JP2005319544A - 穴加工用工具とその工具の外周研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工穴の穴面に接触する案内部、例えば、マージン部の摩耗が抑えられ、寿命が向上したドリル、リーマなどの穴加工用工具を提供する。
【解決手段】案内部、例えば、ドリルのマージン部３の外周面に油溜まり８を設ける。その油溜まり８は、工具の外周研削を回転砥石との干渉が起こるように行うなどの方法で形成することができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、外周に案内部を備える穴加工用工具とその工具の案内部の外周に油溜まりを形成する外周研削方法に関する。

外周に案内部を備える穴加工用工具としては、マージン部を有するドリルやリーマ、ガイドパッドを有するガイドパッド付き回転切削工具などがある。これらのうち、ツイストドリルは代表的な工具であるので、以下の説明はそのツイストドリルを例に挙げて行う。

ツイストドリルの外周のマージン部は、バックテーパの付いた円筒面である。このマージン部の外周面の加工は、ドリルの外周面に回転砥石の研磨面を平行に当て、この状態で回転砥石とドリルの双方を回転させ、回転砥石を軸心方向に何度も往復移動させて外周面を研削する方法でなされる。

その方法で加工されたマージン部の外周面には、ドリル回転方向に伸びた研削目ができる。その研削目は、端部がマージン部のドリル回転方向前後の縁に切り抜けており、切削油を止める機能を持たない。

このために、加工穴の穴面とマージン部との間に加工油の皮膜ができにくく、ワークとドリルの摩擦が大きくなって発熱及びマージン部摩耗の進行が早くなる。

この不具合は、少量の切削油を霧状にして刃先に供給するセミドライ加工やミスト加工では特に顕著であり、ドリルが短寿命になる。

なお、下記特許文献１には、切削油を刃先に供給し易くする目的でマージン部に加工油を積極的に通過させる溝を設けることが開示されている。この特許文献１の溝は、穴面との接触面積を減少させるのでそれによる摩擦低減が望めるが、これに依存した発熱の抑制、マージン部摩耗の抑制は十分と言えるものではない。
特開平５−５７５１７号公報

この発明は、穴面との摩擦を効果的に低減して長寿命化を図ったドリル、リーマなどの穴加工用工具と、その工具を特別な工程を経ずに安価に製造可能となす工具の外周研削方法を提供す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、穴加工用工具に設けられた案内部の外周面に、油溜まりを設ける。

その油溜まりは、幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍの溝や窪み（ディンプル）が好ましく、この溝や窪みを案内部の工具回転方向前後の縁間に配置する。また、この溝や窪みは、少なくとも工具回転方向後方の端部が行き止まりになっている（マージン部の工具回転方向後縁に切り抜けていない）ものにする。

前記案内部が、ツイストドリルやねじれ刃リーマに設けられるねじれ角のついたマージン部である場合には、このマージン部の外周面に、工具軸方向に変位しながら工具回転方向に伸びる幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍで、長さが工具の軸直角断面におけるマージン部幅よりも短い溝を並列配置にして設け、その溝を油溜まりにするとよい。

この発明を適用する穴加工用工具は、ソリッドタイプに限定されない。ドリルの中には、切れ刃を有する切削ヘッドを本体部の先端に着脱自在に装着して構成される刃先交換式ツイストドリルがあり、この刃先交換式ツイストドリルの切削ヘッドに設けられたマージン部の外周面に前記油溜まりを設けることもできる。

また、油溜まりとなす前述の幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍの溝は、以下の方法で形成することができる。

その方法とは、ねじれ角を有するマージン部を備えた穴加工用工具を、前記マージン部の外周面が回転砥石の外周面と平行となる向きに配置し、前記穴加工用工具を回転させながら１回転当たりに前記マージン部のリードと同一もしくはそれに近い送りをかけて前記マージン部の外周面を回転砥石で研削し、砥石の砥粒でマージン部の外周面に、長さが工具の軸直角断面におけるマージン部幅よりも短くて少なくとも工具回転方向後方の端部が行き止まりになっている筋状の溝を形成する穴加工用工具の外周研削方法である。この発明は、かかる外周研削方法も併せて提供する。

