JP4132477B2 - 穴仕上げ加工用ドリル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は穴仕上げ加工用ドリルに関する。
【0002】
【従来の技術】
穴を仕上げる切削工具は、一般的にリーマ(JIS B 4401〜4413)であり、このリーマで穴を加工することにより、精度のよい穴を得ることができる。リーマを用いた場合の穴の仕上げは次の手順で進める。まず、ドリル(JIS B 4301,4302)で僅かに小径の穴を開け、次に、リーマで前記穴をさらうことで、穴径を所望の精度(例えば、寸法精度H7(JIS B 0401))に仕上げる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
精度のよい穴を得るために、リーマが必要であり、工具の数が多く、工作機械の工具交換装置に多くの工具をセットしなければならず、準備に手間がかかる。また、リーマによる穴仕上げ時間が必要であり、穴加工の生産効率が低下する。さらに、ドリルからリーマへ工具交換を行うために、工作機械は加工を停止し、穴加工の生産効率が低下する。
【0004】
そこで、本発明の目的は、生産効率のよい穴仕上げ加工用ドリルを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1では、CBN若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を第2層とし、この第2層を超硬合金などの工具材料からなる第1層及び第3層でサンドイッチした3層積層体をチップとし、このチップをシャンクに取付けたドリルであって、ドリルを正面から見ると、第2層は工具の回転中心を通る細い帯であり、この細い帯に切刃を形成するとともに、チップの外周に一対のランドを形成した穴仕上げ加工用のドリルにおいて、切刃は、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃とし、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成したことを特徴とする。
【0006】
ドリルのランドにガイドパッドを突出形成し、このガイドパッドを穴の壁面に接触させることで、チップの振れを防止する。その結果、穴の壁面は滑らかになるとともに、穴の寸法精度も向上する。従って、1本の穴仕上げ加工用ドリルのみで高精度の穴を開けることができる。
また、切刃は、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃である。階段状の段付き刃によって、切屑を小さく破砕する。この結果、切屑排出溝の断面積を小さくすることができ、ドリルの剛性を増大することができる。
請求項2では、シャンクの先端に、切刃の先端角と同様の角度の山形にチップ取付け部を形成し、チップ取付け部にチップに形成したV溝が付けられている。その結果、チップに用いる3層積層体を無駄なく使用することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの側面図であり、穴仕上げ加工用ドリル10は、シャンク11の端部にろー12でチップ13を固定した切削工具である。
シャンク11は、超硬合金の丸棒を所定の外径に仕上げ、油孔を開け、先端を山形に形成したものである。先端を山形にすることで、チップ13の位置合せの精度を高めるとともに、接着強度の向上を図ることができる。
【0008】
図2は図1の2部拡大図であり、チップ13に切刃16、刃部17、ランド18並びにガイドパッド19を形成したことを示す。
切刃16は、ワークに穴を開ける刃であり、ドリル中心側に第1切刃21を形成し、この第1切刃21から径外方へ階段状の段差部であるところの第2切刃22を形成し、この第2切刃22から径外方へ階段状の段差部であるところの第3切刃23を形成した段付き刃である。Sは第1切刃21と第2切刃22との段差、並びに第2切刃22と第3切刃23との段差を示す。25は切刃16及び刃部17のすくい面、26・・・(・・・は複数を示す。以下同様。)は切刃16の逃げ面であり、θは切刃16の先端角である。
【0009】
また、刃部17は、穴を仕上げる刃であり、チップ13の外周に凸状に形成したものである。27は刃部17の逃げ部である。
ガイドパッド19は、チップ13のランド18に突出形成したものである。ガイドパッド19を刃部17の近傍に形成することで、長さLを確保することができる。28はガイドパッド19の逃げ部である。
【0010】
図3は図2の3矢視図であり、ガイドパッド19を刃部17の近傍、具体的には、刃部17からガイドパッド19までの距離をパッド角βとして形成したことを示す。パッド角βは45゜である。
【0011】
また、図3は穴仕上げ加工用ドリル10を正面から見た状態を示し、チップ13は、第2層31と、この第2層31を第1層32及び第3層33でサンドイッチしたものであり、第2層31が工具の回転中心を通る縦長の細い帯であり、この細い帯に切刃16を形成するとともに、第2層31の両側を第1層32及び第3層33で補強する構造である。なお、チップ13については次図で詳細に説明する。35,35は油穴、36,36は切屑排出溝である。
【0012】
図中、逃げ面26・・・、刃部17の逃げ部27並びにガイドパッド19の逃げ部28は、図において切刃16の左側(第1層32側)にも形成するが、符号が錯綜するので、符号の記入は省略した。
【0013】
図4(a)〜(c)は本発明に係るチップの加工を示す斜視図である。
