KR20100029821A

KR20100029821A - 트위스트 드릴

Info

Publication number: KR20100029821A
Application number: KR1020107000304A
Authority: KR
Inventors: 마사아키 진다이; 요시지 사토; 마코토 아베
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-03-17
Also published as: EP2213397A4; EP2213397A1; JP4894054B2; US8545141B2; CN101821043B; EP2213397B1; JPWO2009054400A1; KR101086094B1; ATE544553T1; WO2009054400A1; CN101821043A; US20100215452A1

Abstract

나선형 홈(4)의 드릴축 직각 단면에서의 홈 확대각(θ)을 규정하고, 그 홈(4)의 절삭 칩 처리에 관여하는 부위가, 오목 곡선의 절삭날(3)을 따르는 제1 원(S1)과 이 원에 내접하는 제2 원(S2)을 따라 형성되며, 제1 원(S1)과 제2 원(S2)은 모두 코어 두께를 나타내는 제3 원(S3)에 모두 외접하고, 제1 원(S1)의 반경(R)이 0.40D∼0.70D의 범위에, 제2 원(S2)의 반경(R1)이 0.15D∼0.30D의 범위에 각각 있으며, 나선형 홈(4)의 드릴 회전 방향 최전방부(4a)가 제2 원(S2) 상에 형성되고 직경 0.65D의 제4 원(S4)보다도 드릴 중심측에 있도록 하였다.

Description

트위스트 드릴{TWIST DRILL}

본 발명은, 금속의 구멍 뚫기 가공에 이용하는 트위스트 드릴, 보다 상세하게는, 우수한 절삭 칩 배출 성능을 부여하여 고능률 조건에서의 가공을 가능하게 한 트위스트 드릴에 관한 것이다.

금속 가공용 드릴, 그 중에서도, 드릴축 단부면에서 보아 오목 곡선을 이루는 절삭날을 구비한 드릴이 하기 특허 문헌 1, 2 등에 개시되어 있다.

일본 특허 공개 평성 제2-124208호 공보(특허 문헌 1)에 개시되어 있는 트위스트 드릴은, 절삭 칩을 무리없이 둘둘감기게(curl) 처리하기 위해서, 코어 두께가 드릴 직경의 20%∼35%이고, 드릴축 단부면에서 본 나선형 홈 형상이, 절삭날 외단에서 그 절삭날 외단과 드릴 중심을 연결하는 직선과 직교하는 수직선에 대하여 오목해지는 형상의 드릴을 전제로 하여, 상기 수직선으로부터 나선형 홈의 벽면까지의 거리를 드릴 직경의 45%∼65%로 설정하고, 또한, 홈 폭비를 0.9∼1.2로 하며, 코어 두께를 나타내는 가상 원주(圓柱)에 접촉하는 나선형 홈의 바닥부 주변의 곡률 반경을 드릴 직경의 15%∼20%로 설정하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2001-96411호 공보(특허 문헌 2)에 개시되어 있는 드릴은, 절삭 칩의 맞물림에 기인한 힐(heel)부의 치핑 방지나, 절삭유제(切削油劑)에 의한 나선형 홈(절삭 칩 배출홈)의 윤활 부족의 해소를 목적으로, 드릴축 직각 단면(斷面)에서 보아, 나선형 홈을 코어 두께와 접하는 부분으로부터 힐부를 향하여 S자형으로 확대시키고, 그 홈의 힐부에 볼록부를 마련하며, 그 볼록부의 선단으로부터 나선형 홈의 드릴 회전 방향 최전방부까지의 거리를 규정하고 있다.

(특허문헌1)일본특허공개평성제2-124208호공보 (특허문헌2)일본특허공개제2001-96411호공보

특허 문헌 1은, 상기한 설정에 의해 절삭 저항의 경감이나 절삭 칩 막힘의 방지 등을 도모할 수 있는 것으로 되어 있으나, 상기 문헌의 드릴은, 한층 고능률 조건에서의 가공에서는 절삭 칩 처리 성능을 더 향상시킬 필요가 있었다. 특허 문헌 2의 드릴도 마찬가지이다.

특허 문헌 1, 2에 개시되어 있는 것도 포함하여, 종래의 트위스트 드릴은, 절삭 칩의 형상이나 처리 상황이 가공 조건이나 피삭재 특성에 의해 변화하고, 그 때문에, 조건별 설계, 피삭재의 종류에 맞춘 설계가 필요하게 되어, 제조 비용이 높아지는 등의 문제가 발생하고 있었다.

