JP3874774B2

JP3874774B2 - 鋳抜き穴加工用ドリル

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Publication number: JP3874774B2
Application number: JP2004240064A
Authority: JP
Inventors: 義寛滝川
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: DE102005014729B4; US20060037786A1; JP2006055941A; US7422396B2; DE102005014729A1

Description

本発明は、鋳造品の鋳抜き穴の加工を行うドリルに関するものである。

一般に、ドリルの先端角は１２０度から１４０度に設定されたものが多く提供されている。しかし、このようなドリルは、その先端よりも外周コーナが先に被削物に食い付くような加工、例えば被削物の斜面に穴を空ける加工などが困難であった。これは、加工の初期時にドリルの片側のみが被削物と接触し、半径方向への分力を受けて先端側が逃げ、食い付き時の穴位置精度が悪くなることによるものである。

このようなドリルの食い付き時における穴位置精度の悪化を解消するために、特開２００４−１４１９７０（特許文献１）では、先端角を１７０度から１８０度に設定している。これにより、食い付き時におけるドリルの受ける半径方向の分力が小さくなり、先端側が逃げるのを防ぐことができる。
特開２００４−１４１９７０号公報

ところで、上述した従来のドリルは、その先端部に回転方向後方へ向けて凹の曲線状部が形成されている。これにより、加工時に発生する切り屑がドリルの回転方向へ圧縮され折れ易くなるので、ドリルと被削物との間に切り屑が蓄積することを防止することができる。しかしながら、先端に凹の曲線状部を形成すると、鋳造品の鋳抜き穴を加工する際には、かかる凹の曲線状部が被削物に接触して、周方向へ向けて半径方向の分力が生じる場合がある。これにより、ドリルの先端が周方向へ逃げてしまい、穴位置精度の悪化を引き起こすという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、鋳造品の鋳抜き穴を加工する場合に、穴位置精度の悪化を抑制することができる鋳抜き穴加工用ドリルを提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の鋳抜き穴加工用ドリルは、軸心回りに回転させられるドリル本体と、そのドリル本体の先端部からシャンクへ向けて外周面部に螺旋状に形成されるねじれ溝または略直線状に形成される直溝と、そのねじれ溝または直溝の回転方向を向く壁面と前記外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジと、前記ドリル本体の先端部に形成される切れ刃とを備え、鋳造品の鋳抜き穴を加工するために使用されるものであり、前記ドリル本体は超硬合金で構成されており、前記切れ刃は、前記軸心の直角方向視において、前記先端方向に凸の曲線状に形成されると共に、前記切れ刃の両端部における接線により形成される先端角が略１７０度以上かつ略１８０度未満に形成されている。

請求項２記載の鋳抜き穴加工用ドリルは、請求項１記載の鋳抜き穴加工用ドリルにおいて、前記ドリル本体の外周面部には、前記リーディングエッジの逃げ面に連設される第１マージンと、その第１マージンに対して前記回転方向後方側に位置する第２マージンとが形成されている。

請求項１記載の鋳抜き穴加工用ドリルによれば、ドリル本体は超硬合金で構成されているので、優れた切削性能と耐摩耗性とを発揮することができるという効果がある。その結果、加工効率および加工精度の向上を図ることができると共に、高寿命化を得ることができるという効果がある。

また、先端角が略１７０度以上かつ略１８０度未満に形成されているので、先端角が１２０度から１４０度に設定された従来のドリルと比べて、鋳抜き穴を加工する際に被削物から受ける切削抵抗のうちの半径方向の分力を小さくすることができる。よって、ドリルが偏心するのを防ぎ、穴位置精度を高めることができるという効果がある。更に、半径方向の分力が小さくなることにより、びびりを減少させることができるので、穴位置精度の向上と高寿命化とを得ることができるという効果がある。

