JP2017077597A - ドリル - Google Patents
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Description
例えば特許文献1に記載されたドリルは、先端部の一対の切刃が180度の先端角を備えたフラットドリルであり、先端面に形成した逃げ面と切屑排出溝に形成したシンニング面とが交差する稜線が切刃とされている。
このドリルは、工具径と対向する2つのシンニング間の距離との比を15%以上、35%以下に設定しており、この範囲より小さいと先端部分の強度が不足して食い付き時に破損や折損を生じ易くなり、逆に大きいと加工時にドリルが振れを生じて加工穴が拡径して加工精度が低下するという欠点があるとしている。
また、特許文献2に記載されたドリルでは、2つのシンニング間の距離が15%〜35%に設定されているためドリルの剛性を確保できるが、工具径に対してシンニング間の心厚が大きいので、特許文献1と同様に振れ回りを起こしてしまい、高い切れ味で高精度な加工を行うことは困難であった。
本発明によれば、心厚をドリル本体の最大外径Dの0.8%〜3%に小さく設定したことで被削材への食い付きが良く穴加工時の振れ回りを防いで加工精度を向上できると共に、シンニング切刃に凸部を形成して剛性を高めたことで心厚の剛性も高めることができる。そのため、被削材の加工面が斜面等であっても刃先部の食い付きが良く高い穴加工精度と工具寿命を得られる。
なお、シンニング切刃の凸部はドリルの最大外径Dの2〜5%の範囲で回転方向に突出させることで、シンニング切刃と心厚の剛性を高めることができて心厚の厚みを小さくしても切削時の欠損が発生しなくなり、工具寿命を向上できる。
シンニング切刃に凸部を形成してもシンニングすくい面のすくい角を5°〜20°の正角に設定したため、高い切れ味と穴加工精度を得られる。
切屑排出溝を含むシンニング部は中心軸線を超える領域まで延びて心厚を形成するシンニング深さを有するため、切屑排出性と刃先部の剛性を確保できる。
なお、シンニング切刃のすくい面を正面に見て、シンニング部に形成したシンニング面のシンニング通し角αを25°〜45°の範囲に設定したから、心厚とシンニング面の強度低下を抑制しつつシンニング切刃で生成した切屑の排出性を向上できる。
ドリル本体の外径が2.5mm超〜6mmである場合、刃先部の外周面に第一マージンと第二マージンを間隔を開けて形成することで、第一マージンと第二マージンがドリルによる加工穴の加工面に当接して回転切削加工することで加工をガイドし、ドリルの振れ回りを抑制してリーマによる仕上げ加工と同等の高い加工穴精度を得られる。
更に、第二マージン25のすくい面のすくい角を負角の20°〜70°に設定することで、第二マージンの加工穴の加工面への食い付きを防止して加工面の粗さが悪化することを防止できる。
このドリル1は例えば精密機械部品や精密加工部品等に穴加工するのに適したものであり、被削材として例えば非鉄金属、一般鋼材、耐熱合金等を用いる。本実施形態によるドリル1において、刃先部4側を先端側、シャンク部3側を後端側というものとする。
図2及び図3において、主切刃7における切屑排出溝6のドリル回転方向Tを向く壁面の先端領域がすくい面8とされている。図3に示すように、ドリル本体2の先端面2aには主切刃7の回転方向後方に逃げ面10が設けられている。シンニング切刃14のすくい角と逃げ角は適宜の正角に設定でき、すくい角は例えば5°〜20°程度に設定できるが、この範囲を外れてもよい。
また、一方の主切刃7とその回転方向に形成された他方の主切刃7の逃げ面10との間に、外周面を凹部状に切除して切屑排出溝6を含むシンニング溝がシンニング部12として形成されている。
図4の拡大図に示すように各シンニング切刃14の他端部14b同士は中心軸線Oを挟む両側の領域で所定の微小間隔の厚さで重なっており、この他端部14b間の厚み部分がチゼル心厚15とされている。中心軸線Oを通過してチゼル心厚15を斜めに交差する二番逃げ面10a同士の交差稜線はチゼル刃17とされている。チゼル刃17はドリル本体2の周速の最も小さい中心軸線Oを含む切刃であり被削材を低速で切削加工できる。
