JP5927671B2

JP5927671B2 - 小径ドリル

Info

Publication number: JP5927671B2
Application number: JP2012235463A
Authority: JP
Inventors: 神代　政章; 政章神代
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: EP2913131B1; WO2014065361A1; EP2913131A4; US20150283624A1; CN104755210A; CN104755210B; US9522428B2; EP2913131A1; JP2014083645A

Description

この発明は、切れ刃の強度を確保しながら加工性能の向上を図った直径が３ｍｍ以下のドリル（これをこの発明では小径ドリルと言う）に関する。

首記の小径ドリルは、強度確保のために芯厚を厚くする傾向にある。その芯厚の厚いドリルは、クロスシンニング（Ｘシンニングとも称される）を施してスラストを低減させる
方法が採られる。

また、芯厚の厚いドリルは、切れ刃の切れ上り量が大きくなり、フルート（ねじれ溝）部切れ刃を直線切れ刃にした場合、ラジアルレーキ（外周切れ刃の径方向すくい角）が大きな負の角度になることから、フルート部切れ刃をドリルの回転方向に対して凹形に彎曲させて正のラジアルレーキを付与することがなされている。

そのような設計がなされた小径ドリルの従来例として、例えば、下記特許文献１に開示されたものがある。

特開２００１−２２５２１６号公報

芯厚の厚いドリルは、フルートの溝深さが浅く、溝面積も小さくなるため、切屑の処理が難しくなる。これに加えて、小径ドリルは剛性上の理由から加工時の送り量が小さくなる（従来ドリルはドリル径の１％が送りの推奨条件）ことから、切屑の処理が益々難しくなる。

前掲の特許文献１のドリルは、フルートの溝面のほぼ全域を曲率半径のほぼ一定した面にしているため、被削材がねばりのあるステンレス鋼のようなものである場合、切屑の分断処理が難しく、安定した切屑処理性能を期待しにくい。

また、フルート部切れ刃を凹形に彎曲させたドリルは、切れ刃外周部の強度が低下して不足しがちになる。

なお、フルート部切れ刃を凹形に彎曲させることによる切れ刃外周部の強度低下は、戻し加工を行ってラジアルレーキを例えば０°にすることである程度補うことができるが、戻し加工は、強度を左右するバックメタルの量が犠牲になるので小径ドリルにおいては好ましくない。

この発明は、切れ刃外周部の切れ味を不足なく確保しながら戻し部を設けずに切れ刃外周部の強度低下を抑制し、併せて、良好な加工精度と良好な切屑処理性を得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、先端にクロスシンニングが施された直径φ３ｍｍ以下の小径ドリルを以下の通りに構成した。即ち、正面視において、フルート部切れ刃の径方向外端とシンニング部切れ刃の径方向外端とを結ぶ仮想直線に対してフルート部切れ刃が回転方向に対して凹形に彎曲しており、そのフルート部切れ刃の前記仮想直線からの凹み量ｄがドリル径Ｄの０．５％〜２％の範囲に設定され、さらに、シンニング部切れ刃の長さＢとフルート部切れ刃の長さＡの比Ｂ：Ａが０．６〜０．９：１に設定され、なおかつ、フルートのヒール側溝面の曲率半径Ｒ１がフルート部切れ刃側溝面の曲率半径Ｒ２よりも小に設定されたものにした。

かかる小径ドリルは、フルート部切れ刃の径方向外端のラジアルレーキγが小さすぎると切れ刃外周部の切れ味が低下し、逆にラジアルレーキγが大きすぎると切れ刃外周部の強度が不足しがちになるのでそのラジアルレーキγを−５°〜−１５°に設定したものが好ましい。

また、ボディの芯厚を０．３０Ｄ〜０．３７Ｄに、溝幅比θ１：θ２を０．７０〜０．９０：１にそれぞれ設定したものが好ましい。

このほか、切れ刃に対してＲ半径０．００５ｍｍ〜０．０１５ｍｍの丸ホーニングの強化処理を施したものが好ましい。

この発明の小径ドリルは、フルート部切れ刃を凹形に彎曲させたことによってラジアルレーキの鈍化が抑制され、バックメタル量を減少させる外周部の戻し加工を行わずに切れ刃外周部の切れ味を高めることができる。