また、ドリルの先端部の切れ刃は、軸心の直角方向視において、先端方向に凸の曲線状に形成されているので、切削抵抗の半径方向の分力を常に軸心方向へ向けて作用させることができる。すなわち、凹の場合のように半径方向の分力が軸心と反対方向へ作用して、ドリルの先端が外方向へ逃げることを回避することができる。その結果、穴位置精度が悪化することを確実に防ぐことができるという効果がある。

なお、ドリルの先端部の切れ刃が先端方向に凸の曲線状に形成されている場合には、略直線状に形成されている場合に比べて、半径方向の分力をより小さくすることができるので、ドリルが偏心するのを防ぎ、穴位置精度をより高めることができるという効果がある。更に、この場合には、ドリルの先端部の切れ刃と被削物との接触面積を、切れ刃が略直線状に形成されている場合と比較して、より大きくすることができるので、切削効率を高めることができるという効果がある。

請求項２記載の鋳抜き穴加工用ドリルによれば、請求項１記載の鋳抜き穴加工用ドリルの奏する効果に加え、ドリル本体の外周面部には、リーディングエッジの逃げ面に連設される第１マージンと、その第１マージンに対して回転方向後方側に位置する第２マージンとが形成されている。これにより、鋳抜き穴を切削加工すると同時に、その切削加工された穴の内壁面を研磨することができるので、加工穴の面粗さの向上を図ることができるという効果がある。その結果、リーマ加工を不要とすることができるので、加工工数を効率化して、加工コストの削減を図ることができるという効果がある。

また、２つのマージンを備えているので、１つのマージンのみから構成される場合に比べて、面粗さをより向上させることができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施例における鋳抜き穴加工用ドリル１の側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ部の部分拡大図である。また、図２は、ドリル本体３の先端部を軸心方向から見た正面図である。まず、図１及び図２を参照して鋳抜き穴加工用ドリル１の全体構成について説明する。

鋳抜き穴加工用ドリル１は、加工機械（例えば、ボール盤）から伝達される回転力により、鋳抜き穴を有する被削物（鋳造品）の穴あけ加工をする切削工具であり、図１に示すように、上記加工機械に保持されるシャンク２と、被削物の切削加工を行うドリル本体３とを主に備えて構成されている。

ドリル本体３は、図１及び図２に示すように、そのドリル本体３の先端側（図１（ａ）左側）からシャンク２へ向けて外周面部に螺旋状に形成されるねじれ溝４と、ドリル本体３の先端部に形成される切れ刃５と、ねじれ溝４の回転方向を向く壁面と外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジ５ａと、そのリーディングエッジ５ａの逃げ面に連設される第１マージン６と、その第１マージン６に対して回転方向後方側に位置する第２マージン７とにより構成されている。

また、シャンク２およびドリル本体３には、加工機械から送出される切削油剤をドリル本体３の先端部（図１（ａ）左側）へ送るための２本のオイルチューブ８が内部に螺旋状に穿設されており、そのオイルチューブ８の先端部には、切削油剤を外部に排出するためのオイルホール９が開口されている。

ここで、図１（ｂ）に示す先端角θ１は、軸心の直角方向視においてドリル本体３の先端部の切れ刃５が交差して形成する角度として定義され、略１７０度以上、略１８０度未満の範囲内で構成することが好ましい。

１７０度未満では、後述するように、鋳造品の鋳抜き穴の加工時に被削物から受ける切削抵抗の半径方向分力が大きくなり、ドリル本体３が偏心し易くなるからである。また、１８０度では、被削物から受ける切削抵抗が軸心方向のみに作用し、半径方向分力がドリル本体３に作用しなくなるので、被削物への食い付き性が悪化する一方、１８０度を超えると、切削抵抗の半径方向分力がドリル本体３の外側へ作用し、ドリル本体３の先端部が外側へ逃げてしまうからである。

