JP2014504559A - 穿孔工具及び穴の作製方法 - Google Patents

Abstract

特に複合材に穴を作製するための穿孔工具であって、先端(3)と、穿孔工具の長手軸(7)の方向に視て先端(3)の反対側に配置されるシャフト(5)とを有し、穿孔工具(1)が、先端(3)の領域に少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃を備え、先端(3)から長手方向に視て先端(3)の後方に拡径部(23)を有し、穿孔工具(1)が、拡径部(23)の前方にある第1の直径を有する第1の領域(25)と、拡径部(23)の後方にある第2の直径を有する第2の領域(27)とを有し、第2の直径が第1の直径よりも大きい穿孔工具を提案する。穿孔工具(1)は、幾何学的に特定されない切刃により被加工材を加工する場合の切屑形成に相当する切屑形成が被加工材を加工する際に拡径部(23)の領域内及び/又は第2の領域(27)内で起こるように拡径部(23)及び/又は第2の領域(27)が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項1のプリアンブルに基づく穿孔工具及び請求項21のプリアンブルに基づく穴の作製方法に関するものである。

特に複合材に穴を作製するための穿孔工具及び方法が知られている。材料複合材は、異なる材料の少なくとも二つの層から成る。この場合、少なくとも一つの層は繊維強化プラスチック、特に炭素繊維強化プラスチック(CFK)から成るのが好ましい。少なくとも一つの第2の層は金属、特にアルミニウム又はチタンから成るのが好ましい。このような複合材は、特に、できるだけ小さな重量で大きな荷重を伝達すべき場所で用いられる。これは、例えば飛行機構造における例えば構造部材間の結合部位又はその他の大きな荷重のかかる部位であり得る。それゆえ、複合材はとりわけ航空産業において利用されるが、決して航空産業だけで利用されるのではない。スタックとしても知られる複合材では、異なる材料層がそれぞれ異なる固有切削特性及びその他の物理的パラメータを示すので、個々の層で直径が十分正確に定まる穴を作製するのはほとんど不可能であることが分かった。特に個々の素材の弾性が相違していると、異なる層を通って延びる穴はそれぞれの層で同じ直径を有していない。この場合、特に公差の狭い穴は、少なくとも一つの層で公差から外れる可能性がある。最初に穴を比較的小さな寸法で前穿孔し、その後、既知のやり方で最終寸法へと拡孔して完成させる場合でさえ、個々の材料層での直径の誤差が観察される可能性があり、これは、特に公差が非常に狭い穴の場合に差し障りがある。さらに、このような方法に関して、この場合に二つの作業工程が生じることが不利である。さらに、拡孔に関して、典型的な拡孔工具には小さな切屑用スペースしかないのに対し、複合材はたいてい切削の際に長い切屑が生じる靱性層を含んでいるという問題がある。これは、例えばアルミニウムの場合にそうである。特に、拡孔すべき穴の直径が小さいと、長い切屑が拡孔工具の切屑用スペースを詰まらせる可能性があり且つ/又は穴の表面を傷つける可能性がある。同じ問題がドリルリーマ、つまり穿孔工具と拡孔工具を組み合わせたものでも発生する。この場合、一般に切屑用スペースは純粋な拡孔工具の場合よりもずっと小さい。

したがって、本発明の課題は、特に複合材に穴を作製するための、前述の欠点を回避する穿孔工具及び方法を提供することである。特に、狭い公差内で一貫して直径が一定の穴を複合材に作製し得るべきである。この穴は一つの作業工程だけで作製し得るべきであり、穿孔工具は、非常に研削性の良い材料、例えばCFKのような繊維強化材料においても長い耐用期間を有すべきであり、つまりほとんど磨滅をなくすべきである。

この課題は、請求項1の特徴を有する穿孔工具を提供することによって解決される。この穿孔工具は、先端と、穿孔工具の長手軸の方向に視て先端の反対側に配置されるシャフトとを含んでいる。この穿孔工具は、先端の領域に少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃を備えている。長手軸の方向に視て先端の後方には拡径部が設けられ、この工具は、拡径部の前方にある第1の直径を有する第1の領域と、拡径部の後方にある第2の直径を有する第2の領域とを有している。これに関し、第2の直径は第1の直径よりも大きい。この穿孔工具は、拡径部及び/又は第2の領域が、幾何学的に特定されない切刃により被加工材を加工する場合に形成される切屑に相当する切屑が被加工材を加工する際に拡径部の領域内及び/又は第2の領域内で形成されるように形成されていることを特徴とする。つまり、この穿孔工具を用いて被加工材に穴を開けると、前述の領域内で研磨又は研ぎのような加工が行われることが好ましい。これにより、特に靱性材料において、場合によっては穿孔工具の切屑用スペースを詰まらせるかもしれず且つ/又は穴の表面を傷つけるかもしれない長い切屑が形成される可能性はない。そのうえ、前述の領域内では、複合材の異なる層は、これらの層の異なる弾性又はその他の異なる特性、特に切削特性が、加工後の穴の不揃いな直径として現れるようには作用しなくなるように加工される。この穿孔工具は、CFKのような非常に研削性の良い材料においても耐用期間が長い。

