專利名稱:用于高級材料的麻花鉆的制作方法
技術領域:
本發明涉及麻花鉆,且具體來說涉及適于鉆、尤其是手動鉆諸如碳纖維加強塑料(CFRP)或玻璃纖維加強塑料(GFRP)的復合材料的麻花鉆。
背景技術:
諸如CFRP和GFRP的含纖維的復合材料表現出特定挑戰,尤其是關于良好的孔質量方面的挑戰。此外,尤其在航空工業中,這些材料通常通過手動來鉆孔,而不是通過自動鉆孔,因為自動鉆孔設備的鉆臂可能無法觸及工件(例如部件或面板)。不像由計算機控制(B卩,鉆孔速度和鉆孔進給速率)的自動化鉆孔,手動鉆孔要求使用者控制速度和進給。因此,雖然在通過控制鉆孔速度和進給速率來進行自動鉆孔的情形中,可使得對工件(例如復合材料)的損壞適度,但是在手動鉆孔中,對工件的損壞取決于 操作者,即施加到工件的速度和進給。因此,手動鉆孔帶來了產生均勻的孔的困難不同使用者可能對工件施加不同水平的力且從而孔的質量會變化。手動鉆孔還更容易受“推動(push)”或“提拉(pull through) ”的問題的影響,由此在鉆孔過程中,在特定點處,鉆可能會對用戶施加軸向力。這來自于在鉆移動進入并穿過工件時鉆與工件的相互作用。這使得對于使用者來說難以控制鉆孔過程,并且這可導致降低的孔均勻度和孔質量。市場上可提供的所建議的用于在CFRP型材料等的情況下使用的鉆是鉆鉸復合刀具,尤其是四容屑槽的鉆鉸復合刀具。但是,這些鉆不能提供可變水平的推力和良好的出口孔(exit hole)質量。
發明內容
本文描述的鉆尋求解決上述問題。具體來說,本文描述的實施例改善了在對諸如CFRP和GFRP的含纖維的復合材料進行鉆孔時的推力和孔質量的問題。第一個提議是麻花鉆設有可變螺旋,該可變螺旋具有限定的起始螺旋角度和終點螺旋角度,其與主離隙角度和副離隙角度(re I iefangle )組合,使得麻花鉆適于使推力最小化,尤其是在用于對含纖維的復合材料進行鉆孔時,并且尤其是在用于手動鉆孔時。第二個提議是麻花鉆設有副橫刃,其與主離隙角度和副離隙角度組合,使得麻花鉆適于提供良好的孔質量,尤其是在用于對含纖維的復合材料進行鉆孔時,并且尤其是在用于手動鉆孔時。第三個提議是具有可變螺旋的麻花鉆用于鉆含纖維的復合材料。第四個提議是麻花鉆設有同時包括線性部分和可變螺旋部分的螺旋,且具有限定的起始螺旋角度和終點螺旋角度,其與副橫刃角度組合,使得麻花鉆適于提供良好的孔質量,尤其是在用于對含纖維的復合材料進行鉆孔時。接著討論了這些提議中的每一個提議。本文所使用的術語“向前”和“向后”僅旨在幫助理解麻花鉆的結構特征。在使用中,它們不意圖作為參考或是對麻花鉆的限制。關于第一個提議,當鉆含有纖維的復合材料時的推力問題通過組合多個鉆幾何特征,即具有特定起始角度和終點角度的可變螺旋,以及具有特定離隙角度的主刻面和副刻面(主間隙和副間隙或主離隙和副離隙(reliefs))而得以解決。第一方面中,本發明提供了麻花鉆,所述麻花鉆具有鉆柄,鉆體,鉆尖端,所述鉆尖端包括切削刀刃、在所述切削刀刃后面延伸的王刻面和在所述主刻面后面延伸的副刻面,其中,主刻面的離隙角度是5°至40°,優選地是10°至40°,而副刻面的離隙角度是10°至40° ;以及至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,所述容屑槽或每個容屑槽的螺旋角度從在鉆尖端處的25°至60°,優選地是40°至60°的起始螺旋角度減小到鉆體中的·0°至35°,優選地是O°至20°的終點螺旋角度。本發明人已經發現如上限定的可變螺旋與主刻面和副刻面的間隙的設置的組合顯著地降低了推力,尤其是在鉆含纖維的復合材料時。實際上,如本文所述,在鉆例如環氧基CFRP的含纖維的復合材料時,各實施例已經實現了良好的出口孔質量。實際上,該方面的麻花鉆適于對這樣的復合材料進行鉆孔。各實施例中,麻花鉆是復合麻花鉆。然而,麻花鉆可用于鉆其它材料,例如鋼和鋁。因此,螺旋是可變螺旋。即,螺旋角度從鉆尖端變化到鉆體。具體來說,在鉆尖端的螺旋角度(起始角度)相對大,在25°至60°,優選地是40°至60°,該角度降低到在鉆體中的0°至35°,優選地是0°至20°的較低值(終點角度)。具體來說,本發明人已經確認具有在鉆尖端處的25°至60°,優選地是40°至60°的起始螺旋角度,和在鉆體中的0°至35°,優選地是0°至20°的終點螺旋角度,尤其適于降低推力。較低的推力降低了脫層的風險并還降低了功率消耗。此外,相對大的起始角度有助于快速地與正被鉆孔的基底接合。實踐中,各實施例快速地且干凈地切入含纖維的復合材料。大的起始角度提供了低的切削阻力。相對較小的終點角度適當地增加切削阻力,且尤其關于手動鉆孔而言,優選地降低了“提拉”效應。特定的起始角度和終點角度的組合因此提供了具有尤其適于如本文所述的對復合材料進行鉆孔的特征。如本文所述,本發明已經發現了起始角度和終點角度的組合的寬范圍可在上面指定的范圍內使用,例如50°至10°、30°至10°、以及50°至30°,并且具有由這些實施例證明的有價值的實際優點。適當地,對于起始角度,上限是58° ,優選地是56° ,更優選地是55° ,更加優選地是54°,更加優選地是53°,更加優選地是52°,且最優選地是51°。某些實施例中,起始角度的上限是34°,優選地是32°,且最優選地是31°。適當地,對于起始角度,下限是42°,優選地是44°,更優選地是45°,更優選地是46 ° ,更優選地是47 ° ,更優選地是48 ° ,且最優選地是49 °。某些實施例中,對于起始角度,下限是26°,優選地是27°,更優選地是28°,更優選地是29°,且最優選地是30°。下限還可以是35°或40°。
對于起始角度,這些上限和下限值能以任何組合的形式出現在各實施例中。具體來說,優選的起始角度是45°至55°,優選地是48°至52°,更優選地是49°至51°,且最優選地是約50°。
適當地,對于終點角度,下限是2°,優選地是4°,更優選地是6°,更優選地是8。,且最優選地是9°。某些實施例中,尤其是適于自動鉆孔的麻花鉆的那些實施例中,通常,對于終點角度,下限顯著更大,優選地是15°,更優選地是20°,更優選地是22°,更優選地是24°,更優選地是26°,且最優選地是28°。適當地,對于終點角度,上限是34°,優選地是33°,更優選地是32°,且最優選地是31°。某些實施例中,對于終點角度,上限是20°,優選地是18°,且最優選地是16°。某些實施例中,尤其是適于手動鉆孔的麻花鉆的那些實施例中,通常,對于終點角度,上限顯著更小,優選地是14°,更優選地是13°,更優選地是12°,且最優選地是11°。對于終點角度,這些上限和下限值能以任何組合的形式出現在各實施例中。具體來說,優選的組合是0°至32°,更優選地是6°至32°,更優選地是8°至32°,且最優選地是9°至31°。