なお、本実施例では、先端角θ１が１７５度とされている。

ドリル本体３が軸心方向へ進行しつつ時計回り（図２では左回り）に回転すると、切れ刃５が被削物の切削を行うと共に、切削された加工穴の内壁面が、第１マージン６により研磨され、続いて、第２マージン７により研磨される。このように、鋳抜き穴を切削すると同時に、その切削加工された穴の内壁面を研磨することができるので、加工穴の面粗さの向上を図ることができる。その結果、リーマ加工を不要とすることができるので、加工工数を効率化して、加工コストの削減を図ることができる。

なお、本実施例ではドリル本体３が２つのマージン６，７を備えて構成されているが、マージン６，７のどちらか一方のみを備えるように構成してもよい。

次いで、図３を参照して、鋳造品の鋳抜き穴加工時の先端角θ１（図１（ｂ）参照）と切削抵抗との関係について説明する。

図３は、鋳抜き穴を加工する鋳抜き穴加工用ドリルの回転軌跡を模式的に示す断面図であり、図３（ａ）は従来のドリルの回転軌跡を、図３（ｂ）は本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルの回転軌跡を、それぞれ示している。

なお、図３（ａ）では、従来のドリルの先端角がθ２とされている。また、図３（ｂ）では、理解を容易とするために、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルの先端角θ１が実際よりも小さな角度で図示されている。

ここで、鋳造品の鋳抜き穴とは、切削加工を容易とするために予め鋳造品に鋳型により設けられる穴である。鋳型を金型として構成した場合には、熱膨張が大きく、砂型では寸法精度が低いため、鋳抜き穴の軸心位置は、目的とする加工穴の軸心位置と通常一致しない。

このため、鋳抜き穴を穴あけ加工する場合には、鋳抜き穴加工用ドリルの先端と被削物との接触面積に偏りが生じ、切削抵抗の半径方向分力が小さい方向へ鋳抜き穴加工用ドリルが偏心し易くなることで、穴位置精度が悪化する。そこで、この半径方向分力の違いによる鋳抜き穴加工用ドリルの偏心を防ぐために、鋳抜き穴加工用ドリルの先端角の範囲の検討を行った。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、鋳抜き穴を穴あけ加工する場合、切削面から受ける切削抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、軸心方向分力（図示せず）と水平方向分力Ｒｒ１〜Ｒｒ４とに分解される。

本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルの先端角θ１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来のドリルの先端角θ２よりも大きいため（θ２＜θ１）、被削物２０から受ける切削抵抗Ｒ３，Ｒ４は、従来のドリルの場合（Ｒ１，Ｒ２）よりも、シャンク方向（図３上方向）へ向けられる。その結果、切削抵抗Ｒ３，Ｒ４は、その半径方向分力Ｒｒ３，Ｒｒ４の絶対値が、従来のドリルの場合（Ｒｒ１，Ｒｒ２）と比較して、小さくなる（Ｒｒ３＜Ｒｒ１，Ｒｒ４＜Ｒｒ２）と共に、その分力の差（Ｒｒ３−Ｒｒ４＜Ｒｒ１−Ｒｒ２）の絶対値も小さくなる。

このように、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルでは、先端角θ１が略１７０度以上かつ略１８０度未満に設定されているので、切削抵抗の半径方向分力（及び、半径方向分力の差）を従来のドリルと比較して小さくして、鋳抜き穴加工用ドリルが偏心するのを防ぐことができ、その結果、穴位置精度の悪化を抑制することができる。

次いで、図４を参照して、従来のドリルと本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルとを用いて行った２種類の切削試験（以下、それぞれ「精度試験」および「耐久試験」と称す。）の試験結果について説明する。

まず、図４（ａ）を参照して、精度試験について説明する。精度試験は、従来のドリルと本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルとにおいて、切削速度及び送り速度が変化した場合の加工精度を比較したものであり、鋳抜き穴の加工を想定して、鋳抜き穴加工用ドリルの軸心が下穴の軸心に対して芯ずれ（径方向へ１ｍｍ）した状態で穴あけ加工を行った。

