JP2007069326A - ドリル及び穴あけ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工数の削減と工具の耐久性の確保とが両立されるドリル及び穴あけ加工方法を提供する。
【解決手段】 直線状に延びて中心線に対して平行な２条の切屑排出溝を備えて、刃部先端７のスクイ角が0°に形成される。したがって、スクイ面１０が傾斜した従来のドリル１と比較して、分断された短い長さの切屑１５が生成されて、生成された切屑１５がクーラントによって確実に工作物から除去される。これにより、ステップ送りを廃止して１回の送りで穴あけ加工することが可能になり、工数が削減される。また、高速度工具鋼によって形成されるため、超硬合金製のドリル１と比較して靭性値が大きくなり、先端切刃１２の折損を防ぐことができる。さらに、先端切刃１２がホーニング加工されるので、工具の耐久性が確保される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ドリル及び穴あけ加工方法に関するもので、特に、直線状に延びて中心線に対して平行な複数条の切屑排出溝を備えるドリル及び該ドリルを用いる穴あけ加工方法に関する。

従来から、機械加工ラインにおいて鋼製の工作物を穴あけ加工（キリ加工）する場合に、切削性能が高いことから、２条のねじれ溝が形成された超硬合金製のねじれ刃ドリルがよく用いられる。このねじれ刃ドリルを用いる穴あけ加工では、流れ形の長い切屑が生成されて切屑が工具に絡む等した場合、当該切屑をクーラントによって完全に除去するのが極めて困難である。そして、除去されずに残った切屑が工作物とクランプ或いは工作物取付基準面との間に噛み込まれた場合、クランプ異常や工作物密着異常等が発生する。この場合、オペレータによって噛み込まれた切屑が除去されるまでの間、加工ラインが停止して生産が中断する。そこで、従来の穴あけ加工では、ドリルをステップ送りさせることにより、クーラントによる除去が可能な短い長さの切屑（30mm以下）が生成されるようにしていた。しかしながら、ドリルをステップ送りさせて穴あけ加工する場合、１回の送り動作（ステップ送り無し）で穴あけ加工する場合と比較して、工数（サイクルタイム）が増えるため生産性が著しく低下する。

そこで、従来、アルミ合金等の軟材を穴あけ加工する際に使用される複数条の直溝（直線状に延びる切屑排出溝）を備えるドリル（例えば、特許文献１参照。）を鋼製の工作物の穴あけ加工に用いて、分断された短い長さの切屑を生成させて１回の送り動作で穴あけ加工することが試みられたが、従来の直溝付のドリルでは、切刃が鋼材（鋼製の工作物）に喰い付いて靭性値が小さい超硬合金製の切刃の刃先が欠けてしまうため、ドリルの耐久性に問題がある。
特開平１０−２９１０７号公報（段落番号００１１及び００１２、図１）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、工数の削減と工具の耐久性の確保とが両立されるドリルを提供することにある。
第２の目的は、工数の削減と工具の耐久性の確保とが両立される穴あけ加工方法を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、刃部とシャンクとを備えて、刃部に、刃部先端から刃部基端に向けて直線状に延びて中心線に対して平行な複数条の切屑排出溝が形成されて、刃部先端のスクイ面と先端逃げ面との交叉部に先端切刃が形成されるドリルであって、刃部先端のスクイ角が０°に形成されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドリルにおいて、刃部先端が高速度工具鋼によって形成されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のドリルにおいて、先端切刃にホーニング処理が施されることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、刃部とシャンクとが一体に構成されるドリルを用いて鋼材に穴あけ加工する方法であって、刃部は、刃部先端から刃部基端に向けて直線状に延びて中心線に対して平行な複数条の切屑排出溝が形成されると共に刃部先端のスクイ角が０°に形成されており、ドリルを回転させつつ目標深さまで１回の送りで移動させて穴を加工することを特徴とする。

したがって、請求項１及び４に記載の発明では、スクイ角を０°に形成したことで、スクイ面が傾斜した従来のドリルと比較して、切屑生成時（穴あけ加工時）における剪断角が小さくなる。これにより、従来のドリルと比較して、切屑が受ける剪断歪みが大きくなり、分断された短い長さの切屑が生成される。
請求項２に記載の発明では、超硬合金によって形成される場合と比較して、刃部先端の靭性値が大きくなるため先端切刃の折損（チッピング）が防止される。
請求項３に記載の発明では、スクイ面及びランドの耐摩耗性能が向上して、刃部先端の１回の研削における研削量が減少することから、研削可能な回数が増えて工具寿命が延長される。

