JP4416319B2 - 工作機械用穿孔工具の製作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ドリル本体と、このドリル本体の端面側に設けられた切削ヘッドと、後側のドリルシャフトとを備え、ドリル本体が切削ヘッドからドリル本体の長さの一部にわたって延びる少なくとも１つ若しくは２つの切屑搬出溝と、場合によっては切削ヘッドからドリルシャフトまで延びる少なくとも１つの機能通路を有する、工作機械用穿孔工具を製作するための方法に関する。
【０００２】
この種の公知の穿孔工具は、通常は旋盤加工、フライス加工および穿孔のような切削加工法によって製作される。機能通路は深穴ドリルによってドリル本体に形成され、その際円形の横断面を有する。特に小さな直径のドリルの場合しばしば、充分な大きさの横断面を有する機能通路をドリル本体内に形成することが困難である。公知の穿孔工具の場合には更に、製作コストが高いという欠点がある。
【０００３】
これから出発して、本発明の根底をなす課題は、新しい輪郭を有する穿孔工具と、このような穿孔工具をきわめて簡単に製作する方法を開発することである。
【０００４】
この課題を解決するために、請求項１と１７に記載された特徴の組み合わせが提案される。本発明の有利な実施形と発展形態は従属請求項から明らかになる。
【０００５】
本発明による解決策は、ドリル本体がその切屑搬出溝と機能通路と共に、きわめて簡単に切削加工しないで製作可能であるという思想から出発する。これを達成するために、本発明では、管状のブランクの周囲に分配配置されブランク表面に沿って軸方向に移動する複数のセグメントによって同時に、半径方向に振動して形状を付与する変形力が、場合によっては冷間状態で、管状のブランクの壁に加えられ、その際少なくとも１つの切屑搬出溝が成形され、少なくとも１つの機能通路および／またはドリル本体の内部にある少なくとも１つの分離継ぎ目が形成される。その際、管状のブランクは延性の金属、例えば鋼からなっているかまたは焼結可能な材料からなる圧粉体として形成されている。
【０００６】
しばしば所望されるドリル本体のらせんは、管状のブランクが少なくとも１つのらせん状の切屑搬出溝と少なくとも１つのらせん状の機能通路を形成しながら、ブランク表面に沿って軸方向と周方向に移動する変形セグメントによって、振動して形状を付与する変形力を加えられることによって可能である。
【０００７】
管状のブランクを完成したドリル本体に変形することは基本的には、１段で行うことができる。しかし、所定の個所で、比較的に大きな変形を必要とし、この変形が局部的に亀裂を生じることになるという問題がある。これ特に、切屑搬出溝の出口範囲である。この欠点を回避するために、本発明の有利な実施形によれば、複数のセグメントによる複数回のパスにおいて段階的に変形される。ブランクは２回のパスの間で焼き戻し・焼きなましされる。それによって、変形の際に発生する材料応力を低減することができる。
【０００８】
ブランクは変形工程中、好ましくは定置された変形セグメントと相対的に軸方向に摺動させられ、場合によっては変形セグメントと相対的にその軸線回りに回転させられる。その際、ブランクは変形工程中、軸方向の送り力とそれに作用する変形力を作用させながら、その軸線の回りに自動的に回転させることができる。
【０００９】
好ましくは１００〜２０００Ｈｚの周波数で振動する変形力は、本発明の好ましい実施形に従って、各々１つの変形セグメントを越えて延びる、すえ込み機械またはロータリスウェージング機械の複数の変形工具を備えたすえ込み機構またはスウェージング機構によって発生させられ。その際、少なくとも１つの切屑搬出溝は、切屑搬出溝の輪郭に適合した形状を付与する変形工具によって発生させられる。この場合、切屑搬出溝の出口が、パス区間の終端で、形状を付与する変形工具の入口輪郭によって形成される。送り方向に動くブランクは、一部出来上がった、形成すべきらせん状の切屑搬出溝に係合する形状を付与する変形工具によって、その軸線回りに自動的に回転させられる。基本的には、ブランクをその軸方向の送りに依存して、すえ込み機構またはスウェージング機構と相対的にその軸線回りに自動的に回転させることもできる。
【００１０】
