JP2012016814A

JP2012016814A - 穿孔工具

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Publication number: JP2012016814A
Application number: JP2011144238A
Authority: JP
Inventors: Thomas Mack; マックトマス; Tamir P Sherif; パトリックシェリフタミル
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102310216B; JP5820636B2; CN102310216A; DE102010026271B4; KR20120004331A; DE102010026271A1; FR2962355A1; US9073128B2; BRPI1103648A2; US20120009034A1

Abstract

【課題】穿孔工具を提供する。
【解決手段】本発明は、支持シャンク（２）と、前記支持シャンク（２）に嵌着され、支持ランド（１２）と前記支持ランド（１２）に追従するガイドランド（２３）を有するガイドリップ（１０）および追従するクリアランス部（１４）を有するクリアランスリップ（１３）の２つに分かれる非対称の主リップ（１５）を有する交換可能な切削チップ（３）を備える穿孔工具（１）であって、前記支持シャンク（２）の側面にガイドランド（２８）と支持ランド（２９）が形成され、前記ガイドランド（２８）と前記支持ランド（２９）は、前記切削チップ（３）の前記ガイドランド（２３）と前記支持ランド（１２）のそれぞれを連続的に延ばし、これに加えて、穿孔作業中、穿孔の内壁上で前記穿孔工具（１）を案内する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械加工生産方法において、被加工物に回転対称、特に円筒形の穴を形成できる工具、すなわち穿孔工具に関する。

このような穿孔工具には、単一部品型設計と複数部品型設計のどちらもありうる。支持シャンクと支持シャンクに交換可能に嵌着される切削チップで、すなわち２つの主要構成要素で構成される、複数部品型穿孔工具が特に一般的である。複数部品型穿孔工具には、とりわけ、摩耗または損傷が生じた場合に、穿孔工具全体を交換する必要がなく、関係する構成要素だけを交換すればよいという利点がある。本明細書で説明する発明は、まさにこのタイプの穿孔工具に基づく。

被加工物の仕上げ削り中は特に、高い機械加工品質が望まれる。穿孔工具の場合、同心旋回特性が優れていることは、それに対応して高い機械加工精度を得るための必須条件である。

この点で非常に有利な穿孔工具の実施形態は、本出願人による独国特許出願公開第１０２００６０２５２９４Ａ１号明細書に開示されている。前記文献は、穿孔領域または穿孔ヘッドを有する単一部品型穿孔工具を開示しており、この穿孔工具では、穿孔領域内または穿孔ヘッド上における穿孔の内壁上で穿孔工具を案内する要素が、中心縦軸を中心としたその回転に関して非対称に構成される。このような非対称性により、不利な振動共鳴、「びびり」を防止することができる。

本出願人による現時点で未公開の独国特許出願第２００９０１２７２５号明細書は、工具シャンクとそこに固定できる切削チップで構成される穿孔工具に関する。このような２部品型穿孔工具において、切削チップは単一部品型穿孔工具の工具ヘッドの機能を果たし、したがって、２部品型穿孔工具の切削要素と案内要素を担持する。穿孔ヘッドを非対称の構成とする基本的原理は、２部品型穿孔工具のモジュール式構造にも適用されている。

独国特許出願公開第１０２００６０２５２９４Ａ１号明細書独国特許出願第２００９０１２７２５号明細書欧州特許第１４７６２６９Ｂ１号明細書欧州特許第１６４８６４２Ｂ１号明細書

以上のことから、本発明の目的は、冒頭に記したタイプであって、さらに改善された同心旋回特性を有する穿孔工具を設計することである。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴の組み合わせによって、発明性のある方法で実現される。従属項は、本発明の有利な発展事項を部分的に含み、また本発明の、それ自体で発明性のある発展事項を部分的に含む。

本発明の教示にしたがって作製される穿孔工具においては、交換可能な切削チップが支持シャンクに嵌着される。エンドユーザ向け市場には別々に提供されることになっている主要構成要素はどちらも、１つの部品片からも、複数の部品からも作製できる。切削チップは、ガイドリップとクリアランスリップ（ｃｌｅａｒａｎｃｅｌｉｐ）の２つに分かれる非対称の主リップを有する。ガイドリップには支持ランドと、支持ランドに追従するガイドランドが設けられる。クリアランスリップはクリアランス部へと続く。ガイドランドと支持ランドは、支持シャンクの側面にも同様に相補的な方法で設けられる。前記ガイドランドと支持ランドは、切削チップ上のそれぞれのガイドランドとそれぞれの支持ランドを連続的に、したがって、製造誤差の限度内で、シームレスに延ばす。ランドが切削チップから支持シャンクへと延びることの結果として、穿孔工具は穿孔作業中、穿孔の内壁上で、切削チップの領域だけでなく、支持シャンクの領域においても案内され、その結果、穿孔工具の同心旋回特性がさらに改善される。切削チップから支持シャンクへと続き、リップに割り当てられる支持ランドも、ガイドランドも両方とも、支持シャンクの領域における案内要素としての役割を果たす。支持シャンクの領域内のランドの効果は、別の種類の回転工具の案内要素の効果に匹敵する。

