JP6611260B2 - ドリル - Google Patents

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Description

この発明は、刃先処理に工夫を凝らして寿命を向上させたドリルに関する。
ドリル、中でも、ハイス鋼に比べて脆い超硬合金などで形成されたドリルにおいては、寿命向上策として刃先処理を施して切れ刃を強化することが行われている。
切れ刃は、チャンファー加工やホーニング処理などで刃先の尖鋭な部分を無くすことによって強化することができる。
その強化用の刃先処理として、例えば、下記特許文献１は、ツイストドリルの切れ刃部に直面と曲面を組み合わせた面取りや曲面の面取りを施している。そして、面取りされた部分の曲面部を鏡面状や梨地状にすることでその曲面部の表面における硬質粒子の浮き上がりを抑えている。
特開２０００−５２１２１号公報
特許文献１が示しているように、刃先の強化は、切れ刃に沿ってすくい面と逃げ面を刃先が鈍化するように削るのが一般的であるが、そのような処理では、切れ刃外周部の損傷を抑えることが難しい。
従来の一般的な刃先処理では切削速度が最も大きい切れ刃の最外周部、特に、逃げ面と面取り後の面が交わった位置、及び逃げ面とマージンが交わった位置の稜線の耐チッピング性能が十分でない。
そのために、加工時の微振動の繰り返しによって切れ刃の外周部に微小チッピングが発生し、それが引き金になって摩耗、損傷が進行する。
この発明は、ドリルの切れ刃外周部の摩耗、損傷を起こり難くしてそのドリルの寿命を一般的な刃先処理が施された従来ドリルに比べて向上させることを目的とする。
上記の課題の解決策として提供する本発明の一態様にかかるドリルは、すくい面に刃先強化用のネガランドを備え、そのネガランドと逃げ面、逃げ面とマージン、及びネガランドとマージンが交差した位置の各稜線が長手直角断面において凸曲面としたものであって、逃げ面とネガランドが交差した位置の第１稜線の凸曲面の曲率半径を１としたとき、逃げ面とマージンが交差した位置の第２稜線の凸曲面の曲率半径を０．８〜１．５倍、ネガランドとマージンが交差した位置の第４稜線の凸曲面の曲率半径を１．５〜３．０倍にしたドリルとした。
この発明の一態様にかかるドリルは、切れ刃外周部の微小チッピングが起こり難く、微小チッピングが引き金となる早期摩耗が抑制されて寿命が大幅に延びる。
この発明の一態様にかかるドリルの一例を示す側面図である。 図１の矢視Ａ方向にみた見た切れ刃外端部の拡大側面図である。 図１のドリルの正面図である。 図１の一部を示す拡大側面図である。 切れ刃外端のコーナ部を拡大して示す斜視図である。 図５のコーナ部の各面間の稜線を丸める前の状態を示す斜視図である。 評価試験に用いた試作ドリルの切れ刃外端のコーナ部の摩耗状況を示す斜視図である。 評価試験に用いた比較ドリルの切れ刃外端のコーナ部の摩耗状況を示す斜視図である。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかるドリルは、すくい面に刃先強化用のネガランドを備え、そのネガランドと逃げ面、逃げ面とマージン、及びネガランドとマージンが交差した位置の各稜線が長手直角断面において凸曲面としたものであって、逃げ面とネガランドが交差した位置の第１稜線の凸曲面の曲率半径を１としたとき、逃げ面とマージンが交差した位置の第２稜線の凸曲面の曲率半径を０．８〜１．５倍、ネガランドとマージンが交差した位置の第４稜線の凸曲面の曲率半径を１．５〜３．０倍にしたドリルとした。
このようにネガランドと逃げ面、逃げ面とマージン、及びネガランドとマージンが交差した位置の各稜線が凸曲面に形成され、逃げ面とネガランドが交差した位置の第１稜線の凸曲面の曲率半径を１としたとき、逃げ面とマージンが交差した位置の第２稜線の凸曲面の曲率半径を０．８〜１．５倍、ネガランドとマージンが交差した位置の第４稜線の凸曲面の曲率半径を１．５〜３．０倍にしたドリルは、切れ刃外周部の微小チッピングが起こり難く、微小チッピングが引き金となる早期摩耗が抑制されて寿命が大幅に延びる。
［本発明の実施形態の詳細］
以下、この発明の実施形態にかかるドリルの具体例を以下に添付図面の図１〜図５を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、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。