另一優選的組合是0°至20°,更優選地是0°至18°,且最優選地是0°至16°某些實施例中,尤其是適于手動鉆孔的那些實施例中,優選地,終點角度是6°至12°,優選地是8°至12°,更優選地是9°至12°,更優選地是9°至11°,且最優選地是約 10。。某些實施例中,尤其是適于自動鉆孔的那些實施例中,優選地,終點角度是20°至35°,優選地是20°至35°,更優選地是25°至35°,更優選地是27°至33°,更優選地是28°至32°,更優選地是29°至31°,且最優選地是約30°。對于起始角度和終點角度,這些范圍和值能以任何組合的形式出現在各實施例中。優選實施例中,螺旋具有28°至52°的起始角度和8°至12°的終點角度。尤其優選的實施例具有(i)28°至32°或(ii)48°至52°中的任一起始角度;以及8°至12°的終點角度。優選實施例中,螺旋具有28°至52°的起始角度和8°至12°的終點角度。尤其優選的實施例具有約50°的起始角度和約10°的終點角度。其它具體優選實施例中,螺旋具有28°至32°的起始角度和8°至12°的終點角度。尤其優選的實施例具有約30°的起始角度和約10°的終點角度。其它具體優選實施例中,螺旋具有48°至52°的起始角度和28°至32°的終點角度。尤其優選的實施例具有約50°的起始角度和約30°的終點角度。優選地,螺旋角度從起始螺旋角度到終點螺旋角度降低至少5°,更優選地降低至少10°,更優選地降低至少15°,更優選地降低至少20°,更優選地降低至少25°,更優選地降低至少30°,且最優選地降低至少35°。具體來說,在適于手動鉆孔的實施例的情形中,合適地是,螺旋角度降低至少35°,優選地是至少38°,且優選地是約40°。這些實施例中,合適地是,螺旋角度不降低超過50°,優選地是不大于45°。
具體來說,在適于自動鉆孔的實施例的情形中,合適地是,螺旋角度降低至少15°,優選地是至少18°,且優選地是約20°。這些實施例中,合適地是,螺旋角度不降低超過40°,優選地不大于35°。各實施例中,螺旋角度從起始螺旋角度到終點螺旋角度連續地降低。由此,合適地,螺旋不包括任何螺旋角度不變化的線性部分。優選地,螺旋角度的變化率作為沿螺旋的距離的函數而連續地變化。由此,合適地是,螺旋不包括任何螺旋角度的變化率是恒定的任何部分。優選地,螺旋角度根據非線性函數,適當地是曲線函數,例如指數函數降低。尤其優選的是,螺旋角度根據樣條函數從起始螺旋角度到終點螺旋角度降低。合適地,樣條函數 是任何非線性樣條函數,例如指數函數、二次樣條函數或三次樣條函數。合適地,麻花鉆的前端變化,以適應螺旋角度的變化。例如,前端根據樣條函數變化。各實施例中,所述至少一個容屑槽包括螺旋角度不變化的一個或多個線性部分。即,容屑槽包括(i)螺旋角度不變化的線性部分,以及(ii)螺旋角度根據本文所述的那樣降低的可變或非線性部分。在容屑槽包括線性部分(螺旋角度是恒定的)的實施例中,適當地,該線性部分的長度是容屑槽的總長度的至少5%,更優選地是容屑槽的總長度的至少10%,更優選地是至少15%,且最優選地是至少20%。優選地,線性部分的長度不大于容屑槽的總長度的50%,優選地不大于容屑槽的總長度的40%,更優選地不大于容屑槽的總長度的30%,且最優選地不大于容屑槽的總長度的20%。適當地,該線性部分處在容屑槽的起始處(即在鉆尖端上)。優選地,容屑槽包括為線性部分的起始部分和為可變部分的終點部分。適當地,可變部分中,螺旋角度的變化率作為沿螺旋的距離的函數連續地變化。已經發現這有助于實現良好孔質量和降低推力。具體來說,適當地,大螺旋有助于產生良好孔質量,降低推力并形成優秀的孔尺寸。當麻花鉆包括更寬直徑的斜切部分(“倒角鉆”)時,更小的終點螺旋角度是尤其有效的,從而避免斜切部分的潛在弱化。已經發現主離隙和副離隙的設置對降低推力有貢獻。具體來說,已經發現如本文所描述的主離隙角度和副離隙角度的組合提供了尤其適于對復合材料進行鉆孔的推力。此外,已經發現主副離隙角度改善了鉆尖端處的熱釋放。已經發現當如本文所述的那樣鉆復合材料時,這有助于降低推力,而且還改善孔質量,尤其是出口孔質量。具體來說,發明人進行的實驗已經顯示出更少的復合材料基底的碎片被觀察到。優選地,主離隙角度是至少8°,優選地是至少10°,優選地是至少12°,且更優選地是至少14°。各實施例中,尤其是適于手動鉆孔的實施例中,主離隙角度適當地是至少15°,優選地是至少20°,更優選地是至少22°,更優選地是至少23°,且最優選地是至少24°。優選地,主離隙角度不大于35°,更優選地不大于30°,更優選地不大于28°,更優選地不大于27°,且最優選地不大于26°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,主離隙角度適當地不大于19°,更優選地不大于18°,更優選地不大于17°,且最優選地不大于16°。其它實施例中,主離隙角度不大于14°,更優選地不大于12°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,適當地,主離隙角度是11°至19°,優選地是12°至18°,更優選地是13°至17°,更優選地是14°至16°,且最優選地是約15°。各實施例中,尤其是適于手動鉆孔的實施例中,適當地,主離隙角度是21°至29°,優選地是22°至28°,更優選地是23°至27°,更優選地是24°至26°,且最優選地是約25°。各實施例中,適當地,主離隙角度是5°至16°,優選地是8°至12°,且最優選地是約10。。優選地,副離隙角度是至少12°,更優選地是至少14°,更優選地是至少15°,更優選地是至少16°,更優選地是至少17°,更優選地是至少18°,且最優選地是至少19°。·優選地,副離隙角度不大于35°,更優選地不大于30°,更優選地不大于28°,更優選地不大于26°,更優選地不大于25°,更優選地不大于24°,更優選地不大于23°,更優選地不大于22°,且最優選地不大于21°。各實施例中,具體是適于自動鉆孔的實施例或適于手動鉆孔的實施例,適當地,副離隙角度是15°至25°,優選地是16°至24°,更優選地是17°至23°,更優選地是18°至22°,更優選地是19°至21°,且最優選地是約20°。主離隙角度和副離隙角度的這些范圍和值(包括上限和下限)可以任何組合的形式在各實施例中出現。尤其優選的實施例中,尤其是適于手動鉆孔的那些實施例中,主離隙角度是23°至27°,且副離隙角度是17°至23°,且甚至更優選地是24°至26°和19°至21°。其它尤其優選的實施例中,尤其是適于自動鉆孔的那些實施例中,主離隙角度是13°至17°,且副離隙角度是18°至22°,且甚至更優選地是24°至26°和19°至21°。適當地,鉆僅具有2個容屑槽。但是,超過2個容屑槽也是可能的,例如3個或4個容屑槽。各實施例中,2個或3個容屑槽,優選地是僅2個或3個容屑槽是優選的。優選地,麻花鉆包括導引部。從而,各實施例中,鉆尖端包括導引部,其也稱為定中尖端。已經發現,導引部還改善麻花鉆性能,尤其關于推力方面。已經發現,當麻花鉆是手動鉆時,導引部尤其有效。導引部適當地有助于精確定位孔。出乎預料的是,本發明人發現具有至少2mm長的導引部是尤其有效的。優選地,導引部具有至少2. 5mm,優選地是至少3_的長度。尤其優選的導引部長度是2_至6mm,更優選地是2mm至5mm,更優選地是2. 5mm至5mm,更優選地是2. 5mm至4. 5mm,更優選地是
