JP6236851B2

JP6236851B2 - ドリル

Info

Publication number: JP6236851B2
Application number: JP2013088276A
Authority: JP
Inventors: 一範北森
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: JP2014210325A

Description

本発明は、穴精度の高い穴あけ加工用ドリルに関する。

精度の高い穴あけ加工をする際、効率的に切り屑を排出させるためにねじれ溝を広くすることや、工具の剛性を保つために心厚を厚くすることが求められる。また、切削抵抗やスラスト抵抗により発生する芯ブレを抑えて求心性を高めることが求められる。

例えば、特許文献１には、３つ以上のねじれ溝を有し、凹形状の主切れ刃と滑らかに接続されるようにドリルの先端にシンニング刃が形成されているドリルが開示されている。さらに、ドリル先端側から見て凹形状の主切れ刃の径方向すくい角θ１が−２０°≦θ１＜０°と、負となる負角部を有することで、１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％を超える高送り穴あけ加工を可能としている。凹形状の主切れ刃の径方向すくい角については、特許文献１においては−２５°〜５°の範囲で検討され、−２５°にするとスラスト抵抗が大きくなり切れ味が悪いため加工には不向きであるとされている。

特許文献２では、凹形状の主切れ刃と２枚の副刃の３枚を一組とする外周刃部を有し、凹形状の主切刃で穴あけ加工（荒加工）を行い、第１副刃で中仕上げ加工、第２副刃で仕上げ加工を行う。凹形状の主切れ刃の径方向すくい角θ１を−２５°≦θ１≦−５°、第１副刃の径方向すくい角θ２を０°＜θ２≦２０°、第２副刃の径方向すくい角θ３を−４０°≦θ３＜０°の範囲とすることで、内壁面粗さの良好な加工穴を形成している。

なお、加工穴内壁の仕上げ刃である第２副刃の径方向すくい角については−４２°〜０°の範囲で検討されている。しかし、穴あけ加工を行う凹形状の主切れ刃の径方向すくい角は−２７°〜−３°の範囲で検討されており、−２７°では摩耗は正常であるが、−２５°よりも小さいため、切削抵抗が増大して振動が大きくなる。そのため、凹形状の主切れ刃で加工を行った際に生じる削り残しや傷が大きくなり、第１副刃と第２副刃で十分に加工穴内壁を仕上げることができないため内壁面粗さが悪化するとされている。

国際公開第２０１０／０３８２７９号公報特開２０１１−７３１２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているドリルは、ドリル直径Ｄの５％を超えるような高送り穴あけ加工は可能であるが、加工穴の精度が安定しないという問題があった。また、特許文献２に開示されているドリルは、凹形状の主切れ刃以外に２枚の副刃を形成するため、ドリルの製造工程が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明においては前述した問題点に鑑みて、穴あけ加工において、加工穴精度を向上させ、かつ高寿命な高送り穴あけ加工が可能であり、かつ製造コストの少ないドリルを提供することを課題とする。

本発明者等は、特許文献１および２においては検討及び示唆のされていない凹形状の主切れ刃の径方向すくい角が−２５°超の負角の範囲について鋭意研究した。その結果、穴あけ加工を行う凹形状の主切れ刃の径方向すくい角を−３０°よりもさらに負角とすることで特許文献２における第１副刃や第２副刃を形成することなく加工穴精度が向上することを知得した。

そこで、本発明においては３つのねじれ溝を有するドリルにおいてドリル先端から見て、ドリルの先端にコーナアールとシンニング刃を有するシンニングと、シンニングと滑らかに接続される凹形状の主切れ刃と、主切れ刃の外周において回転方向と後退する径方向すくい角と、径方向すくい角が形成される負角部と、負角部と隣接してねじれ溝に沿ったマージンを有し、径方向すくい角が−４５°〜−３０°の範囲内であるドリルを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、凹形状の主切れ刃の外周に負角部を形成し、径方向すくい角を−４５°〜−３０°の範囲とすることにより、ドリルの外周から中心に向かって切削抵抗がかかるためドリルの位置を安定させて加工中の振動が小さくなり芯ブレが抑制される。また、後述するように凹形状の主切れ刃の負角部の幅（負角部幅）をドリルの直径Ｄに対して、０．０４Ｄ±０．０５ｍｍの範囲とする。

