专利名称：铲状钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钻头。更具体地，本发明涉及铲状类型的钻头。
背景技术：
一种传统的铲状钻头如图1A-C所示。钻2具有位于细长轴末端的切削头部6。轴4的相对端优选配设有用于啮合在传统的钻头卡盘内部的六边形平面5。如图1B中最佳显示的那样，头部6基本上扁平并且配设有切削刃22和24。中心顶尖16沿着钻2的纵轴设置。钻的外圆周配设有切削直齿26、28。
在使用中，旋转钻2的顶尖16首先刺入工件并且充当用于钻的中心导向装置。当钻进一步推进工件中时，直齿开始切削材料。最后，当钻进一步推进时，切削刃22、24开始刮削工件的薄层。钻2继续刺入工件直到它处于如图2所示的位置为止，在该处直齿26、28切削穿透工件材料。当钻头的使用者准备离开孔时，传统的铲状钻的直齿26和28往往拖拽工件30。
一旦直齿的最外部分离开材料30，直齿就使钻头拉动自身向后侵入材料中。这通常是由于铲状钻的直齿上的前角6，在典型的钻中这个角度大约为15″。当钻头开始由直齿拉进材料中时，使用者就会频繁地遇到通常被称为拖拽的猛拉。拖拽会导致木头后部爆裂和裂开，因为未切削材料31的最后一部分是被推出的而不是被切掉的。
与这类现有的铲状钻头有关的另一个问题是直齿26、28频繁地经受局部高温和高磨损率。为了解决这些和其它问题，研究了如图3A-C所示的新钻头106。这种钻106包括在一端具有六边形驱动零件105和在相对端的钻头106处终止的轴104。钻头106包括中央顶尖116和两个切削刃122、124。
与图1A-C所示的现有钻相反，图3A-C的钻的切削刃122、124是圆的，所以边缘在基本上相同的时间离开工件材料，如图4所示。这种配置减小了木头工件爆裂和裂开的风险，并且减小了与钻2有关的磨损和温度问题。
图3A-C中的钻的头部可以如图5所示那样进行改进。更具体地说，头部106′的中央顶尖116′带有螺纹，这样，顶尖116′的侧缘就限定了一系列凹槽137。带螺纹的顶尖116′允许钻是自动供给式的。换句话说，当图5的钻旋转时，带螺纹的顶尖啮合工件并且将钻拉入材料中。这种特征大大减小了刺入工件所时使用者所必须施加的推力。
可以向如图5所示的钻的顶尖116′上的螺纹提供不同的螺距或者每英寸的螺纹数。在典型的配置中，螺纹在16-26TPI的范围中变化。较少数目的螺纹使钻更有力地刺入工件，而对于数目较多的螺纹则相反。在一种改进中，带螺纹的顶尖116′的沿着顶尖的长度布置的凹槽137的深度可以不同。更特别地，螺纹在顶尖116′的基座处的深度可以大于尖端处的。这种特征使带螺纹的尖端116′更能够抵抗撞击钉子或者其它嵌入工件内部的紧固件的冲击。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种铲状钻头，它包括具有一端设计成与驱动工具啮合的轴和连接在轴的相对端处的切削头部。切削头部包括具有尖端和基座的中央顶尖和通常从中央顶尖的基座沿径向向外延伸的一对切削刃。在本发明的一个特征中，中央顶尖是带螺纹的并且包括邻近尖端处的连续螺纹和其后朝向基座的不连续的螺纹。
在一些实施例中，连续的螺纹包括锥形根部，并且因此朝向中央顶尖的尖端增大了螺纹深度。锥形根部在钻头的侧面投影图中出现。另一方面，当在平面投影图中观察时，螺纹具有基本上恒定的螺纹深度。更特别地，中央顶尖包括与不连续的螺纹邻接的相对的平面。这些平面限定了其中螺纹深度恒定的平面投影图。
在一个优选实施例中，中央顶尖包括插入相对的平面之间的相对的侧缘。不连续的螺纹限定在这些相对的侧缘上。切削头部优选包括在每个切削刃的外侧端处限定的直齿，这样，钻头包括一对沿径向朝外布置的直齿。
在另一个实施例中，切削头部包括相对的平面和插入平面之间的相对的侧边。这些相对的平面与中央顶尖的平面邻接。切削头部可以包括限定在相对的侧边中的外螺纹。所述中央顶尖的螺纹和切削头部的外螺纹优选具有基本上相同的螺纹螺距。然而，在一些实施例中，外螺纹的螺纹深度小于中央顶尖的螺纹深度。