2.5mm至4mm,更優選地是2. 5mm至3. 5mm,且最優選地是約3mm。具體來說,已經發現延伸出來的導引部顯著地有助于均勻的孔的形成,尤其是手動鉆的孔。適當地,導引部的直徑是麻花鉆直徑的40%至60%,優選地是42%至52%,更優選地是44%至50%,更優選地是46%至48%,且最優選地是約47%。通常,麻花鉆直徑是在這一點(即鉆的最寬點)處測量到的通過鉆的邊界(如果有的話)的直徑。當鉆包括導引部時,鉆直徑還在鉆體的最寬部分處,通常是在鉆體的最前端處測量。在鉆體與導引部之間有過渡部分的各實施例中,鉆直徑是在鉆體的直接相鄰于過渡部分(即直接相鄰于第二斜切部分)處的直徑。
使麻花鉆具有導引部的另一優點是可重新研磨,以允許麻花鉆的重新使用。具體來說,包括導引部的鉆尖端可被重新研磨。由此,各實施例中,麻花鉆是可重新研磨的鉆。適當地,鉆能夠重新研磨至少兩次,例如兩次或三次。即,優選地,鉆可經受重新研磨至少一次,優選地是至少兩次。當具有導引部時,本發明人已經發現如果鉆設有雙斜切,則可實現性能上的進一步的改善,例如推力方面的改善。優選地,麻花鉆包括在導引部與鉆體之間的過渡部分,過渡部分具有在導引部后面延伸的第一斜切部分和在第一斜切部分后面延伸的第二斜切部 分。已經發現雙斜切的設置改善了鉆尖端和鉆體之間的切削過渡。優選地,過渡部分具有至少5mm的長度,更優選地是至少6mm,更優選地是至少7_,且最優選地是至少8_。過渡部分的長度是沿軸向的長度。優選地,過渡部分具有不大于25mm的長度,更優選地不大于22mm,更優選地不大于20mm,更優選地不大于18mm,更優選地不大于16mm,更優選地不大于14mm,更優選地不大于12mm,且最優選地不大于10mm。適當地,第一斜切部分具有至少3_,優選地是至少4_的長度。該斜切部分的長度是沿軸向的長度。適當地,第一斜切部分具有不大于20mm的長度,更優選地不大于15mm,更優選地不大于IOmm,更優選地不大于8mm,且最優選地不大于6mm。適當地,第一斜切部分具有4mm至6mm的長度,優選地是4. 5mm至5. 5mm,且最優選地是約5mm。適當地,第二斜切部分具有至少2mm,優選地是至少3mm的長度。該斜切部分的長度是沿軸向的長度。適當地,第二斜切部分具有不大于20mm的長度,更優選地不大于15mm,更優選地不大于IOmm,更優選地不大于8mm,且最優選地不大于6mm。適當地,第二斜切部分具有3mm至5mm的長度,優選地是3. 5mm至4. 5mm,且最優選地是約4mm。適當地,第一斜切部分的長度大于第二斜切部分的長度。優選地,第一斜切部分比第二斜切部分長至少10%,更優選地長至少15%,且最優選地長至少20%。但是,其它實施例中,第一斜切部分的長度可比第二斜切部分的長度短。尤其優選的實施例中,第一斜切部分具有約5mm的長度,而第二斜切部分具有約4mm的長度。各實施例中,第二斜切部分角度不大于80°。適當地,第二斜切部分角度是5°至15°,優選地是7°至13°,更優選地是8°至12°,更優選地是9°至11°,且最優選地是約10°。該斜切角度是由斜切的平面和平行于鉆軸線的平面形成的角度。各實施例中,第一斜切部分角度不大于80°。適當地,第一斜切部分角度是10°至20°,優選地是12°至18°,更優選地是13°至17°,更優選地是14°至16°,且最優選地是約15°。適當地,第一斜切部分角度大于第二斜切部分角度。優選地,第一斜切部分角度大于第二斜切部分角度至少20%,更優選地至少大30%,更優選地至少大40%,且最優選地大約50%。尤其優選的實施例中,第一斜切部分角度是約15°,而第二斜切部分角度是約10。。通過設置如本文所述的雙斜切,本發明人已經發現在手動鉆本文所述的復合材料時,可調節所受到的切削阻力,以降低或最小化快速進給或“推動”效應。具體來說,適當地,通過設置雙斜切提高了切削阻力,且這可抵消由從尖端(或第一斜切部分)和鉆體的過渡而導致的“推動”效應。各實施例中,增加切削阻力提供了更好的從導引部/第一斜切部分到鉆體的切削過渡,從而可進行平滑切削。這與突然“推動”相反,突然“推動”可能會在僅使用一個陡峭的斜切時出現。具體來說,在僅單個斜切存在時,要求陡峭的斜切角度,當鉆在工件上的接合從斜切移動到鉆直徑時,斜切處的陡峭的角度將導致鉆孔時的推動效應。某些實施例中,麻花鉆具有一個三斜切,即,第一、第二和第三斜切部分。已經發現對于更小直徑和更大直徑的鉆,尤其對于具有小于4mm或至少11. 5mm直徑的麻花鉆,這是·尤其有利的。適當地,鉆尖端包括橫刃。優選地,橫刃角度是100°至125°,更優選地是105°至 120。。各實施例中,尤其是適于手動鉆孔的實施例中,橫刃角度是105°至115°,更優選地是107°至113°,更優選地是109°至111°,且最優選地是約110°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,橫刃角度是110°至120°,更優選地是112°至119°,更優選地是114°至118°,更優選地是115°至117°,且最優選地是約116°。已經發現,如本文所述的相對較大的橫刃角度有助于降低推力。優選地,橫刃長度是O. 03mm至O. 15mm,更優選地是O. 05mm至O. 15mm,更優選地是O. 06mm至O. 14mm,更優選地是O. 07mm至O. 13mm,更優選地是約O. 08mm至O. 12mm,更優選地是約O. 09mm至O. Ilmm,且最優選地是約O. 1mm。已經發現,如本文所述的相對較小的橫刃長度有助于降低推力。在鉆僅具有兩個容屑槽時,上面的橫刃長度是尤其優選的。在鉆具有3個容屑槽的實施例中,優選的是橫刃長度是O. 03mm至O. 07mm,更優選地是O. 03mm至O. 06mm,且最優選地是O. 03mm至O. 05mm。優選地,鉆尖端包括副橫刃。本發明人已經發現,副橫刃令人意外地通過降低切削阻力而提供了切削動作方面上的改善。這在手動鉆孔中是尤其有利的。適當地,副橫刃角度大于橫刃角度,優選地大至少20%,更優選地大至少30%,更優選地大至少35%,且最優選地大至少40%。優選地,副橫刃角度是至少120°,更優選地是至少125°,且最優選地是至少130。。各實施例中,尤其是適于手動鉆孔的實施例中,優選地,副橫刃角度是至少142°,更優選地是至少144° ,更優選地是至少145° ,更優選地是至少146° ,更優選地是至少147°,更優選地是至少148°,且最優選地是至少149°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,優選地,副橫刃角度是至少132°,更優選地是至少134°,更優選地是至少135°,更優選地是至少136°,更優選地是至少137°,更優選地是至少138°,且最優選地是至少139°。優選地,副橫刃角度不大于170°,最優選地不大于160°。各實施例中,尤其是適于手動鉆孔的實施例中,優選地,副橫刃角度不大于158°,更優選地不大于156° ,更優選地不大于155° ,更優選地不大于154° ,更優選地不大于153°,更優選地不大于152°,且最優選地不大于151°。