本発明の他の有利な実施形によれば、周方向において互いに間隔を有する少なくとも２つの変形セグメントによって、切屑搬出溝がブランクの壁に形成され、その際互いに向き合う２つの切屑搬出溝の範囲の壁部分の内面が、分離継ぎ目を形成しながら互いに密封接触するように、切屑搬出溝が形成される。接触個所に化学的に活性化され、酸化しない表面が設けられているときに、当該の壁部分は、変形工程時に互いに圧接される。分離継ぎ目の範囲において向き合う両壁部分は、互いにろう付け可能である。そのためには、変形工程の前に、ろうまたはろうペーストが互いに連結すべき壁部分の間に挿入され、変形工程の際または変形工程後、溶融温度まで加熱される。
【００１１】
ろう線材またはろうペーストのほかに、剥離剤、遅延剤または内部コーティングのような他の異物を、変形工程の前に内室に挿入することができる。更に、少なくとも１個の形状を付与するインサートをブランクに挿入し、変形工程の際に機能通路に埋め込むことができる。その際、棒状、線材状、管状またはネックレス状の金属、セラミックス、合成樹脂および／またはポリフルオロテトラエチレン製のインサートを使用することができる。用途に応じて、インサートを機能通路内にそのまま残してもよいし、機能通路から再び取り外してもよい。
【００１２】
ドリル本体の端面側の端部に、切削ヘッドが一体成形または固定され、ドリル本体の後端部に、ドリルシャフトが一体成形または固定されると有利である。その際、基本的には、切削ヘッドおよび／またはドリルシャフトを特に、すえ込み工具によって切削加工しないでドリル本体に一体成形することができる。その代わりに、切削ヘッドおよび／またはドリルシャフトは例えば抵抗溶接または摩擦圧接によってドリル本体に溶接可能である。更に、この個所でろう付けまたは接着による連結も可能である。
【００１３】
本発明の他の代替的な実施形では、切削ヘッドとドリルシャフトが、特に機能通路の範囲においてドリル本体に通される少なくとも１本のタイロッドによってドリル本体に固定される。その際、タイロッドはねじ止め、くさび止めまたはすえ込みによって緊張させられる。更に、タイロッドを加熱とそれに続く冷却によって予備緊張させることができる。基本的には、中空に形成されたタイロッドを使用することもできる。逆に、タイロッドは機能通路内で外側の中空室を空けて支持される外側輪郭を有することができる。
【００１４】
出来上がったドリル本体の材料は変形工程の後で好ましくは焼き戻し、焼入れ、焼結されるかあるいは滑動性および耐摩耗性の表面コーティングを備える。
【００１５】
本発明による穿孔工具の場合には、ドリル本体が管状のブランクをすえ込み加工またはロータリスウェージング加工することによって作られた成形部品として形成され、機能通路が特徴として、少なくとも１つの尖った角を有する円形でない横断面を有する。機能通路が、１つ、２つまたは３つの湾曲した辺と、２つまたは３つの尖った角を持つ三角形の横断面を有すると有利である。機能通路の少なくとも１つの辺は外側に向かって凸形に湾曲している。その際特に、この辺は隣接する切屑搬出溝寄りの辺である。第３の辺を凸形に湾曲させることができる。
【００１６】
本発明の他の有利な実施形では、らせん状に湾曲し、部分円筒状の外面を有するリブによって、側面を画成された少なくとも２つの切屑搬出溝がドリル本体に形成され、丸くない横断面、特に三角形の横断面を有する機能通路が各々のリブ内に設けられている。三角形の横断面を有する機能通路の場合には、部分円筒状の外面に対して同心的で外側に向かって凸形の辺と、外側の辺に接続し、外側に向かって少なくとも一部が凹形であり、そしてドリル本体軸線に向いた尖った三角形の角を形成する２つの内側の辺が設けられている。その際、内側の両辺はそれぞれ隣接する切屑搬出溝の側面部分に対してほぼ平行に向いている。
【００１７】
本発明の他の有利な実施形では、隣接する２つの機能通路の互いに向き合った三角形の角が、互いに分離継ぎ目によって分離され、この場合分離継ぎ目が互いに隣接する２つの切屑搬出溝の溝底に対してほぼ平行に延びている。
【００１８】
他の本発明思想によれば、ドリル本体はその側面においてらせん状に湾曲したリブによって画成された３つの切屑搬出溝を有し、中央に配置された、輪郭が三角形の機能通路が付加的に設けられ、この機能通路の三角形の辺が半径方向外側に尖った角を形成し、かつ各々１つの分離継ぎ目に接続している。
【００１９】
上記の分離継ぎ目は溶接ブリッジまたはろう付けブリッジによって閉鎖可能である。
【００２０】
