JP2009018360A - 金属加工用ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】金属加工用ツイストドリルにおいて、先端中心部の刃先強度を維持しながらチゼルエッジを十分に小さくしてスラストの低減や、食い付き性、求心性の向上を図ることを課題としている。
【解決手段】切れ刃３に対応させて設けるシンニング部７を、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面５側に入り込ませてドリルの正面視でシンニング部切れ刃３ｂが延びる方向に所定量Ｙオーバーラップさせ、さらに、切れ刃３に刃先強化用のネガランド８を形成し、そのネガランド８のシンニング部切れ刃３ｂに沿った部分のドリル正面視での幅ｃｗ１を主切れ刃３ａに沿った部分の幅ｃｗ２よりも大きくしてチゼルエッジ６の幅Ｗを縮めた。
【選択図】図２

Description

この発明は、先端中心部の切れ刃の強度を維持しながらチゼルエッジの縮小によるスラストの低減や求心性向上を可能にした金属加工用のドリルに関する。

金属加工用のドリルについては、シンニング処理を施してスラストの低減、食い付き性や求心性の向上などを図ることが従来から行われている。図６〜図１０に、従来用いられているシンニング形状の一例を示す。図８は、Ｘ形シンニングであり、図６のハッチング入れ部分をドリルの軸線ＣＬに対してα（図７参照）の逃げ角をもつように加工してシンニング面７ａ，７ｂ間にβの開き角を有する溝（図９参照）を生じさせている。シンニング面７ｂは逃げ面５に連なり、もう一方のシンニング面７ａは、シンニング部切れ刃３ｂ（シンニングによって生じる切れ刃）を生じさせてそのシンニング部切れ刃のすくい面となる。

図１０のシンニングは、切れ刃３を所定の芯上がり量（＝先端芯厚ｔの１／２）をもつ刃にするとともに、シンニング部７を、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面５側に入り込ませている。

これらのほかに、下記特許文献１，２が開示しているようなシンニング形状も提案されている。これらの特許文献が開示しているドリルは、図１０のシンニングと同様に、芯上がりの切れ刃を有するドリルのシンニング部を、ドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませてドリルの正面視で所定量オーバーラップさせたものであって、切れ刃側シンニング面と逃げ面側シンニング面が連なる部分（この発明では、溝底と言う）を凹曲面で形成することで先端中心部において生成される切屑の排出性を向上させている。
特開２００３−２６６２２５号公報 特開２００７−１０１１号公報

図８のＸ形シンニングは、切れ刃３をドリル中心Ｏに近づけてチゼルエッジの幅を縮めることができ、食い付き性や求心性を良くすることができるが、シンニング処理によって作り出される溝が小さいため先端中心部での切屑排出性に問題があり、切屑の噛み込みや詰まりが発生してスラスト（スラスト力）が上昇し、中心部切れ刃の欠損も起こる。

また、図１０のシンニング形状は、シンニング部に形成される溝が大きく、切屑排出性は改善されるが、中心部の強度を確保するために先端芯厚ｔを厚くする必要があり、チゼルエッジの幅Ｗが大きくなって求心性の低下、それによる穴の拡大や変形が起こり易い。剛性の低いロングドリルでは特に、その穴の拡大、変形の問題が顕著に現われる。

さらに、特許文献１，２が開示しているドリルは、シンニング部をオーバーラップさせ、なおかつ、溝底を凹曲面で形成して中心部での切屑排出性を高めているが、シンニング部のオーバーラップ量が小さすぎて（０〜０．１ｍｍが好ましいとしている）切屑排出性が高まり難い。ドリルの場合、中心部の切削速度は０に近く、切屑は切削と言うよりは押し潰されるような状況で生成されて反対側切れ刃の逃げ面と被削材との間に入り込もうとするため、シンニング部をドリル中心部でオーバーラップさせることと、シンニング部の溝底を凹曲面で形成することだけでは十分でなく、先端中心部での切屑詰まりが起き易い。特に、切削送りが高くなると切屑の厚みが増し、反対側切れ刃の逃げ面と被削材との間に噛み込まれ易くなる。その噛み込みが起こると溶着が起こってスラストが高まり、中心切れ刃部の欠損に結びつく。