各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,優選地,副橫刃角度不大于148°,更優選地不大于146° ,更優選地不大于145° ,更優選地不大于144° ,更優選地不大于143° ,更優選地不大于142° ,且最優選地不大于141°。對于副橫刃角度,這些值(上限和下限)能以任何組合的形式出現在各實施例中。適當地,副橫刃是120°至170°,優選地是130°至160°,且最優選地是135°至155。。各實施例中,尤其是適于手動鉆孔的實施例中,優選地,副橫刃角度是140°至165°,優選地是140°至160°,更優選地是145°至155°,更優選地是147°至153°,優選地是148°至152°,更優選地是149°至151°,且最優選地是約150°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,優選地,副橫刃角度是130°至155°,優選地是130°至150°,更優選地是135°至145°,更優選地是137°至143°,更優選地是138°至142°,更優選地是139°至141°,且最優選地是140°。如本文所述的,通過設置副橫刃,本發明人已經發現本文描述的復合材料中,孔質量,尤其是出口孔質量可顯著地得到改善。具體來說,已經發現,設置大副橫刃角度例如通過降低切削阻力而改善了鉆的切削動作。適當地,鉆尖端包括2個或更多個切削刀刃(例如2、3、4、5、或6個切削刀刃)。優選地,僅有兩個切削刀刃,即主切削刀刃和副切削刀刃。例如,圖I中示出的主切削刀刃和副切削刀刃形成鉆尖。術語“鉆尖”和“鉆尖角度”對于本領域的技術人員來說是熟悉的,因為通常鉆尖角度被認為是正的。例如,本發明的實施例的鉆尖角度顯示為圖I中的特征12。毫無疑問,鉆尖角度是主切削刀刃和副切削刀刃之間的在平行于鉆軸線和平行于兩個切削刀刃的平面上投影的夾角。適當地,鉆具有至少80°的鉆尖角度,優選地是至少82°,更優選地是至少84°,更優選地是至少85°,更優選地是至少86°,更優選地是至少87°,更優選地是至少88°,且最優選地是至少89°。適當地,鉆具有不大于140°的鉆尖角度,優選地不大于130°,更優選地不大于120° ,更優選地不大于115° ,更優選地不大于110° ,更優選地不大于105° ,更優選地不大于100° ,更優選地不大于98° ,更優選地不大于96° ,更優選地不大于95° ,更優選地不大于94° ,更優選地不大于93° ,更優選地不大于92° ,且最優選地不大于91°。對于鉆尖角度,這些值(上限和下限)能以任何組合的形式出現在各實施例中。尤其優選的鉆尖角度是80°至140°,更優選地是80°至130°,更優選地是80°至120°,更優選地是80°至110°,更優選地是85°至110°,更優選地是85°至105°,更優選地是85°至100°,更優選地是85°至95°,更優選地是86°至94°,更優選地是87°至93°,更優選地是88°至92°,更優選地是89°至91°,且最優選地是約90°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,鉆尖角度是80°至90°,更優選地是82°至88°,更優選地是83°至87°,更優選地是84°至86°,且最優選地是約85。。本發明人已經發現本文所述的鉆尖角度有助于降低推力和/或產生良好的出口孔質量。適當地,鉆尖端在切開(splitting)或薄鉆心(thinning)處具有至少3°的軸向前角,優選地是至少4°,更優選地是至少5°,更優選地是至少6°,更優選地是至少7°,更優選地是至少8°,且最優選地是至少9°。適當地,前角不大于20° ,youx地不大于15° ,更優選地不大于14° ,更優選地不 大于13°,更優選地不大于12°,且最優選地不大于11°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,軸向前角不大于10°,更優選地不大于8° ,且最優選地不大于6°。尤其優選的軸向前角是3°至15° ,更優選地是4°至15° ,更優選地是5°至15°,更優選地是6°至15°,更優選地是7°至13°,更優選地是8°至12°,更優選地是9°至11°,且最優選地是約10°。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,軸向前角是3°至11°,更優選地是4°至8°,更優選地是4°至6°,且最優選地是約5°。本發明人已經發現如本文所述的前角可降低或最小化在切削過程中產生的熱量,由此有助于良好質量出口孔的形成。各實施例中,麻花鉆包括退刃離隙(back edge relief)。即,有容屑槽的刃帶的向后(退刃)部分被移除,從而提供離隙。圖6的特征220是退刃離隙的示例。已經發現這在鉆孔過程中有助于麻花鉆的冷卻且尤其防止復合材料的過熱以及因此復合材料的熔化。尤其優選的是在具有至少7. 8mm (例如7. 8mm至15mm)直徑的麻花鉆上設置退刃離隙。適當地,麻花鉆具有與每個有容屑槽的刃帶相關聯,通常與每個切削刀刃相關聯的退刃離隙。因此,適當地,在有2個或3個切削刀刃時,有2個或3個退刃離隙,一個退刃離隙與每個切削刀刃相關聯。在具有過渡部分(包括例如一個、兩個或三個斜切部分)時,優選的是退刃離隙延伸超過過渡部分(斜切部分)進入鉆體。例如,退刃離隙可延伸進入鉆體2mm至12mm,優選地是6mm至IOmm,更優選地是8mm至9mm。各實施例中,尤其是適于自動鉆孔的實施例中,鉆體包括相鄰于鉆柄的更寬直徑部分。由此,適當地,鉆體包括第一部分和相鄰于鉆柄的第二部分,其中,第二部分的直徑大于第一部分的直徑。適當地,鉆體包括在第一部分和第二部分之間的斜切部以提供第一部分和第二部分之間的平滑過渡。本領域中,具有這樣的斜切部的更寬直徑部分可以稱為斜切部分,而包括這樣的特征的鉆可稱為倒角鉆。適當地,容屑槽延伸入第二直徑部分或更寬直徑部分。適當地,如本文所述,容屑槽的在第二部分或更寬直徑部分中的那一部分是可變螺旋。