また、負角部の逃げ面とマージンとで形成される交線に負角部面取りを有するドリルとした。即ち、負角部の逃げ面とマージンとで形成される交線に負角部面取りを有することにより、ドリルの外周および外周コーナの切削抵抗やスラスト抵抗に対する強度が向上して、欠けや摩耗が発生しにくくなる。

さらに、請求項２に記載の発明においては、負角部面取りの面取り幅が０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内であるドリルとする。即ち、面取り幅に範囲を設けることによりドリルの外周および外周コーナの切削抵抗やスラスト抵抗に対する強度が向上して、欠けや摩耗が発生しにくくなると同時に、主切れ刃の切れ味が低下することなく確保される。

本発明においては、３つのねじれ溝を有するドリルにおいて、凹形状の主切れ刃の外周に負角部を有し、径方向すくい角が−４５°〜−３０°の範囲内とすることで、ドリルの位置を安定させて加工中の振動が小さくなり芯ブレが抑制されるので、求心性が増して加工穴精度が向上する。また、マージンを設けることにより過剰な切削抵抗の増加を防ぐことができるので、安定した穴あけ加工を実施することができるものとなった。

また、請求項２に記載の発明においては、負角部面取りを有することで、切削抵抗やスラスト抵抗に対するドリル外周および外周コーナの強度が向上して、欠けや摩耗が発生しにくくなるので、高寿命な高送り穴あけ加工が可能となった。

さらに、請求項３に記載の発明においては、負角部面取りの面取り幅を０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内とすることで、欠けや摩耗を発生しにくくし、切れ味が低下することなく確保されるので、加工中の振動が抑制され、加工穴精度が向上し、かつ高寿命な高送り穴あけ加工を実施することができる。

本発明の実施の形態の一例であるドリル１の正面図である。図１の側面図である。図２の先端部の拡大図である。図２の先端部の拡大斜視図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるドリル１の正面図、図２は図１の側面図、図３は図２の先端部の拡大図、図４は図２の先端部の拡大斜視図、図５は図２のＡ−Ａ線断面図である。

本発明のドリル１は、図１に示すように、三つのねじれ溝２、２，２を有するドリル１においてドリル１の先端から見て、軸心Ｏの先端にコーナアール４とシンニング刃５を有するシンニング３が設けられている。また、凹形状の主切れ刃６がシンニング３と滑らかに接続されている。凹形状の主切れ刃６の外周においては回転方向と後退する径方向すくい角αと、径方向すくい角αが形成される負角部７とが設けられている。また、負角部７と隣接してねじれ溝２に沿ったマージン９と、負角部７の逃げ面１０とマージン９とで形成される交線には負角部面取り８を有している。この負角部７の径方向すくい角αは−４５°〜−３０°の範囲内であり、負角部面取り８の面取り幅Ｃは０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内である。

径方向すくい角αに範囲を設ける理由は、切削抵抗によりドリル１の外周から中心に向かってかかる負荷でドリル１の芯ブレが抑制されるので、穴あけ加工において加工穴精度を向上させることができる。径方向すくい角αは、−４５°よりさらに負角になるとドリル１にかかる切削抵抗が大きくなり芯ブレを抑えられない。また、−３０°より角度が正に近くなるとドリル１の外周コーナでチッピングや欠けが発生する。そのため、径方向すくい角αは−４５°〜−３０°の範囲内に設定することが望ましい。