가공 조건이나 피삭재 특성이 변화해도 절삭 칩의 처리, 배출이 양호하게 행해지는 드릴이 있으면, 절삭 속도나 이송량을 크게 하여 가공 능률을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 드릴의 종류를 통합하여 제조 비용을 저감하는 것도 가능해진다.

본 발명은, 이러한 요망에 부응하여 가공 조건이나 피삭재 특성의 변화에 광범위하게 대응할 수 있도록 하며, 종래 드릴보다도 고능률 가공을 행할 수 있는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 트위스트 드릴에, 드릴축 단부면에서 보아 오목 곡선을 이루는 절삭날과, 드릴축 직각 단면에서 본 홈 확대각이 80°∼110°의 범위로 설정된 나선형 홈과, 치즐 에지(chisel edge)의 폭을 축소하는 시닝 홈(thinning flute)을 구비하고,

상기 나선형 홈의 절삭 칩 처리에 관여하는 부위가, 드릴축 직각 단면에서 보아 상기 절삭날을 따르는 제1 원과 이 제1 원에 내접하는 제2 원을 따라 형성되고, 제1 원과 제2 원은 모두 코어 두께를 나타내는 제3 원에 외접하고,

드릴 직경을 D로 하면, 상기 제1 원의 반경(R)이 0.40D∼0.70D의 범위에, 상기 제2 원의 반경(R1)이 0.15D∼0.30D의 범위에 각각 있으며,

상기 나선형 홈의 드릴 회전 방향 최전방부가 상기 제2 원을 따라 형성되고, 드릴 중심(회전 중심)과 동심이며 직경이 0.65 D인 제4 원보다도 드릴 중심측에 있도록 하였다.

여기서 말하는 제1∼제4 원은, 모두 설계상 이용하는 가상원이다.

이 드릴은, 마진부의 리딩 에지(leading edge)에 의해 형성되는 외주 절삭날의 경사각[절삭날의 외주부의 레이디얼 레이크(γ)]을 양(positive)으로 설정한 것이나, 양의 경사각을 갖는 외주 절삭날에 모따기(chamfering)에 의한 날끝 강화 처리를 실시한 것이 바람직하다.

또한, 상기한 「오목 곡선을 이루는 절삭날」이란, 드릴축 단부면에서 보아 상기 제3 원에 일점에서 접하고 절삭날의 외단에 이르는 기준선과 평행한 직선으로부터 절삭날이 드릴 회전 방향 후방으로 들어가는 형상을 말한다. 또한, 상기한 「홈 확대각」은, 드릴축 직각 단면에서 보아 드릴 중심으로부터 절삭날의 외단에 이르는 직선과, 드릴 중심으로부터 나선형 홈의 드릴 회전 방향 최전방부를 지나 외경측으로 연장되는 직선이 이루는 각이다.

절삭날의 외주부의 레이디얼 레이크(γ)[=외주 절삭날의 경사각(α)]는, 1°∼20°정도가 바람직하다.

본 발명의 드릴은, 절삭날을 완만하게 만곡된 오목 곡선 형상으로 하고 있으며, 이 절삭날 형상에 의해 생성되는 절삭 칩에 두께 변화가 발생한다. 또한, 절삭날을 오목 곡선 형상으로 함으로써 절삭날의 외주부에 양의 레이디얼 레이크(γ)가 부여되어, 생성된 절삭 칩의 흐름이 제어된다.

또한, 나선형 홈의 드릴 회전 방향 최전방부가 상기 제2 원을 따라 형성되고 드릴 중심에 가까운 위치(드릴 중심과 동심이며 직경이 0.65D인 제4 원보다도 드릴 중심측)에 있도록 함으로써, 오목 곡선의 절삭날에 의해 깎여진 절삭 칩이 유출 에너지가 비교적 클 때에 드릴 회전 방향 최전방부에 도달하고, 제2 원을 따라 형성된 홈벽에 의해 양호하게 처리된다. 아울러, 시닝 홈부의 절삭날에 의해 깎여진 절삭 칩도 적은 저항으로 원활하게 나선형 홈에 유입된다.

이들의 시너지 효과와, 절삭날의 형상 및 나선형 홈의 형상의 최정화에 의해 안정된 절삭 칩 형상, 안정된 절삭 칩 처리 성능이 얻어져, 가공 조건의 광범위한 변화와 피삭재 특성의 광범위한 변화에 동일한 드릴로 대응할 수 있게 된다. 또한, 대응 가능한 범위가 넓어짐으로써, 조건별 설계, 피삭재의 종류에 맞춘 설계가 불필요하게 되고, 드릴의 품종을 통합하여 제조 비용을 저감하는 것도 가능해진다.

