JP2007260843A - Drill - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば航空機用材料として使用される炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)等の複合材料に対して穴あけ加工を施す際に使用されるドリルに関するものである。 The present invention relates to a drill used for drilling a composite material such as a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) used as an aircraft material.
従来、複合材料に穴あけ加工を施すドリルとして、例えば特許文献1、特許文献2に示すような各種ドリルが提案されている。
特許文献1には、外周コーナ部にRを設け、切刃にネガランドを設けるとともに、先端角を125〜145°としたドリルが開示されている。また、特許文献2には、切刃部の先端側にバックテーパ部を設けるとともに、このバックテーパ部の後端側に外径を一定した小径部を形成したドリルが開示されている。
Patent Document 1 discloses a drill in which R is provided at an outer peripheral corner portion, a negative land is provided at a cutting edge, and a tip angle is 125 to 145 °. Patent Document 2 discloses a drill in which a back taper portion is provided on the front end side of the cutting blade portion, and a small diameter portion having a constant outer diameter is formed on the rear end side of the back taper portion.
ところで、航空機用材料として使用されるCFRPは、プラスチックの中にカーボン繊維を混合して強化した複合材料であり、このCFRPに穴あけ加工を施した場合には、ドリルが加工穴開口端から抜け出る際に、加工穴開口端の周縁からカーボン繊維が加工穴の内周側に向けて突出するいわゆる毛羽立ちが発生したり、開口端周縁にバリが発生することがあった。 By the way, CFRP used as an aircraft material is a composite material reinforced by mixing carbon fiber in plastic, and when this CFRP is drilled, when the drill comes out from the opening end of the drilled hole In addition, the so-called fuzz that the carbon fibers protrude from the peripheral edge of the processed hole opening end toward the inner peripheral side of the processed hole may occur, or burrs may occur on the peripheral edge of the open end.
特許文献1に開示されたドリルは、アルミや銅などの金属にSiCやAl2O3などの強化粒子を分散させた金属基複合材(MMC:Metal Matrix Composite)に対して穴あけ加工を施すものである。このドリルを使用してCFRPの穴あけ加工を施した場合には、通常のドリルと同様に、加工穴開口端に毛羽立ちやバリが発生してしまう。 The drill disclosed in Patent Document 1 drills a metal matrix composite (MMC: Metal Matrix Composite) in which reinforcing particles such as SiC or Al 2 O 3 are dispersed in a metal such as aluminum or copper. It is. When CFRP drilling is performed using this drill, fluffing and burrs are generated at the opening end of the processing hole, as in the case of a normal drill.
また、特許文献2に開示されたドリルは、CFRPとチタン合金等とを積層させた複合材料に対して穴あけ加工を施すものである。前記小径部によりドリルとチタン合金等との摺動摩擦を低減して切刃の摩耗を抑えるものであり、CFRP単独で加工する際に発生する毛羽立ちやバリを抑えることはできない。
このように、CFRP等の複合材料に対して穴あけ加工を良好に施すことができるドリルは、これまで提案されていなかった。
In addition, the drill disclosed in Patent Document 2 drills a composite material in which CFRP and a titanium alloy or the like are laminated. The small diameter portion reduces sliding friction between the drill and the titanium alloy to suppress wear of the cutting edge, and cannot suppress fuzz and burrs that occur when processing with CFRP alone.
As described above, a drill capable of satisfactorily drilling a composite material such as CFRP has not been proposed so far.
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、CFRP等の複合材料に対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、寿命の延長を図ることができるドリルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent the occurrence of burrs and fluff when drilling a composite material such as CFRP, and to extend the lifetime. An object is to provide a drill that can be used.
このような課題を解決するために、この発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に設けられた切刃部の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と前記切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、前記切刃部の前記軸線に直交する断面において、前記切屑排出溝の外周端におけるラジアルレーキ角が+5°から+25°の範囲内に設定されているとともに、前記先端逃げ面に形成された前記切刃のラジアルレーキ角が−20°から0°の範囲内に設定され、前記ドリル本体の先端角が80°から120°の範囲内に設定されていることを特徴としている。 In order to solve such a problem, the present invention is formed with a chip discharge groove extending toward the rear end side on the outer periphery of the cutting edge portion provided on the tip side of the drill body rotated about the axis, In the drill in which the cutting edge is formed at the intersecting ridge line portion between the inner wall surface facing the front side in the drill rotation direction of the chip discharge groove and the tip flank surface of the cutting blade portion, in a cross section orthogonal to the axis of the cutting blade portion The radial rake angle at the outer peripheral end of the chip discharge groove is set in the range of + 5 ° to + 25 °, and the radial rake angle of the cutting edge formed on the tip flank is -20 ° to 0 °. The tip angle of the drill body is set in the range of 80 ° to 120 °.
