[發明專利]一種鉆頭及其制造方法

有效

• 申請號: 201610390674.6
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN105921793B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 馮平法;張建富;王健健;吳志軍;郁鼎文
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23B51/00
• 分類號: B23B51/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司11018
• 代理人: 陳舒維,宋志強

技術領域

本發明涉及機械加工技術領域，特別涉及一種鉆頭及其制造方法。

背景技術

在機械加工技術領域中，孔是常需要加工的特征之一，通常采用空心鉆刀具進行加工。

在孔加工的過程中，容易出現鉆孔崩邊和撕裂缺陷，對產品的裝備的精度和使用性能均產生不利影響。特別是對光學玻璃、先進陶瓷及復合材料等硬脆材料，由于硬度高、斷裂韌性低，進行孔的機械加工時，特別容易出現鉆孔崩邊和撕裂缺陷。

現有技術中，采用減小壁厚的鉆頭進行孔的加工，采用此種方法，雖然能夠在一定程度上減小鉆孔崩邊和撕裂尺寸，但是，仍存在以下缺點：

第一、較小的壁厚刀具容易產生變形，增大了刀具的制造難度；

第二、較小的壁厚刀具強度低，加工時進給速度低，加工孔的效率低；

第三、較小的壁厚刀具剛度低，導致加工孔的圓柱度非常差。

有鑒于此，亟待提供一種結構優化的鉆頭，既能夠確保鉆頭的強度和剛度，又能夠有效的減小崩邊。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉆頭，通過對鉆頭結構的優化設計，能夠有效減小鉆孔時的崩邊尺寸，確保鉆頭的強度和剛度。本發明的另一目的還在于提供一種用于制造該鉆頭的制造方法。

本發明提供了一種鉆頭，所述鉆頭包括本體和形成于所述本體前端的刀頭，其中，所述刀頭包括：

刃部，所述刃部形成于所述刀頭的前端，且所述刃部的半徑小于所述本體的半徑，所述刃部的端面形成第一切削面；和

過渡部，所述過渡部形成于所述刃部與所述本體之間，所述過渡部具有適配所述刃部與所述本體間半徑差的躍階過渡面，所述躍階過渡面形成第二切削面。

可選地，所述刀頭的關鍵尺寸滿足如下要求：

kp^α(a+b)^2α-kp^αb^2α≤h+atanθ

θ≥θ₀

式中，a為所述刃部與所述本體的半徑之差，b為所述第一切削面的徑向尺寸，h為所述刃部的軸向長度，θ為所述第二切削面相比于所述第一切削面的傾斜角度，θ₀為不產生崩邊的臨界特征角。

可選地，所述臨界特征角滿足：

θ₀＝atan(kp^αa^2α-1)

式中，k和α為預定系數。

可選地，所述刀頭為與所述本體同軸設置的截錐，所述截錐的前端面形成所述第一切削面，所述截錐的錐面形成所述第二切削面。

可選地，所述刀頭為與所述本體同軸設置的圓柱體，所述圓柱體的前端面形成所述第一切削面，所述本體外緣至所述圓柱體外緣之間的環形端面形成所述第二切削面。

可選地，所述刃部為圓柱體，所述圓柱體的前端面形成所述第一切削面；所述過渡部為截錐，所述截錐的錐面形成所述第二切削面。

可選地，所述刀頭的表面、所述本體前部的表面鑲嵌磨粒。

可選地，所述刀頭和所述本體為同軸設置的空心體。

本發明還提供一種鉆頭的制造方法，包括以下步驟：

S1、確定樣本鉆頭的軸向切削力：

式中，p為樣本鉆頭的軸向切削力，c_i(i＝0,1,2,3)為預設系數，f_r為樣本鉆頭的進給速度，S為樣本鉆頭的主軸轉速，A為樣本鉆頭的振幅；

S2、確定樣本鉆頭的崩邊厚度：

d_t＝kp^αt^2α

式中，d_t為樣本鉆頭的崩邊厚度，p為樣本鉆頭的軸向切削力，t為樣本鉆頭的壁厚，k和α為預定系數；

S3、確定鉆頭的刀頭關鍵尺寸：

kp^α(a+b)^2α-kp^αb^2α≤h+atanθ

θ≥θ₀

式中，a為所述刃部與所述本體的半徑之差，b為所述第一切削面的徑向尺寸，h為所述刃部的軸向長度，θ為所述第二切削面相比于所述第一切削面的傾斜角度，θ₀為不產生崩邊的臨界特征角；

S4、制造滿足步驟S3中刀頭關鍵尺寸要求的鉆頭。

可選地，進一步確定步驟S3中臨界特征角：