또한, 외주 절삭날의 경사각을 양으로 설정한 드릴은, 외주 절삭날이 잘 들게 되어 절삭 성능이 향상된다. 한편, 외주 절삭날의 강도 저하가 생각되는데, 외주 절삭날의 강도 부족은, 그 외주 절삭날에 모따기에 의한 날끝 강화 처리를 실시함으로써 보충할 수 있다.

도 1은 본 발명의 드릴의 일례의 주요부를 도시하는 측면도이다.
도 2는 도 1의 드릴의 확대 드릴축 단부면도이다.
도 3은 드릴축 직각 단면을 간략화하여 도시하는 설명용 보조도이다.
도 4는 외주 절삭날의 경사각을 도시하는 단면도이다.
도 5는 다른 실시형태의 드릴의 확대 단부면도이다.
도 6은 도 5의 영역(β)을 확대하여 도시하는 단부면도이다.
도 7은 절삭 칩 형상 평가용의 치수비를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부 도면의 도 1 내지 도 6에 기초하여 본 발명의 트위스트 드릴의 실시형태를 설명한다. 이 트위스트 드릴은, 드릴 본체(1)의 선단에, 도 2에 도시하는 단부면에서 보아 오목 곡선을 이루는 절삭날(3)을 갖는다. 이 절삭날(3)은 드릴 중심(O)을 경계로 한 양측에 점대칭 형상으로 하여 각각 설치되어 있다.

또한, 드릴 본체(1)의 외주에는, 도 1, 도 2에 도시하는 2개의 나선형 홈(4)이 형성되고, 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 드릴 본체(1)의 최선단부에는, 치즐 에지(8)의 폭을 축소하는 시닝 홈(5)이 중심 대칭 상태로 하여 2부위에 형성되어 있다. 도면 부호 3a는, 시닝 홈(5)을 따른 부분의 절삭날이다.

도 3은 드릴축 직각 단면 형상을 간략화하여 도시한 보조 도면이며, 이하의 설명은, 이 도 3을 이용하여 행한다. 도 3의 도면 부호 C는, 드릴축 직각 단면에서 보아 드릴을 둘레 방향으로 2등분하는 기준선이다. 그 기준선(C)을 경계로 한 우측 절반의 단면 형상과 좌측 절반의 단면 형상은 동일하다.

나선형 홈(4)은, 홈 확대각(θ)이 79°이하이면 그 나선형 홈의 단면적이 부족하여 절삭 칩의 배출성이 높아지기 어렵다. 또한, 그 홈 확대각(θ)이 111°이상이면 랜드부(2)의 면적이 부족하여 드릴의 강도 확보가 어려워지기 때문에, 이들 문제를 회피하기 위해서, 홈 확대각(θ)을 80°∼110°의 범위로 설정하고 있다.

나선형 홈(4)의 절삭 칩 처리에 관여하는 부위는, 제1 원(S1)과 제2 원(S2)을 따라 형성되어 있다. 제1 원(S1)은, 도 2의 오목 곡선의 절삭날(3)을 따르는 원이며, 코어 두께(W)를 나타내는 제3 원(S3)에 외접한다. 또한, 제2 원(S2)은, 제1 원(S1)에 대하여 내접하는 한편, 제3 원(S3)에 외접한다.

제1 원(S1)은, 그 반경(R)이 0.40D∼0.70D(D: 드릴 직경)의 범위에 있고, 또한 제2 원(S2)은, 그 반경(R1)이 0.15D∼0.30D의 범위에 있다. 제1 원(S1)의 반경(R)은, 제2 원(S2)의 반경(R1)의 1.3배∼4.6배로 되어 있다.

