Режущий инструмент с перемычкой

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сверлении отверстий. Вращательный режущий инструмент содержит головку на своем режущем конце, которая выполнена с рабочей частью с двумя диаметрально противоположными канавками со вспомогательными задними поверхностями между ними. Каждая вспомогательная задняя поверхность имеет пару кромок, образованных в виде передней кромки и задней кромки, в зависимости от вращения инструмента. Основная и дополнительная ленточки разнесены друг от друга на каждой из вспомогательных задних поверхностей, имеют по существу постоянный диаметр вспомогательных режущих кромок по всей длине рабочей части. Основная ленточка примыкает к передней кромке. Режущая кромка головки проходит внутрь от передней кромки каждой вспомогательной задней поверхности к внутреннему концу. Перемычка образована линией, соединяющей внутренний конец каждой режущей кромки, при этом, если смотреть вдоль центральной оси, перемычка образует угол перемычки с линией, проходящей радиально внутрь от передней кромки вспомогательной задней поверхности до средней точки перемычки, который составляет от 80 до 100°. Обеспечивается стабилизация инструмента в процессе резания. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к режущему инструменту, такому как спиральное сверло, которое имеет уникально ориентированную перемычку.

Уровень техники

[0002] При сверлении хрупких материалов, таких как серый литейный чугун, важно просверлить круглое отверстие в требуемом месте и в прямом направлении с «прямотой отверстия». Во время процесса сверления возможен не только «увод» сверла по поверхности заготовки от намеченного места, но и, более того, даже при размещении сверла в требуемом намеченном месте, асимметрические режущие силы на сверле могут вызвать биение сверла и привести к образованию некруглого отверстия и/или непрямого отверстия. Патент США №3977807 от 31 августа 1976 г. относится к спиральному сверлу с двойными ленточками, которое имеет перемычку, образующую с вершиной основной ленточки угол перемычки. Несмотря на то, что на фиг.2 этого патента проиллюстрирована эта особенность, на ней трудно распознать угол перемычки, потому что на фиг.2 представлен вид в перспективе. Тем не менее, внешний диаметр основной ленточки уменьшается по мере приближения этой ленточки к перемычке, и, в результате, в некоторой степени теряется стабильность сверления.

[0003] Патент США №7267514 от 11 сентября 2007 г. относится к самоцентрирующемуся перовому сверлу с «направляющей» головкой, отличающемуся тем, что сверло имеет только одну ленточку. В этом патенте на фиг.4 показано устройство, в соответствии с которым перемычка по существу параллельна ленточке. Несмотря на то, что это уменьшает «увод» сверла, существует та же проблема в отношении формы отверстия и прямоты отверстия, поскольку сверлу свойственно биение при сверлении.

[0004] Существует необходимость в такой конструкции сверла, которая обеспечивает более прямые и лучше расположенные отверстия и стабилизирует сверло во время процесса выполнения отверстия.

Раскрытие изобретения

[0005] Головка по существу цилиндрического режущего инструмента используется для выполнения отверстия в заготовке, имеет центральную ось и режущий конец. Инструмент выполнен с возможностью вращения в направлении резания. Головка содержит рабочую часть с двумя диаметрально противоположными канавками с вспомогательными задними поверхностями между ними, при этом каждая вспомогательная задняя поверхность имеет пару кромок, образованных в виде передней кромки и задней кромки, в зависимости от направления вращения инструмента. Основная ленточка и дополнительная ленточка разнесены друг от друга на каждой из вспомогательных задних поверхностях. Основная ленточка примыкает к передней кромке, и ленточки имеют постоянный диаметр ленточки по всей длине рабочей части. Режущая кромка проходит внутрь от передней кромки каждой вспомогательной задней поверхности к внутреннему концу. Перемычка образована линией, соединяющей внутренний конец каждой режущей кромки, при этом, если смотреть вдоль центральной оси, перемычка образует угол перемычки с линией, проходящей радиально внутрь от передней кромки вспомогательной задней поверхности до средней точки перемычки. Угол перемычки составляет от 80° до 100°. Настоящее изобретение также относится к вращающемуся режущему инструменту с описанной выше головкой.

