JP2006055965A

JP2006055965A - 低加工硬化超硬ドリル

Info

Publication number: JP2006055965A
Application number: JP2004242446A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Yamamoto; 剛広山本; Jiro Osawa; 二朗大沢
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-03-02
Also published as: DE102005032065A1; US20060039767A1; FR2874342A1; GB0514287D0; GB2417447A

Abstract

【課題】高炭素鋼等の焼入れし易い材料に対する穴明け加工においても加工硬化量が比較的少ない低加工硬化超硬ドリルを提供する。
【解決手段】先端角αを１２５°〜１３５°の範囲内とし、切り屑排出溝１４のねじれ角βを２０°〜３０°の範囲内とし、シンニング１８により形成された軸心付近の切れ刃１６の軸方向すくい角γを−５°〜＋５°の範囲内とし、ホーニングによって形成される切れ刃１６の刃先のネガランドの幅寸法Ｌを０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内とした。
【選択図】図１

Description

本発明は超硬ドリルに係り、特に、被加工物の加工硬化量が少ない低加工硬化超硬ドリルに関するものである。

超硬合金にて構成されている超硬ドリルが、例えば特許文献１等に記載されており、自動車のハブに対する穴明け加工では、一般に先端角が１４０°程度で、切り屑排出溝のねじれ角が３０°程度の超硬ドリルが使用されている。
特開２００１−３００８０８号公報

しかしながら、ドリルによる穴明け加工では、被加工物の弾性などで加工穴の内周面とドリル（リーディングエッジ）とが接触することが避けられず、高炭素鋼等の焼入れし易い材料の場合、摩擦熱による焼入れ効果で表面が加工硬化する。例えば、前記ハブ等に用いられるＳ５５Ｃ炭素鋼の場合、内部硬度が３００ＨＶ程度であるのに対し、加工穴の表面は７５０ＨＶ以上にもなることがあり、後工程のタップ加工においてタップ寿命が短くなったり、ボルト等の圧入が不可になったりすることがあった。なお、このような加工硬化は、新品の超硬ドリルでは殆ど問題にならないが、使用によって特に肩部（切れ刃とリーディングエッジとのコーナー部分）が摩耗したり欠けたりすることにより、顕著となる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、高炭素鋼等の焼入れし易い材料に対する穴明け加工においても加工硬化量が比較的少ない低加工硬化超硬ドリルを提供することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、少なくとも先端の刃部が超硬合金にて構成されている超硬ドリルであって、先端角αが１２５°〜１３５°の範囲内で、切り屑排出溝のねじれ角βが２０°〜３０°の範囲内で、シンニングにより形成された軸心付近の切れ刃の軸方向すくい角γが−５°〜＋５°の範囲内であることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の低加工硬化超硬ドリルにおいて、切れ刃の刃先に設けられたネガランドの幅寸法Ｌが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内とされていることを特徴とする。

このような低加工硬化超硬ドリルにおいては、先端角αが１２５°〜１３５°の範囲内で、従来の１４０°に比較して小さいため、その分だけ肩部のコーナー角度θ（図１参照）が大きくなり、肩欠けや肩だれが抑制されるとともに、１２５°以上であるため先端欠け（切れ刃の軸心側部分の刃欠けやチッピング）が抑制される。また、ねじれ角βが２０°〜３０°の範囲内で、シンニングにより形成された軸心付近の切れ刃の軸方向すくい角γが−５°〜＋５°の範囲内であるため、肩部およびシンニング部分を含む切れ刃の刃先強度と切れ味が両立し、肩部の欠けや切れ刃の刃欠け、チッピング等を抑制しつつ所定の切れ味を確保することができる。

このように、肩部の欠けや切れ刃の刃欠け、チッピング等が抑制されるとともに所定の切れ味が得られることにより、長期に亘って優れた加工精度が得られるようになり、リーディングエッジと加工穴との摩擦が軽減されて摩擦熱による加工硬化が抑制される。

第２発明では、更にホーニング等により切れ刃の刃先に設けられたネガランドの幅寸法Ｌが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内とされているため、切れ刃の刃先強度と切れ味が両立し、長期に亘って優れた加工精度が得られるようになって摩擦熱による加工硬化が抑制される。

本発明の低加工硬化超硬ドリルは、例えばシャンクを含むドリル全体が超硬合金にて一体に構成されるが、シャンクや溝部を超硬合金以外の材料製として、超硬合金製の先端刃部をろう付や焼き嵌め等の結合手段により一体的に結合したものでも良い。

