JP2020146831A - 穴あけ工具および穴あけ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドリル穴壁の表面の品質が改善されたドリル穴を形成するための工具および方法を提供する。【解決手段】工具１は、工具軸Ａを中心に回転可能または回転するシャンク９と、チップ切削によってドリル穴を形成および／または広げるために、工具軸Ａを中心に回転可能または回転する、少なくとも１つの第１部分２と、チップ切削せずにドリル穴を広げるために工具軸Ａを中心に回転する第２部分３と、を備え、第２部分３は、工具の進行方向において第１部分２の後方に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、穴あけ工具および穴あけ方法に関する。

チップ切削によりドリル穴を形成するドリル工具は、従来技術において知られている。使用される穴あけ工具の概要は、Ｈａｎｄｂｕｃｈ ｄｅｒ Ｇｅｗｉｎｄｅｔｅｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｆｒａｓｔｃｈｎｉｃｋ、編集者：ＥＭＵＧＥ−ＦＲＡＮＫＥＮ、出版社：Ｐｕｂｌｉｃｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、出版年：２００４（ＩＳＢＮ３−８９５７８−２３２−７）に記載されおり、以下、単に「ＥＭＵＧＥ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ」と呼ぶ。ここで特に知られているのは、ツイストドリルビットと段付きドリルビットである（ＥＭＵＧＥ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ、第７章、１６１ページ以降を参照）。ツイストドリルビットは、螺旋状のドリル切削部すなわち二次切削部を有する加工領域全体にわたって均一な直径を有する。いずれの場合も、溝は、半径方向内側の方向に、二次切削部に沿って延びる。ドリルビットの回転方向において、いずれの場合も二次切削部の後にいわゆる隆起が続き、隆起は実質的に円周方向に円弧の形状を有する。隆起にはベベル（傾斜）が設けられてもよい。段付きドリルビットは、当該段付きドリルビットの自由端の領域に配置される、第１直径を有する螺旋状の切削部を含む第１領域と、前進方向に連続して配置される、第２直径を有する螺旋状の切削部を含む第２領域とを有する。この場合の第２直径は、第１直径よりも大きい（ＥＭＵＧＥ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ、第７章、１６５ページ参照）。

多孔質材料の場合、公知のドリルビットを用いて機械加工を行うと、ドリル穴壁が開いた細孔を有することになる。特にエンジンのドリル穴の場合、そのような開いた細孔は、エンジンの動作中に局所的な材料の過負荷または機能不全を引き起こす可能性がある。

さらに、ＤＥ１０２０１３０１７９４９Ｂ３から知られているのは、ドリル穴フォーマーであり、ドリル穴は、チップ切削せずに、タップ加工によって形成される。しかしながら、形成されたドリル穴壁は、滑らかな表面を有さず、むしろ波形の表面を有する。

本発明の目的は、ドリル穴壁の表面の品質が改善されたドリル穴を形成するための工具および方法を提供することである。

本発明の目的は、工具に関しては請求項１の規定により、方法に関しては請求項９の規定により達成される。好都合な設計は、従属請求項の規定によって与えられる。

ドリル穴を形成するための本発明による工具は、工具軸を中心に回転可能または回転するシャンクと、チップ切削によってドリル穴を形成および／または広げるために、工具軸を中心に回転可能または回転する、少なくとも１つの第１部分と、チップ切削せずにドリル穴を広げるために工具軸を中心に回転する第２部分と、を備え、第２部分は工具の進行方向において第１部分の後方に配置される。シャンク、第１部分および第２部分は、互いに回転しないように接続されるか、または単一の部品として形成される。特に、シャンクは、従来のドリルチャックと互換性のあるデザインになっている。本発明による工具を用いて、まずドリル穴があけられる。次に、切削されたワークピースを広げ、その際、ワークピースの材料がドリル穴の周縁部で変形する。そのような工具は、特に、多孔質材料の場合に使用することが有利であり、この場合、ドリル穴壁の領域の細孔は第１部分によって切り開かれ、次に、切り開かれた細孔によって形成される凹凸は、第２部分によって平滑化される。そのような工具は、特に金属を機械加工するために設計される。工具は、単一部品として形成されてもよいし、複数部品として形成されてもよい。特に高速度鋼（ＨＳＳ）から、または超硬合金から形成されてもよい。特に、マルチピース設計では、切削部および／またはタッピング歯は、少なくとも部分的に、ダイヤモンドまたはＣＢＮまたは同様の硬質材料から形成されうる。特に、切削部および／またはタッピング歯には、例えばダイヤモンド、ＣＢＮまたは類似のコーティングを施してもよい。

