JP7038661B2 - チップブレーカを有するドリルビット、および、ドリルビットの中にチップブレーカをレーザカットする方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザカットチップブレーカを有する多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）ドリルビット、および、それを形成する方法に関する。

１つの実施形態では、ドリルのためのドリルビットは、フルートエッジ（ｆｌｕｔｅ ｅｄｇｅ）を含むすくい面を有する少なくとも１つのフルートと、少なくとも１つの切削刃であって、切削刃の長さの少なくとも一部分に沿って延在するプロファイルを有しており、すくい面は、切削刃から延在している、切削刃とを含む。チップブレーカが、すくい面の中に形成されており、チップブレーカは、切削刃に隣接して位置する溝部であり、溝部は、開始端部および出口端部を有しており、開始端部は、溝部の出口端部の深さよりも小さい深さを有しており、開始端部における溝部の形状は、出口端部における溝部の形状とは異なっている。

別の実施形態では、ドリルビットの中にチップブレーカをレーザカットする方法は、ドリルビットを提供するステップであって、ドリルビットは、フルートエッジを含むすくい面を有する少なくとも１つのフルート、および、少なくとも１つの切削刃を有しており、切削刃は、切削刃の長さの少なくとも一部分に沿って延在するプロファイルを有しており、すくい面は、切削刃から延在している、ステップと、レーザを第１の位置に位置決めするステップであって、第１の位置は、溝部の開始端部に対応しており、溝部の開始端部は、浅い深さを有する、ステップと、開始端部からフルートエッジに開口する出口端部へ切削刃に沿ってレーザを移動させるステップと、開始端部から出口端部へ溝部の深さを増加させるステップと、開始端部における溝部の形状とは異なる、溝部の出口端部における形状を形成するステップとを含む。

先述の概要、および、以下の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と関連して読まれるときに、より良好に理解されるであろう。示されている実施形態は、示されている正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。

本開示によるドリルビットの斜視図である。 図１のドリルビットの拡大図である。 本開示のチップブレーカの拡大図である。 チップブレーカの溝部の拡大図である。

非鉄材料の機械加工用途において、ドリルは、典型的に、軸線方向の切削力とともにプラスのレーキクリアランス（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒａｋｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を有しており、非鉄材料が機械加工されているときに非鉄材料を剪断する。切削条件、ワークピース、工具材料、切削工具の幾何学形状などに応じて、さまざまな形状およびサイズのチップの形態で、材料が除去される。チップは、典型的に、ドリルの上のヘリカルフルートを通してドリル孔から流れ出る。脆性材料が機械加工されるときには、作り出されるチップは、不連続的であり、チップのハンドリングおよび廃棄に困難を生じさせない。延性の非鉄材料を機械加工するときには、連続的なチップが形成され、それは、機械加工動作においていくらかの困難を生じさせる可能性があり、生産性に影響を及ぼす可能性がある。

チップブレーカは、連続的なチップを小片に分断し、切削力を減少させるために使用される。切削力の排除は、機械加工される部分に沿って工具寿命を増加させ、追加される工具圧力により、機械加工される部分が損傷することを防止する。さらに、連続的なタイプのチップがビットの周りに絡むことがないように、チップブレーカが必要とされる場合がある。

本開示は、チップブレーカを有するドリル、および、それを作製する方法に関し、それは、切削刃からのチップの除去を向上させ、ドリルポイントの寿命を増加させる。

図１を参照すると、本開示による多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）ツイストドリル１０は、シャンク１２、ドリル本体部１４、およびドリル先端部１６を含む。ドリル１０は、ＰＣＤに加えて、さまざまな異なる材料、たとえば、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、超硬合金、セラミック、および他の金属材料から作製され得ることを理解されたい。複数のヘリカルフルート１８が、ドリル先端部１６からドリル本体部１４へ延在している。それぞれのフルートは、機械加工される材料に応じて、あるねじれ角度、たとえば、約０°から約４８°の角度を有する。チップ除去を支援するために、先端部１６は、冷却剤通路または孔を含むことが可能である。

先端部１６は、本体部１４に取り付けられ得るか、または、本体部１４と一体的に形成され得る。先端部１６は、非鉄材料および鉄系材料であることが可能であり、たとえば、高温高圧（ＨＰＨＴ）プレスにおいて形成される多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）であることが可能であり、または、さまざまな他の材料、たとえば、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、超硬合金、セラミック、または、他の金属材料から選択され得る。

