JP2003311520A - ステップドリル - Google Patents

ステップドリル

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JP2003311520A JP2002127645A JP2002127645A JP2003311520A JP 2003311520 A JP2003311520 A JP 2003311520A JP 2002127645 A JP2002127645 A JP 2002127645A JP 2002127645 A JP2002127645 A JP 2002127645A JP 2003311520 A JP2003311520 A JP 2003311520A
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 穴あけ加工時のバリの形成を最小化するステ
ップドリルを提供する。 【解決手段】 ドリル体の直径(Ｄ１)より小さいステッ
プ直径(Ｄ２)を持つステップ部を有するステップドリル
であって、前記ドリル体に関しドリルの先端側に直径が
減少するように傾斜したステップ部を形成して、該ステ
ップ部により被削材への貫通時に発生するバリを除去す
るように構成し、該ステップ部はステップ角(θ２)と、
前記ドリル体の直径と前記ステップ直径との差である段
差の大きさ(Ｄ１-Ｄ２)とによって定められることを特
徴とするステップドリル

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はステップドリルに関
し、より詳細にはドリルのステップの角と直径とを変更
することによって、穴あけ加工時のバリの形成を最小化
するステップドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】穴あけ加工は、安価な費用と短い工程時
間で良質の穴を生産するため、切削加工中の重要な比重
を占めている。このような穴あけ加工時、寸法誤差の原
因の一つである塑性変形によってバリが発生する。
【０００３】このようなバリは入口バリと出口バリとに
分けられるが、入口バリはドリルの進入時にドリルの端
部によって被削材の上面にウェッジ状に形成され、出口
バリはドリルの貫通直前に残っている被削材を押すこと
によって被削材の下面に形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】なかんずく、出口バリ
は部品の品質と組立に大きな影響を及ぼす。出口バリは
その削除に追加の製造工程とデバリングが必要となり、
追加の工程の大部分は手作業であることから、作業性が
低下し、製品のコストが上昇するという問題がある。
【０００５】バリの発生を減らすための先行研究とし
て、ドリルの刃線部にラウンディング（Rounding）を施
すような方法と、ねじれ角の増加、出口面を硬化させる
ような方法が提示されている。ところが、出口面の硬化
はバリの生成は減少させるものの、除去がさらに困難な
バリを生じるという問題がある。
【０００６】他に、超音波加振と低周波加振によりバリ
の発生を減少させたり、移送量を変化させて推力を抑制
させることによって、バリの発生を最小化する方法が提
示されているが、これは切削方法によってバリの形成を
減少させるもので、追加の装備が必要となり、加工コス
トが上昇するという問題がある。
【０００７】従って、本発明は前記の問題点を解決する
ためになされたものであって、ドリルにステップ部を設
け、該ステップ部のステップ角とステップ直径を変更す
ることによって、穴あけ加工時のバリの形成を最小化す
るステップドリルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のステップドリルは、図１に示すように一般の
ドリルとは異なり、一次にドリルの先端部が被削材を貫
通した後、二次にステップ部によって未切削部の加工が
行われる。ステップ角度 (θ２）の大きさを調節して未
切削部の曲げに対する剛性を大きくすることによって、
ステップ部が被削材から離脱する前まで、切削を延ばす
ことができ、ステップ直径 (Ｄ２）の大きさを変化させ
てドリル体の直径(Ｄ１）とステップ直径(Ｄ２）との差
である段差の大きさ(Ｄ１-Ｄ２）を変化させることによ
って未切削部の大きさを調節することができる。
【０００９】図１において、ｙ１、Ｒ１は切削が終了し
曲げが生じて、残っている部分がバリに変化し始める臨
界地点を示す。このような臨界地点は残っている部分の
形状によって決められるが、ステップドリルの先端部か
ら加えられる力による曲げ変形に対する剛性が大きいほ
ど、ドリルが貫通するまで切削が続き、バリの形成が遅
延し、結果的に小さなバリが形成されるのである。