この構成のドリルでは、先端角が120°以下とされているので、ドリルの1回転当たりの切削量が小さく、加工穴がドリル挿入側とは反対側に開口する際に、開口端が徐々に広がるように加工され、開口端周縁に肉厚の薄い未加工部分が残存することがなくバリの発生が防止されるとともに、加工穴開口端において加工穴の内周面に向けて延びるように配置されているカーボン繊維に対して切刃が角度を持って交差することになり、このカーボン繊維が確実に切断されて毛羽立ちが防止される。ただし、この先端角αが小さくなりすぎると加工穴開口端が外周側に押し広げられる力が強くなって、却って毛羽立ちやバリが発生し易くなるおそれがあるので、前記先端角αは80°から120°の範囲内としている。さらに、先端角を80°以上とすることにより、ドリル先端部の剛性が確保され、切削抵抗によるドリルの欠損が防止される。 In the drill having this configuration, since the tip angle is set to 120 ° or less, the cutting amount per one rotation of the drill is small, and when the drilled hole opens on the side opposite to the drill insertion side, the opening end gradually Processed to widen and prevent the generation of burrs without leaving a thin unprocessed part at the periphery of the opening end, and to extend toward the inner peripheral surface of the processing hole at the opening end of the processing hole The cutting blades intersect with the carbon fibers that are formed at an angle, and the carbon fibers are surely cut to prevent fuzz. However, if the tip angle α is too small, the force that pushes the hole opening end toward the outer periphery becomes strong, and there is a risk that fluffing and burrs are likely to occur. Therefore, the tip angle α is from 80 °. Within a range of 120 °. Furthermore, by setting the tip angle to 80 ° or more, the rigidity of the tip of the drill is ensured, and drill breakage due to cutting resistance is prevented.
また、切屑排出溝の外周端におけるラジアルレーキ角、つまり、軸線に直交する断面において、切屑排出溝の外周端が延びる方向とドリル本体径方向とがなす角度が+5°以上とされており、切屑排出溝の外周端が延びる方向はドリル本体径方向よりもドリル回転方向前方側に向くように傾斜させられているので、加工穴の内周壁と前記外周端とが摺接する際の抵抗が小さく抑えられ、このような摺接により毛羽立ちが発生するのを防ぐことができる。さらに、前記外周端における前記ラジアルレーキ角が+25°以下とされているので、前記外周端の剛性が確保され、ドリルの欠損を防止することができる。 Further, the radial rake angle at the outer peripheral end of the chip discharge groove, that is, the angle formed by the direction in which the outer peripheral end of the chip discharge groove extends and the radial direction of the drill body in the cross section orthogonal to the axis is + 5 ° or more. The direction in which the outer peripheral end of the discharge groove extends is inclined so as to face the front side of the drill rotation direction rather than the radial direction of the drill body, so that the resistance when the inner peripheral wall of the machining hole and the outer peripheral end are in sliding contact with each other is kept small. Thus, the occurrence of fluff due to such sliding contact can be prevented. Furthermore, since the radial rake angle at the outer peripheral end is set to + 25 ° or less, the rigidity of the outer peripheral end is ensured, and drill breakage can be prevented.
また、前記切刃のラジアルレーキ角が−20°以上とされているので、切刃に作用する切削抵抗を比較的小さく抑えることができるとともに、被切削材に対する切り込みが鋭くなって切削を良好に行うことができ、毛羽立ちやバリの発生を一層確実に防止することができる。さらに、前記切刃のラジアルレーキ角が0°以下とされているので、この切刃の剛性が確保されて切刃の欠損が防止される。 In addition, since the radial rake angle of the cutting edge is set to -20 ° or more, the cutting resistance acting on the cutting edge can be kept relatively small, and the cutting with respect to the work material becomes sharp and the cutting is performed well. It is possible to prevent the occurrence of fuzz and burrs. Furthermore, since the radial rake angle of the cutting edge is 0 ° or less, the rigidity of the cutting edge is secured and the cutting edge is prevented from being lost.
ここで、前記切刃部の表面に硬質被膜を被覆することにより、切刃の耐摩耗性が向上してドリルの寿命延長を図ることができる。硬質被膜としては、CVD法によるダイヤモンドコーティング、PVD法によるTiN、TiCN、TiAlNなどのセラミックスコーティングを採用することができる。 Here, by covering the surface of the cutting edge part with a hard coating, the wear resistance of the cutting edge can be improved and the life of the drill can be extended. As the hard film, diamond coating by CVD method, ceramic coating such as TiN, TiCN, TiAlN by PVD method can be adopted.
