CN106536105B - 钻头及使用该钻头的切削加工物的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明谋求了即使为碳纤维强化塑料(CFRP)那样的高强度的纤维复合件也能够稳定地进行切削加工的钻头。基于本发明的一方案的钻头(1)具备：棒状的钻头主体(3)；位于钻头主体(3)的前端部、且在主视情况下具有直线部(21)的主切削刃(15)；沿着主切削刃(15)设置的前刀面(9)；从前刀面(9)朝向钻头主体(3)的后端部侧绕钻头主体(3)的旋转轴(X1)呈螺旋状延伸的切屑排出槽(7)，前刀面(9)具有沿着直线部(21)设置的平坦部(27)。
Description
技术领域
本发明涉及切削加工所使用的钻头以及切削加工物的制造方法。
背景技术
以往，作为金属构件等被切削件的切削加工所使用的钻头，公知有专利文献1记载的钻头。在专利文献1记载的钻头中，使用鼓型磨石或圆盘型磨石磨削出导引槽(切屑排出槽)，从而形成侧视下由S字曲线构成的刃尖形状的切削刃(主切削刃)和沿切削刃设置的前刀面。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-144526号公报
发明内容
用于解决课题的手段
基于第一技术方案的钻头具备：棒状的钻头主体；主切削刃，其位于该钻头主体的前端部，且在主视情况下具有直线部；切屑排出槽，其设于所述钻头主体的外周，从所述主切削刃的后方朝向所述钻头主体的后端部侧绕所述钻头主体的旋转轴呈螺旋状延伸；主前刀面，其沿着所述主切削刃设于所述主切削刃与所述切屑排出槽之间，该主前刀面具有沿着所述直线部设置的平坦部。
基于第二技术方案的钻头具备：棒状的钻头主体；主切削刃，其位于该钻头主体的前端部；切屑排出槽，其设于所述钻头主体的外周，从所述主切削刃朝向所述钻头主体的后端部侧绕所述钻头主体的旋转轴呈螺旋状延伸；主前刀面，其沿着所述主切削刃设于所述主切削刃与所述切屑排出槽之间，在该主前刀面中，具有主前角恒定的同角部。
另外，本实施方式的切削加工物的制造方法包括：使所述钻头绕所述旋转轴旋转的工序；使旋转着的所述钻头的一对所述主切削刃与被切削件接触的工序；以及使所述钻头从所述被切削件离开的工序。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的钻头的立体图。
图2是将图1所示的钻头的区域A放大而得到的立体图。
图3是从图1所示的钻头的前端方向观察的主视图。
图4是从图3所示的钻头的A1方向观察的侧视图。
图5是从图3所示的钻头的A2方向观察的侧视图。
图6是将图5所示的钻头的前端部分放大而得到的侧视图。
图7是图6所示的钻头的B1-B1剖面的剖视图。
图8是图6所示的钻头的B2-B2剖面的剖视图。
图9是图6所示的钻头的B3-B3剖面的剖视图。
图10是图6所示的钻头的B4-B4剖面的剖视图。
图11是表示本发明的一实施方式的切削加工物的制造方法的一工序的概略图。
图12是表示本发明的一实施方式的切削加工物的制造方法的一工序的概略图。
图13是表示本发明的一实施方式的切削加工物的制造方法的一工序的概略图。
具体实施方式
<钻头>
以下，使用附图详细地说明本实施方式的钻头1。但是，在以下参照的各图中，为了便于说明，仅简化图示了实施方式的构成构件中的、用于说明本发明所必须的主要构件。因此，本发明的钻头可以具备本说明书所参照的各图中未图示的任意的构成构件。另外，各图中的构件的尺寸并不是如实地表示实际的构成构件的尺寸及各构件的尺寸比率等。
如图1～10所示，本实施方式的钻头1具有钻头主体3、切削刃5、切屑排出槽7和主前刀面9。
如图1所示，钻头主体3具有旋转轴X1，且形成为沿着该旋转轴X1延伸的棒状的结构。钻头主体3在使用时以旋转轴X1为中心旋转。本实施方式的钻头主体3具备被称作柄部(shank)的把持部11及被称作刀身(body)的切削部13。把持部11是由机床(未图示)的进行旋转的主轴等把持的部分。因此，把持部11根据机床的主轴的形状而设计。切削部13位于把持部11的前端侧。切削部13是与被切削件接触的部位，是在被切削件的切削加工中具有主要的作用的部位。需要说明的是，用箭头X2表示钻头主体3的旋转方向。
