СВЕРЛО И РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА ДЛЯ СВЕРЛА СО СТРУЖКОЛОМНЫМИ ВЫСТУПАМИ
DRILL BIT AND CUTTING PLATE FOR DRILL WITH CHIP BREAKER LEDGES

Уровень техники и раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к сверлам с режущими пластинами, а, более конкретно, к сверлам с режущими пластинами, имеющими стружколомы.
При операциях сверления важно иметь возможность удаления из формируемого в детали отверстия образующейся стружки. Удаление стружки облегчается, когда стружка образуется настолько мелкой, что может удаляться вверх по канавкам сверла. При сверлении относительно вязких материалов, например, низкоуглеродистой стали, и при сверлении многих типов нержавеющей стали и других сплавов стружка имеет тенденцию оставаться относительно длинной. Во время операций сверления чем более вязкий материал подвергается сверлению, тем длиннее образуется стружка. Поэтому желательно создать средство для обработки стружки, образующейся при сверлении, особенно при сверлении относительно вязких материалов.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения сверло содержит тело сверла, содержащее конец хвостовика и конец вершины; по меньшей мере две канавки, продолжающиеся от конца вершины к концу хвостовика; и гнезда для приема режущей пластины, расположенные на конце вершины каждой канавки; при этом периферийное гнездо расположено ближе к радиальной периферии тела сверла, чем к центральной оси тела сверла, а центральное гнездо расположено ближе к центральной оси тела сверла, чем к радиальной периферии тела сверла; периферийную режущую пластину, расположенную в периферийном гнезде, при этом периферийная режущая пластина имеет радиальную режущую кромку, продолжающуюся по существу в направлении радиуса тела сверла; центральную режущую пластину, расположенную в центральном гнезде, при этом центральная режущая пластина имеет радиальную режущую кромку, продолжающуюся по существу в направлении радиуса тела сверла, в котором периферийная режущая пластина содержит переднюю поверхность, содержащую множество стружколомных выступов, и первый угол, измеренный между линией, касательной к передним концам множества стружколомных выступов и центральной осью тела сверла, продолжающейся к концу хвостовика, является острым углом.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения периферийная режущая пластина для определенного сверла содержит переднюю поверхность с множеством стружколомных выступов, причем первый угол, измеренный между линией, касательной к передним концам множества стружколомных выступов, образует не равный нулю угол с соответствующей режущей кромкой периферийной режущей пластины.
Сверло согласно этому аспекту изобретения особенно полезно для эвакуации стружки, образованной во время операций сверления в относительно вязких материалах. Более конкретно, структура режущей пластины облегчает формирование сформированной или скрученной стружки, которую можно легче удалить через канавки сверла, чем длинную, прямую стружку. Такая конфигурация может уменьшить контакт между стружкой и поверхностью режущей пластины, может способствовать снижению температуры, поскольку температура стружки меньше передается на режущую пластину, уменьшению силы резания при сверлении и продлению срока службы инструмента.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А - вид сверху режущей пластины согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг.1В - сечение режущей пластины по фиг.1А по линии 1В-1В;
Фиг.1С - сечение режущей пластины по фиг.1А по линии 1С-1С;
Фиг.1D - сечение режущей пластины по фиг.1А по линии 1D-1D;
Фиг.2А - вид сверху режущей пластины согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг.2В - сечение режущей пластины по фиг.2А по линии 2В-2В;
Фиг.2С - сечение режущей пластины по фиг.2А по линии 2С-2С;
Фиг.2D - сечение режущей пластины по фиг.2А по линии 2D-2D;
Фиг.2Е - сечение режущей пластины по фиг.2А по линии 2Е-2Е;
Фиг.3А - вид сверху режущей пластины согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг.3В - сечение режущей пластины по фиг.3А по линии 3В-3В;
Фиг.3С - сечение режущей пластины по фиг.3А по линии 3С-3С;
Фиг.3D - сечение режущей пластины по фиг.3А по линии 3D-3D;
Фиг.3Е - сечение режущей пластины по фиг.3А по линии 3Е-3Е;
Фиг.4А-4C виды участка сверла по одному аспекту настоящего изобретения в разных положениях вращения, и
Фиг.4D - фрагмент фиг.4С в увеличенном масштабе.