好ましくは、切屑が相応に形成されるように第1の直径と第2の直径の差が選択されている穿孔工具である。拡径部の領域内及び好ましくは第2の直径の領域内では第1の直径で前加工された穴壁からもはや小さな好ましくは粉塵状の粒子しか除去されないように、第2の直径が第1の直径と相違する値が選択されることにより、長い又は大きな切屑の形成が回避される。つまり、第1の直径の領域によって前加工された穴の、完成した穴の最終寸法に対する仕上げ代は、拡径部の領域内及び好ましくは第2の領域内で被加工材を加工する際に実質的に研磨粉塵状の粒子が除去されるほど小さい。この場合、これらの領域の少なくとも一つでは、どちらかと言えば研磨プロセス又は研ぎプロセスの材料除去と同等の材料除去が行われる。特に、この材料は問題なく排出されるので、この材料除去が、穿孔工具の切屑用スペースを詰まらせたり、穴の表面を傷つける可能性はない。

好ましくは、拡径部の領域及び第2の領域が幾何学的に規定された切刃を備えていない穿孔工具である。この場合、幾何学的に規定された切刃により被加工材を加工する場合に形成される切屑に相当する切屑は拡径部の領域内及び/又は第2の領域内では起こり得ない。その代わりに、好ましくは両方の領域内で、既に述べた幾何学的に特定されない切刃による加工の際に形成される切屑に相当する切屑が形成される。

拡径部の領域及び好ましくはさらに第2の領域も幾何学的に特定されない切刃を備えている穿孔工具も好ましい。この場合に、この領域では、被加工材を加工する際に幾何学的に特定されない切刃による所定の切屑形成が起こることは自明である。

少なくとも拡径部の領域内及び第2の領域内でコーティングを有している穿孔工具も好ましい。これは、好ましくはダイヤモンドコーティングであり得る。コーティングは必ずしも第2の直径の領域全体に設けられていなくてよい。重要なことは、このコーティングが、拡径部の領域及び拡径部に隣接してシャフトの方向に続く領域を含むことである。

さらに、第1の領域の一部と拡径部の領域と第2の領域の一部とを含む好ましくはリング状の領域にコーティングが設けられている穿孔工具が好ましい。この場合、コーティングは、第1及び第2の領域の小さな部分を含むことが好ましく、したがって長手方向に視て比較的細いリングが形成される。こうすると、コーティング材料を節約できる一方で、ドリルのうち加工に重要な部分はコーティングされる。ドリルの先端はコーティングされないままであることが特に好ましい。

特に好ましくは、拡径部及び第2の直径がコーティングによって形成されている穿孔工具である。この場合、穿孔工具の基体は、第1の領域ではコーティングされていないか又は薄くしかコーティングされていない。この場合、これに対応して拡径部の領域及び第2の領域はコーティングされており且つ/又はこの領域内のコーティングの厚さが工具のための拡径部及び第2の直径が形成されるように増加している。特に、コーティングが粗粒状に形成され、例えば粗いダイヤモンド粒子を含んでいる場合、この領域内のコーティングは、研磨プロセス又は研ぎプロセスの材料除去と同等の材料除去をもたらす。

さらなる形態は従属請求項から明らかである。

課題はさらに、請求項21の特徴を有する穴作製方法が提供されることによって解決される。特に複合材に穴を作製するために請求項1から20のいずれか一項に記載の穿孔工具を用いることが好ましい。この方法で使用される穿孔工具は、少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃を備えた先端と、シャフトと、長手軸と、拡径部と、第1の直径を有する先端側の第1の領域と、第2の直径を有するシャフト側の第2の領域とを含んでいる。知られているように、工具及び被加工材は、穴を作製するために相互に相対的に工具の長手軸の周りを回転すると同時に軸方向に相互に向かって移動する。典型的には、穿孔工具が回転駆動され、穴を作製する際に軸方向に、つまり穿孔工具の長手軸の方向へ移動され、その一方で、被加工材は空間固定座標系に対して止まっている。ただし、これはさほど重要ではなく、不可欠なことは被加工材と工具の相対移動だけである。この方法は、幾何学的に特定されない切刃により被加工材を加工する場合に形成される切屑に相当する切屑が、被加工材を加工する際に拡径部の領域内及び/又はシャフト側の領域内で形成されることを特徴とする。これは、好ましくはどちらかと言えば研磨プロセス又は研ぎプロセスの際の材料除去に相当する比較的精密な材料除去が実現されることを意味している。この場合、既に穿孔工具に関して説明した利点が生じる。

好ましい方法では、穴を作製する際の穿孔工具の長手軸方向での加工すべき被加工材に対する送りは、穿孔工具の一回転ごと及び切刃ごとの送りが第2の直径と第1の直径の差の半分よりも大きくなるように選択される。つまり、その送りは特に第1の領域と第2の領域の半径の差よりも大きい。特に、その送りは第1の領域と第2の領域の間の拡径部の領域で形成される段差の高さよりも大きい。送りのこの選択により、特に複合材における穴の、精度及び公差に関する穿孔結果が大きく改善される。穿孔工具の一回転ごと及び切刃ごとの送りを計算するには、一回転当たりの軸方向の送りを先端の領域にある主切刃の数で除する。