先端角αは、１３５°よりも大きいとコーナー角度θが小さくなって肩部の強度が低下し、肩欠けや肩だれが生じ易くなる一方、１２５°よりも小さいと、先端部の切れ刃の刃欠けやチッピング（先端欠け）が生じ易くなる。

切り屑排出溝のねじれ角βは、３０°よりも大きいと肩部を含む切れ刃の刃先強度が低下して刃欠けやチッピング、肩欠けが生じ易くなる一方、２０°よりも小さいと切れ味が悪くなって耐久性能、加工精度が低下する。

シンニングにより形成された中心部分の切れ刃の軸方向すくい角γは、＋５°よりも大きいと刃先強度が低下して刃欠けやチッピングが生じ易くなる一方、−５°よりも小さいと切れ味が悪くなって切削抵抗が増大するとともに、加工精度が低下する。

切れ刃の刃先に設けられるネガランドの幅寸法Ｌは、０．１５ｍｍよりも大きいと切れ味が悪くなって加工精度が低下する一方、０．０５ｍｍよりも小さいと刃先強度が低下して刃欠けやチッピングが生じ易くなる。この切れ刃の刃先のネガランドの形成（丸み付け）にはホーニングが好適に用いられる。

また、本発明の低加工硬化超硬ドリルには、必要に応じてＴｉＡｌＮ等の硬質被膜が設けられる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である低加工硬化超硬ドリル１０の先端部分を示す図で、中央はドリル先端側から見た正面図、その周囲の３つの図はそれぞれ軸心と直角方向から見た側面図である。この低加工硬化超硬ドリル１０は、全体が超硬合金にて一体に構成されているもので、外周面には一対の切り屑排出溝１４が設けられているとともに、切り屑排出溝１４のドリル先端側の開口部にはそれぞれ切れ刃１６が形成されている。切れ刃１６の中心側部分にはシンニング１８が施されて、ドリル軸心付近まで達しているとともに、この切れ刃１６にはホーニングが施されて刃先にネガランド１７（図２参照）が設けられている。

そして、この低加工硬化超硬ドリル１０の先端角αは１２５°〜１３５°の範囲内で、切り屑排出溝１４のねじれ角βは２０°〜３０°の範囲内で、シンニング１８により形成された軸心付近の切れ刃１６の軸方向すくい角γは−５°〜＋５°の範囲内（図１はすくい角γ＜０の場合）で、ホーニングによって形成される切れ刃１６の刃先のネガランド１７の幅寸法（ネガランド幅）Ｌは０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内である。ネガランド幅Ｌは、図２に示すように切れ刃１６の刃先の稜線に直角な断面において、切れ刃１６のすくい面２４と逃げ面２６との交点部分にホーニングによって形成される比較的平坦な部分の幅寸法である。なお、この低加工硬化超硬ドリル１０の表面には、ホーニングの後にＴｉＡｌＮ等の硬質被膜２８が数μｍの膜厚でコーティングされているが、上記ネガランド幅Ｌは、硬質被膜２８で被覆された後の状態の寸法である。

このような低加工硬化超硬ドリル１０においては、先端角αが１２５°〜１３５°の範囲内で、従来の１４０°に比較して小さいため、その分だけ切れ刃１６とリーディングエッジ２０とが交差する肩部２２のコーナー角度θが大きくなり、肩部２２の欠損や微小チッピング（肩欠け）、或いはそれに伴う肩部２２のだれ（肩だれ）が抑制されるとともに、１２５°以上であるため切れ刃１６の軸心側部分の刃欠けやチッピング（先端欠け）が抑制される。また、ねじれ角βが２０°〜３０°の範囲内で、シンニング１８により形成された軸心付近の切れ刃１６の軸方向すくい角γが−５°〜＋５°の範囲内であるため、肩部２２およびシンニング部分を含む切れ刃１６の刃先強度と切れ味が両立し、肩部２２の欠けや切れ刃１６の刃欠け、チッピング等を抑制しつつ所定の切れ味を確保することができる。更に、ホーニングによって形成される切れ刃１６の刃先のネガランド１７の幅寸法Ｌが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内であるため、切れ刃１６の刃先強度と切れ味が両立する。

このように、肩部２２の欠けや切れ刃１６の刃欠け、チッピング等が抑制されるとともに所定の切れ味が得られることにより、長期に亘って優れた加工精度が得られるようになり、リーディングエッジ２０と加工穴との摩擦が軽減されて摩擦熱による加工硬化が抑制される。