鉆可包括右旋或左旋螺旋。右旋螺旋是優選的。優選地,該鉆是手動鉆。優選地,麻花鉆具有范圍在Imm至50mm,優選地I至20mm,更優選地Imm至15mm,且最優選地2mm至15mm的直徑。適當地,對于具有6. 5mm或更大(例如6. 5mm至15mm)直徑的麻花鉆,起始螺旋角度小于40°,優選地范圍在28°至32°內;而終點螺旋角度范圍在0°至20°內,優選地是8°至12°。適當地,螺旋角度減小至少10°,優選地是至少15°。適當地,麻花鉆具有3個容屑槽,優選地是至少3個容屑槽。 適當地,對于具有小于6. 5mm (例如2mm至〈6. 5mm)直徑的麻花鉆,起始螺旋角度小于40°,優選地范圍在48°至52°內;而終點螺旋角度范圍在0°至35°內,優選地是
8。至12°。適當地,螺旋角度減小至少20°,優選地是至少30°,且最優選地是至少35°。適當地,麻花鉆僅具有2個容屑槽。優選地,該麻花鉆由碳化物制成。優選的碳化物是碳化鶴(WC)。另一優選的碳化物是無粘結劑的碳化物。構成的可選材料包括高速鋼(HSS)、HSCo和HSCoXP、氮化硅和P⑶(多晶金剛石),或上述的組合(例如安裝在金屬或碳化物基底上,例如安裝在HSS或碳化物基底上的PCD),以及任何浸潰金剛石基底,諸如碳化鎢和碳化硅基底。在碳化物麻花鉆情形中,優選地,碳化物是硬質合金。適當地,金屬基質是鈷。SP,鈷碳化物。優選地,該麻花鉆由鈷碳化鎢制成。尤其優選的鈷濃度是基于總的硬質合金的重量的3重量%至10重量%,更優選地是5重量%至7重量%,且最優選地是約6重量%的鈷。其它實施例中,優選地是10重量%。優選地,該麻花鉆是涂層的。麻花鉆可以局部地或完全地涂層。優選地,涂層是耐磨涂層,適當地具有比未涂覆的刀具低的摩擦系數。適當的涂層包括金屬氮化物基涂層(例如TiN、AlxTiyN等)、金屬氧化物基涂層(例如AlxO、AlxCryO等)、碳化物基涂層(例如DLC、金剛石涂層等)及上述的組合。優選的是金剛石涂層。其它實施例中,鉆是光的(未涂層)。不想受限于理論,本發明人相信通過降低在鉆孔處的熱的產生和/或積聚(至少部分地)實現了本文所指的孔質量方面上的改善。過度的熱導致復合材料的基質(通常是樹脂基質)軟化或熔化,這又使得復合材料中的纖維移動或甚至與基質分離。該過程可導致對纖維的損壞和對復合材料的磨損。關于疊層材料,這還可導致脫層。例如,本發明人已經發現通過使用如本文所描述的主副離隙角度,可釋放顯著量的熱。實際上,如下面更詳細地討論的,本發明的實施例需要僅僅低推力,由此降低材料脫層的出現和降低功率消耗。此外,已經實現了優秀的入口孔質量和出口孔質量,尤其在切削CFRP時,其中CFRP具有斜紋纖維或單向纖維布置,以及在切削在出口面上具有玻璃布的材料時。這對本領域是尤其重要的貢獻,因為單向型材料和在出口面上具有玻璃布的材料是眾所周知難以進行鉆孔且利用常規鉆通常是差的孔質量。關于第二個提議,孔質量的問題,尤其是出口孔質量通過組合多個幾何特征,即具有大副橫刃角度的副橫刃和具有特定離隙角度的主副刻面而得以解決。
第二方面中,本發明提供了一種麻花鉆,包括鉆柄,鉆體,鉆尖端,以及至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,該鉆尖端包括切削刀刃,在切削刀刃后面延伸的主刻面,
在主刻面后面延伸的副刻面,其中,主刻面的離隙角度是5°至40°,優選地是10°至40°,而副刻面的離隙角度是10°至40° ;橫刃,以及副橫刃,其中,副橫刃角度是120°至170。。如本文所限定的副橫刃和主副離隙的組合賦予鉆在鉆本文所述的復合材料時尤其良好的性能。實際上,該方面的鉆適于鉆含纖維的復合材料,例如CFRP和GFRP。然而,鉆可用于鉆其它材料,例如鋼和鋁。該鉆的具體優點是可實現良好孔質量,尤其出口孔質量。實際上,本發明人已經發現副橫刃和主副離隙的組合協作,從而降低切削溫度。具體來說,通過緩和切削溫度,可保持復合材料的基質(通常是樹脂)的整體性。這適當地避免利用常規鉆時常常觀察到的纖維損壞和差質量孔。與第一方面相關聯的可選和優選的特征也適用于該方面。具體來說,適當地,該容屑槽或每個容屑槽的螺旋角度從在鉆尖端的25°至60°,優選地40°至60°的起始螺旋角度降低到在鉆體中的0°至35°,優選地0°至20°的終點螺旋角度。優選地,鉆具有如本文所定義的導引部。具體來說,優選地,該鉆具有如本文所限定的第一斜切部分和第二斜切部分,可選地還有如本文所限定的第三斜切。具體來說,優選地,該鉆具有如本文所限定的鉆尖角度。具體來說,優選地,該鉆具有如本文所限定的軸向前角。第三方面中,本發明提供了一種麻花鉆,具有鉆柄,鉆體,具有鉆尖端的導引部,鉆尖端包括切削刀刃,在切削刀刃后面延伸的主刻面,在主刻面后面延伸的副刻面,其中,主刻面的離隙角度是5°至40°,優選地是10°至40°,而副刻面的離隙角度是10°至40° ;以及橫刃和副橫刃,該副橫刃角度是120°至170° ;以及至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,所述容屑槽或每個容屑槽的螺旋角度從在鉆尖端處25°至60°,優選地40°至60°的起始螺旋角度到鉆體中的0°至35°,優選地0°至20°的終點螺旋角度。
與第一方面相關聯的可選和優選的特征也適用于該方面。第四方面中,本發明提供了鉆含纖維的復合材料的方法,其中,該方法包括使用根據第一、第二或第三方面中的任一方面的麻花鉆鉆復合材料的步驟。適當地,復合材料由基質制成,諸如塑性材料(例如聚合物),陶瓷或金屬基質,其由例如碳纖維或玻璃纖維的含纖維材料加強。適當地,復合材料包括塑性材料基質,優選地是聚合物基質,適當地是樹脂基質。尤其優選的基質選自聚酯,環氧樹脂和雙順丁烯二酰亞胺(BMI )。尤其優選地是環氧樹脂基質。適當地,纖維(其通常起到含纖維加強件的作用)是無機纖維或有機纖維。尤其優選的是玻璃纖維和碳纖維。適當地,復合材料是碳纖維加強塑料(CFRP)或玻璃加強塑料(GFRP)。·復合材料可以是疊層材料,或形成疊層材料的一部分。疊層材料可以包括一個或多個金屬層、玻璃布層、涂料和銅網。這些層可以是裝飾層。例如,疊層材料可以是CFRP/AI材料,即包括一層或多層CFRP層或多層Al層。對這種材料的鉆孔也稱為層疊鉆孔。可由干材料或預先浸潰材料制造疊層材料。復合材料纖維可以是連續的或切碎纖維。制造這種材料的方法包括真空袋成型、高壓釜處理、樹脂傳遞成型和手編。本發明的麻花鉆還尤其可適于用于包括多于兩層,例如三層、四層、五層或六層的疊層。在這方面,參考的疊層材料包括參考CFRP疊層等。例如,這種材料可通過在預先浸潰階段取纖維并使用最多到50層這種板層來制造(例如10mm) CFRP疊層。另一示例中,疊層由切碎纖維構成,并且雖然原則上沒有層,但是因為切碎纖維將被包含入軟樹脂中,該軟樹脂然后固化以形成CFRP材料,所以在本領域中仍稱為疊層。適當地,復合材料是航空器部件(例如,機翼或機身面板),風力渦輪機部件(例如風力渦輪機葉片或外殼),船舶部件或汽車面板(例如轎車車體面板)。實際上,本文所述的麻花鉆適于對包括含纖維的復合材料的任何工件進行鉆孔。其還可用在層疊鉆孔中,諸如CFRP/招,即CFRP/AI,CFRP/不銹鋼/Al等。另一示例是運動裝備,其中復合材料用于以低