Подробное описание изобретения
На фиг.1А-1D показана режущая пластина 21 согласно одному аспекту настоящего изобретения. Режущая пластина 21 содержит режущую кромку 23, имеющую концевой участок 25 и центральный участок 27. Эта режущая пластина далее содержит верхнюю поверхность 29 пластины, которая образована, по меньшей мере частично, режущей кромкой 23. Верхняя поверхность 29 содержит переднюю поверхность 31, расположенную внутри от режущей кромки 23. Режущая пластина 21, в частности, применяется в сверлах, таких как сверло, раскрытое в патенте US No. 7,677,845, столбец 1, строка 29 по столбец 4, строка 60, при этом эта часть включена в настоящее описание путем отсылки. Режущая пластина 21, однако, может применяться и в других операциях механической обработки.
Режущая пластина 21 содержит множество стружколомов 33 и 35, расположенных на верхней поверхности внутри от режущей кромки 23. Это множество стружколомов содержит по меньшей мере один стружколом 33, расположенный рядом с концевым участком 25 режущей кромки 23, и по меньшей мере один стружколом 35, расположенный рядом с центральной частью 27 режущей кромки. Центральный стружколом 35 обычно выступает на расстояние DC над центральной частью 27 режущей кромки 23, одинаковое с расстоянием DE, на которое концевой стружколом 33 выступает над концевой частью 25 режущей кромки. Центральный стружколом 35 обычно выступает на расстояние DCa над центральной частью 29а между режущей кромкой 23, которое больше расстояния DEa, на которое концевой стружколом 33 выступает над участком 29а. Участок 29а может быть выпуклым, вогнутым или плоским участком и может характеризоваться разными признаками например, находиться на конкретном расстоянии от режущей кромки или на конкретном расстоянии от верхней точки стружколома, или какими-либо физическими характеристиками, такими как высшая точка выступа или низшая точка углубления.
Режущая пластина 21 по этому аспекту настоящего изобретения особенно полезна для эвакуации стружки, сформированной во время операций сверления в относительно вязких материалах. Более конкретно, структура режущей пластины способствует формированию сформованной или скрученной стружки, которую можно легче удалять через канавки сверла, чем длинную прямую стружку. Такая конфигурация позволяет уменьшить контакт между стружкой и поверхностью режущей пластины 21, может способствовать поддержанию более низкой температуры, поскольку больше теплоты остается в стружке, уменьшить силы резания при сверлении и продлить срок службы инструмента. Режущие пластины 21' и 21», показанные на фиг.2А-3Е дают такие же преимущества.
Верхняя поверхность 29 может содержать посадочную поверхность 37, расположенную внутри от режущей кромки 23 между режущей кромкой и передней поверхностью 31. Посадочная поверхность может определять угол λ с плоскостью Р верхней поверхности 29, а передняя поверхность может определять главный передний угол Θ с плоскостью верхней поверхности. Угол λ посадочной поверхности обычно меньше главного переднего угла Θ, при этом главный передний угол типично равен прибл. 10°-20°, а угол посадочной поверхности типично равен прибл. от -5° до 5°.
Верхняя поверхность 29 типично содержит канавку 39, расположенную внутри от режущей кромки 23 и под режущей кромкой 23 в направлении D от верхней поверхности 29. Передняя поверхность 31 содержит по меньшей мере часть канавки 39. Концевой стружколом 33 и центральный стружколом 35 расположены на одной стороне канавки 39, а режуща кромка 23 и посадочная поверхность 37 расположены на противоположной стороне канавки.
