CN102574219A - 复合材料用钻头及使用其的机械加工方法及机械加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种即使在至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件的穿孔加工中，也能够进行几乎不会发生飞边及层间剥离的高品质的穿孔加工的复合材料用钻头。复合材料用钻头(1)具有：形成有前端切削刃(5)的前端部；与前端部的后端侧连接而形成，且以前端侧外径及比该前端侧外径直径大的后端侧外径的直径差呈锥形状形成的锥形部(4)；与锥形部(4)的后端侧连接而形成，且以能够形成比锥形部(4)的后端侧外径直径大的精加工径的方式整体同径地形成的直线部(3)，在锥形部(4)的外周形成有以穿孔径连续变大的方式设定的螺旋状扭转的外周切削刃(7)。

Description

复合材料用钻头及使用其的机械加工方法及机械加工装置

技术领域

本发明涉及适于以CERP(Carbon Fiber Reinforced Plastics；碳纤维强化塑料)为代表的纤维强化复合材料等复合材料的穿孔加工的钻头，更详细而言，涉及能够在一次穿孔作业中进行不会在加工部分产生飞边且不会在穿孔加工面上发生层间剥离的高品质的穿孔加工的复合材料用钻头。

背景技术

在以CERP为代表的纤维强化复合材料等的穿孔加工中，已知有使用由金刚石覆盖的直柄超硬钻头来进行加工的方法。

然而，在利用该方法一次性进行穿孔加工时，穿孔时的切削阻力变大，容易在穿孔加工部分产生飞边。作为抑制飞边的产生的方法，例如在专利文献1中记载有如下内容：对FPC(Flexible Printed Circuits；挠性印制电路板)加工用的钻头而言，将避让面由第二避让面及第三避让面形成，将第三避让面的后角设定为33～50°，由此缩短了比横刃靠外周侧的切削刃的长度。并且，由该切削刃生成的切屑的宽度变大，由此切屑的排出性得以提高，抑制因排出性的恶化而产生的飞边。

另外，在专利文献2及3中记载有在前端侧设置小径部来抑制贯通孔的飞边的钻头。在专利文献4中记载有前端角118°的一次切削刃与前端角约30°的二次切削刃相连而成的双角钻头来作为适于CERP及铝合金板的同时穿孔的钻头。在专利文献5中记载有形成为具有对下孔进行加工的下孔加工部和精加工部的形状，精加工部与下孔加工部的直径差为0.1mm以上且2mm以下的两级结构钻头来作为适于CERP的穿孔的钻头。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-88088号公报

专利文献2：日本特开2001-54810号公报

专利文献3：日本实开平1-99517号公报

专利文献4：日本实用新型注册第2602032号公报

专利文献5：日本特开2008-836号公报

发明内容

纤维强化复合材料中，CERP轻量且具备高强度和刚性，多用于飞机的结构材料等。对用于飞机的结构材料的CERP而言，在品质上严格要求，例如要求在与其它构件的对合面等上不能产生突出的飞边且在CERP的穿孔面上不能产生层间剥离。

然而，CERP含有不易切断的碳纤维，构成为碳纤维和使该碳纤维结合的作为粘合剂的树脂材料形成为层状的结构，因此在穿孔加工中，与由树脂材料或金属材料的单独材料构成的被加工件相比更容易在加工部分产生飞边，因加工时的推进阻力而容易产生层间剥离。对与这样的纤维强化复合材料的穿孔加工相关的课题而言，上述的专利文献1及2所记载的技术在实用方面无法获得充分的效果。这里，“推进阻力”是指在与钻头加工中的穿孔进给方向相反方向上施加的阻力。

在专利文献3中，与专利文献2同样地在钻头的前端侧形成小径部来应对飞边，因此在被加工件为CERP的情况下，专利文献3所记载的技术在抑制飞边上也无法获得满意的效果。

因此，在CERP的穿孔加工中要求高品质的加工处理时，采用了专利文献4所记载的专用的钻头，但专利文献4所记载的双角钻头在耐久性上存在问题，在为30～40孔的加工次数时在加工部分产生飞边，需要更换为新的钻头。

