JP5890699B2 - Superabrasive tool for drilling and drilling method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、穴開け用超砥粒工具およびこれを用いた穴加工方法に関する。   The present invention relates to a superabrasive tool for drilling and a drilling method using the same.

従来のこの種の工具としては、セラミックの穴開け用工具が知られている。円柱状の台金の先端部を凸曲面とすることにより、工具寿命を延長できるものである。(例えば、特許文献1)
別の従来のこの種の工具としては、脆性材料用の穴開け用工具が知られている。円柱状の台金の先端部を半球状とし、貫通穴を形成する場合において、貫通穴の抜け際にコバ欠けが生じるのを防止するものである。(例えば、特許文献2)
さらに別の従来のこの種の工具としては、段付き穴形成用のドリルが知られている。(例えば、特許文献3)
As this type of conventional tool, a ceramic drilling tool is known. The tool life can be extended by making the tip of the cylindrical base metal a convex curved surface. (For example, Patent Document 1)
Another conventional tool of this type is known as a drilling tool for brittle materials. In the case where the tip of the cylindrical base metal is hemispherical and the through hole is formed, the chipping of the edge is prevented when the through hole is pulled out. (For example, Patent Document 2)
As another conventional tool of this type, a drill for forming a stepped hole is known. (For example, Patent Document 3)

特開2008−296321号公報JP 2008-296321 A 特開2003−205410号公報JP 2003-205410 A 特開2005−199619号公報JP 2005-199619 A

しかしながら、従来の穴開け用超砥粒工具では、貫通穴の抜け際に欠けが発生する問題があった。   However, the conventional superabrasive tool for drilling has a problem that chipping occurs when the through hole is pulled out.

そこで、この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、工作物に欠けが発生しにくい工具を提供することを目的とするものである。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a tool in which chipping is unlikely to occur in a workpiece.

この発明に従った穴開け用超砥粒工具は、軸線回りに回転可能な台金と、台金の先端に設けられた略半球状部分を有する、超砥粒の電着部と、電着部の先端に設けられた突起状電着部とを備える。突起状電着部の先端が平面形状、球面形状または非球面形状であり、略半球状部分の後側には円柱形状の電着部が設けられ、台金には後端部から先端部に通じる研削液の供給穴が設けられ、突起状電着部にのみ、突起を分割するように溝が設けられている。 A superabrasive tool for drilling according to the present invention includes a base metal rotatable around an axis, a superabrasive electrodeposition portion having a substantially hemispherical portion provided at a tip of the base metal, and electrodeposition. And a projecting electrodeposition portion provided at the tip of the portion. The tip of the protruding electrodeposition part has a planar shape, a spherical shape or an aspherical shape, a cylindrical electrodeposition part is provided on the rear side of the substantially hemispherical part, and the base metal is provided from the rear end part to the tip part. A supply hole for the grinding fluid is provided, and a groove is provided only in the protruding electrodeposition portion so as to divide the protrusion.

このように構成された穴開け用超砥粒工具においては、電着部の先端に突起状電着部が設けられているため、この部分の作用により、工作物の欠けを防止することができる。   In the superabrasive tool for drilling configured as described above, since the protruding electrodeposition portion is provided at the tip of the electrodeposition portion, chipping of the workpiece can be prevented by the action of this portion. .

この発明に従った工作物に穴加工する方法は、上記の穴開け用超砥粒工具を用いてヘリカル送りを行いながら工作物に穴加工する方法である。   A method of drilling a workpiece according to the present invention is a method of drilling a workpiece while performing helical feeding using the above-described superabrasive tool for drilling.