また、フルート部切れ刃の凹み量ｄをドリル径Ｄの０．５％〜２％の範囲に設定したことによって、切れ刃外周部の強度低下が抑えられる。

さらに、シンニング部切れ刃とフルート部切れ刃の長さ比を０．６〜０．９：１に設定したことによって切れ刃のバランスが保たれ、孔の加工精度が良くなる。

また、フルートのヒール側溝面の曲率半径をフルート部切れ刃側溝面の曲率半径よりも小さくしたことによって、切屑の処理性も良くなる。

即ち、孔加工によって生成される切屑は、本来、フルート部切れ刃によって生成される切屑の流れによってカールして処理されるが、一般的なドリルに比べて芯厚の大きな小径ドリルではシンニング部切れ刃によって削られる切屑（これはフルート部切れ刃によって生成される切屑よりも厚みが大）のボリュームが大きくなるため、フルート部切れ刃によって生成される切屑の影響が小さくなり、切屑がカールできずに延びる傾向があり、深孔加工では良好な排出が困難になる。

この問題に対し、この発明のドリルは、フルート部切れ刃によって生成される切屑が流出エネルギーの比較的大きいうちにヒール側に到達する。そのために、その切屑が曲率半径の小さなヒール側溝面に誘導されて大きなカール力を受け、その影響によりシンニング部切れ刃によって削り取られた切屑も抵抗なくフルートに流れるようになり、これにより切屑の排出が円滑になって深孔加工でも安定した性能が発揮される。

この発明のドリルの一例を示す側面図図１のドリルの先端部の拡大側面図図１のドリルの拡大正面図ドリルのフルート部軸直角断面図図３のＶ−Ｖ線部の拡大断面図

以下、添付図面の図１〜図５に基づいて、この発明の小径ドリルの実施の形態を説明する。

例示の小径ドリル１は、段付きタイプの２枚刃ドリルであって、直径（＝加工径）Ｄが３ｍｍ以下のボディ２と、ボディ径よりも大径のシャンク３とからなる。

この小径ドリル１は、切れ刃４とクロスシンニング部５とチゼルエッジ（図示せず）を先端に有する。また、ボディ２の外周にフルート（ねじれ溝）６を有する。切れ刃４とクロスシンニング部５とフルート６は、各２個が回転中心対称に配置されている。

切れ刃４は、シンニング部切れ刃４ｂとそのシンニング部切れ刃の外端に連なるフルート部切れ刃４ａとからなる。

フルート部切れ刃４ａは、図３の正面視において、そのフルート部切れ刃４ａの径方向外端Ｐとシンニング部切れ刃４ｂの径方向外端Ｑとを結ぶ仮想直線ＳＬに対して回転方向に対して凹形に彎曲しており、そのフルート部切れ刃４ａの仮想直線ＳＬからの凹み量ｄはドリル径Ｄの０．５％〜２％の範囲に設定されている。

また、シンニング部切れ刃４ｂの長さＢとフルート部切れ刃４ａの長さＡの比Ｂ：Ａが０．６〜０．９：１に設定されている。そしてさらに、図４の軸直角断面視において、フルート６の図３に示したヒール７側の溝面６ｂの曲率半径Ｒ１がフルート部切れ刃４ａに沿った溝面６ａの曲率半径Ｒ２よりも小に設定されている。

フルート６のヒール側溝面の曲率半径Ｒ２はドリル径Ｄの７０％〜１４０％程度、フルート部切れ刃側の溝面の曲率半径Ｒ１はドリル径Ｄの２０％〜４０％程度に設定される。

また、例示のドリルでは、ラジアルレーキγ（フルート部切れ刃の外端の径方向すくい角）が−７°に設定されている。

なお、この発明のドリルは、ボディ２の芯厚を０．３０Ｄ〜０．３７Ｄに、溝幅比θ１：θ２を０．７０〜０．９０：１にそれぞれ設定すると好ましい。芯厚を上記の範囲とすることで高能率加工に利用するドリルでもボディの強度を不足なく確保することができ、また、溝幅比θ１：θ２を上記の範囲とすることで高能率加工においても問題の無い切屑排出性を得ることができる。ここで言う高能率加工とは、送りをドリル径Ｄの３％程度に高めた加工である。