连续的螺纹从中央顶尖的尖端延伸预定的距离。在一些实施例中，连续的螺纹从尖端延伸大约两个回转。不连续的螺纹从连续的螺纹处继续并且在中央顶尖的基座上方终止。在包括外侧直齿的实施例中，不连续的螺纹在在直齿之间延伸的线处终止。
为此本发明的一个目的是提供一种节能的钻头。本发明的另一个目的是提供一种钻头设计，其中切屑更很容易从钻出的孔中清除。本发明的另一个目的是提供一种钻头设计，它减小了钻的振动并且可以产生质量更高的孔。
本发明的另一个目的是提供一种具有较低的磨损速率并且在钻孔时避免过高的局部温度的钻头。本发明的另一个目的是提供一种钻头，当离开孔时，该钻头可以在不拖拽工件的情况下离开木头工件。
本发明的另一个目的是提供一种自攻丝并且自起动的钻头。通过下面书写的与附图一起的说明，本发明的这些和其它目的将会变得更加明显。
附图显示了本发明的各种实施例并且连同说明一起用来说明本发明的原理。在附图中图1A、1B和1C分别是传统的铲状钻头的顶视图、侧视图和边缘投影图。
图2显示了图1A-C的传统的铲状钻离开木制工件的视图。
图3A、3B和3C分别是改进的铲状钻头设计的顶视图、侧视图和端视图。
图4显示了图3A-C中改进的铲状钻离开木制工件的视图。
图5是图3A-C中经过改进后具有带螺纹的中央顶尖的铲状钻的视图。
图6是依照本发明的一个实施例的铲状钻头的顶视图。
图7是在图6的区域7中的铲状钻头的带螺纹的顶尖的放大图。
图8是图7中显示的带螺纹的顶尖的放大侧视图。
图9是依照本发明的可选实施例的铲状钻头的透视图。
图10是如图9所示、侧边大体上平行的钻的视图。
图11是如图9所示、侧边朝向钻轴会聚的钻的视图。
图12是如图9所示、侧边朝向钻轴扩张的钻的视图。
具体实施例方式
现在详细参考本发明当前的各种优选实施例，其中本发明的优选实施例的实例显示在附图中。在不同的图形中，某些结构使用类似的参考数字来标记。
参见图6，其中显示了本发明的一个实施例，其中铲状式的钻头202包括在驱动端205终止的轴204。切削头206在轴的相对端处形成。钻头202的这些部件分别与图1A-C和3A-C中的钻2和102的类似部件类似。换句话说，驱动端204可以具有与钻头卡盘配合的六边形配置，并且头部206可以具有扁平的铲状外形。头部206包括中央顶尖216和切削刃222、224，就像如上所述的两个现有的钻头一样。此外，本发明实施例的头部206可以包括直齿226和228，与如图1A-C所示的钻的直齿26和28类似。
切削头部206包括与切削刃222和224对应的倾斜表面223和225，如图9所示。这些表面沿钻头旋转的方向倾斜。侧边220可以包括邻近倾斜表面223、225的边缘上端处的前角。本发明实施例中的钻头202的这些零件与在编号为5,433,561中显示和描述的类似零件类似，其中该专利的公开内容在此引入作为参考。
然而，头部206与图1-5的现有的钻头不相同。例如，在本发明的一个特征中，中央顶尖216是带螺纹的，如图7和8中放大的详细视图所示。特别地，中央顶尖216包括一系列基本上沿着顶尖216的长度(或者高度)延伸的螺纹240。在优选实施例中，螺纹240从中央顶尖216的尖端几乎延伸到它的基座217，至少在此处钻202是较大的钻头(即大约7/16以及更大)。对于更小的钻(即大约3/8以及更小)，螺纹优选在中央顶尖216的基座217上方终止，并且最优选在中央顶尖尖端218下方仅仅延伸大约3/16″。对于较大或者较小的钻，螺纹240优选在到达头部206的外径之前终止。换句话说，螺纹在切削刃222、224上方的高度处终止，即在大约等于边缘上方的直齿226、228的高度处终止。
