JP5034528B2 - 鋳抜き穴加工用回転切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、特に鋳物にあらかじめ形成された鋳抜き穴の加工に好適に用いられるドリルに関する。

鋳物の材料使用量を低減するため、所望する穴寸法に対し所定の仕上げ代を有した下穴を鋳造により形成する場合がある。このあらかじめ成形される鋳抜き穴は、最終的に求められる穴位置の穴基準に対して偏心することが多い。そのため、この位置ずれを矯正するような切削加工を行う必要がある。
このような鋳抜き穴加工においては、穴基準に対しずれた状態の下穴に切削加工を行うことになるので、２枚刃ドリルにおける切削では、加工開始時にドリルの片側の切れ刃のみが被削材と接触して片刃当たり状態となり、穴壁面から押し付けられる力が作用してドリルが横方向に振られ、鋳抜き穴に倣いやすく、穴径寸法や真円度がばらついたり、穴位置精度に不具合が生じたりする。また、ドリルの回転が不安定で振動が大きくなりやすく、加工面の仕上がりが悪くなるだけでなく、刃部の損傷、工具折損等の恐れがある。
そこで、まずドリルで工具中心と穴基準を一致させて鋳抜き穴加工を行って位置のずれた鋳抜き穴を正確な位置に開け直し、次にリーマで仕上げ加工を行うことで滑らかな仕上げ面を得ることとなるが、作業工程が増えるため、生産効率が悪く生産コストが高くなってしまう。
この問題を解決するために、ドリル本体の外周部に、周方向にほぼ等間隔で並ぶ３個以上の粗切刃と、この粗切刃の後方に仕上刃とを設けたドリルが提案されている（例えば、特許文献１、第１図参照。）。
特開２００２−３７０１１３号公報（第１図）

しかしながら、上記特許文献１の発明では、ドリル本体の外周部にその回転方向の前側より後方へ向かって、第１の粗切刃、仕上刃、第２の粗切刃の順に配置され、夫々２個ずつ形成されている。つまり、４枚の粗切刃により粗加工が行われ、２枚の仕上刃により仕上げ加工が行われることとなる。したがって、粗切刃と仕上刃とで切削に関与する切れ刃の枚数が異なるためバランスが悪く、仕上刃においては２枚刃切削になるため、３枚刃と比べて切削に伴いドリルの中心位置がずれ切削状態が不安定になり仕上げ面粗さや真直度等の向上を図れない恐れがある。また、心厚が小さいと剛性が低く、鋳抜き穴精度に左右され狙いの穴位置精度が得られないという問題があった。さらに、通常、ドリルの径方向におけるすくい角は正角に設定され、穴内面と工具の摩擦によって生じるバニシング作用による仕上げ面粗さの向上を期待することができないという問題もあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、穴あけ加工と仕上げ加工を一度にすることができ、穴位置精度、穴径寸法、真円度、真直度、仕上げ面粗さ等の加工穴精度に優れた鋳抜き穴加工用回転切削工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の鋳抜き穴加工用回転切削工具は以下の手段を採用する。
軸線回りに回転される先端部に刃部を備えるドリル本体と、このドリル本体の外周部にその先端側から後端側に向けて延びるように形成される溝と、この溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面に形成されるすくい面と、前記刃部の先端面に形成される逃げ面と、この逃げ面と前記すくい面との交差稜線部に形成される切れ刃とを有するドリルであって、 前記切れ刃が、周方向にほぼ等間隔で３箇所に設けられ、前記切れ刃より大きい径を有する仕上げ刃が、前記切れ刃の軸線方向後方側に配置されて、周方向に前記切れ刃と間隔をあけてほぼ等間隔で３箇所に設けられるとともに、前記切れ刃における径方向のすくい角が正であり、前記仕上げ刃における径方向のすくい角が０°であり、前記切れ刃における食付き部の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角が、６０°以上９０°以下であり、前記仕上げ刃における食付き部の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角が、４０°以上５０°以下であることを特徴とする。