要するに、従来の技術では、先端中心部も含めた刃先強度の確保とスラストの低減や求心性向上のためのチゼルエッジの縮小を両立させることができない。

そこでこの発明は、金属加工用ツイストドリルを改善の対象にして、そのドリルの先端中心部の刃先強度を維持しながらチゼルエッジを十分に小さくしうるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ドリル中心を間に挟んで片側と反対側にそれぞれ切れ刃を有し、さらに、各切れ刃に対応させた切屑排出溝と、チゼルエッジの幅を縮めるシンニング部を有するドリルにおいて、各切れ刃のシンニング部を、ドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませてドリルの正面視でシンニング部切れ刃が延びる方向に所定量オーバーラップさせ、さらに、前記切れ刃に刃先強化用のネガランドを形成し、そのネガランドの前記シンニング部切れ刃に沿った部分のドリル正面視での幅を主切れ刃に沿った部分の幅よりも大きくしてチゼルエッジの幅をネガランドによってさらに縮めた。
ここで言うシンニング部切れ刃は、シンニング処理によって生じる切れ刃を指し、また、主切れ刃は、切れ刃外端からシンニング部切れ刃までの範囲の切れ刃を指す。

なお、シンニング部のオーバーラップ量は、スラスト低減の効果を十分に引き出すために０．１ｍｍよりも大きくするのがよく、また、先端中心部の強度維持の面からそのオーバーラップ量の上限は１．０ｍｍにとどめるのがよい。

このほか、シンニング部の溝底（シンニングによって生じる切れ刃側シンニング面と逃げ面側シンニング面が交差する部分）を凹曲面で形成し、その凹曲面のＲ半径をシンニング部のオーバーラップ量よりも小さくすることや、シンニング部芯厚を０．０１２Ｄ（Ｄはドリル径）以上確保することも有用である。

また、最終的に得られるチゼルエッジの幅は、０〜０．１５ｍｍの範囲にあるのが良く、この発明のドリルは、シンニング部芯厚を０．０１２Ｄ以上確保してチゼルエッジの幅をその好ましい数値範囲内に納めることができる。

この発明のドリルは、切れ刃に沿って刃先強化用のネガランドを形成し、そのネガランドのシンニング部切れ刃に沿った部分のドリル正面視での幅を主切れ刃に沿った部分の幅よりも大きくしたので、シンニング部の芯厚を確保しながらチゼルエッジの幅を小さくすることができる。また、各切れ刃のシンニング部を、ドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側にオーバーラップさせて配置したのでシンニング部の溝が大きくなって切屑の排出性も良くなり、これらの相乗効果でスラストが低減される。また、チゼルエッジの幅を小さくしうるので、良好な求心性と食い付き性も確保できる。

以下、添付図面の図１〜図５に基づいてこの発明のドリルの実施の形態を説明する。図１に、この発明を適用するドリルの一例の全体を表す。このドリルは、シャンク２を有する本体部１の先端に一体の切れ刃３，３を設けたソリッド式のドリルである。切れ刃３，３は、ドリル中心Ｏ（図２参照）を間に挟んで片側と反対側にあり、中心対象形状をなしている。

本体部１には、各切れ刃に対応させた切屑排出溝（ねじれ溝）４，４を設けている。また、本体部１の先端中心部には、チゼルエッジ６の幅を縮めるシンニング部７，７を各切れ刃に対応させて設けている。

シンニング部７は、切れ刃側シンニング面７ａと逃げ面側シンニング面７ｂとの間に溝を生じさせる。このシンニング部７のシンニング面７ｂは、逃げ面５のヒール側を削って生じさせた面であって、ドリルの軸心に対して図７に示したαの逃げ角を付けている。そのシンニング面７ｂとシンニング面７ａとの交差部の溝底７ｃを半径Ｒ（図３参照）の凹曲面で形成している。

また、そのシンニング部７を、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませており、そのために、２つの切れ刃のシンニング部７，７は、ドリルの正面視（図２、図３）において、シンニング部切れ刃３ｂが延びる方向に所定量Ｙオーバーラップしている。

