JP2001225216A - 小径穴加工用のドリル - Google Patents

小径穴加工用のドリル

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JP2001225216A
JP2001225216A JP2000033194A JP2000033194A JP2001225216A JP 2001225216 A JP2001225216 A JP 2001225216A JP 2000033194 A JP2000033194 A JP 2000033194A JP 2000033194 A JP2000033194 A JP 2000033194A JP 2001225216 A JP2001225216 A JP 2001225216A
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drill
diameter
small
cutting
drilling
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Katsuhiko Ozaki
勝彦 尾崎
Masami Somekawa
雅実 染川
Hiroshi Kako
浩 家口
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼材に3mm以下の径の小径穴を加工する小
径穴加工用のドリルの切削屑の排出性能を向上させ、耐
折損性を向上させる。 【解決手段】 母材が、粉末成形後に焼結されてなる高
速度工具鋼または超硬合金からなり、先端部2にシンニ
ング面4が形成されてなるドリル1の心厚を35〜50
%に設定し、かつ捩じれ角θを10〜50%に設定する
と共に、ドリル1の表面にAl2 3 、TiN、TiA
lNまたはTiCNのうちの何れか一つからなる硬質皮
膜を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材に小径穴を加
工する小径穴加工用のドリルの改善に関し、特に鋼材、
中でも快削鋼と呼ばれる被削性に優れた鋼材に3mm以
下の径の小径穴を加工するに際して、切削屑が詰まり難
く、耐折損性に優れた小径穴加工用のドリルの技術分野
に属する。
【0002】
【従来の技術】ドリルによる鋼材の穴加工においては、
他の切削加工と異なり、切削屑を自力で穴の外へ排出す
る必要がある。そのため、ドリルには切削屑を穴の外へ
排出するための切削屑排出溝が設けられている。このよ
うなドリルでは、切削屑排出溝の切削屑詰まりにより早
期に折損し、ドリルの寿命が短いということが大きな問
題になっている。切削屑排出溝の切削屑詰まりに起因す
るドリルの折損防止については、例えば特開平10−3
15021号公報(従来例1)や住友電気技報第126
号67〜76頁(従来例2)に開示されている。
【0003】先ず、従来例1(特開平10−31502
1号公報)に係るドリルは、ドリルの先端部に形成され
た2次切刃のドリル中心側すくい角を−50〜−2°と
し、このすくい角の角度を主切刃方向に向かって大きく
するようにしたものであって、切削屑の排出性能のより
一層の向上のためには、ドリルの先端部の心厚を0に近
づける方が良いとしている。
【0004】また、従来例2(住友電気技報第126号
67〜76頁)には、先端角や心厚比、溝幅比などのド
リル仕様を、従来のドリルのドリル仕様と変更したとこ
ろに特徴を持つ超硬ドリルが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】加工穴の穴径が3mm
以下となるような小径穴を鋼材に加工する場合について
は、3mmを超える穴径を有する加工穴の加工精度に比
較して、加工穴の加工精度の要求が厳しいこと、ドリル
の切削屑排出溝の切削屑詰まりに対する懸念が大きいこ
と、また小径で細いが故にドリル自体が低強度であっ
て、ドリルの折損問題がより深刻であるということ等が
良く知られている。
【0006】ところで、鋼材への小径穴の加工において
は、上記従来例1または2に係る何れのドリルであって
も、切削屑の排出性能が必ずしも十分であるとはいえな
い。そこで、切削屑排出溝の切削屑詰まりを回避するた