工数の削減と工具の耐久性の確保とが両立されるドリル及び穴あけ加工方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。本ドリル１は、鋼製の工作物の穴あけ加工に用いられて、特に、クーラントによる除去が可能な長さ（30mm以下）の切屑１５（図４参照）が生成されるように構成したものである。図１に示されるように、本ドリル１は、高速度工具鋼によって形成されて、刃部２とシャンク３とが同一中心線上に一体で構成される。なお、本発明においてドリル１とは、刃部２とシャンク３のみによって構成されるものであって、回転駆動部等を含めた工具全体のことを指すものではない。また、上記シャンク３は、タング１６を有するストレートシャンクである。上記刃部２は、先端側（図１における左側）に小径部４が形成されると共にシャンク３側（図１における右側）に大径部５が形成されて、上記小径部４と大径部５の間には面取角60°の面取部６が形成される。また、上記刃部２は、上記小径部４の先端部（図１における左側端部）に先端角が135°の刃部先端７が形成されると共に、上記大径部５のシャンク３側（図１における右側）の端部に刃部基端８が形成される。そして、上記刃部２は、外周面に、上記刃部先端７から上記刃部基端８に向けて直線状に延びて当該ドリル１の中心線に対して平行な複数条（本実施の形態では、２条。）の切屑排出溝９が形成される。

図２及び図４に示されるように、上記刃部２は、上記刃部先端７のスクイ面１０（刃部先端７における切屑１５が擦過する面）と先端逃げ面１１（刃部先端７における、工作物との不必要な接触を避けるために逃した面。）との交叉部に、先端切刃１２が形成される。即ち、上記先端切刃１２は、上記刃部先端７に設けられて上記スクイ面１０と上記先端逃げ面１１とが交叉して形成される切刃である。そして、上記刃部２は、スクイ角（切削方向に垂直な面とスクイ面１０とがなす角度）が0°に形成される。これにより、本ドリル１では、スクイ面１０が切削方向に垂直な面に対して傾斜した従来のドリル１による穴あけ加工時における剪断角θ2（先端切刃１２によって削り取られる被削材の剪断面１７が切削方向に対してなす角、図５参照。）と比較して、穴あけ加工時における剪断角θ1が小さくなる（θ2＞θ1）ことから、従来のドリル１と比較して切屑１５が受ける剪断歪みが大きくなり、剪断形の分断された短い長さの切屑１５が生成される構造になっている。なお、上記剪断面１７とは、図４に示されるように、先端切刃１２から切削方向に対して斜め前方に延びる平面であって、被削材（工作物）が当該前断面１７で剪断変形されることにより切屑１５が生成される。

そして、図３に示されるように、本ドリル１は、上記刃部２の先端切刃１２に、ホーニング加工（研磨加工）が施されてホーニング部１４が形成される。これにより、本ドリル１では、上記スクイ面１０及びランドの耐摩耗性能が向上して刃部先端７の１回の研削における研削量が減少することから、研削可能な回数が増えて工具寿命が延長される構造になっている。なお、本ドリル1は、図３に示されるように、上記ホーニング部１４の当該ドリル１の中心線に対する傾斜角度θが30°、幅ｈが0.05mmに形成される。また、本ドリル１は、上記先端逃げ面１１の逃げ角θ3（図４参照）が6°に形成される。また、本ドリル１は、上記刃部先端７に、上記先端逃げ面１１が削り取られてシンニング部１３が形成される。