この発明の実施の形態1に従った穴開け用超砥粒工具の正面図である。It is a front view of the superabrasive tool for drilling according to Embodiment 1 of this invention. 図1中の矢印IIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の平面図である。It is the top view of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by arrow II in FIG. 図1中の矢印IIIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の底面である。It is the bottom face of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by the arrow III in FIG. 図1中の矢印IVで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の右側面図である。It is the right view of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by arrow IV in FIG. 図1中の矢印Vで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の左側面図である。It is the left view of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by the arrow V in FIG. 図5中のV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line in FIG. 図1で示す超砥粒工具の斜視図である。It is a perspective view of the superabrasive tool shown in FIG. この発明の実施の形態2に従った穴開け用超砥粒工具の正面図である。It is a front view of the superabrasive tool for drilling according to Embodiment 2 of this invention. 図8中の矢印IXで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の平面図である。It is a top view of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by arrow IX in FIG. 図8中の矢印Xで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の底面である。It is the bottom face of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by the arrow X in FIG. 図8中の矢印XIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の右側面図である。It is the right view of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by arrow XI in FIG. 図8中の矢印XIIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の左側面図である。It is the left view of the superabrasive tool for drilling seen from the direction shown by arrow XII in FIG. 図12中のXIII−XIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XIII-XIII line | wire in FIG. 図8で示す超砥粒工具の斜視図である。It is a perspective view of the superabrasive tool shown in FIG. 実施例1における実験装置を示す図である。1 is a diagram showing an experimental apparatus in Example 1. FIG. 実施例1におけるヘリカルパスを示す図である。It is a figure which shows the helical path in Example 1. FIG. 従来工具と本発明の工具とにおいて、累積加工穴数と、工作物の最大欠け幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of accumulation holes and the maximum chip width of a workpiece in the conventional tool and the tool of the present invention. 従来工具と本発明の工具とにおいて、累積加工穴数と、工作物の最大欠け幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of accumulation holes and the maximum chip width of a workpiece in the conventional tool and the tool of the present invention. 従来工具と本発明の工具とにおいて、研削抵抗と、工作物の最大欠け幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between grinding resistance and the maximum chip width of a workpiece in the conventional tool and the tool of the present invention.

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1に従った穴開け用超砥粒工具の正面図である。図2は、図1中の矢印IIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の平面図である。図3は、図1中の矢印IIIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の底面である。図4は、図1中の矢印IVで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の右側面図である。図5は、図1中の矢印Vで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の左側面図である。図6は、図5中のV−V線に沿った断面図である。図7は、図1で示す超砥粒工具の斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a front view of a superabrasive tool for drilling according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a superabrasive tool for drilling as seen from the direction indicated by arrow II in FIG. FIG. 3 is a bottom view of the superabrasive tool for drilling as seen from the direction indicated by arrow III in FIG. FIG. 4 is a right side view of the superabrasive tool for drilling as seen from the direction indicated by arrow IV in FIG. FIG. 5 is a left side view of the superabrasive tool for drilling as seen from the direction indicated by the arrow V in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. FIG. 7 is a perspective view of the superabrasive tool shown in FIG.

これらの図を参照して、実施の形態1に従った穴開け用超砥粒工具1は、軸線10回りに回転可能な台金20と、台金20の先端に設けられた略半球状部分を有する、超砥粒の電着部30と、電着部30の先端に設けられた突起状電着部40とを備える。この例では突起状電着部40の先端は曲面形状であるが、先端が平面形状であってもよい。この例では、突起状電着部40の先端は球面形状であるが、非球面形状であってもよい。電着部は、先端側の半球状部分31と、その後側の円柱状部分32とを有する。   With reference to these drawings, the superabrasive tool 1 for drilling according to the first embodiment includes a base metal 20 that can rotate around an axis 10, and a substantially hemispherical portion provided at the tip of the base metal 20. A superabrasive electrodeposition portion 30 and a protruding electrodeposition portion 40 provided at the tip of the electrodeposition portion 30. In this example, the tip of the protruding electrodeposition part 40 has a curved surface shape, but the tip may have a flat shape. In this example, the tip of the protruding electrodeposit 40 has a spherical shape, but may have an aspherical shape. The electrodeposition part has a hemispherical part 31 on the front end side and a cylindrical part 32 on the rear side.

突起状電着部40には、突起を分割するように横方向に延びる溝41が設けられている。溝41には、液通路21,42から送られたクーラントが供給される。切削中に溝41からクーラントが噴出する。台金20を貫通するように液通路21,42が設けられており、円柱状の台金20は中空形状とされている。   The protruding electrodeposition part 40 is provided with a groove 41 extending in the lateral direction so as to divide the protrusion. The coolant sent from the liquid passages 21 and 42 is supplied to the groove 41. Coolant is ejected from the groove 41 during cutting. Liquid passages 21 and 42 are provided so as to penetrate the base metal 20, and the cylindrical base metal 20 has a hollow shape.

