JP2006167848A - スパイラル貫通孔付き深穴用ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ノンステップで加工できるオイルホール付深穴加工用ドリルで、ドリル刃先強度と切屑の排出性を兼備した際に生じる、ドリルの再研磨回数を多く繰り返して使用できないない等の課題を解決することを課題とする。
【解決手段】穴加工深さがドリル直径の１５〜３０倍程度のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは、刃溝のねじれ角及び切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用のスパイラル貫通孔のねじれ角ともに可変としたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルであり、更に、該ドリルの刃溝のねじれ角、該スパイラル貫通孔のねじれ角とも刃先側からシャンク部後端に向けて段階的に増加している。
【選択図】なし

Description

本願発明は、穴加工深さがドリル直径の１５〜５０倍程度のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルに関し、詳細にはスパイラル貫通孔のねじれ角を可変にすることでドリル刃先強度を確保しつつ、切屑の排出作用を円滑にする事により、ノンステップで加工でき、再研磨を繰り返して有効に使用できるるスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルに関する。

ツイストドリルは、ドリル径の５倍程度の加工深さで切屑の排出が不能となり、溝中に詰まる事で切削トルクの増大を招き、しいてはドリルの折損にいたる。特許文献１は、ドリル径の５倍以上の深さを加工する場合には、溝形状を通常のコーンケーブからパラボリックにした深穴用ドリルが用いられ切屑の排出方向をリード方向に制御し、リボン状切屑形状にすることで穴内壁とドリル溝との空間から切屑を排出しやすくし、ドリル径の１０倍程度までノンステップで加工できる深穴用ドリルが使用されている。
特許文献２は、ドリル中心部にドリルシャンク側より刃先部に向かってストレートなクーラントホールをもうけ、刃先部近傍でストレートなクーラントホールよりＹ字状に分岐して両切れ刃に開口させ、刃先の潤滑を行なうとともに、刃先部の溝のねじれよりシャンク側の溝のねじれを小さくしてドリル剛性を大きくし、切屑排出長さを短くさせたドリルが使用されているが、捩れ角を小さくするとドリル溝のスクリュー効果による切り屑排出作用が低下し切屑の排出不良を誘発するうえ、クーラントホールの両切れ刃への開口部が切れ刃近傍のみであり、刃先の再研磨回数が少なく有効に使用できない。

実公平３−３３３７５号公報 特開平５−２６１６１２号公報

本願発明は、ノンステップで加工できるオイルホール付深穴加工用ドリルで、ドリル刃先強度と切屑の排出性を兼備した際に生じる、ドリルの再研磨回数を多く繰り返して使用できないない等の課題を解決することを課題とする。

本願発明は、穴加工深さがドリル直径の１５〜３０倍程度のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは、刃溝のねじれ角及び切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用のスパイラル貫通孔のねじれ角ともに可変としたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルであり、次に、該ドリルの刃溝のねじれ角、該スパイラル貫通孔のねじれ角とも刃先側からシャンク部後端に向けて段階的に増加している。更に、ドリル軸直角断面視で、ランド部と切屑排出溝のつながるヒール部に一対のマージンを有し、刃先側からシャンク側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、該第一心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、ドリル直径の２％以上厚く、溝部の面粗さをＲｙ０．３以上Ｒｙ１．５以下としたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルである。

本願発明によって、ノンステップで加工できるオイルホール付深穴加工用ドリルでありながら、ドリル刃先強度と切屑の排出性を兼備しつつ、ドリルの再研磨を多く繰り返して有効に使用できるスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルを提供する。