专利文献4所记载的钻头为具有下孔加工部和精加工部的两级结构的钻头，构成为利用精加工部来去除在下孔加工部产生的飞边的加工形态。然而，该钻头形成为增大了精加工部与下孔加工部之间的直径差的形状，切削机构与通常的钻头加工相同，无法从根本上抑制挤裂或飞边。

因此，在专利文献4中，通过减小扭转角来改善切屑排出性，由此应对因切屑堵塞产生的飞边。然而，仅将加工部形成为直线状的切削刃结构的话，无法降低加工时的推进阻力和提高工具刃尖的耐磨损性，因此专利文献4所记载的技术也无法获得满意的效果。

在专利文献5中，下孔加工部为多级状结构，因此扩径时的钻头所受到的推进阻力变大，在提高工具刃尖的耐磨损性上存在问题。

本发明鉴于上述现有技术的问题而提出，其课题在于通过利用具备具有锥形状的锥形部及直线部的钻头进行复合加工，由此几乎不会在被加工件上产生飞边或层间剥离，能够在一工序中进行高品质的穿孔加工。

本发明涉及的复合材料用钻头是对至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件进行穿孔的复合材料用钻头，其特征在于，具有：形成有前端切削刃的前端部；与所述前端部的后端侧连接而形成，且以前端侧外径与比该前端侧外径直径大的后端侧外径的直径差呈锥形状形成的锥形部；与所述锥形部的后端侧连接而形成，且以能够形成比所述锥形部的所述后端侧外径直径大的精加工径的方式整体同径地形成的直线部，在所述锥形部的外周形成以穿孔径连续变大的方式设定的螺旋状扭转的外周切削刃。并且，所述复合材料用钻头的特征在于，在所述锥形部形成有沿着所述外周切削刃呈螺旋状扭转的切屑排出槽。并且，所述复合材料用钻头的特征在于，在所述锥形部中，与所述前端侧外径及所述后端侧外径相接的外径线和钻头轴的中心线之间的锥形角设定为45°以下。所述复合材料用钻头的特征在于，所述前端部的所述前端切削刃具有60°～140°的前端角，所述锥形部的所述外周切削刃与所述前端切削刃连续地形成，且相对于与所述锥形部的刃带外周相接的圆锥面形成有前角或前角及后角。并且，所述复合材料用钻头的特征在于，所述前端部、所述锥形部及所述直线部同轴状地一体化形成。并且，所述复合材料用钻头的特征在于，所述直线部形成为刃带钻头状或铰刀状。并且，所述复合材料用钻头的特征在于，所述前端部、所述锥形部及所述直线部的轴心与旋转轴心一致。并且，所述复合材料用钻头的特征在于，所述锥形部与所述直线部之间的连接部通过所述直线部的前端侧外径朝向所述锥形部的所述后端侧外径呈锥形状缩径而连接。

本发明涉及的机械加工方法是使用上述的钻头来对至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件进行穿孔的机械加工法，其特征在于，利用所述前端部的所述前端切削刃及所述锥形部的所述外周切削刃对所述被加工件进行下孔加工，利用所述直线部对形成了的下孔进行精加工，从而进行穿孔。

本发明涉及的机械加工装置具备：保持上述的钻头且驱动所述钻头以中心轴为中心旋转的驱动机构；对至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件进行支承的支承机构；使所述驱动机构及/或所述支承机构相对地移动以利用所述钻头对所述被加工件进行穿孔加工的移动机构。

