JP5969287B2

JP5969287B2 - ドリル

Info

Publication number: JP5969287B2
Application number: JP2012151212A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　佳司; 佳司佐藤; 貴一目黒; 久雄岡; 田村　純一; 純一田村; 悟史鈴木
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: JP2014012317A

Description

この発明は、高品位の穴をあけることができる耐久性にも優れたドリル、特に、ＦＲＰの穴あけに適したドリルに関する。なお、ここで言うＦＲＰには、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチックス）やＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチックス）なども含まれる。

ＣＦＲＰの穴あけ用ドリルとして、例えば、下記特許文献１、２に記載されたドリルが知られている。

特許文献１、２のドリルは、ドリルの切刃全体、特に外周側に位置する切刃を曲線で形成しているため、被削材のデラミネーション（層間剥離）や、加工穴の出入り口部でのいわゆるバリの抑制効果が得られる。

このドリルは、二次切れ刃の先端角が小さく、スラスト荷重が抑制された状況下で二次切れ刃による穴の仕上げがなされるため、被削材のデラミネーション（層間剥離）や、加工穴の出入り口部でのいわゆるバリの抑制効果が得られる。

特開２０１１−１０４７７２号公報特開２０１０−１５５２８９号公報

特許文献１のドリルは、デラミネーションの抑制ということでは一定の効果を得ることができるが、切りくず排出溝がストレート溝（ねじれ角０°）で形成されているため、切りくず排出性が劣る。さらに、ダブルマージンとしているため、被削材とドリルの摩擦熱によって被削材が高温になり、穴品位が劣化する課題があった。

また、特許文献２のドリルは、切りくず排出溝がねじれ角を有しているため、切りくず排出性は向上する。しかし、ねじれ角を大きくすると、コーナ部の切れ刃のくさび角が小さくなり、切れ刃の強度が低下して切れ刃の寿命が短くなるという課題があった。

この発明は、上記の問題を解消して加工穴の品質向上とドリルの耐久性向上を両立させることを目的としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、２５°〜４０°のねじれ角と３枚の切れ刃を備えさせた。また、外周の３箇所のランド部に設けるマージンをシングルマージンとした。
そしてさらに、切れ刃を、回転中心部から外周に向って先端角が順次小さくなる少なくとも３つの刃部で構成し、なおかつ、その切れ刃の最内径側に位置する第１の刃部の径方向内端から当該第１の刃部を超えて少なくとも第１の刃部の外端に連なった第２の刃部の一部を含む領域のすくい面に平面のシンニング面を備えさせた。また、そのシンニング面の設置幅がドリル径をＤとして０．２Ｄ〜０．３Ｄであり、さらに、マージンの幅が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されたものにした。

また、シンニング面のシンニング角（ドリルの軸線ＣＬに対する傾き角）λは、０°〜＋１０°程度が好ましい。

このほか、前逃げ角（図３のα）は、２０°〜４０°とすることが好ましい。なお、切刃の刃先強度をより高めたい場合は、例えば中心から３番目の切刃のみ、前逃げ角を２０°〜３０°としてもよい。

この発明のドリルは、３枚刃としたことでガイド性が向上して加工時の振動が抑制される。また、切れ刃の第１の刃部の径方向内端から当該第１の刃部の径方向外端を超える範囲の領域に平面のシンニング面を設けたことによって刃先の強度も高まり、それらの相乗効果で切れ刃のチッピングが起こり難くなる。

また、この発明のドリルは３枚刃であるが、シングルマージンとなしたことで被削材に対するマージンの接触面積が減少し、これにより、加工時の摩擦熱が抑制されて加工穴の品位低下やドリルの寿命低下が抑制される。

加工時の振動抑制はドリルのマージンをダブルマージンにすることでも可能であるが、例えば、２枚刃でダブルマージンのドリルは、マージンでの擦れにより加工部の温度上昇が起こり、被削材がＦＲＰの場合、焼けが生じて加工品位が低下する。また、切削熱による温度上昇で切れ刃やすくい面の摩耗が進行し易くなるが、この発明の構造となすことで、この問題も解消される。

この発明のドリルの一形態の要部を示す側面図図１のドリルの正面図図１のIII−III線に沿った拡大断面図シンニング面の設置幅が０．１５Ｄのドリルの要部の側面図シンニング面の設置幅が０．２Ｄのドリルの要部の側面図実施例３のドリルの前逃げ角の説明図

以下、添付図面の図１〜図３に基づいて、この発明のＦＲＰ加工用ドリルの実施の形態を説明する。

図１及び図２に示すように、この発明のＦＲＰ加工用ドリル１は、３枚の切れ刃２と、３条のねじれ溝３と、３箇所のランド部４と、各ランド部の回転方向前端に位置するマージン５を有する。

