JP2002172506A

JP2002172506A - 被覆ツイストドリル

Info

Publication number: JP2002172506A
Application number: JP2000369879A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kondo; 芳弘近藤
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】構造用鋼等の被削材の穴明け加工に際して、
よりシャープな刃型を適用し発生する熱を抑え、先端切
れ刃からカールするまでの刃溝の形状に着目し分断され
た切り屑を安定して生成させ、耐久性に優れたツイスト
ドリルを提供することを目的とする。【構成】被覆した超硬合金製からなるツイストドリル
において、該ツイストドリルの芯厚をドリル径の１５％
〜３０％、溝幅比を５０〜７０％、軸方向すくい角であ
るねじれ角を２５度〜４５度、刃溝底部の曲率半径Ｒを
ドリル径の１０〜２０％Ｄ、該先端切れ刃の逃げ角を１
０度未満とし、且つ、先端切れ刃に刃先処理を施すこと
により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、切削油を用いないド
ライにて穴明け加工を行う被覆ドリルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、切削油を用いないドライで穴明け
加工を行うことのできるツイストドリルには多様な提案
がなされている。例えば、特開２０００−１９８０１１
号公報では、ドリルのリーディングエッジの強度を高
め、ドライ加工時に生ずるリーディングエッジに欠けを
生じやすいことを防止したドリルが提案されている。ま
た、潤滑性を皮膜の面から検討した例として、特開２０
００−２３３３２４号公報には、皮膜に潤滑性があるＭ
Ｏ（金属酸化物）膜とする提案もある。

【０００３】更に、ドライ用の穴明け工具として、構造
用鋼〜高硬度鋼を切削する際、切り屑の排出が問題とな
る。切り屑の排出は、水溶性切削油を用いたときには、
切削油の流れに乗るようなかたちで切り屑排出が行われ
るため、遷移切断型と称される分断された切り屑を形成
すれば良かった。それに対し、ドライ切削では、切削油
の流れがなく、また、切削油の冷却効果、潤滑性もない
こと等より、切り屑排出にも検討を要するが、上記公報
には切り屑等の課題は記載されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】先ず、一般の構造用鋼
等の穴あけ加工をドライで行うと、切削熱の発生により
極端に短寿命となる。例えば、通常の３Ｄ深さの穴明け
加工においても、切削初期は正常な切り屑形態が得られ
るが、継続して穴明け加工を行うと、切り屑形態が延び
てカールせず、ドリル本体に絡みつくようになる。この
様な現象が起きると、穴明け加工を停止し、人為的に切
り屑を取り外して、穴明け加工を再開することとなり、
工数がかかる等適用されない原因となる。また、この様
な現象では、上記従来例に記載されているようなリーデ
ィングエッジの欠け等が発生しやすくなる。また、上記
ドリルの先端切れ刃を観察すると損傷に起因する切り屑
の形態の変化ではなく、熱の影響によるものであると考
えられる。穴明け加工は、連続切削であり、特に解放さ
れていない穴部の加工であるため、切り屑の接触する時
間が長く、切削による発熱、切り屑等の擦過による発熱
等の影響で、切り屑形態に変化を起こすものと考えられ
る。これらの現象は、切削油等を用いる場合には、冷却
効果により問題とならなかったが、ドライ切削では解決
しなければならない課題である。

【０００５】上記課題を解決するために、本願発明で
は、構造用鋼等の被削材の穴明け加工に際して、より一
層シャープな刃型を適用し発生する熱を抑え、先端切れ
刃からカールするまでの刃溝の形状に着目し分断された
切り屑を安定して生成させ、耐久性に優れたツイストド
リルを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるツイストド
リルは、被覆した超硬合金製からなるツイストドリルに
おいて、該ツイストドリルの芯厚をドリル径の１５％〜
３０％、溝幅比を５０〜７０％、軸方向すくい角である
ねじれ角を２５度〜４５度、刃溝底部の曲率半径Ｒをド
リル径の１０〜２０％Ｄ、該先端切れ刃の逃げ角を１０
度未満とし、且つ、先端切れ刃に刃先処理を施したこと
を特徴とする被覆超硬合金製ツイストドリルである。

