JP2012056069A - ３枚刃ツイストドリル - Google Patents

Abstract

【課題】３枚刃ドリルについて、剛性低下を抑えながら切削抵抗を小さくし、切り屑排出性も向上させることを課題としている。
【解決手段】先端に設けるシンニング部７を、ドリル先端を直視した図において、前逃げ面８と二番面９との間に彎曲した稜線１２が形成される形状にし、そのシンニング部のシンニング開き角βを９０°以上、１００°以下に設定し、なおかつ、前逃げ面の設置領域角Ａと二番面の設置領域角Ｂの比Ａ／Ｂを１．５以上に設定した。
【選択図】図２

Description

この発明は、アルミニウム合金や鋳鉄等に対する高精度穴加工用として好適な３枚刃のツイストドリル、詳しくは、強度低下を抑えながら切削抵抗を小さくし、切り屑排出性も向上させた３枚刃ドリルに関する。

アルミニウム合金等の軟質材の穴あけ用工具として、下記特許文献１、２に開示されるような３枚刃のツイストドリルが知られている。このドリルでは、切れ刃設置点が１２０°分割となることから、先端に設けるシンニング部のシンニング開き角が８０°未満の設定となっている。

ここで言うシンニング開き角は、特許文献１については、同文献の図２に記載された溝部の角度（θ２）の部分を指す。また、特許文献２については、シンニング部の切れ刃側の縁に沿って径方向に延びだす直線と、前逃げ面と二番面（二番逃げ角を生じた面）との間に生じた稜線（ドリルの回転方向に向かって凸形に彎曲した稜線）に対して回転中心で接する接線とがなす角である。

このように、３枚刃ドリルにおいて、従来、先端のシンニング部のシンニング開き角を８０°未満に設定している理由は、図４に示すように、そのシンニング開き角を例えばβ１に設定すると、シンニング開き角βが８０°未満のときに比べて図４の斜線を入れた箇所でボディが余分に削り取られて切れ刃部のバックメタル量が減少し、２枚刃ドリルに比べて切れ刃設置点の分割角度が小さい３枚刃ドリルではバックメタル量が不足して強度面で問題が生じるからである。

特開平０８−３９３１９号公報 特開平０５−３０１１０８号公報

シンニング部は、先端の心厚を減少させ、スラスト低減の効果をもたらす。ところが、従来の３枚刃ドリルは、そのシンニング部のシンニング開き角が８０°未満に設定されているため、上述した二番面のワークに対する当たり（接触域）が大きく、スラストが高い。

また、シンニング開き角が小さいため、先端部に形成されるポケットが狭く、切屑がポケット面にきつく接触することによる流出抵抗の増加が起こるため、切り屑の排出性が悪い。

このスラトスの上昇及び切屑の流出抵抗の増加の問題を解消すると、切れ刃に加わる負荷が軽減されて刃先の損傷が減少し、耐久性が向上する。また、切屑の排出性が向上して加工の安定性や加工精度なども改善される。

そこでこの発明は、３枚刃ドリルについて、剛性低下を抑えながら切削抵抗を小さくし、切り屑排出性も向上させ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、３枚刃のツイストドリルを以下の通りに構成した。
先ず、切れ刃は、回転中心から外周に至る刃とした。また、先端に設けるシンニング部を、前逃げ面とシンニング部の設置によって生じる二番面との間にドリル回転方向に向って凸形に彎曲する稜線が形成される形状にし、そのシンニング部のシンニング開き角βを９０°以上、１００°以下に設定し、なおかつ、前逃げ面の設置領域角をＡ、二番面の設置領域角をＢとしてその両者の比Ａ／Ｂを１．５以上に設定した。

このドリルは、ランドの設置領域角θ１と外周のねじれ溝の設置領域角θ２の比θ２／θ１で表される溝幅比を０．３以上、１．０以下に設定したものが考えられる。

なお、ランドの設置領域角θ１、ねじれ溝の設置領域角θ２、シンニング開き角β、前逃げ面の設置領域角Ａ、二番面の設置領域角Ｂに関する定義についての説明は後に行う。

この発明のドリルは、シンニング部のシンニング開き角を従来の３枚刃ドリルよりも大きくしたので、ワークに対する二番面の当たりが小さくなる。そのために、スラストが低減され、切れ刃にかかる負荷が小さくなって刃先の損傷が抑制される。

また、シンニング開き角を大きくしたことによってポケットが拡大されて切屑の排出性も良くなる。従って、切屑の排出不良による加工の安定性低下や加工精度の低下も抑制される。

また、前逃げ面の設置領域角Ａと二番面の設置領域角Ｂの比Ａ／Ｂを１．５以上に設定したことで安定加工のための強度維持に必要な切れ刃部のバックメタル量も不足なく確保される。

この発明の３枚刃ドリルの一形態の要部を示す側面図 図１のドリルの正面図 この発明の３枚刃ドリルの他の形態を示す正面図 一般的なシンニング部を設けた３枚刃ドリルの一例を示す正面図