精度試験の詳細諸元は、ドリル直径：φ９．２４ｍｍ、被削材：ＡＤＣ１２、切削油剤：水溶性切削油剤、下穴径：φ６．２ｍｍ、下穴形状：深さ２５ｍｍの止まり穴、切削深さ：２５ｍｍである。また、従来のドリルの先端角は１４０度、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルの先端角は１７５度であり、いずれのドリルもねじれ角は３３度である。

図４（ａ）は、精度試験の結果を示した図であり、従来のドリルを用いた精度試験の結果がＡ１欄に、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルを用いた精度試験の結果がＡ２欄に、それぞれ示されている。

なお、図４（ａ）において、穴ズレ量とは、目的とする加工穴の軸心位置と実際に加工した加工穴の軸心位置との水平方向のずれ（即ち、両軸心位置間の直線距離）を表しており、単位は「ｍｍ」である。

まず、従来のドリル（Ａ１欄）について説明する。従来のドリルを用いた場合、切削速度６，０００回転／分（送り速度０．３３ｍｍ／回転）での穴ズレ量は、０．２３４ｍｍであるのに対し、切削速度１２，０００回転／分（送り速度１．３ｍｍ／回転）での穴ズレ量は、０．５０４ｍｍであり、切削速度（及び、送り速度）の上昇と共に加工精度が低下している。

なお、従来のドリルでは、切削速度（及び、送り速度）に係わらず、切削音が大きく、びびりの発生が確認された。

次に、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリル（Ａ２欄）について説明する。本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルを用いた場合、切削速度６，０００回転／分（送り速度０．３３ｍｍ／回転）での穴ズレ量は、０．０６０ｍｍであるのに対し、切削速度１２，０００回転／分（送り速度１．３ｍｍ／回転）での穴ズレ量は、０．０４０ｍｍであり、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルは切削速度（及び、送り速度）の上昇に関わらず、一定の加工精度を維持できることが判明した。

更に、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルは、従来のドリル（Ａ１欄）と比較して、穴ズレ量を極めて小さくできることが確認された。即ち、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルは、従来のドリルと比較して、鋳抜き穴の加工時の偏心を十分に抑制していることが確認された。

また、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルでは、切削速度に係わらず、切削音が小さく、従来のドリルと比較して、びびりの発生を抑制し得ることが確認された。

次いで、図４（ｂ）を参照して、耐久試験について説明する。耐久試験は、従来のドリルと本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルとの耐久性を比較したものである。

なお、以下においては、上述した精度試験で説明した試験諸元および鋳抜き穴加工用ドリルの仕様と異なる点のみを説明し、同一の試験諸元および鋳抜き穴加工用ドリルの仕様については、その説明を省略する。

図４（ｂ）は、耐久試験の結果を示した図であり、従来のドリルを用いた耐久試験の結果がＢ１欄に、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリルを用いた耐久試験の結果がＢ２欄に、それぞれ示されている。なお、右端に記載されている穴ズレ量は、上述した精度試験の穴ズレ量と同様に算出したものである。

図４（ｂ）に示すように、従来のドリル（Ｂ１欄）では、１６穴目にドリルに欠損（ドリル本体の折損）が生じ、その後の測定が不可能となったのに対し、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリル（Ｂ２欄）では、を用いた場合、２００穴加工時点で鋳抜き穴加工用ドリルに損傷は発見されず、更に加工が可能な状態であった。

また、本願発明の鋳抜き穴加工用ドリル（Ｂ２欄）の穴ズレ量は、２００穴目まで０．０６ｍｍ〜０．０７ｍｍの範囲内で推移し、穴ズレ量の変化は確認されなかった。

次いで、図５を参照して第２実施例について説明する。第１実施例のドリル本体３の先端部の切れ刃５は略直線状に形成されていたのに対し、第２実施例のドリル本体３の先端部の切れ刃５は、その全体が先端方向に凸の曲線状で形成されている。なお、前記した第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５は、第２実施例における鋳抜き穴加工用ドリルの回転軌跡を模式的に示す断面図である。

