JP6462364B2

JP6462364B2 - スローアウェイ式ドリル及びそれを用いた切削加工物の製造方法

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Publication number: JP6462364B2
Application number: JP2015003732A
Authority: JP
Inventors: 寛久石
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-01-10
Filing date: 2015-01-10
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-01-10
Also published as: JP2016129909A

Description

本態様は、穿孔加工に用いられるスローアウェイ式ドリル及び切削加工物の製造方法に関する。

従来、穿孔加工に用いられるドリルとしては、その全体が一体的に形成されたソリッド式ドリルの他に、ドリルの本体部と、この本体部に着脱可能に装着された、切削用の切刃を有する切削インサートとによって構成されたスローアウェイ式ドリルがある。スローアウェイ式ドリルとしては、例えば特許文献１に記載のドリルが知られている。特許文献１に記載のドリルは、工具内周側に位置するチップ（切削インサート）及び工具外周側に位置するチップを有している。

特開平１０−２４４４１１号公報

ソリッド式ドリルにおいては、ドリルの回転軸を中心として切刃が回転対称になるように設けられる。一方、スローアウェイ式ドリルにおいては、内周側に位置する切削インサートが有する切刃（内切刃）と、外周側に位置する切削インサートが有する切刃（外切刃）とが回転軸を中心として回転対称になるようには設けられてはいない。そのため、内切刃によって生じる切削負荷と外切刃によって生じる切削負荷との合力は、回転中心軸から外周の特定の方向に向かって生じることになる。このような合力による力のモーメントは、内切刃及び外切刃から離れた切屑排出溝の後端側において大きくなる。これにより、切削加工においてドリルがたわみ、加工条件や被削材を変更した場合に、加工穴径が変動してしまう可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐久性の良好なスローアウェイ式ドリルを提供することを目的とする。

一態様に基づくスローアウェイ式ドリル（以下、単にドリルともいう）は、回転中心軸に沿って延びる棒形状の本体部と、該本体部の先端における中心側に装着され、内切刃を有する第１の切削インサートと、前記本体部の先端における外周側に装着され、外切刃を有する第２の切削インサートと、前記第１の切削インサートから前記本体部の後端側に向かって前記回転中心軸の周りを螺旋状に延びる第１の切屑排出溝と、前記第２の切削インサートから前記本体部の後端側に向かって前記回転中心軸の周りを螺旋状に延びる第２の切屑排出溝と、前記本体部の外周面であって前記第１の切屑排出溝と前記第２の切屑排出溝との間に位置する第１のランド面及び第２のランド面とを有している。

そして、前記第１のランド面の後端部における幅が、前記第２のランド面の後端部における幅よりも大きく、前記本体部を先端透視した場合に、前記回転中心軸から前記内切刃の外周側の端部に向かって延びる仮想直線の延長線上に前記第１のランド面の後端部が位置している。前記第２の切屑排出溝は、先端側に位置する第１領域と後端側に位置する第２領域とを有している。さらに、前記第１領域のねじれ角、前記第２領域のねじれ角及び前記第１の切屑排出溝のねじれ角が、それぞれ先端側から後端側にかけて一定であり、前記第１領域のねじれ角が、前記第１の切屑排出溝のねじれ角と同じであって、前記第２領域のねじれ角が、前記第１領域のねじれ角よりも小さい。

スローアウェイ式ドリルにおける内切刃によって生じる切削負荷と外切刃によって生じる切削負荷との合力は、先端視した場合に回転中心軸から内切刃の外周側の端部に向かう方向に加わる。上記態様のスローアウェイ式ドリルにおいては、回転中心軸から内切刃の外周側の端部に向かって延びる仮想直線の延長線上に幅の相対的に大きな第１のランド面の後端部が位置している。そのため、第１のランド面において安定して本体部が保持されるので、スローアウェイ式ドリルのたわみを小さく抑えることができる。

本発明の一実施形態のドリルを示す斜視図である。図１に示すドリルにおける先端方向からの正面図である。図２に示すドリルを先端透視した概念図である。図２に示すドリルにおけるＡ１方向からの側面図である。図２に示すドリルにおけるＡ２方向からの側面図である。図５に示すドリルにおけるＤ１−Ｄ１断面の断面図である。図５に示すドリルにおけるＤ２−Ｄ２断面の断面図である。図１に示すドリルにおける外周面を展開した模式図である。図１に示すドリルにおけるホルダを示す斜視図である。図１に示すドリルの変形例を示す斜視図である。図１０に示すドリルにおける図４に対応する側面の側面図である。図１０に示すドリルにおける外周面を展開した模式図である。本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。