好ましくは、少なくとも１つの切削部が第１部分に配置される。

便宜上、少なくとも１つの切削部のうちの少なくとも１つは二次切削部である。一実施形態では、二次切削部の刃先は、第１部分において工具軸の周りに螺旋状に延びる。便宜上、第１部分には、２つまたは３つまたは４つの二次切削部が、工具軸の周りに螺旋状に互いに平行に延びるように存在してもよい。別の実施形態では、二次切削部の刃先は、工具軸に実質的に平行に向けられる。便宜上、回転方向における刃先の前に切りくず溝が配置される。この場合、本出願の意味の範囲内での回転方向は、切削部が切削によってドリル穴を広げるように、前進動作中に工具が回転する方向を意味すると理解される。回転方向における刃先の後方には、逃げ角α有する切削ヒールとしての隆起が配置される。刃先と反対側の隆起の端部にベベルが配置されてもよい。

一実施形態では、切削部の少なくとも１つは、ドリル穴を切削および／または広げるための一次切削部である。一次切削部は、特に、工具の自由端に、すなわち前進方向における第１部分の前方領域に配置される。便宜上、一次切削部は、工具の円錐面上に配置され、半径方向外向きに延びる。一次切削部の数は、便宜上、二次切削部の数に対応する。さらに、穴あけ工具は、第１部分の前方領域に、少なくとも１つの横方向切削部を有することができる。

さらなる実施形態では、第２部分は、無孔のドリル穴壁が形成されるように設計される。

便宜上、少なくとも１つの成形歯または成形隆起、特に、正確には１つまたは正確には２つまたは正確には３つまたは正確には４つの成形歯または成形隆起が第２部分に配置される。そのような成形隆起は、特に、二次切削部に平行に、すなわち工具軸に平行に、または工具軸の周りに螺旋状に延びる。便宜上、成形隆起は、屋根形状または正弦波形状を有する。特に、そのような成形隆起は、工具軸からの半径方向の最大距離が、切削部よりも大きい。

さらなる実施形態では、第１部分は第１直径を有し、第２部分は第２直径を有し、第１直径は第２直径よりも小さい。第１直径と第２直径との差は、特に機械加工されるワークピースの予想される細孔サイズに応じて選択されてもよい。第１直径から第２直径への移行は、０°〜９０°の間のベベル角度を有するベベルとして設計される。さらなる実施形態では、工具は、第２部分の後に第３部分、または第３部分および第４部分を有してもよく、各さらなる部分は、便宜上、先行部分より大きい直径を有する。便宜上、各部分で、パイロット穴またはドリル穴は、０．００５ｍｍ〜０．５ｍｍ、特に、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍだけ広げられる。

一実施形態では、工具はさらに、便宜上、工具軸に沿って、特に工具軸に平行に延びる内部クーラント供給部を有するように設計される。さらに、工具は、便宜上、特に二次切削部に平行に延びる、少なくとも１つの油溝を有する。一実施形態では、いずれの場合にも、工具の回転方向に続く切削部と成形隆起との間、特にベベルと成形隆起との間に油溝が配置されてもよい。

ドリル穴を形成するための本発明による方法は、チップ切削によってドリル穴を形成するおよび／または広げるステップと、チップ切削せずにドリル穴を広げるステップと、を有する。

そのような方法によって、ドリル穴はまず切削またはフライス加工され、次に、ドリル穴壁の塑性変形によって広げられる。

便宜上、ドリル穴が広げられると、細孔が開いたドリル穴壁から閉じた滑らかドリル穴壁が形成される。

便宜上、本発明による工具はこの方法に使用される。

本発明は、例示的な実施形態に基づいて以下でさらに説明される。図面も参照される。

本発明による工具の第１実施形態を示す。 図１による第１実施形態の端面図を示す。 本発明による工具の第２実施形態を示す。 図３による第２実施形態の端面図を示す。 本発明による工具の第３実施形態を示す。 図５による第３実施形態の斜視図を示す。 段付きのドリル穴を示す。 本発明による工具で形成されたドリル穴を示す。