切屑搬出溝の少なくとも１つの側面が、隣接するリブ外面の方に尖った画成エッジを備えていると合目的である。
【００２１】
本発明の他の有利な実施形では、機能通路が切屑搬出溝のシャフト側の出口の範囲において、拡張された中央の供給通路に段なしに接続している。機能通路の少なくとも１つは中央通路を経て冷却潤滑剤を供給可能である。拡張された中央通路は最小潤滑技術の場合にも、潤滑剤の貯蔵室として使用可能である。機能通路の少なくとも１つは、特に金属、セラミック材料および／または合成樹脂からなる線材状、管状またはケーブル状の少なくとも１つのインサートを備えることができる。
【００２２】
基本的には、少なくとも１つの機能通路の一部または全体に、例えば遅延剤として形成された充填剤を充填することができる。更に、リブは部分円筒状の外面の範囲に、部分円筒状の外面から突出する耐摩耗性の支持要素または外板を収容するための凹部を有することができる。切屑搬出溝は、例えば補強作用を有するかまたは振動を防止する耐摩耗性の支持要素または外板を収容するための、溝長手方向に延びる凹部を有することができる。
【００２３】
切削ヘッドおよび／またはドリルシャフトはドリル本体に切削加工しないで形成され、例えばすえ込み加工、溶接、ろう付け、接着またはねじ止めされている。更に、切削ヘッドとドリルシャフトはが、ドリル本体を貫通する少なくとも１本のタイロッドによってドリル本体に固定可能である。
【００２４】
次に、図に基づいて本発明を詳しく説明する。
図（図５のｃ）に示した穿孔工具は実質的に、ドリル本体１０と、ドリル本体１０の端面側に配置された切削ヘッド１２と、穿孔工具を工作機械の図示していない工具ホルダーに固定するための後側のドリルシャフト１４とからなっている。ドリル本体は２つの切屑搬出溝１６（図３のａとｂ）と３つの切屑搬出溝１６（図４）を有する。この切屑搬出溝の側面は、らせん状に曲げられた２つのリブ１８によって画成されている。更に、ドリル本体１０には、２つの機能通路２０（図３のａとｂ）または３つの機能通路２０（図４）が設けられている。この機能通路はリブ１８と同じ曲率でらせん状に曲げられ、ドリル本体１０のリブ１８に沿って延びている。機能通路２０はシャフト側の端部で、中央の共通の１つの供給通路２２に段なしに開口している。図４の実施の形態の場合には更に、中央の機能通路２４が設けられている。この機能通路はドリル軸線３２に沿って延び、その輪郭はらせん状にねじれている。
【００２５】
特に図３のｂと図４から判るように、機能通路２０は三角形の横断面を有する。この横断面の外側の辺２６は、当該のリブ１８の部分円筒の外面２８に対して同心的である、外側に向かって凸形の湾曲部を有し、この外側の辺２６に対して内側に接続する内側の側辺３０は少なくとも一部が凹形に湾曲し、ドリル軸線３２の方に向いた三角形の角３４で鋭角をなしている。内側の両側辺３０は、切屑搬出溝１６のそれぞれ隣接する側面部分３１に対してほぼ平行に延びている。図４の中央の機能通路２４は外側に向かって凹形の３つの辺３６を有する。この辺はその鋭角の角３８が、外側に位置する機能通路２０の三角形の角３４の方に向いている。互いに向き合った三角形の角３４（図３のｂ）または３４，３８（図４）の間で、分離継ぎ目４０が延びている。この分離継ぎ目は互いに隣接する２つの切屑搬出溝１６の溝の底に対して平行に延び、好ましくは溶接ブリッジまたはろう付けブリッジによって閉鎖されている。
【００２６】
機能通路２０は切断ヘッド１２の出口４２に接続している。この機能通路には供給通路２２を経て、冷却兼潤滑剤を供給可能である。機能通路２０，２４は基本的には、所定の用途のための線材状、管状またはケーブル状のインサートを備えることが可能である。機能通路は更に、図４の機能通路２４の場合のように、充填材４４を充填することができる。
【００２７】