发明效果

本发明涉及的复合材料用钻头能够利用锥形部对下孔在将切削阻力抑制得较低的同时进行扩径而进行穿孔加工，不易在加工部分产生飞边，还能够降低对被加工件沿穿孔加工方向施加的推进阻力，对复合材料内的交界面处的剥离力也减少，因此不易产生层间剥离。另外，由于构成为将进行精加工的直线部与锥形部同轴地设定而连接成一体化的结构，因此能够进行高精度的穿孔加工。

另外，由于具备相对于与具有前端切削刃的锥形部的刃带外周相接的圆锥面而形成有前角或前角及后角的外周切削刃、与外周切削刃连接的直线部，因此能够降低切削阻力，在几乎不产生飞边或层间剥离的情况下实现高精度的穿孔加工。

附图说明

图1是本发明涉及的第一实施方式的侧视图。

图2是图1所示的钻头的前端部的主视图。

图3是图1的A-A线向视的剖视图。

图4是图1的B-B线向视的剖视图。

图5是本发明涉及的第二实施方式的侧视图。

图6是图5所示的钻头的前端部的主视图。

图7是图5的C-C线向视的剖视图。

图8是图5所示的钻头的外周切削刃的放大剖视图。

图9是针对形成外周切削刃的锥形部的锥形角及加工时施加的推进阻力使用了模型的说明图。

图10是现有的直柄麻花钻头与本发明的钻头的切削作用的不同的说明图。

图11是使用了本发明涉及的钻头的情况下的机械加工方法的说明图。

图12是使用了本发明涉及的钻头的机械加工装置的外观立体图。

图13是表示切削试验中的测定结果的表。

图14是表示在贯通孔附近有无飞边的发生的观察结果的表。

图15是表示拍摄在贯通孔附近有无飞边的发生而得到的照片的表。

具体实施方式

就本发明的实施方式而言，在将本发明适用于具有两个扭转槽的两片刃钻头的情况下，作为本发明的第一实施方式，将直线部形成为铰刀状，作为第二实施方式，将直线部形成为刃带钻头状，参照附图进行说明。

参照图1～图4对本发明涉及的第一实施方式进行说明。图1是第一实施方式的钻头1的侧视图。图2是从前端侧朝向后端侧观察图1的锥形部而得到的主视图。图3是图1的A-A线向视的剖视图。图4是图1的B-B线向视的剖视图。

本实施方式涉及的钻头1为两片刃钻头，通过在钻柄2的前端连接形成铰刀的直线部3且在直线部3的前端一体地连接锥形部4而成。在锥形部4的前端形成有作为前端部的前端切削刃5。

前端切削刃5对被加工件进行最初切入，通过进行切削加工的切削刃来引导形成在锥形部4的外周切削刃7进行扩径加工。另外，通过将前端切削刃5的前端角形成在60°～140°的范围内，由此提高钻头的切入性及向心性，减少钻头的旋转振摆。

如图1所示，鱼尾(fishtail)形状的刃立起面中央部的突起部与切削刃面的轴向高低差长度L1设定为0.5mm以上。通过使刃立起面中央部比切削刃面突出，由此下孔加工时的向心性变好。通过将前端切削刃5的前端角α1设定为90°的角度，由此能够提高钻头前端的刚性和向心性，前端切削刃5的锋利度变好。

锥形部4呈由前端侧外径D1与后端侧外径D2的直径差形成的锥形状的形态，在其后端侧一体地连接有直线部3。直线部3形成得比锥形部4大径。这里，“锥形”意味着在与前端侧外径及后端侧外径相接的直线与钻头中心轴之间设定有规定的角度的形状。

如图2所示，锥形部4具有形成为鱼尾形状且与前端切削刃5连续而形成的两片外周切削刃7。在从前端侧外径D1至后端侧外径D2形成的锥形状外周上形成以穿孔径连续变大的方式设定的螺旋状扭转的外周切削刃7，沿着外周切削刃7形成螺旋状扭转的切屑排出槽6。

