JP2006212722A

JP2006212722A - 流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル

Info

Publication number: JP2006212722A
Application number: JP2005026007A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kondo; 芳弘近藤
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】ドリルの切れ刃へ均等に流体が供給されないため磨耗の偏りが発生し安定した加工を行なうことができない等の課題を解決する。
【解決手段】ドリルは刃溝の捻れ角を可変とし、ドリル本体に切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用孔と貫通孔を有し、該流体供給用孔は、シャンク端面より先端切れ刃側へ、先端切れ刃側よりドリル直径の２．０倍以下、心厚部分を通り、且つ、直線状に設けられ、該貫通孔は、前記ドリル直径の２．０倍以下で、先端切れ刃の逃げ面側に少なくとも２つに分岐し、更に、該流体供給用孔の径はドリル心厚の２０から６０％、軸直角断面において、該流体供給用貫通穴の分岐点付近にドリル直径の０．１から１．０倍の略フラットな油だまりを設けたことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルである。
【選択図】図１

Description

本願発明は、加工深さがドリル直径の１５〜５０倍程度の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルに関する。

ツイストドリルは、ドリル径の５倍程度の加工深さで切屑の排出が不能となり、溝中に詰まる事で切削トルクの増大を招き、しいてはドリルの折損にいたる。特許文献１は、ドリル中心部にドリルシャンク側より刃先部に向かってストレートなクーラントホールをもうけ、刃先部近傍でストレートなクーラントホールよりＹ字状に分岐して両切れ刃に開口させ、刃先の潤滑を行なうとともに、刃先部の溝の捻れよりシャンク側の溝の捻れを小さくしてドリル剛性を大きくし、切屑排出長さを短くさせたドリルが使用されているが、シャンク端面に開口しシャンク側から刃先先端に向かう流体供給用孔と、逃げ面へ開口しシャンク側へ伸びる流体供給用孔の接続部分に流体が乱流となるのを防ぐ油だまりがないため、各々の切れ刃へ均等に流体が供給されないため磨耗の偏りが発生し安定した加工を行なうことができない。
特許文献２は、ドリル径の５倍以上の深さを加工する場合には、溝形状を通常のコーンケーブからパラボリックにした深穴用ドリルが用いられ切屑の排出方向をリード方向に制御し、リボン状切屑形状にすることで穴内壁とドリル溝との空間から切屑を排出しやすくし、ドリル径の１０倍程度までノンステップで加工できる深穴用ドリルが使用されている。

特開平５−２６１６１２号公報実公平３−３３３７５号公報

本願発明は、ノンステップで加工できる流体供給用孔付き深穴加工用ドリルにおいて、ドリル剛性と切屑の排出性を兼備した際に生じる、各々の切れ刃へ均等に流体が供給されないため磨耗の偏りが発生し安定した加工を行なうことができない等の課題を解決することを課題とする。

本願発明は、穴加工深さがドリル直径の１５〜３０倍程度の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは、刃溝の捻れ角を可変とし、ドリル本体に切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用孔と貫通孔を有し、該流体供給用孔は、シャンク端面より先端切れ刃側へ、先端切れ刃側よりドリル直径の２．０倍以下、心厚部分を通り、且つ、直線状に設けられ、該貫通孔は、前記ドリル直径の２．０倍以下で、先端切れ刃の逃げ面側に少なくとも２つに分岐し、更に、該流体供給用孔の径はドリル心厚の２０から６０％、軸直角断面において、該流体供給用貫通穴の分岐点付近にドリル直径の０．１から１．０倍の略フラットな油だまりを設けたことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルである。より好ましくは、該ドリルの刃溝の捻れ角をシャンク部後端に向けて段階的に減少し、該ドリルの心厚は、刃先側からシャンク側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、該第一心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、ドリル直径の２％以上厚くし、該ドリル軸直角断面視で、ランド部と切屑排出溝のつながるヒール部に一対のマージンを設け、該切屑排出溝部の面粗さをＲｚ０．３以上、１．５以下とし、該ドリルの表面に物理蒸着法より、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣａから選択される少なくとも２種以上と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される少なくとも１種以上から選択される耐摩耗層を少なくとも１層以上被覆し、該ドリルは超硬合金製で、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ重量比１５％以下含むことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルである。

本願発明によって、ノンステップで加工できる流体供給用孔付深穴加工用ドリルでありながら、ドリル剛性と切屑の排出性を兼備しつつ、安定した加工を行なうことのできる流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルを提供する。