好ましくは、一回転ごと及び切刃ごとの送りが、第2の直径と第1の直径の差よりも大きい方法である。つまりこの場合、その送りは、拡径部の領域での半径急増の二倍又は段差の高さの二倍よりも大きい。

最後に、特に好ましくは、一つの作業工程において穴が完成される方法である。特に、この穿孔工具による穴の作製後は、いかなる後加工も、特に拡孔ももう必要がない。一度だけの工具のピストン運動の後、つまり工具が一度材料に潜り込んで材料から出てきた後、穴は複合材の異なる層においても規定の直径を有し、好ましくはISO286に基づくIT8又はより良い範囲で狭い交差を有している。

以下、図面に基づいて本発明をさらに詳しく説明する。

穿孔工具の概略側面図である。 図1の穿孔工具の拡径部の領域を大幅に拡大した詳細図である。 穿孔工具の第2の例示的な実施形態の概略側面図である。 穿孔工具の第3の例示的な実施形態の第2の直径の領域の概略断面図である。

図1は、穿孔工具1の第1の例示的な実施形態の概略側面図を示したものである。穿孔工具1は、先端3及び反対側の端部にあるシャフト5を含んでおり、このシャフトは、工作機械の対応する収容部内に穿孔工具1を装着するために用いられることが好ましい。図示されていない被加工材に穴を開けるために、被加工材又は穿孔工具1を穿孔工具1の長手軸7の周りで回転させる。同時に被加工材及び穿孔工具1を相互に長手軸7の方向で相互に向かって移動させ、したがって穿孔工具1の加工区間9が被加工材に侵入することができ、そこに穴を作製することができる。好ましくは、被加工材が空間固定座標系に対して止まっている一方で、穿孔工具1が長手軸7の周りで回転駆動される。好ましくは同様に、穿孔工具1を長手軸7の方向にも移動させ、詳しくは前方に押し出し、これにより加工区間9が被加工材に侵入することができる。とはいえ結局のところ、不可欠なことは、被加工材と穿孔工具1の相対移動だけである。

穿孔工具は、先端3の領域に少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃を、好ましくは少なくとも一つの主切刃及び副切刃を備え、図示した例示的な実施形態では、第1の主切刃11と軸方向に視てそれに続く副切刃13、並びに第2の主切刃11'とそれに対応する副切刃13'を備えている。切刃11及び副切刃13だけを設けることができる。また、別の例示的な実施形態では、二つの主切刃11、11'よりも多く及び二つの副切刃13、13'よりも多く設けられている。図示した例示的な実施形態では、穿孔工具1が長手軸7の周りで回転駆動される場合、回転中は図1に示した位置から第2の主切刃11'が図平面から出て観察者に向かって移動する。同時に、第1の主切刃11は観察者から遠ざかって図平面に潜り込んでいく。

図1には、穿孔工具1の回転方向とは反対側に傾斜している逃げ面15が示されており、この逃げ面15の切断縁が図示されていないすくい面と共に主切刃11を形成している。副逃げ面17も図示されており、この副逃げ面17の切断縁は図示されていないすくい面と共に副切刃13を形成している。好ましい一つの例示的な実施形態では、副逃げ面17の代わりに、穴内で穿孔工具1を突っ張り支持する丸研磨マージン部が設けられている。

逃げ面15内には好ましくは開口部19が設けられ、この開口部には穿孔工具1を貫通しているここでは図示されていない冷却/潤滑剤流路が連通している。被加工材の加工中に冷却/潤滑剤流路を介して冷却/潤滑剤を供給することができ、この冷却/潤滑剤は、先端3の領域を冷却及び/又は潤滑するために開口部19から流出される。同時に、冷却/潤滑剤の流れにより、主切刃11、11'及び副切刃13、13'の領域で形成された切屑が穴から放出される。ここで、主切刃11及び副切刃13に関して説明した逃げ面15と副逃げ面17と開口部19との配置は、主切刃11'及び副切刃13'の領域でも好ましくは全く同じように設けられている。したがって別途の説明は省略する。

図1には更にすくい面21'が示されており、すくい面21'の切断縁は図示されていない逃げ面と共に第2の主切刃11'を形成している。加えて、すくい面21'の切断縁は、同様に図示されていない副逃げ面と共に副切刃13'を形成している。主切刃11及び副切刃13の領域にもこれに対応するすくい面が設けられ、このすくい面は図1には示されていない。

穿孔工具1に関して、先端3の領域での様々な幾何学形状、特に切刃幾何学形状が可能である。特に、複合材の加工に非常に適した特殊な幾何学形状が当業者に知られている。これに関し、当業者は問題なく既知の適切な幾何学形状を選択するであろうから、これについてさらには論じない。ただし、先端3の領域に少なくとも一つの鋭利に研磨された幾何学的に規定された切刃、特に鋭利に研磨された主切刃及び鋭利に研磨された副切刃を設けることが重要である。