さらに、ドリル１を製造する際に、一つの砥石を用いてねじれ溝２を形成した後に直線形状の負角部７を形成し、さらに切れ味を持たせるためには、径方向すくい角αの狙い値を−３７°とし公差を±３°とする。そうすることで、ドリル直径Ｄが数ｍｍ〜数十ｍｍの範囲のドリル１を製造することが可能となる。そのため、径方向すくい角αについては−４０°〜−３４°の範囲に設定することがより望ましい。

図２ないし図４に示すように、負角部７の逃げ面１０とマージン９で形成される交線に負角部面取り８を有することで、切削抵抗やスラスト抵抗に対するドリル１の外周の強度が向上して、欠けや摩耗が発生しにくくなり、芯ブレが抑制される。そのため、穴あけ加工において加工穴精度を向上させ、かつ工具寿命が長くなる。

また、負角部面取り８の面取り幅Ｃは０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ範囲内で設定されている。負角部面取り８の面取り幅Ｃに範囲を設ける理由は、０．０３ｍｍより小さいと強度が向上せずに欠けや摩耗が発生する。また、０．０５ｍｍを超えると凹形状の主切れ刃６の切れ味が悪くなって求心性が損なわれるため、負角部面取り８の面取り幅Ｃは０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内で設定することが望ましい。

ドリル１の軸心Ｏの先端にコーナアール４を形成するようにシンニング３を施すことで、ドリル１の軸心Ｏで発生する細い切り屑の排出性が向上する。また、シンニング刃５を設けることで求心性が増し、切削抵抗やスラスト抵抗が低下して芯ブレが発生しにくくなり、加工穴精度を高めることができる。

また、シンニング刃５は凹形状の主切れ刃６と滑らかに接続されるように設けられており、シンニング刃５のすくい角βが−１°〜１°の範囲内で設定されている。シンニング刃５のすくい角βに範囲を設ける理由は、−１°より小さいとシンニング刃５の肉厚が厚くなりドリル１先端の切り屑の排出性が低下する。また、１°を超えると刃の肉厚が薄くスラスト抵抗によりチッピングや欠けが発生しやすくなりドリル１の求心性が損なわれるため、−１°〜１°の範囲内に設定する。

凹形状の主切れ刃６の負角部７が形成される負角部幅Ｎについては、小さくなるとドリル１の外周から中心に向かってかかる切削抵抗が小さいので芯ブレが大きくなる傾向にある。一方で負角部幅Ｎが大きくなると、凹形状の主切れ刃６の切れ味が悪くなり、ドリル１にかかる切削抵抗が大きくなって工具の剛性を越えてしまい折損するため、０．０４Ｄ±０．０５ｍｍ（Ｄ：ドリル直径）の範囲内に設定する。

図５に示すように、ドリル１の心厚Ｗについては、小さくなると工具の剛性や刃物強度が損なわれる一方、大きくなると切り屑の排出性が損なわれるため、０．２９Ｄ〜０．３１Ｄ（Ｄ：ドリル直径）の範囲内に設定する。

ランド幅角度γに対する溝幅角度δの比（溝幅比：δ／γ）が１．４〜２．０の範囲内で設定されている。溝幅比（δ／γ）に範囲を設定する理由は、切削抵抗を抑え、かつ、ドリル１にかかる負荷に耐えうる心厚Ｗと切り屑の排出性をバランス良く確保することができるためである。溝幅角度δよりもランド幅角度γが小さくなると工具の剛性や刃物強度が損なわれるが、ランド幅角度γが大きくなると切り屑の排出性が損なわれるため、１．４〜２．０の範囲内に設定する。

本発明に係るドリル（以下、本発明品という）および従来のドリル（以下、従来品という）を用いて以下の加工条件で切削試験を行い、切削試験後の穴拡大量、真円度、内壁面粗さ、直角度を測定した。切削試験に用いた本発明品および従来品の材質は超硬合金、ドリル直径Ｄは１２ｍｍとすることを共通仕様とした。また、本発明品は径方向すくい角を−３７°、負角部の逃げ面とマージンとで形成される交線に負角部面取りを施した。一方、従来品は径方向すくい角を−２０°とした。
・被削材：ＳＣＭ４４０Ｈ
・切削油：水溶性油剤
・切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．４８ｍｍ／ｒｅｖ
・送り速度：９５５ｍｍ／ｍｉｎ
・回転数：１９９０ｍｉｎ^―１
・加工深さ：６０ｍｍ（５Ｄ）