図１および図２は、シャンク９を備える本発明による工具１の第１実施形態を示す。工具１は、工具軸Ａを有する。工具軸Ａは、シャンク９の中央に配置されている。工具１は、前進方向Ｖの前方に自由端を有する。当該自由端には、工具１の第１部分２が設けられている。第１部分２には、少なくとも１つの切削部が配置されている。ここで、切削部４は、長さｌ_ｓを有する切削ベベル（斜面）６０を有する。第１部分２に続いて、第２部分３がある。切削部４は、二次切削部として設計されており、ここでは工具軸に平行に延びる。第１部分２には、ドリル穴Ｂを広げることができるような成形隆起は形成されていない。しかしながら、ここでは、第２部分２を越えて延びる長さｌ_Ｆを有する成形ベベル６２が形成されている。ここで、長さＬｓは長さＬ_Ｆより短い。この実施形態では、第２部分３には、工具軸Ａと平行に延びる二次切削部４と平行に、成形隆起８が形成される。第２部分３の第１領域３０では、成形隆起８は、第２領域３１よりも工具軸Ａからの距離が大きい。第１領域３１における工具軸Ａから成形隆起８の距離は、いわゆる成形直径Ｄ_Ｆに対応しており、これは、いわゆる切削直径Ｄ_Ｓよりも大きい。第２領域３１において、成形隆起は、逃げ角βが生じるように、工具軸Ａに対して傾斜した表面を有してもよい。図２から分かるように、工具１には、それぞれ４つの成形隆起８および４つの二次切削部４が、均一かつ交互に配置されている。この実施形態では、内部クーラント供給路２０は、工具軸Ａに平行に中央に経路指定されている。さらに、この実施形態は、二次切削部４の背面上に、それぞれ二次切削部４および成形隆起８と平行に延びる油溝２２を有する。回転方向における二次切削の前に、いずれも二次切削部４と成形隆起８との間に配置され、それらに平行に走る、切りくず溝２４がある。回転方向における二次切削部の後方に、油溝２２に向かって開口している逃げ角αを有する隆起２６が設けられている。図示あれた実施形態では、油溝２２は、切りくず溝２４よりも浅い。

第１実施形態の工具１は、便宜上、穴あけされたパイロット穴に挿入される。工具１が前進方向に回転すると、最初に第１部分２を使用して切削部４による切削により穴をあけ、次に、第２部分３において、切削せずに、成形隆起８を使用して、特に、工具軸Ａからの距離が成形直径Ｄ_Ｆの半分である８ａで示される成形隆起８の領域を使用して、ドリル穴Ｂが広げられる。第２部分３内を延びる切削部４は機能を持たないものであってもよい。これは、特に、それらの工具軸Ａからの半径距離が成形直径Ｄ_Ｆの半分未満である場合である。あるいは、それらはまた、ドリル穴Ｂが第２部分３において切削部４によってさらに切り開かれるように設計されてもよい。この実施形態では、切削部４の刃先の工具軸Ａからの距離は、ドリル穴壁内の既に圧縮された材料のみがチップ切削によって除去されるように選択されなければならない。

図３および図４は、本発明による工具の第２実施形態を示す。この実施形態では、第１部分２は、前進方向Ｖにおける第１部分２の前方領域に配置されたプライマリ切削部５をさらに有する。第２部分３には、工具軸に平行に、二次切削部４、成形隆起８、切りくず溝２４および油溝２２が形成される。切りくず溝２４は、二次切削部４の全体に沿って形成されるのに対して、油溝２４は、実質的に成形隆起８の領域にのみ形成される。前方領域では、成形隆起８は、成形直径Ｄ_Ｆの半分に相当する工具軸Ａからの半径方向距離を有する。進行方向Ｖにおいてそれよりも後方の領域では、成形隆起８は、逃げ角βで形成される。この領域は、８ｂで示されている。第２実施形態はさらに、前進方向Ｖにおいて第２領域３の後方にある第３領域４０を有する。第３領域４０は、二次切削部４と、切りくず溝２４と、油溝２２とを含む。特に図４に示されるように、工具１は工具軸Ａに対して回転対称であり、この実施形態では４回回転対称性を有する。すなわち、４つの切削部および４つの成形隆起８はそれぞれ９０°間隔で配置されている。しかしながら、より多いまたはより少ない数の切削部および／または成形隆起８、または異なる角度配置が可能である。

図３に示す実施形態では、第１部分２は、円錐形の第１サブ領域５０と、第１直径Ｄ_１を有する円筒形の第２サブ領域５１と、工具１の直径の拡幅を構成し、第２部分３に隣接する第３サブ領域５２と、の３つのサブ領域を有する。切削ベベル６０および成形ベベル６２は、サブ領域５２にある。第２実施形態の工具１は、パイロット穴あけなしで作業する場合や、あけられたパイロット穴が第１直径Ｄ_１よりも著しく小さい直径を有する場合に適している。