長手軸7の方向、特に送り方向に視て、穿孔工具1は、先端3の後方に拡径部23を有している。これに関し、長手方向に視て先端3から拡径部23までは、第1の直径を有する第1の領域25が設けられている。拡径部23は、直径急増部として又は穿孔工具1の軸方向の長さのある程度の領域にわたって延びる連続的な直径拡張部として形成される。これは後でさらに詳しく説明する。いずれにせよ、拡径部は、シャフト5に面した、穿孔工具1の直径がそれ以上拡大されない端部を含んでいる。この端部から長手方向に視てシャフト5の方向には、第2の直径を有する第2の領域27が延びている。一つの例示的な実施形態では、第2の領域27はシャフト5まで続くことができる。ただし、好ましくは、領域27が拡径部23から視てシャフト5へ向かって穿孔工具1の長手方向のある程度の領域にわたってしか延びていないことも可能であり、この場合の穿孔工具1は、シャフト5に向かう残りの領域で異なる直径を、例えば再びより小さい直径又は場合によってはもう一度拡大された直径も有することができる。

第2の領域27内の第2の直径は、第1の領域25内の第1の直径よりも大きい。

拡径部23及び/又は第2の領域27は、幾何学的に特定されない切刃により被加工材を加工する場合に形成される切屑に相当する切屑が被加工材を加工する際にここで形成されるように形成されている。

好ましくは、第2の直径は、最大でも第2の領域27内及び拡径部23の領域内で長い又は大きな切屑が形成されない程度に第1の直径よりも大きい。つまり、穿孔工具1が長手軸7に沿って被加工材に潜り込む際、最初に第1の領域25内で、完成すべき穴に対して仕上げ代を有する穴が生成される。この仕上げ代に相当する材料は、その後、穿孔工具1がさらに被加工材に潜り込む際に拡径部23の領域内又は第2の領域27内で除去される。この場合、仕上げ代が小さいために好ましくは実質的に研磨粉塵状の粒子が除去されるように、第1の直径と第2の直径の差が選択され、したがって、そこでの加工はどちらかと言えば研磨プロセス又は研ぎプロセスと同等である。したがって、拡径部23及び軸方向に視てそれに続く領域27は研磨段階とも言える。第2の直径は、第1の直径よりも好ましくは0μm〜約60μmの間で、特に好ましくは約10μm〜50μmの間で、とりわけ好ましくは約30μm大きい。拡径部23の段差の高さ、つまりいわば領域25と領域27の間の半径急増が最大15μmである例示的な実施形態も特に好ましい。これにより、拡径部23の領域内又は領域27内での加工深さは、拡孔の際の通常の切削深さの約十分の一である。

特に好ましくは、加工すべき複合材に応じて、拡径部のない穿孔工具でこの複合材に穴を開ける際に発生する複合材の材料層のうちで最も大きな直径誤差の値にほぼ相当するように、第2の直径が第1の直径を上回る値が選択される。つまり、与えられた加工すべき複合材に関して、当業者は最初に、拡径部を有さない従来の穿孔工具で材料を加工する場合に材料層のうちのどの直径誤差が最も大きく発生するかを確認する。その後、当業者は、この材料を加工するため、第2の直径と第1の直径の差が確定された最大の直径誤差の値にほぼ相当する穿孔工具1を選択する。つまり、好ましくは、特定の複合材に又は材料層のうちの特定の直径誤差の大きさに穿孔工具1を合わせることができる。したがって、様々な複合材のために様々な穿孔工具1を提供することができる。

図2は、図1の穿孔工具1の概略的で大幅に拡大された詳細図を示したものである。同じ要素及び機能的に同じ要素には同じ符号を付しているので、その点では前述の説明を参照されたい。拡径部23は、軸方向に視て拡張領域29にわたって延びていることが好ましい。これは、拡径部が切り立った径方向の段差として形成されるのではなく、長手軸7に沿ったある程度の広がりを有することを意味している。拡張領域29では、穿孔工具1の直径が先端3からシャフト5へ向かって好ましくは連続的に増加している。拡張領域29では、穿孔工具1の周面31は長手軸7と共に鋭角αを形成していることが好ましい。この角度は、好ましくは約60°〜約80°の間、特に好ましくは約70°である。角度αがより鋭い、つまりより小さければ、被加工材を加工する際に拡径部23の領域にかかる力がより小さくなることが分かった。特に、拡径部23が径方向の直径急増部として形成される場合、つまり周面31がこの領域内で長手軸7と共に約90°の角度を形成している場合、ここには大きな荷重のかかる角部が形成されており、この角部は激しく磨滅する。つまり、鋭い又は比較的小さい角度αは、この領域での磨滅を少なくすることに寄与し得る。これにより、穿孔工具1の比較的長い耐用期間が達成される。特に、穿孔工具1が拡径部23の領域内でコーティングされている場合、角度αが比較的小さいことによってコーティングの除去を低減することができ、したがって磨滅を少なくすることができる。

好ましくは、拡張領域29は、軸方向に視て0〜約10mmの長さにわたって、特に好ましくは約3mm〜約7mmの長さにわたって、とりわけ好ましくは約5mmの長さにわたって延びている。つまり、この最後のとりわけ好ましい場合の拡径部23が15μmの段差の高さ、つまり半径拡張を含んでいる場合、穿孔工具1の半径は拡張領域29内で1ミリメートルにつき3μm増加している。

図3は、穿孔工具1の第2の例示的な実施形態の概略側面図を示したものである。同じ要素及び機能的に同じ要素には同じ符号を付しているので、その点では前述の説明を参照されたい。図3の例示的な実施形態での穿孔工具1は、少なくとも拡径部23の領域内及び好ましくはさらに第2の領域27内でも少なくとも部分的にコーティングを有している。図示した例示的な実施形態では、コーティングは先端3から視てシャフト5へ向かって第1の破線Lから第2の破線L'まで延びている。線L、L'は仮想線であり、コーティングの範囲を示唆している。

