Claims

A drill containing a shank, a calibrating part and a cutting part with three cutting teeth having a helical chip groove and a cutting edge on each, consisting of two sections and a transverse cutting edge, characterized in that the profile of the helical chip groove in the radial section is determined by the dependencies

from the condition of ensuring straightness in the first section of the cutting edge with an angle ι relative to the axis belonging to the conical producing surface and having a smooth transition in the form of a circular arc with a radius ρ to the second section of the cutting edge located at an angle determined by the equation

,

where t is an interconnecting parameter;

R - drill radius;

ι is the angle between the axis and the cutting edge in the first section;

ϕ - plan angle;

T is the pitch of the helical flute of the drill.