依照这个实施例的一个方面，中央顶尖216包括与头部206的平面218重合的相对的平面230(图6)。然后螺纹240沿着中央顶尖的锥形侧边形成边缘螺纹242，如图7所示。这些螺纹继续至中央顶尖的尖端218。在这个顶部投影图中(即对于平面图中的平面218和230)，螺纹240包括限定了螺纹深度d的根部244和齿顶245。在这个优选实施例中，相对于钻头206的平面投影图这个深度是恒定的。这个恒定的深度d使钻头206具有锋利的起始刃，该刃对于大多类型的木头仅仅需要最小的压力。在具体实施例中，这个螺纹深度d大约为0.05英寸。
带螺纹的中央顶尖216的侧视图呈现了另一个视图。特别地，因为顶尖216的大部分包括相对的平面230，所以顶尖在邻近它的尖端218的部份是锥形。换句话说，螺纹240包括邻近中央顶尖的尖端218的锥形根部246，如图8所示。根部以角度A呈锥形，在一个优选实施例中，该角度A与中央顶尖在它的如图7所示的平面投影图中的锥形的角度基本相同。在具体实施例中，角度A是根据钻头206的尺寸而定的大约28-45度的夹角。对于 英寸的钻，角度A大约为33度。
在中央顶尖的这个部份中，优选地螺纹240的齿顶247在与螺纹240下部的齿顶245落在相同的齿顶直径处。因此，在带螺纹的中央顶尖2l6的侧面视图中，螺纹240朝向中央顶尖的尖端218显示出增大的深度。螺纹240在前缘248处开始，其中前缘促使带螺纹的中央顶尖216首先穿透进入工件。
中央顶尖216的螺纹240将自起动特征与自动推进特征相结合。换句话说，使用螺纹暴露的前缘248，钻可以很容易地刺入工件。仅仅通过使用者在钻上施加最小的推力，螺纹沿着中央顶尖216的继续刺入就可以将钻拉向工件。螺纹240的这些特征减小了中央顶尖经受的磨损。此外，获得的铲状钻头提供了一种比传统的现有钻头具有更快的速率的平稳钻孔动作。平稳的钻孔动作和进给速率可以在工件中产生更高质量的孔，特别是工件材料是木头时。
可以根据钻的特定应用为螺纹240提供不同的螺距。一般而言，具有较小螺距的钻可以更快地钻入工件，虽然而较大的螺距会产生更慢的钻孔速率。在具体实施例中，螺纹240可以具有16TPI的螺距，这对于较软的木头材料尤其适合。另一方面，26TPI的螺距对于坚硬的木材比较理想。20TPI的螺距对于建筑物和结构中使用的大多木头最佳。这个螺纹螺距在较软和较硬的木头中都有效，其中当用于硬木材时钻孔速度下降，这点是大家所共知的。
在现有的钻头中，例如在其公开内容在此引入作为参考的编号为WO98/05459的公开PCT申请中公开的钻头中，中央顶尖仅仅在顶尖的侧边上带螺纹。这种螺纹代表了对更早的钻头的改进，因为它向钻提供了一种自动供给式的特性。通过在中央顶尖2l6尖端218处包含基本上连续的螺纹247，本发明在这个特征上做出了改进。当钻更深地推动进入工件时，这些螺纹连续地刺入工件，这使在现有钻头上所必须保持的推力减小。另外，如上所述，与现有的钻设计相比，螺纹240的暴露的前缘248允许中央顶尖216最初刺入工件。
所示实施例的中央顶尖216还包括在中央顶尖的相对的平面230上限定的形式为排屑槽250的零件。当中央顶尖216钻入工件时，这些排屑槽250改善中央顶尖216产生的切屑的移走情况。如在图7中最佳显示出的那样，这种排屑槽250在紧挨着连续螺纹247下端的下方开始，并且继续进入紧挨着切削刃222、224下方的头部206的平面218。当中央顶尖最初与工件啮合时，连续的螺纹使切屑材料经过连续螺纹247的较短范围向上送。随着中央顶尖进一步刺入工件，切屑体积增大。如果没有排屑槽250，增大的切屑体积往往会阻塞中央顶尖初始形成的镗孔，从而增大所需的推力，提高了镗孔中的热量聚集并且减小了带螺纹的中心部分216的寿命。因此，排屑槽250尽可能快地释放切屑材料的钻孔，同时仍然保留连续螺纹247的有益的特征。
在图6的实施例中，钻头202包括光滑的侧面220。在如图9所示的本发明的可选实施例中，钻头202′包括在相对的侧面220′中限定的螺纹260。如图9所示，钻头202′可以包括与如图6所示的钻202类似的特征。然而，如图9所见到的，侧面包括一系列基本上沿着侧面220′的整个范围的凹槽260。这些凹槽260可以在用于车螺纹的车床加工中形成。因此，头部206′的相对的侧边220′上的凹槽260基本上构成延伸头部206′的长度的螺旋螺纹的多个段。