例示したドリル１は、２枚刃のツイストドリルである。本体部２の外周に設けられたねじれ溝３の先端近傍の溝面がすくい面４となっている。
そのすくい面４と先端の逃げ面５が交差した位置の稜線及び本体部２の先端中心に形成されたシンニング部７の溝面と逃げ面５が交差した位置の稜線によって切れ刃６が形成されている。符号８はマージン、符号９は本体部２の後方に連なるシャンクを示す。
このドリル１は、すくい面４に刃先強化用のネガランド１０を有している。例示のドリルに設けられたそのネガランド１０は、図２に示すように、ドリルの軸芯に対して負の方向（ねじれ溝３のねじれ方向とは反対方向）に所定角度α傾いている。
角度αは、切れ刃の切れ味と刃先強化のバランスを考えて−１５°〜−３５°程度に設定される。
また、ネガランド１０の軸直角視における幅ｗ（図４参照）は、０．０３ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度に設定される。これらの数値範囲を選択することで、切れ味を確保しながら刃先を強化することができる。
すくい面にネガランド１０を設けたことによって、マージン８の図２、図６に一点鎖線で示した領域が除去される。図６に示すように、マージン８の最先端部にネガランド１０と逃げ面５とマージン８の３面が交わったコーナＣが作り出される。
従来の刃先処理で切れ刃外周部の摩耗が促進される原因は、そのコーナＣの突端が欠け易く、そこが微小チッピングの起点になって損傷箇所が広がって切れ味が低下するからであると思われる。
この発明は、切れ刃外周部の摩耗、損傷が効果的に抑制される策を検討した。そして、逃げ面５とマージン８とネガランド１０の３面がそれぞれ交わった位置の第１稜線ＲＬ１、第２稜線ＲＬ２及び第４稜線ＲＬ４の部分を長手直角断面において凸曲面に形成することが有効であることを見出た。それらの稜線を丸め加工して凸曲面となしている。
第１稜線ＲＬ１は、逃げ面５とネガランド１０が交差した位置の稜線であり、第２稜線ＲＬ２は、逃げ面５とマージン８が交差した位置の稜線であり、第４稜線ＲＬ４はネガランド１０とマージン８が交差した位置の稜線である。
すくい面４とマージン８が交差した位置の第３稜線ＲＬ３やネガランド１０とすくい面４が交差した位置の第５稜線ＲＬ５についても、第１稜線ＲＬ１、第２稜線ＲＬ２、第４稜線ＲＬ４と同様の丸め加工を行ってよい。第５稜線ＲＬ５も丸め加工によって強化される。
第１稜線ＲＬ１〜第４稜線ＲＬ４の各稜線の長手直角断面における凸曲面の曲率半径は、０．０１ｍｍ以上とするのがよい。曲率半径を０．０１ｍｍ以上とすることで、表面に耐摩耗性に優れたＴｉＡｌなどの硬質被膜を施すコーティングドリルにこの発明を適用するときにいわゆる膜飛び（膜が付着しない箇所ができる）現象を抑制して稜線にも良好な被膜を形成することができる。
なお、各稜線の凸曲面の曲率半径は、第１稜線ＲＬ１の曲率半径を１とした場合の比率で、第２稜線ＲＬ２、第３稜線ＲＬ３の曲率半径は０．８〜１．５倍、第４稜線ＲＬ４の曲率半径は１．５〜３．０倍にするのがよかった。
また、第１稜線ＲＬ１の曲率半径は、０．０１５ｍｍ〜０．０３５ｍｍが適当であった。第１稜線ＲＬ１の曲率半径は、０．０２１〜０．０３５ｍｍがさらに好ましかった。この範囲により、切れ刃外周部の微小チッピングが起こり難く、微小チッピングが引き金となる早期摩耗が抑制されて寿命が大幅に延びる。そして、この第１稜線ＲＬ１は、回転中心側の曲率半径よりも外周側の曲率半径を大きくしたものが好ましかった。回転中心側の曲率半径を小さくすることで切れ刃の切れ味低下を抑えることができる。外周側の曲率半径を大きくすることでコーナＣの強化の効果を高めることができる。
第２稜線ＲＬ２の曲率半径は０．０２０〜０．０４０ｍｍ、第４稜線ＲＬ４の曲率半径は０．０４０〜０．０７５ｍｍが好ましかった。この範囲により、切れ刃外周部の微小チッピングが起こり難く、微小チッピングが引き金となる早期摩耗が抑制されて寿命が大幅に延びる。
図１〜図５に示した形状の、直径φＤ＝８ｍｍ、有効刃部長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄ＝５の超硬合金製の２枚刃ツイストドリルを試作した。その試作ドリルには、切れ刃に沿ったすくい面に傾斜角α＝−２５°、軸直角視における幅ｗ＝０．０７ｍｍのネガランドが形成されている。
