一种钻孔工具及加工装置

技术领域

本申请涉及钻孔加工技术领域，特别是涉及一种钻孔工具及加工装置。

背景技术

硬质合金材料因具有硬度高、耐磨性好、强韧性较高、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，常作为喷嘴的首选材料，被广泛应用于表面处理、喷砂、喷漆、电子、化工等行业。

一般硬质合金喷嘴的喷射流道孔径很小，例如电子行业点胶机喷嘴的喷射流道孔径在0.15mm以下，二级孔的孔径1.0mm以下。由于硬质合金的硬度很高，目前这种小直径的喷射流道通常采用两种加工方式，分别为电火花加工和钻头加工。其中，电火花加工速率慢，加工成本较高。然而，目前的钻头加工过程中容易出现涂层剥落、工具折断等问题，导致加工质量达不到要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提高使用寿命及加工质量的用于硬质合金材料钻孔加工的钻孔工具及加工装置。

第一方面，本申请提供了一种钻孔工具，包括：

钻柄；

钻体，沿自身延伸方向具有相对的第一端及第二端，所述第一端与所述钻柄连接，所述第二端的端面上形成两个后刀面，所述钻体上开设有至少两条螺旋排屑槽，每一条所述螺旋排屑槽沿所述钻体的周向位于两个所述后刀面之间，且每一条所述螺旋排屑槽与相邻所述后刀面之间的交线形成切削刃。

通过上述结构，在钻体的第二端的端面上设置两个后刀面，能够减少后刀面之间相交位置产生棱线的数量，从而能够减轻钻孔过程中棱线位置所受到的应力集中的问题，提高了钻体的整体结构强度，能够有效提高钻孔工具的整体使用寿命，并且提高钻孔过程中的钻孔加工质量。

根据一个或多个实施例中，两个所述后刀面在所述第二端的端面上的交线形成为横刃，所述横刃与至少一条所述切削刃之间连接有修磨刃。

通过设置修磨刃，能够有效提高钻体的定心能力，改善微小深孔入钻过程中的滑移、偏斜现象。与此同时，修磨刃还能够有效降低钻体轴向钻削力，降低涂层的切削负载，从而避免出现涂层开裂、破损等问题。

根据一个或多个实施例中，所述横刃的长度范围设置为0.03mm-0.07mm。

横刃的长度越短，则钻体定位能力越强，但横刃处的刚性越低，在钻孔加工过程中可能会导致破损。而横刃的长度越长，钻体轴向切削力越大，导致涂层受力过大而产生破损的概率也就越高。基于此，将横刃的长度范围设置为0.03mm-0.07mm，能够在保持横刃的刚性的基础上，提高钻体的定位能力，并且降低涂层受力过大而产生破损的概率。

根据一个或多个实施例中，所述钻体包括钻芯及包覆于所述钻芯外周的金刚石涂层。

通过设置金刚石涂层，能够提高钻体的耐磨损性能，使得钻体的结构强度更高。

根据一个或多个实施例中，所述金刚石涂层的厚度范围设置为5μm-25μm。

金刚石涂层的厚度越小，钻体的耐磨损性能越差。而金刚石涂层的厚度越大，则容易产生涂层剥落或者由于切削刃的刀尖变圆从而引起切削阻力增大最终导致断刀的问题，或者由于切削刃锋利度降低从而产生加工后的钻孔的内壁面粗糙或在孔口处产生崩碎等加工品质的降低的问题。因此，本申请中将金刚石涂层的厚度范围设置为5μm-25μm，可以使得钻体获得足够的耐磨损性能，与此同时，还能够降低涂层剥落、断刀的风险，有效提升钻孔工具的加工品质。

根据一个或多个实施例中，在垂直于所述钻体的延伸方向的平面内，所述钻芯横截面的最小直径由所述第一端至所述第二端逐渐减小。

通过上述结构，能够提高钻体的整体刚性，避免钻孔工具在工作过程中发生折断的问题。

根据一个或多个实施例中，在垂直于所述钻体的延伸方向的平面内，所述钻芯在所述第一端的横截面的最小直径K1设置为所述钻体的直径D的90％-98％；

和/或，在垂直于所述钻体的延伸方向的平面内，所述钻芯在所述第二端的横截面的最小直径K2设置为所述钻体的直径D的25％-45％。

当钻芯在第二端的横截面的最小直径K2小于钻体直径D的25％时，钻体的第二端的强度不足容易发生崩缺或折断问题。当钻芯在第二端的横截面的最小直径K2大于钻体直径D的45％时，一方面螺旋排屑槽的空间变小导致排屑困难，另一方面引起切削刃长度变短，切削刃单位长度承受的负载变大容易导致钻体表面的金刚石涂层发生破裂。因此，通过上述结构，能够提高钻体的强度，并且提升钻孔的加工质量。