好ましい実施形態によれば、ガイドランドと支持ランドは、その間に存在する二次的逃げ面を画定する。このようにして、主リップの２つの部品の位置に関する、したがって、部分的なリップを画定する２つのリップコーナの位置に関するガイドランドの外周の有効領域を、ランドの特徴幅（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗｉｄｔｈ）とは関係なく変化させる、すなわち、前記有効領域を穿孔工具の断面の円周上の円（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｉｒｃｌｅ）の上で変位させることが可能である。穿孔工具は、したがって、その回転運動に関して、特に簡単な方法でバランスをとることができる。

上記に加え、これに関連して、ガイドランドと支持ランドの特徴幅は、相互に関係なく迅速に確定することができ、これは、支持ランドの特徴幅は実質的に、支持されるべきリップの予想される負荷に依存し、その一方でガイドランドの特徴幅は、同心旋回特性を最適化するためのものであるからである。

上記に加え、ガイドランドに加えて支持ランドと２つのリップコーナが穿孔作業中に穿孔の内壁上で穿孔工具を案内する実施形態が有利である。この場合、これらの案内要素は、好ましくは、穿孔工具の仮想の円周上の円の上に、すべての要素を連結する最も小さい円周の弧が１８０°より大きい角度を画定するように配置される。したがって、穿孔工具を、非対称の構成であるにもかかわらず、穿孔の中で、できるだけ遊びのない状態で、半径方向にセンタリングされた方法で案内することが可能である。上記に加え、二次的なリップを設置することができ、この二次的なリップは軸方向にリップコーナと隣接し、同様に穿孔工具の案内を助ける。さらに、追加の案内および支持効果を有するランドを、たとえばクリアランスリップと隣接する二次的リップの横に設置することも想定できる。

本発明による穿孔工具は主として、機械用の穿孔工具チップとして作製されるため、通常、支持シャンクに締着領域が設けられ、前記締着領域は、機械に穿孔工具を連結するためのチャックに締着される。多くの場合、この締着領域は、円筒形の穿孔工具ブランクの機械加工されない領域に対応し、したがって、直径は均一である。支持シャンクの機械加工された、または縦溝付の領域は、実際の工具として切削チップと相互作用し、用途に応じて、中心縦軸に沿ってその半径方向の範囲を変化させることができる。

支持シャンクにおける切削チップと直接隣接する縦溝付領域は直径が一定で、その後、締着領域の方向においてテーパが付けられている実施形態が好ましく、呼び径を１％から２％小さくすることが完璧に適当であると考えられる。切削チップと直接隣接する、一定の直径のその縦溝付領域は、その案内要素とともに、切削チップ上の案内要素を支持する。この支持領域の軸方向の範囲は、たとえば、穿孔工具を使って形成されることになっている所期の穿孔の深さに合わせて決定することができる。この場合、考慮に入れる必要のある点として、一方では、できるだけ正確に穿孔工具が案内されるようにするべきであり、支持領域の範囲を増大させることがその案内に有利な影響を与えるのに対し、他方では、案内要素と穿孔の内壁の間には、支持領域の範囲の増大とともに増加する、素材の摩耗につながる摩擦を低い程度に抑えることが望ましいという事実がある。これに関連して、支持領域を縦溝付領域の軸方向の長さに関して最大５０％に制限することが非常に好都合であることがわかった。

上記に加え、穿孔工具に縦溝が螺旋状に作り込まれると有利である。この場合、焦点は効率的な切りくずの処理に当てられる。そのため、切削されるべき素材に応じて、縦溝の螺旋角度を、軸方向に変更可能に設計することが有益かもしれない。