さらに、各切れ刃３，３には強化用の刃先処理を施しており、切れ刃３に沿ったネガランド（チャンファー面）８が存在する。切れ刃３は、主切れ刃３ａとシンニング処理によって生じて主切れ刃３ａの内端に連なったシンニング部切れ刃３ｂとからなり、その切れ刃３の全域に沿ってネガランド８を設けている。

このドリルは、シンニング部芯厚が不足すると先端中心部の強度が低下するので、シンニング部芯厚（シンニング処理を行う前の芯厚）ｔを０．０１２Ｄ以上確保するのがよい。
ところが、シンニング部芯厚を大きくするとチゼルエッジの幅が大きくなって求心性が悪くなる。チゼルエッジの幅Ｗを０〜０．１５ｍｍの範囲まで縮めると良好な求心性が得られるが、従来の対応ではその要求に応えられない。

その対策として、この発明では、図２に示すように、そのネガランド８のシンニング部切れ刃３ｂに沿った部分のドリル正面視での幅ｃｗ１を主切れ刃３ａに沿った部分の幅ｃｗ２よりも大きくしてチゼルエッジ６の幅Ｗを縮めた。

主切れ刃３ａとシンニング部切れ刃３ｂの刃先処理量を異ならせると、主切れ刃３ａの刃先処理量（主切れ刃はスラスト低減のために切れ味を重視する必要があるので、その処理量を自由に大きくすることはできない）にとらわれずにシンニング部切れ刃３ｂの刃先処理量を決定することができ、これにより、チゼルエッジ６の幅Ｗを所望の大きさになるまで縮めることが可能になる。チゼルエッジ６の幅Ｗは、ドリルの用途（被削材の材質や切削条件）に応じてネガランド８の傾斜角度γ（図４参照）や設置幅ｄを調整して適正な値にする。このように、主切れ刃３ａとシンニング部切れ刃３ｂの刃先処理量を異ならせてチゼルエッジ６の幅Ｗを縮めると、ドリルの製作に当たって従来品と同様の加工工程を採用することができ、コストアップに繋がることもない。なお、シンニング部切れ刃３ｂの刃先処理量は無制限に大きくし得るものではないので、シンニング部芯厚ｔは、上限を０．０２４Ｄ程度に抑えるとよい。

なお、シンニング部７、７をオーバーラップさせて配置すると、切屑が排出され易くなってスラストの低減につながる。シンニング部７、７のオーバーラップ量Ｙは、０．１ｍｍ以上あると良好な切屑排出性が得られるが、その量が大きすぎると先端中心部の強度が低下して好ましくないので、上限は１．０ｍｍにとどめるとよい。

また、シンニング部の溝底７ｃを、図２、図３に示すように凹曲面で形成することも切屑の排出性改善の効果をもたらすが、その溝底７ｃのＲ半径が大きくなるとドリル先端の逃げ面５が被削材に擦り付けられる部分の面積が大きくなってスラストが上昇するので、溝底７ｃのＲ半径も適切に設定する。そのＲ半径をシンニング部のオーバーラップ量Ｙよりも小さくしたものが加工の安定性が確保されて好ましかった。

以下に、性能評価のための実施例を示す。
図３の形状のシンニング処理を行った、外径φ＝８ｍｍの内部給油仕様の超硬ソリッド
ドリル（発明品）を製作した。このドリルの寸法諸元は、シンニング部のオーバーラップ量Ｙ＝０．３ｍｍ、シンニング部芯厚ｔ＝０．２ｍｍ、図５に示す主切れ刃部の刃先処理幅ｃｗ２＝０．１ｍｍ、ネガランドの傾斜角γ１＝−２５°、図４に示すシンニング部切れ刃部の刃先処理幅ｃｗ１＝０．１５ｍｍ、ネガランドの傾斜角γ＝−３５°、チゼルエッジの幅Ｗ＝０．０５ｍｍである。

比較のために、同一径の比較品のドリルも用意した。その比較品は、シンニング部切れ刃の刃先処理を主切れ刃の刃先処理と同じにしたもので、切れ刃の全域において刃先処理幅は０．１ｍｍ、ネガランドの傾斜角は−２５°になっている。また、チゼルエッジの幅は０．２５ｍｍである。

