JP2008126340A - 貫通孔の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロウ付けタイプの切刃を備えたドリルヘッドによって被削材に貫通孔を形成するに当たり、孔内周面におけるスパイラルマークの発生を防止し、優れた外観体裁と高い加工精度が得られる手段を提供する。
【解決手段】切刃取付座１３ａ〜１３ｃに切刃３Ａ〜３Ｃがロウ付けされたドリルヘッド１Ａによって被削材Ｗに貫通孔Ｈを形成するに当たり、ドリルヘッド１Ａとして最外周部の切削を担う切刃３Ａの刃先外端部３１ａにアールＲを設けたものを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として金属材料からなる被削材に、ロウ付けタイプの切刃を備えたドリルヘッドによって貫通孔を形成する方法に関する。

深穴切削に用いるドリルの先端に装着するドリルヘッドとして、当該ドリルヘッド自体に切刃を一体形成したもの、ヘッド本体に凹設した切刃取付座に切刃チップをロウ付けしたもの、ヘッド本体に凹設した切刃取付座にスローアウェイチップを着脱自在にねじ止めしたものがあり、これらは被削材の材質、穿孔径、加工条件等によって使い分けられている。

図４（Ａ）（Ｂ）は、ロウ付けタイプの三つの切刃を備えた一般的な深穴切削用ドリルヘッド１Ｂを示す。このドリルヘッド１Ｂは、前端面１０ａに大小扇形に開口した切粉排出口１１，１２の略共通径方向の縁壁１１ａ，１２ａに沿って切刃３Ａ〜３Ｃを設けた略円筒形のヘッド本体部１０と、外周面のやや後部寄りの領域に雄ねじ２１を刻設した円筒状のねじシャンク部２０とで構成されている。その切刃３Ａ〜３Ｃは、一般的に、鋼製のヘッド本体部１０の前記縁壁１１ａ，１２ａに凹設した切刃取付座１３ａ〜１３ｃに、超硬合金やサーメット等の硬質材料製の切刃チップをロウ付けして形成されており、中間切刃３Ｂの切削領域が外周側切刃３Ａ及び中心側切刃３Ｃの切削領域に一部重なる状態で、共働して一枚の切削刃として機能する。図中、４はヘッド本体部１０の外周面の前部側２カ所に凹設した各パッド取付座１４にロウ付けされた硬質材料製のガイドパッド、１５は同外周面の後部側の径方向対向位置に形成された一対のチャッキング用溝部である。

しかして、切刃３Ａ〜３Ｃとする硬質材料製の切刃チップは、粉末冶金法による型成形・焼結で製作されるが、傾斜した直線状の刃先の内外両端部分が尖端状になると成形時の押圧で欠け易いことから、一般的にその両端部分がアール状に設定される。一方、ロウ付けタイプの切刃では、ロウ付け時のロウ材の介在によって刃先の位置精度を厳密に設定できないため、例えば前記三つの切刃３Ａ〜３Ｃを設ける場合、中間切刃３Ｂ及び中心側切刃３Ｃは刃先の内外両端部をアール状に設定した切刃チップを単に切刃取付座１３ｂ，１３ｃにロウ付けするだけでよいが、外縁位置によってドリルヘッドの切削径が定まる外周側切刃３Ａについては、その切刃チップとして予め外縁側に研磨代を設けたものを製作し、その切刃チップを切刃取付座１３ａにロウ付けしたのち、その外縁側を研磨して所定の位置精度を確保するようにしている。その結果、外周側切刃３Ａは、有底の深穴切削において孔底の設定形状より各別な刃先形態が要求される場合を除き、図示のように傾斜した刃先３１の外端３１ａが角張った尖端状になっている。

このドリルヘッド１Ｂの使用に際しては、図３（Ａ）に示すように、深穴切削用ドリルの丸パイプ状をなす工具シャンク（ボーリングバーとも称される）５の先端部に、ねじシャンク部２０を挿入して螺合連結することにより、該ドリルヘッド１Ｂの内側と工具シャンク５の中空内部が連通して切粉排出路１６を構成する。深穴切削加工は、工具シャンク５を工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動するか、逆に被削材Ｗ側を回転させることによって行うが、クーラントＣが外部供給方式となるため、図示の如く工具シャンク５を油密に包囲するクーラント供給ジャケット６を用い、このジャケット６をシールリング６１を介して被削材Ｗに押接した状態で、導入口６ａから該ジャケット６内にクーラントＣを高圧で導入する。しかして、導入されたクーラントＣは、工具シャンク５の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔよりドリルヘッド１Ｂの先端側へ供給され、切削部で発生する切粉Ｋと共にドリルヘッド１Ｂの切粉排出口１１，１２から切粉排出路１６内へ流入し、工具シャンク５の基部側から外部へ排出される。