根据一个或多个实施例中，所述钻柄和/或所述钻体的材质为WC-Co硬质合金，且所述WC-Co硬质合金中的粘结剂相为Co。

根据一个或多个实施例中，所述WC-Co硬质合金中的Co的原子百分比为3at％-10at％；

和/或，所述WC的晶粒度平均值为0.30μm-1.5μm。

当WC-Co硬质合金中的Co的原子百分比小于3at％时，钻体的韧性降低，切削时容易发生崩刃问题。当WC-Co硬质合金中的Co的原子百分比大于10at％时，则在经过金刚石涂层前的蚀刻处理后，在Co被去除的区域变得疏松、脆弱，因此金刚石涂层与钻芯之间的界面强度降低。

由此，通过上述结构，能够在保证钻体的韧性的基础上，提高金刚石涂层与钻芯之间的界面强度。

第二方面，本申请还提供了一种加工装置，包括如上所述的钻孔工具，所述钻孔工具用于脆硬性材料的钻孔加工。

上述钻孔工具及加工装置，在钻体的第二端的端面上设置两个后刀面，能够减少后刀面之间相交位置产生棱线的数量，从而能够减轻钻孔过程中棱线位置所受到的应力集中的问题，提高了钻体的整体结构强度，能够有效提高钻孔工具的整体使用寿命，并且提高钻孔过程中的钻孔加工质量。

附图说明

图1为根据一个或多个实施例的钻孔工具的结构示意图。

图2为根据一个或多个实施例的钻孔工具中钻体的局部结构示意图。

图3为根据一个或多个实施例的钻孔工具中钻体的局部结构示意图。

图4为图1中A-A向的剖视图。

图5为根据一个或多个实施例的钻孔工具中钻芯的结构示意图。

图6为对比例1加工使用后的示意图。

图7为根据一个或多个实施例的钻孔工具加工使用后的示意图。

图8为根据一个或多个实施例的钻孔工具加工使用后的示意图。

附图标记说明：100、钻孔工具；10、钻柄；20、钻体；21、第一端；22、第二端；23、后刀面；24、螺旋排屑槽；25、切削刃；26、横刃；27、修磨刃；28、钻芯；29、金刚石涂层；a、延伸方向。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1及图2，本申请一实施例提供了一种钻孔工具100，包括钻柄10及钻体20，钻体20沿自身延伸方向a具有相对的第一端21及第二端22，第一端21与钻柄10连接，第二端22的端面上形成两个后刀面23。钻体20上开设有至少两条螺旋排屑槽24，每一条螺旋排屑槽24沿钻体20的周向位于两个后刀面23之间，且每一条螺旋排屑槽24与相邻后刀面23之间的交线形成切削刃25。

需要说明的是，对于硬质合金工具，通常在基材上设置涂层，而涂层与基材之间的结合方式主要是机械结合，其结合强度远低于化学键合，导致涂层与基材的结合强度较低。

并且，对于传统的钻头等加工工具，为了提高钻孔过程中的加工效率，通常采用四个或者四个以上的后刀面23的设计，在每相邻的两个后刀面23之间的交线处会产生较大的应力集中问题，从而进一步降低了涂层与基材之间的结合强度。因此，传统的钻头等加工工具在加工硬质合金等脆硬性材料时，由于切削刃25表面的涂层承受很大的负载，极易造成涂层剥落从而导致钻头等加工工具的加工寿命很短的问题。

基于以上考虑，本申请的一个或多个实施例提出一种钻孔工具100，包括钻柄10及与钻柄10连接的钻体20。其中，钻柄10是指能够为钻孔工具100提供握持基础以及为钻体20提供安装基础的部件。

钻体20设置为圆柱体结构，并且沿自身延伸方向a，钻体20具有相对设置的第一端21及第二端22，第一端21与钻柄10连接，第二端22的端面上形成两个后刀面23。其中，两个后刀面23呈对角设置，即两个后刀面23在钻体20的中心位置相交。

