JP3851804B2

JP3851804B2 - 刃先交換式ツイストドリル

Info

Publication number: JP3851804B2
Application number: JP2001328583A
Authority: JP
Inventors: 直宏中村
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003136319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切削ヘッドの全体を交換して寿命となった機能を再生する刃先交換式ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なツイストドリルは、ねじれ角が３０°に設定されており、切れ刃のアキシャルレーキが外端の３０°を最大としてドリル中心側に行くにつれて次第に小さくなっている。
【０００３】
切れ刃の切れ味はアキシャルレーキが小さくなるほど低下し、従って、ドリル中心側の切れ刃の切れ味を良くしようとするならば、ねじれ角を大きくするなどの工夫が必要になる。
【０００４】
ところが、ねじれ角を大きくするとドリルの強度低下や切屑排出性の悪化が起こる。
【０００５】
一方、シンニング処理で切れ刃の全域のアキシャルレーキを一定させる技術があり、この方法によればねじれ角を大きくせずにドリル中心側切れ刃の切れ味を高めることができる。特公昭６２−６９２９号、特公昭５９−３９２４５号等はその方法で一定のアキシャルレーキを付与しているが、前者の公報が述べている＋３°、後者の公報が述べている＋３°〜＋１５°のアキシャルレーキでは仕事量の多い外周側切れ刃のアキシャルレーキが小さ過ぎて全体的な切削抵抗を大きく下げることができない。
【０００６】
また、特公昭６２−６９２９号は、シンニング部が切屑の切断にも効果を奏すると述べているが、平坦なシンニング面では切屑処理性の飛躍的な向上は望めない。
【０００７】
切屑排出性については、特開平０３−１４２１１７号、特開平０３−１４２１１８号の各公報に示されるような改善策がある。これ等の公報に示されるドリルは、切屑排出溝を、工具先端から基端側に向かって連続的にねじれ角が減少するねじれ部と、軸線と平行な直線部とで構成して排出溝の全長を短縮し、また、直線部の溝幅比をねじれ部よりも一様に大きくし、或いは直線部の溝幅を基端側に向かうほど拡大することで切屑の排出抵抗を下げている。
【０００８】
しかしながら、切屑は溝底と加工穴の内面とにこすれ合って流出し、排出溝のねじれ角や溝幅を徐々に変化させるだけではその現象が解消されないため、穴深さがドリル径の５倍を超える深穴加工では特に、切屑詰まりの問題を解決できない。
【０００９】
この発明は、上記の不具合を無くしてドリルの性能、寿命等を向上させることを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、切れ刃を有する切削ヘッドを工具本体の先端に着脱自在に取り付けた刃先交換式ツイストドリルに、以下に列挙する構成を加える。
（１）切削ヘッドのねじれ角を２０°〜４０°とし、かつ、工具本体のねじれ角を切削ヘッドのねじれ角よりも小さくする。
（２）工具本体のねじれ溝の先端溝面位置を切削へッドのねじれ溝の後端溝面位置よりも低くし、溝幅比は切削ヘッド側が０．５：１〜０．８：１、工具本体側が０．６：１〜１．０：１で切削ヘッドの溝幅が工具本体の溝幅よりも小さいものにする。
（３）工具本体に、ねじれ角がシャンク側に向かって徐々に小さくなりねじれ溝の溝幅は徐々に大きくなるねじれ角、溝幅変化部を部分的に設け、かつ、工具本体の芯厚を先端からシャンク側に向かって徐々に小さくする。
（４）切削ヘッド及び工具本体に形成されるねじれ溝の溝面の面粗さを、Ｒａ２μｍ以下にする。
（５）工具本体の２箇所のランド部の各々に、外径がドリル径よりも０．０１〜０．１ｍｍ小さく、硬度がＨＲＣ５５以上のガイド部を、ドリルの回転方向前方のねじれ溝と回転方向後方のねじれ溝に沿って各２条設ける。
（６）切削ヘッド先端の切れ刃に２０°〜４０°の範囲の一定すくい角を付与するすくい面を設け、さらに、そのすくい面の終端のねじれ溝への切れ上がり部でチップブレーカを形成する。
【００１１】
なお、上記の各構成は単独で採用してもよいし、任意の２以上の構成を組み合わせて用いてもよい。それぞれの構成の作用、効果は次項で述べる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、上記（１）の構成を採用した刃先交換式ドリルである。このドリルは、超硬合金等で形成される切削ヘッド１を工具本体２の先端に締結ボルト３で着脱自在に取り付けている。
【００１４】
切削ヘッド１は、中心対称の２枚の切れ刃４と、２条のねじれ溝５とマージン部６を有し、工具本体２は、切削ヘッド１の各ねじれ溝５に連なるねじれ溝７を有している。
【００１５】
また、切削ヘッド１と工具本体２は、突き合わせ部に断面Ｖ字状の凸部８、９とそれに対応させた凹部１０、１１を放射状配置にして設け、それ等を嵌合させてトルク伝達を行うようにしている。凸部８は外端から内端に向かってその高さを次第に低くしており、稜線が凹形円錐面上にある。凸部９もその高さを外端から内端に向かって次第に低くしているが、この凸部９の稜線はドリルの軸心と直角な面上にある。こうすると、切削ヘッド１と工具本体２が円錐嵌合して心出し効果も得られるが、嵌合部の構造は例示のものに限定されない。