しかるに、上述のようなロウ付けタイプの切刃を備えた従来のドリルヘッドによって被削材に貫通孔を形成した際、孔内周面に往々にしてスパイラルマーク（螺旋状模様）が現れることが知られている。そして、このスパイラルマークを生じた貫通孔は仕上げ外観として見栄えが悪い上、該スパイラルマークは微視的には孔内周面の凹凸に起因した模様であるため、加工精度面からも好ましくない。

そこで、本発明者らは、前記スパイラルマークの発生原因を究明すべく、数多くの加工データを分析すると共に、切削条件を種々変化させた実機試験を繰り返して様々な角度から検討を重ねた結果、穿孔中の振動等の何らかの要因で外周側切刃の尖った刃先外端部が被削材に食い付いて孔内周に僅かでも段差を生じると、その段差部分に刃先が引っ掛かることによる切削抵抗の変化で切削トルクの強弱リズムを生じ、この強弱リズムに起因してスパイラルマークが発生することが判明した。

本発明は、上述の事情に鑑み、ロウ付けタイプの切刃を備えたドリルヘッドによって被削材に貫通孔を形成するに当たり、その孔内周面におけるスパイラルマークの発生を防止し、もって優れた外観体裁と高い加工精度が得られる手段を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る貫通孔の形成方法は、図面の参照符号を付して示せば、切刃取付座１３ａ〜１３ｃに切刃３Ａ〜３Ｃがロウ付けされたドリルヘッド１Ａによって被削材Ｗに貫通孔Ｈを形成するに当たり、当該ドリルヘッド１Ａとして最外周部の切削を担う切刃３Ａの刃先外端部３１ａにアールＲを設けたものを用いることを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１の貫通孔の形成方法において、刃先外端部３１ａのアールＲが０．１〜０．５ｍｍ半径ｒであるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の貫通孔の形成方法において、ドリルヘッド１Ａは、前端面１０ａに切粉排出口１１，１２を有して、内部が該切粉排出口１１，１２に連通する切粉排出路１６をなす円筒状であり、その切粉排出口１１，１２に臨む略半径方向に沿う側壁部１１ａ，１２ａに切刃３Ａ〜３Ｃがロウ付けされてなるものとしている。

請求項１の発明によれば、ロウ付けタイプの切刃を備えるドリルヘッドで被削材に貫通孔を形成する際、該ドリルヘッドにおける最外周部の切削を担う切刃の刃先外端部がアールをなすことにより、穿孔中に外周側切刃の刃先外端部による被削材への食い付きを生じにくくなり、その食い付きに起因した切削トルクの強弱リズムによる孔内周面のスパイラルマークの生成が防止され、もって外観体裁に優れて且つ高精度の貫通孔が得られる。

請求項２の発明によれば、上記の最外周部の切削を担う切刃の刃先外端部が特定半径のアールをなすため、スパイラルマークの生成をより確実に防止できる。

請求項３の発明によれば、ドリルヘッドが切削部位で生じる切粉をクーラントと共に前端面の切粉排出口から内部の切粉排出路を通して排出できる構造であるから、高い切削効率が得られる。

以下、本発明に係る貫通孔の形成方法の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）で示す本発明で用いるドリルヘッド１Ａは、既述した従来の貫通孔の形成に用いるドリルヘッド１Ｂ（図４参照）と同様のロウ付けタイプの三つの切刃を備えるものであり、両者を対比して理解し易いように、既述の切削用ドリルヘッド１Ｂと共通又は対応する各構成部分については同一符号を付している。

このドリルヘッド１Ａは、前端面１０ａに大小扇形に開口した切粉排出口１１，１２を備えた円筒形のヘッド本体部１０と、外周面のやや後部寄りの領域に雄ねじ２１を刻設した円筒状のねじシャンク部２０とが同軸状に一体化され、ヘッド本体部１０の両切粉排出口１１，１２における略共通径方向の縁壁１１ａ，１２ａに沿って、外周側及び中間と中心側の三つの切刃３Ａ〜３Ｃがロウ付けされているが、図１（Ｃ）で拡大して示すように、その外周側切刃３Ａの傾斜した刃先３１の外端部３１ａがアールＲをなす点で既述のドリルヘッド１Ｂとは異なっている。