もう一つの例示的な実施形態では、少なくとも、先端3を含めた加工区間9全体において穿孔工具1をコーティングすることができる。ただし、この場合には先端3の領域でのコーティングは薄く、粒状にするとしても細粒状で、且つ比較的平滑であることが保証されなければならず、したがって、この領域内の切刃は鋭利であり、構成刃先の形成は回避される。さらに、支障のない切屑排出が保証されていなければならない。

好ましくは、先端3の領域をコーティングしないことであり、これにより、この領域はいかなる場合も鋭利に研磨されたままである。

好ましくは、コーティングはダイヤモンドコーティングを含んでいるか又はダイヤモンドコーティングとして形成されている。特に好ましくは、コーティングは、少なくとも拡径部23の領域内で、好ましくは領域27内でも粗粒状に形成されている。特に、コーティングがこの領域で粗いダイヤモンド粒子を有することが可能であり、これにより拡径部23の表面及び領域27内で、特に効率の良い、実質的に研磨プロセス又は研ぎプロセスの材料除去に相当する材料除去が行われる。ダイヤモンドコーティングの粒子は、好ましくは幾何学的に特定されない切刃を提供する。

コーティングは、好ましくは特に拡径部23の領域でも、しかし領域27でも磨滅保護層として形成される。

コーティングは、軸方向に視て拡径部23からシャフト5へ向かって任意の広さで延び得る。特に、コーティングは、図3に示したように線L'で終わる必要はない。一方、線L、L'によって示唆されている領域でのコーティングは十分であり、材料、したがって費用が節約される。コーティングがあたかも拡径部23の領域だけに設けられ、つまり軸方向に拡径部23の数ミリメートル前方から始まり、好ましくは拡径部23の数ミリメートル後方で終わっていると、費用を特に節約することができる。重要なことは、拡径部23の領域で、好ましくは粗粒状のコーティングにより好ましくは幾何学的に特定されない切刃による研磨段階が形成されることである。

以下のことが分かる。すなわち、コーティングは、第1の領域25の一部と拡径部23の領域と第2の領域27の一部とを含む好ましくはリング状の領域に設けられていることが好ましい。この場合のリング状のコーティングは、軸方向に視て好ましくは第1の領域内でも第2の領域内でも短い距離にわたってしか、特に好ましくは数ミリメートルにわたってしか延びていない。ただし、もう一つの例示的な実施形態では、コーティングが、少なくとも第2の領域27内では比較的長い距離にわたって、好ましくは第2の領域27全体にわたって延びていることもできる。

先端3の領域では、穿孔工具1がコーティングされていないことが好ましく、これにより、先端は鋭利に研磨された状態に形成されている。ただし、もう一つの例示的な実施形態では、穿孔工具1が先端3の領域でコーティングを有することができる。ただし、このコーティングは、好ましくは拡径部の領域内のコーティングとは異なっており、特に好ましくは平滑に形成されている。特に、先端3の領域内のコーティングを薄く形成することができる。こうすることで、先端3の領域内の少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃が常に鋭利に研磨された状態であることが保証される。これに関し、重要なことは、先端3の領域内のコーティングが、拡径部23の領域内のコーティングよりもかなり平滑なことである。

好ましくは、拡径部23及び第2の直径がコーティングによって形成されている。つまり、拡径部23の領域でコーティングの厚さを増加させ、最終的に領域27内で第2の直径になるようにコーティングが塗布される。この場合は特に、穿孔工具1のうちコーティングが施される基体の直径が長手軸7に沿って一定であることができる。これに関して、コーティングが拡径部23の領域内及び好ましくは第2の領域27内でも粗粒状に形成されている場合、つまり、コーティングが粗いダイヤモンド粒子を含んでいる場合、そこでは、研磨プロセス又は研ぎプロセスの材料除去、つまり結局のところ幾何学的に特定されない切刃による加工に相当する材料除去が保証される。

穿孔工具1の基体は、拡径部23の領域からシャフト5まで円筒形の幾何学形状を有し得る。この場合は図示した例示的な実施形態とは異なり、基体に溝が設けられていない。つまり、この溝は、拡径部23の領域内及び第2の領域27内での、被加工材のどちらかと言えば研磨又は研ぎのような加工のために必ずしも必要ではない。とはいえ、溝は穴から材料粒子を排出することを容易にする。

なお、溝が図1から図4に基づく例示的な実施形態のように螺旋状に形成されているか又は長手軸7に沿って直線的に延びて形成されているかが重要でないことは、当業者には自明なことである。両方の幾何学形状での例示的な実施形態が可能である。