Краткое описание чертежей

[0006] На фиг.1 представлен вид сбоку сборного спирального сверла с режущим инструментом, закрепленным на хвостовике сверла;

[0007] на фиг.1А представлено увеличенное сечение детали в обведенной области, обозначенное как сечение А на фиг.1;

[0008] на фиг.2 представлен вид сверху спирального сверла, показанного на фиг.1;

[0009] на фиг.3 представлен вид сбоку вдоль стрелок «3-3» на фиг.2; и

[0010] на фиг.4 представлен вид сбоку верхней части сборного спирального сверла вдоль стрелок «4-4» на фиг.2.

Подробное описание изобретения

[0011] На фиг.1 представлен вращательный режущий инструмент 10, который, в качестве примера, представляет собой спиральное сверло. Режущий инструмент 10 имеет головку 15 и режущий конец 20. Головка 15 имеет центральную ось 17, проходящую через нее. Как показано на фиг.2, головка 15 имеет рабочую часть 25 головки с двумя диаметрально противоположными канавками 30А, 30В. Между канавками 30А, 30В, по периферии режущего инструмента 10, находятся вспомогательные задние поверхности 35А, 35В. Каждая вспомогательная задняя поверхность 35А, 35В состоит из вспомогательной задней поверхности 37А, 37В рабочей части головки и вспомогательной задней поверхности 39А, 39В с заостренными поверхностями.

[0012] В варианте осуществления, изображенном на фиг.1-4, показан режущий инструмент 10 и хвостовик 12, при этом рабочая часть 25 головки может сниматься с хвостовика 12. Как показано на фиг.3, рабочая часть 25 головки закреплена между двумя вытянутыми заостренными поверхностями 14А, 14В.

[0013] Описываемый здесь режущий инструмент является симметричным при рассмотрении со стороны режущего конца 20, и, поэтому, здесь будет описана только одна половина режущего инструмента 10, подразумевая, что симметричная половина, описываемая с обозначением «В», является симметричной. Следовательно, все, что описывается для стороны «А», применимо к стороне «В».

[0014] Вспомогательная задняя поверхность 37А рабочей части головки имеет пару кромок, образованных в виде передней кромки 40А и задней кромки 42А. Вращаемый режущий инструмент 10 и соответствующая рабочая часть 25 головки предназначены для работы в одном направлении вращения, указанном стрелкой «45». В результате первая часть вспомогательной задней поверхности 37А рабочей части головки, касающаяся заготовки, образована в виде передней кромки 40А, а оставшаяся кромка - в виде задней кромки 42А. Вспомогательная задняя поверхность 37А рабочей части головки состоит из основной ленточки 47А и дополнительной ленточки 49А, разнесенных друг от друга на вспомогательной задней поверхности 37А рабочей части головки. Основная ленточка 47А примыкает к передней кромке 40А, а каждая из дополнительных ленточек 47А, 49А образует с противолежащей основной дополнительной ленточкой 47В и дополнительной ленточкой 49В диаметр MD ленточки, равный внешнему диаметру 4. При соприкосновении дополнительной ленточки 49А, показанной на фиг.2, с задней кромкой 42А полностью возможно и предсказуемо, что дополнительная ленточка 49А может быть отнесена от задней кромки 42А в направлении, более близком к основной ленточке 47А.

[0015] Диаметр 50 ленточки проходит по всей длине рабочей части 25 головки и остается по существу постоянным. В частности, для проектирования спиральных сверл принято предусматривать немного больший внешний диаметр режущего конца сверла, чем область за режущим концом. Например, спиральное сверло может иметь внешний диаметр режущего конца примерно на 0,05 мм больше, чем внешний диаметр сверла вдали от режущего конца, обеспечивая, таким образом, зазор за режущим концом. В этом отношении диаметр 50 ленточки проходит по всей длине рабочей части 25 головки и остается по существу постоянным.

[0016] Следует отметить, что согласно фиг.2 диаметр MD ленточки является наибольшим диаметром не только рабочей части 25 головки, но и хвостовика 12, и оставшиеся части поверхности рабочей части 25 головки, и заостренные поверхности 14 имеют меньший диаметр, чем диаметр MD ленточки.

[0017] Режущая кромка 55А проходит внутрь от передней кромки 40А вспомогательной задней поверхности 37А рабочей части головки к внутреннему концу 57А.

[0018] Перемычка 60 образована линией 63, соединяющей внутренние концы 57А, 57В каждой режущей кромки 55А, 55В.