なお、ヘッド本体部１０の外周面には、前部側２カ所に凹設した各パッド取付座１４に硬質材料製のガイドパッド４がロウ付けされ、同後部側に径方向に対向した一対のチャッキング用溝部１５，１５が形成されている。また、該ドリルヘッド１Ａの中空内部は、切粉排出路１６として、前端側で両切粉排出口１１，１２に連通すると共に、後端側に開放している

このドリルヘッド１Ａにおける三つの切刃３Ａ〜３Ｃは、図２（Ａ）に示すように、鋼製のヘッド本体部１０の前記縁壁１１ａ，１２ａに凹設した切刃取付座１３ａ〜１３ｃに、超硬合金やサーメット等の硬質材料製の切刃チップ３０Ａ〜３０Ｃをロウ付けしたものであるが、ロウ付け時のロウ材の介在によって刃先の位置精度を厳密に設定できないため、外周側切刃３Ａについては切刃チップ３０Ａのロウ付け後に外縁側を研磨加工する。すなわち、これら三つの切刃３Ａ〜３Ｃは切削領域が一部重なる状態で共働して一枚の切削刃として機能するため、中間切刃３Ｂ及び中心側切刃３Ｃの両端縁と外周側切刃３Ａの内端縁には多少の位置変動が許容されるのに対し、外周側切刃３Ａの外端縁はその位置によって切削径が定まるので厳密な位置精度を要する。従って、外周側切刃３Ａとする切刃チップ３０Ａは、外縁側に削り代を残す形で製作し、ヘッド本体部１０へのロウ付け後に外縁側を研磨加工して位置精度を確保することになる。

一方、硬質材料製の切刃チップ３０Ａ〜３０Ｃは、粉末冶金法による型成形・焼結で製作するから、既述のように、成形時の押圧による欠けを防止するために傾斜した直線状の刃先の両端部をアール状に設定する。しかして、切刃チップ３０Ｂ，３０Ｃのアール状の刃先両端部はそのまま中間切刃３Ｂ及び中心側切刃３Ｃの刃先両端部になるが、周辺側切刃３とする切刃チップ３０Ａにおける刃先３１のアール状の外端部３１ｃは前記したロウ付け後の外縁側の研磨加工による除去部分となる。このため、その切刃チップ３０Ａとして予め外縁側に研磨代を設けたものを製作し、これを切刃取付座１３ａにロウ付けしたのち、図２（Ｂ）で示すように、その外縁側を例えば仮想線Ｓ１まで直線状に研磨除去して所定の位置精度を確保するが、本発明に用いるドリルヘッド１Ａでは更に切刃３１の外端側を例えば仮想線Ｓ２までアール状に研磨除去し、もって図１（Ｂ）（Ｃ）で示すアールＲをなす外端部３１ａとする。この２段階の研磨による除去部分が切刃チップ３０Ａの削り代３２である。

上記構成のドリルヘッド１Ａを用いて金属材料からなる被削材に貫通孔を形成するには、図３（Ａ）に示すように、深穴切削用ドリルの丸パイプ状をなす工具シャンク５の先端部に、該ドリルヘッド１Ａのねじシャンク部２０を挿入して螺合連結した上で、該工具シャンク５を工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動するか、逆に被削材Ｗ側を回転させて切削する。そして、この切削加工中、クーラントＣを既述した外部供給方式によって切削部位へ連続供給し、切削部で発生する切粉Ｋと共にドリルヘッド１Ａの切粉排出口１１，１２から切粉排出路１６内へ流入させ、工具シャンク５の中空内部を通して該工具シャンク５の基部側から外部へ排出することにより、高い切削効率が得られる。

このような貫通孔の形成方法によれば、ドリルヘッド１Ａの切削径を定める外周側切刃３Ａが外端部３１ａをアールＲにした刃先３１を備えることから、穿孔中に該刃先３１の外端部３１ａによる被削材Ｗへの食い付きを生じにくく、その食い付きに伴う段差に起因した切削トルクの強弱リズムが発生せず、もって孔内周面のスパイラルマークの生成が防止されるため、形成される貫通孔Ｈは外観体裁に優れて且つ高い寸法精度を有するものとなる。