電着部30および突起状電着部40には超砥粒としてのダイヤモンド砥粒が電着により固定されている。なお、ダイヤモンド砥粒は、cBN砥粒に置き換えられてもよい。   Diamond abrasive grains as superabrasive grains are fixed to the electrodeposition part 30 and the protruding electrodeposition part 40 by electrodeposition. The diamond abrasive grains may be replaced with cBN abrasive grains.

回転楕円体で構成される突起状電着部40は、半径Ra、楕円の軸方向突出量Rb、半球状の電着部30の先端から突起状電着部40先端までの突出量tを有する。   The protruding electrodeposited portion 40 formed of a spheroid has a radius Ra, an elliptical axial protrusion amount Rb, and a protruding amount t from the tip of the hemispherical electrodeposited portion 30 to the tip of the protruding electrodeposited portion 40. .

実施の形態1に従った工作物に穴加工する方法は、上記の穴開け用超砥粒工具1を用いてヘリカル送りを行いながら工作物に穴加工する方法である。   The method of drilling a workpiece according to the first embodiment is a method of drilling a workpiece while performing helical feeding using the above-described superabrasive tool 1 for drilling.

この実施の形態の穴開け用超砥粒工具1は、大径のボールエンド工具と、小径の回転楕円体工具を組み合わせた形状を有する。すなわち、この発明をするに当たって、ヘリカル送りを行いながら、脆性材料に穴を開ける場合に工作物の欠けを小さくするために、以下の2つの知見が得られた。   The drilling superabrasive tool 1 of this embodiment has a shape in which a large-diameter ball end tool and a small-diameter spheroid tool are combined. That is, in making this invention, the following two findings have been obtained in order to reduce the chipping of a workpiece when making a hole in a brittle material while performing helical feeding.

知見1:工作物に下穴があってボールエンド工具で加工すれば欠けは大幅に抑制されるし、ボールエンド工具の寿命が数倍も長くなる。ただし下穴を明ける問題点として、a)工程が増える、b)穴加工を成形体、仮焼結体で加工をするため焼結時の収縮で穴位置がずれる、条件によっては不良品になる。   Knowledge 1: If the workpiece has a pilot hole and is machined with a ball end tool, chipping is greatly suppressed, and the life of the ball end tool is increased several times. However, as a problem of drilling pilot holes, a) the number of processes increases, b) hole processing is performed with a molded body and a temporary sintered body, and the hole position is shifted due to shrinkage during sintering. .

知見2:人為的に微小な欠けを発生させてから穴加工を行うと欠けを小さくすることができる。   Knowledge 2: Chips can be reduced by drilling after artificially generating minute chips.

これらの知見に基づき、回転楕円体である突起状電着部40において工作物に最初の欠けを発生させ、全体として最終的に発生する欠けを小さくしている。先端部分の突起状電着部40が先行穴開け部であり、ボール形状の半球状部分31が穴拡張部であり、円柱状部分32が仕上げ部分である。   Based on these findings, the first chipping is generated in the workpiece in the projecting electrodeposition portion 40 which is a spheroid, and the chipping finally generated is reduced as a whole. The protruding electrodeposited portion 40 at the tip portion is a preceding hole-piercing portion, the ball-shaped hemispherical portion 31 is a hole expanding portion, and the columnar portion 32 is a finished portion.

(実施の形態2)
図8は、この発明の実施の形態2に従った穴開け用超砥粒工具の正面図である。図9は、図8中の矢印IXで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の平面図である。図10は、図8中の矢印Xで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の底面である。図11は、図8中の矢印XIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の右側面図である。図12は、図8中の矢印XIIで示す方向から見た、穴開け用超砥粒工具の左側面図である。図13は、図12中のXIII−XIII線に沿った断面図である。図14は、図8で示す超砥粒工具の斜視図である。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a front view of a superabrasive tool for drilling according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 9 is a plan view of a superabrasive tool for drilling as viewed from the direction indicated by arrow IX in FIG. FIG. 10 is a bottom view of the superabrasive tool for drilling as viewed from the direction indicated by the arrow X in FIG. FIG. 11 is a right side view of the superabrasive tool for drilling as seen from the direction indicated by the arrow XI in FIG. 8. FIG. 12 is a left side view of the superabrasive tool for drilling as seen from the direction indicated by arrow XII in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. FIG. 14 is a perspective view of the superabrasive tool shown in FIG.