Как показано в отношении режущей пластины 21 на фиг.1А-1D, режущей пластины 21' на фиг.2А-2D и режущей пластины 21» на фиг.3А-3Е, режущая пластина может содержать множество режущих кромок 23, 23' и 23». Для иллюстрации будет приведено описание режущей пластины 21 по фиг.1А-1D, однако следует понимать, что описание режущей пластины по фиг.1А-1D также относится и к режущим пластинам по фиг.2А-2D и 3А-3Е, за исключением особо оговоренных отличий. Каждая режущая кромка 23 одержит концевой участок 25 и центральный участок 27. Режущая пластина 21 содержит множество стружколомов, расположенных на верхней поверхности 29 внутри от каждой режущей кромки 23, при этом множество стружколомов содержит по меньшей мере один концевой стружколом 33, расположенный рядом с концевым участком 25 каждой режущей кромки, и по меньшей мере один центральный стружколом 27, расположенный рядом с центральным участком каждой режущей кромки. Режущая пластина 21 сможет быть квадратной и содержать четыре режущие кромки и четыре угла 43, однако режущая пластина может быть не квадратной и иметь меньше или больше четырех режущих кромок. Каждый концевой стружколом 33 может являться концевым стружколомом для двух соседних режущих кромок 23.
Центральный стружколом 35 может иметь длину большую в направлении длины режущей кромки, чем в направлении, перпендикулярном режущей кромке. Режущая кромка 23 может быть прямой. Центральный стружколом 35 может быть выпуклым в направлении, обращенном к режущей кромке 23. Кривизна центрального стружколома 35 может приблизительно повторять кривизну центрального сквозного отверстия Н в режущей пластине. Радиус выпуклой кромки центрального стружколома может быть меньше расстояния от центральной оси режущей пластины до выпуклой кромки центрального стружколома, а радиус внутренней, вогнутой кромки центрального стружколома может быть равен расстоянию от центральной оси режущей пластины до вогнутой кромки центрального стружколома.
Как показано на фиг.2А-2Е, режущая пластина 21' может содержать переднюю поверхность с одним или более промежуточным стружколомным выступом (например, 41а') между режущей кромкой 23' и центральным стружколомом 35'. Стружколомные выступы (например, 41а') отнесены от биссектрисы режущего угла и расположены между режущей кромкой, а центральный стружколом 35' может быть расположен ниже уровня режущей кромки 23' в направлении D от верхней поверхности. Стружколомные выступы могут быть расположены между концевым стружколомом 33' и центральным стружколомом 35'. Центральный стружколом 35' обычно проходит на большем расстоянии DCa над участком 29а между режущей кромкой 23' и верхней поверхностью, чем расстояние DEa на которое концевой стружколом 33' выступает над участком 29а'. Участок 29а' является выпуклым и может быть охарактеризован как верхняя точка стружколомного выступа.
Выступы могут иметь разные размеры и/или высоты, например, более мелкие на периферийной стороне режущей пластины, и более крупные на центральной стороне, когда пластина установлена на тело сверла. Как показано на фиг.2Е, выступы могут иметь разные высоты, например, меньшие на периферийном конце или стороне 25' соответствующей режущей кромки, и большие на другой стороне этой кромки, когда пластина установлена на тело сверла. Другими словами, по меньшей мере три выступа в множестве стружколомных выступов 41a', 41b', 41aa', 41bb',…, 41nn' могут иметь разные размеры и/или высоты.
Режущая кромка 23' периферийной режущей пластины 21' является обычно по существу прямой, если смотреть на режущую пластины вдоль центральной оси, как показано на фиг.2А, 4С и 4D. Линия L1, касательная к передним концам множества стружколомных выступов 41a' и 41b' образует ненулевой угол Δ с радиальной или соответствующей режущей кромкой 23'. Угол Δ можно выбрать в интервале от 0,5° до 5°. Стружколомные выступы 41а' и 41b' могут быть, но не обязательно, стружколомными выступами, ближайшими к углу 25 режущей пластины 21'.
Передняя поверхность периферийной режущей пластины 21 также может содержать второе множество стружколомных выступов 41aa', 41bb', …, 41nn'. Стружколомный выступ 41а' может отстоять от соответствующей режущей кромки 23' на меньшее расстояние, чем стружколомный выступ 41nn' на противоположном конце режущей кромки.