次に、この２種類のドリルを用いてＳ５０Ｃ（ＨＢ２３０）の被削材に止まり穴を加工した。そのときの切削条件は、切削速度Ｖ＝８０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、加工穴深さ６４ｍｍであり、加工は水溶性切削油を内部給油によって供給しながら行った。

この試験において、各ドリルでそれぞれ２穴加工後に１穴目、２穴目の各穴の穴径寸法と穴入口の真円度を測定した。穴径寸法は、図１１に示す３点マイクロメータによる測定（□が方向１、○が方向２）とし、穴入口２ｍｍの位置と、奥６０ｍｍの位置でそれぞれ２方向の寸法を測定した。また、穴入口の真円度は、穴入口２ｍｍの位置で測定を行った。その結果を図１２、図１３に示す。

この試験結果から、わかるように、比較品は、穴入り口部でうねりが発生して穴径が不安定になっている。これは食いつき時の求心性に劣るからである。これに対し、発明品は穴入口部、穴奥部のどちらでも穴径と穴の真円度が安定しており、求心性に優れることが
試験結果に現われている。

なお、この発明は、一般に多用されている直径がφ３ｍｍ〜５０ｍｍのドリルが主な適用対象になると考えられるが、φ５０ｍｍ以上のドリルにも適用できる。また、以上の説明はソリッドドリルを例に挙げて行ったが、この発明は、本体部の先端に着脱自在のヘッドピースや着脱自在の板状チップを取り付け、そのヘッドピースや板状チップに切れ刃やシンニング部を設けた刃先交換式ドリルにも適用できる。

この発明のドリルを示す側面図 図１のドリルの拡大正面図 図２の中心部を拡大して示す正面図 図３のＩ−Ｉ線部の刃先の拡大断面図 図２のII−II線部の刃先の拡大断面図 従来ドリルの一例を示す正面図 図６のドリルのヘッド部の側面図 図６のドリルの中心部（Ｘ形シンニング）を拡大して示す正面図 図７のIII−III線に沿った断面図 他のシンニングを施した従来ドリルの中心部を拡大して示す正面図 穴径測定方法の説明図 評価試験の結果（穴径測定データ）を比較して示す図表であり、（ａ）比較品、（ｂ）発明品 評価試験の結果（穴の真円度の測定データ）を比較して示す図であり、（ａ）比較品、（ｂ）発明品

符号の説明

１ 本体部
２ シャンク
３ 切れ刃
３ａ 主切れ刃
３ｂ シンニング部切れ刃
４ 切屑排出溝
５ 逃げ面
６ チゼルエッジ
７ シンニング部
７ａ、７ｂ シンニング面
７ｃ 溝底
８ ネガランド
Ｏ ドリル中心
ＣＬ 軸線
α シンニング部の逃げ角
β シンニング部の溝の広がり角
γ ネガランドの傾斜角
ｔ シンニング部芯厚
Ｗ チゼルエッジの幅
ｃｗ１ シンニング切れ刃部のネガランド幅
ｃｗ２ 主切れ刃部のネガランド幅
Ｒ 凹曲面で形成される溝底の半径
Ｙ シンニング部のオーバーラップ量

Claims (1)

1. ドリル中心（Ｏ）を間に挟んで片側と反対側にそれぞれ切れ刃（３）を有し、さらに、各切れ刃に対応させた切屑排出溝（４）と、チゼルエッジ（６）の幅（Ｗ）を縮めるシンニング部（７）を有するドリルにおいて、
   各切れ刃のシンニング部（７，７）を、ドリル中心（Ｏ）を越えて反対側切れ刃の逃げ面（５）側に入り込ませてドリルの正面視でシンニング部切れ刃（３ｂ）が延びる方向に所定量（Ｙ）オーバーラップさせ、さらに、前記切れ刃（３）に刃先強化用のネガランドを（８）を形成し、そのネガランド（８）の前記シンニング部切れ刃（３ｂ）に沿った部分のドリル正面視での幅（ｃｗ１）を主切れ刃（３ａ）に沿った部分の幅(ｃｗ２)よりも大きくしてチゼルエッジ（６）の幅（Ｗ）をネガランド（８）によってさらに縮めたことを特徴とする金属加工用ドリル。

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