在锥形部4的外周设置的切屑排出槽6形成为具有扭转角α3的槽。切屑排出槽6的扭转角α3也与前端角的大小或被加工件的材质有关，但为了防止切削刃过于锋利而轻易切去的现象，优选设定为60°以下，通过设定为60°以下，由此能够将含有复合材料的纤维材料的切屑迅速地排出。

如图3所示，外周切削刃7由刃带8与切屑排出槽6的交叉棱来形成，作为相对于与锥形部4的刃带外周相接的圆锥面为正的前角α4设定为10～30的切削刃而形成。通过这样形成，由此刃尖的角度变锋利，能够显著地提高锋利度。

如图1所示，由锥形部4的前端侧外径D1与后端侧外径D2的直径差产生的锥形角α2设定为45°以下。锥形角α2大于45°时，推进阻力超过旋转力，因此产生大的飞边而无法由直线部可靠地除去这些飞边。从锥形部4的前端侧外径D1至后端侧外径D2的长度L2由锥形角α2确定。

如图3所示，在锥形部4的外周形成有刃带8，设定为具有10～30°的正的前角α4的切削刃。

如图1及图4所示，在直线部3的前端连接锥形部4，在直线部3的后端连接钻柄。尤其在锥形部4与直线部3的连接部处，为了消除极端的高低差形状，而将直线部3的前端侧加工成锥形状。

直线部3形成为铰刀状，以对被进行下孔加工的锥形部4切去的部分进行成形修整加工，形成为比锥形部4的后端侧外径D2大0.01mm～0.1mm的精加工径D3。使前端切削刃5、锥形部4及直线部3的轴心与旋转轴心一致，锥形部4与直线部3之间的连接部通过直线部3的前端侧外径朝向锥形部4的后端侧外径呈锥形状缩径而以同轴度0.01的公差连接来进行加工，由此不会产生飞边，且能够进行加工品质良好的穿孔加工。另外，前端切削刃5、锥形部4、直线部3及钻柄2也以同轴度0.01的公差连接。

作为钻头的原材料，例举有超硬合金、高速钢、工具钢等，期望进行下孔加工的锥形部4及前端切削刃5使用超硬合金。另外，锥形部4及直线部3也可以分别由不同的原材料构成。

在纤维强化复合材料的穿孔加工中，钻头刃尖的破碎或磨损加剧，因此期望用金刚石薄膜或DLC膜来覆盖钻头表面。

钻头1安装于公知的机械加工装置，用于作为被加工件的复合材料的穿孔加工。适合于作为复合材料的纤维强化复合材料的穿孔加工，尤其适合于纤维呈层状层叠而成的复合材料。作为纤维强化复合材料，例举有碳纤维强化塑料(CERP)、玻璃纤维强化塑料(GFRP)、玻璃长纤维强化塑料(GMT)、硼纤维强化塑料(BFRP)、芳香聚酰胺纤维强化塑料(AFRP、KFRP)、聚乙烯纤维强化塑料(DFRP)。需要说明的是，被加工件也可以是一部分含有纤维强化复合材料的材料，并没有特别限定。

接下来，参照图5～图8对本发明涉及的第二实施方式进行说明。图5是本发明涉及的第二实施方式的侧视图。图6是图5所示的钻头的前端部的主视图。图7是图5的C-C线向视的剖视图。图8是图5所示的钻头的外周切削刃的放大剖视图。

如图5所示，本实施方式涉及的钻头10包括作为前端部的前端切削刃14、具有外周切削刃16的锥形部13、形成为刃带钻头状的直线部12及钻柄11，所述钻头10通过将上述构件分别在同轴上连接一体化而构成。

钻头10为两片刃钻头，通过在钻柄11的前端连接直线部12且在直线部12的前端一体地连接锥形部13而成。锥形部13、直线部12及钻柄11以同轴度0.01的公差连接。

锥形部13形成为由前端侧外径D4与后端侧外径D5的直径差形成的锥形状的形态，在其后端侧一体地连接有直线部12。直线部12形成得比锥形部13大径。在锥形部13的前端侧连接有具有前端角β1的前端切削刃14。