このほか、切れ刃４は、図５に示すように、丸ホーニングの強化処理が施された刃にすると好ましい。切れ味の面からは切れ刃の強化処理は無い方がよいが、丸ホーニングの強化処理を施すと切れ刃の各部の摩耗が安定し、切屑の処理性にも好影響が出る。

図３の７はヒール、８はマージン、９は逃げ面、１０は必要に応じて設けるオイルホールである。逃げ面９は、２番逃げ面と３番逃げ面を組み合わせたが、円錐の単一の逃げ面であってもよい。

ボディ直径Ｄ＝φ１．３ｍｍ、フルート長２４ｍｍ、シャンク直径Ｄ１＝φ３．０ｍｍ、長さ６５ｍｍ、フルートのフルート部切れ刃側の溝面の曲率半径Ｒ２＝１．２ｍｍ、フルートのヒール側溝面の曲率半径Ｒ１＝０．３５ｍｍの仕様の表１に示す試料No.１〜１２の超硬合金製ドリルを試作した。
その試作ドリルは、芯厚、溝幅比、フルート部切れ刃の形状（表１には切れ刃形状と表示）、フルート部切れ刃の上述した仮想直線からの凹み量、シンニング部切れ刃の長さＢとフルート部切れ刃の長さＡの比（表１には長さ比と表示）を表１の通りに設定して各試料の性能を評価した。

評価試験は、被削材：ＳＵＳ４１６に下記の条件で孔をあける方法で行った。
加工条件：外周の切削速度Ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．０３ｍｍ、加工孔深さＨ＝２０ｍｍ、内部給油湿式加工
この試験の結果を表２にまとめる。

表２の試験結果からわかるように、フルート部切れ刃が直線である試料No.３や、そのフルート部切れ刃の前記仮想直線からの凹み量がドリル径の２％を越えている試料No.６、シンニング部切れ刃の長さとフルート部切れ刃の長さの比が０．６以下或いは０．９以上の試料No.９及び試料No.１２は、切屑の処理性、排出性、切れ刃強度、加工精度などに問題がある。

これに対し、その凹み量及びシンニング部とフルート部の切れ刃の長さの比が本願の規定範囲をみたすものは、全ての評価項目について、良好な結果が得られている。

なお、送りを０．０４ｍｍ、０．０５ｍｍとし、その他の条件は上記実施例と同じにした加工でも表２と評価結果と殆ど差の無い結果が得られた。

１小径ドリル
２ボディ
３シャンク
４切れ刃
４ａフルート部切れ刃
４ｂシンニング切れ刃
５クロスシンニング部
６フルート
７ヒール
８マージン
９逃げ面
１０オイルホール
Ｐフルート部切れ刃の径方向外端
Ｑシンニング部切れ刃の径方向外端
ＳＬＰ、Ｑ間を結ぶ仮想直線
ｄフルート部切れ刃の凹み量
Ｒ１，Ｒ２フルートの溝面の曲率半径

Claims

先端にクロスシンニングが施された直径φ３ｍｍ以下の小径ドリルであって、正面視において、フルート部切れ刃（４ａ）の径方向外端（Ｐ）とシンニング部切れ刃（４ｂ）の径方向外端（Ｑ）とを結ぶ仮想直線（ＳＬ）に対してフルート部切れ刃（４ａ）が回転方向に対して凹形に彎曲しており、そのフルート部切れ刃（４ａ）の前記仮想直線（ＳＬ）からの凹み量（ｄ）がドリル径（Ｄ）の０．５％〜２％の範囲に設定され、さらに、シンニング部切れ刃（４ｂ）の長さＢとフルート部切れ刃（４ａ）の長さＡの比Ｂ：Ａが０．６〜０．９：１に設定され、なおかつ、フルート（６）のヒール側溝面の曲率半径Ｒ１がフルート部切れ刃側溝面の曲率半径Ｒ２よりも小に設定された小径ドリル。
前記フルート部切れ刃（４ａ）の径方向外端のラジアルレーキγが−５°〜−１５°に設定された請求項１に記載の小径ドリル。
芯厚が、０．３０Ｄ〜０．３７Ｄに、溝幅比θ１：θ２が０．７０〜０．９０：１にそれぞれ設定された請求項１又は２に記載の小径ドリル。
前記切れ刃（４）に、Ｒ半径０．００５ｍｍ〜０．０１５ｍｍの丸ホーニングの強化処理が施された請求項１〜３のいずれかに記載の小径ドリル。