JP2006510494A - 冷却水路構造 - Google Patents
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Abstract
Description
この目的は、請求項1の特徴によって達成される。
本発明に係る冷却水路を備える工具にあっては、負荷が加えられている状態で、等量又はそれよりも高い流量の三角形状と比較した場合、局所的な応力の負荷が著しく低下するようになる。これに対し、本発明に係る挿入工具の高い機械的強度特性が、破損テストの結果により確かめられた。テストは、一般的に用いられる超硬金属からなる工具を用い、最も小さい曲率半径に対しては、外形線で囲まれた円につきその半径の0.5倍〜0.85倍の範囲をもって実行された。その囲まれた円の直径につきその0.6倍〜0.85倍の範囲、具体的には、0.7倍〜0.8倍の範囲が、特に好適であることが証明された。例えば、基準直径が4mmであり、囲まれた円の半径につきその0.75倍の最小半径を含むドリルでは、冷却水路の断面積を同じにしつつ、冷却水路の切削溝に対向する側で、応力ピークが約35%低減されるという結果が得られた。その結果、その位置での最小壁厚さの値が0.3mmしかなくても、適切なドリルの強度が得られた。他の材料からなる工具では、半径の0.35倍〜0.9倍の範囲が実用的である。仮に、より高い靭性を有し、それ故に高い耐圧縮性を有し、特に耐引張強さを備える素材を用いれば、例えば、囲まれた円の半径の0.35倍にまで下げられた最小曲率半径によって、有利な結果がもたらされる。特に負荷が存在する状態で外部に晒される工具でさえも、そのような外形寸法は実用的なものとなり得る。
この方法において、最初に、押出成形プレスヘッド内の可塑性材料が基本的に捻れの無いようにノズル口の中へと流入され、その後、排出口を通って押し出されるのに先立ち、ノズル口の中をピンの長手方向の軸線に沿って押圧される。そのピンのうち少なくとも一つは、ノズルのつぼ金に安定な状態で取付けられている。この構成において、ノズル口は円筒状であって、外周が完全な円柱形状のブランクを形成すべく、基本的には滑らかな表面を含むことが望ましい。材料の流れに沿うピンは、ノズルのつぼ金に対し回転不能に取付けられている。この構成において、ピンの螺旋ピッチの結果としてだけでなく、ノズルの回転部位の結果としても、半径方向の一成分がノズルの回転部位によって誘導される。
試行及び数値解析によれば、そのような断面形状の冷却水路により、適切な最小半径及び最小壁厚さが維持されるのであれば、断面楕円形状の冷却水路の場合と同様に、応力集中と冷却水の流量とについて良好な結果が示された。最大湾曲の半径はより小さいことに起因して、楕円形状と比較した場合、最小壁厚さはまた一方で大きくなる。
最新式の高性能ドリルのためあらゆる一般的な材料がドリル用材料として用いることができ、例えばHSS高速度鋼、及びあらゆる種類の超硬合金が挙げられる。これとは別に、セラミックス、サーメット、又は他の焼結金属材料もまた、本発明に係る工具を製造するのに適している。
以下、本発明の好適な実施形態について図を参照してより詳細に説明する。
図1は、R0=0.4を有した円形状の冷却水路、
図2及び図3は、主軸2a=0.55mm、副軸2b=0.4mmを有した楕円形状の冷却水路の外形線30E、
図4及び図5は、最も小さい径R1I=0.3mm、R2I=0.6mmを有した概ね楕円形状の冷却水路の外形線30I、
図6及び図7は、最も小さい径R1II=0.3mm、最も大きい径R2II=0.5mmを有した概ね楕円形状の冷却水路び外形線30II、
図8及び図9は、最も小さい径R1III=0.2mm、最も大きい径R2III=0.5mmを有した概ね楕円形状の冷却水路の外形線30III、及び、
図2、図4、図6、図8と共に、図10は、最も小さい径R1T=0.1mm、最も大きい径R2T=0.4mmを有した三角形状の冷却水路を示している。
円形状 0.50mm2
外形線30E: 0.69mm2
外形線30I: 0.63mm2
外形線30II: 0.67mm2
外形線30III:0.66mm2
三角形状: 0.65mm2
切削面5に対向する側(主刃から0.25×Dの間隔をおいた位置)の最大湾曲についてその最大応力ピークに関する評価の際、本発明に係る実施形態の具体的な長所が明らかになってきた。本発明に係る冷却水路の形状では、三角形状の場合とほぼ同じ又はそれ以上の断面積であると同時に、かなり低い値の応力を有し、一方で、円形状の場合と比較した場合、応力ピークが直線状に増加するのに伴って、面積当たり強い増加が生じることになる。