切れ刃２は、回転中心部から外周に向って先端角θ（θ１〜θ３）が順次小さくなる第１〜第３の３つの刃部２_−１〜２_−３で構成されている。また、ねじれ溝３は、ねじれ角βが２５°〜４０°の溝になっている。

最内径側に位置する第１の刃部２_−１の先端角θ１は、１１０°前後、第１の刃部２_−１の径方向外端に連なる第２の刃部２_−２の先端角θ２は６０°前後、第２の刃部２_−２の径方向外端に連なる第３の刃部２_−３の先端角θ３は３０°前後に設定されている。

切れ刃は、先端角の異なる４つの刃部、或いはそれ以上の刃部で構成されていてもよいが、いずれの場合も、最外周の切れ刃部２_−ｎ（ｎは３以上の整数）の先端角は、１０°〜４０°程度に設定するのが好ましい。この角度範囲であれば、穴の仕上げに寄与する最外周の切れ刃部（図のそれは第３の刃部２_−３）の切れ味が良くて、デラミネーションが抑制される。

また、各ランド部４に設けたマージン５は、好ましくは幅ｗが、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるシングルマージンとしており、そのマージン５の外周面とねじれ溝３の溝面との交差稜がリーディングエッジ６となっている。

さらに、ねじれ溝３の最先端部には、平面のシンニング面７が設けられている。そのシンニング面７は、好ましくは、シンニング角｛ドリルの軸線ＣＬに対する傾き角｝λが０°或いは正の角度（上限は＋１０°程度にするのがよい）となる方向に傾いた面であって、例示のドリルには、そのシンニング面７が第１の刃部２_−１の径方向内端から第２の刃部２_−２の径方向途中に至る広範な範囲に設けられている。

シンニング面７の設置幅Ｗ１（回転中心からその面の径方向外端までの寸法）は、０．２Ｄ以上確保されている。そのシンニング面７の設置可能幅は最大で０．５Ｄであるが、最外周の刃部は、切れ味に優れることが望まれるので、最外周の刃部には至らない幅にするのがよい。例示のドリルは、その設置幅Ｗ１が０．３Ｄに設定されてシンニング面７が回転中心から第２の刃部２_−２の途中までの範囲に設けられている。

また、図３に示すように、前逃げ角αは、被削材と前逃げ面８のとの擦れによる切削抵抗を小さくする目的からは大きめにするのがよいが、その前逃げ角αが大きすぎると切れ刃のくさび角γが小さくなりすぎて切れ刃２の強度が不足しがちになるので、好ましくは２０°〜３５°程度、最大でも４０°を超えない数値に設定するのがよい。

このように構成したこの発明のＦＲＰ加工用ドリルは、２枚刃ドリルに比べてガイド性に優れた３枚刃ドリルであるので、切れ刃の欠けの原因になる加工時の振動が抑制される。また、シングルマージンであるので、ダブルマージンタイプの２枚刃ドリルに比べて加工時の摩擦熱も抑制され、加工穴の品位向上が図れる。

また、強ねじれのドリルは、切れ刃のくさび角が小さくなって切れ刃強度が低下する傾向があるため、３枚刃にして加工時の振動を抑制しても切れ刃が欠け易くなる。この発明のドリルは、この問題が、第１の刃部の径方向外端を超える領域に平面のシンニング面を設けたことによって解消される。

そのシンニング面の設定によって、加工時に受ける負荷が特に大きくなる切れ刃の内径側が強化され、これにより、先端角を多段に設定したドリルでも強ねじれ構造を採用することが可能になり、３枚刃、強ねじれ、シングルマージン、シンニング面の相乗効果で、加工品位の向上とドリルの寿命向上を両立させることが可能になる。

−実施例１−
３枚刃、シングルマージンドリル
ドリル径Ｄ＝φ６．５ｍｍ
先端角θ１＝１１０°、θ２＝６０°、θ３＝３０°
先端角θ１が付された第１の刃部の直径（最大）＝φ２．６ｍｍ（０．４Ｄ）
先端角θ２が付された第２の刃部の直径（最大）＝φ５．２ｍｍ（０．８Ｄ）
先端角θ３が付された第３の刃部の直径（最大）＝φ６．３７５ｍｍ（１．０Ｄ）
シンニング角λ＝０°
ねじれ角β ＝３０°

上記の諸元で、シンニング面の設置幅Ｗ１が０．１５Ｄ、０．２Ｄ、０．３Ｄ、０．３Ｄよりも大の４種類のドリルを試作し、これ等の試作ドリルで、ＣＦＲＰ材を下記の条件で加工した。図１のドリルがＷ１＝０．３Ｄ、図４のドリルがＷ１＝０．１５Ｄ、図５のドリルがＷ１＝０．２Ｄである。