절삭날(3)은, 제1 원(S1)의 반경(R)을 작게 할수록, 제3 원(S3)에 일점에서 접하고 절삭날의 외단(3b)에 이르는 직선(L)[이것은 기준선(C)과 평행]으로부터 드릴 회전 방향 후방으로 들어가는 양(움푹 들어가는 양)이 커져 외주부의 레이디얼 레이크(γ)가 커진다. 그 절삭날(3)의 외주부의 레이디얼 레이크(γ)는, 바람직한 것으로 생각되는 각도 범위인 1°∼20°로 설정되어 있다. 여기서 말하는 절삭날 외주부의 레이디얼 레이크(γ)는, 절삭날(3)의 외단(3b)과, 이로부터 드릴 직경(D)의 5%에 해당하는 곳까지 드릴 중심측으로 되돌아간 위치를 연결하는 직선과, 드릴 중심(O)과 절삭날(3)의 외단(3b)을 연결하는 직선이 이루는 각도로 정의한 것이다. 이 레이디얼 레이크(γ)는, 도 4에 도시하는 외주 절삭날(7)의 경사각(α)과 동일하며, 이 각도는, 외주 절삭날(7)의 컷팅 성능 향상과 절삭 칩의 흐름 제어 효과를 부족없이 발휘시키기 위해서 1°이상으로 하는 것이 좋다. 또한, 그 각도를 지나치게 크게 하면 외주 절삭날의 강도가 저하되고, 강화 모따기 등으로는 완전히 대응할 수 없어지기 때문에, 상한은 20°정도가 좋다.

나선형 홈(4)의 드릴 회전 방향 최전방부(4a)는, 제2 원(S2) 상에 형성되어 있다. 이 드릴 회전 방향 최전방부(4a)는, 제4 원(S4)보다도 드릴 중심측에 있다. 제4 원(S4)은, 드릴 중심과 동심이며 직경이 0.65D인 원이다. 이 드릴 회전 방향 최전방부(4a)를 반경이 작은 제2 원(S2)을 따라 형성하고, 또한 드릴 중심에 근접하게 함으로써, 오목 곡선의 절삭날에 의해 생성된 절삭 칩을 둘둘 감기기 쉽게 하고[컬성(curling property)을 향상시키고], 시닝 홈부의 절삭날(3a)에 의해 생성된 절삭 칩의 유출도 원활하게 하며, 이들 기능이 균형적으로 발휘되도록 하여 가공 조건이나 피삭재 특성의 변화에 대한 대응 능력을 높이고 있다.

또한, 코어 두께(W)는, 0.18D 이상으로 하면 부족하지 않은 강도를 얻을 수 있다. 이 코어 두께(W)가 지나치게 커지면 나선형 홈(4)의 단면적이 부족하여 절삭 칩의 배출성이 악화되기 때문에, 코어 두께(W)의 상한은 0.32D 정도로 하는 것이 좋다.

또한, 제2 원(S2)을 따라 형성되는 나선형 홈(4)의 부분의 종단(4b)을 드릴 회전 방향 최전방부(4a)보다도 드릴 회전 방향 후방으로 돌출시키면, 절삭 칩이 상기한 종단(4b)보다도 외경측으로 흐르기 어려워져 원활한 배출이 이루어진다. 이때의 종단(4b)의 드릴 회전 방향 최전방부(4a)로부터의 돌출량(H)은, 0.02D∼0.05D 정도로 하는 것이 좋다. 돌출량(H)이 0.02D 이하에서는 종단을 돌출시킨 효과가 약하고, 0.05D 이상에서는 힐부의 강도 저하 등이 발생하기 쉬워진다.

도 5 및 도 6은, 외주 절삭날(7)을 강화 처리한 예를 도시하는 것이다. 경사각(α)을 크게 함으로써 외주 절삭날(7)의 강도에 문제가 발생하는 경우에는, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 모따기부(9)를 마련하여 그 외주 절삭날(7)을 강화하면 된다.

이상의 구조로 함으로써, 오목 곡선의 절삭날 형상에 의해 생성되는 절삭 칩에 두께 변화가 발생하고, 또한 절삭날의 외주부에 양의 레이디얼 레이크(γ)가 부여되어 생성된 절삭 칩의 흐름이 제어되게 된다. 또한, 나선형 홈의 드릴 회전 방향 최전방부가 드릴 중심과 동심의 직경 0.65D의 제4 원보다도 드릴 중심측에 있도록 했기 때문에 오목 곡선의 절삭날에 의해 깎여진 절삭 칩이 유출 에너지가 비교적 클 때에 드릴 회전 방향 최전방부에 도달하고, 제2 원을 따라 형성된 홈벽에 의해 양호하게 처리된다. 아울러 시닝 홈부의 절삭날에 의해 깎여진 절삭 칩도 저항 적게 나선형 홈으로 유입되며, 이들의 시너지 효과에 의해 가공 조건의 광범위한 변화와 피삭재 특성의 광범위한 변화에 동일한 드릴로 대응할 수 있게 된다.

또한, 대응 가능한 범위가 넓어짐으로써, 조건별 설계, 피삭재의 종류에 맞춘 설계가 불필요해지기 때문에 드릴의 품종이 감소하여 제조 비용을 저감하는 것도 가능해진다.