【００１０】従って、本発明によるステップドリルは、
ドリル体の直径(Ｄ１)より小さなステップ直径(Ｄ２)を
持つステップ部を有するステップドリルであって、前記
ドリル体に関しドリルの先端側に直径が減少するように
傾斜したステップ部を形成して、該ステップ部によりド
リルの被削材への貫通時に発生するバリを除去するよう
に構成し、該ステップ部は、ステップ角(θ２)と、前記
ドリル体の直径と前記ステップ直径との大きさの差であ
る段差の大きさ(Ｄ１-Ｄ２)とにより定められることを
特徴とする。
【００１１】ここで、前記ステップ角は５゜〜１３０゜
であり、前記段差の大きさはドリル体の直径の３〜２０
％であることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明のステップドリルの
望ましい実施の形態（実施例）を図面に基づき詳しく説
明する。
【００１３】本発明の実施例によるステップドリルとし
ては、ステップ部の角度（ステップ角）とステップ部の
最小直径たるステップ直径を変更したステップドリルを
使用し、比較例として、高速度鋼(ＨＳＳ：Ｈｉｇｈ Ｓ
ｐｅｅｄ Ｓｔｅｅｌ)ドリル、超硬(Ｃａｂｉｄｅ)ドリ
ル、面取り(Ｃｈａｍｆｅｒ)ドリル、ラウンド(Ｒｏｕ
ｎｄ)ドリルを使用する。
【００１４】図２ａ〜ｅは本発明の実施例と比較例のド
リルの形状を示す図であり、図３は使用したドリルの寸
法を示す表であり、図４は図２ａ〜ｅにおける本発明の
実施例及び比較例の切削条件を示す表である。
【００１５】穴あけ加工は、ＣＮＣマシンニングセンタ
ー(Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ；Ｈｙｕｎｄａｉ
社のＭｏｄｅｌ Ｎｏ．ＳＰＴ１８Ｓを使用）で実施
し、被削材はＳＭ４５Ｃを使用し、切削条件は図４に示
すように、一定の切削速度でバリの形成に大きな影響を
及ぼす要因である移送速度を５段階に増加させながら実
験を行い、切削油の使用をしない乾式切削を行った。
【００１６】図５ａ〜ｅは、穴あけ加工後に形成された
バリについて、非接触式レーザー測定装置を用いて、バ
リの高さと厚さに関するデータを求め、各ドリル別のバ
リの高さをグラフとして示したものである。
【００１７】図５ａに、６０゜（図６ａ）と４０゜（図
６ｂ）の面取り角を持つ面取りドリルを使用した比較例
３と比較例４の実験の結果を示す。穴あけ加工は、一次
に、４０゜の先端角により実施され、面取り部に達して
６０゜あるいは４０゜の先端角を持つドリル加工と類似
の穴あけ加工が実施される。面取りドリルは一般のドリ
ルに比べ未切削部の量が小さく、ドリルの進行方向への
曲げ変形に対する剛性が大きいため、ドリル離脱時の抵
抗による曲げ変形が少ない。従って、比較例１と比較例
２に比べさらに小さなバリが形成され、比較例４は比較
例３より未切削部が小さいため、さらに小さなバリが形
成される。
【００１８】次に、ラウンドドリルのコーナー（Ｃｏｒ
ｎｅｒ）の半径が１.５ｍｍ（図６ｃ）と２.５ｍｍ（図
６ｄ）の比較例５及び比較例６に関する実験を行った。
図５ｂに示すように、比較例６ではドリルの貫通直前、
剛性が不充分な未切削部に曲げ変形が生じて、比較例５
より大きなバリが形成された。
【００１９】図５ｃ〜図５ｅは、実施例の結果を示すグ
ラフである。図５ｃについて述べると、ステップ角が１
００゜の場合に移送速度が２００ｍｍ/minであれば、バ
リの高さが著しく高くなることがわかる。
【００２０】従って、１００゜、１３０゜の場合は、７
５゜、６０°、４０°、１０゜、５゜の場合よりバリの
高さが著しく高くなることがわかり、ステップ角が７５
゜以下の場合にはステップ角が小さくなるにつれ、バリ
の高さも小さくなることがわかる。
【００２１】本発明によるステップドリルの実施例は、
７種類のステップ角と３種類のステップ直径により分け
られた実施例１から実施例１７に対して実験を行った。
【００２２】ステップ角が１３０゜、１００゜であり、
ステップ直径が８ｍｍの実施例１、２では、ステップ部
による二次加工時に、未切削部のドリル進行方向への剛
性の不充分なことから、一次加工時に形成されたキャッ
プ（Cap）が押されることによって、ステップ部とドリ
ル体との直径の段差ほどの破裂型のバリが形成される。
【００２３】ところが、ステップ角が７５゜の実施例３
では切削が最後まで進行されて小さなバリが形成され、
特に、ステップ直径が９ｍｍの実施例８では未切削部の
切削量が小さくて、相対的に小さなバリが形成される。
【００２４】次に、それぞれ異なる物性値を持った被削
材から発生するバリの特性に関する実験を行った。図８
は被削材の物性値を示す表であり、図９は切削条件を示
す表である。
【００２５】実験対象の４種類の被削材への穴あけ加工
後、比較例及び本発明の実施例で発生したバリの大きさ