重量提供高強度。優選地,鉆孔的步驟包括手動鉆孔。即,優選地,鉆孔不是自動鉆孔,例如使用在計算機控制下的機器人臂來執行的類型的自動鉆孔。手動鉆孔或手工鉆孔要求由使用者手工對準鉆和施加適當的力。通常使用便攜式(即手持)鉆孔工具來進行手動鉆孔,例如氣槍,動力工具,或甚至諸如Quackenbush鉆孔系統的半自動化鉆孔套件。與第一方面相關聯的可選和優選的特征也適用于該方面。第五方面中,本發明提供了根據第一、第二和第三方面中的任一方面的麻花鉆在手動對如本文所述的復合材料進行鉆孔的方法中的使用。如上面所解釋的,本文所述的麻花鉆適于手動鉆孔,且各實施例在更低的推力和減小的“推動”方面為使用者提供了顯著優點。與第一方面相關聯的可選和優選的特征也適合于該方面。第六方面中,本發明提供了重新研磨方法,包括重新研磨鉆的步驟,從而形成根據本發明的第一、第二和第三方面的麻花鉆。優選地,重新研磨的方法包括重新研磨鉆尖。在其中鉆包括導引部的優選實施例中,適當地,重新研磨的方法包括重新研磨導引部。包括本文所述的導引部的麻花鉆的具體優點在于當原始鉆尖已經變鈍時,新鉆尖可以被重新研磨。適當地,在同一鉆上,該重新研磨方法可進行兩次或更多次,例如三次。適當地,該方法包括重新研磨,如果有的話,一個或更多個橫刃(適當地,橫刃長度和/或橫刃角度),副橫刃(適當地,副橫刃角度),主離隙/間隙,副離隙/間隙和前角。優選地,所有的橫刃,副橫刃、主離隙/間隙、副離隙/間隙和前角都經受重新研
磨。 與第一方面相關聯的可選和優選的特征也適用于該方面。第七方面中,本發明提供了一種麻花鉆,該麻花鉆是第六方面的重新研磨方法的
女口
廣叩ο第八方面中,本發明提供了一種制造根據第一、第二和第三方面中的任一方面的麻花鉆的方法。適當地,該方法包括加工毛坯的步驟。可選地,該方法包括適當地通過將桿切削到所期望的長度,例如鉆的長度,從而從桿形成毛坯的方法。適當地,該毛坯設有倒錐。優選地,該方法包括研磨具有可變螺旋的至少一個容屑槽,通常是兩個容屑槽的步驟。適當地,該方法包括通過沿容屑槽或每個容屑槽形成鉆體間隙而產生刃帶(land)的步驟。適當地,毛坯設有導引部部分(例如直徑在鉆尖端出減小)。優選地,斜切部分形成在導引部部分(較窄的直徑部分)與毛坯的將變成鉆體(完整直徑部分)的那一部分之間。各實施例中,鉆體間隙形成在導弓丨部處。適當地,該方法包括形成第二斜切部分的步驟。優選地,對于第一斜切部分和第二斜切部分都形成鉆體間隙。適當地,該方法包括削尖的步驟,即形成鉆尖。優選地,該步驟包括形成主刻面和副刻面。適當地,形成主刻面,以便于產生橫刃,該橫刃優選地具有105°至125°的橫刃角度。適當地,形成主刻面,以便于具有5°至40°,優選地10°至40°的離隙角度(也稱為間隙或間隙角度)。適當地,形成副刻面,以便于具有10°至40°的離隙角度(也稱為間隙或間隙角度)。適當地,該方法包括深切(gashing)以形成軸向前角的步驟。適當地,該軸向前角是5°至15°。適當地,深切步驟形成O. 03mm至O. 15mm,優選地O. 05mm至O. 15mm的橫刃長度。其它方面的可選和優選的特征也適用于該方面。具體來說,在涉及麻花鉆本身的那些特征時,它們也適用于該方法,作為相應的方法步驟。 第九方面中,本發明提供了一種麻花鉆,該麻花鉆是第八方面的方法的產品。
第十方面中,本發明提供了一種鉆含有纖維的復合材料的方法,其中,該方法包括用麻花鉆對復合材料進行鉆孔的步驟,所述麻花鉆包括鉆柄,鉆體,鉆尖端,以及至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,所述容屑槽的螺旋角度從在鉆尖端處的起始螺旋角度到鉆體中的終點螺旋角度降低。適當地,復合材料是CFRP或GFRP。適當地,復合材料是如本文所述的航空器、船舶、車輛或風力渦輪機部件的一部分。適當地,起始螺旋角度和終點螺旋角度是如第一方面中描述的。與其它方面相關聯的可選和優選的特征也適用于該方面。關于第四個提議,本發明人已經確定有助于提供良好孔質量的特征的組合,尤其在鉆如本文所述的復合材料時,特別是對于自動鉆孔。具體來說,本發明人已經發現同時提供具有螺旋角度不變化的線性部分和螺旋角度變化的可變部分的容屑槽可改善孔質量,尤其是出口孔質量,特別是對于諸如CFRP等的復合材料。第十一方面中,本發明提供了一種麻花鉆,具有鉆柄,鉆體,鉆尖,其中,該鉆尖%5包括橫刃,以及副橫刃,其中,副橫刃角度是120°至170°,以及 至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,該容屑槽包括螺旋角度是基本恒定的線性部分和螺旋角度從起始可變螺旋角度到終點可變螺旋角度變化的可變部分。適當地,如本文所述,可變部分中的螺旋角度連續地變化。適當地,螺旋角度從起始螺旋角度降低到終點螺旋角度。適當地,優選地如本文所述的,線性部分的螺旋角度是25°至60°,優選地是
40。至 60°。適當地,對于第一方面的麻花鉆的起始螺旋角度,優選地如本文所述的,起始可變螺旋角度是25°至60°,優選地是40°至60°。適當地,對于第一方面的麻花鉆的終點螺旋角度,優選地如本文所述的,終點可變螺旋角度是0°至35°,優選地是25°至35°。適當地,可變部分是如本文所述的關于第一方面的可變螺旋。適當地,線性部分是如本文所述的關于第一方面的線性部分。適當地,副橫刃是如本文所述的關于第一方面的那樣。優選地,麻花鉆包括較寬直徑部分,適當地是如本文所述的關于第一方面的包括斜切的較寬直徑部分。第十二方面中,本發明提供了一種麻花鉆,具有鉆柄,
鉆體,鉆尖端包括切削刀刃,在切削刀刃后面延伸的主刻面,在主刻面后面延伸的副刻面,其中,主刻面的離隙角度是5°至40°,優選地是10°至40°,而副刻面的離隙角度是10°至40° ;以及橫刃和副橫刃,該副橫刃角度是120°至170° ;以及至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,該容屑槽包括螺旋角度是基本恒定的線性部分和螺旋角度從起始可變螺旋角度到終點可變螺旋角度變化的可變部分。·