Квадратная режущая пластина 21» показанная на фиг.3А-3Е, также содержит режущую кромку 23» и концевые стружколомы 33» и центральные стружколомы 35». Режущая пластина 21» содержит четыре угла 43», а концевая часть 25» режущей кромки 23» содержит первую скошенную кромку 45» и вторую скошенную кромку 47» между первой скошенной кромкой и центральной частью 27» режущей кромки. Первая скошенная кромка 45» может иметь больший главный передний угол Θ1, чем главный передний угол Θ2 (фиг.3D) второй скошенной кромки 47. Главный передний угол Θ1 первой скошенной кромки 45» может быть больше на стороне 45а» первой скошенной кромки напротив второй скошенной кромки 47», чем на стороне 45b» первой скошенной кромки, ближайшей ко второй скошенной кромке. За счет создания описанной геометрии в связи с режущими пластинами по фиг.3А-3Е, включая разные передние углы Θ1 и Θ2, силы резания во время машинной обработки, в частности мягких материалов, можно уменьшить. В патенте США No. 6,039,515, который включен в настоящее описание путем отсылки, раскрываются режущие пластины с геометрией кромок, подобной описанной в связи с режущей пластиной 21» по фиг.3А-3Е, сверла, в которых используются такие режущие пластины, и применение таких режущих платин и сверл. Центральный стружколом 35» обычно проходит на большее расстояние DCa над участком 29а» между режущей кромкой 23», чем расстояние DEa, на которое концевой стружколом 33» проходит над участком 29а». Центральный стружколом 35» является необязательным и не показан на фиг.3С. Участок 29а» может быть вогнутым, выпуклым или плоским, и может характеризоваться разными признаками, например, может находится на конкретном расстоянии от режущей кромки или на конкретном расстоянии от верхней точки на стружколоме, или какими-либо физическими характеристиками, такими как вершина выступа или нижняя точка углубления.
Сверло 100 согласно одному аспекту изобретения показано на фиг.4А-4D и содержит тело 121 сверла с центральными гнездами, т.е., углублениями 123 для удержания центральных режущих пластин 21», относящихся к типу, показанному на фиг.3А-3Е, и периферийными гнездами, т.е., углублениями 125 (фиг.4С и 4D) для удержания периферийных режущих пластин 21', показанных на фиг.2А-2Е. Режущая пластина 21, показанная на фиг.1А-1 также является периферийной режущей пластиной и может использоваться вместо пластины 21' на фиг.4А-4D.
Тело 121 сверла содержит конец 127 хвостовика (фиг.4А) и конец 129 вершины, по меньшей мере две канавки 131 (фиг.4А-4В) и 133 (фиг.4С-4D), продолжающиеся от конца вершины до конца хвостовика. На конце вершины каждой канавки 131 и 133 расположены гнезда 123 и 125 для приема режущей пластины. Периферийное гнездо 125 расположен ближе к радиальной периферии тела 121 сверла, чем к центральной оси СА тела сверла, а центральное гнездо 123 расположено ближе к центральной оси тела сверла, чем к радиальной периферии тела сверла.
Периферийная режущая пластина 21', расположенная в периферийном гнезде 125 имеет радиальную режущую кромку, т.е., режущую кромку 23', продолжающуюся по существу в направлении радиуса тела 121 сверла. Центральная режущая пластина 23, расположенная в центральном гнезде 123, имеет радиальную режущую кромку, т.е., режущую кромку 23», продолжающуюся по существу в направлении радиуса тела 121 сверла
Периферийная режущая пластина 21' содержит переднюю поверхность, имеющую множество стружколомных выступов 41а'и 41b'. Как показано на фиг.4С и 4D первый угол Σ, измеренный между линией L1, касательной к передним концам множества стружколомных выступов 41а' и 41b', и центральной осью СА тела сверла, продолжающейся к концу 127 хвостовика, является острым углом. Периферийная режущая пластина 21' может быть индексируемой и может иметь квадратную базовую форму.
Центральная режущая пластина 21'' может быть индексируемой и иметь по существу квадратную базовую форму. Радиальная режущая кромка 23'' центральной режущей пластины содержит центральный участок 27'' и скошенные концевые компоненты 45'' и 47'' на противоположных сторонах от центрального компонента. Как показано на фиг.4А, 4С и 4D, участки радиальной режущей кромки 23» центральной режущей пластины 21'' могут быть расположены на противоположных сторонах центральной оси СА тела 121 свела. Типично на противоположной стороне центральной оси СА тела 121 сверла относительно центрального участка 27'' и компонента 45 скошенного конца расположен лишь компонент 47'' скошенного конца радиальной режущей кромки 23'' или его часть.