案内部の外周面、例えば、マージンやガイドパッドの外周面に油溜まりを設けると、油溜まりが窪みになっているため、穴面に対する案内部の接触面積が減少する。また、同時に、穴面との間に流れ込んだ切削液がこの油溜まりに取り込まれ、穴面との間に切削液の皮膜が生成され易くなって潤滑効果も高まる。これにより摩擦が軽減され、そのために発熱が抑制され、切削抵抗も低減されて案内部の摩耗が効果的に抑制される。この効果は、セミドライ加工やミスト加工で特に顕著であり、案内部の摩耗が従来に比べて大幅に減少し、工具の寿命向上の効果がもたらされる。

また、幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍの微細な溝や窪みを油溜まりとして設けると、加工面の品質や、案内部の強度が維持され、工具の性能低下につながらない。油溜まりとなす溝や窪みが上記の下限値よりも小さいと切削油の取り込み量が少なくなるだけでなく、目の細かい砥石が必要になって加工時間も長くなるので好ましくない。

さらに、この発明の外周研削方法で油溜まりを設けると、案内部の外周を研削するときに同時に油溜まりとなる溝を付すことができ、工程増加、それによるコストアップの問題が発生しない。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、切れ刃１と、ねじれ溝２と、マージン部３を備える２枚刃のソリッドタイプのツイストドリル、図２はねじれ溝２を有する本体部４の先端に、切れ刃１と、ねじれ溝２と、マージン部３を備える切削ヘッド５をボルト６で締結して着脱自在に装着した刃先交換式ツイストドリルである。これらのドリルは、オイルホール７を有している。

これらのドリルは、マージン部３の外周面にこの発明を特徴づける油溜まりを有している。

図３は、ドリル先端のマージン部（図２（ｃ）のＡ部）を拡大したものであり、８がマージン部３の外周面に設けられた油溜まりである。図４（ａ）は、マージン部外周面の５０倍拡大写真であり、筋状の油溜まり８がほぼ規則的に並んで配列されている。

図４（ｂ）は、従来ドリルのマージン部外周面の５０倍拡大写真であり、これとの比較でマージン部外周面の性状の違いがよくわかる。

図示の油溜まり８は、ドリルの軸心と直角な線に対してドリルの回転方向後方側がドリル後部側に近づく方向に僅かに傾いてドリルの回転方向に伸びる微細な溝で構成されている。

図５は、その溝（油溜まり８）の深さと幅の測定結果を示すグラフである。この図５に表れた溝は、幅が１５μｍ〜３０μｍ、深さが０．５μｍ〜０．７μｍ程度であるが、マージン部３の外周に設けられたこの溝は、幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍの範囲にあるものが混在している。

図６に、この発明の外周研削方法の概要を示す。油溜まり８は、この図６の方法でドリルの外周研削時に付加されている。図６の方法では、ドリルの外周を円筒状に加工するために、このドリルを、マージン部３の外周面が回転砥石９の外周面と平行となる向きに配置する。ドリルのバックテーパをβとすると、図示の回転砥石９は軸心がドリルの軸心に対してθ（＝β／２）傾いた状態になるが、回転砥石は外周面がテーパの砥石であってもよい。

この状態で回転砥石８を定位置において回転させ、同時にドリルを回転させながら軸心方向に送ってマージン部３の外周面を回転砥石９で研削する。

ドリルは、マージン部３のリードよりも大きな送りをかけてもよいが、好ましくは１回転する間にマージン部３のリードとほぼ同量移動するようにマージン部３のリードに近いリードで回転させながら送る。

回転砥石９は、マージン部３に対して図６（ｂ）のＸ−Ｙ点間で線接触し、その接触点が、ドリルの回転を伴う送りによってドリル先端からドリル後方に移っていく。

図６（ｃ）は、回転砥石９の切り込み状態を正面から見たものである。この発明の方法によれば、ドリルの回転が送りに対して遅い（ドリル１回転当たりの送り量が大きい）ため、ドリルと砥石の干渉が発生し、干渉した砥石の砥粒がマージン部を削って微細な溝が加工される。

回転砥石９の外周面には、サイズの異なる砥粒が無数に存在し、その砥粒により幅と深さと長さの異なる溝が混在して形成される。また、この溝は、ドリルを回転させながら軸方向に送るので、両端が共に行き止まりになっているものだけでなく、片端がドリル回転方向前後のどちらかの縁に切り抜けているものもでき、このうち、少なくともドリル回転方向後方の端部が行き止まりになっている溝が油溜まり８として機能する。

ドリルを定位置で回転させてドリルが１回転する間に回転砥石９に例えばマージン部のリードとほぼ同量の送りをかける方法でも、ドリルの外周研削時に外周研削を行いながら同時に油溜まりになる溝を形成することができる。図２の刃先交換式ツイストドリルは、マージン部３が切削ヘッド５のみに設けられるので、加工領域が少なく、加工コストの上昇が抑えられる。