在从锥形部13的前端侧外径D4至后端侧外径D5形成的锥形状外周上形成以穿孔径连续变大的方式设定的螺旋状扭转的外周切削刃16，沿着外周切削刃16形成有螺旋状扭转的两条切屑排出槽15。直线部12形成为刃带钻头状，以对被作为下孔加工部的锥形部13除去的部分进行成形修整加工。

如图5所示，作为前端部的前端切削刃14由刃尖的棱线17及18形成前端角β1，前端角β1设定在60°～140°的范围。

如图5所示，切屑排出槽15以扭转角β3螺旋状地连续形成在锥形部13及直线部12的外周上。切屑排出槽15的扭转角β3也与前端角的大小或被加工件的材质有关，但为了防止切削刃过于锋利而轻易切去的现象，优选设定为60°以下，通过设定为60°以下，由此能够将含有复合材料的纤维材料的切屑迅速地排出。

作为下孔加工部的锥形部13的外周切削刃16上未设定图3所示那样的刃带8，如图6所示，相对于与锥形部13的刃带外周相接的圆锥面，前角β5及后角β4分别设定在5°～20°的范围内，在锥形部13的外周缘形成有外周切削刃16。

如图5所示，由锥形部13的前端侧外径D4与后端侧外径D5的直径差产生的锥形角β2设定为45°以下。锥形角β2大于45°时，推进阻力超过旋转力，由此产生大的飞边而无法由直线部可靠地除去这些飞边。从锥形部13的前端侧外径D4至后端侧外径D5的长度L5由锥形角β2确定。

图7是从直线部12的后端侧朝向锥形部13方向观察图5所示的C-C截面而得到的直线部12的剖视图。直线部12形成为刃带形状，形成为比锥形部13的后端侧外径D5大0.01mm～0.1mm的精加工径D6。使前端切削刃14、锥形部13及直线部12的轴心与旋转轴心一致，锥形部13与直线部12之间的连接部以直线部12的前端侧外径朝向锥形部13的后端侧外径缩径的锥形状来连接。另外，前端切削刃14、锥形部13、直线部12及钻柄11以同轴度0.01的公差一体化。

如图8所示，钻头10主体的表面被金刚石构成的覆膜19覆盖。覆膜19例如可以通过公知的CVD法或PVD法来形成，也可以是DLC膜。在特化为纤维强化树脂材料等复合材料的加工的钻头中，需要使刃尖锋利以提高锋利度，通过使用超微粒子超硬合金材料来作为钻头母材，由此能够对刃尖前端半径小幅地进行成形修整。另外，在使刃尖锋利的情况下，容易产生刃尖前端的缺欠或磨损，因此通过利用纳米金刚石涂层来形成覆膜19，由此能够在不增大刃尖前端半径的情况下长时间维持外周切削刃的良好的锋利度。另外，即使在因刃尖的磨损等而锋利度变差的情况下，也能够利用直线部12有效地除去在下孔加工时产生的飞边，因此能够稳定地进行高精度的穿孔加工。

图9是针对形成外周切削刃的锥形部的锥形角及加工时施加的推进阻力而使用了模型的说明图。锥形部的锥形角设为α2(在第二实施方式中为β2)，穿孔加工时施加的切削阻力F使用矢量来表示，该矢量从锥形面中心引出且垂直于锥形面，朝向中心线而与中心线相交。并且，切削阻力F的垂直分量为推进阻力H，F的水平分量为径向力U。

图9(a)表示锥形角α2小于45°的模型，图9(b)表示锥形角α2为45°的模型，图9(c)表示锥形角α2大于45°的模型，分别用矢量表示切削阻力F、推进阻力H及径向力U。参照图9(a)、图9(b)及图9(c)，随着锥形角α2变大，推进阻力H增加，通过将锥形角α2设为45°以下，由此推进阻力H变小，从而能够有助于减少飞边及层间剥离的发生。