以下、一実施形態のドリルについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本実施形態を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明のドリルは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

＜ドリル＞
本実施形態のドリル１は、図１〜９に示すように、ホルダ３と、第１の切削インサート５（以下、単に第１インサート５ともいう）と、第２の切削インサート７（以下、単に第２インサート７ともいう）とを有している。

ホルダ３は、本体部９と、第１の切屑排出溝１１（以下、単に第１溝１１ともいう）と、第２の切屑排出溝１３（以下、単に第２溝１３ともいう）と、第１のランド面１５と、第２のランド面１７とを有している。本体部９は、回転中心軸Ｘに沿って延びる棒形状である。本体部９は切削加工時において回転中心軸Ｘを中心に回転中心軸Ｘの周りで回転する。

本実施形態における本体部９は、工作機械（不図示）の回転するスピンドル等で把持される、シャンク（shank）と呼ばれる把持部９ａと、この把持部９ａの先端側に位置する
、ボデー（body）と呼ばれる切削部９ｂとを備えている。把持部９ａは、工作機械におけるスピンドル等の形状に応じて設計される部位である。切削部９ｂは、先端に第１インサート５及び第２インサート７が装着される部位であり、被削材の切削加工において主たる
役割を有する部位である。なお、矢印Ｙは、本体部９の回転方向を示している。

第１インサート５は、切削部９ｂの先端における中心側に着脱可能に装着されている。第１インサート５は、内切刃５ａを有している。また、第２インサート７は、切削部９ｂの先端における外周側に着脱可能に装着されている。第２インサート７は、外切刃７ａを有している。本体部９における切削部９ｂには、第１ポケット１９及び第２ポケット２１が設けられている。第１ポケット１９は、切削部９ｂの先端における中心側に設けられた凹部であり、第１インサート５が装着される部分である。第２ポケット２１は、切削部９ｂの先端における外周側に設けられた凹部であり、第２インサート７が装着される部分である。第１インサート５と第２インサート７が接触しないように、第１ポケット１９及び第２ポケット２１は、互いに離れて設けられている。

第１溝１１は、第１インサート５から本体部９の後端側に向かって回転中心軸Ｘの周りを螺旋状に延びている。また、第２溝１３は、第２インサート７から本体部９の後端側に向かって回転中心軸Ｘの周りを螺旋状に延びている。本実施形態においては、第１溝１１及び第２溝１３は本体部９における切削部９ｂに設けられており、把持部９ａには設けられていない。第１のランド面１５及び第２のランド面１７は、それぞれ本体部９の外周面であって第１溝１１と第２溝１３との間に位置している。そのため、第１のランド面１５及び第２のランド面１７は、第１溝１１を間に介して離れている。また、第１のランド面１５及び第２のランド面１７は、第２溝１３を間に介して離れている。

従来、第２のランド面は、第１のランド面を回転中心軸の周りで１８０°回転させた位置に概ね形成されており、第１のランド面及び第２のランド面は回転対称となっていた。しかしながら、本実施形態においては、第１のランド面１５及び第２のランド面１７は回転対称にはなっておらず、少なくとも第１のランド面１５の後端部における幅Ｗ１が、第２のランド面１７の後端部における幅Ｗ２よりも大きくなっている。そして、本体部９を先端透視した場合に、回転中心軸Ｘから内切刃５ａの外周側の端部に向かって延びる仮想直線の延長線上に第１のランド面１５の後端部が位置している。

ソリッド式ドリルにおいては、ドリルの回転中心軸Ｘを中心として切刃が回転対称になるように設けられる。そのため、各切刃で生じる切削負荷の合力は、先端視した場合においては相殺される。一方、互いに回転対称になるようには設けられてはいない内切刃及び外切刃を有するスローアウェイ式ドリルにおいては、内切刃によって生じる切削負荷と外切刃によって生じる切削負荷との合力は、先端視した場合に回転中心軸Ｘから外周の特定の方向に向かって生じる。そして、このような合力による力のモーメントは、内切刃及び外切刃から離れた切屑排出溝の後端側において大きくなる。これによって、切削加工においてドリルがたわみ、加工条件や被削材を変更した場合に、加工穴径が変動してしまう可能性がある。

本発明者が鋭意検討した結果、上記の合力Ｆは、図３に示すように、先端視した場合に回転中心軸Ｘから内切刃５ａの外周側の端部に向かう方向に加わることが見出された。そこで本実施形態のドリル１においては、第１溝１１及び第２溝１３の間にそれぞれ位置する第１のランド面１５及び第２のランド面１７に関して、少なくとも第１のランド面１５の後端部における幅１が第２のランド面１７の後端部における幅Ｗ２よりも大きくなっている。そして、上記の合力が向かう方向である回転中心軸Ｘから内切刃５ａの外周側の端部に向かって延びる仮想直線の延長線上に幅の相対的に大きな第１のランド面１５の後端部を位置させている。そのため、上記の合力に対して第１のランド面１５において安定して本体部９が保持されるので、ドリル１のたわみを小さく抑えることができる。

