真空钻孔系统和方法
【专利说明】真空钻孔系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2013年5月28日提交的美国临时申请序列号N0.61/828056的优先权和权益，在此通过引用结合其全部。
技术领域
[0002]本发明涉及钻孔领域，并且特别涉及真空钻孔系统，其通过施加的真空收集钻孔过程中产生的切肩，同时还允许贯通刀具冷却液应用。
【背景技术】
[0003]在各个行业和应用中，可以使用实心麻花钻结构进行材料的钻孔。例如，在航空航天工业，为了成功地在工业中使用的各种金属中钻孔，实心麻花钻提供所需能力，例如是精确的。这个类型的刀具可以具有贯通冷却剂能力，并且冷却剂出口通常存在于刀尖处的切削几何形状的间隙角上。由于切肩是在钻孔循环期间产生，槽螺旋和冷却液压力用于使碎片通过槽排出。一旦切肩和冷却剂离开这个孔，它们就被释放到环境中。
[0004]在某些应用和环境中，这些部件可能需要使用便携式钻孔机，以允许在不同位置处钻出多个孔。例如，在航空航天工业中，这些部件可能是非常大的，并且需要便携式钻孔机，该机器能够被移动到该部件上的不同孔位置处。便携式钻孔机结构紧凑，不提供任何外壳以从外部环境隔离开钻孔过程。这导致在采用实心麻花钻的时候，切肩和冷却剂被释放到环境中。因为从孔排出的切肩是不包含的，所以需要附加处理时间，以便从部件和钻孔环境中去除切肩和冷却剂。此外，不包含切肩和冷却剂流可能引起对钻孔操作人员的健康和安全隐患。
[0005]此外，在各种材料的钻孔期间产生切肩，这需要切肩被输送远离钻头的切削特征件，或者切肩能够妨碍钻孔过程和/或损坏钻。对于某些材料，如包括像碳纤维增强塑料(CFRP)在内的复合材料，已经开发了钻孔系统，其使用真空去除钻孔时产生的大量细切肩。没有有效地去除这样产生的切肩，经常出现切肩压实，降低了钻头的切削功能，增加了热量的产生，并减少了钻头的使用寿命。来自于施加给钻头的真空的冷却效果和力足以提供在CFRP材料中所需要的散热和切肩排出。这得到了对CFRP的可靠的钻孔过程，其利用所施加的真空。
[0006]仍然需要一种可靠的真空钻孔系统，其可以在金属钻孔应用中实行。各种金属的性质可以是彼此显著不同，并且不同于CFRP的性质。例如，在如钛和铝这样的材料中，使用所施加的真空来促进去除切肩会是可取的，但是，对于金属材料，先前的用于CFRP的现有真空系统没有设计成用在这类材料上。提供这样一种真空钻孔系统将是有价值的，其可用于金属或其它材料，在钻孔过程中有效地去除切肩。
[0007]除了需要有效的排肩，还期望的是，钻孔操作精确，以提供可重复的机械加工来实现紧公差和期望规范。
[0008]在机加工操作钻金属、复合材料或其它材料中，会期望提供一种钻孔系统和方法，以有效地去除在钻孔操作期间产生的切肩。还需要提供一种钻孔系统和方法，以有效地提供冷却剂至切削表面，同时允许有效去除在钻孔操作期间产生的切肩。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种用于钻孔操作的真空钻孔系统，其采用贯通刀具冷却剂源以及中央真空排出系统。在一个例子中，该钻孔系统包括大体圆柱形主体构件和在该主体构件的前端上的切削头，该切削头具有在其上形成的至少一个切削刃。该主体构件形成邻接切削头的中空轴，在该主体构件中形成有至少一个开口邻近切削头。设置在该主体构件上的冷却剂适配器提供冷却剂流体通过该中空轴外部的该主体构件中的至少一个密封通道，以提供冷却剂流体到该至少一个切削刃的区域。连接到该中空轴的真空施加真空压力通过该至少一个开口和该中空轴。该贯通刀具冷却剂系统是由位于中空内通道周围的密封冷却剂容纳通道来提供的，该中空内通道保持不受限制并且其尺寸制作成有效地排出钻孔操作期间产生的切肩。本发明可以用在钻孔操作中，其中，钻孔期间产生的切肩被真空排出，并且冷却剂被供给以促进散热和排肩并最大化钻孔操作的精度，同时增加刀具寿命。