[0019] Следует отметить, что перемычка 60 образована режущей кромкой 55А и режущей кромкой 55В и поэтому не определяется как две части, связанные с симметрией рабочей части 25 головки.

[0020] При рассмотрении вдоль центральной оси 17 перемычка 60 образует угол А перемычки с линией 65В, проходящей радиально внутрь от передней кромки 40В вспомогательной задней поверхности 35В до средней точки 67 перемычки 63. Угол А перемычки составляет от 80 до 100°, предпочтительно составляет около 90°.

[0021] Как показано на фиг.2, перемычка 60 имеет S-образную форму с по существу прямой центральной частью 69 между изогнутыми концами 70А, 70В. Например, прямая центральная часть 69 перемычки 60 имеет длину 0,25 мм для сверла, имеющего внешний диаметр от 12 до 13 мм.

[0022] Как показано на фиг.2, перемычка 60 переходит в режущие кромки 55А, 55В с изогнутыми концами 70А, 70В. Эти изогнутые концы 70А, 70В имеют радиус 0,4-1,5 мм для внешнего диаметра от 12 до 32 мм.

[0023] Подточка 75А (фиг.3) проходит вверх от канавки 30А до перемычки 60 и, в одном варианте осуществления, образует положительный передний угол R при перемычке 60, составляющий от 2 до 10°.

[0024] Между основной ленточкой 47А и дополнительной ленточкой 49А находится углубление 78А, образованное диаметром зазора CD между противоположными углублениями 78А, 78В, который меньше, чем диаметр MD ленточки.

[0025] Область между вспомогательной задней поверхностью 35А и перемычкой 60, как правило, относится к задней поверхности 80А. Обычно, задняя поверхность 80А сходится с вспомогательной задней поверхностью 35А с образованием кромки. Однако для улучшения прочности, долговечности и для уменьшения до минимума разрушения/вырывания на выходе хрупких материалов, таких как чугун, между вспомогательной задней поверхностью 35А и задней поверхностью 80А можно предусмотреть фаску 82А. Фаска 82А может образовывать угол СА фаски от 70 до 90° (фиг.4) с центральной осью 17.

[0026] Как показано на фиг.1, режущий инструмент представляет собой сборное спиральное сверло, имеющее хвостовик 12, с размещенной на нем головкой 15. Однако также возможно и легко предсказуемо то, что рабочая часть 25 головки может представлять с хвостовиком 12 единое целое, образуя тем самым цельное сверло.

[0027] Также следует отметить, что далее описано спиральное сверло, имеющее винтовые канавки. Настоящее изобретение применимо также к спиральным сверлам, имеющим прямые канавки.

[0028] Как показано на фиг.3, головка 15 может закрепляться между заостренными поверхностями 14А, 14В хвостовика 12 разными способами. В варианте осуществления, показанном здесь, рабочая часть головки, противоположная режущему концу 20, как показано на фиг.1А, представляет собой высверленное вдоль центральной оси 17 отверстие 85 с резьбой для соединения с соответствующим болтом 105, имеющим головку 107, упирающуюся во внутренний выступ 109 внутри хвостовика 12. Следует отметить, что специалистам в области металлорежущих станков известны и другие способы закрепления головки 15 на хвостовике 12 (включая заостренные поверхности 14, но не ограничиваясь ими), которые упруго прижимают головку 15 к хвостовику 12.

[0029] Конфигурация хвостовика 12 в области головки 15 является такой, что при установке головки 15 в хвостовик 12 профиль хвостовика 12 соответствует профилю головки 15, как показано на фиг.1, так, что соединение кажется единым целым, имеющим сплошные поверхности.

[0030] Следует отметить, что режущий инструмент 10 может иметь каналы 110 для смазочно-охлаждающей жидкости, проходящие по длине хвостовика 12, в которые подается смазочно-охлаждающая жидкость у основания 13 хвостовика. Кроме того, как показано, хвостовик 12 имеет лапку 11, закрепляемую в шпинделе (не показан), используемом для придания вращения режущему инструменту 10. Хвостовик 12 может быть закреплен в шпинделе любым из множества различных способов, известных специалистам в области изготовления сверл.