これらの図を参照して、実施の形態2に従った穴開け用超砥粒工具1では、先端の突起状電着部40の径が実施の形態1に従った穴開け用超砥粒工具1よりも大きい点で、実施の形態1に従った穴開け用超砥粒工具1と異なる。   With reference to these drawings, in the superabrasive tool 1 for drilling according to the second embodiment, the diameter of the protruding electrodeposited portion 40 at the tip is the superabrasive tool for drilling according to the first embodiment. It is different from the superabrasive tool 1 for drilling according to the first embodiment in that it is larger than 1.

セラミックス部品の穴加工では貫通穴出口部の欠け発生が問題となっており、この欠けを抑制することが重要な課題となっている。その対策として従来は、表裏両面から穴加工を行う方法、欠けが生じた面の取り代を大きくして穴加工後に研削を行う方法、加工条件を緩やかにして欠けを小さくする方法などが行われているが、いずれの方法も加工時間を長くしている。   In the drilling of ceramic parts, the occurrence of chipping at the exit portion of the through hole is a problem, and it is an important issue to suppress the chipping. Conventional countermeasures include drilling from both the front and back surfaces, increasing the machining allowance of the chipped surface, and grinding after drilling, and reducing the chipping by reducing the processing conditions. However, both methods increase the processing time.

そこで、本研究ではヘリカルボーリング加工時に発生した欠けの形状および研削抵抗を解析することで、欠け発生メカニズムを解明し、欠けを抑制するための加工方法、砥石形状、研削加工条件を提案し、工程の簡素化、加工時間の短縮、研削代の低減等を図って、大幅なコストダウンをすることを目的としている。   Therefore, in this study, by analyzing the shape and grinding resistance of the chip that occurred during helical boring, we elucidated the mechanism of chipping and proposed a machining method, grinding wheel shape, and grinding conditions to suppress chipping, The purpose is to drastically reduce costs by simplifying the process, shortening the machining time, and reducing the grinding allowance.

(実施例1)
図15は、実施例1における実験装置を示す図である。図16は、実施例1におけるヘリカルパスを示す図である。この発明では、工具管理、および使用工具本数を減らすためにヘリカル穴加工を前提としている。
Example 1
FIG. 15 is a diagram illustrating an experimental apparatus according to the first embodiment. FIG. 16 is a diagram illustrating a helical path according to the first embodiment. This invention is premised on helical drilling to reduce tool management and the number of tools used.

図15で示すように、自転および公転可能なチャック120に、穴開け用超砥粒工具1が取付けられている。穴開け用超砥粒工具1には、ノズル110からクーラントが吹き付けられている。さらに、穴開け用超砥粒工具1の先端からも軸心クーラントが噴出する。   As shown in FIG. 15, a superabrasive tool 1 for drilling is attached to a chuck 120 that can rotate and revolve. The coolant is sprayed from the nozzle 110 to the drilling superabrasive tool 1. Further, the axial coolant is also ejected from the tip of the drilling superabrasive tool 1.

工作物130は動力計140により保持されている。動力計140はチャージアンプ150およびメモリレコーダ160に接続されており、切削時の各種パラメータを記憶することができる。   The workpiece 130 is held by a dynamometer 140. The dynamometer 140 is connected to the charge amplifier 150 and the memory recorder 160, and can store various parameters at the time of cutting.

以下の条件で穴開けのテストを行った。
研削工具(穴開け用超砥粒工具1):SD100P(半球状の電着部30の直径:10mm、突起状電着部40の直径2Ra:4mm、Rb:0.5mm、t:1mm、溝41の幅:1mm)
超砥粒の種類:ダイヤモンド
工作物:Al(A479) 板厚10mm
主軸回転数N:5000min−1
公転方向:C.C.W.(反時計回り)
公転半径Rre:2mm
送り速度V:300mm/min
砥石切込み量Δ:0.2mm/rev.
クーラント ソリュブルJIS W2−1外部および軸心給油
比較のため、突起状電着部40が存在せず、半球状の電着部30を有するサンプル(ボールエンド工具)も準備し、これらを用いてテストを行った。
A drilling test was performed under the following conditions.
Grinding tool (superabrasive tool 1 for drilling): SD100P (diameter of hemispherical electrodeposition portion 30: 10 mm, diameter of protruding electrodeposition portion 40 2 Ra: 4 mm, Rb: 0.5 mm, t: 1 mm, groove 41 width: 1mm)
Super abrasive grain type: Diamond Workpiece: Al 2 O 3 (A479) Plate thickness 10 mm
Spindle speed N s : 5000 min −1
Revolution direction: C.I. C. W. (Counterclockwise)
Revolving radius Rre : 2mm
Feed rate V w : 300 mm / min
Grinding wheel cutting amount Δ: 0.2 mm / rev.
Coolant Soluble JIS W2-1 External and axial center lubrication For comparison, a sample (ball end tool) with no protruding electrodeposited part 40 and hemispherical electrodeposited part 30 is also prepared and tested. Went.