这些外螺纹260在中央顶尖216的螺纹240停止的地方出现。换句话说，一旦直齿224、226接触工件，头部206′的螺纹260就与工件材料啮合并且促使钻进入工件。当切削刃222、224开始刮削工件材料时，螺纹260继续使钻进入工件。
当直齿226、228到达工件镗孔的端部时，就实现了外螺纹260所提供的一个好处。如在上面讨论的编号为WO98/05459的PCT公布中所说明的一样，铲状钻头上的直齿存在的一个问题是直齿往往会在切口端部附近处拖拽。已经发现，向钻头部206′的侧面220′增补螺纹260有助于使钻头穿过材料保持平稳的前进，甚至当钻突破工件相对的侧边时。
优选螺纹260遵循与中央顶尖216的螺纹240相同的螺纹螺距。另一方面，优选螺纹260具有比中央顶尖的螺纹要浅的深度。在一个优选实施例中，螺纹260具有中央顶尖螺纹240的深度d的大约一半的深度。在具体实施例中，螺纹260具有大约为0.20-0.25英寸的深度。优选这种较浅的螺纹深度，因为螺纹260要扫过比锥形中央顶尖216的螺纹更大的圆周路径、连续螺纹的范围可以根据特定的钻头应用而不同。在大多数优选实施例中，对于标准厚度的钻头(即大约为0.080英寸厚)，连续螺纹240大约延伸两个回转。连续螺纹247的范围也可以根据中央顶尖的长度(或者高度)而定。在典型的铲状钻中，中央顶尖216伸出到头部206的切削刃222、224上方大约0.50英寸。在这种典型的情形中，连续螺纹247从尖端218大约延伸0.10英寸。
在优选实施例中，钻头202′的侧面220′基本上平行，如图10所示。然而，可以预计具有螺纹260的侧面可以按照可选择的朝向来布置，如图11和12所示。特别地，如图11中所显示的，侧面220″可以以角度M-朝向钻轴204会聚。这种会聚可以在直齿处开始或者在切削刃222、224下游处开始。
或者侧面220可以朝向钻轴204扩张，如图12所示。因此，侧面220可以以角度M+扩张。(应该理解，螺纹260也在侧面220″和220上)。优选会聚和扩张角度都在大约1度的量级上。当钻头更深地推进工件中时，扩张的侧面220以使钻头稳定。另一方面，会聚的侧面220″可以减小用于旋转钻头刺入工件所需的力。当直径增大的扩张的螺纹逐渐扩宽镗孔时，带螺纹的扩张侧面220也可以产生穿透工件的光滑的或者″清洁的″镗孔。平行的侧面220′、会聚的侧面220″或者扩张的侧面220的选择可以根据工件材料的性质和钻头啮合的钻的驱动扭矩而定。例如，在钻是便携式电钻时，希望将驱动力和钻孔时间减小到最低，所以优选图11的会聚钻。另一方面，当获得更有力的钻时，就希望使用图12的扩张钻头。
所示实施例中的钻头可以根据已知的过程例如在编号为5,433,561的美国专利中描述的过程中形成，其中该专利已经引入作为参考。钻孔头206的侧面220上的外螺纹260优选使用用于生产螺旋螺纹的车床形成。中央顶尖上的螺纹240优选使用锥形螺纹冲裁模形成。应该理解，锥形模孔不会在中央顶尖的平面230中切出螺纹，因为这些表面位于中央顶尖的锥形直径下方。另一方面，中央顶尖中邻近尖端218部份保持它的圆锥形配置，因为这部分的锥形直径小于钻头部206的厚度。
显示和选取这些实施例是为了最好地说明本发明的原理及其应用，从而使本领域的其它技术人员在不同的实施例中能够最佳地使用本发明并且进行各种改进，其中这些改进适用于预期的特定用途。本发明的范围旨在通过附上的权利要求来限定。
例如，外螺纹260可以单独使用、与中央顶尖的螺纹240结合或者根本不使用，这根据钻头的要求而定。在较小的钻中，优选仅仅使用带螺纹的中央顶尖，而在钻头部的侧面上没有螺纹。然而，依照本发明，在预期的实施例中的不变的一点是在中央顶尖的尖端218处提供了连续的螺纹，该连续的螺纹在中央顶尖的平面部份处逐渐变成不连续的螺纹。