进一步地，钻体20上还开设有至少两条螺旋排屑槽24，各螺旋排屑槽24沿钻体20的延伸方向a螺旋设置。当钻体20进行钻孔加工时，形成的碎屑能够通过螺旋排屑槽24及时排出，从而保证钻孔过程的顺利进行。

作为一种具体的实施例，螺旋排屑槽24可以设置为两条，并且每一条螺旋排屑槽24均沿钻体20的周向位于两个后刀面23之间。即，两个后刀面23呈对角设置，两个螺旋排屑槽24分别形成于两个后刀面23两侧的夹角中。

每一条螺旋排屑槽24与相邻的后刀面23之间的交线形成为切削刃25，具体地，交线是指后刀面23与螺旋排屑槽24相交位置所形成的棱线。在钻孔过程中，切削刃25能够实现对待钻孔物体的切削，与后刀面23共同配合，在待钻孔物体上顺利形成钻孔。

通过上述结构，在钻体20的第二端22的端面上设置两个后刀面23，能够减少后刀面23之间相交位置产生棱线的数量，从而能够减轻钻孔过程中棱线位置所受到的应力集中的问题，提高了钻体20的整体结构强度，能够有效提高钻孔工具100的整体使用寿命，并且提高钻孔过程中的钻孔加工质量。

在一些实施例中，两个后刀面23在第二端22的端面上的交线形成为横刃26，横刃26与至少一条切削刃25之间连接有修磨刃27。

具体地，两个后刀面23呈对角设置，并且在第二端22的端面相交，两者相交的棱线形成为横刃26。横刃26的两端分别与切削刃25相连，并且通过对横刃26的两端进行修磨，使得横刃26的长度缩短，从而在修磨位置形成修磨刃27。

通过设置修磨刃27，能够有效提高钻体20的定心能力，改善微小深孔入钻过程中的滑移、偏斜现象。与此同时，修磨刃27还能够有效降低钻体20轴向钻削力，降低涂层的切削负载，从而避免出现涂层开裂、破损等问题。

如图2及图3所示，在一些实施例中，横刃26的长度L范围设置为0.03mm-0.07mm。

通过修磨形成修磨刃27，能够缩短横刃26的长度，这样一来，能够有效提高钻体20的定心能力，改善微小深孔入钻过程中的滑移、偏斜现象。

进一步地，横刃26的长度越短，则钻体20定位能力越强，但横刃26处的刚性越低，在钻孔加工过程中可能会导致破损。而横刃26的长度越长，钻体20轴向切削力越大，导致涂层受力过大而产生破损的概率也就越高。

基于此，将横刃26的长度范围设置为0.03mm-0.07mm，能够在保持横刃26的刚性的基础上，提高钻体20的定位能力，并且降低涂层受力过大而产生破损的概率。

请一并参看图1及图4，在一些实施例中，钻体20包括钻芯28及包覆于钻芯28外周的金刚石涂层29。

具体地，金刚石涂层29可以很好地提高钻体20的整体强度。其中，金刚石涂层29的晶粒可以是微晶或者纳米晶或者超纳米晶，其晶粒度的大小在此不作限制。金刚石涂层29的结构可以设置为单层结构，也可以设置为双层结构或者多层结构。

通过设置金刚石涂层29，能够提高钻体20的耐磨损性能，使得钻体20的结构强度更高。

在一些实施例中，金刚石涂层29的厚度范围设置为5μm-25μm。

具体地，金刚石涂层29的厚度越小，钻体20的耐磨损性能越差。而金刚石涂层29的厚度越大，则容易产生涂层剥落或者由于切削刃25的刀尖变圆从而引起切削阻力增大最终导致断刀的问题，或者由于切削刃25锋利度降低从而产生加工后的钻孔的内壁面粗糙或在孔口处产生崩碎等加工品质的降低的问题。

因此，本申请中将金刚石涂层29的厚度范围设置为5μm-25μm，可以使得钻体20获得足够的耐磨损性能，与此同时，还能够降低涂层剥落、断刀的风险，有效提升钻孔工具100的加工品质。

请一并参看图1、图4以及图5，在一些实施例中，在垂直于钻体20的延伸方向a的平面内，钻芯28横截面的最小直径由第一端21至第二端22逐渐减小。

具体地，钻芯28包裹于金刚石涂层29内，并能够为钻孔工具100提供钻孔过程中的支撑基础。在垂直于钻体20的延伸方向a的平面内，即在钻体20的径向平面内，钻芯28横截面的最小直径由第一端21至第二端22逐渐减小，即，钻芯28设置为一锥体结构，并且位于第二端22的一侧的横截面的最小直径小于位于第一端21的一侧的横截面的最小直径。