本発明によれば、軸線方向先端側に設けられる前記切れ刃と、この切れ刃より軸線方向後端側に設けられる前記切れ刃よりわずかに大きい径を有する仕上げ刃とが、交互に配置されることにより、まず切れ刃によって穴あけ加工が行われ、次に仕上げ刃によって仕上げ加工が行われることになる。このような構成により、下穴の中心とドリルの軸心にずれが生じるような鋳抜き穴の加工においても、ドリルによる穴あけ加工とリーマによる仕上げ加工の２工程を経る必要がなく、一度に位置のずれた鋳抜き穴を正確な位置に開け直しつつ滑らかな仕上げ面に仕上げることができる。

この場合において、これら切れ刃と仕上げ刃とが各３枚ずつ交互に配置され６枚刃となるように構成されることにより、切削抵抗をバランスよく受けることができ、1刃当たりの切削抵抗が低減されるとともに、心厚が大きくなって工具剛性が向上する。
また、実質的に切削作用に関与して穴あけ加工を行うのは前記３枚の切れ刃である。そのため、従来の２枚刃のものとは異なり、この３点支持によりドリル本体の軸心を定位置に保持することができ、ドリルの回転状態が安定し、振動が少なくなる。

また、前記切れ刃の径方向のすくい角が、正に設定されているので、切れ味が良く、鋳抜き穴を正確な位置に開け直すことができる。そして、切削抵抗の低減によりびびり振動の発生を抑制でき、切りくずの一部が刃先に溶着するのを抑制できる。
さらに、前記切れ刃によって開けられた加工穴を所望の穴径に仕上げ加工する前記仕上げ刃においては、そのランド部にマージンが設けられるとともに、その径方向のすくい角が、０°に設定されているので、前記切れ刃により加工された穴内壁とドリル本体との摩擦によってバニシング作用が生じ、仕上げ面粗さが向上する。

したがって、鋳抜き穴精度に左右されずに、高精度の穴位置精度、穴径寸法、真円度、真直度、仕上げ面粗さ等を得ることができる。

上記発明においては、前記仕上げ刃における径方向のすくい角を−１０°以上０°以下とすることが好ましい。
このようにすることで、前記切れ刃により加工された穴の内壁とドリル本体との摩擦によって、被削材の加工穴内壁をドリル本体の径方向外側に押し付ける力、すなわち、バニシング作用が発生して、その穴内壁に摩擦が生じることにより仕上げ面粗さをより向上することができる。

また、上記発明においては、工具剛性の確保と切削抵抗の低減化の観点から、前記切れ刃を基準としたドリルの心厚をドリル直径の４０％以上６０％以下とすることが好ましい。

また、上記発明においては、加工開始時において一部の切れ刃のみが被削材と接触して片刃当たり状態となって鋳抜き穴に倣うことを防止する観点から、前記切れ刃における食付き部の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角を６０°以上９０°以下とすることが好ましい。
また、仕上げ刃３の実質切取り厚みを小さくして切削抵抗を低減させることにより、仕上げ刃３による加工穴の穴位置精度、穴径寸法、真円度を向上させる観点から、前記仕上げ刃における食付き部の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角を、４０°以上５０°以下とすることが好ましい。
ここで、食付き部とは、加工開始時に被削材に食い付いて主として切削作用を行う部分をいう。

本発明の鋳抜き穴加工用回転切削工具によれば、穴あけ加工と仕上げ加工を一度にすることができ、穴位置精度、穴径寸法、真円度、真直度、仕上げ面粗さ等の加工穴精度に優れるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る鋳抜き穴加工用回転切削工具について、図１乃至図３を参照して説明する。
実施形態に係る鋳抜き穴加工用回転切削工具１（以下、便宜的にこの工具を「ドリル」と呼称する）は、図１に示されるように、軸線Ｏ回りに回転される先端部に刃部を備えるドリル本体と、このドリル本体の外周部にその先端側から後端側に向けて延びるように形成される溝と、この溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面に形成されるすくい面と、刃部の先端面に形成される逃げ面とを有しており、この逃げ面とすくい面との交差稜線部に切れ刃２が形成されている。

切れ刃２は、主に切削作用に関与して穴あけ加工を行うものであり、図２(ａ)に示されるように、周方向に等間隔をあけて３カ所に設けられ、径方向のすくい角θ１は２０°に設定されている。また、加工開始時に被削材に食い付いて主として切削作用を行う食付き部４の傾きに平行な線と軸線Ｏに平行な線とがなす角θ３は、７５°に設定されている（図３参照）。