めに、ドリルの送り速度を大径の穴加工の場合よりもか
なり遅くしているのが現状である。
【0007】具体的には、ドリル1回転当たり0.00
5mm程度の送り速度で穴加工しているのが現状であ
り、小径穴の加工を必要とする各種機械加工部品等の生
産性の向上を阻害するだけでなく、コストの低減を阻害
する大きな要因になっている。そのため、通常の穴加工
条件であっても、切削屑の排出性能に優れ、折損し難い
小径穴加工用のドリルの開発が望まれていた。
【0008】従って、本発明の目的は、鋼材の小径穴の
穴加工において、従来のドリルに比較して切削屑の排出
性能を向上させることにより、耐折損性が優れた小径穴
加工用のドリルを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者らは、鋼材の小径
穴加工時におけるドリルの切削屑の排出性能を向上させ
るために、ドリルの形状と切削屑の排出性能との関係に
ついて鋭意研究を進めた結果、ドリルの心厚を通常のド
リルに採用されている心厚に比較して大きくすると、ド
リルの切削スラスト力の増大が小径穴の加工にほとんど
支障にならない範囲で、ドリルの寿命が著しく向上する
領域が存在することを知見して、本発明をなしたもので
ある。
【0010】従って、上記課題を解決するために、本発
明の請求項1に係る小径穴加工用のドリルが採用した手
段の特徴とするところは、母材が、粉末成形後に焼結さ
れてなる高速度工具鋼または超硬合金からなり、先端部
にシンニング面が形成されると共に、直径Dが3mm以
下の小径穴加工用のドリルにおいて、心厚が前記直径D
の35〜50%に設定されると共に、捩じれ角θが10
〜40°に設定されてなるところにある。
【0011】本発明の請求項2に係る小径穴加工用のド
リルが採用した手段の特徴とするところは、請求項1に
記載の小径穴加工用のドリルにおいて、表面に、Al2
3、TiN、TiAlNまたはTiCNのうちの何れ
か一つからなる硬質皮膜が形成されてなるところにあ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
小径穴加工用のドリルの構成を、ドリルの側面図の図1
(a)と、図1(a)のA矢視図の図1(b)と、シン
ニング面を有してなるS型のドリルを示す図の図2
(a)および図2(a)のB矢視図の図2(b)と、シ
ンニング面を有してなるN型のドリルを示す図の図3
(a)および図3(a)のC矢視図の図3(b)と、ド
リルの端面形状を示す図の図4(a)乃至図4(c)と
を参照しながら説明する。
【0013】先ず、小径穴加工用のドリルの構成を図1
(a),(b)を参照しながら説明すると、符号1は、
小径穴加工用のX型のドリルであって、このドリル1の
母材は、粉末成形後に焼結されてなる高速度工具鋼また
は超硬合金からなっている。このドリル1の直径Dは3
mm以下であって、かつ心厚が直径Dの35〜50%に
設定されている。また、このドリル1の先端部2にはシ
ンニング面4が形成されると共に、捩じれ角θが10〜
40°の範囲に設定されている。さらに、このドリル1
の表面には、Al2 3 、TiN、TiAlNまたはT
iCNのうちの何れか一つからなる硬質皮膜(図示省
略)が形成されている。なお、螺旋状の溝は切削屑排出
溝5であり、また破線で示されてなるものは心厚部6で
ある。
【0014】以下、本実施の形態に係る小径穴加工用の
ドリルについて、より具体的に説明する。即ち、従来の
ドリルの心厚は直径Dの20%程度が一般的であった。
直径Dが3mmを超えるドリルでは、上記従来例2にお
いて、直径Dの30%の心厚を有するドリル(マルチド
リル)が提案されている。ところが、本実施の形態のよ
うに、直径Dの30%を超える心厚を持つドリルについ
ては全く検討されていなかった。これは、ドリルの心厚
が直径Dの30%を超えると、切削抵抗(切削スラスト
力)が大きくなり、好ましくないと考えられていたから
である。
【0015】しかしながら、鋭意研究を進めた結果、鋼
材の小径穴の加工においては、心厚をドリルの直径Dの
35%以上にすると、直径Dの35%未満の心厚のドリ
ルに比較して、切削屑の排出性能が格段に向上し、結果
