JP4056403B2 - 深穴用ツイストドリル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は深穴をステップ送りすることなく穴あけ可能な深穴用ツイストドリルに関する。
【0002】
【従来の技術】
ドリル加工は切削が穴内部で行われるため、切削にともない発生する切りくずはドリル外周に形成されたツイスト溝を通して排出される。そのため穴深さが増すにつれ、切りくずの排出は困難になりドリル破損に至る。そのため深穴加工時は適宜ドリルを穴外に出して、溝内に溜まった切りくずを排除するステップ送りを使用していた。穴加工における切りくず排出性を向上する方法として、特許文献1にドリル溝心厚を先端寄りに比しシャンク寄りを小さくすること、すなわちウエブテーパを負にすることがあげられている。また特許文献2にドリル溝の溝幅比を先端寄りに比しシャンク寄りを小さくしかつウエブテーパを負にすることがあげられている。
【0003】
【特許文献1】
実開昭52−86884号公報
【特許文献2】
特開昭55−106710号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
深穴用ツイストドリルは溝長がロングであるため、切削抵抗は切れ刃に作用する本来の切削抵抗のほか、長い溝内に溜まった切りくずの排出抵抗やマージンと穴壁面との摩擦抵抗など、ショートやレギュラ溝長のドリルに比し余分に抵抗が加わる。また溝の長さは剛性の大幅な低下につながる。概略すると溝長が2倍増加すると曲げこわさは1/8に低下する。そのため深穴用ドリルの剛性は元来低く、切削抵抗により、たわみや振動を発生し切れ刃のチッピングや刃欠け、穴曲がりを招きやすい。ゆえに深穴用ドリルにおいて、剛性低下を極力防ぐことは、切りくず排出性とならんで重要である。
【0005】
従来技術としてあげた特許文献2はシャンク寄りの溝幅比が小さくなるため剛性向上には有利であるが、深穴ドリル加工での切りくず排出には不利であり、また製造にあたっては溝加工工程を複数回行うことが必要になり工数と加工プログラムの複雑な変更を要しコスト増大を招く。また特許文献1にあげられた負のウエブテーパ形のドリルはドリル溝深さや溝断面積がシャンク寄りになるにつれ増大するため、切りくずつまりの軽減には効果が認められる。また製作にあたってはウエブテ−パが正ないし0/100である通常形状のドリルに対し加工工程の変更は少ないため工業的には有利な方法と思われる。しかしウエブテーパを負とする方法は剛性の面から不利である。
【0006】
深穴用ツイストドリルの溝のウエブ心厚はドリル剛性に対して大きな影響を与える。直径6.0mm、溝長225mm、切れ刃先端での心厚2.4mmの深穴用ツイストドリルを例にとる。ウエブテーパ0.2/100の正テーパを有する図5に示すテスト品とウエブテーパ0/100の図4に示す心厚一定形の従来形状品と、特許文献1に示された負のウエブテーパを有し、そのテーパ量が−0.2/100である図3に示す従来発明品を比較すると、その曲げこわさは従来形状品を1倍とすると、正テーパのテスト品は1.34倍、特許文献1の負のウエブテーパ形の従来発明品は0.64倍であった。正のウエブテ−パを有すると剛性は高いが、切りくずつまりが激しいため深穴ドリル形状として採用できない。負のウエブテーパでは切りくず排出性は向上するが、ドリル剛性は大きく低下する。
【0007】
本発明の課題は、このような背反関係にある、良好な切りくず排出性と高い剛性をバランスさせ、深穴をステップ送りなしで高能率加工できるドリル形状を提供し、難加工である深穴あけをネック工程から脱却せしめるものである。
【0008】
【課題を解決する手段】
このため本発明は、深穴用ツイストドリルにおいて、切れ刃先端からシャンク寄りに向かい、ドリル直径の3〜6倍の長さの位置までの心厚が一定とされた第1の心厚一定区間と、前記第1の心厚一定区間の終端からシャンク寄りに向かって切れ刃先端からドリル直径の15〜35倍の長さの終端位置まで伸びる負のウエブテーパ区間と、前記負のウエブテーパ区間の終端からシャンク寄りに溝切り上げ位置まで伸びる負のウエブテーパ区間終端の心厚と同じ心厚にされた第2の心厚一定区間と、を有し、各区間相互間の継ぎ目は滑らかにつながれていることを特徴とする深穴用ツイストドリルによって、上述した課題を解決した。