また、ドリル１のたわみが小さく抑えられることによって、本体部９の外周面が加工穴
の壁面に干渉する可能性が小さくなる。そのため、本体部９が損傷する可能性や外周面が加工穴の壁面の表面粗さが悪化する可能性を小さくできる。

なお、ここで第１のランド面１５及び第２のランド面１７の幅とは、本体部９を側面視した場合における回転中心軸Ｘに直交する方向での第１のランド面１５及び第２のランド面１７それぞれの幅を意味している。

本実施形態においては、第１のランド面１５の幅が、本体部９の先端側から後端側に向かうにしたがって大きくなり、且つ、第２のランド面１７の幅が、本体部９の先端側から後端側に向かうにしたがって小さくなっている。内切刃５ａによって生じる切削負荷と外切刃７ａによって生じる切削負荷との合力による力のモーメントは、内切刃５ａ及び外切刃７ａから離れるにしたがって大きくなる。しかしながら、第１のランド面１５の幅が上記のように構成されていることによって、内切刃５ａ及び外切刃７ａからの距離に応じて大きくなる力のモーメントに対しても第１のランド面１５において安定して本体部９を保持することができる。

また、第１のランド面１５の幅が、本体部９の先端側から後端側に向かうにしたがって大きくなっている一方で、第２のランド面１７の幅が、本体部９の先端側から後端側に向かうにしたがって小さくなっていることから、第１溝１１及び第２溝１３のスペースを確保することができる。

本実施形態における切削部９ｂは、回転中心軸Ｘに沿って延びる円柱から第１溝１１及び第２溝１３に該当する部分を除いた形状となっている。切削部９ｂにおける第１溝１１及び第２溝１３を除く部分、すなわち、第１溝１１及び第２溝１３の間に位置する部分は、第１のランド面１５及び第２のランド面１７となっている。

本実施形態における第１のランド面１５は、第２溝１３に対して回転中心軸Ｘの回転方向の後方において隣接している。本実施形態における第２のランド面１７は、第１溝１１に対して回転中心軸Ｘの回転方向の後方において隣接している。

本実施形態のドリル１は、例えば、切削部９ｂの外径が６ｍｍ〜４２．５ｍｍに設定される。また、本実施形態のドリル１は、例えば、軸線の長さ（切削部９ｂの長さ）をＬとし、径（切削部９ｂの外径）をＤとするとき、Ｌ＝３Ｄ〜１２Ｄに設定される。

本体部９の材質としては、ＷＣ（タングステンカーバイド）を含有し、バインダとしてＣｏ（コバルト）を含有する超硬合金、この超硬合金にＴｉＣ（チタンカーバイド）またはＴａＣ（タンタルカーバイド）のような添加物を含んだ合金、ステンレスおよびチタンのような金属などが挙げられる。

第１溝１１は、第１インサート５における内切刃５ａによって生成される切屑を排出することを主な目的としている。切削加工時において、内切刃５ａで形成された切屑は、第１溝１１を通って本体部９の後端側へと排出される。また、第２溝１３は、第２インサート７における外切刃７ａによって生成される切屑を排出することを主な目的としている。切削加工時において、外切刃７ａで形成された切屑は、第２溝１３を通って本体部９の後端側へと排出される。

第１溝１１及び第２溝１３のそれぞれの深さとしては、切削部９ｂ１５の外径に対して１０〜４０％程度に設定できる。ここで、第１溝１１及び第２溝１３の深さとは、回転中心軸Ｘに直交する断面における、第１溝１１及び第２溝１３の底と回転中心軸Ｘとの距離を切削部９ｂの半径から引いた値を意味している。そのため、切削部９ｂにおける回転中
心軸Ｘに直交する断面での内接円の直径によって示される芯厚（web thickness）の直径
としては、切削部９ｂの外径に対して２０〜８０％程度に設定される。具体的には、例えば、切削部９ｂの外径Ｄが２０ｍｍである場合、第１溝１１及び第２溝１３の深さは２〜８ｍｍ程度に設定できる。

なお、本実施形態においては、外切刃７ａを有する第２インサート７よりも内切刃５ａを有する第１インサート５が回転中心軸Ｘの近くに位置していることから、第２インサート７から延びる第２溝１３よりも第１インサート５から延びる第１溝１１の方が、深さが深くなっている。