作为钻头主体3的材质，举出含有WC(碳化钨)、含有作为粘合剂的Co(钴)且根据需要含有TiC(碳化钛)、TaC(碳化钽)或Cr3C2(碳化铬)那样的添加物的超硬合金、金属陶瓷、陶瓷或不锈钢、高速钢及钛那样的金属等。
如图3所示，切削部13的外径D例如能够设定为0.05mm～40mm。另外，切削部13的沿着旋转轴X1的方向的长度能够设定为1.5Dmm～25Dmm左右。
如图2、3所示，切削刃5具有一对主切削刃15、一对副切削刃17以及连接刃19。
一对主切削刃15位于钻头主体3的前端部、即切削部13的前端部分。钻头主体3的前端部是与被切削件接触且利用一对主切削刃15对被切削件进行切削的部位。钻头主体3的前端部形成与旋转轴X1正交的方向上的宽度随着朝向前端侧而变小的圆锥形状。此时，如图5所示，圆锥形状的前端部的侧视情况下的主切削刃15所成的前端角θ1设定为60°～140°左右。需要说明的是，图4表示使图5的钻头1旋转了90°的状态。
如图3所示，一对主切削刃15从旋转轴X1的附近设置到外周端，在从前端方向主视钻头主体3的情况下，一对主切削刃15设置于以旋转轴X1为中心彼此旋转180°对称的位置。本实施方式的钻头1具有一对主切削刃15，从而与主切削刃15为一个的情况相比，能良好地取得切削平衡。需要说明的是，在本说明书中，主视是指沿着旋转轴X1从前端方向观察钻头1。
如图5所示，连接刃19位于钻头主体3的前端部的最前端侧。如图3所示，在主视钻头主体3时，连接刃19与一对主切削刃15连接。因此，一对主切削刃15之间隔着连接刃19而分离。在钻头主体3的前端部设有将钻头1的轴芯、所谓的钻芯(web)的厚度特别减薄的被实施了修磨(thinning)加工的部分。连接刃19是包含该被实施了修磨加工的部分、作为所谓的横刃(chisel edge)发挥功能的切削刃的部位。横刃的横刃角θ2设定为130°～170°左右。
为了提高切削性，一对主切削刃15以在前端侧相对于旋转轴X1接近的方式分别倾斜地设置。另外，一对主切削刃15分别具有主视情况下呈直线形状的直线部21。
如图2所示，副切削刃17与主切削刃15的外周端P连接，并且向钻头主体3的后端部侧延伸。副切削刃17设为距离外周端P仅规定的长度。
如图1～10所示，在钻头主体3的外周设有一对切屑排出槽7(以下简称为槽7)。一对槽7是用于将由一对主切削刃15切削下来的被切削件的切屑向外部排出的槽。因此，一对槽7位于比一对主切削刃15靠钻头主体3的后端侧的位置，朝向钻头主体3的后端部延伸。此时，一对槽7绕旋转轴X1呈螺旋状延伸。另外，为了机床稳定地把持钻头主体3，一对槽7仅设于钻头主体3的切削部13，而未设于把持部11。
如图4、5所示，一对排出槽7的扭转角(helix angle)θ3设计为彼此相同。另外，一对排出槽7的扭转角θ3分别从前端到后端设计为恒定，但并不特别限定为这样的结构。例如，一对排出槽7也可以为前端侧的扭转角比后端侧的扭转角大的结构。
需要说明的是，本说明书中的扭转角是指排出槽7和刃带23交叉的棱线即前缘(leading edge of land)与通过该前缘上的1点且与旋转轴X1平行的假想直线所成的角。
切削部13的外周面是去掉了相当于一对槽7的部分等而得到的表面，位于一对槽7之间的部分成为刃瓣22。刃瓣22具有与副切削刃17邻接的刃带23(margin)和与该刃带23邻接的第二刃背25(body clearance)。即，刃带23位于与副切削刃17的反转方向(X2的反转方向)邻接的位置，第二刃背25位于与刃带23的反转方向邻接的位置。需要说明的是，旋转方向X2是主切削刃15朝向邻接的槽7侧的方向，反转方向是主切削刃15朝向邻接的刃瓣22侧的方向。