显示的实施例最适用于穿透木头材料的钻孔。木头材料的范围从较软的材料到较硬的材料，并且如上所述针对不同的尺寸进行了适当的改变。可以预期这些钻可以应用于钻穿与木头材料具有类似性质的其它材料。
权利要求
1.一种铲状钻头，包括具有设计成与驱动工具啮合的一端的轴；在所述轴的一相对端处连接的切削头部，所述头部包括具有尖端和基座的中央顶尖；通常沿径向从所述中央顶尖的所述基座向外延伸的一对切削刃；以及所述中央顶尖上限定的螺纹，所述螺纹包括邻近所述尖端的连续螺纹和其后朝向所述基座的不连续的螺纹。
2.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述连续的螺纹包括锥形的根部。
3.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述中央顶尖包括与所述不连续的螺纹邻接的相对的平面。
4.如权利要求3所述的铲状钻头，其特征在于，所述中央顶尖包括插入所述相对的平面之间的相对的侧缘，所述不连续的螺纹限定在所述相对的侧缘上。
5.如权利要求4所述的铲状钻头，其特征在于，所述不连续的螺纹具有恒定的螺纹深度。
6.如权利要求5所述的铲状钻头，其特征在于，所述恒定的螺纹深度延伸到所述连续的螺纹。
7.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述切削头部包括在每个所述切削刃的外侧端限定的直齿。
8.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述切削头部包括相对的平面和插入所述平面之间的相对的侧边。
9.如权利要求8所述的铲状钻头，其特征在于，所述切削头部包括限定在所述相对的侧边中的外螺纹。
10.如权利要求9所述的铲状钻头，其特征在于，所述中央顶尖的所述螺纹和所述切削头部的外螺纹具有基本上相同的螺纹螺距。
11.如权利要求9所述的铲状钻头，其特征在于，所述外螺纹的螺纹深度小于所述中央顶尖的螺纹深度。
12.如权利要求9所述的铲状钻头，其特征在于，所述相对的侧边朝向所述轴扩张。
13.如权利要求9所述的铲状钻头，其特征在于，所述相对的侧边朝向所述轴会聚。
14.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述连续的螺纹从所述尖端延伸大约两个回转。
15.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述不连续的螺纹在所述中央顶尖的所述基座上方终止。
16.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于所述切削头部包括在每个所述切削刃的外侧端处限定的直齿；并且所述不连续的螺纹在每个所述切削刃的直齿之间延伸的线处终止。
17.如权利要求1所述的铲状钻头，其特征在于，所述中央顶尖包括限定在其中的至少一个排屑槽。
18.如权利要求3所述的铲状钻头，其特征在于，所述中央顶尖包括限定在每个所述平面中的至少一个排屑槽。
19.如权利要求19所述的铲状钻头，其特征在于，所述排屑槽在所述连续的螺纹和所述中央顶尖的所述基座之间开始。
全文摘要
铲状钻头(202)包括具有设计成与驱动工具啮合的一端(205)的轴(204)和连接在所述轴(204)的相对端处的切削头部(206)。切削头部(206)包括具有限定在其上的螺纹(240)的中央顶尖(216)，包括邻近尖端的连续螺纹(247)和其后朝向基座的不连续的螺纹(242)。
文档编号B27G15/00GK1758977SQ03826138
公开日2006年4月12日 申请日期2003年3月11日 优先权日2003年3月11日
发明者于尔根·维克, 格雷戈里·A·菲利普斯 申请人:克雷多技术公司