(a)において、チップは、CBN若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を第2層31とし、この第2層31を超硬合金などの工具材料からなる第1層32及び第3層33でサンドイッチした3層積層体である。例えば第2層31の厚さは1mm程度、第1層32や第3層33の厚さは5mm程度、全体の厚さは11mm程度とする。
【0014】
3層積層体の製造方法の一例を説明すると、先ず4〜16μmのダイヤモンド粒若しくはCBN粒を、HIP(熱間静水圧プレス)にて等圧的に加圧しながら焼結することで、第2層31を製造し、この第2層31の上下(図の左右)にWC粉末を重ねHIPで加圧しながら焼結することで、3層積層体を得る。
HIPをHP(ホットプレス)やCIP(冷間静水圧プレス)に替えることは自在であり、周知の焼結法であれば製造法は特に限定するものではない。
そして、想像線39に沿って且つ第1層32の表面に直角若しくはほぼ直角に、3層積層体を切断することで、多数本の柱状素材40を切出す。
【0015】
(b)において、柱状素材40はa×bの矩形断面の長尺材であり、第1層32、第2層31及び第3層33の積層体である。この柱状素材40を想像線41・・・に沿って切断することで、チップ半完成品42を切出す。具体的には、ワイヤカット放電加工法にて、切出す。このように切断することで、3層積層体を無駄なく使用することができる。
【0016】
(c)において、超硬合金の丸棒を所定の外径に仕上げてなるシャンク11の先端を山形に切削してチップ取付け部43を形成し、このチップ取付け部43にチップ半完成品42のV溝を合せ、位置決めを行うとともに、ろー12にてろー付けする。その後、チップ半完成品42に図2に示した切刃16、ガイドパッド19、切屑排出溝36などを形成し、穴仕上げ加工用ドリル10が完成する。
【0017】
以上に述べた穴仕上げ加工用ドリルの作用を次に説明する。
図5(a)〜(c)は本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第1作用図である。
(a)において、穴仕上げ加工用ドリル10を回転させ、切削油51を供給しながら、鋳物52に穴仕上げ加工用ドリル10を臨ませ、穴加工を開始する。
【0018】
(b)において、切刃16で鋳物52を切削し、鋳物52に穴53を形成する。切刃16を第1切刃21、第2切刃22及び第3切刃23に分けたので、各々の刃の長さを小さくすることができ、切屑54・・・を小さくすることができる。切屑54・・・が小さいと、切屑排出溝36の断面積が小さくても切屑を容易に排出することができるので、切屑排出溝36を小さくし、穴仕上げ加工用ドリル10の剛性を確保することができる。従って、シャンク11に振動(ビビリ)が起き難く、穴の精度が向上する。
【0019】
また、切刃16の材質はCBN若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体なので、穴仕上げ加工用ドリル10の切削速度(回転数)を上げることができ、生産効率の向上を図ることができる。
【0020】
(c)において、切刃16に続いて、刃部17,17の角が穴53の壁面55を僅かに切削するとともに、刃部17,17で壁面55を押し付けつつ、ガイドパッド19を壁面55に接触させて、振れを防止する。従って、穴53の壁面55は滑らかになり、壁面55の表面粗さは小さくなるとともに、穴53の寸法精度(寸法公差)が向上する。
【0021】
このように、穴仕上げ加工用ドリル10で穴53を開けつつ、穴53を仕上げるので、1回で穴加工工程、並びに穴仕上げ工程を実施することができ、加工時間を短縮することができる。例えば、直径10mm、深さ5mmの穴を所定の切削条件で加工した場合、1回の加工時間である0.2秒(往復)で高精度の穴を得ることができ、加工時間を50%低減することができる。
また、1本の穴仕上げ加工用ドリル10のみで穴の仕上げ加工まで実施するので、穴53を開けるドリル並びに穴53を仕上げるリーマを必要とせず、工具交換の時間を省くことができる。例えば、直径10mm、深さ5mmの穴を所定の切削条件で加工した場合、工具交換の時間は発生せず、約4秒の時間を短縮することができる。
【0022】
図6は本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第2作用図であり、図5の6−6線断面図である。
穴53内で刃部17,17並びにガイドパッド19,19が図時計方向(矢印▲2▼の方向)に回転し、壁面55を高精度に仕上げる。すなわち、刃部17に切削抵抗が作用すると、ランド18,18に突出形成したガイドパッド19,19が壁面55に矢印▲3▼,▲3▼の如く接触するので、チップ13の軸心が大きく振れることはなく、穴53の精度(表面粗さ、寸法公差)を確保することができる。
【0023】
また、ガイドパッド19をパッド角βの位置に形成したので、壁面55の表面粗さが安定するとともに、穴53の寸法精度(寸法公差)が安定する。
パッド角βが45゜未満であれば、ガイドパッド19は刃部17に近過ぎて、ガイドパッド19が壁面55に接触し難くなり、チップ13に振れが起きやすい。
パッド角βが45゜であれば、チップ13の振れを防止することができる。
パッド角βが45゜を超えると、ガイドパッド19は刃部17から離れ過ぎて、ガイドパッド19が壁面55に容易に接触しても、チップ13の振れを止め難くなる。
【0024】
次に、パッド角βの試験の一例を説明する。