テストの結果を図17で示す。図17中の□は、比較品であるボールエンド工具における累積加工穴数を示し、○は本発明品を示す。   The test results are shown in FIG. In FIG. 17, □ indicates the number of accumulated holes in the ball end tool as a comparative product, and ◯ indicates the product of the present invention.

本発明品では、累積加工穴数が多くなっても、工作物の欠け幅が小さく保たれていることがわかる。   In the product of the present invention, it can be seen that the chip width of the workpiece is kept small even when the number of accumulated holes is increased.

(実施例2)
実施例2では、公転半径Rreを1mmとして、それ以外は実施例1と同じとしてテストを行った。その結果を図18および図19に示す。図18を参照して、従来のボールエンド工具では、30穴加工後から、最大欠け幅が大きくなった。そして50穴加工で工具は寿命となった。図19を参照して、従来のボールエンド工具では、研削抵抗が600Nを超えると著しい欠けの増大が認められた。本発明の工具では、研削抵抗が600Nを超えても欠けの増大が僅かであった。
(Example 2)
In Example 2, the test was performed assuming that the revolution radius R re was 1 mm, and that the rest was the same as Example 1. The results are shown in FIG. 18 and FIG. Referring to FIG. 18, in the conventional ball end tool, the maximum chip width was increased after 30 holes were machined. And the tool reached the end of its life with 50 holes. Referring to FIG. 19, in the conventional ball end tool, when the grinding resistance exceeds 600 N, a significant increase in chipping was observed. In the tool of the present invention, chipping increased only slightly even when the grinding resistance exceeded 600N.

図18および図19から、本発明品である提案工具は、工作物の最大欠け幅が小さく保たれていることがわかる。   From FIG. 18 and FIG. 19, it can be seen that the proposed tool which is the product of the present invention keeps the maximum chip width of the workpiece small.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、ガラス、セラミックス、シリコンなどの高硬度な脆性材料の穴開け加工に用いられることが考えられる。   It can be considered that the present invention is used for drilling high brittle materials such as glass, ceramics, and silicon.

1 穴開け用超砥粒工具、10 軸線、20 台金、21,42 液通路路、30 電着部、31 半球状部分、32 円柱状部分、40 突起状電着部、41 溝。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Superabrasive tool for drilling, 10 axis, 20 base metal, 21,42 Liquid passageway, 30 Electrodeposition part, 31 Hemispherical part, 32 Cylindrical part, 40 Protrusion electrodeposition part, 41 Groove.

Claims (2)

軸線回りに回転可能な台金と、
前記台金の先端に設けられた略半球状部分を有する、超砥粒の電着部と、
前記電着部の先端に設けられた突起状電着部とを備え
前記突起状電着部の先端が平面形状、球面形状または非球面形状であり、
前記略半球状部分の後側には円柱形状の電着部が設けられ、
前記台金には後端部から先端部に通じる研削液の供給穴が設けられ、
前記突起状電着部にのみ、突起を分割するように溝が設けられている、穴開け用超砥粒工具。
A base metal that can rotate around its axis;
An electrodeposition portion of superabrasive grains having a substantially hemispherical portion provided at the tip of the base metal;
A protruding electrodeposition portion provided at the tip of the electrodeposition portion ,
The tip of the protruding electrodeposition part has a planar shape, a spherical shape or an aspherical shape,
A cylindrical electrodeposition portion is provided on the rear side of the substantially hemispherical portion,
The base metal is provided with a grinding fluid supply hole leading from the rear end to the front end,
A superabrasive tool for drilling , in which a groove is provided only in the protruding electrodeposition portion so as to divide the protrusion .
請求項1記載の穴開け用超砥粒工具を用いてヘリカル送りを行いながら工作物に穴加工する方法。A method for drilling a workpiece while performing helical feed using the superabrasive tool for drilling according to claim 1.
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