しかしながら、好ましい実施形態によれば、切りくず生成は実質的に、切削チップにおける２つの切りくずスペースにおいて行われる。これらの切りくずスペースは、切りくず生成表面を含み、切削チップの一体部分である。主リップの両方の部品に、それぞれの切りくずスペースが割り当てられ、切りくずスペースは主リップのその部品に続き、主リップの部品は、今度は、支持シャンク上の縦溝によって連続的に延ばされる。

切削チップの非対称の形態のために、２つの切りくずスペースも同様に、相互に異なる形状を有する。切りくずの処理を促進するために、各々の切りくずスペースのそれぞれの形状は、好ましくは、支持シャンク上の対応する縦溝によって継続され、連続的に延ばされる。

すでに冒頭に記したように、主要構成要素、すなわち、２部品型穿孔工具の支持シャンクと切削チップは、今度は、複数の部品から作製することができる。これは、たとえば、切削要素および／または案内要素が特殊な材料から作製される予定である場合に有利であるかもしれず、これは、それによって主要構成要素全体を一般的にはより高い等級の材料から作製する必要がなくなるからである。上記に加え、それによって、切削要素および案内要素のために各種の材料を使用し、したがって、これらを具体的な用途に応じて組み合わせることも可能となる。たとえば、これによって、具体的な所期の用途に合わせて、完全に高速度鋼だけで作製された穿孔工具を使用することができ、あるいは切削要素および／または案内要素を各々、たとえば高速度鋼、セラミックまたは陶性合金等の特殊な材料で作製して、単純な工具用鋼材から作製された穿孔工具の母体に固定することができる。この場合、固定のタイプ、たとえば現場での接着接合または現場でのろう付けが、使用する材料に応じて決定される。

工具の個々の部品に異なる材料を使用することに加え、工具の特性を改善するために、各種のその後の処理を行うこともまた適当である。これに関連して、個々の領域または機能要素に対して、特別にその後、処理または改善を施すことができる点を特に強調するべきである。たとえば、研削または研磨によって縦溝の表面を平滑化することは、切りくずの処理にとって有利である。案内要素についての生産工程における類似のステップも同様に適当である。この場合、したがってスライド能力が改善され、その結果、今度は、摩擦の程度が低くなる。最後に、穿孔工具あるいは、他の個々の領域または機能要素を硬化させるか、コーティングすることも可能である。コーティングは、この場合、穿孔工具の母体の材料とは異なる特殊材料から切削要素および／または案内要素を別々に作製する代わりに行うことも、それに加えて行うこともできる。したがって、高速度鋼、セラミックまたは陶性合金等の材料はコーティングにも適している。

本発明による穿孔工具を斜視図で示す。本発明による穿孔工具を側面図で示す。本発明による穿孔工具を平面図で示す。本発明による切削チップを側面図で示す。本発明による切削チップを斜視図で示す。本発明による切削チップを平面図で示す。

本発明を、実施形態の例を参照しながらさらに説明する。

すべての図において、相互に対応し合う部品には同じ参照記号を付した。

本発明による穿孔工具１が、図１の斜視図、図２の側面図、および図３の平面図で示されている。前記穿孔工具１は、支持シャンク２と、支持シャンク２に嵌着される切削チップ３から構成される。軸方向４において、支持シャンク２は基本的に２つの異なる機能領域、すなわち、穿孔工具１を機械に連結するためのチャック（図示せず）に締着される、一定の直径の円筒形締着領域５と、その半径方向の最大範囲が軸方向４において変化し、切削チップ３とともに実際の切削工具として機能する縦溝付領域６を有する。

縦溝付領域６における締着領域５から遠い方の端には切削チップ３が配置され、切削チップ３は、図４から図６において各種の視点から単独で見ることができる。簡単な言葉で言えば、切削チップ３は、切削チップ３に一体的に形成された固定ピン７を支持シャンク２の端面の中央陥凹部に挿入し、切削チップ３の外周に配置された２つのローブ８を、支持シャンク２に対して切削チップ３を回転させることを前提として突出部に対応するように支持シャンク２に形成された受容部９の中に押し込むことによって、支持シャンク２に固定される。この固定方法の詳細は、本出願人による欧州特許第１４７６２６９Ｂ１号明細書から知ることができる。同特許文献の全体の内容は、明示的に引用される。

切削チップ３の構成、特に切刃の形状も同様に、本出願人の発明に基づく。これらの発明は独国特許出願公開第１０２００６０２５２９４Ａ１号明細書および、前述の未公開の独国特許出願第２００９０１２７２５号明細書に記載されている。これらもまた明示的に引用される。