【0009】
【発明の効果】
心厚一定形の従来形状のロングドリルでは穴深さがドリル径の30倍の深穴用ドリルとしては切りくず排出性が不足しており、また負のウエブテーパ形の従来発明品形状ではドリル剛性が不足しており切削条件を低くしないと使用できかった。これに対し本発明品はかかる構成により、切りくず排出性と剛性のバランスが良いため、深穴をステップ送りすることなく、切削条件を維持して高能率加工でき、寿命も実用レベルに達したことを確認した。即ちドリル剛性を比較すると、曲げこわさは表2に示すように、心厚一定形の従来形状品を1倍とすると従来発明品は0.64倍と大幅に低下したが、本発明品は0.73倍である。また負のウエブテーパ形の従来発明品に対して本発明品の曲げこわさは14%高く、ねじりこわさは同様に1倍:0.73倍:0.82倍であり、負のウエブテーパ形の従来発明品に対して本発明品はねじりこわさは15%高い。本発明品の安定した加工は剛性の高さによりびびり振動の発生が防止できたためと思われる。
【0010】
好ましくは、前記深穴用ツイストドリルの溝ねじれ角は25°〜40°、前記第1の心厚一定区間の心厚はドリル径の0.45〜0.25倍そして前記負のウエブテーパ区間のウエブテーパの量は−0.10/100〜−0.5/100であることが好ましい。各下限値より小さいと本発明の効果を奏しないし、各上限値を越えると切りくず排出性と剛性のバランスを崩すものとなるからである。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態である本発明の深穴用ツイストドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面図、図2は本発明の実施例である本発明の試作品ドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面寸法図を示す。図1に示すように、本発明の実施の形態である本発明の深穴用ツイストドリルは、切れ刃先端からシャンク寄りに向かい、ドリル直径Dの3〜6倍の長さの位置までの心厚が一定とされた第1の心厚一定区間 WT1と、第1の心厚一定区間 WT1の終端からシャンク寄りに向かって切れ刃先端からドリル直径Dの15〜35倍の長さの終端位置まで伸びる負のウエブテーパ区間 WT2と、負のウエブテーパ区間 WT2の終端からシャンク寄りに溝切り上げ位置まで伸びる負のウエブテーパ区間終端の心厚と同じ心厚にされた第2の心厚一定区間 WT3と、を有し、各区間相互間の継ぎ目は滑らかにつながれている。
【0012】
好ましくは、図1に示す深穴用ツイストドリルの溝ねじれ角は25°〜40°、第1の心厚一定区間 WT1の心厚W1はドリル直径Dの0.45〜0.25倍そして負のウエブテーパ区間 WT2のウエブテーパの量は−0.10/100〜−0.5/100であることが好ましい。各下限値より小さいと本発明の効果を奏しないし、各上限値を越えると切りくず排出性と剛性のバランスを崩すものとなるからである。
【0013】
〔実施例〕図2の本発明の実施例である本発明の試作品ドリルの心厚部の軸方向断面寸法図に示すように、直径6mm、溝長225mmで目標穴深さ180mm用の深穴用ドリルの例を製作した。切れ刃のある先端から36mmまでの間は心厚2.4mm、ウエブテーパ0/100である。そこからシャンク寄りは負のウエブテーパ−0.2/100を150mmの間設けた。そこからさらにシャンク寄りは溝切り上がりまでは心厚2.1mm、ウエブテーパは0/100である。ドリル材種はハイスであり、表面処理にTiAlN 系複合多層膜を施工してある。
【0014】
〔実施例の効果〕図2に示す試作ドリルにより切削試験を行った。寸法は表1に示すように直径6.0mm、溝長225mm、先端心厚2.4mmである。比較ドリルとして図3に示す負のウエブテーパ−0.2/100を有するの負のウエブテーパ形の従来発明品と、図4に示すウエブテーパ0/100の心厚一定形の従来形状品を用いた。試験条件は、被削材S50C 硬さ210HB、穴深さは直径の30倍に相当する180mmでステップ送りなし、切削速度25m/mi n、送り速度160mm/min、切削油剤は水溶性油剤をノズルから外部給油した。加工中の主軸電力を記録しその変動から切削状況をモニタした。
