WO2014065361A1 - 小径ドリル - Google Patents

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神代　政章
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    • Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
    • Y10T408/9097—Spiral channel

Definitions

  • This invention relates to a drill having a diameter of 3 mm or less (which is referred to as a small-diameter drill in the present invention) that improves the machining performance while ensuring the strength of the cutting edge.
  • a drill with a thick core is subjected to cross thinning (also referred to as X thinning) to reduce thrust.
  • a drill with a thick core has a large cutting edge, and when the flute (twist groove) cutting edge is a straight cutting edge, the radial rake (radial rake angle of the outer cutting edge) is greatly negative. Therefore, a positive radial rake is imparted by bending the flute portion cutting edge into a concave shape with respect to the rotation direction of the drill.
  • Patent Document 1 As a conventional example of a small diameter drill with such a design, for example, there is one disclosed in Patent Document 1 below.
  • a drill with a thick core has a small flute depth and a small groove area, making it difficult to treat chips.
  • small-diameter drills have a small feed amount during machining for reasons of rigidity (conventional drills have a recommended feed condition of 1% of the drill diameter), which makes chip disposal more and more difficult.
  • a drill with a flute cutting edge bent into a concave shape tends to be deficient because the strength of the outer peripheral portion of the cutting edge decreases.
  • the strength reduction of the outer peripheral portion of the cutting edge caused by bending the flute cutting edge into a concave shape can be compensated to some extent by performing a return processing to set the radial rake to 0 °, for example. This is not preferable for a small diameter drill because the amount of the back metal that affects the diameter is sacrificed.
  • the present invention suppresses the strength reduction of the outer peripheral portion of the cutting edge without providing a return portion while ensuring the sharpness of the outer peripheral portion of the cutting edge without shortage, and in addition, obtains good machining accuracy and good chip disposal. It is an issue.
  • a small-diameter drill having a diameter of 3 mm or less and having a tip subjected to cross thinning is configured as follows. That is, when viewed from the front, the flute cutting edge is bent in a concave shape with respect to the rotation direction with respect to a virtual straight line connecting the radial outer end of the flute cutting edge and the radial outer end of the thinning cutting edge.
  • the dent amount d of the flute part cutting edge from the virtual straight line is set in the range of 0.5% to 2% of the drill diameter D, and the thinning part cutting edge length B and the flute part cutting edge length A ratio B: A is set to 0.6 to 0.9: 1, and the radius of curvature R1 of the heel side groove surface of the flute is greater than the radius of curvature R2 of the flute portion cutting edge side groove surface in a cross-sectional view perpendicular to the axis. Also set to small.
  • the radial rake ⁇ at the radially outer end of the flute cutting edge is too small, the sharpness of the outer edge of the cutting edge will deteriorate, and conversely if the radial rake ⁇ is too large, the strength of the outer edge of the cutting edge will be insufficient. Therefore, it is preferable to set the radial rake ⁇ between -5 ° and -15 °.
  • the body core thickness is set to 0.30D to 0.37D and the groove width ratio ⁇ 1: ⁇ 2 is set to 0.70 to 0.90: 1.
  • the small-diameter drill of this invention suppresses the blunting of the radial rake by bending the flute cutting edge into a concave shape, and reduces the cutting edge outer peripheral portion without performing the return processing of the outer peripheral portion to reduce the amount of back metal. Can be increased.
  • the dent amount d of the flute cutting edge is in the range of 0.5% to 2% of the drill diameter D, it is possible to suppress the strength reduction of the outer peripheral portion of the cutting edge.
  • the radius of curvature of the heel side groove surface of the flute is made smaller than the radius of curvature of the flute portion cutting edge side groove surface, so that chip disposal is improved.
  • chips generated by drilling are originally curled and processed by the flow of chips generated by the flute cutting edge. Because the volume of the chips cut by the blade (which is thicker than the chips generated by the flute cutting edge) is larger, the influence of the chips generated by the flute cutting edge is reduced and the chips cannot be curled. In the deep hole processing, it becomes difficult to discharge well.
  • the drill of the present invention reaches the heel side while the chips generated by the flute cutting edge have a relatively large outflow energy. Therefore, the chip is guided to the heel side groove surface with a small radius of curvature and receives a large curling force, so that the chip scraped off by the thinning part cutting edge also flows to the flute without resistance, thereby discharging the chip. Smoothness and stable performance is achieved even in deep hole machining.
  • This small diameter drill 1 has a cutting edge 4, a cross thinning portion 5, and a chisel edge (not shown) at its tip. Further, a flute (twisted groove) 6 is provided on the outer periphery of the body 2. Two each of the cutting edge 4, the cross thinning portion 5, and the flute 6 are arranged symmetrically about the rotation center.
  • the scissors cutting edge 4 includes a thinning part cutting edge 4b and a flute part cutting edge 4a connected to the outer end of the thinning part cutting edge.
  • the flute portion cutting edge 4a is rotated in a rotational direction with respect to a virtual straight line SL connecting the radial outer end P of the flute portion cutting edge 4a and the radial outer end Q of the thinning portion cutting edge 4b in the front view of FIG.
  • it is bent in a concave shape (that is, the shape of the flute portion cutting edge is a weak arc), and the amount d of the flute portion cutting edge 4a from the virtual straight line SL is 0.5% to 2% of the drill diameter D Is set in the range.
  • the ratio B: A of the length B of the thinning part cutting edge 4b to the length A of the flute part cutting edge 4a is set to 0.6 to 0.9: 1. Further, in the cross-sectional view perpendicular to the axis of FIG. 4, the radius of curvature R1 of the groove surface 6b on the heel 7 side of the flute 6 shown in FIG. 3 is smaller than the radius of curvature R2 of the groove surface 6a along the flute cutting edge 4a. Is set to
  • the radius of curvature R2 of the groove surface of the flute 6 on the flute portion cutting edge side is set to about 70% to 140% of the drill diameter D, and the radius of curvature R1 of the heel side groove surface is set to about 20% to 40% of the drill diameter D.
  • the radial rake ⁇ (radial rake angle at the outer end of the flute cutting edge) is set to ⁇ 7 °.
  • the core thickness of the body 2 is set to 0.30D to 0.37D and the groove width ratio ⁇ 1: ⁇ 2 is set to 0.70 to 0.90: 1.
  • the drill can be used for high-efficiency machining with sufficient strength of the body, and by setting the groove width ratio ⁇ 1: ⁇ 2 within the above range in high-efficiency machining. It is possible to obtain a chip discharge without any problem.
  • the high-efficiency machining referred to here is machining in which the feed is increased to about 3% of the drill diameter D.
  • the cutting edge 4 is preferably a blade that has been subjected to a round honing strengthening process. Although it is better not to reinforce the cutting edge in terms of sharpness, wear of each part of the cutting edge is stabilized when the refining treatment of round honing is performed, and the processing performance of chips is favorably affected.
  • ⁇ 7 in FIG. 3 is a heel, 8 is a margin, 9 is a clearance surface, and 10 is an oil hole provided as necessary.
  • the flank 9 is a combination of the flank 2 and the flank 3, but it may be a single conical flank.
  • the curvature radius R2 of the groove surface on the flute portion cutting edge side of the flute was set to 1.2 mm
  • the curvature radius R1 of the heel side groove surface of the flute was set to 0.35 mm.
  • the prototype drill has a core thickness, a groove width ratio ⁇ 1: ⁇ 2, a flute cutting edge shape (shown as cutting edge shape in Table 1), a flute cutting edge dent amount from the above-described virtual straight line, and a thinning cutting edge.
  • the ratio of the length B of the blade to the length A of the flute portion cutting edge was set as shown in Table 1, and the performance of each sample was evaluated.
  • Sample No. 3 in which the flute cutting edge is a straight line, and Sample No. 3 in which the amount of dents from the virtual straight line of the flute cutting edge exceeds 2% of the drill diameter. 6.
  • Sample No. 9 and Sample No. 12 in which the ratio of the length of the thinning part cutting edge to the flute part cutting edge is 0.6 or less or 0.9 or more are the chip disposal, discharge, cutting edge There are problems with strength and processing accuracy.
  • Sample No. 7 was slightly clogged with chips, and although not so inapplicable, a slight variation in hole diameter occurred.