適當地,其它方面,尤其是第一方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十三方面中,本發明提供了鉆含纖維的復合材料的方法,其中,該方法包括使用根據第十一或第十二方面中的麻花鉆對復合材料進行鉆孔的步驟。適當地,其它方面,尤其是第四方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十三方面中,本發明提供了根據第十一或第十二方面的麻花鉆在自動鉆如本文所述的復合材料的方法中的使用。適當地,其它方面,尤其是第五方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十四方面中,本發明提供了一種重新研磨方法,該方法包括重新研磨麻花鉆以便于形成根據第十一或第十二方面的麻花鉆的步驟。適當地,其它方面,尤其是第六方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十五方面中,本發明提供了一種麻花鉆,該麻花鉆是第十四方面的重新研磨方法的產品。適當地,其它方面,尤其是第七方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十六方面中,本發明提供了一種制造根據第十一或第十二方面的麻花鉆的方法。適當地,其它方面,尤其是第八方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十七方面中,本發明提供了一種麻花鉆,該麻花鉆是第十六方面的方法的產品。適當地,其它方面,尤其是第九方面的可選和優選的特征適用于該方面。第十八方面中,本發明提供了一種鉆含有纖維的復合材料的方法,其中,該方法包括用麻花鉆對復合材料進行鉆孔的步驟,所述麻花鉆包括鉆柄,鉆體,鉆尖端,以及至少一個從鉆尖端延伸到鉆體的容屑槽,其中,該容屑槽包括螺旋角度是基本恒定的線性部分和螺旋角度從起始可變螺旋角度到終點可變螺旋角度變化的可變部分。適當地,其它方面,尤其是第十方面的可選和優選的特征適用于該方面。任一方面的可選和優選的特征也可適用于其它方面的任一方面。此外,任一方面可與其它方面的一個方面或多個方面相組合。具體來說,關于產品(麻花鉆)中公開的特征也可適用于方法,作為相應方法步驟,并且反之亦然。
下面僅以示例性方式參照附圖描述示出本發明的優點和/或實施方式的本發明的實施例和實驗,附圖中圖I示出本發明的第一實施例的可變螺旋狀麻花鉆的側視圖;圖2示出圖I的麻花鉆的端部軸視圖;圖3示出圖I的麻花鉆的鉆尖端的放大圖;圖4A和4B示出本發明的一實施例中(4A)和市場上可提供的鉆(4B)在CFRP材料中的出口孔質量測試的結果;
圖5示出本發明的第二實施例的具有恒定螺旋部分的可變螺旋狀麻花鉆的側視圖;圖6示出本發明的另一實施例的可變螺旋狀麻花鉆的側視圖;以及圖7A和7B示出圖5的實施例(7A)和圖6的實施例(圖7B)在CFRP中的出口孔質量測試的結果。
具體實施例方式圖I示出本發明的麻花鉆2。鉆包括鉆柄(未示出)、鉆體4和鉆尖端6。兩個螺旋形容屑槽從鉆尖端延伸到鉆體。螺旋角度在螺旋的起始處相對較大,為50°,而在螺旋的結束處相對較小,為10°。其它角度也是可能的,例如對于起始角度是25°至60°,適當地是40°至60°,而對于終點角度是O°至35°。使用樣條函數來形成螺旋。樣條函數選擇成使得螺旋角度作為軸向距離的函數從螺旋在鉆尖端處的起始的變化是平滑的且連續的。這與螺旋角度的變化是階梯式的以使得在螺旋角度之間有過渡或臺階的常規可變螺旋鉆相反。相反,該實施例通過其螺旋角度的平滑和連續的變化而不具有任何這種臺階。這具有顯著的優點,即更有效地沿容屑槽移除和排出材料。容屑槽的寬度沿容屑槽的長度基本上恒定。鉆2還包括延伸導引部10。在導引部尖端處的主副切削刀刃(切削唇)形成鉆尖,其具有90°的鉆尖角度12。其它鉆尖角度也是可能的,例如80°至140°。鉆2包括在相對較窄導引部10與較寬鉆體4之間的漸進過渡。雙斜切用于降低推力并提高切削阻力,以抵消在切削過程中在斜切與鉆體之間的過渡點處出現的推動效應。具體來說,鉆2包括具有15°角度和5mm長度的第一斜切14和具有10°角度和4mm長度的第二斜切16。如本文所述的,其它斜切角度和長度也是可能的。實際上,其它斜切(即第三、第四等斜切)也是可能的。導引部的直徑是鉆直徑的47%。如本文所解釋的,鉆直徑是在鉆的最寬點處測量到的,其在該情形中是鉆體4的與第二斜切16緊鄰的最前面部分。延伸的導引部的從緊鄰于第一斜切14的最前面部分的點到緊鄰于該鉆尖(但不包括該鉆尖)的點測量到的長度為3mm。其它導引部長度也是可能的,例如2mm至6mm。該延伸的導引部可以被重新研磨,由此允許同一鉆的多次使用。實際上,可能多達三次重新研磨,相比于購買新的鉆來說,對于最終用戶這象征著可觀的成本和材料節省。圖2示出鉆2的軸視圖。橫刃20具有O. Imm長度和110°的橫刃角度22。如本文所述的,其它橫刃角度和橫刃長度也是可能的。鉆2的使得該鉆在鉆含有纖維的復合材料時尤其有效的特征是第二橫刃。此外,副橫刃角度24較大,為150°。其它副橫刃角度也是可能的,例如120°至170°。圖3示出鉆尖端6且尤其是導引部10的放大視圖。該鉆尖的主副切削刀刃設有主離隙30 (也稱為主刻面或主側面間隙)和副離隙32 (也稱為副刻面或副側面間隙)。對應的離隙角度(也稱為間隙)分別是10°和20°。具有其它相同幾何形狀的另一實施例中,對應離隙角度是25°和20°。其它主間隙角度和副間隙角度也是可能的,例如分別是5°至40° (優選地 是10°至40° )和10°至40°。鉆2具有8°的軸向前角。具有其它相同幾何形狀的另一實施例中,該軸向前角是10°。但是,其它軸向前角也是可能的,例如3°至15°。如上所述,可變螺旋、主副離隙和副橫刃的組合具體地賦予鉆在切削諸如CFRP的復合材料時出乎意料良好的性能。實際上,已經實現了低推力和優秀的出口孔質量(很少或沒有材料碎屑)的非常理想的組合。此外,很少或沒有“推動”出現,這使得鉆尤其適于手動鉆孔。鉆性能的測試本發明的實施例的性能是與市場上可提供的用于CFRP的手動鉆相比較。鉆性能通過測量推力和孔質量來量化。鉆幾何形狀根據本文所述的方法來制造麻花鉆。具體來說,采用下面的步驟I.將桿切成所期望的長度,該長度是鉆的長度2.在毛坯中形成第一斜切和導引部。3.毛坯被形成倒錐。使用CNC機器進行下面的步驟4.做出凹槽,以形成具有可變螺旋的兩個容屑槽。使用指數樣條函數來形成可變螺旋。由此,螺旋是平滑的且沒有常規螺旋的特征的斷點。5.形成容屑槽刃帶,并沿容屑槽產生鉆體間隙。6.在導引部處形成鉆體間隙。7.形成第二斜切,并且對第一斜切和第二斜切都形成鉆體間隙。8.削尖,以形成主刻面和副刻面。形成主刻面,以具有110°的橫刃角度和10°的主間隙。形成副刻面,以具有20°的副間隙。9.進行深切,以形成的8°前角和O. Imm橫刃長度。使用樣條函數形成容屑槽,以提供沿鉆的從起始角度到終點角度的平滑連續過渡。完成后的鉆具有下面幾何形狀螺旋長度=38mm起始螺旋角度=50°終點螺旋角度=10°導引部長度=3mm