如图10所示，在包含旋转轴X1、且与旋转轴X1正交的剖面中，刃带23形成为位于同一圆上的圆弧形状。该同一圆的直径与切削部13的外径相对应。第二刃背25是为了在切削加工中避免钻头主体3的外周与工作面的摩擦而形成的面。因此，第二刃背25距旋转轴X1的距离比刃带23距旋转轴X1的距离短，以使得在第二刃背25与工作面之间设有间隙。
如图10所示，作为各个槽7的深度d，能够设定为切削部13的外径的10～40％左右。在此，槽7的深度d是指与旋转轴X1正交的剖面中的、从钻头主体3的半径减去槽7的底部与旋转轴X1之间的距离的值。因此，作为由切削部13的与旋转轴X1正交的剖面中的内切圆的直径表示的钻芯的厚度(web thickness)的直径即芯厚W，设定为切削部13的外径D的20～80％左右。具体而言，例如在切削部13的外径D为10mm的情况下，槽7的深度d能够设定为1～4mm左右。
如图2、3所示，构成切削刃5的一部分的一对副切削刃17形成在排出槽7与刃带23交叉的棱线即前缘。一对副切削刃17能够用于将在利用一对主切削刃15切削由纤维复合材构成的被切削件时未被切断而残留的纤维切断。需要说明的是，不需要在前缘整体形成一对副切削刃17。副切削刃17以至少一对副切削刃17分别与一对主切削刃15连接的方式形成在前缘的至少前端侧即可。
如图6所示，在主切削刃15与槽7之间，沿着主切削刃15分别设有主前刀面9。主前刀面9起到使由主切削刃15切削下来的切屑向槽7流动的作用。如图7所示，主前刀面9形成为比主切削刃15及槽7凹陷的形状。即，主前刀面9位于比主切削刃15及槽7靠反转方向侧的位置。
如图6所示，一对主前刀面9分别具有平坦部27和凹部29。平坦部27沿着主切削刃15的直线部21设置，呈平坦的面形状。凹部29位于平坦部27与槽7之间，凹部29与平坦部27的靠钻头主体3的后端部侧的终端连接而与槽7相连。即，凹部29比槽7凹陷且位于比槽7靠反转方向侧的位置。
在此，主切削刃15的直线部21为直线形状，且主前刀面9的平坦部27为平坦的面形状，因此，平坦部27内的各位置处的前角的差变小。因此，直线部21的旋转轴X1附近的主切削刃15的锋利度良好，从而利用直线部21切削被切削件时的切削阻力稳定。由此，特别是能抑制在CFRP(碳纤维强化塑料)件的切削加工中产生的层间剥离(脱层)及未被切断而残留的纤维(未切断纤维)等的产生。因此，通过使用本实施方式的钻头1，在包含CFRP(碳纤维强化塑料)件的被切削件的切削加工中能获得良好的加工状态。需要说明的是，被切削件并不限定于包含CFRP件的构件，即使是金属、陶瓷等，也能进行良好的切削。直线部21内的各位置处的前角的差为10°以下，优选为3°以下。
CFRP件由将层叠多层包含碳纤维的被称作预成型料的层而构成的结构构成。因此，在对CFRP件进行切削的情况下，容易产生预成型料间剥离的脱层、容易挠曲的纤维发生挠曲而未被切断导致残留的未切断纤维。脱层、未切断纤维在切削刃5的越靠近旋转轴X1的部分越容易产生。这是由于在切削刃5的越靠近旋转轴X1的部分切削速度越慢。
需要说明的是，在本实施方式中，平坦部27是指，在任意的剖面中观察平坦部27的凹凸时，平坦部27的各位置相对于将终端边界彼此连结的直线的距离为300μm以内的状态。需要说明的是，平坦部27的凹凸也可以利用表面粗糙度计、原子力显微镜(AFM)测定。
在图6的钻头1中，主切削刃15的直线部21设于靠近旋转轴X1的一侧，内周侧的端部与连接刃19连接。这样，通过将切削被切削件时的切削阻力稳定的直线部21设于更靠近旋转轴X1的部分，能够提高主切削刃15的靠近旋转轴X1的一侧的锋利度。其结果是，能够更可靠地防止脱层及未切断纤维的产生。
另外，主切削刃15的外周侧的端部与副切削刃17连接，但直线部21与副切削刃17分离。由此，主切削刃15的外周侧的端部的壁厚不会变薄，能抑制磨损最容易恶化的主切削刃15的外周侧的端部处的磨损的恶化。
在本实施方式的钻头1中，主前刀面9的主前角设定为15°～30°。若为该范围，则主切削刃15的锋利度较好，且能提高主切削刃15附近的钻头主体3的强度，从而能抑制钻头主体3的缺损。