被削材：ＣＦＲＰ板（板厚２０ｍｍ）
切削条件回転速度Ｓ＝３０００ｍｉｎ^−１
送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ

この試験の結果、シンニング面の設置幅Ｗ１を０．１５Ｄにしたものは、１０穴加工時点で、第２の刃部（特に、図４の○枠で囲った第１の刃部との境界付近）に欠けが生じた。これに対し、シンニング面の設置幅Ｗ１が０．２Ｄ以上のドリルは、１０穴加工時点での切れ刃の欠損は起こらなかった。

また、シンニング面の設置幅Ｗ１が０．３Ｄよりも大きいものは、加工面品位について要求規格を満たせなかったのに対し、その設置幅Ｗ１が０．３Ｄ以下のドリルによる加工穴は、加工面品位が要求規格を満たすものになっていた。

この試験結果を表１にまとめる。

−実施例２−
実施例１の３枚刃ドリル（シンニング面の設置幅０．３Ｄ）と、それと同様のシンニングを施した２枚刃のシングルマージンのドリル及び２枚刃のダブルマージンのドリルを使用して、マージン幅を変えて性能比較を行った。被削材と切削条件は実施例１と同じである。

この評価試験では、２枚刃ドリルは、シングルマージン、ダブルマージンの両タイプとも、マージン幅を０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍに設定したものの全てについて、刃先寿命が１０穴に達しなかった。これに対し、３枚刃の発明品のドリルは、いずれも１０穴以上の刃先寿命が得られた。

また、加工した穴の面品位は、シングルマージンの２枚刃ドリルの場合、各マージン幅で要求規格を満たしているが、ダブルマージンでマージン幅が０．４ｍｍの２枚刃ドリルは、加工時の温度上昇からその面品位が規格外となった。

一方、発明品のドリルは、マージン幅が０．４ｍｍのものは加工穴の面品位が摩擦による温度上昇のために他の２品ほど良くないが、いずれのドリルも加工穴の面品位向上と切れ刃の寿命向上が両立している。

実施例２の試験結果を表２にまとめる。

―実施例３−
実施例１の３枚刃ドリルに基づいて、切刃の前逃げ角を変えて性能比較を行った。被削材と切削条件は実施例１と同じである。なお、３枚刃ドリルは、それぞれの切刃の前逃げ角が、図６に示した第１の刃部の前逃げ角α１：３０°、第２の刃部の前逃げ角α２：３０°、第３の刃部の前逃げ角α３：２５°となっているものを標準品として、１つの切刃のみの角度を変化させたものを用いた。

この試験の結果を、表３にまとめる。

この試験の結果から、切れ刃の各部の前逃げ角は、１、２段目を２０°〜４０°、３段目を２０°〜３０°となすことで、切れ刃強度と加工面品位の両立が可能なことが判る。

１ドリル
２切れ刃
２_−１第１の刃部
２_−２第２の刃部
２_−３第３の刃部
３ねじれ溝
４ランド部
５マージン
６リーディングエッジ
７シンニング面
８前逃げ面
θ１〜θ３先端角
β ねじれ角
γ くさび角
λ シンニング角
α 前逃げ角

Claims

２５°〜４０°のねじれ角（β）と、３枚の切れ刃（２）を有するシングルマージンタイプのドリルであって、前記切れ刃（２）が、回転中心部から外周に向って先端角（θ）が順次小さくなる少なくとも３つの刃部(２_−１〜２_−ｎ）で構成され、その切れ刃の最内径側に位置する第１の刃部（２_−１）の径方向内端から当該第１の刃部を超えて少なくとも第１の刃部の外端に連なった第２の刃部（２_−２）の一部を含む領域のすくい面に平面のシンニング面（７）を備え、そのシンニング面（７）の設置幅（Ｗ１）がドリル径をＤとして０．２Ｄ〜０．３Ｄであり、さらに、マージン（５）の幅（ｗ）が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されたドリル。
前記シンニング面（７）のシンニング角（λ）が、０°〜＋１０°に設定された請求項１に記載のドリル。
前記第１の刃部（２_−１）の前逃げ角（α１）が２０°〜４０°であり、当該第１の刃部の外端に連なった第２の刃部（２_−２）の前逃げ角（α２）が２０°〜４０°であり、当該第２の刃部の外端に連なった第３の刃部（２_−３）の前逃げ角（α３）が２０°〜３０°であり、さらに、前記第１の刃部（２ _−１）の前逃げ角（α１）は前記第２の刃部（２ _−２）の前逃げ角（α２）と等しく、前記第３の刃部（２ _−３）の前逃げ角（α３）は前記第１の刃部（２ _−１）の前逃げ角（α１）よりも小さい請求項１又は２に記載のドリル。
請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ加工用のドリル。