JP2006082206A - 被覆ドリルの刃先再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に硬質被膜を設けた被覆ドリルは、再研磨による切れ刃再生、再研磨後の硬質被膜の再被覆を繰り返すと、硬質被膜の亀裂、剥離、フルート表面の荒れが発生し易くなり、回転トルクの上昇も起こって折損する可能性が高まってくるので、この問題を解決する。
【解決手段】ボディ１の表面に硬質被膜７を有する被覆ドリルを再研磨して切れ刃２を再生し、しかる後、切れ刃外端からの長さＬが１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上、３ｍｍ以下までのボディ先端からの範囲に硬質被膜７を再被覆するようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、耐摩耗性を高めるための硬質被膜を表面に設けた被覆ドリルの刃先再生方法、詳しくは、硬質被膜の再被覆を繰り返してもドリルの耐欠損性の低下が抑制される刃先再生方法に関する。

自動車部品、機械部品、構造材などの穴あけに採用されるドリルは、経済効果を高めるために、刃先が傷んだら再研磨して切れ刃を再生し、再研磨が不可能になるまでその再生を繰り返す方法が通常採られている。このとき、被覆ドリルでは、逃げ面や切れ刃近傍のすくい面上の硬質被膜が失われ、あるいは傷んでいるので、硬質被膜も再被覆して再生し、再研磨後の性能を初期性能に近づける方法が採られているが、硬質被膜の再被覆を繰り返すと、ドリルの強度に悪影響が出てドリルの折損が起こり易くなる。

一般的なドリルは、ボディの全域に硬質被膜を被覆しており、再被覆は初期の被覆範囲と同じ領域に対して実施されている。この再被覆を繰り返すと、硬質被膜が積層されてその被膜の膜厚が次第に厚くなって行く。ＰＶＤ法（物理蒸着法）で形成される硬質被膜には圧縮応力が、また、ＣＶＤ法（化学蒸着法）で形成される硬質被膜には引張り応力が残留しており、この残留応力を有する硬質被膜は、膜厚が厚くなるほど亀裂が発生し易くなる。被膜に亀裂が発生すると、その亀裂が引き金になって母材が割れ易くなる。また、亀裂の発生によって硬質被膜の部分剥離が起こり、表面粗さが悪化して深穴加工では特に、切屑の排出性が悪化して切屑が詰まり易くなる。さらに、マージン部のバックテーパ形状が不均一になって穴あけ時に穴面との接触もきつくなり（回転トルクが増大する）、これが原因でドリルが折れ易くなる。

なお、被覆ドリルの従来例として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１が開示しているドリルは、フルートの表面に形成される硬質被膜が切屑の排出抵抗を増大させるので、その硬質被膜の形成範囲をドリルの先端から３Ｄ（Ｄはドリルの有効径）までの範囲に規制して切れ刃部長さの長いドリルにおいても切屑詰まりを防止し、使用中のドリル折損などのトラブルを減少させるようにしている。

この特許文献１が開示しているドリルは、硬質被膜の形成範囲を限定しているが、再被覆が原因となる前述のドリル折損の問題を解消し得るものではなかった。
特開２００３−２７５９０９号公報

この発明は、硬質被膜の再被覆を繰り返してもドリルの強度低下、それによるドリル折損などが起こらない被覆ドリルの刃先再生方法とその方法で刃先を再生した被覆ドリルを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、被覆ドリルを再研磨して切れ刃を再生し、しかる後、切れ刃外端から１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下ドリル後方に後退した位置からボディ先端までの範囲に硬質被膜の再被覆層を設ける被覆ドリルの刃先再生方法を提供する。

この方法では、硬質被膜の再被覆範囲を、切れ刃外端から１ｍｍ以上、３ｍｍ以下後退した位置からボディ先端までにすると好ましい。

この発明の方法で再生される被覆ドリルは、切れ刃外端から１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下ドリル後方に後退した位置からボディ先端までの範囲に前記硬質被膜が複数層積層されて設けられているものになる。この発明では、その再生後の構造をもつ被覆ドリルも併せて提供する。

発明者は、硬質被膜の膜厚と亀裂の関係を調べて一般的な厚み（２〜６μｍ程度）の硬質被膜については、新作時に設けられる最下層の硬質被膜も含めて３〜４層までなら積層しても特に問題は起こらないことを見出し、多くても３回の再研磨で再被覆層が消失するようにその硬質被膜の再被覆範囲を設定した。再研磨時の一般的な取り代を考えた場合、ボディ先端からの再被覆範囲は切れ刃の外端から１〜１０ｍｍ後退した位置までが適当であり、その範囲で再被覆を行えば、初回の再研磨時に形成した再被覆層はその後に最大で３回の再研磨を実施したときに再研磨代の領域に取り込まれて消失する。従って、硬質被膜が４層以上積層されることがなく、その膜の耐亀裂性の低下や膜厚増加によるドリルの強度低下が抑制される。