導引部的直徑=鉆直徑的47. 24%鉆尖角度=90。軸向前角=8°橫刃角度=110°橫刃長度=0.1mm。副橫刃角度=150°。主間隙=10。。副間隙=20。。斜切I角度=15。斜切I長度=5_斜切2角度=10。斜切2長度=4mm就測試的目的而言,這一鉆稱為鉆# I。注意,如上所提到的,另一實施例具有相同的幾何形狀,除了 10°軸向前角和25。主間隙外。也測試市場上可提供的手動鉆鉆#2 :碳化物手動工具。測試程序為了測量推力和孔質量,進行兩個測試(I)自動鉆孔,用于推力測量(2)手動鉆孔,用于孔質量檢查即使鉆#1尤其適于手動鉆孔操作,但是對于推力測量,還是需要CNC四軸機器來測試。但是,對于孔質量測量,進行手動鉆孔。每個測試中的測試工件是IOmm厚度的環氧樹脂基CFRP。對于孔質量測試,工件的出口面設有玻璃網格布(scrim)。該構造(其例如在航空工業中使用)代表了尤其困難的挑戰。測試中采用的材料、工具和機器在表I (用于力測量的自動鉆孔)中和表2 (用于出口質量測量的手動鉆孔)中概述。
權利要求
1.一種麻花鉆,具有 鉆柄, 鉆體, 鉆尖端,所述鉆尖端包括切削刀刃、在所述切削刀刃后面延伸的主刻面和在所述主刻面后面延伸的副刻面,其中,所述主刻面的離隙角度是5°至40°,而所述副刻面的離隙角度是10°至40° ;以及 至少一個從所述鉆尖端延伸到所述鉆體的容屑槽,其中,所述容屑槽或每個容屑槽的螺旋角度從在所述鉆尖端處25°至60°的起始螺旋角度到所述鉆體中的0°至35°的終點螺旋角度。
2.根據權利要求I所述的麻花鉆,其中,所述螺旋角度從起始角度到終點角度減小至少 10。。
3.根據權利要求I或2所述的麻花鉆,其中,所述起始螺旋角度是40°至60°。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的麻花鉆,其中,所述終點螺旋角度是O至20°。
5.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述起始螺旋角度是48°至52°,而所述終點螺旋角度是8°至12°。
6.根據權利要求I至4中任一項所述的麻花鉆,其中,所述起始螺旋角度是28°至32°,而所述終點螺旋角度是8°至12°。
7.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述螺旋角度從所述起始螺旋角度到所述終點螺旋角度平滑地且連續地減小。
8.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述主刻面的離隙角度是10°至40°,優選地為15°至30°,而所述副刻面的離隙角度是15°至30°。
9.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述麻花鉆僅具有兩個容屑槽或僅具有三個容屑槽。
10.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述鉆尖端包括導引部。
11.根據權利要求10所述的麻花鉆,其中,所述導引部具有至少2mm的長度。
12.根據權利要求10或11所述的麻花鉆,其中,所述麻花鉆包括在所述導引部與所述鉆體之間的過渡部分,所述過渡部分具有在所述導引部后面延伸的第一斜切部分和在所述第一斜切部分后面延伸的第二斜切部分,以及可選地具有在所述第二斜切部分后面延伸的第三斜切部分。
13.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述鉆尖端包括橫刃。
14.根據權利要求13所述的麻花鉆,其中,所述橫刃的角度是105°至115°。
15.根據權利要求13或14所述的麻花鉆,其中,所述橫刃的長度是O.03至O. 15mm,優選地是O. 05至O. 15_。
16.根據權利要求13至15中任一項所述的麻花鉆,其中,所述鉆尖端包括副橫刃。
17.根據權利要求16所述的麻花鉆,其中,所述副橫刃的角度是145°至155°。
18.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述鉆尖端具有80°至140°的尖角。
19.根據權利要求18所述的麻花鉆,其中,所述鉆尖端具有85°至95°的尖角。
20.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述鉆尖端具有6°至15°的軸向前角。
21.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,所述容屑槽或每個所述容屑槽具有右旋螺旋。
22.根據前述權利要求中任一項所述的麻花鉆,其中,麻花鉆包括與每個切削刀刃相關聯的退刃離隙。
23.對含有纖維的復合材料進行鉆孔的方法,其中,所述方法包括使用根據權利要求I至22中任一項所述的麻花鉆鉆所述復合材料的步驟。
24.根據權利要求23所述的方法,其中,所述復合材料是碳纖維加強塑料(CFRP)或玻璃加強塑料(GFRP)。
25.根據權利要求23或24所述的方法,其中,所述復合材料是航空器部件、風力渦輪機部件、船舶部件或車輛面板。
26.根據權利要求23至25中任一項所述的方法,其中,鉆孔的步驟包括手動鉆孔。
27.根據權利要求23至26中任一項所述的方法,其中,所述方法是層疊鉆孔的方法。
28.根據權利要求I至22中任一項所述的麻花鉆在如權利要求23至25中的任一項所述的手動對復合材料進行鉆孔的方法中的使用。
29.重新研磨方法,其包括重新研磨麻花鉆的步驟,以便形成根據權利要求I至22中任一項所述的麻花鉆。
30.對含纖維的復合材料進行鉆孔的方法,其中,所述方法包括用麻花鉆對所述復合材料進行鉆孔的步驟,所述麻花鉆包括 鉆柄, 鉆體, 鉆尖端,以及 至少一個從所述鉆尖端延伸到所述鉆體的容屑槽,其中,所述容屑槽的螺旋角度從在所述鉆尖端處的起始螺旋角度到所述鉆體中的終點螺旋角度減小。
全文摘要
本發明涉及用于諸如碳纖維加強塑料(CFRP)和玻璃纖維加強塑料(GFRP)的復合材料的鉆孔的麻花鉆。本發明提出麻花鉆(2)設有可變螺旋,所述可變螺旋具有限定的起始螺旋角度和終點螺旋角度,其與主離隙角度和副離隙角度組合,使得麻花鉆(2)適于使推力最小化,尤其在用于鉆含纖維復合材料時,并且尤其是在用于手動鉆孔時。已經顯示50°和10°;50°和30°;以及30°和10°的起始和終點螺旋角提供優秀的切削性能和出口孔質量。還已經發現大的副橫刃角度(24)有助于在復合材料情況下的包括層疊加工的優秀性能。
文檔編號B23B51/02GK102917823SQ201180020931
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月29日 優先權日2010年4月27日
發明者萬·欽·高, 約翰·羅伯特·林巴 申請人:山特維克知識產權股份有限公司