第２実施例では、ドリル本体３の先端部の切れ刃５（図１参照）が先端方向へ凸の曲線状（円弧状）に形成されており、その半径はドリル径の略２倍とされている。また、先端角θ１は、図５に示すように、切れ刃５の両端部における接線（点線により図示）により形成される角度で定義され、本実施例では、１７５度である。

なお、図５では、理解を容易にするために、先端角θ１を実際よりも小さな角度で図示している。

ドリル本体３（図１参照）の先端部の切れ刃５（図１参照）が軸心の直角方向視において先端方向に凸の曲線状に形成されている場合には、被削物２０との接触面が曲線状になるので、被削物２０から受ける切削抵抗Ｒ５，Ｒ６は、上述した切削抵抗Ｒ１，Ｒ２（図３（ａ）参照）と比較してシャンク方向（図４上方向）へ向けられる。

その結果、切削抵抗Ｒ５，Ｒ６は、その半径方向分力Ｒｒ５，Ｒｒ６の絶対値が、従来のドリルの場合（Ｒｒ１，Ｒｒ２）と比較して、小さくなる（Ｒｒ５＜Ｒｒ１，Ｒｒ６＜Ｒｒ２）と共に、その分力の差（Ｒｒ５−Ｒｒ６＜Ｒｒ１−Ｒｒ２）の絶対値も小さくなり、鋳抜き穴加工用ドリルの偏心を抑制し、穴位置精度の悪化を減少することができる。

また、鋳抜き穴加工用ドリルと被削物２０との接触面積は、鋳抜き穴加工用ドリルの先端部の切れ刃５（図１参照）が直線で構成されている場合と比較して大きくなるので、鋳抜き穴加工用ドリルの一回転当たりの切削量が多くなり、切削効率を高めることができる。

以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定される物ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、本実施例では、ドリル本体の先端部からシャンクへ向けて外周面部に形成されるねじり溝４は螺旋状に構成される場合を説明したが、必ずしも溝の形状は螺旋状に限られるものでなく、溝の形状を略直線状（直溝）に構成しても良い。

第１実施例における（ａ）は鋳抜き穴加工用ドリルの側面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＸ部の部分拡大図である。ドリル本体の先端部の軸心方向視を示す正面図である。鋳抜き穴加工用ドリルの回転軌跡を模式的に示す断面図である。（ａ）は精度試験の結果を示した図であり、（ｂ）は耐久試験の結果を示した図である。第２実施例における鋳抜き穴加工用ドリルの回転軌跡を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１鋳抜き穴加工用ドリル
２シャンク
３ドリル本体
４ねじれ溝
５切れ刃
５ａリーディングエッジ
６第１マージン
７第２マージン
θ１先端角

Claims

軸心回りに回転させられるドリル本体と、そのドリル本体の先端部からシャンクへ向けて外周面部に螺旋状に形成されるねじれ溝または略直線状に形成される直溝と、そのねじれ溝または直溝の回転方向を向く壁面と前記外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジと、前記ドリル本体の先端部に形成される切れ刃とを備え、鋳造品の鋳抜き穴を加工するために使用される鋳抜き穴加工用ドリルにおいて、
前記ドリル本体は超硬合金で構成されており、前記切れ刃は、前記軸心の直角方向視において、前記先端方向に凸の曲線状に形成されると共に、前記切れ刃の両端部における接線により形成される先端角が略１７０度以上かつ略１８０度未満に形成されていることを特徴とする鋳抜き穴加工用ドリル。
前記ドリル本体の外周面部には、前記リーディングエッジの逃げ面に連設される第１マージンと、その第１マージンに対して前記回転方向後方側に位置する第２マージンとが形成されていることを特徴とする請求項１記載の鋳抜き穴加工用ドリル。