なお、ねじれ角の無いガイドパッドなどの外周面（案内面）に設ける油溜まりは、加工位置を周方向に少しずつずらしながら上記の方法を繰り返すなどの方法で形成することができる。

以下に、実施例を挙げる。
切削ヘッドを超硬合金で形成した直径φ１８ｍｍ、マージン部リード９８ｍｍの刃先交換式２枚刃ツイストドリルのマージン部に、外周研削と同時に溝を付けるこの発明の方法で油溜まりを形成した。このときの研削条件は、砥石の粗さ＃２３０、砥石周速１６００ｍ／ｍｉｎ、ドリル送り４０ｍｍ／ｍｉｎ、１回転当り送り量９８ｍｍとした。
図４（ａ）は、こうして得られたマージン部外周面の５０倍拡大写真である。

また、比較のために、ドリルを高速回転させ、これに高速回転しながら軸方向往復動を繰り返す回転砥石を当てる従来方法で外周を研削した直径φ１８ｍｍの刃先交換式２枚刃ツイストドリルも用意した。

そして、これらのドリルで穴を加工し、加工後のマージン部の摩耗状況を調べた。

切削条件は、共に、切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、穴深さ３８ｍｍ、ウエット加工、被削材：Ｓ４５Ｃ、切削長：６０ｍである。

この試験の結果、比較品は、マージン部の先端からの摩耗量が２．０ｍｍに対し、マージン部に油溜まりを設けた発明品は、マージン部の先端からの摩耗量が比較品の半分以下の０．９ｍｍに抑えられており、油溜まりの設置によってドリルの寿命が向上することが確認された。

（ａ）この発明を適用したソリッドドリルの側面図、（ｂ）同上のドリルの先端側の拡大側面図 （ａ）この発明を適用した刃先交換式ツイストドリルの側面図 、（ｂ）同上のドリルの拡大正面図、（ｃ）同上のドリルの先端側の拡大側面図 図２（ｃ）のＡ部の拡大図 （ａ）マージン部外周面の５０倍拡大写真、（ｂ）従来品のマージン部外周面の５０倍拡大写真 マージン部外周面の溝の深さと幅の測定結果を示すグラフ （ａ）この発明の外周研削方法を示す側面図、（ｂ）ドリルと回転砥石の接触点を示す平面図、（ｃ）ドリルに対する回転砥石の切り込み状態を示す正面図

符号の説明

１ 切れ刃
２ ねじれ溝
３ マージン部
４ 本体部
５ 切削ヘッド
６ ボルト
７ オイルホール
８ 油溜まり
９ 回転砥石

Claims (5)

1. 加工穴の穴面に接触する案内部を外周に備えた穴加工用工具において、前記案内部の外周面に油溜まりを設けたことを特徴とする穴加工用工具。
2. 前記油溜まりが、前記案内部の工具回転方向前後の縁間に設けられた幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍの少なくとも工具回転方向後方の端部が行き止まりになっている溝又は窪みである請求項１に記載の穴加工用工具。
3. 前記案内部がねじれ角を有するマージン部であり、このマージン部の外周面に、工具軸方向に変位しながら工具回転方向に伸びる幅１０μｍ〜１００μｍ、深さ０．３μｍ〜１０μｍで、長さが工具の軸直角断面におけるマージン部幅よりも短くて少なくとも工具回転方向後方の端部が行き止まりになっている溝が並列配置にして設けられ、その溝が前記油溜まりを構成している請求項１に記載の穴加工用工具。
4. 工具が、切れ刃を有する切削ヘッドを本体部の先端に着脱自在に装着して構成される刃先交換式ツイストドリルであり、このドリルの切削ヘッドに設けられたマージン部の外周面に前記油溜まりを備えさせた請求項１乃至３のいずれかに記載の穴加工用工具。
5. ねじれ角を有するマージン部を備えた穴加工用工具を、前記マージン部の外周面が回転砥石の外周面と平行となる向きに配置し、前記穴加工用工具を回転させながら１回転当たりに前記マージン部のリードと同一もしくはそれに近い送りをかけて前記マージン部の外周面を回転砥石で研削し、砥石の砥粒でマージン部の外周面に、長さが工具の軸直角断面におけるマージン部幅よりも短くて少なくとも工具回転方向後方の端部が行き止まりになっている筋状の溝を形成する穴加工用工具の外周研削方法。