本願発明は、深穴ドリルの欠点であるドリル剛性と切屑排出性を改良するため、第１に、刃溝の捻れ角を３０°〜４０°とし、切削抵抗そのものを減じ、ドリル剛性を確保するとともに、その捻れ角を、シャンク部側に向けて可変、より詳しくは、段階的に減少させることで切屑の排出速度を徐々に上げることが出来る。ドリルの捻れ角を先端切れ刃側からシャンク側に向かって段階的に小さくすると、先端切れ刃で生成された切屑は、各段階で排出速度が増速されてシャンク側に向かう。段階的に小さくするドリルの捻れ角の一段の減少角度は５°〜１０°であり、５°以下では段数が多くなり製作に時間を要し、１０°以上では角度差が大きくなりすぎて切屑がスムーズに増速されない。更に、捻れ角の一段の長さは、刃先部の角度を一段の減少角度で除した値で溝部の長さを等分すればよい。
次いで、流体供給用貫通孔は、シャンク側〜先端切れ刃側よりドリル直径の２．０倍以下まで心厚部分を通る直線状であり、先端切れ刃側よりドリル直径の２．０倍以下〜開口部までは、二股に直線状に設けることで、従来の捻れに沿って設けられた流体供給孔と比較して流路を短縮することが出来る。流体供給用貫通孔を先端切れ刃逃げ面側に開口し先端切れ刃側よりドリル直径の２．０倍を超える部分を二股とした場合、流体供給用貫通孔が刃溝面へ開口又は刃溝面と流体供給孔間の肉厚が薄くなり十分なドリル剛性を確保できないため２．０倍以下とした。
更に、軸直角断面において、流体供給用穴のドリル本体の軸心側の境界を通る仮想線と軸心とが公差する点と、シャンク側から刃先先端に向かう流体供給用孔の底面との巾が、ドリル直径の０．１から１．０倍の範囲として油だまりを設け、流体が乱流になることを抑え各々の切れ刃へ均等に供給することにより磨耗の偏りを防ぎ、安定して加工を行なうことができる。

第２に、深穴加工を安定して能率よくノンステップで加工するには、刃先部で生成された切屑をスムーズに排出することが必要で、切屑のドリル溝部と加工穴内壁との接触による切屑詰りを防止するため、ドリルの心厚を刃先側からシャンク側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部を設け、第一心厚部の心厚を第二心厚部の心厚よりドリル直径の２％以上厚くすることで、切屑は第二心厚部で加工穴内壁に接触しないので、切屑詰りが防止され、第二心厚部の心厚がドリル直径の２％以以下では充分に加工穴内壁との間に隙間が得られないので切屑が詰まる場合がある。
第３に、深穴加工の際に生じるドリルの振動をランド部とヒール部に各一対のマージンを設けることで抑制する。深穴加工を行なう溝部の長いドリルでは、切削抵抗によりドリル刃先部がふらついて、刃先に加わる切削抵抗が左右切れ刃でバラツキ、安定加工を妨げる。ドリルの、ランド部と切屑排出溝のつながるヒール部に各一対のマージンを設けることで、ドリルの刃先は加工した穴内壁に４箇所からガイドされるので刃先部のふらつきが抑止され安定した加工が出来る。
第４に、切屑排出溝部の表面を滑らかにすることで切屑は更にスムーズにドリル溝中を搬送されるが、ドリルの溝部の面粗さをＲｚ０．３以上にするには長いドリルの溝全般にわたって加工することは困難であり、Ｒｚ１．５上では切屑が溝中に引っかかり排出を阻害する場合がある。

第５に、ドリルの表面に物理蒸着法より、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃａから選択される少なくとも２種以上と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される少なくとも１種以上から選択される耐摩耗層を少なくとも１層以上したスパイラル貫通孔付き深穴用ドリルが好ましい。特に、深穴加工に使用される場合、切屑排出性ならびに耐摩耗性の観点から、（ＴｉＳｉ）Ｎ、（ＴｉＳｉ）ＣＮ、（ＡｌＳｉ）Ｎ、ＭｏＳ、（ＴｉＭｏ）（ＮＳ）、（ＡｌＣｒ）Ｎ、（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎ、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＴｉＡｌＳｉ）Ｎ、（ＣｒＳｉ）Ｎ、ＷＳが上げられ、これらの単層又は複層が最適である。これら耐摩耗皮膜を被覆後に表面の凹凸を機械的に平滑にすることも好ましい。物理蒸着法としては、アーク放電式イオンプレーティング法及び／若しくはスパッタリング方式イオンプレーティング法が上げられる。