【０００７】ドライ切削においては、穴明け加工におい
て生ずる切り屑の排出の良否が大きな課題となる。切り
屑排出は、切り屑形状と関連し、最も排出しやすい形状
は遷移折断型で、ドリル刃溝中でカールされ略円錐状の
形態を無し、ねじれ溝中をシャンク側に送られて排出さ
れる。先ず、シャープな刃形により切削時の熱発生を減
少させるが、特に、刃先処理が関係する。

【０００８】先ず、シャープな刃形とし、ドリルの芯厚
を１５％Ｄ〜３０％Ｄの範囲とした。１５％Ｄ未満では
工具剛性が不足して、穴加工時の被削材入口の拡大代の
精度が悪くなり、３０％を越えると溝自体のスペースを
狭くなりすぎるため、壁との接触が増え、切削抵抗が大
きくなると共に切屑排出性が悪くなり、切屑詰まりを起
し易くなるめである。溝幅比は（断面図における、切屑
排出溝の溝幅を工具外周長さで除し、百分率で表す。）
５０〜７０％とした。ここで、溝幅比５０％未満では、
ねじれ角と相まって溝幅が狭くなり切屑詰まりを引き起
こすことになり、７０％を超えると、溝幅が広い分、切
屑処理が不安定となり、特に切り屑が伸び勝手となり、
制御しずらく、切削動力が不安定になるため、溝幅比は
５０〜７０％の範囲とした。更に、大きな溝幅比は、溝
のヒール部の形状により調整することもできる。ヒール
部の先端を円弧状に形成することにより、溝幅比を大き
くとり、前述のような切り屑の内壁との接触を少なめる
ことができる。ねじれ角２５〜４５度を採用することに
より、切れ味がよく切削抵抗を軽減できるが、強ねじれ
角にすると刃溝の経路が長くなるため、４５度以下とし
た。好ましくは３０〜４０度の範囲である。刃溝底部の
Ｒを１０〜２０％Ｄとした。１０％Ｄ未満では、切り屑
の形状を規定する際、切削抵抗との関係から、カール径
が小さくなりすぎ、２０％Ｄを越えると、切屑が伸び勝
手となり、制御しずらくなるため、１０〜２０％Ｄの範
囲とした。更に、先端切れ刃の逃げ角を１０度未満とし
たのは、１０度を超えると、相対的にホーニング面と逃
げ面とのなす角又はすくい面と逃げ面のなす角が鋭利と
なりすぎるため、１０度未満とした。ドリル外径等を考
慮すると５度〜１０度が好ましい。

【０００９】次に、刃先処理として、より切削抵抗の軽
減するため、先端切れ刃の刃先処理の量を必要最小限と
する。切れ刃処理を行うと、プラス面としてチッピング
や欠け防止となるが、大きくなりすぎると切削抵抗を増
し、切れ味を悪くする。また、切れ刃処理は被覆前に行
っても、被覆後に行っても同様な効果を奏する。被覆前
に行う刃先処理は、０．０５〜０．２５ｍｍ、角度１５
度〜２５度のネガホーニングが適用できる。そのネガホ
ーニングは先端刃のシンニング付近、外周付近等場所に
よる差、ネガホーニング処理等の適用も含め、０．０５
〜０．２５ｍｍの範囲とした。０．０５ｍｍ未満では、
切れ刃処理の効果が少なく、０．２５ｍｍを超えると切
削抵抗が大きくなりすぎるため上記の範囲とした。被覆
後の処理としては、０．００２〜０．１０ｍｍの丸ホー
ニングが適用できる。丸ホーニングは、ブラシ、磁気研
磨等の公知な方法で行うことができる。

【００１０】更に、該ドリル本体にねじれ溝に沿って螺
旋状をなすクーラントホールを設けても良い。クーラン
トホールは、ミスト、エアー等を供給することにより、
特に、切り屑を飛散させ、切れ刃周辺の冷却に効果があ
る。また、シンニングによって芯厚部に軸線部から外周
方向へ延びるシンニング刃を形成し、このシンニング刃
と前記切刃との軸線方向先端視における形状を直線状と
する。先端刃を直線状とすることにより切削抵抗を減少
させ、心厚、ランド部の厚さ等の設定を補う形状とし
た。シンニング形状は、より求心性の高い形状とするた
め、シンニング角度を大きく採り、軸方向のすくい角を
−５度以上の負角とし、刃溝まで十分な距離を、滑らか
に結ぶように設けることにより、切り屑のつまりを防止
し、軸方向後方に排出させる。また、前記シンニング刃
と切刃との交叉部の軸線方向先端視における形状を円弧
状としたのは、超硬合金は直線状に交叉させると鋭利と
なりすぎるため、適切な丸味を設けて、切削時のチッピ
ング等を低減させるためである。好ましくは、その大き
さはドリル直径の５％〜５０％である。強度の高い被削
材等では大きめの値を、強度の小さい被削材では小さめ
の値で良い。