进一步地，在垂直于钻体20的延伸方向a的平面内，钻芯28横截面的最小直径由第一端21至第二端22呈线性减小。通过上述结构，能够提高钻体20的整体刚性，避免钻孔工具100在工作过程中发生折断的问题。

在一些实施例中，在垂直于钻体20的延伸方向a的平面内，钻芯28在第一端21的横截面的最小直径K1设置为钻体20的直径D的90％-98％。和/或，在垂直于钻体20的延伸方向a的平面内，钻芯28在第二端22的横截面的最小直径K2设置为钻体20的直径D的25％-45％。

具体地，将钻芯28在第一端21的横截面的最小直径K1设置为钻体20的直径D的90％-98％，并且将钻芯28在第二端22的横截面的最小直径K2设置为钻体20的直径D的25％-45％。

当钻芯28在第二端22的横截面的最小直径K2小于钻体20直径D的25％时，钻体20的第二端22的强度不足容易发生崩缺或折断问题。

当钻芯28在第二端22的横截面的最小直径K2大于钻体20直径D的45％时，一方面螺旋排屑槽24的空间变小导致排屑困难，另一方面引起切削刃25长度变短，切削刃25单位长度承受的负载变大容易导致钻体20表面的金刚石涂层29发生破裂。

因此，通过上述结构，能够提高钻体20的强度，并且提升钻孔的加工质量。

在一些实施例中，钻柄10和/或钻体20的材质为WC-Co硬质合金，且WC-Co硬质合金中的粘结剂相为Co。

具体地，将钻柄10及钻体20的材质均采用WC-Co硬质合金，且WC-Co硬质合金中的粘结剂相为Co。

在一些实施例中，WC-Co硬质合金中的Co的原子百分比为3at％-10at％。和/或，WC的晶粒度平均值为0.30μm-1.5μm。

具体地，当WC-Co硬质合金中的Co的原子百分比小于3at％时，钻体20的韧性降低，切削时容易发生崩刃问题。当WC-Co硬质合金中的Co的原子百分比大于10at％时，则在经过金刚石涂层29前的蚀刻处理后，在Co被去除的区域变得疏松、脆弱，因此金刚石涂层29与钻芯28之间的界面强度降低。

此外，将本申请提供的钻孔工具与传统的钻头等加工工具的使用情况进行对比，得到以下使用数据：

其中，对比例1为现有技术中的普通金刚石涂层麻花钻，当使用其对硬质合金进行加工的钻孔数量达到或接近20个时，通常会出现断刀或者涂层剥落等问题，钻头的使用情况如图6所示。

实施例1为本申请所提供的钻孔工具，使用其对硬质合金进行加工的钻孔数量可以达到40个-50个，并且未出现涂层剥落，整体结构较为完整，其中，图7为本申请的钻孔工具加工30个钻孔之后的磨损图，图8为本申请的钻孔工具加工50个钻孔之后的磨损图。

基于与上述钻孔工具100相同的构思，本申请还提供了一种加工装置，包括如上所述的钻孔工具100，钻孔工具100用于脆硬性材料的钻孔加工。

具体地，钻孔工具100可以但不限于应用在硬质合金、烧结氧化锆、氧化铝、氮化铝陶瓷等脆硬性材料的钻孔加工中。

本申请所提供的钻孔工具100及加工装置，与现有技术相比，至少具有以下优点：

1、通过在钻体20远离钻柄10的第二端22的端面上设置两个后刀面23，能够减少后刀面23之间相交位置产生棱线的数量，从而能够减轻钻孔过程中棱线位置所受到的应力集中的问题，提高了钻体20的整体结构强度，能够有效提高钻孔工具100的整体使用寿命，并且提高钻孔过程中的钻孔加工质量；

2、通过修磨在横刃26与切削刃25之间形成修磨刃27，有助于提高钻体20的定心能力，改善微小深孔入钻过程中的滑移、偏斜现象，同时能够有效降低钻体20轴向钻削力，从而降低金刚石涂层29的切削负载，降低金刚石涂层29开裂、破损的概率；

3、将钻芯28的结构设置为横截面直径渐变的锥体结构，使得钻体20的芯径增量加大，能够有效提高钻体20的整体刚性，降低钻孔加工过程中发生折断的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。