さらに、前記ドリル本体に、前記先端逃げ面に開口する流体供給孔を穿設することにより、切削加工を行う際に、この流体供給孔を通じてエア等を切刃に向けて供給することができ、切刃の温度上昇が抑えられるとともに切屑の排出が促進される。 Furthermore, by drilling a fluid supply hole that opens in the tip flank in the drill body, when performing cutting, air or the like can be supplied to the cutting blade through the fluid supply hole, The temperature rise of the cutting blade is suppressed and chip discharge is promoted.
本発明によれば、CFRP等の複合材料に対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、寿命の延長を図ることができるドリルを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when drilling with respect to composite materials, such as CFRP, the drill which can prevent generation | occurrence | production of a burr | flash and fluff and can aim at the extension of a lifetime can be provided.
本発明の実施形態であるドリルについて、添付した図面を用いて説明する。図1に本発明の実施形態であるドリルを示す。このドリルは、CFRPに穴加工を施す際に使用されるものである。 The drill which is embodiment of this invention is demonstrated using attached drawing. FIG. 1 shows a drill according to an embodiment of the present invention. This drill is used when drilling holes in CFRP.
本実施形態であるドリルは、図1に示すように、軸線Oを中心とした概略円柱状をなすドリル本体10を有しており、このドリル本体10後端側(図1において上側)部分が工作機械の主軸端等に把持されるシャンク部11とされるとともに、ドリル本体10先端側(図1において下側)が切刃部12とされている。
As shown in FIG. 1, the drill according to the present embodiment has a
この切刃部12の外周には、軸線O方向の後端側に向かうにしたがい一定のねじれ角でドリル回転方向T後方側にねじれる一対の切屑排出溝13が軸線Oに対して対称に形成されている。
また、切刃部12の外周面、つまり、切刃部12のうち切屑排出溝13が形成された以外の部分がランド部14とされており、このランド部14は、切屑排出溝13と同様に、軸線O方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向T後方側にねじれるように形成されている。
On the outer periphery of the
Further, the outer peripheral surface of the
そして、切刃部12を軸線Oに直交する断面で見て、図2に示すように、ランド部14と切屑排出溝13のドリル回転方向T前方側を向く内壁面13Aとの交差稜線部は、ドリル回転方向T前方側に突出するように突き出されている。言い換えると、切屑排出溝13のドリル回転方向T前方側を向く内壁面13Aの外周端13Bの延びる方向がドリル本体10の径方向よりもドリル回転方向T前方側に傾いているのである。本実施形態では、前記内壁面13Aの外周端13Bが延びる方向とドリル本体10の径方向とがなす角度、つまり、前記外周端13Bにおけるラジアルレーキ角θ1が+5°〜+25°の範囲内となるように設定されている。
Then, when the
これら切屑排出溝13のドリル回転方向T前方側を向く内壁面13Aと連接するドリル本体10の先端面10Aが先端逃げ面15とされており、この先端逃げ面15は軸線Oからドリル本体10後端側に向かうにしたがいドリル本体10径方向外側に向けて傾斜させられており、ドリル本体10の先端面10Aは、側面視してドリル本体10先端側に向けて突出するV字状をなしている。このV字の交差角いわゆる先端角αは、80°〜120°の範囲内に設定されており、本実施形態では90°とされている。
A
先端逃げ面15は、切刃16に連なる第1逃げ面15Aと、この第1逃げ面15Aのドリル回転方向T後方側に連なるとともに前記第1逃げ面15Aの逃げ角よりも大きな逃げ角が与えられた第2逃げ面15Bとから構成され、多段面状をなしている。本実施形態では、第1逃げ面15Aの逃げ角が10°とされ、第2逃げ面15Bの逃げ角が30°とされており、切刃16には、ドリル回転方向T後方側に向かうにしたがい多段的に大きくなるような逃げが与えられている。
The
また、ドリル本体10の先端面10Aには、切屑排出溝13のドリル本体10径方向外側を向く壁面部分からドリル本体10先端面10Aの中心に位置する軸線Oに近接する位置までの領域が、軸線O方向の先端側に向かうにしたがいドリル回転方向T前方側に向かうように斜めに切り欠かれることによって、切刃16の内周端側に連なるように交差してこのドリル先端面10Aの中心に位置する軸線Oに向けて延びるシンニング面17が形成されている。これにより、切刃16の内周端側の部分には、軸線Oに向けて延びる略直線状をなすシンニング切刃18が配置されている。
Further, the