なお、図３（Ａ）では被削材Ｗのムクの部分に貫通孔Ｈを穿孔する状況を例示しているが、本発明方法は、図３（Ｂ）で例示するように、被削材Ｗに予め設けた先導孔Ｈ０に沿い、その周面を切削して拡径する形で貫通孔Ｈ１を形成する場合にも適用できる。ところで、スパイラルマークは図４で例示したドリルヘッド１Ｂのような従来のロウ付けタイプのドリルヘッドによる有底の深穴切削でも生じる可能性はあるが、有底の深穴では内部が暗くて視認しにくく、スパイラルマーク等による内周面の外観不良が問題になりにくいことに加え、有底孔では用途的に寸法精度の厳密さを要求されない場合が多いため、有底孔の形成については本発明の対象外とする。

本発明方法に用いるドリルヘッドとしては、例示した三つの切刃３Ａ〜３Ｃを有するものに限らず、ロウ付けタイプの切刃であれば、その切刃が一つ又は二つ、更には４つ以上（一般的には奇数）であってもよく、その最外周部の切削を担う切刃の刃先外端部にアールＲを有するものとすればよい。しかして、このような刃先外端部のアールＲとしては、前記のスパイラルマークの生成を確実に防止する上で、そのアール半径ｒを０．１〜０．５ｍｍの範囲に設定することが推奨される。

また、例示した実施形態で用いたドリルヘッド１Ａはシングルチューブ方式用つまり外部から切削穴Ｈと工具シャンク５との間隙Ｔを通して切削部位へ供給されるクーラントＣを切粉Ｋと共に内部の切粉排出路１６を通して排出する方式用のものであるが、本発明方法ではロウ付けタイプの切刃を備えたダブルチューブ方式用のドリルヘッドも使用可能である。このダブルチューブ方式では、ドリルの工具シャンクが中心空間を切屑排出路、外側の環状空間をクーラント供給路とする二重筒をなし、その外筒の先端部にドリルヘッドを螺合連結することにより、内筒先端がドリルヘッドの内周段部に当接し、もってクーラント供給路の先端側が閉塞するが、ドリルヘッドの周壁部に設けた導出孔からクーラントを外側へ導出して切削部位へ供給するようになっている。従って、このダブルチューブ方式用のドリルヘッドは、既述したシングルチューブ方式用に対し、前記の内周段部と導出孔を有することを除いて基本的構造は略同様であり、その最外周部の切削を担う切刃の刃先外端部にアールＲを有するものを本発明の貫通孔の形成に使用できる。

本発明に係る貫通孔の形成方法に用いるドリルヘッドの一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）の仮想線円Ｃ内の拡大図である。 同ドリルヘッドのヘッド本体に対する切刃チップの取り付けを示し、（Ａ）は切刃チップの取付前の正面図、（Ｂ）は同取付後の正面図である。 貫通孔の形成状況を例示し、（Ａ）は被削材のムク部分に対する貫通孔の形成操作を示す縦断側面図、（Ｂ）は被削材の先導孔に沿う切削拡径による貫通孔の形成操作を示す縦断側面図である。 従来の貫通孔の形成方法に用いるドリルヘッドの一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。

符号の説明

１Ａ ドリルヘッド
１０ａ 前端面
１１，１２ 切粉排出口
１１ａ，１２ａ 側壁部
１３ａ〜１３ｃ 切刃取付座
３Ａ 外周側切刃
３Ｂ 中間切刃
３Ｃ 中心側切刃
３０ 切刃チップ
３１ 刃先
３１ａ 外端部
３２ 削り代
Ｒ アール
ｒ アール半径

Claims (3)

1. 切刃取付座に切刃がロウ付けされたドリルヘッドによって被削材に貫通孔を形成するに当たり、当該ドリルヘッドとして最外周部の切削を担う切刃の刃先外端部にアールを有するものを用いることを特徴とする貫通孔の形成方法。
2. 前記の刃先外端部のアールが０．１〜０．５ｍｍ半径である請求項１記載の貫通孔の形成方法。
3. 前記ドリルヘッドは、前端面に切粉排出口を有して、内部が該切粉排出口に連通する切粉排出路をなす円筒状であり、その切粉排出口に臨む略半径方向に沿う側壁部に前記切刃がロウ付けされてなる貫通孔の形成方法。

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