したがって、切削チップ３は非対称の主リップ１５を有し、主リップ１５は、支持ランド１２と支持ランド１２に追従するガイドランド２３を有するガイドリップ１０と、追従するクリアランス部１４を有するクリアランスリップ１３の２つに分かれる。ここで留意すべき点として、見方によっては、２部品型主リップ１５と言う代わりに、チゼルエッジ１６によって相互に連結される２つの主リップＡ、Ｂと言うこともできる。どちらの言い方も、これに対応する技術文献では一般的である。

この実施形態の例では、主リップ１５の非対称性は、主リップ１５の一方の部品を、その対称位置に対して角度α、ここでは約１３°だけずらすことによって実現されている。この対称位置は、この場合、主リップのもう一方の部品に関する、主リップの一方の部品を穿孔工具１の中心縦軸１７を中心に想像上で１８０°回転させることによって、主要リップのもう一方の部品と合同で重なり合うような位置に対応する。しかしながら、主リップの２つの部品の端部切刃の形状には、関係のある相違が見られず、各々、隣接する機械加工された先端シンニング部１８によって実質的に特徴づけられる。

切削チップ３の非対称の設計は、設けられている別の切削および案内要素によっても一貫して継承される。二次的リップ２１は、リップコーナ２０と軸方向４に隣接し、前記リップコーナ２０は外周上で主リップ１５の２つの部品を、各々の場合において半径方向１９に画定する。両方の二次的リップ２１にそれぞれの支持ランド１２、２２が割り当てられる。ガイドランド２３は、ローブ８の外周上に一体的に形成され、ローブ８は主逃げ面２４を介してガイドリップ１０に連結される。このガイドランド２３の特徴幅は、２つの支持ランド１２、２２より有意に大きい。切削チップ３における切削または案内効果を持たない他の外周または二次的逃げ面２５はすべて、その半径方向の範囲が、切削チップ３の二次的リップ２１またはランド１２、２２、２３に対して縮小されている。このようにして、穿孔工具１の傾斜（ｃａｎｔｉｎｇ）または焼き付き（ｓｅｉｚｉｎｇ）の危険性が低く保たれる。

３つの案内用ランドは、支持シャンク２にも同様に設けられる。これらはガイドランド２８と２つの支持ランド２７、２９である。前記ランドはこれらに対応する切削チップ３のランド１２、２２、２３と相補的であり、連続的展開形状を形成する。相互作用により、切削チップ３と支持シャンク２のガイドランド２３、２８と支持ランド１２、２２、２７、２９はしたがって、穿孔作業中、穿孔の内壁上で穿孔工具１を案内する。切削チップ３と同様に、半径方向の範囲が小さい二次的逃げ面３０が支持シャンク２のランド２７、２８、２９の間に設けられる。支持シャンク２における穿孔工具１を能動的に案内する領域は、この実施形態の例において、縦溝付領域６における切削チップ３と隣接する最初の概ね３分の１のところに対応する。その３分の１のところにおいて、支持シャンク２の半径方向の範囲は一定である。その後、前記支持シャンク２は、軸方向４においてテーパが付けられる。支持シャンク２の案内領域の外では、ガイドランド２８と支持ランド２７、２９は技術的機能を持たず、そのため、そこではそれらの形状を、たとえば生産工程を単純化するという利益のために、変えることができる。

さらに、切削チップ３の非対称の構成には、２つの切りくずスペース３１の形状が非常に重要である。１つの切りくずスペース３１は各々、切削チップ３の中に、主リップ１５の１つの部品の各々につながるように作り込まれる。切りくずは、穿孔作業中、切りくずスペース３１の中で生成される。切りくずスペース３１の壁は、したがって、切りくず生成表面を形成する。切りくず処理をできるだけ有効に行うために、支持シャンク２に形成された縦溝３２は、その構成が、切りくずスペース３１に合わせて決定される。このようにして、縦溝３２はまた、切りくずスペース３１を軸方向４に、連続的かつ、製造誤差を別にして、シームレスに延ばす。切りくずスペース３１および、したがって縦溝３２の非対称の設計は、今度は、主リップ１５の非対称性と、そこから生じる角度α、この実施形態の例では約１３°から実現されている。これに対応する主リップ１５の角度αのずれは、支持工具において、これに対応して縦溝が角度αの大きさだけ連続的に調整されることによって補償される。冷却路の出口開口部３３が、支持シャンク２の縦溝３２へと開放している。これらの冷却路は、穿孔行程中に、穿孔の中に冷却潤滑剤を導入する役割を果たす。その出口開口部３３が縦溝３２の中へと開放しているようなこの冷却路の構成は、本出願人の欧州特許第１６４８６４２Ｂ１号明細書の主旨であり、これは明示的に引用される。