(실시예)

본 발명의 드릴의 성능 평가 시험을 행하였다. 그 결과를 이하에 나타낸다. 시험은 표 1에 나타내는 테스트품 No.1∼12의 드릴을 이용하여 이하의 조건으로 절삭을 행하였다. 테스트품 No.1∼12의 드릴은, 모두 직경 φ8 ㎜×유효 날 길이 55 ㎜×전체 길이 110 ㎜의 오일 구멍을 갖는 드릴이다.

테스트품인 12개의 드릴 중, No.3∼5 및 8∼10이 발명품이다.

피삭재: S50C(브리넬 경도 HB230)

절삭 조건: 절삭 속도(Vc)=80 m/min, 이송량(f)=0.30 ㎜/rev, 가공 구멍 깊이(H)=40 ㎜, 내부 급유

이 평가 시험에서는, 1) 절삭 칩 형상(길이와 형상), 2) 절삭 칩 배출성[가공기의 주축(主軸) 부하 전류값], 3) 절삭날 외주의 손상(결손 상태), 4) 절삭 저항(토크)의 4항목에 대해서 평가하였다. 그 결과도 표 1에 아울러 나타낸다.

절삭 칩 형상의 판정…도 7의 a와 b 사이의 비율 A:a＞b, B:a=b, C:a＜b

주축 전류값…바이팅부와 구멍 안쪽의 차 A: 5% 업 이하, B: 10% 업 이하, C: 10% 업 초과

절삭 저항(토크)…수치 평가 A: 450 N㎝ 이하, B: 480 N㎝ 이하, C: 450 N㎝ 초과

이 시험 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 드릴(시료 No.3∼5 및 8∼10)은, 모든 평가 항목에서 만족할 수 있는 성능이 얻어진다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미, 및 범위 내의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

1: 드릴 본체 2: 랜드부
3: 절삭날 3a: 시닝 홈을 따른 부분의 절삭날
3b: 절삭날의 외단 4: 나선형 홈
4a: 드릴 회전 방향 최전방부
4b: 나선형 홈의 제2 원을 따라 형성되는 부분의 종단
5: 시닝 홈 6: 마진부
7: 외주 절삭날 8: 치즐 에지
9: 모따기부 C: 기준선
L: 기준선과 평행한 직선 O: 드릴 중심
S1: 제1 원 S2: 제2 원
S3: 제3 원 S4: 제4 원
R: 제1 원의 반경 R1: 제2 원의 반경
γ: 레이디얼 레이크 θ: 홈 확대각
α: 외주 절삭날의 경사각
H: 종단(4b)의 드릴 회전 방향 최전방부로부터의 돌출량

Claims

드릴축 단부면에서 보아 오목 곡선을 이루는 절삭날(3)과, 드릴축 직각 단면에서 본 홈 확대각이 80°∼110°의 범위로 설정된 나선형 홈(4)과, 치즐 에지(chisel edge; 8)의 폭을 축소하는 시닝 홈(thinning flute; 5)을 가지며,
상기 나선형 홈(4)의 절삭 칩 처리에 관여하는 부위가, 드릴축 직각 단면에서 보아 상기 절삭날(3)을 따르는 제1 원(S1)과 이 제1 원(S1)에 내접하는 제2 원(S2)을 따라 형성되고, 상기 제1 원(S1)과 제2 원(S2)은 모두 코어 두께를 나타내는 제3 원(S3)에 외접하며, 드릴 직경을 D로 하면, 상기 제1 원(S1)의 반경(R)이 0.40D∼0.70D의 범위에, 상기 제2 원(S2)의 반경(R1)이 0.15D∼0.30D의 범위에 각각 있고, 상기 나선형 홈(4)의 드릴 회전 방향 최전방부(4a)가 상기 제2 원(S2) 상에 형성되고, 드릴 중심과 동심이며 직경이 0.65D인 제4 원(S4)보다도 드릴 중심측에 있는 것인 트위스트 드릴(1).
제1항에 있어서, 마진부(6)와 이 마진부(6)의 리딩 에지(leading edge)에 의해 형성되는 외주 절삭날(7)을 가지며, 상기 외주 절삭날(7)의 경사각(α)이 양(positive)으로 설정된 것인 트위스트 드릴(1).
제2항에 있어서, 상기 외주 절삭날(7)에 모따기(chamfering)에 의한 날끝 강화 처리를 실시한 것인 트위스트 드릴(1).