としてドリルが折損するまでの寿命が飛躍的に向上する
ことが判った。心厚をドリルの直径Dの35%以上にす
ると、切削屑の排出性能が格段に向上するのは、ドリル
が高剛性になることにより心振れがなくなって切削屑の
排出が滑らかになると共に、多少の切削屑詰まりがあっ
ても高剛性であるが故に、切削屑が強制的に排出されて
しまうということに起因するものと理解することができ
る。
【0016】心厚が大きくなると、確かに切削スラスト
力が大きくなる傾向があるが、上記のとおり、心厚がド
リルの直径Dの35〜50%の範囲内であれば、通常の
切削条件下における小径穴の加工では、切削スラスト力
は問題にならない程度であり、特に被削性を高めた鋼
材、つまり快削鋼の小径穴の加工においては切削スラス
ト力の増大よりも切削屑の排出性能の向上によるドリル
の折損防止効果の方が大きかった。ところが、心厚がド
リルの直径Dの50%を超えると、切削スラスト力が大
きくなり過ぎ、切削スラスト力の増大によるドリルの折
損が懸念されるために、心厚の上限値をドリルの直径D
の50%としたものである。
【0017】また、図2(a)および図2(b)に示す
ようなS型のドリル1、図3(a)および図3(b)に
示すようなN型のドリル1、であったとしても、上記の
ような直径Dの35〜50%の心厚に加えて、それぞれ
のドリル1のねじれ角を10〜40°に設定すると共
に、先端部2にシンニング面4を形成させれば、切削屑
の排出性能のより一層の向上を期待することができる。
【0018】さらに、ドリル1の表面にAl2 3 、T
iN、TiAlNまたはTiCNのうちの何れか一つか
らなる硬質皮膜を形成させれば、耐摩耗性が大きくなる
ので、ドリルをより一層長寿命にすることができる。前
記硬質皮膜の厚さとしては、例えば1〜50μmの範囲
にすることが好ましい。
【0019】ところで、ドリルの直径D、心厚、シンニ
ング面、捩じれ角θおよび硬質皮膜以外のドリルの構
成、つまりドリルの先端形状、先端角、溝幅比およびす
くい角等は、通常採用される条件範囲内であれば良いも
のである。例えば、ドリルの先端形状については、図4
(a),(b)および(c)のような端面刃先を有する
形状のドリルを採用することができ、また先端角であれ
ば100〜150°の範囲で適宜決定すれば良く、さら
に溝幅比であれば0.5〜1.3:1などの範囲で適宜
決定すれば良いものである。
【0020】本実施の形態に係る小径穴加工用のドリル
1によれば、穴加工条件、つまり切削速度、送り速度、
切削油などを通常採用される条件、例えば切削速度であ
れば10〜80m/min程度、送り速度であれば0.
01〜0.3mm(1回転当たり)に設定すると、一般
的な構成のドリルよりも遙に折損本数を減少させること
ができ、耐折損性が優れていることが判った。また、鋼
材の中でも被削性に優れた快削鋼に対しては、ドリルの
耐折損性の向上がより一層顕著であった。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明すると、直径D
が1mmの高速度工具鋼からなるドリル(硬質皮膜の材
質はTiNである。)を用いて、予め予備実験により決
定した加工条件、切削速度20m/min、送り速度
0.016mm(1回転当たり)、水溶性切削油を使用
するという加工条件により、深さ10Dmmの小径穴を
加工し、切削屑詰まりにより折損するまでの寿命を加工
穴数の多少によって評価した。但し、最大加工穴数は4
0穴とし、40穴加工しても折損しない場合は、40穴
加工終了時点を以て穴加工実験を停止した。なお、実験
に供した鋼材種は4種類で、下記表1に示す組成のもの
であり、また穴加工実験に用いたドリルは下記表2に示
す構成のものである。
【表1】
【表2】
【0022】上記表2に示す構成のそれぞれのドリルを
用いて、それぞれ上記表1に示す鋼材種について穴加工
実験を行ったところ、下記表3に示すとおりの結果を得
ることができた。なお、この表3に示す比較例は、一般
的に用いられている標準仕様の高速度工具鋼製のドリル
を用いたものである。
【表3】
【0023】上記表3によれば、この比較例のドリルで
は鉛が添加された鋼材種(4)、つまり快削鋼の場合の
み加工穴数は10穴である。しかしながら、本実施例