表１はＳＣＭ４４０Ｈに対する加工穴精度を評価するために、切削試験後に穴拡大量、真円度、内壁面粗さ、直角度を測定した結果である。表１に示すように、本発明品は従来品に対して穴拡大量が４．０μｍ、真円度が２．９μｍ、内壁面粗さが１．３μｍ、直角度が３８．０μｍ小さくなっている。この結果から本発明品の加工穴精度が従来品より向上していることがわかる。

これは、本発明品は従来品と比較して径方向すくい角を−３０°よりもさらに負角とし、さらには負角部の逃げ面とマージンとで形成される交線に負角部面取りを施したことで、加工中の振動が抑制されためである。

本発明に係るドリル（以下、本発明品という）および従来のドリル（以下、従来品という）を用いて以下の加工条件で切削試験を行った。切削試験に用いた本発明品および従来品の材質は超硬合金、ドリル直径Ｄは６ｍｍとすることを共通仕様とした。また、本発明品は径方向すくい角を−３７°、負角部の逃げ面とマージンとで形成される交線に負角部面取りを施した。一方、従来品は径方向すくい角を−２０°とした。
・被削材：Ｓ５０Ｃ、ＳＣＭ４４０Ｈ
・切削油：水溶性油剤
・切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ、７５ｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．２４ｍｍ／ｒｅｖ
・送り速度：１５３０ｍｍ／ｍｉｎ、９５５ｍｍ／ｍｉｎ
・回転数：６３７０ｍｉｎ^―１、３９８０ｍｉｎ^―１
・加工深さ：３０ｍｍ（５Ｄ）

表２はＳ５０ＣおよびＳＣＭ４４０Ｈに対する耐久性を評価するために、折損または摩耗で寿命に至るまで切削試験を行った時の加工穴数の結果である。表２に示すように本発明品は従来品に対してＳ５０Ｃでは１．４倍以上、ＳＣＭ４４０Ｈでは１．３倍以上、加工穴数が増加し、本発明品の工具寿命が従来品より伸びていることがわかる。

これは、本発明品は従来品と比較して径方向すくい角を−３０°よりもさらに負角とし、さらには負角部の逃げ面とマージンとで形成される交線に負角部面取りを施したことで、芯ブレが抑制されたためである。また、切削抵抗やスラスト抵抗に対するドリルの外周および外周コーナの強度が向上して、欠けや摩耗が発生しにくくなり、加工穴精度を向上させ、かつ高寿命な高送りによる穴あけ加工が可能となったためである。

１ドリル
２ねじれ溝
３シンニング
４コーナアール
５シンニング刃
６凹形状の主切れ刃
７負角部
８負角部面取り
９マージン
１０負角部の逃げ面
Ｏドリル軸心
Ｃ面取り幅
α 径方向すくい角

Claims

３つのねじれ溝を有するドリルにおいて前記ドリル先端から見て、前記ドリルのチゼルエッジにコーナアールとシンニング刃を有するシンニングと、前記シンニングと滑らかに接続される凹形状の主切れ刃と、前記主切れ刃の外周において回転方向と後退する径方向すくい角と、前記径方向すくい角が形成される負角部と、前記負角部と隣接して前記ねじれ溝に沿ったマージンと、を有し、
前記径方向すくい角が−４５°〜−３０°の範囲内であって、前記凹形状の主切れ刃の負角部の幅Ｎは前記ドリルの直径をＤとした場合に、０．０４Ｄ±０．０５ｍｍの範囲内とし、かつ前記負角部の逃げ面と前記マージンとで形成される交線に負角部面取りを有することを特徴とするドリル。
前記負角部面取りの面取り幅が０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のドリル。