ドリル本体１０を製作するために、変形可能な鋼からなる管状のブランク５０が、矢印５４方向から、すえ込み機械またはロータリスウェージング機械のすえ込み機構またはスウェージング機構５２に供給される。このすえ込み機構またはスウェージング機構５２は、ブランク５０の外周の一部を取り囲む複数の変形工具５６，５７を備えている。互いに向き合う変形工具５６は、ドリル本体１０の切屑搬出溝１６を形成する形状付与輪郭５８を備えている。この輪郭は、支持工具として形成された両変形工具５７には設けられていない。テーパ状に形成された形状付与輪郭５８の入口範囲５９により、セグメントによるパスの際に切屑搬出溝１６がブランク壁に徐々に形成される。入口範囲５９はそのテーパ状輪郭によって、切屑搬出溝の後側の出口範囲６１の形を決定する。特に図２から明らかなように、形状付与輪郭５８が通過方向５４に対して斜めに向けられるので、ブランクは変形工具５６，５７を通過するときに、形成すべき切屑搬出溝１６のらせん傾斜の方向にその軸線回りに回転させられる。変形工具５６は両方向矢印６０の方向に、１００〜２０００Ｈｚの周波数で半径方向振動を行い、その際矢印５４の方向に傍らを通過するブランク５０の部分に形状を付与し、変形力を補正する。その際、切屑搬出溝１６と、内側にある機能通路が形成される。図１のｂ，ｃから判るように、変形は、同じすえ込み機構またはスウェージング機構５２を複数回、図示の実施の形態では２回通過させて行われる。この場合、変形工具５６，５７は段階的に狭く調節される。亀裂の発生を避けるために、ブランク５０は２回のパスの間で温度調節または加熱される。最後のパスの際に、ブランク内面の部分は分離継ぎ目４０の範囲において接触し、そこで圧接されるかまたは前もって挿入されたろうによってろう付けされる。ろう付けは変形工具５６を作用させながら加熱することによってあるいは出来上がったドリル本体を後で加熱することによって行われる。図３のａと図５のａとｂには、完成したドリル本体１０が示してある。このドリル本体には更に、切削ヘッド１２とドリルシャフト１４を連結しなければならない。連結を行うために、連結部品（図５のａとｂ）は摩擦圧接、ろう付け、接着またはねじ６２（図５のｂ）によって連結される。切削ヘッド１２とドリル本体１０とドリルシャフト１４を貫通し、初期応力を加えてドリルシャフトに固着されるタイロッドによって連結してもよい。
【００２８】
要約すると、本発明は工作機械用穿孔工具と、この穿孔工具の製作方法に関する。穿孔工具は少なくとも１つの切屑搬出溝１６と、少なくとも１つの機能通路２０を有する。ドリル本体１０を製作するために、管状の金属ブランク５０の壁には、周囲に分配配置されブランク表面に沿って軸方向に移動する複数の変形セグメントントによって同時に、ほぼ半径方向に振動して形状を付与する変形力が加えられる。それによって、少なくとも１つの切屑搬出溝１６が成形され、少なくとも１つの機能通路２０，２４が形成される。周方向に互いに間隔をおいて配置された少なくとも２個の変形セグメント上で、切屑搬出溝１６がブランク５０の壁に形成されるときに、互いに向き合う２つの切屑搬出溝１６の範囲の壁部分は、少なくとも２つの機能通路２０，２４を画成しながら、機能通路の内面で互いに封隙的に接触する。その際生じる分離継ぎ目４０は圧接またはろう付けによって閉鎖可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ａ，ｂ，ｃは２つの切屑搬出溝と２つの機能通路を有するドリル本体を製作する際のプロセスを概略的に示す図である。
【図２】 ドリル本体を製作するために使用されるすえ込み工具の斜視図である。
【図３】 ａとｂは図１のａ，ｂ，ｃの方法で製作されたドリル本体の斜視図と横断面図である。
【図４】 ３つの切屑搬出溝を有する、すえ込みによって製作されたドリル本体の横断面図である。
【図５】 ａとｂはそれぞれ、ドリル本体、切削ヘッドおよびドリルシャフトからなる穿孔工具の分解図、ｃは図５のａ，ｂの穿孔工具の接合状態を示す斜視図である。

Claims (34)

1. 少なくとも１つの切屑搬出溝（１６）と少なくとも１つの機能通路（２０，２４）をドリル本体（１０）に形成する、穿孔工具を製作するための方法であって、管状のブランク（５０）の周囲に非回転に分配配置されブランク表面に沿って軸方向に移動する複数のセグメントによって同時に、半径方向に振動して（双方向矢印６０）形状を付与する変形力が、管状のブランクの壁に加えられ、それによって少なくとも１つの切屑搬出溝（１６）と少なくとも１つの機能通路（２０，２４）および／またはドリル本体（１０）の内部にある少なくとも１つの分離継ぎ目（４０）が形成される、方法において、
   複数のセグメントを用いた変形工程中、軸方向の送り力とブランクに作用する変形力（６０）をブランクに作用させながら、その軸線（３２）の回りに自動的にブランク（５０）が回転させられること、を特徴とする方法。