図4は、穿孔工具1の第3の例示的な実施形態の概略断面図を示したものであり、この切断面は、先端3から長手軸7の方向に視て拡径部23の後方の領域27内に配置されている。同じ要素及び機能的に同じ要素には同じ符号を付しているので、その点では前述の説明を参照されたい。切断面の領域では少なくとも二つの研磨バンクが設けられ、図4の例示的な実施形態では、四つの研磨バンク33、33'、33''、及び33'''が設けられている。研磨バンク33、33''は、言うなれば先端3の領域での副逃げ面に相当する面によって形成され、図4の例示的な実施形態では、先端3に二つの主切刃及び二つの副切刃がこれに対応して二つの副逃げ面を備えて設けられている。ただし、鋭利に研磨されている幾何学的に規定された副切刃が設けられる先端の幾何学形状とは異なり、研磨バンク33、33'は、言うなれば研磨バンクの面全体で穴壁35から材料を除去する。それゆえ、拡径部23の領域内及び第2の領域27内では、幾何学的に規定された切刃が設けられていないことが好ましい。特に、研磨バンク33、33'、33''、33'''は幾何学的に規定された切刃を含まない。好ましくは、研磨バンクは幾何学的に特定されない切刃、例えば粗粒状のコーティングを含んでいる。

ただし、拡径部23の領域内及び/又は領域27内でも、少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃が設けられている例示的な実施形態が可能である。とはいえ、この場合も、第1の直径と第2の直径の違いは相応に僅かな値だけであるので、前述の領域では幾何学的に特定されない切刃による加工の場合に形成される切屑に相当する切屑が形成される。しかしながら、好ましくは前述の領域には幾何学的に特定されない切刃が設けられ、したがって、既にこの理由から相応の切屑が形成される。材料は、好ましくは粗粒状のコーティングによって除去されることが好ましい。

好ましくは、先端3の領域に少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃が設けられ、且つ拡径部の領域内及び第2の領域内では幾何学的に規定された切刃が設けられていないのではなく、幾何学的に特定されない切刃が設けられている例示的な実施形態である。加えて、第1の直径と第2の直径の差は、例えば拡孔の際の通常の加工深さに相当するよりもかなり小さく選択されることが好ましい。この場合、拡径部23の段差の高さ、つまりいわば第1の領域25と第2の領域27の間の半径急増が、既に述べた変域の一つからの値を含むことが好ましい。

図4では面37、37'が示されており、この面は図1に示したすくい面21'及び図1では示されていない主切刃11に割り当てられたすくい面に対応している。ここでは溝38、38'も示されており、この溝は先端3に向かって穿孔工具1の切屑溝内へと続いている。ただし、図示した領域では、溝38、38'は切屑溝とは呼ばない。なぜなら、ここでは切屑を除去する加工は行われないからである。それでも穴壁35から除去された実質的に研磨粉塵状の粒子を溝38、38'内に集めることができ、その溝により穴から放出するか又は場合によっては先端3から溝38、38'を通って流れてくる冷却/潤滑剤によって洗い流すことができる。

既に説明したように、切屑溝又は溝38、38'が穿孔工具1の表面に螺旋状に設けられているか又は長手軸7の方向に直線的に延びているかは重要ではない。両方の幾何学形状での例示的な実施形態が可能であり、図1から図4では、螺旋状の切屑溝又は溝38、38'を含む例示的な実施形態だけが示されている。

図4では、被加工材を加工する間の穿孔工具1の回転方向が矢印Pにより示されている。

回転方向に逆らって及び径方向に視て、周面31は、研磨バンク33、33''から引っ込んでいる。周方向において回転方向に逆らって視て、研磨バンク33、33''の後方には研磨バンク33'、33'''が形成され、研磨バンク33'、33'''の領域では、周面31が径方向に視て再び突出しており、したがって、ここでは穴壁35から材料が除去される。再び周方向に視て、研磨バンク33'、33'''の後方では、周面31が最終的に溝38、38'に移行するまで径方向に視て引っ込んでいる。研磨バンク33'、33'''は、拡径部23を越えて先端3へ向かって続いていてもよく、且つ第1の領域25内又は先端3の領域内では支持マージン部として形成されていてもよい。もちろん、この領域内で支持マージン部による材料除去は行われず、支持マージン部はそこで穿孔工具1をセンタリング及び案内する働きを有するだけである。

好ましくは、研磨バンク33、33'、33''、33'''は、周方向に視て不均一な角距離を有している。こうすることで、特に穿孔工具1のガタガタ音を回避することができる。穿孔工具1が二つの研磨バンク33、33''しか備えていない例示的な実施形態でも、研磨バンクが相互に対極的に向かい合っていないことが好ましい。図4では、少なくとも研磨バンク33'と33'''が対極的に向かい合っていないことが明らかに認識される。特に、研磨バンク33'''と研磨バンク33の角距離は研磨バンク33'と研磨バンク33''の角距離よりも小さい。好ましくは、少なくとも一つの第2の研磨バンクが或る角度だけ第1の研磨バンクの後方にあり、この角度が、第3の研磨バンクが第2の研磨バンクから後方にずれている角度とは異なる不均一な角度分布である。言い換えればつまり、少なくとも三つの研磨バンクを含む穿孔工具1の場合、対称的な角度分布、つまり等しい角度分布が生じなくなるように、周方向に視て少なくとも一つの研磨バンクがその対称的な位置からずれている。同じことが四つ以上の研磨バンクを備える穿孔工具1に適用される。とりわけ好ましいことは、それぞれ二つの研磨バンクの間の角度が全て異なっていることである。