そして、シンニング切刃14に凸部14aを形成したことで、図5に示すように、切屑排出溝6に形成したシンニング切刃14のすくい面16のすくい角θを正角の5°〜20°の範囲に設定できる。これによって、主切刃7と同等なすくい角に近づけることができて刃先部4の切れ味を高めることができる。シンニング切刃14のすくい角θが5°より小さいと刃先強度は高いが切れ味が低下し、20°を超えると切れ味は高くなるが刃先が欠損し易くなる。
しかも、図2に示すようにシンニング切刃14のすくい面16を正面に見て、シンニング部12においてシンニング切刃14で生成された切屑を排出するためのシンニング面20の中心軸線Oに対する角度であるシンニング通し角αを25°〜45°の範囲に設定した。これによって、シンニング面20の強度低下を抑制しつつシンニング切刃14による切屑の排出性を向上できる。また、シンニング切刃14で生成した切屑を基端側に排出できる。
一方、シンニング通し角αが25°より小さいと切屑排出性は一層高くなるが、シンニング面20の強度が低下する欠点が生じる。シンニング通し角αが45°より大きいとシンニング面20の強度は大きくなるがシンニング切刃14による切屑の排出性が低下する。
そのため、穴加工時に第一マージン22は加工穴の加工面への食い付きと圧縮応力とびびり振動を抑えてランド部22aは加工面に当接して均すことができる。
第二マージン25はドリル1の外径Dの2%〜8%の範囲の幅に設定することが好ましい。この範囲であれば、ドリル1において第一マージン22の後方に第二マージン25を設置することで穴加工中のドリル1の振れ回り(びびり振動)を抑えてドリル1の直線的な降下をガイドすることができる。
第二マージン25の幅が外径Dの2%に満たないとドリル1のガイド性が弱く、工具の振れ回りを抑制できずに穴径を広げてしまう欠点があり、8%を超えると被削材の加工穴の加工面に接触する面積が多くなり、切削抵抗が増えることによって摩擦熱が上がり、第二マージン25の外面に被削材や切屑が溶着することによって穴径を拡大させたり、加工面を著しく粗すという欠点が生じる。
これらの負の現象を解決する手段として、刃先部4の外周面に第一マージン22のみを形成して第二マージン25を設置しないようにすることが好ましい。しかも、ドリル1の工具径が2.5mm以下と小さいため、第二マージン25を形成することが技術的に困難であり、また第二マージン25を形成しても切削抵抗になってしまい、折損の原因になる。この場合には第一マージン22のみを刃先部4の外周面に形成することで小径工具であっても加工能率を下げないで穴加工できる。
ドリル1の特性として、主に工具先端部が主切刃7となっているため、その部分のみに有効なコーティング膜の硬さ、耐摩耗性、耐熱性を必要としているが、それ以降の切屑排出溝6の部分にコーティングが施されていると、コーティング表面の凹凸(ドロップレット)が切屑を排出する際の抵抗となり切屑を排出しずらい欠点を生じる。そのため、上述したようにドリル1の先端からドリル1の外径D以下の長さまでコーティングすることによって、それ以降の切屑排出溝6にドロップレットの凹凸がないことで切屑の滑りが良く切屑排出溝6からスムーズに切屑が排出される。
なお、本実施形態によるドリル1は切屑排出溝6の長さに応じて刃先部4の最大外径Dの2倍程度までノンステップで穴加工が行える。
また、シンニング切刃14の凸部14aを外周刃11と中心軸線Oを通る中心線Lに対して回転方向にドリル1の外径Dの2%〜5%の範囲に亘って突出させてシンニング切刃14の剛性を高めることができる。しかも、チゼル心厚15を外径Dの0.8%〜3%に小さく設定してもシンニング切刃14の凸部14aによって剛性を高めることができるため欠損を生じ難い。