本実施形態においては、側面視した場合において、第１溝１１の溝幅Ｗ３が、第２溝１３の溝幅Ｗ４よりも大きい。内切刃５ａによって生じる切屑は長く螺旋状に繋がった形状になり易い一方で、外切刃７ａによって生じる切屑は短く分断され易い。そのため、内切刃５ａによって生じる切屑は相対的に切屑排出溝を流れにくい。本実施形態においては、内切刃５ａに繋がっている第１溝１１の溝幅Ｗ３が相対的に大きくなっていることから、切屑を円滑に外部に排出し易くなっている。

なお、ここで第１溝１１及び第２溝１３の溝幅Ｗ３、Ｗ４とは、本体部９を側面視した場合における回転中心軸Ｘに直交する方向での切屑排出溝の幅を意味している。

本実施形態において、螺旋状に延びている第１溝１１のねじれ角θ１及び第２溝１３のねじれ角θ２は、それぞれ先端側から後端側にかけて概ね一定である。第１溝１１のねじれ角θ１及び第２溝１３のねじれ角θ２としては、例えば、３〜４５°程度に設定される。

このとき、本実施形態において、第１溝１１のねじれ角θ１及び第２溝１３のねじれ角θ２は同じ値ではなく、第１溝１１のねじれ角θ１が第２溝１３のねじれ角θ２よりも大きくなっている。そのため、第２溝１３に対して回転中心軸Ｘの回転方向の後方において隣接している第１のランド面１５の後端部における幅を、第１溝１１に対して回転中心軸Ｘの回転方向の後方において隣接している第２のランド面１７の後端部における幅よりも大きくすることが可能になっている。

なお、本実施形態におけるねじれ角とは、第１溝１１と第２のランド面１７との交線、又は、第２溝１３と第１のランド面１５との交線であるリーディングエッジ（leading edge of land）と、これらの上の１点を通り回転中心軸Ｘに平行な仮想直線とがなす角を意味している。

なお、第１のランド面１５の後端部における幅Ｗ１を、第２のランド面１７の後端部における幅Ｗ２よりも大きくするためには、例えば図１０〜１２に示す変形例のような構成としてもよい。

図１０〜１２に示す変形例においては、第１溝１１のねじれ角θ１が先端側から後端側にかけて一定である一方で、第２溝１３のねじれ角が、先端側から後端側に向かう途中で変化している。より具体的には、本変形例にける第２溝１３は、先端側に位置する第１領域１３ａと、後端側に位置する第２領域１３ｂとを有している。第２溝１３における第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂのねじれ角はそれぞれ一定であるが、第２領域１３ｂにおけるねじれ角θ４が、第１領域１３ａにおけるねじれ角θ３よりも小さくなっている。

このように第２溝１３が構成されていることによっても、第１のランド面１５の後端部における幅を、第２のランド面１７の後端部における幅よりも大きくすることができる。
特に本変形例においては、第１領域１３ａのねじれ角θ３が、第１溝１１のねじれ角θ１と同じ構成になっている。

本実施形態における第１インサート５及び第２インサート７は、それぞれ上面、下面、側面を有する多角板形状である。第１インサート５における上面と側面とが交差する稜線には内切刃５ａが形成されている。また、第２インサート７における上面と側面とが交差する稜線には外切刃７ａが形成されている。先端視した場合において、内切刃５ａの回転軌跡及び外切刃７ａの回転軌跡は一部が重なり合っており、かつ、本体部９の全体と重なり合っている。このように形成された内切刃５ａ及び外切刃７ａによって穴あけ加工が行なわれる。

内切刃５ａによって生じる切削負荷と外切刃７ａによって生じる切削負荷との合力を小さくするため、第１インサート５の内切刃５ａ及び第２インサート７の外切刃７ａが概ね１つの直線上に位置するように、第１インサート５及び第２インサート７は本体部９に装着される。

第１インサート５が着脱可能に装着される本体部９の第１ポケット１９は、第１インサート５の下面及び側面の形状に対応した凹形状になっている。また、第２インサート７が着脱可能に装着される本体部９の第２ポケット２１は、第２インサート７の下面及び側面の形状に対応した凹形状になっている。

＜切削加工物（machined product）の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法について、上述の実施形態に係るドリル１を用いる場合を例に挙げて詳細に説明する。以下、図１３〜１５を参照しつつ説明する。なお、図１３〜１５において、ドリル１の把持部における後端側の部分を省略している。