2. 金属製の管状のブランク（５０）または焼結可能な材料からなる圧粉体として形成された管状のブランクが使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 管状のブランク（５０）が少なくとも１つのらせん状の切屑搬出溝（１６）と少なくとも１つのらせん状の機能通路（２０）を形成しながら、ブランク表面に沿って軸方向と周方向に移動する変形セグメントによって、振動して形状を付与する変形力を加えられることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 上記複数のセグメントによる複数回のパスにおいてドリル本体（１０）が段階的に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ブランク（５０）が２回のパスの間で焼き戻し・焼きなましされることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. ブランク（５０）が変形工程中、変形セグメントと相対的に軸方向に移動させられる（矢印５４）ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. ブランク（５０）が変形工程中、変形セグメントと相対的にその軸線（３２）の回りに回転させられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 変形力の振動周波数が１００〜２０００Ｈｚであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 各々１つの変形セグメントを越えて延びるすえ込み機械またはロータリスウェージング機械の変形工具（５６）を備えたすえ込み機構またはスウェージング機構によって、振動する変形力が、発生させられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 少なくとも１つの切屑搬出溝が、切屑搬出溝の輪郭に適合した形状を付与する変形工具（５６）によって発生させられることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 切屑搬出溝（１６）の出口が、前記複数のセグメントによって形成されるパス区間の終端で、形状を付与する変形工具（５６）の入口輪郭によって形成されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 送り方向（５４）に動くブランク（５０）が、一部出来上がった、形成すべきらせん状の切屑搬出溝（１６）に係合する形状を付与する変形工具（５６）によって、その軸線（３２）回りに自動的に回転させられることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. ブランク（５０）がその軸方向の送りに依存して、すえ込み機構またはスウェージング機構（５２）と相対的にその軸線（３２）回りに自動的に回転させられることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
14. 切屑搬送溝が２つの場合に、周方向において互いに間隔を有する少なくとも２つの変形セグメントによって、切屑搬出溝（１６）が管状のブランク（５０）の壁に形成され、その際互いに向き合う２つの切屑搬出溝（１６）の壁部分の範囲の内面が、分離継ぎ目（４０）を形成しながら互いに密封接触するように、切屑搬出溝が形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 分離継ぎ目（４０）の範囲において向き合う壁部分が変形工程時に圧接されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 分離継ぎ目（４０）の範囲において向き合う壁部分（４０）が互いにろう付けされることを特徴とする請求項１４記載の方法。