外形線30E: 980N/mm2
外形線30I: 1034N/mm2
外形線30II: 1031N/mm2
外形線30III:1133N/mm2
三角形状: 1520N/mm2
図は、一切れのケーキのような形をした空きスペースの最適利用を通じて、また大きな断面積を有している三角形状の冷却水路を通じて、円形状の冷却水路の場合と同等の最小壁厚さを実現することができる、ということを示している。しかしながら、この構成において、かなり大きな応力ピークの値(1520N/mm2)が発生し、そのため、破損のおそれが明らかに高くなり、及び又は、工具の耐用寿命は比例関係を超えて短くなってしまう。
楕円形状の冷却水路はa=0.085,b=0.065,面積0.065mm2であり、
三角形状の冷却水路は、R1=0.04mm、R2=0.16mm、面積0.07mm2である。
特に冷却水路の形状は、冷却水路の切削面に対向する側の最大湾曲の半径が、切削逃げ面に対向する側のそれよりも大きくなる場合についても考えられる。
図2は、図1に示す冷却水路の一実施形態を備えるドリル工具の等角図、
図3は、上側ウェブが従来の三角形状の冷却水路を示す一方、下側ウェブが本発明の一実施形態に係る冷却水路を示す二枚刃ドリルの断面図、
図4は、図3に示す冷却水路の実施形態を備えるドリル工具の等角図、
図5は、上側ウェブが従来の三角形状の冷却水路を示す一方、下側ウェブが本発明の更なる実施形態に係る冷却水路を示す二枚刃ドリルの断面図、
図6は、図5に示す冷却水路の実施形態を備えるドリル工具の等角図、
図7は、上側ウェブが従来の三角形状の冷却水路を示す一方、下側ウェブが本発明の更なる実施形態に係る冷却水路を示す二枚刃ドリルの断面図、
図8は、図7に示す冷却水路の実施形態を備えるドリル工具の等角図、
図9は、上側ウェブが従来の三角形状の冷却水路を示す一方、下側ウェブが本発明の更なる実施形態に係る冷却水路を示す二枚刃ドリルの断面図、
図10は、図9に示す冷却水路の実施形態を備えるドリル工具の等角図、
図11は、断面三角形状の冷却水路を一般的な態様で用いた比較可能な工具、
図12は、冷却水路とドリルの外周との間の最小壁厚さ(dAUX)、冷却水路と切削面との間の最小壁厚さ(dSPX)、同様にドリルの基準直径を超える冷却水路と切削逃げ面との間の最小壁厚さ(dSFX)に関し入力される本発明に基づく下限値Wmin,1,Wmin,2,Wmin,3,Wmin,4のグラフである、
図13は、冷却水路とドリルの外周との間の最小壁厚さ(dAUX)、冷却水路と切削面との間の最小壁厚さ(dSPX)、更にはドリルの基準直径を超える冷却水路と切削逃げ面との間の最小壁厚さ(dSFX)に関して入力される本発明に基づく上限値Wmax,1のグラフである、及び、
図14は、冷却水路とドリルの外周との間の最小壁厚さ(dAUX)、冷却水路と切削面との間の最小壁厚さ(dSPX)、更にはドリルの基準直径を超える冷却水路と切削逃げ面との間の最小壁厚さ(dSFX)に関して入力される本発明に基づく上限値Wmax,1,Wmax,2,Wmax,3,Wmax,4,Wmax,5,Wmax,6のグラフである。
Claims (11)
- 回転駆動される切削工具、特にドリルであって、
基準ドリル直径(D)を有し、少なくとも一つの螺旋状の切削溝(1)と、工具の先端(8)からその軸(9)にまで延びる少なくとも一つのウェブ(2)とを備え、
前記ウェブ(2)は、主刃(4)と、内部冷却水路(3)とを備え、
前記内部冷却水路(3)は、前記工具の先端(8)からそれとは反端側の前記ドリルの端部にまで延びると共に、中心(M)を有した仮想上の円(K)を接線方向に囲む連続した断面外形線(30;31;32;30X)からなり、
前記内部冷却水路(3)の断面外形線(30;31;32;30X)は、前記ドリルの軸(A)からの距離を、前記中心(M)と前記ドリルの軸(A)との間の一線に沿う方向で、前記中心(M)と前記ドリルの軸(A)との間の距離と同等又はそれよりも大きくした少なくとも一つの最大湾曲、好ましくは二つの最大湾曲を含む切削工具において、
最小壁厚さ(dAUX,dSPX,dSFX)は、前記冷却水路(3)と前記ドリルの外周(7,7’)との間の最小壁厚さ、前記冷却水路(3)と切削面(5)との間の最小壁厚さ、前記冷却水路(3)と切削逃げ面(6)との間の最小壁厚さであり、それらは、下限値(Wmin,1,Wmin,2,Wmin,3,Wmin,4)と上限値(Wmax,1,Wmax,2,Wmax,3)との間の範囲内に設定され、