另外，主前刀面9具有比槽7凹陷的凹部29，因此，能增大平坦部27处的前角。因此，在主切削刃15能良好地切削被切削件。需要说明的是，在存在于平坦部27与槽部7之间的凹部29的作用下，平坦部27与槽7圆滑地相连。
侧视情况下的沿着旋转轴X1的方向上的平坦部27的宽度可以随着远离旋转轴X1而变小，但在本实施方式的钻头1中，侧视情况下的沿着旋转轴X1的方向上的平坦部27的宽度随着远离旋转轴X1而变大。因此，在本实施方式的钻头1中，能与切屑的长度的变化相对应，能使利用直线部21切削被切削件时的切削阻力更稳定。
另外，平坦部27与前缘分离。换言之，一对平坦部27与一对副切削刃17分离。在前缘设有副切削刃17的情况下，槽7的沿着副切削刃17的区域成为相对于副切削刃17的副前刀面。在平坦部27与副切削刃17连接的情况下，由于平坦部27为平坦的面形状，因此，难以增大相对于副切削刃17的副前角。因此，有可能在被切削件产生所谓的毛刺残留。但是，通过平坦部27与副切削刃17分离，槽7的沿着副切削刃17的区域成为相对于副切削刃17的副前刀面，从而能够分别增大主切削刃15以及副切削刃17的前角。因此，能减小切削了被切削件的情况下产生毛刺残留的可能性。
平坦部27的外周侧的终端边界31沿着旋转轴X1设置，平坦部27与邻接的槽7之间圆滑地连接。即，在图6的侧视下，平坦部27的外周侧的终端边界31与旋转轴X1大致平行，平坦部27与邻接的槽7之间没有高低差。由此，能够抑制由于高低差妨碍切屑的流动。此时，凹部29的外周侧的终端边界32位于平坦部27的外周侧的终端边界31的延长线上时，沿着平坦部27的外周侧的终端边界31流动的切屑接着沿着凹部29的外周侧的终端边界32被向槽7引导，因此，切屑排出性良好。在被切削件为金属的情况下，存在切屑延伸的倾向，但即使在这样的情况下也能提高切屑排出性。特别是在被切削件为CFRP(碳纤维强化塑料)件与金属的层叠体的情况下的切削加工中，能获得良好的切屑排出性。
在侧视的情况下，在直线部21的长度L1与凹部29的和槽7相接的钻头主体3的后端部侧的终端边界33的长度L2之比(L2/L1)为1.1～1.8的情况下，切屑排出性良好。
需要说明的是，凹部29的和槽7相接的钻头主体3的后端部侧的终端边界33的长度L2是，通过内周侧的终端边界33的端部且相对于通过直线部21的直线垂直的线与通过外周侧的终端边界33的端部且相对于通过直线部21的直线垂直的线之间的距离。
副切削刃17能够用于将利用一对主切削刃15切削时未被切断而残留的纤维切断。因此，副切削刃17优选比主切削刃15的锋利度好。在本实施方式中，相对于副切削刃17的副前刀面的副前角设定为20°～35°。这样，相对于副切削刃17的副前刀面的副前角比主前刀面9的主前角大，从而能良好地切断残留的纤维。
需要说明的是，在第一实施方式的钻头1中，具有一对切削刃5，但本发明并不限定于此，可以为仅具有一个切削刃的方式，也可以为具有三个以上切削刃的方式。
另外，本发明并不限定于第一实施方式的钻头1，能使第一实施方式的直线部为主前角恒定的同角部，同角部例如能够代替直线部而呈凹曲线状(未图示)。需要说明的是，在具有同角部的第二实施方式中，同角部的各位置处的主前角的差为10°以内，优选主前角的差为3°以内。在该情况下，同角部的锋利度稳定，切削被切削件时的切削阻力稳定。由此，能抑制脱层、未切断纤维的产生，能在被切削件的切削加工中获得良好的加工状态。
<切削加工物(machined product)的制造方法>
接着，举出使用上述的实施方式涉及的钻头1的情况为例详细地说明本实施方式涉及的切削加工物的制造方法。以下，参照图11～13进行说明。需要说明的是，在图11～13中，省略钻头1的把持部11的后端侧的部分。
本实施方式涉及的切削加工物的制造方法具备以下的(1)～(4)的工序。
(1)相对于准备好的被切削件101在上方配置钻头1的工序(参照图11)。
(2)使钻头1绕旋转轴X1向箭头X2的方向旋转，且使钻头沿Y1方向朝向被切削件101接近的工序(参照图11、12)。