図２を参照すると、先端部１６は、少なくとも２つの対向する切削刃２０および２２を含む。切削刃２０、２２は、所定のポイント角度２４を有するポイントを形成している（図１）。本開示は、任意の特定のポイント角度に限定されないことを理解されたい。切削刃は、凹形プロファイル２６をそれぞれ有することが可能であり、凹形プロファイル２６は、切削刃の長さ全体に沿って、または、少なくとも単にその一部分に沿って延在している。

それぞれのフルートは、すくい面３２を含み、すくい面３２は、それぞれの切削刃に隣接し、それぞれの切削刃から延在している。切削刃２０および２２は、ドリルフルート１６のリーディングエッジ３０によって形成されたそれぞれのランド２８からさらに画定されている。

切削刃２０、２２は、少なくとも１つのチップブレーカ４０を含み、材料が切削されているときに、材料が、少なくとも１つのチップブレーカ４０の上に、および、チップブレーカの面の上方に持ち上げられ、チップ分断を促進させ、詰まりを防止する。切削刃の凹形プロファイル２６は、チップブレーカ４０の上方のチップの流れを最小限に抑える。

図３に詳細に示されているように、チップブレーカ４０は、切削刃２０に沿ってすくい面３２の中に形成された溝部であることが可能である。本明細書でさらに述べるように、チップブレーカ４０は、レーザカット溝部である。複数のチップブレーカが、先端部に提供され得るが、簡単にするために、単一のチップブレーカだけが図示されていることを理解されたい。また、溝部に加えて、チップブレーカの他の形状／幾何学形状／設計が企図される。たとえば、溝部４２は、１つまたは複数の突出部を含み、細長いチップのより速い分断を支援することが可能である。

チップブレーカ４０は、切削刃に隣接して間隔を置いて配置された連続的な溝部４２であることが可能であり、それは、たとえば、切削刃の後方に約０．１ｍｍから約２．０ｍｍの間隔を置いて配置され、フルートエッジ３０に開口している。この位置は、チップの移動および形成の両方を支援する。

溝部４２は、切削刃の凹形プロファイル２６に対応するように形状決めされ／湾曲していることが可能である。溝部の形状および比率は、チップ分断を改善し、チップブレーカの上方のチップの流れを減少させ、チップ分断により切削力を減少させるようなものである。

チップブレーカ溝部の寸法値は、使用されているドリルサイズおよびドリルの送り速度に従って変化することになり、したがって、チップブレーカ寸法は、任意の特定の寸法に限定されないことを理解されたい。たとえば、溝部４２は、深さが約０．０１ｍｍから約２．５ｍｍｉｎの範囲にあることが可能であり、また、ドリルのサイズに依存する長さ、たとえば、切削刃の長さの少なくとも約６５％の長さを有することが可能である。

連続的な溝部４２は、１対の面３８によって形成されており、また、開始端部４４においてその最も浅い深さを有しており、エッジ３０に開口する反対側の出口端部４６へ深さが増加している。半径部またはショルダ部４８が、端部４６に生成されており、溝部が開始端部４４における溝部とは異なる形状を有するようになる。ショルダ部４８は、用途または使用に応じて、ドリルのすくい角の変化を可能にする。それは、さらに、チップが分断なしに除去されるリスクを最小限に抑え、切削刃強度を補強する助けとなる。

図４に示されているように、溝部４０の出口端部４６において面３８間に形成されている角度α_２は、開始端部４４において面３８間に形成されている角度α_１からわずかに増加している。端部４４から端部４６への角度および深さのこの増加は、溝部のチップ分断能力を支援することになる。

公知のチップブレーカは、従来の切削工具の中に事前形成されている。ＰＣＤ工具では、チップブレーカは、放電加工（ＥＤＭ）を使用して作り込まれ／腐食されなければならない。したがって、チップブレーカのサイズおよび形状は制限されている。

上述のように、チップブレーカ４０の溝部４２は、複数の切削角度および深さを有しており、より滑らかな切削を推進し、チップが細長くなる可能性を排除する助けとなる。したがって、放電加工を使用することは、本開示の溝部４２の形状のための実行可能な選択肢ではない。

したがって、本開示は、さらに、ドリルポイントの中にチップブレーカをレーザカットする方法に関する。チップブレーカの正しい形態を実現するために、レーザが、開始端部４４において浅い深さで開始して深さを増加させるようにチップブレーカを位置決めすることを必要とし、溝部の底部または出口端部４６において半径部またはショルダ部４８を生成することになる。カットの出口部は、より大きい角度を有し、カットの入口部とはいくらか異なる形状になることになる。