图10是现有的直柄麻花钻头与本发明的钻头的切削作用不同的说明图。图10(a)是直柄麻花钻头的切削作用的说明图，设置在前端的直线状的刃沿轴向旋转来进行切削，发挥与用刨子进行切削的情况同样的切削作用。图10(b)是本发明的钻头的切削作用的说明图，部分B2虽与直柄麻花钻头的切削作用同样地进行切削，但还起到用于引导设置在锥形部的外周切削刃的提高向心性的作用。部分B1表示锥形部的外周切削刃所起到的切削作用，设置在锥形部的外周切削刃以圆弧状呈螺旋状地形成，整体形成为锥形状，因此外周切削刃对被加工件连续地进行基于点接触的切削，生成粉体状的切屑，有助于降低外周切削刃的磨损。另外，外周切削刃通过扭转角的倾斜和与钻头旋转相伴的沿着外周面方向的切削刃的旋转，发挥与用刀进行切削的情况同样的切削作用，获得锋利的锋利度。另外，外周切削刃螺旋状地整体形成为锥形状，因此能够将进行扩径的切削刃的总延长取得较长，由此还有助于提高工具寿命。

图11是使用了本发明涉及的钻头的情况的机械加工方法的说明图。在图11(a)中，示出了穿孔开始前的状态，设定成钻头10的前端部与板状的被加工件M垂直地抵接。接下来，在图11(b)中，在钻头10旋转的同时前端部的前端切削刃对被加工件M(例如纤维强化复合材料)进行最初切入，引导锥形部的外周切削刃进行扩径加工。接下来，在图11(c)中，在钻头10旋转的同时锥形部进入被加工件M而进行基于外周切削刃的扩径加工。在该阶段中，在加工部分不产生层间剥离及飞边的情况下进行下孔加工。接着，在图11(d)中，在钻头10旋转的同时直线部进入被加工件而进行精加工。并且，直线部在进行精加工的同时从被加工件M拔出，之后抬起钻头10而结束穿孔加工。

图12是使用了本发明涉及的钻头的机械加工装置的外观立体图。机械加工装置100具备具有五轴机构的移动机构，所述五轴机构附设有基于滚珠丝杠机构或线性电动机机构等的XYZ三轴向的可动机构、以及绕X轴及Y轴旋转的旋转机构。Z轴移动机构101对安装在主轴103上的钻头104进行支承而沿上下方向移动。作为移动手段，使用滚珠丝杠机构或线性电动机机构。另外，Z轴移动机构101具备驱动主轴103旋转的驱动源。

XY轴移动机构102使设置工作台沿X轴、Y轴或XY复合轴移动。作为移动装置，使用滚珠丝杠机构或线性电动机机构。在设置工作台上配置有老虎钳或约束夹具等支承工具106，在支承工具106上载置固定有由纤维强化复合材料等构成的被加工件105。XY轴移动机构102通过滚珠丝杠机构或线性电动机机构来驱动。

并且，通过控制Z轴移动机构101及XY轴移动机构102来驱动钻头104旋转，从而对被加工件105进行穿孔加工。

需要说明的是，作为支承工具106，也可以使用具有从被加工件105的厚度方向或面方向进行夹持的功能的工具。另外，还可以将主轴沿X轴或Y轴配置。

实施例

[实施例1]