次に、本発明の効果を一層明らかにするために、図３に示す１４種類の試験品を用いて、以下に示す加工条件で穴明け加工を行い、耐久性能および加工硬化量を調べた結果を説明する。試験品No１〜No１４のうち、試験品No４〜No７、No９、およびNo１０の６種類が本発明品で、その他は比較品である。また、各試験品の先端角αおよびねじれ角βは、図３に示す通りであるが、シンニング１８の軸方向すくい角γ、およびホーニングによって設けられる切れ刃１６の刃先のネガランド１７の幅寸法Ｌについては、総ての試験品についてγ＝０°、Ｌ＝０．１０ｍｍである。
（加工条件）
・被削材：Ｓ５５Ｃ（炭素鋼）
・穴深さ：１１ｍｍ貫通穴
・穴径：１０．８ｍｍ
・切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ

図３において、「耐久性能（穴数）」は、４０００を定数として穴明け加工を行い、それまでにドリルが寿命に達した場合は、その寿命に達するまでの加工穴数で、寿命原因は「備考」に記載した通りである。「加工硬化量（ＨＶ０．２）」は、穴明け加工を行った後の加工表面のビッカース硬さＸと、加工硬化している表層部を除去した内部のビッカース硬さＹを、１．９６Ｎ（２００ｇｆ）の試験荷重でそれぞれ測定し、ＸからＹを引き算した値（Ｘ−Ｙ）であり、「初期」は加工開始当初の加工穴について調べた結果で、「定数／寿命時」は、４０００まで加工できた場合はその４０００番目の加工穴について調べた結果で、途中で寿命に達したものは、その寿命に達した時の加工穴について調べた結果である。また、図４は、図３の各試験品No１〜No１４について、「定数／寿命時」における加工硬化量を加工穴数（耐久性能）との関係でグラフにしたもので、「○」は本発明品、「×」は比較品であり、それ等の右側の数字は試験品Noである。

そして、図３、図４から明らかなように、本発明品は何れも定数４０００まで穴明け加工を行うことができる。また、加工硬化量については、「初期」の段階では本発明品、比較品共に大差がないが、「定数／寿命時」では、本発明品は４０００個加工した段階で１９０〜２６０の範囲内であるのに対し、４０００個加工の比較品（試験品No１２、１３、１４）の加工硬化量は３８０〜４５５であり、本発明品は比較品に比べて加工硬化量が１００以上低下する。先端角α＝１２０°の試験品No１〜No３については、早期に先端部に欠けが発生して穴精度が悪化し、十分な耐久性が得られない。

また、本発明品（試験品No６）および比較品（試験品No１４）を用いて形成した加工穴に対してタップ立てを行ったところ、比較品ではタップ寿命が１０００穴程度であったのに対し、本発明品では１２５０穴以上加工することが可能で、タップ寿命が２５％以上向上することが確認できた。

また、別の試験結果によれば、定数加工３２００穴加工した段階で、比較品（先端角α＝１４０°、ねじれ角β＝３５°）では加工硬化量が４０５（ＨＶ０．２）で、硬化層厚さが０．０２ｍｍであったのに対し、本発明品（先端角α＝１３０°、ねじれ角β＝２５°）では加工硬化量が１６２（ＨＶ０．２）で、硬化層厚さが０．０１ｍｍであり、加工硬化量については２４０（ＨＶ０．２）低下し、硬化層厚さについては半分になるという結果も得られた。これは初期の加工硬化と同等の数値である。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例である低加工硬化超硬ドリルの先端部形状を示す図である。図１の超硬ドリルにおいてホーニングにより切れ刃に設けられたネガランドを説明する断面図である。本発明品および比較品について耐久性および加工硬化量を調べた結果を示す図である。図３の「定数／寿命時」の加工硬化量を加工穴数との関係でグラフにした図である。

符号の説明

１０：低加工硬化超硬ドリル１４：切り屑排出溝１６：切れ刃１７：ネガランド１８：シンニング

Claims

少なくとも先端の刃部が超硬合金にて構成されている超硬ドリルであって、
先端角αが１２５°〜１３５°の範囲内で、切り屑排出溝のねじれ角βが２０°〜３０°の範囲内で、シンニングにより形成された軸心付近の切れ刃の軸方向すくい角γが−５°〜＋５°の範囲内である
ことを特徴とする低加工硬化超硬ドリル。
切れ刃の刃先に設けられたネガランドの幅寸法Ｌが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内とされている
ことを特徴とする請求項１に記載の低加工硬化超硬ドリル。