切れ刃２より軸線Ｏ方向後方側には、切れ刃２より径方向外側にわずかに突出するような、径がやや大きい仕上げ刃３が形成されている。
仕上げ刃３は、切れ刃２に続いて、所望の穴径に仕上げ加工を行うものであり、図２(ａ)に示されるように、周方向に切れ刃２と間隔をあけて等間隔で３箇所に設けられ、図２(ｂ)に示されるように、そのランド部７のドリル回転方向先方側にはマージン６が形成されている。そして、径方向のすくい角θ２は０°に設定されている。また、食付き部５の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角θ４は、４５°に設定されている（図３参照）。
これら切れ刃２と仕上げ刃３とは交互に配置されている。

このように構成された本実施形態に係る鋳抜き穴加工用回転切削工具の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る鋳抜き穴加工用回転切削工具１によれば、まず軸線Ｏ方向先端側の切れ刃２が被削材に食い付いて鋳抜き穴を所望の位置および寸法に切削していき、次にその切れ刃２によって加工された穴内壁を軸線Ｏ方向後端側の仕上げ刃３が所望の穴径に仕上げていくこととなる。

したがって、ドリルによる穴あけ加工とリーマによる仕上げ加工の２工程を経る必要がなく、一度に位置のずれた鋳抜き穴を正確な位置に開け直しつつ滑らかな仕上げ面に仕上げることができる。

このような構成により、切れ刃２が仕上げ刃３に先行して切削を行うこととなるため、実質的には３枚の切れ刃２によって穴あけ加工が行われることとなる。
したがって、これら３枚の切れ刃２の３点支持により、下穴の中心とドリルの軸心にずれが生じているような鋳抜き穴の加工においても、ドリル本体の軸心を定位置に保持することができ、ドリルの回転状態が安定する。つまり、従来の２枚刃のものとは異なり、加工開始時に一方の切れ刃の食い付き部のみが鋳抜き穴の外周縁部と接触して片刃当たり状態となり、穴壁面から押し付けられる力がきわめてアンバランスに作用してドリルが径方向に振られ、鋳抜き穴に倣ってドリルの軸心が変位してしまうことがない。これにより、振動も少なく安定して穴あけ加工を行うことができるので、鋳抜き穴精度に左右されることなく所望の穴位置精度、穴径寸法を得ることができ、真円度、真直度、円筒度および仕上げ面粗さに優れる。また、刃部の損傷、工具折損等の恐れもない。切れ刃２に続いて仕上げ刃３が仕上げ切削をする際においても、鋳抜き穴に倣うことが防止されるため、加工された穴の真円度、真直度、円筒度および仕上げ面粗さに優れる。

この場合において、本実施形態に係る鋳抜き穴加工用回転切削工具１は、切れ刃２と仕上げ刃３とが各３個ずつ交互に配置されるので、切削抵抗をバランスよく受けることができ、かつ、１刃当たりの切削抵抗が低減される。
また、これら切れ刃２と仕上げ刃３とを合わせて６枚刃となるように構成されているので心厚が大きく、切れ刃２を基準とした鋳抜き穴加工用回転切削工具１の心厚がドリル直径の６０％に設定されていることから、工具剛性に優れ、切削抵抗が小さい。
したがって、加工時の鋳抜き穴への倣いを抑制して、鋳抜き穴精度に左右されずに穴あけ加工をすることができるので、穴位置精度、穴径寸法に優れる。さらに、切削抵抗の低減によりびびり振動の発生を抑制することができるので、仕上げ面粗さ、真円度、真直度、円筒度等に優れる。そして、刃部の損傷、工具折損等を防止することができる。

また、主に切削に関与して穴あけ加工を行う切れ刃２の径方向のすくい角θ１は、２０°に設定されていることから、切れ味が良く、切削抵抗が小さい。
したがって、切りくずの刃先への溶着、構成刃先を抑制しつつ、びびり振動の発生を抑制しながら、鋳抜き穴を正確な位置に開け直すことができ、優れた穴位置精度、穴径寸法、真円度、真直度、仕上げ面粗さを得ることができる。