このドリル本体10を先端視した場合において、図3に示すように、軸線Oから直線状に延びるシンニング切刃18が配置され、このシンニング切刃18の外周端には、ドリル回転方向T後方側に向けて凹んだ凹曲線状をなす切刃16が連設されている。ただし、この切刃16の外周端側は、先端視した場合に軸線Oに対する径方向または外周側に向かうにしたがいドリル回転方向T後方側に向かうように凸曲折させられており、これにより、この切刃16の外周端におけるラジアルレーキ角θ2は、−20°から0°の範囲内に設定されている。
When the
また、切刃部12には、硬質被膜としてCVD法によるダイヤモンドコーティングが施されている。
さらに、ドリル本体10の内部には、ドリル本体10の先端面10Aに開口するとともにドリル本体10の後端側まで貫通した流体供給孔19が穿設されている。
Further, the
Furthermore, a
以上のような構成とされたドリルは、ドリル本体10の後端に形成されたシャンク部11が工作機械の主軸端等に把持されて、軸線O回りに回転されるとともに軸線O方向先端側に向けて送られて、被切削材に押し当てられ、被切削材に所定の内径の加工穴を形成するものである。このドリルでの切削加工の際には、ドリル本体10の内部に形成された流体供給孔19を通じて切刃16近傍に向けてエアが供給される。
In the drill having the above-described configuration, the
本実施形態であるドリルによれば、その先端角αが80°から120°の範囲内に設定され、より具体的には90°とされているので、ドリルの1回転当たりの切削量が小さく、加工穴が他方の面に開口する際に開口部が徐々に広がるように加工されることになり、開口部の縁部に肉薄の未加工部分が大きく残存することがなく、未加工部分が開口部から突出してバリが発生することを抑制することができる。さらに、開口部において加工穴の内周面に向けて延びるように配置されたカーボン繊維に対して切刃16が角度を持って交差することになり、カーボン繊維を確実に切断することができ毛羽立ちを抑制することができる。また、先端角αが小さくなり過ぎて加工穴開口端が外周側に押し広がられる力が大きくなることを防止でき、やはり毛羽立ちやバリの発生を防止できる。さらに、ドリル本体10先端部の剛性が確保されているので切削抵抗によるドリルの欠損を防止できる。
According to the drill of this embodiment, the tip angle α is set in the range of 80 ° to 120 °, and more specifically 90 °, so that the cutting amount per one rotation of the drill is small. When the processed hole opens on the other surface, the opening is processed so as to gradually widen, so that a thin unprocessed portion does not remain largely at the edge of the opening, It can suppress that a burr | flash generate | occur | produces from an opening part. In addition, the
また、切刃部12を軸線Oに直交する断面で見て、切屑排出溝13のドリル回転方向T前方側を向く内壁面13Aの外周端13Bの延びる方向がドリル本体10の径方向よりもドリル回転方向T前方側に傾いており、前記内壁面13Aの外周端13Bが延びる方向とドリル本体10の径方向とがなす角度、つまり、前記外周端13におけるラジアルレーキ角θ1が+5°〜+25°の範囲内となるように設定されているので、加工穴の内周壁と切屑排出溝13のドリル回転方向T前方側を向く内壁面13Aの外周端13Bとが摺接する際の抵抗を小さく抑えることができ、カーボン繊維の毛羽立ちを防止できるとともに、この外周端13Bの剛性を確保して欠損を防止することができる。
Further, when the
また、切刃16のラジアルレーキ角θ2が−20°以上とされているので、切刃16に作用する切削抵抗を小さく抑えることができるとともにCFRPに対する切り込みが鋭くなって切削加工を良好に行うことができる。さらに、切刃16のラジアルレーキ角が0°以下とされているので、この切刃16の剛性が確保されて切削抵抗による切刃16の欠損を防止できる。
Further, since the radial rake angle θ2 of the
さらに、切刃部12に、ダイヤモンドコーティングが施されているので、切刃16や切屑排出溝13の外周端13Bの耐摩耗性を向上させることによりドリルの寿命延長を図ることができる。また、切刃16の摩耗が防止されるので、長期間にわたってCFRPを鋭い切刃16で切削することができ、毛羽立ちやバリの発生を防止できる。
Furthermore, since the
また、ドリル本体10には、ドリル本体10の先端面10Aに開口部を有するとともにドリル本体10の後端側まで貫通した流体供給孔19が穿設されているので、切削加工を行う際に、この流体供給孔19を通じて切刃16に対してエアを供給することができ、切刃16の温度上昇を抑えることにより切刃16の寿命延長を図ることができる。また、例えば深穴を形成する場合においても、エアによって切屑の排出が促進されるので、切削加工を良好に行うことができる。
Further, since the
このように本実施形態であるドリルによれば、CFRPに対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、欠損や摩耗を防止してドリルの寿命延長を図ることができる。 As described above, according to the drill of this embodiment, when drilling a CFRP, it is possible to prevent the occurrence of burrs and fluff, and to prevent the chipping and wear, thereby extending the life of the drill. .