如图5所示，针对包括具有前端切削刃的前端部、形成有外周切削刃的锥形部、直线部的钻头进行切削试验，测定推进阻力(沿钻头轴向施加的力)。

在切削试验中，使用了在外周切削刃上未设定有刃带的图5所示的四种钻头及作为比较例的三种钻头，共计七种钻头。

作为图5所示的钻头，使用了如下三种钻头A～C，即，钻头母材为超硬合金、金刚石涂层，以下为通用规格：钻头的前端部的前端角β1＝135°、钻头全长103mm、锥形部的锥形角β2＝2°、锥形部的前端侧外径D4＝3.0mm、锥形部的后端侧外径D5＝5.0mm、直线部的外径D6＝5.0mm、钻柄直径6.0mm、锥形部的外周切削刃的后角β4＝10°、锥形部的外周切削刃的前角β5＝10°，且切屑排出槽的扭转角β3设定为β3＝20°(钻头A)、β3＝30°(钻头B)及β3＝40°(钻头C)。另外，使用了钻头母材为高速钢且实施了TiCN涂层，扭转角β3设定为β3＝20°(钻头D)，除此以外与钻头A～C同样设定的钻头D，共计四种。

作为比较例的钻头，以钻头外周缘的外周切削刃不带有锥形角(β2＝0°)的钻头为比较对象，使用了如下三种钻头：钻头母材为超硬合金、金刚石涂层，钻头的前端角β1＝118°，外周切削刃的扭转角β3＝30°，钻头的外径D4＝D5＝D6＝5.0mm(钻头E)，钻头母材为超硬合金、TiC涂层，钻头的前端角β1＝140°，外周切削刃的扭转角β3＝30°，钻头的外径D4＝D5＝D6＝5.0mm(钻头F)，钻头母材为高速钢，前端形状为特殊刃立起(鱼尾形)，外周切削刃的扭转角β3＝30°，钻头的外径D4＝D5＝D6＝5.0mm(钻头G)，共计三种。

切削试验按照以下的条件进行，以测定穿孔加工中的推进阻力(沿钻头轴向施加的力)为目的，来进行碳纤维强化塑料的切削加工。

<切削速度>

钻头母材为超硬合金的情况下为100m/min

钻头母材为高速钢的情况下为24m/min

<钻头的进给速度>

钻头母材为超硬合金的情况下为200mm/min

钻头母材为高速钢的情况下为150mm/min

<被加工件>

由碳纤维强化塑料(东丽(Toray)制造；型式T700)构成的板厚5mm的板状体

<切削油>

未使用

<钻头加工机>

株式会社松浦机械制作所制立式MC(型式MC-510VF-Gr，型号BT40)

<切削阻力测定设备>

奇石乐(kistler)公司制切削动力计(型式9123C)

图13是表示使用了在外周切削刃上未设定刃带的图5所示的钻头A～D及比较例的钻头E～G的情况下的切削试验中的测定结果的表。就推进阻力(单位：N)而言，算出1孔～5孔加工时的测定值的平均值。

就推进阻力的值来说，在实施例中全部为50N以下，与比较例相比为低值。另外，即使在利用通常不适于碳纤维强化塑料的切削的母材由高速钢构成的钻头D进行切削的情况下，推进阻力也低于比较例中的由超硬合金构成的钻头E的推进阻力，表现出良好的切削特性。

从以上的结果可知，如图5所示，包括具有前端切削刃的前端部以及形成有外周切削刃的锥形部及直线部的钻头在推进阻力的降低上具有效果。另外可知，通过增大外周切削刃的扭转角，由此降低推进阻力。

[实施例2]

接着，使用与实施例1同样的七种钻头来进行同样的切削试验，用肉眼观察被加工件(碳纤维强化塑料)的贯通孔附近有无飞边。

图14是表示针对七种钻头加工下的贯通孔附近有无飞边这一情况，以10孔、40孔、80孔、120孔的加工数分别进行加工时的观察结果的表。

就观察结果来说，对于实施例的钻头A及B而言，在120个孔的加工时也没有产生飞边。对于钻头C，在加工第92个孔时发生折损。认为钻头C的折损是因增大作为切屑排出槽的角度的扭转角而导致的钻头芯径变细与切屑的排出性恶化这两种情况相叠加所产生的。另一方面可知，钻头D为高速钢制的钻头，能够获得与钻头E大致相同的效果，实施例的钻头的抑制飞边产生的效果大。