[0031] Рабочая часть 25 головки может выполняться из твердого цементированного карбида, такого как карбид вольфрама, карбид титана или TiC-TiN. Обычно рабочая часть 25 головки может выполняться из твердого износостойкого материала, такого как один из материалов, покрытых тугоплавким слоем цементированного карбида, которые хорошо известны в уровне техники. Из-за расходов, связанных с карбидными инструментами, существует возможность, хоть вероятность и невелика, выполнить рабочую часть 25 головки и хвостовик 12 из карбидных материалов, и более вероятно будет выполнить рабочую часть 25 головки из карбидных материалов, а хвостовик 12 из стали для металлорежущих станков.

[0032] Конструкция режущего инструмента в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает лучшие результаты по сравнению с другими режущими инструментами. В соответствии с прямотой отверстия были проведены испытания с использованием сборного спирального сверла, имеющего диаметр 12,5 мм, угол при вершине 140° и угол винтовой канавки 30°, для сверления глухих отверстий, имеющих глубину 125 мм. Заготовка была выполнена из серого чугуна класса 40, и сверло продвигалось со скоростью 198 мм в минуту и на 0,35 мм при каждом обороте. Кроме этого, смазочно-охлаждающая жидкость подводилась к заготовке через внутренние каналы в хвостовике сверла.

[0033] При таких условиях были достигнуты следующие результаты.

[0034] Случай 1. Сверло с одной ленточкой, имеющее угол перемычки 60°, достигло прямоты отверстия 0,15 мм.

[0035] Случай 2. Сверло с одной ленточкой, имеющее угол перемычки 90°, достигло прямоты отверстия 0,13 мм.

[0036] Случай 3. Сверло с двойной ленточкой, имеющее угол перемычки 60°, достигло прямоты отверстия 0,11 мм.

[0037] Случай 4. Сверло с двойной ленточкой, имеющее угол перемычки 90°, в соответствии с настоящим изобретением, достигло прямоты отверстия 0,04 мм. Эти неожиданные результаты показывают превосходство конструкции в соответствии с настоящим изобретением.

[0038] Угол перемычки также способствует уменьшению до минимума «увода» сверла по заготовке. В частности, для сверла, имеющего угол перемычки 60°, погрешность местоположения отверстия относительно намеченного места составила 0,0042 мм, а погрешность местоположения отверстия при использовании сверла, имеющего угол перемычки 90°, составила 0,003 мм.

[0039] Как видно, сверло, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, дало не только неожиданные результаты, но и превосходящие результаты по сравнению с другими конструкциями.

[0040] В результате конструкции сверла, описанной здесь, в течение процесса сверления силы, производимые перемычкой, встречают реактивные силы на ленточках от стенки отверстия вдоль того же направления/линии. Это уменьшает до минимума дисбаланс сил или моментов, действующих на сверло, и таким образом уменьшается склонность сверла к уводу и обеспечивается прямота отверстия и точное расположение отверстий. Эта особенность сверла является очень выгодной при работе с гетерогенным материалом, таким как серый литейный чугун, известный трудностью поддержания прямоты отверстия при работе с ним. Угол перемычки, как описано здесь, обеспечивает более превосходящую прямоту отверстия в сочетании с двойными ленточками, где дополнительные ленточки служат для уравновешивания любых отклоняющих сил. Как показано в описанных выше случаях, имеется 50% улучшение прямоты отверстия при использовании сверла с двойными ленточками и при измененном угле перемычки с 60° на 90°. Кроме того, погрешность местоположения отверстия снижается примерно на 25% при использовании сверла, имеющего угол перемычки 90°, по сравнению со сверлом, в котором угол перемычки составляет 60°.

[0041] Несмотря на то что были подробно рассмотрены конкретные варианты осуществления изобретения, специалисты в данной области техники примут во внимание, что можно разработать различные изменения и альтернативы к этим деталям в свете общих вопросов настоящего описания. В настоящий момент предпочтительные варианты осуществления, описанные здесь, предназначены только для наглядности и не ограничивают объем изобретения, представленный во всей полноте приложенной формулой изобретения и любыми или всеми ее эквивалентами.