また、硬質被膜の再被覆範囲が狭いのでマージン部の径が太くなる領域も小さく、マージン部が加工穴の穴面にきつく接触する範囲が短縮されて回転トルクの上昇が抑えられる。

さらに、再被覆範囲を狭くしたことによって硬質被膜の部分剥離が起こり難くなるため、切屑の排出性に影響を及ぼすフルート表面の面粗度の悪化が抑えられ、切屑詰まりが起こり難くなる。これらの効果によってこの発明のドリルは再研磨とそれに伴う再被覆を繰り返しても耐折損性の低下が起こらず、穴あけを安定して行うことが可能になる。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、ソリッドタイプの２枚刃のツイストドリルである。このドリルは、ボディ１の先端に切れ刃２を有している。また、ボディ１の外周に２条のフルート３と２条のマージン部４を有し、さらに、ボディ１の後部にシャンク５を有している。図示のドリルはストレートシャンクを設けているが、この発明はテーパシャンクを有するドリルにも適用される。

図示のドリルは、高速度鋼や超硬合金で形成したものであって、新作時の表面処理範囲をボディ１の全域とし、このボディ１の全表面、すなわち、先端の逃げ面、フルート３の表面、マージン部４の外周面及びランド６の表面に硬質被膜７を設けている。

その硬質被膜７は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、その他、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、それらの組み合わせ物、ダイヤモンドライクカーボンなど既知の物質からなるものでよく、単層膜か複合膜かも問わない。

硬質被膜７の膜厚は、一般的には２〜６μｍ程度にしており、この発明のドリルに採用する膜厚もその一般的な厚みでよい。

このドリルは、使用して刃先が傷んだら、再研磨を実施して切れ刃を再生する。また、再研磨後に硬質被膜の再被覆を実施して部分的に消失した硬質被膜を再生する。このときの再被覆範囲は、再研磨代（再研磨１回当たりのドリル長短縮量）を例えば１ｍｍとした場合、図２に示す切れ刃外端からの長さＬを１〜３ｍｍにして（ドリル先端からこの長さＬまでの範囲が再被覆領域）、多くても３回の再研磨で再被覆した層が消失するように設定する。こうすると、硬質被膜の積層がドリルの先端部のみでなされ、また、その膜の積層数が最大でも４層に制限され、再被覆に起因した硬質被膜の耐亀裂性の低下やドリルの回転トルク上昇が抑制される。

なお、再研磨後に行う硬質被膜の再被覆は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法のどちらで実施してもよい。不要箇所をマスクで覆って必要箇所に硬質被膜の再被覆を施す。

刃先を再生するときのドリルの再研磨代は、ドリル径等にも左右されるが、下限は０．５ｍｍ程度、上限は３〜４ｍｍ程度と考えられるので、図２のＬの上限はほぼ１０ｍｍになる。

以下に、この発明の刃先再生方法の効果を確認するために行った試験について述べる。試験は、下記のドリルを使用して行った。ドリルの再研磨代は各回約１．５ｍｍとし、再研磨後、切れ刃外端から４ｍｍの長さ範囲に硬質被膜の再被覆を行う場合（発明方法）と、ボディの全域に硬質被膜の再被覆層を設ける場合（従来方法）とを比較した。再研磨とそれに伴う硬質被膜の再被覆を繰り返し、下記切削条件の下で回転トルクに与える影響を調べた。

使用ドリル：ＭＤＷ０６００ＸＨＴ２０（φ６．０×１５０×２００）
被削材：Ｓ５０Ｃ（ＨＢ２３０）
切削条件 切削速度Ｖ＝８０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ、加工深さｄ＝１２０ｍｍ
切削油：内部供給

試験結果を図３に示す。この試験結果からわかるように、この発明の方法によれば再被覆に伴うトルク上昇が抑えられる。トルク上昇は、穴面との摩擦抵抗の増加や硬質被膜の表面の荒れによる切屑の排出性悪化が原因となって起こるので、これらの現象が抑制されたと考えることができる。

被覆ドリルの一例を示す側面図 この発明の方法による硬質被膜の再被覆範囲を示す図 再被覆回数とドリルの回転トルク変動の関係の比較試験結果を示す図

符号の説明

１ ボディ
２ 切れ刃
３ フルート
４ マージン部
５ シャンク
６ ランド
７ 硬質被膜

Claims (3)

1. ボディの表面に硬質被膜を有する被覆ドリルを再研磨して切れ刃を再生し、しかる後、切れ刃外端から１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下ドリル後方に後退した位置からボディ先端までの範囲に硬質被膜を再被覆する被覆ドリルの刃先再生方法。
2. 硬質被膜の再被覆範囲を、切れ刃外端から１ｍｍ以上、３ｍｍ以下後退した位置からボディ先端までとする請求項１に記載の被覆ドリルの刃先再生方法。
3. ボディの表面に硬質被膜を有する被覆ドリルであって、切れ刃外端から１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下ドリル後方に後退した位置からボディ先端までの範囲に前記硬質被膜が複数層積層されて設けられている被覆ドリル。

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