本願発明は、深穴加工の要点の一つとして、切り屑の排出性の良否があり、ドリルの捩れ角を大きくすると、捩れ溝のスクリュー効率が向上し切り屑の排出性に優れるが、ドリル刃先の刃物角が小さくなって切削中の振動等によってチッピングが発生しやすくなり、切り屑排出性を考慮した大きな捩れ角をつけることは困難であることに鑑み、ドリルの欠点であるドリル刃先強度と切屑排出性を改良するため、第１に、刃溝のねじれ角を３０°〜３５°とし、ドリル刃先の刃物角を大きくすることで切削中に刃先に生じる振動に対してチッピングしないようドリル刃先強度を向上させるとともに、そのねじれ角を、シャンク部側に向けて可変、より詳しくは、段階的に増加させることで切屑の排出作用を徐々に上げることが出来る。同時に、切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用のスパイラル貫通孔も、シャンク部後端に向けて段階的に増加させることで、シャンク部後端より高圧で供給された流体が切れ刃先端側の開口部に向かう際に管路内抵抗により減圧することを流路を短縮することで、緩和することが出来る。
ドリルのねじれ角を先端切れ刃側からシャンク側に向かって段階的に大きくすると、先端切れ刃で生成された切屑は、ドリル溝部を伝ってシャンク側に搬送されるが、深穴加工では搬送長さが長く、先端切れ刃で切削の際に生じた切屑排出力も減少し切屑の滞留を発生させるので、ドリル溝のスクリュー効果で切屑を搬送せねばならず、ドリル溝各段階でドリル溝の捩れ角を増加させ、切屑の搬送作用効果を向上させることで、切屑は確実にシャンク側に向かう。段階的に大きくするドリルのねじれ角の一段の増加角度は３°〜５°であり、３°以下では段数が多くなり製作に時間を要し、５°以上では角度差が大きくなりすぎて切屑がスムーズに搬送されない。更に、ねじれ角の一段の長さは、ドリル溝シャンク側終端部の角度から刃先部の角度を引いた値を一段の減少角度で除した値で溝部の長さを等分すればよく、ドリル溝シャンク側終端部の角度はドリル刃先強度が維持されチッピングの発生しない上限の、ドリルのねじれ角４２°まで使用可能で、充分な刃先の再研磨回数が得られ有効にドリルを使用できる。

第２に、深穴加工を安定して能率よくノンステップで加工するには、刃先部で生成された切屑をスムーズに排出することが必要で、切屑のドリル溝部と加工穴内壁との接触による切屑詰りを防止するため、ドリルの心厚を刃先側からシャンク側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部を設け、第一心厚部の心厚を第二心厚部の心厚よりドリル直径の２％以上厚くすることで、切屑は第二心厚部で加工穴内壁に接触しないので、切屑詰りが防止され、第二心厚部の心厚がドリル直径の２％以以下では充分に加工穴内壁との間に隙間が得られないので切屑が詰る場合がある。
第３に、深穴加工の際に生じるドリルの振動をランド部とヒール部に各一対のマージンを設けることで抑制する。深穴加工を行なう溝部の長いドリルでは、切削抵抗によりドリル刃先部がふらついて、刃先に加わる切削抵抗が左右切れ刃でバラツキ、安定加工を妨げる。ドリルの、ランド部と切屑排出溝のつながるヒール部に各一対のマージンを設けることで、ドリルの刃先は加工した穴内壁に４箇所からガイドされるので刃先部のふらつきが抑止され安定した加工が出来る。
第４に、切屑排出溝部の表面を滑らかにすることで切屑は更にスムーズにドリル溝中を搬送されるが、ドリルの溝部の面粗さをＲｙ０．３以上にするには長いドリルの溝全般にわたって加工することは困難であり、Ｒｙ１．５上では切屑が溝中に引っかかり排出を阻害する場合がある。