本実施形態にかかる切削加工物の製造方法は、以下の（１）〜（４）の工程を備える。

（１）準備された被削材１０１に対して上方にドリル１を配置する工程（図１３参照）。

（２）ドリル１を、回転中心軸Ｘの周りで矢印Ｙの方向に回転させるとともに、被削材１０１に向かってＺ１方向にドリル１を近づける工程（図１３，１４参照）。

本工程は、例えば、被削材１０１を、ドリル１を取り付けた工作機械のテーブル上に固定し、ドリル１を回転した状態で近づけることにより行なうことができる。なお、本工程では、被削材１０１とドリル１とは相対的に近づけばよく、被削材１０１をドリル１に近づけてもよい。

（３）ドリル１をさらに被削材１０１に近づけることによって、回転しているドリル１の内切刃及び外切刃を、被削材１０１の表面の所望の位置に接触させて、被削材１０１に加工穴１０３（貫通孔）を形成する工程（図１４参照）。

本工程において、良好な仕上げ面を得る観点から、ドリル１の切削部のうち後端側の一部の領域が被削材１０１を貫通しないように設定することが好ましい。すなわち、この一部の領域を切屑排出のための領域として機能させることで、当該領域を介して優れた切屑排出性を奏することが可能となる。

（４）ドリル１を被削材１０１からＺ２方向に離す工程（図１５参照）。

本工程においても、上述の（２）の工程と同様に、被削材１０１とドリル１とは相対的に離隔すればよく、例えば被削材１０１をドリル１から離してもよい。

以上のような工程を経ることによって、加工穴１０３を有する切削加工物を得ることができる。

なお、以上に示したような被削材１０１の切削加工を複数回行う場合、例えば、１つの被削材１０１に対して複数の加工穴１０３を形成する場合には、ドリル１を回転させた状態を保持しつつ、被削材１０１の異なる箇所にドリル１の内切刃及び外切刃を接触させる工程を繰り返せばよい。

以上、本発明に係るドリルに関して１つの実施形態を例示したが、本発明のドリル１はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

１・・・ドリル
３・・・ホルダ
５・・・第１の切削インサート（第１インサート）
５ａ・・・内切刃
７・・・第２の切削インサート（第２インサート）
７ａ・・・外切刃
９・・・本体部
１１・・・第１の切屑排出溝（第１溝）
１１ａ・・・第１領域
１１ｂ・・・第２領域
１３・・・第２の切屑排出溝（第２溝）
１５・・・第１のランド面
１７・・・第２のランド面
１９・・・第１ポケット
２１・・・第２ポケット
１０１・・・被削材
１０３・・・加工穴

Claims

回転中心軸に沿って延びる棒形状の本体部と、
該本体部の先端における中心側に装着され、内切刃を有する第１の切削インサートと、
前記本体部の先端における外周側に装着され、外切刃を有する第２の切削インサートと、
前記第１の切削インサートから前記本体部の後端側に向かって前記回転中心軸の周りを螺旋状に延びる第１の切屑排出溝と、
前記第２の切削インサートから前記本体部の後端側に向かって前記回転中心軸の周りを螺旋状に延びる第２の切屑排出溝と、
前記本体部の外周面であって前記第１の切屑排出溝と前記第２の切屑排出溝との間に位置する第１のランド面及び第２のランド面とを有するドリルであって、
前記第１のランド面の後端部における幅が、前記第２のランド面の後端部における幅よりも大きく、
前記本体部を先端透視した場合に、前記回転中心軸から前記内切刃の外周側の端部に向かって延びる仮想直線の延長線上に前記第１のランド面の後端部が位置しており、
前記第２の切屑排出溝は、先端側に位置する第１領域と後端側に位置する第２領域とを有し、
前記第１領域のねじれ角、前記第２領域のねじれ角及び前記第１の切屑排出溝のねじれ角が、それぞれ先端側から後端側にかけて一定であり、
前記第１領域のねじれ角が、前記第１の切屑排出溝のねじれ角と同じであって、
前記第２領域のねじれ角が、前記第１領域のねじれ角よりも小さいことを特徴とするスローアウェイ式ドリル。
前記第１のランド面の幅が、先端側から後端側に向かうにしたがって大きくなり、且つ、前記第２のランド面の幅が、先端側から後端側に向かうにしたがって小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式ドリル。
側面視した場合において、前記第１の切屑排出溝の溝幅が、前記第２の切屑排出溝の溝幅よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のスローアウェイ式ドリル。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のスローアウェイ式ドリルを前記回転軸の周りで回転させる工程と、
回転している前記スローアウェイ式ドリルの前記内切刃及び前記外切刃を被削材に接触させる工程と、
前記スローアウェイ式ドリルを前記被削材から離す工程と、を備えた切削加工物の製造方法。