前記下限値は、D≦1mmに対して0.08×D、及びD>1mmに対して0.08mmに設定され(Wmin,1)、具体的にはD≦2.5mmに対して0.08×D、及びD>2.5mmに対して0.2mmに設定され(Wmin,2)、好ましくはD≦3.75mmに対して0.08×D、及びD>3.75mmに対して0.3mmに設定され(Wmin,3)、例えばD≦3mmに対して0.1×D、及びD>3mmに対して0.3mmに設定され(Wmin,4)、
前記上限値は、D≦6mmに対して0.35×D、及びD>6mmに対して0.4×D−0.30mmに設定され(Wmax,1)、具体的にはD≦6mmに対して0.333×D、及びD>6mmに対して0.4×D−0.40mmに設定され(Wmax,2)、好ましくはD≦6mmに対して0.316×D、及びD>6mmに対して0.4×D−0.50mmに設定され(Wmax,3)、特に好ましくはD≦6mmに対して0.3×D、及びD>6mmに対して0.4×D−0.60mmに設定され(Wmax,4)、例えば0.2×D(Wmax,5)、又はD≦4mmに対して0.15×D、及びD>4mmに対して0.6mmに設定され(Wmax,6)、
前記内部冷却水路(3)の断面外形線(30;31;32;30X)について最も小さい湾曲における半径(R1,R1 ’,R1 ’’,R1X)は、前記円の半径(R0)の0.35倍〜0.9倍の範囲に設定され、具体的には0.5倍〜0.9倍の範囲に設定され、好ましくは0.6倍〜0.85倍の範囲に設定され、特に好ましくは0.7倍〜0.8倍の範囲に設定され、例えば0.75倍に設定されることを特徴とする切削工具。 - 請求項1に記載の切削工具において、
基準直径(D)は、1mm〜25mmの範囲に設定され、具体的には1mm〜16mmの範囲に設定され、好ましくは1mm〜12mmの範囲に設定され、特に好ましくは1mm〜6mmの範囲に設定されることを特徴とする切削工具。 - 請求項1又は2に記載の切削工具において、
二枚刃、又は複数刃の工具として具体化されていることを特徴とする切削工具。 - 請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の切削工具において、
前記内部冷却水路の断面外形線(30;31;32;30X)に含まれる2箇所の最大湾曲についてそれらの動径座標は同じであることを特徴とする切削工具。 - 請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の切削工具において、
前記断面外形線(30;31;32;30X)に含まれる2箇所の最大湾曲についてそれらの曲率半径(R1,R1 ’,R1 ’’,R1X)は同じであることを特徴とする切削工具。 - 請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の切削工具において、
前記冷却水路の断面領域は前記ドリルの軸(A)及び中心(M)間の線に対して対称であることを特徴とする切削工具。 - 請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の切削工具において、
前記内部冷却水路(3)の断面外形線(30;30E)は、前記ドリルの軸(A)及び中心(M)間の線から見たとき、一方が前記切削面(5)に近づくように配置される楕円形状であり、及び又は、一方が前記切削逃げ面(6)に近づくように配置される楕円形状であり、前記楕円の主軸(a)と副軸(b)との長さの比は1.18〜1.65の範囲に設定され、特に好ましくは1.25〜1.43の範囲に設定され、例えば1.33に設定されていることを特徴とする切削工具。 - 請求項4〜6に記載の切削工具において、
前記内部冷却水路(3)の断面外形線(31;32;30I;30II;30III)は最大湾曲を含み、その最大湾曲について、前記ドリルの軸(A)からの距離は、前記ドリルの軸(A)及び中心(M)間の線に沿う方向で、前記中心(M)からの距離よりも大きく設定されていることを特徴とする切削工具。 - 請求項8に記載の切削工具において、
前記内部冷却水路(3)の断面外形線(32;30)において、前記切削面(5)に対向する側、及び又は、前記切削逃げ面(6)に対向する側には、前記最大湾曲よりも半径方向の内側に直線部が設けられていることを特徴とする切削工具。 - 請求項9に記載の切削工具において、
前記直線部は、前記切削面(5)又は前記切削逃げ面(6)に対し平行な向きに延びることを特徴とする切削工具。 - 請求項1〜10に記載の切削工具において、
切削部分の全長に対する基準直径(D)の比が1:5〜1:20の範囲に設定された深穴ドリルの形状であることを特徴とする切削工具。
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