また、主に仕上げ加工を行う仕上げ刃３におけるランド部７のドリル回転方向先方側にはマージン６が形成されるとともに、仕上げ刃３の径方向のすくい角θ２は、０°に設定されていることから、切れ刃２により加工された穴の内壁とドリル本体との摩擦によって、被削材をドリル本体の径方向外側に押し付ける力、すなわち、バニシング作用が発生して仕上げ面粗さが向上する。

また、切れ刃２における食付き部４の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角θ３は、７０°に設定されているので、切削時にドリルが径方向内側に押し付けられる力がドリルの軸線方向に作用する力に対して小さくなり、加工開始時において一部の切れ刃２のみが被削材と接触して片刃当たり状態となって鋳抜き穴に倣うことを防止することができる。
また、仕上げ刃３における食付き部５の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角θ４は、切れ刃２の角度θ３より小さく、４５°に設定されていることから、切れ刃２にくらべ仕上げ刃３の実質切取り厚みが小さくなり、切削抵抗が低減するので、仕上げ刃３による加工穴の穴位置精度、穴径寸法、真円度が向上するという利点がある。

なお、本実施形態においては切れ刃２を基準としたドリル１の心厚をドリル直径の６０％としたが、任意の心厚に設定することができる。この場合において、工具剛性の確保および切削抵抗の低減化の観点から４０°以上７０°以下とするのが好ましい。

また、本実施形態においては切れ刃２の径方向のすくい角θ１を２０°としたが、任意の正角に設定することができる。この場合において、切れ味の向上および切削抵抗の低減化の観点から１０°以上３０°以下とするのが好ましい。

また、本実施形態においては切れ刃２における食付き部４の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角θ３を７５°としたが、６０°以上９０°の範囲内で設定することができる。この範囲内であれば加工時における鋳抜き穴への倣いを抑制することができる。
また、仕上げ刃３における食付き部５の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角θ４を４５°としたが４０°以上５０°以下の範囲内で設定することができる。この範囲内であれば切れ刃２に比べ仕上げ刃３の実質切取り厚みが小さくなり、切削抵抗が低減するので、仕上げ刃３による加工穴の穴位置精度、穴径寸法、真円度が向上するという効果を得ることができる。

また、本実施形態においては各仕上げ刃３におけるランド部７のドリル回転方向先方側に各々一箇所ずつマージン６を設けることとしたが、その位置および個数はこれに限定されるものではない。また、仕上げ面粗さの向上を図るため切れ刃２のランド部７にもマージン６を設けることとしてもよい。
なお、ガイド性を向上させることを目的としてドリルのヒール部分にガイドパッドを設けることとしてもよい。

本発明の一実施形態に係る鋳抜き穴加工用回転切削工具を示す正面図である。 図１に示す鋳抜き穴加工用回転切削工具を示す図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は図２(ａ)における仕上げ刃の先端部を示す拡大図である。 図１の鋳抜き穴加工用回転切削工具の先端部を示す拡大図である。

符号の説明

１ 鋳抜き穴加工用ドリル
２ 切れ刃
３ 仕上げ刃
６ マージン
７ ランド部
θ１ 切れ刃の径方向のすくい角
θ２ 仕上げ刃の径方向のすくい角

Claims (1)

1. 軸線回りに回転される先端部に刃部を備えるドリル本体と、このドリル本体の外周部にその先端側から後端側に向けて延びるように形成される溝と、この溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面に形成されるすくい面と、前記刃部の先端面に形成される逃げ面と、この逃げ面と前記すくい面との交差稜線部に形成される切れ刃とを有するドリルであって、
   前記切れ刃が、周方向にほぼ等間隔で３箇所に設けられ、
   前記切れ刃より大きい径を有する仕上げ刃が、前記切れ刃の軸線方向後方側に配置されて、周方向に前記切れ刃と間隔をあけてほぼ等間隔で３箇所に設けられるとともに、
   前記切れ刃における径方向のすくい角が正であり、
   前記仕上げ刃における径方向のすくい角が０°であり、
   前記切れ刃における食付き部の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角が、６０°以上９０°以下であり、
   前記仕上げ刃における食付き部の傾きに平行な線と軸線に平行な線とがなす角が、４０°以上５０°以下であることを特徴とする鋳抜き穴加工用回転切削工具。

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