の相関グラフを図７に示す。
【００２６】Ａ６０６１とＳＳ４００では破裂型のバリ
と共に最大のバリが形成され、Ａ２０２４では全般に非
常に小さなバリが形成された。多くの破裂型のバリが発
生したＡ６０６１を除いた被削材ではステップドリルの
ステップ角が７５゜以下の実施例３乃至１７で比較的小
さなバリが形成された。
【００２７】また、ＳＭ４５Ｃではドリルの種類によっ
てバリ形成の特徴が最も明確に現れる。これは延性の大
きい他の材質に比べ、チップの排出が円滑で、塑性変形
による曲げが小さいため、小さなバリが形成される。
【００２８】ＳＳ４００とＡ６０６１では他の被削材に
比べ、比較的大きなバリが形成され、ステップ角によっ
て非常に大きな変化を示す。ステップ角が７５゜以上の
実施例１、２、３、８、１３では破裂型に近い大きなバ
リが形成され、６０゜以下の実施例４、５、６、７、
９、１０、１１、１２、１４、１５、１６、１７では小
さなバリが形成される。
【００２９】ＳＳ４００とＡ６０６１及びＳＭ４５Ｃで
は、ステップ角が小さくなるにつれ、バリの高さも小さ
くなることがわかる。なお、ＳＳ４００とＡ６０６１で
は段差の大きさがドリル体の直径(Ｄ１）の２０%（２ｍ
ｍ；一方の段差の大きさは１ｍｍ）から１０％（１ｍ
ｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍｍ）に減少時、バリ
の高さも減少することがわかる。
【００３０】図３及び図７から、ステップ角が４０゜、
段差の大きさがドリル体の直径の１０%（１ｍｍ；一方
の段差の大きさは０.５ｍｍ）の実施例１０と、ステッ
プ角が１０゜、段差の大きさがドリル体の直径の１０%
（１ｍｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍｍ）の実施例
１１と、ステップ角が５゜、段差の大きさがドリル体の
直径の１０%（１ｍｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍ
ｍ）の実施例１２と、ステップ角が１０゜、段差の大き
さがドリル体の直径の３%（０．３ｍｍ；一方の段差の
大きさは０.１５ｍｍ）の実施例１６と、ステップ角が
５゜、段差の大きさがドリル体の直径の３%（０．３ｍ
ｍ；一方の段差の大きさは０.１５ｍｍ）の実施例１７
との場合に最小のバリがあらゆる材質で形成されること
がわかる。
【００３１】本発明によるステップドリル及び一般のド
リルの切削力の変化を示す図１０と、ステップドリルに
関し、ドリルの切削力の変化に従う各領域別のステップ
ドリルの切削状態を図１１に示す。
【００３２】図１０ａは一般のドリルの切削力を示すも
ので、切削の進行過程における進入地点と貫通地点とで
比較的一定な値で増減していることを示し、被削材の内
部切削時にはチップの円滑な排出と安定した切削によっ
て均一な値を示す。
【００３３】図１０ｂはステップドリルの切削力を示す
ものであり、図１１はこれを領域別に撮影した写真であ
る。最初の進入地点から１〜２領域では一般のドリルと
同一であり、ステップ角があり、ステップ段が現れる３
領域では一定な増加を示す。
【００３４】４領域では先端角とステップ角により同時
に加工が進行される部分であって、加工の深さが深くな
るほど推力と回転力は少しずつ増加する。
【００３５】５領域では先端角が出口面を通過しながら
推力が回転力に比べ急減し、６〜７領域では回転力が比
較的に高い値を示す。これは６領域で既にドリルの先端
部が出口部を通過してステップ端部だけが回転力に影響
を及ぼすためである。６領域の長さはステップ長さのL
によって決められ、先端部による加工とステップ部によ
る加工に分け、先端部による加工によって形成されたバ
リを保持している状態である。この時の抵抗の大きさは
ステップ部の大きさにより決められ、ステップ部による
２次のバリを形成するようになる。
【００３６】ステップ角が比較的大きな１３０゜では残
っている部分の曲げ変形によって急な抵抗の減少があ
り、ステップ角が４０゜、１０゜、５゜のように小さな
場合には漸進的な抵抗の減少が発生し、切削量が多くな
ることによってバリの形成が最小化するのである。
【００３７】
【発明の効果】上述したように、本発明によるステップ
ドリルは、穴あけ加工時のドリルの進行と共に曲げ変形
が大きくなりながら発生する出口バリに関し、未切削部
の領域を減らし、最終まで切削が行われるようにするこ
とによってバリの形成を最小化するという効果がある。
【００３８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明のこうした実施の形態に何ら限定されるも
のでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステップドリルが被削材を切削す