図7は本発明に係るパッド角の比較グラフであり、(a)並びに(b)は横軸を1回転当たりの送り量とし、縦軸を穴の寸法差としたものであり、(c)並びに(d)は横軸を1回転当たりの送り量とし、縦軸を表面粗さとしたものである。
(a):パッド角45゜は、送り量の増加に対して穴の寸法差はほぼ一定であるから、穴の寸法は安定している。
(b):パッド角90゜は、送り量の増加に比例して穴の寸法差は小さくなるため、穴の寸法にばらつきが発生する。
【0025】
(c):パッド角45゜は、送り量の増加に対して表面粗さは一定であるから、表面粗さは安定している。
(d):パッド角90゜は、送り量の増減で表面粗さが大きくなる場合がある。
【0026】
尚、本発明の実施の形態に示した図2の切刃16に3段の段差部を形成したが、段数は3段に限定するものではなく、穴径の大きさにより任意の数で段差部を形成してもよい。
図3のガイドパッド19の数は2個であるが、2個に限定するものではない。
また、切刃16の数、並びに刃部17の数は任意である。
【0027】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1では、穴仕上げ加工用ドリルの切刃を、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃とし、段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、段付き刃、凸状の刃部、及びガイドパッドを含むドリルは、シャンク以外全てチップのみで形成されているので、切屑を小さくすることができ、切屑排出溝の断面積を小さくすることができる。その結果、穴仕上げ加工用ドリルの剛性を確保することができ、穴仕上げ加工用ドリルのシャンクに振動が起き難く、穴の精度を向上させることができる。従って、穴開けと穴の仕上げを1回の工程で行うことができ、生産効率の向上を図ることができる。
また、段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、段付き刃、凸状の刃部、及びガイドパッドを含むドリルは、シャンク以外全てチップのみで形成されているので、ガイドパッドが穴の壁面と接触し、チップは切削抵抗で振れることはなく、穴を仕上げる凸状の刃部とで穴を高精度に仕上げることができる。その結果、1回の加工で穴開け加工を実施しつつ、穴の仕上げ加工も実施することができ、生産効率の向上を図ることができる。
【0028】
さらに、段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、段付き刃、凸状の刃部、及びガイドパッドを含むドリルは、シャンク以外全てチップのみで形成されているので、1本の穴仕上げ加工用ドリルのみで穴の仕上げ加工まで行うことができ、工具交換の必要がなく、工具交換の時間を省くことができる。従って、生産効率の向上を図ることができる。
請求項2では、シャンクの先端に、切刃の先端角と同様の角度の山形にチップ取付け部を形成し、チップ取付け部にチップに形成したV溝が付けられているので、チップに用いる3層積層体を無駄なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの側面図
【図2】図1の2部拡大図
【図3】図2の3矢視図
【図4】本発明に係るチップの加工を示す斜視図
【図5】本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第1作用図
【図6】本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第2作用図
【図7】本発明に係るパッド角の比較グラフ
【符号の説明】
10…穴仕上げ加工用ドリル、11…シャンク、13…チップ、16…切刃、17…刃部、18…ランド、19…ガイドパッド、21…段差部(第1切刃)、22…段差部(第2切刃)、23…段差部(第3切刃)、31…第2層、32…第1層、33…第3層、β…パッド角。
Claims (2)
- CBN若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を第2層とし、この第2層を超硬合金などの工具材料からなる第1層及び第3層でサンドイッチした3層積層体をチップとし、このチップをシャンクに取付けたドリルであって、前記ドリルを正面から見ると、前記第2層は工具の回転中心を通る、前記第1層又は第3層よりも細い帯であり、この細い帯に切刃を形成するとともに、前記チップの外周に一対のランドを形成した穴仕上げ加工用のドリルにおいて、
前記切刃は、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃とし、
該段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、
ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、
前記段付き刃、前記凸状の刃部、及び前記ガイドパッドを含む前記ドリルは、前記シャンク以外全て前記チップのみで形成されていることを特徴とする穴仕上げ加工用ドリル。 - 前記シャンクの先端に、前記切刃の先端角と同様の角度の山形にチップ取付け部を形成し、該チップ取付け部に前記チップに形成したV溝が付けられていることを特徴とする請求項1記載の穴仕上げ加工用ドリル。
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