穿孔工具1の好ましい一つの例示的な実施形態は三つの研磨バンクを含んでおり、一つの研磨バンクは周方向に視て別の一つの研磨バンクから約30°〜約50°、好ましくは約35°〜約45°、特に好ましくは約40°後方にある。このような穿孔工具1はガタガタ音が非常に鳴りにくいことが分かった。つまりこうして、穿孔工具1を用いて作製される穴の表面品質を向上させることができる。

ここまで説明した穿孔工具1の好ましい例示的な実施形態は、好ましくは一体的に形成されている。穿孔工具1のもう一つの例示的な実施形態は、複数の部分から、特に二つの部分から形成されることが可能である。この場合、好ましくは第1の領域25がドリルとして形成され、その一方で第2の領域27及び拡径部23の領域が研磨工具として、好ましくはある種の砥石として形成される。組立式の穿孔工具1は、好ましくはそれ自体既知の接合部分によって工具の両方の部分からつなぎ合わせられる。つまり、複数の部分から成る穿孔工具も可能である。例えば、少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃が配置された少なくとも一つの切削インサートを先端3の領域に設けることができる。

以下、穴の作製方法を詳しく説明する。この方法は、前述の説明に基づく穿孔工具を用いて実施されることが好ましい。いずれにしても穿孔工具1は、少なくとも一つの切刃を備えた先端3と、シャフト5と、長手軸7と、拡径部23と、第1の直径を有する先端側の領域25と、第2の直径を有するシャフト側の領域27とを含んでいる。被加工材を加工する際に、拡径部23の領域内及び/又はシャフト側の領域27内では、幾何学的に特定されない切刃による被加工材の加工の場合に形成される切屑に相当する切屑が形成される。

加工すべき被加工材に対する穿孔工具1の一回転ごと及び切刃ごとの軸方向の送りは、第2の直径と第1の直径の差の半分よりも大きくなるように選択される。つまり、その送りは領域27と領域25の半径の差よりも大きい。

特に好ましくは、一回転ごと及び切刃ごとの送りは領域27の直径と領域25の直径の差よりも大きい。

その送りを相応に選択することにより、穴の表面品質、つまり加工される複合材の異なる層に沿った直径の精度及び穴の公差が改善される。

とりわけ好ましいのは、一つの作業工程において穴が完成されることである。つまり、穴を作製するために穿孔工具1は、一度、被加工材に潜り込んで再び被加工材から出てくる。その後、穴は、複合材の異なる層においても所望の公差を、したがって正確に規定された直径を有している。つまり、さらなる加工ステップ、特に後の拡孔を必要としない。これに関し、特に好ましくは、一つの作業工程において、つまり工具の一度の作動行程において、ISO286に基づくIT8又はより良い範囲で公差を有する穴を作製することができる。

この方法は、前述の説明に則った、特に図1から図4に基づく例示的な実施形態に則った穿孔工具1によって実施されることが好ましい。この場合、拡径部23の領域内又は領域27内では、幾何学的に特定されない切刃による加工に相当する加工が行われる。ここでは、どちらかと言えば研磨プロセス又は研ぎプロセスの材料除去に似た材料除去が行われる。

穿孔工具1を用いて又は本方法により穴を作製する場合、穴の最終寸法を作製するための材料除去は幾何学的に規定された切刃による加工の場合のようにではなく研磨プロセス又は研ぎプロセスの方式に基づいて行われるため、複合材の異なる層の異なる物理的パラメータ又は切削特性が、従来の工具の場合と同じように穴の公差に対して不利な影響を及ぼす可能性はない。これにより、一つの作業工程だけで穴を作製することができ、加えてこの穴は、従来の工具により最初に前穿孔されてその後で第2の作業工程で拡孔されて完成される穴よりも直径の公差に関して正確である。穿孔工具1のうち穴を最終寸法へと加工する領域における研磨又は研ぎに似た材料除去により、穿孔工具1の切屑用スペースを詰まらせ且つ/又は穴の表面を傷つける靱性材料の長い切屑が生じる可能性はない。この工具は、最大でも非常に小さい切屑、つまり最終寸法への穴の加工の際に生じる研磨粉塵のような除去物に基づき、例えばCFKのような非常に研削性の良い繊維強化材料においても耐用期間が長く且つ磨滅が少ない。

Claims (25)