[0010]本发明还提供了一种执行钻孔操作的方法，包括:提供钻孔刀具，其具有邻近该钻孔刀具的前端的切削头，该切削头具有形成在其上的至少一个切削刃。该钻孔刀具还包括中空轴，带有邻近该切削头形成的至少一个开口。冷却剂适配器设置在主体构件上以提供冷却剂流体通过该中空轴外部的该主体构件中的至少一个密封通道。真空源连到中空管以排出切削头处产生的切肩。该贯通刀具冷却剂系统是由位于中空内通道周围的至少一个密封冷却剂容纳通道来提供的，该中空内通道保持不受限制并且其尺寸制作成有效地排出钻孔操作期间产生的切肩。
[0011]基于下列书面说明和附图，对于本领域技术人员来说，本发明的这些和其它特征和优点将是显而易见。
【附图说明】
[0012]图1示出根据本发明的真空钻孔系统的一个例子的立体图。
[0013]图2示出图1的例子的分解立体图。
[0014]图3是根据钻孔系统的一个例子的切削刀具的立体图。
[0015]图4是根据钻孔系统的一个例子的中空内主体的立体图。
[0016]图5是根据钻孔系统的一个例子的冷却剂容纳套筒的立体图。
[0017]图6是根据钻孔系统的一个例子的冷却剂诱导套筒的立体图。
[0018]图7是根据一个例子的钻孔系统接合有衬套的立体图。
具体实施例
[0019]根据本发明的真空钻孔系统10的一个例子在图1和2中示出。用于执行钻孔操作的真空钻孔系统10可以包括各种特征和属性，以促进散热和排肩，并最大化钻孔操作的精度，同时增加刀具寿命。真空钻孔系统10采用贯通刀具冷却剂源以及中央真空排出系统。在这个例子中，该系统可以包括邻近该系统的前端14的切削头12，具有至少一个切削刃16形成在其上。中空轴18设置有邻近切削头12的至少一个前孔或开口 20。旋转式冷却剂适配器22设置在轴18上，邻近至少一个后开口 24。连接真空源(未示出)以在所形成的孔中施加真空压力，这将在下文描述。通过开口 20和中空轴18施加真空压力。本发明可以用在钻孔操作中，其中，钻孔期间产生的切肩被真空排出，且冷却剂被供给到切削头12的区域。在这个例子中，切削头12可以包括可更换的切削刀具13，例如片式刀具，但是其他的切削几何形状和构造可根据不同的应用而使用。可更换的切削刀具13将被组装到中空内主体18的切削端，用梅花螺钉的开槽连接或其它合适的构造。可以使用向中空轴18施加真空的其它系统，这也在本发明的构思中。
[0020]在切削金属材料时，切削刀具13通常可由碳化物基体制成，并且涂覆的外表面用于改进的刀具性能。使用的特定基体和涂层取决于钻头的应用，并且可以使用任何合适的基材，以及任选的任何涂层或其它的其他处理。基体可以具有在钻孔时为了实现可接受的刀具寿命所要求的耐磨性，并且也具有韧性而不会过早失效。涂层可用于给基体提供增加的耐磨性和耐热性。适当的涂层可以有助于航空航天金属的钻孔，因为这些金属是非常粗糙的，并且在切削时产生大量的热量。切削刀具13，在所示例子中是可更换的，允许在一个刀具变得磨损时更换刀具以实现成本节约性能。如图3中所示，在这个例子中，刀具13是双重有效的，并且具有由钻头的应用决定的切削几何形状。适当的刀具切削几何形状可被设计成形成所需的切肩类型，以便于使用冷却剂和金属材料的真空钻孔进行有效排出。切削几何结构产生所需的切肩形成和孔质量。在航空航天等行业，连续切肩成形的金属材料是常见的，而切削几何形状可配置为帮助形成小分段切肩。在航空航天和其他工业中，使用的金属材料的性质，例如