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、切刃部12の表面にダイヤモンドコーティングを施したものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えばTiN、TiCN、TiAlNなどのセラミックスコーティングを被覆しても良いし、これら硬質被膜が被覆されていなくてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, in the present embodiment, the surface of the
また、ドリル本体10の内部に流体供給孔19を形成したドリルで説明したが、これに限定されることはなく、流体供給孔19が形成されていないドリルであってもよい。
さらに、バックテーパや切刃16の逃げ角などのドリル形状については、本実施形態に制限されることはなく、被削材の形状や加工条件を考慮して適宜設定することが好ましい。ただし、先端角αは80°〜120°、切刃16のラジアルレーキ角θ2は−20°から0°、切屑排出溝13の外周端13Bにおけるラジアルレーキ角θ1は+5°から+20°の範囲内となるように設定する必要がある。
Moreover, although the drill which formed the
Further, the drill shape such as the back taper and the clearance angle of the
以下に、本発明の効果を確認すべく実施した比較実験の結果について説明する。この比較実験では、先端角を変更したドリルを用いて板厚5mmのCFRPに穴あけ加工を施して加工穴開口端におけるバリ、毛羽立ちの発生状況を確認した。切削条件は、切削速度128m/min、送り速度0.06mm/revとし、切削油は使用しなかった。
実験結果を表1に示す。
Below, the result of the comparative experiment conducted in order to confirm the effect of this invention is demonstrated. In this comparative experiment, drilling was performed on a CFRP having a thickness of 5 mm using a drill with a changed tip angle, and the occurrence of burrs and fuzz at the opening end of the processed hole was confirmed. Cutting conditions were a cutting speed of 128 m / min, a feed speed of 0.06 mm / rev, and no cutting oil was used.
The experimental results are shown in Table 1.
表1に示すように、先端角が140°のものでは、毛羽立ちとともに大きなバリが認められた。また、先端角が40°のものでは、毛羽立ちが確認された。一方、先端角が90°及び120°のものでは、毛羽立ち、バリともに認められなかった。
この実験結果から、先端角を本発明の範囲内に設定することにより毛羽立ち及びバリの発生を効果的に抑えることができることが確認された。
As shown in Table 1, when the tip angle was 140 °, large burrs were recognized along with fluffing. Further, when the tip angle was 40 °, fuzz was confirmed. On the other hand, when the tip angle was 90 ° and 120 °, neither fuzz nor burrs were observed.
From this experimental result, it was confirmed that the occurrence of fuzz and burrs can be effectively suppressed by setting the tip angle within the range of the present invention.
10 ドリル本体
12 切刃部
13 切屑排出溝
13B 外周端
16 切刃
19 流体供給孔
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記切刃部の前記軸線に直交する断面において、前記切屑排出溝の外周端におけるラジアルレーキ角が+5°から+25°の範囲内に設定されているとともに、前記先端逃げ面に形成された前記切刃のラジアルレーキ角が−20°から0°の範囲内に設定され、
前記ドリル本体の先端角が80°から120°の範囲内に設定されていることを特徴とするドリル。 A chip discharge groove extending toward the rear end side is formed on the outer periphery of the cutting edge portion provided on the tip side of the drill body rotated about the axis, and the inner wall surface facing the front side in the drill rotation direction of the chip discharge groove In the drill in which the cutting edge is formed at the intersecting ridge line part between the tip flank and the cutting edge part,
In the cross section perpendicular to the axis of the cutting edge portion, the radial rake angle at the outer peripheral end of the chip discharge groove is set within a range of + 5 ° to + 25 °, and the cutting edge formed on the tip flank The radial rake angle of the blade is set within the range of -20 ° to 0 °,
The drill characterized in that the tip angle of the drill body is set within a range of 80 ° to 120 °.
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Legal Events
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A977 | Report on retrieval |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110315 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110816 |