第３部分４０は、便宜上、成形直径Ｄ_Ｆよりも大きい直径を有し、ドリル穴壁内の既に圧縮された材料のみがチップ切削によって除去されるように選択される。しかしながら、部分４０の直径が既に圧縮された材料の直径よりも大きいことも可能である。この場合、第３部分は、便宜上、同様に、新たなドリル穴壁の領域をさらに圧縮する成形隆起８を含む。第３部分の二次切削部４には、二次切削部の後方領域にベベルを設けてもよい。そのような工具は、例えば、図７に示されるように、既に段差状に事前にあけられているドリル穴Ｂと組み合わせて使用されてもよい。

図５および図６は、本発明による工具の第３実施形態を示す。示される工具は、第２実施形態に基づいている。相違点として、第３実施形態の工具は、３つの切削部４および３つの成形隆起８のみを有する。成形隆起および切削部の両方が工具軸の周りに螺旋状に巻かれている。しかしながら、より多いまたはより少ない数の切削部および／または成形隆起、または異なる角度での配置が可能である。

図８は、例として、ワークピース１０にドリル穴Ｂをあける際の第１実施形態による工具１を示す。ワークピース１０は細孔１１を有する。細孔１１は、まず、工具１の第１部分２の切削部、特に二次切削部４によって切り開かれる。次に、成形歯７を設けた第２部分３による塑性変形によってドリル穴が径方向に広げられる。これにより、ドリル穴の壁が滑らかになる。第２部分の直径が細孔のサイズに適切に一致している場合、図に示すように孔のない滑らかな穴壁となる。

１ 工具
２ 第１部分
３ 第２部分
４ 二次切削部
５ 一次切削部
７ 成形歯
８ 成形隆起
８ａ 成形直径を有する成形隆起
８ｂ 逃げ角を有する成形隆起
９ シャンク
１０ ワークピース
１１ 細孔
２０ クーラント供給路
２２ 油溝
２４ 切りくず溝
２６ 隆起
３０ 第１領域
３１ 第２領域
４０ 第３領域
４２ 第４領域
５０ 第１サブ領域
５１ 第２サブ領域
５２ 第３サブ領域
６０ 切削ベベル
６２ 成形ベベル
Ａ 工具軸
Ｂ ドリル穴
Ｖ 前進方向
Ｌ_Ｆ 成形ベベル長さ
Ｌ_Ｓ 切削ベベル長さ
α 逃げ角
β 成形隆起の逃げ角
Ｄ_１ 第１直径
Ｄ_Ｆ 成形直径
Ｄ_Ｓ 切削直径。

Claims (10)

1. ドリル穴を形成するための工具であって、
   工具軸を中心に回転可能または回転するシャンクと、
   チップ切削によってドリル穴を形成および／または広げるために、前記工具軸を中心に回転可能または回転する、少なくとも１つの第１部分と、
   チップ切削せずにドリル穴を広げるために前記工具軸を中心に回転する第２部分と、
   を備え、
   前記第２部分は工具の進行方向において前記第１部分の後方に配置されることを特徴とする工具。
2. 少なくとも１つの切削部が前記第１部分に配置される請求項１に記載の工具。
3. 前記少なくとも１つの切削部のうちの少なくとも１つは二次切削部であり、
   前記少なくとも１つの二次切削部は前記工具軸に実質的に平行に、または前記工具軸の周りに螺旋状に配置される請求項２に記載の工具。
4. 前記少なくとも１つの切削部はドリル穴を切削および／または広げるための一次切削部である請求項２または３に記載の工具。
5. 前記第２部分は、無孔のドリル穴壁が形成されるように設計される請求項１から４のいずれかに記載の工具。
6. 少なくとも１つの成形歯または成形隆起が前記第２部分に配置され、
   前記成形隆起は、特に、前記少なくとも１つの二次切削部と平行に延びており、
   前記成形隆起は、前進方向とは反対方向に向けられた逃げ角βを有してもよい請求項１から５のいずれかに記載の工具。
7. 前記第１部分は第１直径を有し、前記第２部分は第２直径を有し、
   前記第１直径は、前記第２直径よりも小さい請求項１から６のいずれかに記載の工具。
8. 少なくとも１つの油溝および／または少なくとも１つのクーラント供給路を有する請求項１から７のいずれかに記載の工具。
9. 特に請求項１から８のいずれかに記載の工具を用いた穴あけ方法であって、
   チップ切削によってドリル穴を形成および／または広げるステップと、
   チップ切削せずに前記ドリル穴を広げるステップと、
   を含む穴あけ方法。
10. 前記ドリル穴が広げられると、細孔が開いたドリル穴壁から閉じた滑らかなドリル穴壁が形成される請求項９に記載の穴あけ方法。

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