图15是表示针对实施例的钻头A及比较例的钻头E～G在切削试验后有无飞边产生这一情况，以1孔、10孔、40孔、100孔的加工数分别进行加工时拍摄贯通孔而得到的照片的表。

如照片所示，在使用比较例的钻头的情况下，从第一孔开始就产生飞边，无法进行良好的加工。

从以上的结果可知，通过像本发明涉及的钻头那样具备将具有前端切削刃的前端部、具有外周切削刃的锥形部及进行精加工的直线部连接成一体化的结构，由此能够对复合材料进行不产生飞边及层间剥离的稳定的切削加工，能够利用一根钻头结构简单且低成本地实现高品质、高精度的穿孔加工。

符号说明

1…钻头

2…钻柄

3…直线部

4…锥形部

5…前端切削刃

6…切屑排出槽

7…外周切削刃

8…刃带

10…钻头

11…钻柄

12…直线部

13…锥形部

14…前端切削刃

15…切屑排出槽

16…外周切削刃

17…刃尖的棱线

18…刃尖的棱线

19…覆膜

100…机械加工装置

101…Z轴移动机构

102…XY轴移动机构

103…主轴

104…钻头

105…被加工件

106…支承工具

Claims (11)

1.一种复合材料用钻头，其是对至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件进行穿孔的复合材料用钻头，其特征在于，具有：

形成有前端切削刃的前端部；

与所述前端部的后端侧连接而形成，且以前端侧外径与比该前端侧外径直径大的后端侧外径的直径差呈锥形状形成的锥形部；

与所述锥形部的后端侧连接而形成，且以能够形成比所述锥形部的所述后端侧外径直径大的精加工径的方式整体同径地形成的直线部，

在所述锥形部的外周形成以穿孔径连续变大的方式设定的螺旋状扭转的外周切削刃。

2.根据权利要求1所述的复合材料用钻头，其特征在于，

在所述锥形部形成有沿着所述外周切削刃呈螺旋状扭转的切屑排出槽。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料用钻头，其特征在于，

在所述锥形部中，与所述前端侧外径及所述后端侧外径相接的外径线和钻头轴的中心线之间的锥形角设定为45°以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合材料用钻头，其特征在于，

所述前端部的所述前端切削刃具有60°～140°的前端角，所述锥形部的所述外周切削刃与所述前端切削刃连续地形成，且相对于与所述锥形部的刃带外周相接的圆锥面形成有前角或前角及后角。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的复合材料用钻头，其特征在于，

所述前端部、所述锥形部及所述直线部同轴状地一体化形成。

6.根据权利要求5所述的复合材料用钻头，其特征在于，

所述直线部形成为刃带钻头状或铰刀状。

7.根据权利要求5或6所述的复合材料用钻头，其特征在于，

所述前端部、所述锥形部及所述直线部的轴心与旋转轴心一致。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的复合材料用钻头，其特征在于，

所述锥形部与所述直线部之间的连接部通过所述直线部的前端侧外径朝向所述锥形部的所述后端侧外径呈锥形状缩径而连接。

9.一种穿孔加工工具，其具备权利要求1～8中任一项所述的钻头。

10.一种机械加工方法，其是使用权利要求1～8中任一项所述的钻头来对至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件进行穿孔的机械加工法，其特征在于，

利用所述前端部的所述前端切削刃及所述锥形部的所述外周切削刃对所述被加工件进行下孔加工，利用所述直线部对形成了的下孔进行精加工，从而进行穿孔。

11.一种机械加工装置，其具备：

保持权利要1～8中任一项所述的钻头且驱动所述钻头以中心轴为中心旋转的驱动机构；

对至少一部分含有纤维强化复合材料的被加工件进行支承的支承机构；

使所述驱动机构及/或所述支承机构相对地移动以利用所述钻头对所述被加工件进行穿孔加工的移动机构。

Images