第５に、ドリルの表面に物理蒸着法より、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃａから選択される少なくとも２種以上と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される少なくとも１種以上から選択される耐摩耗層を少なくとも１層以上したスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルが好ましい。特に、深穴加工に使用される場合、切屑排出性ならびに耐摩耗性の観点から、（ＴｉＳｉ）Ｎ、（ＴｉＳｉ）（ＣＮ）、（ＡｌＳｉ）Ｎ、ＭｏＳ、（ＴｉＭｏ）（ＮＳ）、（ＡｌＣｒ）Ｎ、（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎ、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＴｉＡｌＳｉ）Ｎ、（ＣｒＳｉ）Ｎ、ＷＳが上げられ、これらの単層又は複層が最適である。これら耐摩耗皮膜を被覆後に表面の凹凸を機械的に平滑にすることも好ましい。物理蒸着法としては、アーク放電式イオンプレーティング法及び／若しくはスパッタリング方式イオンプレーティング法が上げられる。

第６に、深穴加工を行なう溝部の長いドリルでも、高能率で加工するためには、超硬合金製のドリルが用いられる。特に、ドリルの靭性が要求されるばあいには、超硬合金の原料粉のＷＣ平均粒径が０．８μｍ以上では、靭性が低く耐折損性に劣る。Ｃｏ重量比が１５％以上では硬度が低く、ドリル寿命が短くなる。
第７に、アルミならびにアルミ合金は材料の延性が大きく、特に深穴加工を行なう際には切屑が溝部に付着し切り屑の排出を阻害するので、ドリル溝各段階でドリル溝の捩れ角を増加させ、切屑の搬送作用効果を向上させることで、切屑を確実に排出しアルミならびにアルミ合金でも安定した穴加工ができる。以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
本発明例１として、超硬合金製でドリル直径６．０ｍｍ、溝長２６０ｍｍ、全長３５０ｍｍ、刃先部のねじれ角を３０°からシャンク側に、一段３°づつ、計４段に渡りねじれ角を大きくし、ドリル溝終端シャンク側でのねじれ角４２°とし、スパイラル貫通孔の径０．７ｍｍ、スパイラル貫通孔のピッチ２．５ｍｍ、マージン２対、第一心厚２．１ｍｍ、第二心厚１．９５ｍｍ、先端角１３５°のドリルに、耐摩耗層として、初めに（ＴｉＡｌ）Ｎを３μｍ被覆後、その上層に（ＴｉＳｉ）Ｎを０．５μｍ被覆し、被覆後、耐摩耗層の表面を機械的（エアロラップ）に平滑化処理を行い、ドリルの溝部の面粗さＲｙ０．８としたものを製作した。本発明例２として、切れ刃側にのみマージンを１対設け、それ以外、本発明例１と同一仕様のドリルを製作した。尚、本発明例１、２は、ＷＣ平均粒径０．６μｍ、Ｃｏの重量比１２％の超硬合金を用いた。比較のため、従来例３として、ドリル刃先部のねじれ角が３０°で、ドリル溝終端シャンク側に一定のねじれ角以外は、本発明例１と同仕様のドリルを各２本用意し、同様に試験を行なった。
本発明例１、２、各２本の工具を用い、切削速度Ｖ８０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、穴の深さ２４０ｍｍ、水溶性切削油を２．０ＭＰａでシャンク部スパイラル貫通孔に供給し、Ｓ５０Ｃをノンステップで５０穴加工し、切削状態を確認した。尚、本発明例１、２は、以下の方法で製作した。スパイラル貫通孔付の超硬素材は、押し出し時ねじれを与えるダイスの回転を段階的に変化させた。ドリルの溝加工は、超硬素材の段階的に変化させたねじれに合わせてＮＣ研削盤で加工した。ドリルの溝部の面粗さはコーティング前とコーティング後にそれぞれ機械的（エアロラップ）に平滑化処理を行った。

その結果、本発明例１は、２本ともドリル刃先のチッピングもなく５０穴問題なく加工したのに対し、本発明例２は、２本とも５０穴加工出来たが、加工中異音が発生する場合があり、加工終了後のドリル刃先を確認したら、１本のマージン部にチッピングの発生が観られた。従来例３は、２本とも加工初期から加工中に振動が発生し、折損の危険があったので１穴目加工途中で加工を中止した。更に、本発明例１のドリルを５０穴加工後再研磨・再被覆し、同様に調査を行なった。その結果、本発明例１は再研磨・再被覆をくりかえしても２本ともドリル刃先のチッピングもなく５０穴問題なく加工出来、第１心厚部の長さが適用できるため、３０回程度、再研磨でき、有効なドリルの使用によりランニングコストを下げることが可能である。