本工序能够通过将例如被切削件101固定于安装有钻头1的机床的工作台上且使钻头1以旋转的状态接近来进行。需要说明的是，在本工序中，使被切削件101与钻头1相对接近即可，也可以使被切削件101接近钻头1。
(3)通过使钻头1进一步接近被切削件101，从而使旋转着的钻头1的一对主切削刃15与被切削件101的表面的期望的位置接触，而在被切削件101上形成加工孔103(贯通孔)的工序(参照图12)。
在本工序中，除了一对主切削刃15之外，也使连接刃19及一对副切削刃17与被切削件101的表面的期望的位置接触。
在本工序中，从获得良好的加工面的观点出发，优选设定为钻头1的切削部13中的后端侧的一部分区域不贯通被切削件101。即，使该一部分区域作为用于排出切屑的区域发挥功能，从而能利用该区域获得优异的切屑排出性。
(4)使钻头1从被切削件101沿Y2方向离开的工序(参照图13)。
在本工序中，与上述的(2)的工序同样地，使被切削件101与钻头1相对分离即可，例如也可以使被切削件101从钻头1离开。
通过经由以上那样的工序，能够发挥优异的孔加工性。
需要说明的是，在进行多次以上所示那样的被切削件101的切削加工的情况下，例如在相对于一个被切削件101形成多个加工孔103的情况下，在保持使钻头1旋转的状态下反复进行使钻头1的一对主切削刃15与被切削件101的不同的部位接触的工序即可。
以上，例示了本发明涉及的几个实施方式，但本发明并不限定于此，只要不脱离本发明的主旨能进行任意变更。
附图标记说明
1…钻头
3…钻头主体
5…切削刃
7…切屑排出槽(槽)
9…主前刀面
11…把持部
13…切削部
15…主切削刃
17…副切削刃
19…连接刃
21…直线部
23…刃带
25…第二刃背
27…平坦部
29…凹部
101…被切削件
103…加工穴(贯通孔)
X1…旋转轴
Claims (10)
1.一种钻头，其具备：
棒状的钻头主体；
主切削刃，其位于该钻头主体的前端部，且在主视情况下具有直线部；
切屑排出槽，其设于所述钻头主体的外周，从所述主切削刃的后方朝向所述钻头主体的后端部侧绕所述钻头主体的旋转轴呈螺旋状延伸；
主前刀面，其沿着所述主切削刃设于所述主切削刃与所述切屑排出槽之间，
该主前刀面具有：沿着所述直线部设置的平坦部；以及位于所述平坦部与所述切屑排出槽之间，且比所述切屑排出槽凹陷的凹部，
所述钻头具有与所述主切削刃邻接、位于所述钻头主体的后端部侧的副切削刃，
所述平坦部与所述副切削刃分离。
2.根据权利要求1所述的钻头，其中，
侧视情况下的沿着所述旋转轴的方向上的所述凹部的宽度随着远离所述旋转轴而变小。
3.根据权利要求1或2所述的钻头，其中，
侧视情况下的沿着所述旋转轴的方向上的所述平坦部的宽度随着远离所述旋转轴而变大。
4.根据权利要求1或2所述的钻头，其中，
所述直线部设于所述主切削刃中靠近所述旋转轴的一侧。
5.根据权利要求1或2所述的钻头，其中，
所述主前刀面的主前角为15°～30°。
6.根据权利要求1或2所述的钻头，其中，
在所述副切削刃与所述切屑排出槽之间具有副前刀面，该副前刀面的副前角比所述主前刀面的主前角大。
7.根据权利要求1或2所述的钻头，其中，
所述平坦部的外周侧的终端边界沿着所述旋转轴设置，并且与所述切屑排出槽圆滑地连接。
8.根据权利要求7所述的钻头，其中，
所述凹部的外周侧的终端边界位于所述平坦部的外周侧的终端边界的延长线上。
9.根据权利要求1或2所述的钻头，其中，
在侧视情况下，所述直线部的长度L1与所述凹部的和所述切屑排出槽相接的所述钻头主体的后端部侧的终端边界的长度L2之比(L2/L1)为1.1～1.8。
10.一种切削加工物的制造方法，其包括：
使权利要求1～9中任一项所述的钻头绕所述旋转轴旋转的工序；
使旋转着的所述钻头的一对所述主切削刃与被切削件接触的工序；
使所述钻头从所述被切削件离开的工序。
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