【００１１】ドリルに用いる超硬合金は、熱の発生を抑
えても、耐塑性変形性が要求される。前述のように、強
度、特に耐チッピング性を考慮すると、超硬合金のＣｏ
含有量が５〜１２重量％、ＷＣの平均粒径が０．３ミク
ロン〜１．２ミクロンであり、前記Ｃｏの格子定数が
３．５６５Å〜３．５７５Åであることを望ましい。耐
塑性変形性を向上するためにＣｏ含有量は１２重量％以
下が好ましく、この場合、合金の含有炭素量は低い側に
調整することにより耐チッピング性の劣化が防止可能で
あった。つまりＣｏの格子定数は超硬合金製造における
脱炭相が出現しないぎりぎりの低炭素側で３．５７５
Å、遊離炭素が出現しないぎりぎりの高炭素側で３．５
５５Åまで連続的に変化するが、それが３．５６５〜
３．５７５Åにはいる低炭素側に制御することで耐チッ
ピング性の劣化の防止が可能であった。Ｃｏの含有量は
５重量％未満であると超硬合金の強度が低くツイストド
リルが折損し易くなり、１２重量％を越えて含有させる
と耐塑性変形性が劣化するため、５〜１２重量％とし
た。ＷＣ平均粒子径は０．３ミクロン未満であると超硬
合金の硬さが極めて高くなり靭性を劣化させ、１．２ミ
クロンを越えると耐摩耗性が劣化するため０．５ミクロ
ン〜１．２ミクロンとした。Ｃｏの格子定数は、前述の
ごとく３．５６５Å未満の高炭素側では耐チッピング性
の劣化とＣｏそのものの固溶強化が十分でないため、ま
た３．５７５Åを越えると脆弱な脱炭相が出現するため
３．５６５Å〜３．５７５Åとした。

【００１２】更に、硬質膜及び／又は潤滑性膜を被覆と
したのは、ドリルにおいてもＴｉＡｌＮやＴｉＮ等を被
覆し耐摩耗性を向上させており、更に、ドライ用として
は切り屑等の擦過による発熱を抑えるため、公知のＭｏ
Ｓ、金属酸化物等の皮膜と多層にしても良い。以下、実
施例に基づき、本発明を具体的に説明する。

【００１３】

【実施例】（実施例１）市販の平均粒径０．５ミクロン
のＷＣ粉末と同１ミクロンのＣｏ粉末を用い通常の粉末
冶金法で、組成がＣｏ１０％、残ＷＣ粉からなるφ８ｍ
ｍの本発明超硬合金製ツイストドリルを製作した。焼結
後の超硬合金の物性は、硬さＨＲＡ９２、Ｃｏの格子定
数が３．５７０Å、クラック抵抗が９０ｋｇ／ｍｍのも
のが得られた。この合金を用いて、図１〜図３に示す、
２枚刃、外径８ｍｍ、芯厚２５％、溝幅比は５５％、ね
じれ角３０度、刃溝底部のＲを２０％Ｄ、該先端切れ刃
の逃げ角を８度、先端切れ刃の刃先処理量を０．０１０
ｍｍ、２０度で行い、穴明け加工を行った。尚、被覆は
ＴｉＡｌＮで行った。切削諸元は、被削財ＳＣＭ４４０
（焼鈍材）を用いて、切削速度６０ｍ／ｍｉｎ、送り速
度０．２ｍｍ／ｒｅｖで、穴深さ２４ｍｍ（ドリル径の
３倍）の穴加工をドライ切削にて行った。寿命は、切り
屑等の形状を観察しつつ、一定加工穴数毎に刃先の損傷
状態を確認しつつ行った。