要約すれば、本発明により、切削チップ３が希望に応じたどのような非対称の構成であっても、これに対応して決定された支持シャンク２と組み合わせることが可能となり、この場合、支持シャンクには、同様に穿孔工具の同心旋回挙動を制御し、それによって改善する案内要素が設けられている。

１穿孔工具
２支持シャンク
３切削チップ
４軸方向
５締着領域
６縦溝付領域
７固定ピン
８ローブ
９受容部
１０ガイドリップ
１２支持ランド
１３クリアランスリップ
１４クリアランス部
１５主リップ
１６チゼルエッジ
１７中心縦軸
１８先端シンニング
１９半径方向
２０リップコーナ
２１二次的リップ
２２支持ランド
２３ガイドランド
２４主逃げ面
２５二次的逃げ面
２７支持ランド
２８ガイドランド
２９支持ランド
３０二次的逃げ面
３１切りくずスペース
３２縦溝
３３出口開口部
Ａ主リップ
Ｂ主リップ
α 角度

Claims

支持シャンク（２）と、
前記支持シャンク（２）に嵌着され、支持ランド（１２）と前記支持ランド（１２）に追従するガイドランド（２３）を有するガイドリップ（１０）および追従するクリアランス部（１４）を有するクリアランスリップ（１３）の２つに分かれる非対称の主リップ（１５）を有する交換可能な切削チップ（３）を備える穿孔工具（１）であって、
前記支持シャンク（２）の側面にガイドランド（２８）と支持ランド（２９）が形成され、前記ガイドランド（２８）と前記支持ランド（２９）は、前記切削チップ（３）の前記ガイドランド（２３）と前記支持ランド（１２）のそれぞれを連続的に延ばし、これに加えて、穿孔作業中、穿孔の内壁上で前記穿孔工具（１）を案内する、穿孔工具（１）。
前記ガイドランド（２３、２８）と前記支持ランド（１２、２９）は、それらの間に二次的逃げ面（２５、３０）を画定する、請求項１に記載の穿孔工具（１）。
前記ガイドランド（２３、２８）と前記支持ランド（１２、２９）の特徴幅は相互に異なる、請求項１または請求項２に記載の穿孔工具（１）。
前記ガイドランド（２３、２８）と前記支持ランド（１２、２９）の両方および、前記クリアランスリップ（１３）と軸方向（４）に隣接し、支持ランド（２２、２７）が設けられた領域は、前記穿孔作業中、前記穿孔の内壁上で前記穿孔工具を案内する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の穿孔工具（１）。
前記支持シャンク（２）は、前記切削チップ（３）と隣接する縦溝付領域（６）および前記縦溝付領域（６）と隣接する締着領域（５）の２つに分かれ、
前記縦溝付領域（６）は、前記切削チップ（３）から一定の直径を有し、前記締着領域（５）と隣接する前記縦溝付領域（６）の端部では、直径においてテーパが付けられている、請求項１または請求項４に記載の穿孔工具（１）。
前記縦溝付領域（６）の軸方向の長さに関して、前記縦溝付領域（６）の最大５０％が一定の直径を有する、請求項５に記載の穿孔工具（１）。
前記縦溝付領域（６）の縦溝（３２）は螺旋構成であり、螺旋角度が変化する、請求項５または請求項６に記載の穿孔工具（１）。
前記切削チップ（３）には２つの切りくずスペース（３１）が設けられ、前記支持シャンク（２）には前記切りくずスペース（３１）の形状を連続的に延ばす２つの縦溝（３２）が設けられる、請求項１または請求項７に記載の穿孔工具（１）。
前記切削チップ（３）の２つの前記切りくずスペース（３１）は異なる形状であり、前記支持シャンク（２）の２つの前記縦溝（３２）は前記切りくずスペース（３１）の異なる前記形状を連続的に延ばす、請求項８に記載の穿孔工具（１）。
前記支持シャンク（２）と前記切削チップ（３）のそれぞれに適応され、前記ガイドランド（２３、２８）をそれぞれ有する別々の案内要素は、前記支持シャンク（２）と前記切削チップ（３）の上に接着剤で接合されるか、またはろう付けされ、特殊な材料からなる、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の穿孔工具（１）。
前記ガイドランド（２３、２８）または前記案内要素はコーティングされる、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の穿孔工具（１）。