レーザは、溝部の所望の形状／幾何学形状が形成されるまで、溝部４２の切削にわたって多数のパスを行うことになるが、それに応じて、単一のパスも行われ得ることを理解されたい。所望の溝部を形成するために、レーザは、公知の様式でプログラムされて制御される。したがって、チップブレーカのより小さいプロファイル、複雑な形態および設計が実現され得る。また、ＰＣＤドリルの中にチップブレーカをレーザカットすることによって、チップブレーカの幾何学形状を生成するために典型的に必要とされるさまざまなドリル／機器が排除される。

さらに、本開示のチップブレーカは、複数の異なる切削工具、または、切削刃を利用する任意のデバイスの中に形成され得、ツイストドリルに限定されないことを理解されたい。

本実施形態がその特定の態様に関連して説明されてきたが、多くの他の変形例および変更例、ならびに、他の使用が、当業者に明らかになろう。したがって、本実施形態は、本明細書の中の具体的な開示によって限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲のみによって限定されることが好適である。

Claims (13)

1. ドリルのためのドリルビットであって、
   フルートエッジを含むすくい面を有し、前記すくい面と共にドリル先端部からドリル本体部へ延在する少なくとも１つのフルートと、
   少なくとも１つの切削刃であって、前記切削刃の長さの少なくとも一部分に沿って延在する凹形プロファイルを有しており、前記すくい面は、前記切削刃から延在している、切削刃と、
   前記すくい面の中に形成され、前記切削刃に隣接して位置する溝部であるチップブレーカであって、前記溝部は、開始端部および前記開始端部の反対側で前記フルートエッジに開口する出口端部を有しており、前記開始端部は、前記溝部の前記出口端部の深さよりも小さい深さを有しており、前記開始端部における前記溝部の形状は、前記出口端部における前記溝部の形状とは異なっている、チップブレーカと
   を含み、前記溝部は、１対の面を有しており、前記１対の面はそれらの間に角度を成しており、前記角度は、前記開始端部から前記出口端部へ増加していることを特徴とする、ドリルビット。
2. 前記ドリルビットは、多結晶ダイヤモンド、ＰＣＢＮ、ＣＢＮ、超硬合金、セラミック、および、金属材料からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載のドリルビット。
3. 前記溝部は、連続的な溝部であることを特徴とする、請求項１または２に記載のドリルビット。
4. 前記溝部の前記出口端部は、前記フルートエッジに開口していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のドリルビット。
5. 前記溝部は、前記切削刃の前記凹形プロファイルに対応するように形状決めされていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のドリルビット。
6. 前記開始端部から前記出口端部への前記溝部の前記深さは、約０．０１ｍｍから約２．５ｍｍの範囲にあり、前記溝部は、前記切削刃の長さの少なくとも約６５％の範囲にある長さを有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のドリルビット。
7. 前記溝部は、前記溝部の前記出口端部においてショルダ部を形成していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のドリルビット。
8. ドリルビットの中にチップブレーカをレーザカットする方法であって、
   ドリルビットを提供するステップであって、前記ドリルビットは、フルートエッジを含むすくい面を有し、前記すくい面と共にドリル先端部からドリル本体部へ延在する少なくとも１つのフルート、および、少なくとも１つの切削刃を有しており、前記切削刃は、前記切削刃の長さの少なくとも一部分に沿って延在する凹形プロファイルを有しており、前記すくい面は、前記切削刃から延在している、ステップと、
   レーザを第１の位置に位置決めするステップであって、前記第１の位置は、溝部の開始端部に対応しており、前記溝部の前記開始端部は、浅い深さを有する、ステップと、
   前記開始端部から前記フルートエッジに開口する出口端部へ前記切削刃に沿って前記レーザを移動させるステップと、
   前記開始端部から前記出口端部へ前記溝部の深さを増加させるステップと、
   前記開始端部における前記溝部の形状とは異なる、前記溝部の前記出口端部における形状を形成するステップと
   を含み、前記溝部は、１対の面を有するようにレーザカットされており、前記１対の面はそれらの間に角度を成しており、前記角度は、前記開始端部から前記出口端部へ増加していることを特徴とする、方法。
9. 前記ドリルビットは、ＰＣＤ、ＰＣＢＮ、ＢＺＮ、ＣＢＮ、超硬合金、セラミック、および、金属材料からなる群から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記溝部は、前記すくい面のレーザ切れ込みである、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記溝部は、前記切削刃の前記凹形プロファイルに対応するようにカットされていることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記開始端部から前記出口端部への前記溝部の前記深さは、約０．０１ｍｍから約２．５ｍｍの範囲にあり、前記溝部は、前記切削刃の長さの少なくとも約６５％である長さにレーザカットされていることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. ショルダ部が、前記溝部の前記出口端部に形成されていることを特徴とする、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。

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