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Abstract

小径ドリルを改善の対象にして、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。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、正面視において、フルート部切れ刃の径方向外端Ｐとシンニング部切れ刃の径方向外端Ｑとを結ぶ仮想直線ＳＬに対してフルート部切れ刃４ａを仮想直線からの凹み量ｄがドリル径Ｄの０．５％～２％となる範囲で凹形に彎曲させ、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の比を０．６～０．９：１に設定し、なおかつ、軸直角断面視において、フルートのヒール側溝面の曲率半径Ｒ１をフルート部切れ刃側溝面の曲率半径Ｒ２よりも小さくした。

Description

小径ドリル
  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、軸直角断面視において、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、軸直角断面視において、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（すなわち、フルート部切れ刃の形状は弱円弧）、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のフルート部切れ刃側の溝面の曲率半径Ｒ２はドリル径Ｄの７０％～１４０％程度、ヒール側溝面の曲率半径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。なお、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とした。
  その試作ドリルは、芯厚、溝幅比θ１：θ２、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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  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。また、試料No.７は、切り屑が少し詰まることがあり、適用不可というほどではないが、孔径のばらつきが少し発生した。
  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の評価結果と殆ど差の無い結果が得られた。
  上記開示された本発明の実施形態の構成は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
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
ＳＬ        Ｐ、Ｑ間を結ぶ仮想直線
ｄ          フルート部切れ刃の凹み量
Ｒ１  　　　フルートのヒール側溝面の曲率半径
Ｒ２  　　　フルートのフルート部切れ刃側溝面の曲率半径

Claims (4)

  1.   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がドリル径の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、軸直角断面視において、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小径ドリル。
  2.   前記フルート部切れ刃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。
  3.   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。
  4.   前記切れ刃に、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。
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