【００１４】その結果、本発明例は、切削初期には分断
された切り屑（遷移折断型）が生成され、切り屑排出性
もよく、スムーズな穴加工が行えた。また、穴加工数を
経過するに定常的な摩耗状態となった。この切り屑形態
が２０００穴加工まで続き、摩耗量も増加したが、切り
屑形態の変化は少なく、排出は良好であった。更に加工
を継続すると、２５００穴加工で切り屑が連なるように
なり、ドリル先端部と外周との交叉部の摩耗が大きくな
り、更に継続すると３０００穴前後で切り屑が分断され
ず、連なるような切り屑なり、絡みつくようになったた
め、寿命と判断した。

【００１５】（実施例２）次に、実施例１と同仕様のド
リルを用いて、刃先処理量を変化させて、被削材に対応
した適切な処理量を検討した。刃先処理量は、ネガホー
ニングの角度１５、１７．５、２０、２２．５、２５度
の５種類と、ホーニング幅０．０５、０．０７５、０．
１０、０．１２５、０．１５、０．２０、０．２５、
０．３０の８種類とを組み合わせで行った。

【００１６】被削材にＳＣＭ４４０（焼鈍材）を用い
て、最適な刃先処理量を確認した。切削諸元は、切削速
度６０ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．２ｍｍ／ｒｅｖで、穴
深さ２４ｍｍ（ドリル径の３倍）の穴加工をドライ切削
にて行った。判断は、１０穴程度までの初期の加工での
○×を判断し、○のみ、５００穴加工数での切り屑形態
の変化を観察し、切り屑形態の変化により行った。ま
た、切り屑がドリル本体に絡みついたり、切り屑詰まり
を生じた場合は×とした。その結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１より、構造用鋼の穴開けにおいては、
比較的刃先処理量の小さな試料で良好な切り屑処理が行
えた。ネガホーニングの幅を小さくしすぎると、刃先の
チッピング等が生じやすくなるが、角度を大きくするこ
とにより良好な切り屑形態が得られる。また、ホーニン
グ幅を大きくすると最初は正常な切り屑処理が行える
が、１０穴を越えると切り屑の分断がされにくくなり、
継続すると２０〜１００穴で絡みつくような切り屑とな
るため、×と判断した。

【００１９】

【発明の効果】本発明を適用することにより、ドライ切
削による穴明け加工において、長期に亘り分断された切
り屑を形成させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明例のドリルの正面図を示す。

【図２】図２は、本発明例のドリルの軸方向先端視を示
す。

【図３】図３は、図１の軸直角断面図を示す。

【図４】図４は、従来例の軸直角断面図を示す。

【符号の説明】

１ドリル本体２外周刃３先端刃４切り屑排出溝５ランド部６Ｓ字状７刃先処理Ｄ直径Ｗ心厚Ｏ軸心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被覆した超硬合金製からなるツイストド
リルにおいて、該ツイストドリルの芯厚をドリル径の１
５％〜３０％、溝幅比を５０〜７０％、軸方向すくい角
であるねじれ角を２５度〜４５度、刃溝底部の曲率半径
Ｒをドリル径の１０〜２０％Ｄ、該先端切れ刃の逃げ角
を１０度未満とし、且つ、先端切れ刃に刃先処理を施し
たことを特徴とする被覆ツイストドリル。
【請求項２】請求項１記載の被覆ツイストドリルにお
いて、前記刃先処理の幅が０．０５〜０．２５ｍｍ幅の
ネガホーニングであることを特徴とする被覆ツイストド
リル。
【請求項３】請求項２記載の被覆ツイストドリルにお
いて、前記刃先処理の角度が１５度〜２５度のネガホー
ニングであることを特徴とする被覆ツイストドリル。
【請求項４】請求項１乃至３記載の被覆ツイストドリ
ルにおいて、該ドリル本体にねじれ溝に沿って螺旋状を
なすクーラントホールを設けたことを特徴とする被覆ツ
イストドリル。
【請求項５】請求項１乃至４記載の被覆ツイストドリ
ルにおいて、前記被覆が硬質皮膜及び／又は潤滑性膜の
コーティング層であるとを特徴とする被覆ツイストドリ
ル。