また、シンニング切刃14に凸部14aを形成して剛性を高めたことでそのすくい面16のすくい角を5°〜20°の範囲の正角に設定できるため、シンニング切刃14の切れ味を高めることができる。
更に、第二マージン25のすくい面25aのすくい角を負角の20°〜70°に設定することで、穴加工時における第二マージン25の加工面への食い付きを防止して加工面の粗さを悪化することを防止できる。
次に本発明の変形例について説明するが、上述した実施形態の部分や部品と同一または同様なものについては同一の符号を用いて説明を行うものとする。
これによって、シンニング切刃14で生成した切屑をすくい面16からシンニング部30を通して後端側に排出できるようにした。しかも、シンニング切刃14のすくい面16を正面に見て、シンニング部12においてシンニング切刃14で生成された切屑を排出するためのシンニング面20のシンニング通し角αを25°〜45°の範囲に設定したから、シンニング面20の強度低下を抑制しつつシンニング切刃14による切屑の排出性を向上できる。
また、上述した実施形態や変形例では、ドリル1を一対の主切刃7とシンニング切刃14とを備えた二枚刃で形成したが、三枚刃や四枚刃で構成してもよい。また、上述した実施形態ではドリル1の主切刃7とシンニング切刃14を等刃に設定したが不等刃でもよい。
2 ドリル本体
2a 先端面
4 刃先部
6 切屑排出溝
7 主切刃
8、16 すくい面
10 逃げ面
11 外周刃
12、30 シンニング部
14 シンニング切刃
14a 凸部
15 チゼル心厚
20 シンニング面
22 第一マージン
22a ランド部
25 第二マージン
25a すくい面
本発明によれば、心厚をドリル本体の最大外径Dの0.8%〜3%に小さく設定したことで被削材への食い付きが良く穴加工時の振れ回りを防いで加工精度を向上できると共に、シンニング切刃に凸部を形成して剛性を高めたことで心厚の剛性も高めることができる。そのため、被削材の加工面が斜面等であっても刃先部の食い付きが良く高い穴加工精度と工具寿命を得られる。
なお、シンニング切刃の凸部はドリルの最大外径Dの2〜5%の範囲で回転方向に突出させることで、シンニング切刃と心厚の剛性を高めることができて心厚の厚みを小さくしても切削時の欠損が発生しなくなり、工具寿命を向上できる。
シンニング切刃に凸部を形成してもシンニングすくい面のすくい角を5°〜20°の正角に設定したため、高い切れ味と穴加工精度を得られる。
Claims (4)
- ドリル本体の先端面から後端側に延びる切屑排出溝が先端側外周面に形成され、該切屑排出溝の回転方向を向く面と前記先端面との交差部に主切刃が形成され、該主切刃から前記ドリル本体の中心軸線側に向けてシンニング切刃が形成されたドリルであって、
対向する前記シンニング切刃間に前記中心軸線を挟んで心厚が形成されており、
前記ドリル本体の先端側における最大外径をDとして、前記心厚は最大外径Dの0.8〜3%の厚さを有すると共に、
前記シンニング切刃は、前記中心軸線と前記主切刃の延長上に形成された外周刃とを結ぶ仮想線に対して回転方向前方に突出する凸部を有する形状としたことを特徴とするドリル。 - 前記シンニング切刃は、前記切屑排出溝の回転方向前方を向く面にシンニングすくい面が形成され、前記シンニングすくい面のすくい角は5°〜20°の正角とされている請求項1に記載されたドリル。
- 前記主切刃の回転方向に設けていて前記先端側外周面から中心軸線を超える領域まで延びて前記心厚を形成する凹部形状をなすシンニング部を備えており、該シンニング部の先端の凹部形状は断面略多角形状または略円弧状に形成されている請求項1または2に記載されたドリル。
- 前記ドリル本体の先端面において、前記外周刃を設けた外周面に回転方向後方側に向けて突出形成した第一マージンと、前記第一マージンの回転方向後方側に間隔を開けて突出形成した第二マージンとを備えている請求項1から3のいずれか1項に記載されたドリル。
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