また、そのネガランドと逃げ面との間、ネガランドとマージンとの間、及び逃げ面とマージンとの間の各稜線（前記第１稜線ＲＬ１，第２稜線ＲＬ２，第４稜線ＲＬ４）が丸め加工されて長手直角断面において凸曲面に形成されている。
各稜線の丸め加工は、粉末の研磨メディア中にドリルの先端を差し込み、この状態でドリルを周回させ軸直角方向に移動させる方法で行った。このため、第３稜線ＲＬ３や第５稜線ＲＬ５も長手直角断面が丸みのついた凸曲面になっている。
第１稜線ＲＬ１，第２稜線ＲＬ２，第４稜線ＲＬ４の凸曲面の曲率半径は、第１稜線ＲＬ１が０．０２５ｍｍ程度、第２稜線ＲＬ２が０．０３ｍｍ程度、第４稜線ＲＬ４が０．０６０ｍｍ程度となっている。
なお、ドリルの表面には、刃先の強化処理後に、ＰＶＤ法でＴｉＡｌのコーティング被膜を形成した。
かかる試作ドリルと、その試作ドリルと同様のネガランドをすくい面に形成し、ネガランドと逃げ面との間の稜線をホーニング加工によって丸めた比較ドリル（稜線の処理の仕方のみが試作ドリルと異なる）を用いて下記の切削条件でワークの穴明けを行った。
切削条件
被削材 ：Ｓ５０Ｃ（ＨＢ２３０）
切削速度Ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎ
送りｆ ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
加工穴深さＨ＝３８ｍｍ
総切削長 ：３６ｍ
内部給油の湿式切削
この試験の結果、比較ツイストドリルは、図８の網目加入領域、即ち、第１稜線ＲＬ１、第２稜線ＲＬ２、第４稜線ＲＬ４のコーナ側の領域と第１稜線ＲＬ１に沿った領域が著しく摩耗した。
これに対し、試作ドリルは、図７に示すように、丸めた第１稜線ＲＬ１、第２稜線ＲＬ２、第４稜線ＲＬ４の一部が僅かに摩耗するにとどまっていた。
試作ドリルの摩耗箇所は、コーナＣの突端から若干離れている。これは、第１稜線ＲＬ１，第２稜線ＲＬ２及び第４稜線ＲＬ４の３つの稜線を丸めたことでコーナＣも丸められ、これにより、被削材に対する切れ刃外端部の接触ポイントが後退したからである。
摩耗が生じた箇所は、コーナの突端に比べると欠け難い。これにより、微小チッピングの波及が抑えられ、ネガランドと逃げ面とマージンの３面が交わったコーナ部の摩耗の進展が従来品に比べて遅くなる。
なお、性能の評価試験に利用したドリルは、表面に硬質被膜を有する２枚刃のコーティングツイストドリルであるが、この発明の適用対象には、硬質被膜の無いドリル、刃数が３、もしくはそれ以上あるドリル、切屑排出溝がねじれていないストレートドリルなども含まれる。
１ ツイストドリル
２ 本体部
３ ねじれ溝
４ すくい面
５ 逃げ面
６ 切れ刃
７ シンニング部
８ マージン
９ シャンク
１０ ネガランド
ＲＬ１ 逃げ面とネガランドが交差した位置の第１稜線
ＲＬ２ 逃げ面とマージンが交差した位置の第２稜線
ＲＬ３ すくい面とマージンが交差した位置の第３稜線
ＲＬ４ ネガランドとマージンが交差した位置の第４稜線
ＲＬ５ ネガランドとすくい面が交差した位置の第５稜線
α ネガランドの傾き角
ｗ ネガランドの軸直角視における幅
Ｃ ネガランドと逃げ面とマージンの３面が交わったコーナ

Claims (1)

  1. すくい面と、
    逃げ面と、
    前記すくい面と前記逃げ面をつなぐ面であるネガランドと、
    前記すくい面、前記逃げ面、および前記ネガランドと交差するマージンとを備え、
    前記ネガランドと前記逃げ面、前記逃げ面と前記マージン、及び前記ネガランドと前記マージンが交差した各稜線の長手直角断面形状が、凸曲面であるドリルであって、
    前記逃げ面と前記ネガランドが交差した位置の第１稜線の凸曲面の曲率半径が０．０２５ｍｍ、前記逃げ面と前記マージンが交差した位置の第２稜線の凸曲面の曲率半径が０．０３ｍｍ、前記ネガランドと前記マージンが交差した位置の第４稜線の凸曲面の曲率半径が０．０６０ｍｍであり、
    前記ネガランドの前記ドリルの軸芯に対する傾き角度が−２５°であり、
    前記ネガランドの軸直角視における幅が０．０７ｍｍであり、
    前記すくい面と前記マージンが交差した位置の第３稜線が長手直角断面において凸曲面に形成され、
    前記ドリルの表面にＴｉＡｌのコーティング被膜が形成された超硬合金製の２枚刃のドリル。
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