る状態の模式図。
【図２ａ】高速度鋼ドリルの形状を示す側面図。
【図２ｂ】超硬ドリルの形状を示す側面図。
【図２ｃ】面取りドリルの形状を示す側面図。
【図２ｄ】ラウンドドリルの形状を示す側面図。
【図２ｅ】ステップドリルの形状を示す側面図。
【図３】本発明の実施例及び比較例で使用したドリルの
寸法を示した表。
【図４】本発明の実施例及び比較例での切削条件を示す
表。
【図５ａ】比較例１、２、３、４で測定されたバリの高
さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｂ】比較例２、５、６で測定されたバリの高さと
移送速度との相関グラフ。
【図５ｃ】本発明の実施例１〜７で測定されたバリの高
さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｄ】本発明の実施例８〜１２で測定されたバリの
高さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｅ】本発明の実施例１３〜１７で測定されたバリ
の高さと移送速度との相関グラフ。
【図６ａ】比較例である面取りドリルのバリ形成の状態
を示す断面図。
【図６ｂ】比較例である面取りドリルのバリ形成の状態
を示す断面図。
【図６ｃ】比較例であるラウンドドリルのバリ形成の状
態を示す断面図。
【図６ｄ】比較例であるラウンドドリルのバリ形成の状
態を示す断面図。
【図６ｅ】実施例のステップドリルのバリ形成の状態を
示す断面図。
【図６ｆ】実施例のステップドリルのバリ形成の状態を
示す断面図。
【図６ｇ】実施例のステップドリルのバリ形成の状態を
示す断面図。
【図７】被削材による実施例と比較例とのバリの高さの
相関グラフ。
【図８】図７の実験に使用された被削材の物性値を示す
表。
【図９】図７の実験の切削条件を示す表。
【図１０ａ】一般のドリルの切削進行過程に従う推力と
回転力を示す切削状態図。
【図１０ｂ】本発明のステップドリルの切削進行過程に
従う推力と回転力を示す切削状態図。
【図１１】（ａ）乃至（ｈ）は図１０ｂによるステップ
ドリルの１〜８領域の写真。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高聖林 大韓民国ソウル特別市廣津區毛陳洞建国大 學校機械設計學科 (72)発明者 張宰銀 大韓民国ソウル特別市廣津區毛陳洞建国大 學校機械設計學科 Ｆターム(参考） 3C037 AA08

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ドリル体の直径(Ｄ１)より小さいステッ
    プ直径(Ｄ２)を持つステップ部を有するステップドリル
    であって、 前記ドリル体に関しドリルの先端側に直径が減少するよ
    うに傾斜したステップ部を形成して、該ステップ部によ
    り被削材への貫通時に発生するバリを除去するように構
    成し、 該ステップ部はステップ角(θ２)と、前記ドリル体の直
    径と前記ステップ直径との差である段差の大きさ(Ｄ１-
    Ｄ２)とによって定められることを特徴とするステップ
    ドリル。
  2. 【請求項２】 前記ステップ角が５゜〜１３０゜である
    ことを特徴とする請求項１に記載のステップドリル。
  3. 【請求項３】 前記ステップ角が５゜〜７５゜であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のステップドリル。
  4. 【請求項４】 前記ステップ角が５゜〜６０゜であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のステップドリル。
  5. 【請求項５】 前記ステップ角が５゜〜４０゜であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のステップドリル。
  6. 【請求項６】 前記ステップ角が５゜〜１０゜であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のステップドリル。
  7. 【請求項７】 前記段差の大きさがドリル体の直径の３
    〜２０%であることを特徴とする請求項１乃至６のいず
    れかに記載のステップドリル。
  8. 【請求項８】 前記段差の大きさがドリル体の直径の１
    ０〜２０%であることを特徴とする請求項１乃至６のい
    ずれかに記載のステップドリル。
  9. 【請求項９】 前記段差の大きさがドリル体の直径の３
    %〜１０%であることを特徴とする請求項１乃至６のいず
    れかに記載のステップドリル。
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