第６に、深穴加工を行なう溝部の長いドリルでも、高能率で加工するためには、超硬合金製のドリルが用いられる。特に、ドリルの靭性が要求されるばあいには、超硬合金の原料粉のＷＣ平均粒径が０．８μｍ以上では、靭性が低く耐折損性に劣る。Ｃｏ重量比が１５％以上では硬度が低く、ドリル寿命が短くなる。以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
本発明例１は、超硬合金製でドリル直径６．０ｍｍ、溝長２６０ｍｍ、全長３５０ｍｍ、刃先部の捻れ角を３５°とし、切れ刃先端側から１２ｍｍ以降シャンク側へ、一段５°づつ、計７段に渡り捻れ角を小さくし、シャンク側での捻れ角０°とし、流体供給用貫通孔の径０．８ｍｍ、切れ刃先端側の貫通孔のピッチを２．５ｍｍ、図１に示す、軸直角断面において、流体供給用穴のドリル本体の軸心側の境界を通る仮想線と軸心とが公差する点とシャンク側から刃先先端に向かう流体供給用貫通孔の底面との巾を３．０ｍｍとし、マージン２対、第一心厚２．１ｍｍ、第二心厚１．９５ｍｍ、先端角１３５°のドリルに、耐摩耗層として、初めに（ＴｉＡｌ）Ｎを３μｍ被覆後、その上層に（ＴｉＳｉ）Ｎを０．５μｍ被覆し、被覆後、耐摩耗層の表面を機械的（エアロラップ）に平滑化処理を行い、ドリルの溝部の面粗さＲｚ０．８としたものを製作した。
比較例２は、流体供給用貫通孔の径を０．３ｍｍ、本発明例３は、流体供給用貫通孔の径を０．８ｍｍ、本発明例４は、流体供給用貫通孔の径を１．３ｍｍ、比較例５は、流体供給用貫通孔の径を１．４ｍｍとし、その他の仕様は本発明例１と同じとしたものを製作した。尚、本発明例１は、ＷＣ平均粒径０．６μｍ、Ｃｏの重量比１２％の超硬合金を用いた。
本発明例１、３、４と比較例２、５を各３本を用い、切削速度Ｖｃ８０ｍ／ｍｉｎ、ｆ０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、加工穴深さ２４０ｍｍ、水溶性切削液を２．０ＭＰａでシャンク側より流体供給用貫通孔へ供給し切削状態を確認した。その結果、本発明例１、３、４は３本とも問題なく加工できたが、比較例２は本発明例１と比較して切削液の供給量が少ないためドリル磨耗が著しく大きく、比較例５はドリル剛性不足のため３本中２本が１穴目の加工中に折損した。

（実施例２）
比較例６は、流体供給用貫通穴が、軸直角断面において逃げ面よりシャンク側へ設けられた流体供給用貫通穴のドリル基体との軸心側境界を通る仮想線と軸心が公差する点よりシャンク側から刃先先端に向かい設けられた流体供給用穴の底面との巾が０ｍｍもの、本発明例７は、巾が０．６ｍｍ、本発明例８は、巾が６．０ｍｍ、比較例９は、巾が７．２ｍｍとし、他の仕様は本発明例１と同じものをそれぞれ３本製作し、実施例１と同様に評価をおこなった。
その結果、比較例６、９は加工を行なうことができたが、各々の切れ刃磨耗量の差が大きく微小なチッピングも観察された。本発明例７、８は問題なく加工でき各々切れ刃は均等に磨耗しており微小なチッピングも見られなかった。

（実施例３）
本発明例１０は、切れ刃側にのみマージンを１対設け、それ以外、本発明例１と同仕様のドリルを３本製作し、実施例１と同様に評価をおこなった。
その結果、本発明例１は、３本とも５０穴問題なく加工したのに対し、本発明例１０は、３本とも５０穴加工出来たが、加工中異音が発生する場合があり、加工終了後のドリル刃先を確認したら、１本にチッピングの発生が観られた。

（実施例４）
比較のため、従来例１１として、ドリル刃先部の捻れ角が３５°で、ドリルシャンク側に一定の捻れ角以外は、本発明例１と同仕様のドリルを各３本用意し、実施例１と同様に評価をおこなった。
従来例１１は、３本とも加工初期から加工中に振動が発生し、折損の危険があったので３穴で加工を中止した。

（実施例５）
比較例１２として、刃先部の捻れ角を３５°とし、切れ刃先端側から１５ｍｍ以降シャンク側へ、一段５°計７段に渡り捻れ角を小さくした以外は本発明例１と同仕様のドリルを３本用意し、実施例１と同様に評価を行なった。
その結果、比較例１２は３本とも５０穴加工出来たが、２本中１本で加工中異音が発生する場合があり、加工終了後のドリル刃先を確認したところ１本にチッピングの発生が観られた。