17. 少なくとも２つの切屑搬出溝（１６）と少なくとも１つの機能通路（２０，２４）をドリル本体（１０）に形成する、穿孔工具を製作するための方法であって、管状のブランク（５０）の周囲に非回転に分配配置されブランク表面に沿って軸方向に移動する複数のセグメントによって同時に、半径方向に振動して（双方向矢印６０）形状を付与する変形力が、管状のブランクの壁に加えられ、それによって少なくとも２つの切屑搬出溝（１６）と少なくとも１つの機能通路（２０，２４）および／またはドリル本体（１０）の内部にある少なくとも１つの分離継ぎ目（４０）が形成され、周方向において互いに間隔を有する少なくとも２つの変形セグメントによって、２つの切屑搬出溝（１６）が管状のブランク（５０）の壁に形成され、その際互いに向き合う２つの切屑搬出溝（１６）の壁部分の範囲の内面が、分離継ぎ目（４０）を形成しながら互いに密封接触するように、切屑搬出溝が形成される、方法において、分離継ぎ目（４０）の範囲において向き合う壁部分が変形工程時に圧接されるかまたは互いにろう付けされることを特徴とする方法。
18. ろう付けのために必要なろうが、変形工程の前に、互いに連結すべき壁部分に取付けられるかまたはこの壁部分の間に挿入され、変形工程の際または変形工程後、溶融温度まで加熱されることを特徴とする請求項１６または１７記載の方法。
19. ろう線材、ろうペースト、剥離剤または内部コーティングのような異物が、変形工程の前にブランク（５０）の内室に挿入されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 少なくとも１個のインサートがブランク（５０）の機能通路（２０，２４）の範囲に挿入され、変形工程の際に機能通路に埋め込まれることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. インサートが変形工程の後で機能通路（２０，２４）から取り外されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 棒状、線材状または管状のインサートが使用されることを特徴とする請求項２０または２１記載の方法。
23. 金属、セラミックス、合成樹脂またはポリフルオロテトラエチレンからなるインサートが使用されることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. ドリル本体（１０）の端面側の端部に、切削ヘッド（１２）が一体成形または固定されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. ドリル本体（１０）の後端部に、ドリルシャフト（１４）が一体成形または固定されることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 切削ヘッド（１２）および／またはドリルシャフト（１４）が切削加工しないでドリル本体（１０）に一体成形されることを特徴とする請求項２４または２５記載の方法。
27. 切削ヘッド（１２）がドリル本体（１０）に溶接されることを特徴とする請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. ドリルシャフト（１４）がドリル本体（１０）に溶接されることを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 切削ヘッド（１２）および／またはドリルシャフト（１４）がドリル本体（１０）にろう付けまたは接着されることを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 切削ヘッド（１２）とドリルシャフト（１４）が、ドリル本体（１０）に通される少なくとも１本のタイロッドによってドリル本体（１０）に固定されることを特徴とする請求項２４または２５記載の方法。
31. タイロッドがねじ止め、くさび止めまたはすえ込みによって緊張させられることを特徴とする請求項３０記載の方法。
32. タイロッドが加熱とそれに続く冷却によって緊張させられることを特徴とする請求項３０記載の方法。
33. 中空に形成されたタイロッドが使用されることを特徴とする請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の方法。
34. ドリル本体の材料が変形工程の後で焼き戻し、焼入れ、焼結されるかあるいは表面がコーティングされることを特徴とする請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。

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