1. Головка, по существу, цилиндрического режущего инструмента, используемого для выполнения отверстия в заготовке, имеющая центральную ось и режущий конец, выполненная с возможностью вращения в направлении резания и содержащая:
рабочую часть с двумя диаметрально противоположными канавками с вспомогательными задними поверхностями между ними, причем каждая вспомогательная задняя поверхность имеет пару кромок, образованных в виде передней кромки и задней кромки, в зависимости от вращения инструмента,
основную ленточку и дополнительную ленточку, разнесенные друг от друга на каждой из вспомогательных задних поверхностей, причем основная ленточка примыкает к передней кромке, и ленточки имеют, по существу, постоянный диаметр ленточек по всей длине рабочей части,
режущую кромку, проходящую внутрь от передней кромки каждой вспомогательной задней поверхности к внутреннему концу,
перемычку, образованную линией, соединяющей внутренний конец каждой режущей кромки,
при этом, если смотреть вдоль центральной оси, перемычка образует угол перемычки с линией, проходящей радиально внутрь от передней кромки вспомогательной задней поверхности до средней точки перемычки, и угол перемычки составляет от 80 до 100°.

2. Головка по п.1, в которой угол перемычки составляет 90°.

3. Головка по п.1, в которой перемычка имеет S-образную форму с, по существу, прямой центральной частью и изогнутыми концами.

4. Головка по п.3, в которой прямая центральная часть перемычки имеет длину 0,25 мм для сверла, имеющего внешний диаметр от 12 до 13 мм.

5. Головка по п.1, в которой перемычка переходит в режущие кромки, и область перехода имеет радиус от 0,4 до 1,5 мм для внешнего диаметра от 12 до 32 мм.

6. Головка по п.1, в которой подточка проходит вверх от канавки к перемычке, при этом подточка образует положительный передний угол при перемычке.

7. Головка по п.1, в которой углубление между ленточками определено диаметром зазора, который меньше диаметра ленточки.

8. Головка по п.1, в которой основная ленточка примыкает к передней кромке вспомогательной задней поверхности, а дополнительная ленточка примыкает к задней кромке вспомогательной задней поверхности.

9. Головка по п.1, в которой основная ленточка примыкает к передней кромке вспомогательной задней поверхности, а дополнительная ленточка расположена на расстоянии от задней кромки в направлении, более близком к основной ленточке.

10. Головка по п.1, в которой задняя поверхность проходит между вспомогательной задней поверхностью и перемычкой, при этом между вспомогательной задней поверхностью и задней поверхностью имеется фаска.

11. Головка по п.10, в которой фаска образует с центральной осью угол от 70 до 90°.

12. Головка по п.1, в которой канавки выполнены винтовыми.

13. Головка по п.1, дополнительно содержащая спиральное сверло, имеющее хвостовик с концом, который вмещает головку.

14. Головка по п.1, в которой рабочая часть имеет высверленное отверстие с резьбой вдоль центральной оси для взаимодействия с соответствующим болтом хвостовика инструмента.

15. Вращательный режущий инструмент, содержащий головку на своем режущем конце, при этом головка имеет рабочую часть с двумя диаметрально противоположными канавками с вспомогательными задними поверхностями между ними, причем каждая вспомогательная задняя поверхность имеет пару кромок, образованных в виде передней кромки и задней кромки, в зависимости от вращения инструмента,
основную ленточку и дополнительную ленточку, разнесенные друг от друга на каждой из вспомогательных задних поверхностей, причем основная ленточка примыкает к передней кромке, и ленточки имеют, по существу, постоянный диаметр ленточек по всей длине рабочей части,
режущую кромку, проходящую внутрь от передней кромки каждой вспомогательной задней поверхности к внутреннему концу, и
перемычку, образованную линией, соединяющей внутренний конец каждой режущей кромки,
при этом, если смотреть вдоль центральной оси, перемычка образует угол перемычки с линией, проходящей радиально внутрь от передней кромки вспомогательной задней поверхности до средней точки перемычки, и угол перемычки составляет от 80 до 100°.

16. Инструмент по п.15, который имеет хвостовик, при этом рабочая часть головки выполнена с возможностью отсоединения от хвостовика.

17. Инструмент по п.16, в котором рабочая часть головки имеет высверленное отверстие с резьбой вдоль центральной оси для взаимодействия с соответствующим болтом хвостовика инструмента.

18. Инструмент по п.15, в котором рабочая часть головки выполнена за одно целое с хвостовиком инструмента.