主軸電力の記録を図6に示す。図4に示す心厚一定形の従来形状品は穴深さ150mmを越えると、切りくずつまりにより電力が急増し同時にギ−という大きな切削音が発生して、目標深さ180mmのステップ送りなし加工は不可能であった。図3に示す負のウエブテーパ形の従来発明品は電力変動や増大は小さく、深さ180mmステップなし加工はできたが異音を伴ったびびり振動が発生し、切れ刃に刃欠けが生じて寿命は3穴であった。本発明品は電力の変動は小さく、異音発生もなく静かな安定した加工を行い100穴以上の寿命が得られた。
【0015】
【表1】
【表2】
【0016】
表2は剛性および切削試験の結果を示す。ドリル剛性を比較すると、曲げこわさは、図4に示す心厚一定形の従来形状品を1倍とすると図3に示す負のウエブテーパ形の従来発明品は0.64倍と大幅に低下したが、本発明品は0.73倍である。図3に示す従来発明品に対して本発明品の曲げこわさは14%高い。ねじりこわさは同様に1倍:0.73倍:0.82倍であり、図3に示す負のウエブテーパ形の従来発明品に対して本発明品はねじりこわさは15%高い。本発明品の安定した加工は剛性の高さによりびびり振動の発生が防止できたためと思われる。
以上の結果をまとめると図4に示す心厚一定形の従来形状の深穴用ドリルは穴深さがドリル径の30倍の深穴用としては切りくず排出性が不足している。図3に示す負のウエブテーパ形の従来発明品形状ではドリル剛性が不足しており切削条件を低くしないと使用できない。これに対し本発明品は切りくず排出性と剛性のバランスが良いため、深穴をステップ送りすることなく、切削条件を維持して高能率加工でき、寿命も実用レベルに達していることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である本発明の深穴用ツイストドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面図を示す。
【図2】本発明の実施例である本発明の試作品ドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面寸法図を示す。
【図3】負のウエブテーパを有する従来発明の深穴用ドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面図を示す。
【図4】従来の心厚一定形の従来形状の深穴用ドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面図を示す。
【図5】従来の正のウエブテーパを有する深穴用ドリルの心厚部を実線で示す軸方向断面図を示す。
【図6】実施例1の切削試験で使用した各深穴用ドリルの切削時の主軸電力の変動記録チャ−トを示すグラフ。
【符号の説明】
D:ドリル直径
W1:先端心厚
L1:ウエブテーパ0/100の第1の心厚一定区間WT1の長さ
L2:ドリル溝中間のウエブテーパWT2を与えた区間WT2の長さ
L3:ウエブテーパ0/100の第2の心厚一定区間WT3の長さ
WT1:ウエブテーパ0/100の第1の心厚一定区間
WT2:負のウエブテーパ区間
WT3:ウエブテーパ0/100の第2の心厚一定区間
Claims (2)
- 深穴用ツイストドリルにおいて、
切れ刃先端からシャンク寄りに向かい、ドリル直径の3〜6倍の長さの位置までの心厚が一定とされた第1の心厚一定区間と、
前記第1の心厚一定区間の終端からシャンク寄りに向かって切れ刃先端からドリル直径の15〜35倍の長さの終端位置まで伸びる負のウエブテーパ区間と、
前記負のウエブテーパ区間の終端からシャンク寄りに溝切り上げ位置まで伸びる負のウエブテーパ区間終端の心厚と同じ心厚にされた第2の心厚一定区間と、を有し、各区間相互間の継ぎ目は滑らかにつながれていることを特徴とする深穴用ツイストドリル。 - 前記深穴用ツイストドリルの溝ねじれ角は25°〜40°、前記第1の心厚一定区間の心厚はドリル径の0.45〜0.25倍そして前記負のウエブテーパ区間のウエブテーパの量は−0.10/100〜−0.5/100であることを特徴とする請求項1記載の深穴用ツイストドリル。
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