（実施例６）
本発明例１３は、本発明例１と同仕様で、第一心厚２．１ｍｍ、第二心厚１．９８ｍｍとしたもの、本発明例１４は、本発明例１と同仕様で、第一心厚２．１ｍｍ、第二心厚２．０４ｍｍとしたもの、本発明例１５は、本発明例１と同仕様で、第一心厚、第二心厚とも２．１ｍｍとしたもの、それぞれ各３本用意し、実施例１と同様に評価を行なった。
その結果、本発明例１３は３本とも５０穴問題なく加工したのに対し、本発明例１４はそれぞれ３５穴、２４穴、２０穴加工中に折損した。本発明例１５は３本とも１穴目途中で折損した。

（実施例７）
本発明例１６は、本発明例１と同仕様で、ドリルの溝部の面粗さＲｚ１．５としたもの、本発明例１７は、本発明例１と同仕様で、ドリルの溝部の面粗さＲｚ２．０としたものを製作し、それぞれ３本用意し、空気圧０．５ＭＰａで植物性ＭＱＬオイルを１０ＣＣ／Ｈでシャンク部流体供給用貫通孔に供給し、その他の切削条件は実施例１と同様として評価を行なった。
その結果、本発明例１６は、２本とも５０穴問題なく加工したのに対し、本発明例１７は、切屑の排出が断続的で１本は５０穴加工出来たが、他の２本はそれぞれ１８穴、１３加工中に折損した。

（実施例８）
本発明例１８は、本発明例１と同仕様で、超硬合金、ＷＣ原料粉の平均粒径０．８μｍ、Ｃｏ重量比１５％、本願発明１９は、本発明例１と同仕様で、超硬合金、ＷＣ原料粉の平均粒径１．０μｍ、Ｃｏ重量比１５％のもの、本願発明２０は、本発明例１と同仕様で、超硬合金、ＷＣ原料粉の平均粒径０．８μｍ、Ｃｏ重量比１７％のものを、それぞれ３本製作し、実施例１と同様に評価を行なった。
その結果、本発明例１８は３本とも５０穴問題なく加工し、本発明例１９は３本ともそれぞれ４６穴、３９穴、４０穴加工中に折損した。本発明例２０は２本とも５０穴加工出来たが、加工終了後のドリル刃先を確認したら、３本とも著しい磨耗の進行が観られた。

図１は、本発明例のドリルの断面図を示す。

符号の説明

１：軸心
２：ツイストドリル本体
３：流体供給用穴のドリル本体の軸心側の境界を通る仮想線と軸心とが公差する点
４：符号３とシャンク側から刃先先端に向かう流体供給用孔の底面との巾
５：流体供給用貫通穴
６：流体供給用穴

Claims

穴加工深さがドリル直径の１５〜３０倍程度の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは、刃溝の捻れ角を可変とし、ドリル本体に切削油剤又は切削ミスト又はエアー等を供給する流体供給用孔と貫通孔を有し、該流体供給用孔は、シャンク端面より先端切れ刃側へ、先端切れ刃側よりドリル直径の２．０倍以下、心厚部分を通り、且つ、直線状に設けられ、該貫通孔は、前記ドリル直径の２．０倍以下で、先端切れ刃の逃げ面側に少なくとも２つに分岐し、更に、該流体供給用孔の径はドリル心厚の２０から６０％、軸直角断面において、該流体供給用貫通穴の分岐点付近にドリル直径の０．１から１．０倍の略フラットな油だまりを設けたことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。
請求項１記載の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルの刃溝の捻れ角をシャンク部後端に向けて段階的に減少していくことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。
請求項１又は２に記載の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルの心厚は、刃先側からシャンク側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、該第一心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、ドリル直径の２％以上厚くしたことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。
請求項１及至３いずれかに記載の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリル軸直角断面視で、ランド部と切屑排出溝のつながるヒール部に一対のマージンを設けたことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。
請求項１乃至４いずれかに記載の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該切屑排出溝部の面粗さをＲｚ０．３以上、１．５以下としたことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。
請求項１乃至５いずれかに記載の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルの表面に物理蒸着法より、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣａから選択される少なくとも２種以上と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される少なくとも１種以上から選択される耐摩耗層を少なくとも１層以上被覆したことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。
請求項１乃至６いずれかに記載の流体供給用貫通孔付き深穴用ドリルにおいて、該ドリルは超硬合金製で、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ重量比１５％以下含むことを特徴とする流体供給用貫通孔付き深穴用ドリル。