【００１６】
この図１のドリルは、切削ヘッド１のねじれ角βを２０°〜４０°の範囲に設定し、工具本体２のねじれ角β１をβよりも小さくしている。
【００１７】
このように、切削ヘッド１を強ねじれにすることで切れ刃の切れ味が向上し、切削抵抗や刃先温度が下がり、刃先摩耗が減って切削ヘッドの寿命が延びる。その一方で、工具本体２はねじれ角を小さくして剛性を高めることができ、また、工具本体のねじれ角β１を小さくすることで切屑排出の道程が短くなって切屑排出性も向上する。
【００１８】
図２は、上記（２）の構成を採用したドリルである。このドリルは、図２（ｂ）に示すように、ねじれ溝７の先端溝面位置をねじれ溝５の後端溝面位置よりも低くしている。また、ねじれ溝５の溝幅比を０．５：１〜０．８：１、ねじれ溝７の溝幅比を０．６：１〜１．０：１に各々設定して切削ヘッド１側の溝幅Ｗを工具本体２の溝幅Ｗ₁よりも小さくしている。この点と、切削ヘッドと工具本体のねじれ角を等しくした点を除く構成は図１のドリルと同じである。
【００１９】
この図２のドリルは、切削ヘッド１と工具本体２の接続部における切屑の引っ掛かりが溝面の落ち込みによって防止され、また、ねじれ溝の溝幅が工具本体２側で広くなっているので切屑の流れも良くなり、切屑排出性が向上する。
【００２０】
図３は、上記（３）の構成を採用したドリルである。このドリルは、ねじれ角がＢ点即ちシャンク１２側に向かって徐々に小さくなり、ねじれ溝７の溝幅Ｗ₁はＡ点からＢ点向かって徐々に大きくなるねじれ角、溝幅変化部１３を工具本体２の一部分に設け（１４、１５はねじれ角、溝幅一定部）、さらに、工具本体の芯厚ＴをＡ点からＢ点に向かって徐々に小さくしている。
【００２１】
このドリルは、工具本体のねじれ角変化により切屑流出の道程が短くなる。これに加え、シャンク側に向かって溝幅が徐々に拡大し、ねじれ溝７は芯厚減少により徐々に深くなっていくので、溝幅のみを広げたものよりも切屑の流出抵抗が小さくなり、切屑排出性が大きく向上する。
【００２２】
図４は、上記（５）の構成を採用したドリルである。このドリルは、工具本体２の２箇所のランド部に、ガイド部となるマージン部１６を各２条設けている。ドリルの回転方向前後のねじれ溝に沿わせたそのマージン部１６は、外径をドリル径よりも０．０１〜０．１ｍｍ小さくし、また、ＨＲＣ５５以上、より好ましくはＨＲＣ６０以上の硬度をもたせている。
【００２３】
ロングドリルによる深穴加工では、ドリル径に対し、工具本体の外周が大きく逃げていると加工中に本体が撓み、穴曲がりが発生し易くなるので、各ランド部にガイド部１６（マージン部）をそれぞれ２箇所設けており、そのガイド部で本体の撓みを止めて穴曲がりを防止することができる。また、充分な硬度をもたせることでガイド部の耐摩耗性を高めているので、工具本体の寿命も延びる。
【００２４】
図５は、上記（６）の構成を採用したドリルである。このドリルは、シンニング処理によるすくい面１７を設けて切れ刃４のすくい角γを２０°〜４０°の範囲の一定値にしており、ドリル中心付近でも切れ刃の切れ味が向上し、切削抵抗が小さくなる。そのために、被削材や加工設備の剛性が低くても安定した穴加工が行え、ドリルの使用規制が緩和される。また、すくい面１７をねじれ溝５に切れ上がらせて切れ上がり部でチップブレーカ１８を成形しており、生成された切屑がそのブレーカによって分断されて切屑詰まりが起こり難くなる。
【００２５】
切れ刃チップやヘッド部を鑞付けする付刃ドリルや先むくドリルは、チップブレーカを設けると刃先からチップブレーカまでの距離を維持するために再研削を行えなくなるが、刃先交換式ドリルは、切削ヘッドを使い捨てするので、チップブレーカを設けても何ら支障は生じない。
【００２６】
なお、図１〜図５の構成は、それ等を適当に組み合わせて採用することができる。また、いずれのドリルも、ねじれ溝５、７の溝面の面粗さをＲａ２μｍ以下にすると、溝面との摩擦による切屑の排出抵抗が小さくなり、戻り切削油による強制排出効果が得られないミストクーラント加工やドライ加工でも切屑の排出がスムーズになる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明のドリルは、切れ味向上による切削抵抗低減、本体の剛性確保、切屑の道程短縮、排出抵抗低減、深穴加工での直進性向上、切屑の強制分断等の工夫を凝らしており、切屑詰まりや刃先摩耗等が起こり難く、深穴加工や被削材、加工設備の剛性が低い場合の加工において従来ドリルに勝る性能と寿命を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）第１実施形態のドリルの側面図
（ｂ）同上のドリルの略９０°回転した位置での側面図
（ｃ）同じく正面図
【図２】（ａ）第２実施形態のドリルの側面図
（ｂ）工具本体の正面図
【図３】（ａ）第３実施形態のドリルの側面図
（ｂ）同上のドリルの工具本体の正面図
【図４】（ａ）第４実施形態のドリルの側面図
（ｂ）同上のドリルの工具本体の軸直角断面図
【図５】（ａ）第５実施形態のドリルの側面図
（ｂ）ａ図のＸ−Ｘ線部の断面図
【符号の説明】
１切削ヘッド
２工具本体
４切れ刃
５、７ねじれ溝
６、１６マージン部
１２シャンク
１３ねじれ角、溝幅変化部
１４、１５ねじれ角、溝幅一定部
１７すくい面
１８チップブレーカ