1. 特に複合材に穴を作製するための穿孔工具であって、
   先端(3)と、前記穿孔工具の長手軸(7)の方向に視て前記先端(3)の反対側に配置されるシャフト(5)とを有し、
   前記穿孔工具(1)が、前記先端(3)の領域に少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃を備え、
   前記先端(3)から長手方向に視て前記先端(3)の後方に拡径部(23)を有し、前記穿孔工具(1)が、前記拡径部(23)の前方にある第1の直径を有する第1の領域(25)と、前記拡径部(23)の後方にある第2の直径を有する第2の領域(27)とを有し、
   前記第2の直径が前記第1の直径よりも大きい穿孔工具において、
   幾何学的に特定されない切刃により被加工材を加工する場合に形成される切屑に相当する切屑が、被加工材を加工する際に前記拡径部(23)の領域内及び/又は前記第2の領域(27)内で形成されるように、前記拡径部(23)及び/又は前記第2の領域(27)が形成されていることを特徴とする穿孔工具。
2. 前記切屑が相応に形成されるように、前記第1の直径と前記第2の直径の差が選択されていることを特徴とする請求項1に記載の穿孔工具。
3. 前記拡径部(23)の領域及び前記第2の領域(27)が幾何学的に規定された切刃を備えていないことを特徴とする請求項1又は2に記載の穿孔工具。
4. 前記拡径部(23)の領域及び好ましくは前記第2の領域(27)も幾何学的に特定されない切刃を備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の穿孔工具。
5. 前記穿孔工具(1)が、少なくとも前記拡径部(23)の領域内でコーティング、好ましくはダイヤモンドコーティングを有していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の穿孔工具。
6. 前記第2の領域(27)内でも少なくとも部分的にコーティングが設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の穿孔工具。
7. 前記第1の領域(25)の一部と前記拡径部(23)の領域と前記第2の領域(27)の一部とを含む好ましくはリング状の領域にコーティングが設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の穿孔工具。
8. 前記穿孔工具が、前記先端(3)の領域ではコーティングされていないことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の穿孔工具。
9. 少なくとも前記拡径部(23)の領域内でコーティングが粗粒状に形成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の穿孔工具。
10. 前記拡径部(23)及び前記第2の直径がコーティングによって形成されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の穿孔工具。
11. 前記穿孔工具が、前記先端(3)の領域でコーティングを有していることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の穿孔工具。
12. 前記先端(3)の領域内のコーティングが前記拡径部(23)の領域内のコーティングと相違しており、好ましくは平滑であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の穿孔工具。
13. 前記第2の直径が前記第1の直径よりも0μm〜60μmの間で、好ましくは10〜50μmの間で、特に好ましくは30μm大きいことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の穿孔工具。
14. 加工すべき複合材に応じて、前記第2の直径が前記第1の直径を上回る値が、拡径部のない穿孔工具で前記複合材に穴を開ける際に発生する前記複合材の材料層のうちで最も大きな直径誤差の値にほぼ相当するように選択されていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の穿孔工具。
15. 前記拡径部(23)が軸方向に視て拡張領域(29)にわたって延びており、前記拡張領域では、前記穿孔工具の直径が前記先端(3)から前記シャフト(5)へ向かって好ましくは連続的に増加していることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の穿孔工具。
16. 前記穿孔工具(1)の周面(31)が、拡張領域(29)で前記長手軸(7)と共に鋭角(α)、特に60°〜80°の間の角度(α)、好ましくは70°の角度(α)を形成していることを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の穿孔工具。
17. 拡張領域(29)が、軸方向に視て0〜10mm、好ましくは3〜7mm、特に好ましくは5mmの長さにわたって延びていることを特徴とする請求項1から16のいずれか一項に記載の穿孔工具。
18. 前記穿孔工具(1)が、軸方向に視て少なくとも前記拡径部の後方の領域内に、少なくとも二つの研磨バンク(33、33'、33''、33''')を含んでいることを特徴とする請求項1から17のいずれか一項に記載の穿孔工具。
19. 研磨バンク(33、33'、33''、33''')が、周方向に視て不均一な角距離を有していることを特徴とする請求項1から18のいずれか一項に記載の穿孔工具。
20. 三つの研磨バンク(33、33'、33''、33''')が設けられ、そのうちの一つの研磨バンク(33、33'、33''、33''')が周方向に視て別の一つの研磨バンク(33、33'、33''、33''')から30°〜50°、好ましくは35°〜45°、特に好ましくは40°後方にあることを特徴とする請求項1から19のいずれか一項に記載の穿孔工具。
21. 特に複合材に、及び特に請求項1から20のいずれか一項に記載の穿孔工具(1)を用いて穴を作製する方法であって、前記穿孔工具(1)が、少なくとも一つの幾何学的に規定された切刃を備えた先端(3)とシャフト(5)と長手軸(7)と拡径部(23)と第1の直径を有する先端側の領域(25)と第2の直径を有するシャフト側の領域(27)とを有している方法において、幾何学的に特定されない切刃により被加工材を加工する場合に形成される切屑に相当する切屑が、被加工材を加工する際に前記拡径部(23)の領域内及び/又は前記シャフト側の領域(27)内で形成されることを特徴とする方法。
22. 穴を作製する際の前記長手軸(7)の方向での加工すべき被加工材に対する前記穿孔工具(1)の送りは、前記穿孔工具(1)の一回転ごと及び切刃ごとの送りが前記第2の直径と前記第1の直径の差の半分よりも大きくなるように選択されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
23. 一回転ごと及び切刃ごとの送りが前記第2の直径と前記第1の直径の差よりも大きいことを特徴とする請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
24. 穴が一つの作業工程において完成されることを特徴とする請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記穿孔工具によって加工されるべき複合材に拡径部のない穿孔工具で穴を開け、
    前記複合材の材料層のうちで最も大きな直径誤差の値を確定し、
    前記第2の直径が前記第1の直径よりも確定された値だけ大きくなるように前記第1の直径と前記第2の直径の差を選択するようにして、
    前記第1の領域(25)内の前記第1の直径と前記第2の領域(27)内の前記第2の直径の差を決定することを特徴とする請求項21から24のいずれか一項に記載の方法。

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