以下、添付図面の図１〜図３に基づいて、この発明の３枚刃ドリルの実施の形態を説明する。

この３枚刃ドリル（以下、単にドリルと称する）１は、シャンク２の先端に一体のボディ３を有し、そのボディ３に、３枚の切れ刃４と、３条のねじれ溝５と、各ねじれ溝間に形成されるランド６と、各切れ刃に付属させるシンニング部７と、前逃げ面８及び前逃げ面よりも逃げ角の大きい二番面９と、各ねじれ溝５に沿うマージン１０と、前逃げ面８と二番面９の境界付近に開口するオイルホール１１を備える。

例示のドリルは、先端角αが１６０°に設定されている。その値は一般的なドリルの先端角（１２０°前後）に比べると相当大きい。そのために、一般的なドリルに比べてスラストが大きくなりやすく、先端のシンニング処理の重要性がさらに増す。

ボディ３は、必要強度を確保し、同時に、溝幅比やシンニング部のシンニング開き角を適正範囲に設定しながらねじれ溝５の断面積も良好な切屑排出性が得られる値に設定することが要求される。ボディ３の心厚Ｗは、その点を考慮して過不足のない設計にする。

切れ刃４は、ドリル先端を直視した図において、内端側のラジアルレーキが正であり、内端から外端に向う途中の刃形がドリルの回転方向に凹となり、外端側でラジアルレーキが負になっている。この切れ刃４の内端は、先端のシンニング処理の影響によって回転中心近くにある。

ねじれ溝５は、ねじ角が１０°程度に設定されているが、そのねじれ角も特に制限されるものではない。

ランド６は、ヒール部近くの外周面にもマージンを有するいわゆるダブルマージンのランドであってもよい。このランド６の設置領域角θ１とねじれ溝５の設置領域角θ２の比で表される溝幅比θ２／θ１は、１．０以下に設定されている。

シンニング部７は、ドリル先端を直視した図において、前逃げ面８とシンニング処理によって生じる二番面９との間にドリル回転方向に向って凸形に彎曲する稜線１２が形成されるＲ形状のシンニングにしている。また、そのシンニング部７のシンニング開き角βを９５°に設定している。そしてさらに、前逃げ面８の図１に示す設置領域角Ａと二番面９の設置領域角Ｂの比Ａ／Ｂを１．５に設定している。

なお、ここで言うシンニング開き角などは、ドリル先端を直視した図１において以下の通りに定義する。
・シンニング開き角β：シンニング部７の切れ刃側の縁に沿って径方向に延びだす直線Ｌ１と、前逃げ面８と二番面９との間の稜線１２に対して回転中心Ｏで接する接線Ｌ２がなす角。
・前逃げ面８の設置領域角Ａ：回転中心Ｏとリーディングエッジ１３を結ぶ直線Ｌ３と、回転中心Ｏと稜線１２の径方向外端とを結ぶ直線Ｌ４がなす角。
・二番面９の設置領域角Ｂ：回転中心Ｏと稜線１２の径方向外端とを結ぶ直線Ｌ４と、回転中心Ｏとヒール１４とを結ぶ直線Ｌ５がなす角。
・ランド６の設置領域角θ１：回転中心Ｏとリーディングエッジ１３とを結ぶ直線Ｌ３と、回転中心Ｏとヒール１４とを結ぶ直線Ｌ５がなす角（＝Ａ＋Ｂ）。
・ねじれ溝５の設置領域角θ２：回転中心Ｏとリーディングエッジ１３とを結ぶ直線Ｌ３とドリル回転方向前方のランドのヒールとを結ぶ直線Ｌ５がなす角（＝１２０−θ１）。

前掲の特許文献２のドリルは、溝幅比を１．３〜１．７に設定しているが、その構造では、シンニング部のシンニング開き角が小さくも切れ刃部のバックメタル量が減少し、高負荷切削に耐える強度の確保が難しい。

これに対し、溝幅比θ２／θ１が１．０以下に設定されたものは、１．０以上に設定されたものに比べてランド６の寸法が大きくなるため、シンニング開き角βを大きくすることができ、切れ刃部のドリル回転方向後方に強度面で問題のないバックメタル量を確保することが可能になる。

この発明のドリルは、このようにして必要強度を確保しながらシンニング開き角βを９０°以上に設定しており、それにより、スラストが低減され、また、シンニング処理で生じる先端のポケットが拡大して切屑の排出性もよくなる。

なお、溝幅比θ２／θ１は、強度確保の面ではその値が小さいほどよいが、その値が小さすぎるとねじれ溝５の幅が不足して切屑の排出に支障をきたす。一方、その値が大きすぎるとランド６が小さくなって強度面で問題がでる。切屑の排出性と強度の両面を考えたときの溝幅比は、０．３以上、１．０以下が適当と考えられる。

例示のドリルは、その値θ２／θ１を０．８に、心厚Ｗを０．３Ｄ（Ｄ＝ドリル直径）にそれぞれ設定しており、切削振動が起こり難い強度と加工に支障のない切屑排出性が得られた。