На фиг.4А и 4C-4D показано, что профиль, образованный радиальной режущей кромкой 23' периферийной режущей пластины путем вращения этой периферийной режущей пластины 21' вокруг центральной оси СА тела 121 сверла, перекрывает профиль, образованный радиальной режущей кромкой 23'' центральной режущей пластины 21'' путем вращения центральной режущей пластины вокруг центральной оси тела сверла.
Радиальная режущая кромка 23' периферийной режущей пластины 21' обычно является по существу прямой, если смотреть на режущую пластину вдоль центральной оси режущей пластины, как показано на фиг.2А, 4С и 4D. Как показано на фиг.2А, линия L1, касательная к передним концам множества стружколомных выступов 41а' и 41b', образует ненулевой угол Δ с радиальной режущей кромкой 23'. Расстояние между линией L1, касательной к передним концам множества стружколомных выступов 41а' и 41b', и радиальной режуще кромкой 23' периферийной режущей пластины 21' увеличивается с увеличением расстояния от центральной оси СА тела 121 сверла.
Передняя поверхность периферийной режущей пластины 21 может содержать второе множество стружколомных выступов 41аа', 41bb', …, 41nn'. Как показано на фиг.4С и 4D, второй угол β, измеренный между линией L2, касательной к передним концам второго множества стружколомных выступов 41аа', 41bb', …, 41nn', и центральной осью СА тела 121 сверла, продолжающейся к концу 127 хвостовика, является вторым острым углом, который больше, чем первый угол Σ. Второе множество выступов 41аа', 41bb', …, 41nn' расположено на большем расстоянии от центральной оси СА тела сверла, чем множество выступов 41a', 41b'. Вторая линия L2 может быть параллельной режущей кромке 23' или определять ненулевой угол с радиальной режущей кромкой, который меньше угла Δ.
В показанном варианте стружколомные выступы выступают из поверхности, являющейся продолжением передней поверхности 29', как лучше всего показано на фиг.2С так, что касательная или касательные к стружколомным выступам расширяются от режущей кромки 23' радиально наружу по существу от одного угла 25 до другого и, тес самым, направляют стружку во время сверления в нужном направлении.
Как показано на фиг.4С и 4D, периферийная режущая пластина 21' содержит осевую режущую кромку 23', продолжающуюся по существу в направлении центральной оси СА тела 121 сверла. Угол 25' на пересечении осевой режущей кромки 23' и радиальной режущей кромки 23' периферийной режущей пластины 21' образует радиально внешнюю крайнюю часть сверла и, поэтому, обычно образует диаметр отверстия, высверливаемого сверлом. Поскольку периферийная режущая пластина 21' обычно является индексируемой, осевая режущая кромка 23' и радиальная режущая кромка 23' периферийной режущей пластины обычно идентичны. Центральный стружколом 35' на передней поверхности периферийной режущей пластины 21' типично содержит центральный стружколомный выступ, расположенный относительно радиальной режущей кромки 23' внутри от множества стружколомных выступов 41а' и 41b' и внутри от второго множества стружколомных выступов 41аа', 41bb', …, 41nn'.
Таким образом, настоящее изобретение решает проблему плохого стружколомания, которая является широко распространенной проблемой при сверлении вязкой стали и нержавеющей стали. Плохое стружколомание обычно приводит к плохой чистоте поверхности, плохи допускам отверстия, и может привести к поломке сверла. Согласно настоящему изобретению предлагается решать эти проблемы за счет улучшения стружколомания. Множество стружколомных выступов расположено по существу на передней поверхности за режущей кромкой и посадочной поверхностью в направлении потока стружки. Касательная к передним концам стружколомных выступов образует острый угол с соответствующей режущей кромкой.
В настоящем описании применение таких терминов, как «включающий» является открытым и имеет такое же значение, что и «содержащий» и не исключает наличие других структур, материалов или действий. Аналогично, хотя использование таких терминов как «может» является свободным и отражает необязательность наличия структуры, материала и действия, отсутствие такого термина не указывает на то что структура, материал или действие являются существенными. Если структура, материал или действия считаются существенными, они так и идентифицируются.
Хотя выше был показан и описан предпочтительный вариант изобретения, следует понимать, что в него могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки объема, определяемого формулой изобретения.