A,BまたはCの何れのドリルも加工穴数において、標
準仕様のドリルを大幅に上回っており、例え通常の穴加
工条件であったとても、本発明に係る小径穴加工用のド
リルが、切削屑の排出性能に優れ、折損し難いというこ
とが示されている。
【0024】ところで、以上の実施例においては、ドリ
ルの表面に厚さ3μmのTiNからなる硬質皮膜が形成
されているドリルの場合を例として説明した。しかしな
がら、上記のとおり、TiN以外の硬質皮膜であっても
良く、また例えドリルの表面に硬質皮膜が形成されてい
なくても、それなりの耐折損性の向上が認められた。ま
た、本実施例では、ドリルが高速度工具鋼製である場合
を説明したが、超硬合金製とすれば、本実施例の場合よ
りもドリルの耐折損性がより一層向上することは自明で
あるため、敢えて高速度工具鋼製のドリルにより穴加工
実験を行ったものである。
【0025】さらに、以上の実施例では、ドリルの直径
Dが1mmの場合を例として説明したが、直径Dが1m
mよりも大径のドリルの場合には、心厚をドリルの直径
Dの35%に近づけるように設定すれば良い。また、直
径Dが1mmよりも小径のドリルの場合には、心厚をド
リルの直径Dの50%に設定すれば良いものである。つ
まり、心厚はドリルの直径Dの35〜50%の範囲内に
おいて、ドリルの直径Dに応じて適宜変更されるべきも
のであるから、上記実施例によって本発明の技術的思想
の範囲が限定されるものではない。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1ま
たは2に係る小径穴加工用のドリルによれば、通常の切
削条件下における小径穴の加工では、スラスト力は問題
にならない程度であり、特に被削性を高めた快削鋼の小
径穴の加工においては、切削屑の排出性能の向上により
耐折損性が向上し、従来例に係るドリルよりも遙に多く
の小径穴を加工することができ、小径穴の加工を必要と
する各種機械加工部品等の生産性の向上や、コスト低減
に対して大いに寄与することができるという優れた効果
がある。
【0027】また、本発明の請求項2に係る小径穴加工
用のドリルによれば、硬質皮膜の形成により耐摩耗性が
向上するので、ドリルを一層長寿命にすることができる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)はドリルの側面図、図1(b)は図
1(a)のA矢視図である。
【図2】図2(a)はシンニング面を有してなるS型の
ドリルを示す図、図2(b)は図2(a)のB矢視図の
である。
【図3】図3(a)はシンニング面を有してなるN型の
ドリルを示す図、図3(b)は図3(a)のC矢視図で
ある。
【図4】図4(a)乃至図4(c)はドリルの端面形状
を示す図である。
【符号の説明】
1…ドリル 2…先端部 3…主切刃 4…シンニング面 5…切削屑排出溝 6…心厚部 D…ドリルの直径 θ…捩じれ角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家口 浩 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Fターム(参考) 3C037 AA02 BB13 CC01 CC08 CC09 DD00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材が、粉末成形後に焼結されてなる高
    速度工具鋼または超硬合金からなり、先端部にシンニン
    グ面が形成されると共に、直径Dが3mm以下の小径穴
    加工用のドリルにおいて、心厚が前記直径Dの35〜5
    0%に設定されると共に、捩じれ角θが10〜40°に
    設定されてなることを特徴とする小径穴加工用のドリ
    ル。
  2. 【請求項2】 表面に、Al2 3 、TiN、TiAl
    NまたはTiCNのうちの何れか一つからなる硬質皮膜
    が形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の小
    径穴加工用のドリル。
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