オイルホール１１は、シャンク２の後端に開口しており、シャンク後端からボディ中心を通ってボディ３の先端付近まで延び、そこから３方に分岐して各分岐孔が３箇所の前逃げ面に開放する。これは周知の構成の孔であり、クーラント供給の要求に応じて設けられる。

図３は、この発明のドリルの他の形態である。このドリルは、ボディ３の先端部の心厚を０．６Ｄに、溝長後端での心厚を０．７Ｄに、また、溝幅比を０．７に、シンニング開き角を９０°に、前逃げ面８と二番面９の設置領域角の比Ａ／Ｂを４にそれぞれ設定し、同一ランドにマージン１０を２箇所形成している。その他の構成は、図１，２のドリルと変わるところがない。

直径Ｄ＝φ１２ｍｍ、溝長Ｌ＝１３０ｍｍ、心厚Ｗ＝０．３Ｄ、溝幅比θ２／θ１＝０．８、シンニング開き角β＝９５°、前逃げ面と二番面の設置領域角の比Ａ／Ｂ＝１．５の、図１、図２に示した形状の３枚刃ドリル（発明品）を試作した。
また、比較のために、先端にシンニング開き角β＝８０°のＸ型シンニングを施し、その他の諸元は発明品と同一にした図４に示す形状の３枚刃ドリル（比較品１）も試作した。

そしてその発明品と比較品１を用いて、鋳抜き穴の仕上げ加工を以下の条件下で行った。その結果、発明品は、比較品１に比べてスラスト値が約３０％低下した。
・切削条件
被削材：アルミニウム合金
切削速度Ｖ：２００ｍ／ｍｉｎ
送りｆ ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切削形態 ：ウエット

また、先端のＸ型シンニングのシンニング開き角βを発明品１と同じ９５°にした比較品２を準備し、発明品とその比較品２の剛性を比較した。その剛性は、上記加工での切削振動を測定してその振動の大小で判定した。その結果、発明品は比較品２よりも切削振動が小さく、シンニング部の形状が剛性を左右することを確認した。

１ ３枚刃ドリル
２ シャンク
３ ボディ
４ 切れ刃
５ ねじれ溝
６ ランド
７ シンニング部
８ 前逃げ面
９ 二番面
１０ マージン
１１ オイルホール
１２ 稜線
１３ リーディングエッジ
１４ ヒール
α 先端角
θ１ ランドの設置領域角
θ２ ねじれ溝の設置領域角
Ａ 前逃げ面の設置領域角
Ｂ 二番面の設置領域角
β シンニング開き角
Ｗ 心厚
Ｌ１ シンニング部の切れ刃側の縁に沿って径方向に延びだす直線
Ｌ２ 前逃げ面と二番面との間に形成される稜線に対して回転中心で接する接線
Ｌ３ 回転中心とリーディングエッジとを結ぶ直線
Ｌ４ 回転中心と前逃げ面と二番面との間に形成される稜線の径方向外端とを結ぶ
直線
Ｌ５ 回転中心とヒールとを結ぶ直線
Ｏ 回転中心

Claims (2)

1. 回転中心（Ｏ）から外周に至る切れ刃（４）を備えた３枚刃のツイストドリルであって、
   先端に設けるシンニング部（７）を、ドリル先端を直視した図において、前逃げ面（８）とシンニング部の設置によって生じる二番逃面（９）との間にドリル回転方向に向って凸形に彎曲する稜線（１２）が形成される形状にし、そのシンニング部（７）のシンニング開き角（β）を９０°以上、１００°以下に設定し、なおかつ、前逃げ面の設置領域角（Ａ）と二番面の設置領域角（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）を１．５以上に設定した３枚刃ツイストドリル。
   ここに、
   ・シンニング開き角（β）：シンニング部の切れ刃側の縁に沿って径方向に延びだす直線（Ｌ１）と、前逃げ面（８）と二番面（９）との間に形成される前記稜線（１２）に対して回転中心（Ｏ）で接する接線（Ｌ２）がなす角。
   ・前逃げ面（８）の設置領域角（Ａ）：回転中心（Ｏ）とリーディングエッジ（１３）とを結ぶ直線（Ｌ３）と、回転中心（Ｏ）と前記稜線（１２）の径方向外端とを結ぶ直線（Ｌ４）がなす角。
   ・二番面の設置領域角（Ｂ）：回転中心（Ｏ）と前記稜線（１２）の径方向外端とを結ぶ前記直線（Ｌ４）と、回転中心（Ｏ）とヒール（１４）とを結ぶ直線（Ｌ５）がなす角。
2. 溝幅比（θ２／θ１）を０．３以上、１．０以下に設定した請求項１に記載の３枚刃ツイストドリル。
   ここに、
   ・溝幅比（θ２／θ１）：ランド（６）の設置領域角（θ１）とねじれ溝（５）の設置領域角（θ２）の比

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