（実施例２）
本発明例４として、本発明例１と同仕様で、第一心厚２．１ｍｍ、第二心厚１．９８ｍｍとしたもの、本発明例５として本発明例１と同仕様で、第一心厚２．１ｍｍ、第二心厚２．０４ｍｍとしたもの、本発明例６として本発明例１と同仕様で、第一心厚、第二心厚とも２．１ｍｍとしたもの、それぞれ各２本用意し、実施例１と同様に調査を行なった。
その結果、本発明例４は２本とも５０穴問題なく加工したのに対し、本発明例５のドリルは２本とも３５穴と２４穴加工中に折損した。本発明例６のドリルは２本とも１穴目途中で折損した。

（実施例３）
本発明例７として、本発明例１と同仕様で、ドリルの溝部の面粗さＲｙ１．５としたもの、本発明例８として、本発明例１と同仕様で、ドリルの溝部の面粗さＲｙ２．０としたものを製作し、それぞれ２本用意し、空気圧０．５ＭＰａで植物性ＭＱＬオイルを５０ＣＣ／Ｈでシャンク部スパイラル貫通孔に供給し、切削速度Ｖ１２０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、穴の深さ２４０ｍｍ、アルミ合金ＡＣ２Ａをノンステップで５０穴加工し、切削状態を確認した。その結果、本発明例７は、２本とも５０穴問題なく加工したのに対し、本発明例８は、切屑の排出が断続的で１本は５０穴加工出来たが、他の１本は１８穴加工中に折損した。

（実施例４）
本発明例９として、本発明例１と同仕様で、超硬合金、ＷＣ原料粉の平均粒径０．８μｍ、Ｃｏ重量比１２％、本願発明１０として、本発明例１と同仕様で、超硬合金、ＷＣ原料粉の平均粒径０．８μｍ、Ｃｏ重量比１５％のもの、比較例１１として、本発明例１と同仕様で、超硬合金、ＷＣ原料粉の平均粒径０．８μｍ、Ｃｏ重量比１７％のものを製作し、それぞれ２本用意し、実施例１と同様に調査を行なった。
その結果、本発明例９は、２本とも５０穴問題なく加工し、本発明例１０は、２本とも４６穴と３９穴加工中に折損した。比較例１１は、２本とも５０穴加工出来たが、加工終了後のドリル刃先を確認したら、２本とも著しい磨耗の進行が観られた。

Claims (8)

1. 穴加工深さがドリル直径の１５〜３０倍程度のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは、刃溝のねじれ角及び切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用のスパイラル貫通孔のねじれ角ともに可変としたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
2. 請求項１記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルの刃溝のねじれ角、該スパイラル貫通孔のねじれ角とも刃先側からシャンク部後端に向けて段階的に増加していくことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
3. 請求項１又は２記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルの心厚は、刃先側からシャンク側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、該第一心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、ドリル直径の２％以上厚くしたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリル軸直角断面視で、ランド部と切屑排出溝のつながるヒール部に一対のマージンを設けたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該切屑排出溝部の面粗さをＲｙ０．３以上Ｒｙ１．５以下としたことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
6. 請求項１乃至５いずれかに記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルの表面に物理蒸着法より、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃａから選択される少なくとも２種以上と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される少なくとも１種以上から選択される耐摩耗層を少なくとも１層以上被覆したことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは超硬合金製で、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ重量比１５％以下含むことを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。
8. 請求項１乃至７いずれかに記載のスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルはアルミならびにアルミ合金の穴加工に用いられることを特徴とするスパイラル貫通孔付き深穴用ドリル。