次に、本ドリル１の作用を説明する。図４に示されるのは、本ドリル１を所定の回転数及び所定の送り量（切込み深さ）で動作させて鋼製の工作物に穴あけ加工している時の先端切刃１２の周辺の状態を局所的に示した図である。この図に示されるように、穴あけ加工時には、先端切刃１２の周辺の材料が剪断面１７で周期的に剪断変形されることにより切屑１５が生成される。そして、本ドリル１では、刃部先端７のスクイ角が0°に形成されるため、スクイ面１０が傾斜した従来のドリル１の剪断角θ2（図５参照）と比較して、剪断角θ1が小さくなり、切屑１５が受ける剪断歪みが大きくなる。これにより、本ドリル１では、スクイ面１０が傾斜した従来のドリル１と比較して、分断された短い長さ（30mm以下）の切屑１５が生成される。さらに、本ドリル１では、直線状に延びて中心線に対して平行な２条の切屑排出溝９が形成されるため、切屑１５が切屑排出溝９によって排出される過程で歪みを受けて、該切屑１５がより短い長さに分断される。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本ドリル１は、直線状に延びて中心線に対して平行な２条の切屑排出溝９を備えて、刃部先端７のスクイ角が0°に形成されるので、本ドリル１を用いて鋼製の工作物に穴あけ加工した場合、スクイ面１０が傾斜した従来のドリル１と比較して、分断された短い長さ（30mm以下）の切屑１５が生成される。
したがって、生成された切屑１５がクーラントによって確実に工作物から除去される。
これにより、ステップ送りを廃止して１回の送りで穴あけ加工することが可能になり、サイクルタイムが削減されて生産性が向上される。また、切屑１５が工作物、治具、並びに工具（ドリル１）に巻き付くことがないため、クランプ異常等による設備の停止が防止されて生産性が向上される。そして、設備の信頼性が向上することから、無人化に貢献することができる。さらに、切屑１５が噛込むことによる加工精度の低下が防がれて製品の品質を向上させることができる。また、切屑１５が短い長さに分断されるため、切屑１５の処理が容易になる。
また、本ドリル１は、高速度工具鋼によって形成されるため、超硬合金製のドリル１と比較して靭性値が大きくなり、先端切刃１２の折損（チッピング）を防ぐことができる。さらに、本ドリル１は、先端切刃１２がホーニング加工（研磨加工）されるので、先端切刃１２の折損が防止されると共に、スクイ面１０及びランドの耐摩耗性能が向上して刃部先端７の１回の研削における研削量が減少するため、研削可能な回数が増えて工具寿命が延長されることにより、ランニングコストが削減される。
また、本ドリル１は、直線状に延びる切屑排出溝９が複数条で形成されるため、１条の切屑排出溝９が形成されるドリル１（単溝ドリル）と比較して工具の再研削が容易となり、研削時間を短縮することができる。さらに、本ドリル１は、単溝ドリルの小径部４の基端部に設けられる逃しがないため、単溝ドリルと比較して、研削可能な研削回数が増えて工具寿命が延長される。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
刃部２の刃部先端７のスクイ角は、穴あけ加工上、実質的に0°とみなせる程度の角度であればよい。
シンニング形状は、図２に示される形状（Ｎ形シンニング）でなくてもよく、例えば、Ｘ形やＳ形シンニング等であってもよい。
その他、先端角、面取角、シャンク形状等の設計事項は適宜設定すればよい。

本ドリルの全体図であって、ドリルを中心線に対して直交する視線で見た場合の図である。 本ドリルの刃部先端の詳細図であって、特に、刃部先端を刃部先端から刃部基端への中心線方向の視線で見た場合の図である。 本ドリルの先端切刃の詳細図であって、特に、ドリルの中心線に対して平行で且つ切削方向に対して平行な平面による刃部先端の先端切刃周辺の断面図である。 本ドリルの説明図であって、穴あけ加工時における刃部先端の先端切刃の周辺の状態を局所的に示し、ドリルの中心線に対して平行で且つ切削方向に対して平行な平面による断面図である。 従来のドリルの説明図であって、穴あけ加工時における刃部先端の先端切刃の周辺の状態を局所的に示し、ドリルの中心線に対して平行で且つ切削方向に対して平行な平面による断面図である。

符号の説明

１ ドリル、２ 刃部、３ シャンク、７ 刃部先端、８ 刃部基端、９ 切屑排出溝、１２ 先端切刃

Claims (4)

1. 刃部とシャンクとを備えて、前記刃部に、刃部先端から刃部基端に向けて直線状に延びて中心線に対して平行な複数条の切屑排出溝が形成されて、前記刃部先端のスクイ面と先端逃げ面との交叉部に先端切刃が形成されるドリルであって、前記刃部先端のスクイ角が０°に形成されることを特徴とするドリル。
2. 前記刃部先端が高速度工具鋼によって形成されることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記先端切刃にホーニング処理が施されることを特徴とする請求項１又は２に記載のドリル。
4. 刃部とシャンクとが一体に構成されるドリルを用いて鋼材に穴あけ加工する方法であって、前記刃部は、刃部先端から刃部基端に向けて直線状に延びて中心線に対して平行な複数条の切屑排出溝が形成されると共に前記刃部先端のスクイ角が０°に形成されており、前記ドリルを回転させつつ目標深さまで１回の送りで移動させて穴を加工することを特徴とする穴あけ加工方法。