Claims

切れ刃を有する切削ヘッドを工具本体の先端に着脱自在に取り付けた刃先交換式ツイストドリルにおいて、切削ヘッドのねじれ角を２０°〜４０°とし、かつ、工具本体のねじれ角を、切削ヘッドのねじれ角に対して工具本体の先端で角度を変化させて切削ヘッドのねじれ角よりも小さくすると共に、工具本体のねじれ溝の先端溝面位置を切削ヘッドのねじれ溝の後端溝面位置よりも低くしたことを特徴とする刃先交換式ツイストドリル。
切削ヘッドの溝幅比が０．５：１〜０．８：１、工具本体の溝幅比が０．６：１〜１．０：１で切削ヘッドの溝幅が工具本体の溝幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ツイストドリル。
工具本体に、ねじれ角がシャンク側に向かって徐々に小さくなりねじれ溝の溝幅は徐々に大きくなるねじれ角、溝幅変化部を部分的に設け、かつ、工具本体の芯厚を先端からシャンク側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ツイストドリル。
切削ヘッド及び工具本体に形成されるねじれ溝の溝面の面粗さを、Ｒａ２μｍ以下にしたことを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ツイストドリル。
工具本体に設けられる２箇所のランド部の各々に、外径がドリル径よりも０．０１〜０．１ｍｍ小さく、硬度がＨＲＣ５５以上のガイド部を、ドリルの回転方向前方のねじれ溝と回転方向後方のねじれ溝に沿って各２条設けたことを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ツイストドリル。
切削ヘッド先端の切れ刃に２０°〜４０°の範囲の一定すくい角を付与するすくい面を設け、さらに、そのすくい面の終端のねじれ溝への切れ上がり部でチップブレーカを形成したことを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ツイストドリル。