KR101740840B1

KR101740840B1 - 드릴

Info

Publication number: KR101740840B1
Application number: KR1020157019975A
Authority: KR
Inventors: 가즈테루 다카이
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2017-05-26
Also published as: US9604286B2; JP5926877B2; EP2952278A4; KR20150099599A; WO2014118881A1; US20150321267A1; CN104955599A; EP2952278A1; JPWO2014118881A1; EP2952278B1

Abstract

드릴의 강성을 저하시키지 않고, 절삭액 공급압을 높이지 않아도 절삭액 공급 구멍을 통한 절삭액의 공급량이 충분히 얻어지는 드릴을 제공한다. 홈부 (16) 내에 형성된 절삭액 공급 구멍 (22) 이, 드릴 (10) 의 회전 방향 (RT) 의 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면 (FH) 과, 드릴 (10) 의 회전 방향 (RT) 의 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 전방측 내벽면 (FH) 과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면 (RH) 과, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면 (OH) 과, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 을 중심으로 하고 또한 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (R1) 보다 작은 곡률 반경 (R2) 의 부분 원통면으로 이루어지고, 외주측 내벽면 (OH) 과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면 (IH) 에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 가지고 있으므로 심후를 확보할 수 있고, 절삭액의 공급압을 높이지 않아도 절삭액 공급 구멍 (22) 내의 절삭액의 속도를 고속화할 수 있어 절삭액의 공급량이 증대된다.

Description

드릴{DRILL}

본 발명은 절삭에 의해 구멍 가공을 실시하는 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴에 관한 것으로, 특히 절삭액을 가급적으로 공급하는 기술에 관한 것이다.

선단에 절삭날이 형성된 축상 공구 본체와, 상기 절삭날에서 발생한 절삭분을 배출하는 배출 홈이 그 축상 공구 본체의 선단측에 형성된 홈부와, 그 홈부 내를 통하여 상기 선단 절삭날측에 절삭액을 공급하는 절삭액 공급 구멍을 구비한 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴이, 구멍 가공의 공구로서 다용되고 있다.

특허문헌 1 내지 특허문헌 3 에 기재된 드릴은 그 일례이다. 그것들에 기재된 드릴에 의하면, 절삭날의 절삭 가공점 근방에 절삭액 공급 구멍을 통해 절삭날 부근에 유성 혹은 수성의 절삭액이 공급되므로, 가공점의 온도 상승이 억제되고, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18 에 나타내는 바와 같은, 절삭날이나 그 플랭크면, 코너부, 치즐 에지의 치핑이나 결손 및 절손, 탐 등이 억제되어 드릴의 내구성을 높일 수 있게 되어 있다. 특히, 피삭재가 스테인리스강이나 티탄 합금 등의 난삭재인 경우에는 그러한 효과가 기대된다.

일본 공개특허공보 2004-130411호 일본 공개특허공보 2008-137125호 일본 공개특허공보 2009-083092호

그런데, 절삭날 부근에 공급되는 절삭액의 양은 많을수록, 상기 절삭날이나 그 플랭크면의 치핑이나 결손, 탐 등이 억제되어 드릴의 내구성을 높일 수 있는 효과가 얻어진다. 이 때문에, 절삭액 공급 구멍의 단면적을 크게 하고자 하면, 드릴의 강성이나 강도가 손상되어 절손이 발생되기 쉬워지므로, 드릴의 강성을 저하시키지 않고, 가급적으로 절삭액 공급 구멍의 단면성을 크게 하는 것이 요망된다.

그러나, 특허문헌 1 내지 특허문헌 3 에 기재되어 있는 종래의 드릴에서는, 절삭액 공급 구멍은, 원형의 단면 형상을 가진 것이기 때문에, 절삭날 부근에 공급되는 절삭액의 양이 반드시 충분히 얻어지는 것은 아니었다. 이에 대하여, 절삭액의 공급압을 높이는 것을 생각할 수 있지만, 공급원압을 보다 고압으로 하기 위한 펌프나, 공구 척, 거기에 접속되는 배관의 내압을 높이는 등의 설비 개조가 필요시 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 드릴의 강성을 저하시키지 않고, 절삭액 공급압을 높이지 않아도 절삭액 공급 구멍을 통한 절삭액의 공급량이 충분히 얻어지는 드릴을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 이상의 사정을 배경으로 하여 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 절삭액 공급 구멍의 단면 형상을, 드릴의 회전 방향 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면과, 상기 드릴의 회전 방향 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 그 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하고 또한 그 외주측 내벽면보다 작은 곡률 반경의 부분 원통면으로 이루어지고, 그 외주측 내벽면과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 갖는 부채형으로 하면, 동일한 단면적의 종래의 형상과 비교하여, 공급원압을 높게 하지 않아도 절삭액의 유속을 고속화할 수 있고, 절삭액 공급 구멍의 단면적을 증대시키지 않아도 절삭액의 공급량을 많게 할 수 있는 것을 알아내었다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명은, 축 방향의 선단에 절삭날이 형성된 공구 본체와, 상기 절삭날에서 발생한 절삭분을 배출하는 배출 홈이 그 공구 본체의 선단측에 형성된 홈부와, 그 홈부 내를 통하여 상기 절삭날측에 절삭액을 공급하는 절삭액 공급 구멍을 구비한 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴로서, 상기 절삭액 공급 구멍은, 상기 드릴의 회전 방향 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면과, 상기 드릴의 회전 방향 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 그 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하고 또한 그 외주측 내벽면보다 작은 곡률 반경의 부분 원통면으로 이루어지고, 그 외주측 내벽면과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴에 의하면, 홈부 내에 형성된 절삭액 공급 구멍이, 상기 드릴의 회전 방향 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면과, 상기 드릴의 회전 방향 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 그 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하고 또한 그 외주측 내벽면보다 작은 곡률 반경의 부분 원통면으로 이루어지고, 그 외주측 내벽면과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 가지고 있으므로, 심후 (心厚) 를 확보할 수 있어 공구 강성이 저하되는 경우는 없다. 또, 동일한 단면적인 원형 형상의 종래의 절삭액 공급 구멍과 비교하여 외주측일수록 폭 형상이 증가하고 또한 원심력에 기초하는 압력이 높아지므로, 절삭액의 공급압을 높이지 않아도 절삭액 공급 구멍 내의 절삭액의 속도를 고속화할 수 있어, 드릴의 회전에 수반하는 원심력을 이용하여 절삭액의 공급량이 증대된다.

여기서, 바람직하게는, 상기 드릴은 2 장 날로서, 상기 회전 중심에 직교하는 단면에 있어서, 상기 전방측 내벽면과 상기 후방측 내벽면이 이루는 각은, 20 °∼ 50 °이고, 상기 드릴의 직경을 D 로 했을 때, 상기 외주측 내벽면의 곡률 반경은 0.25 D ∼ 0.35 D 이며, 상기 내주측 내벽면의 곡률 반경은 0.15 D ∼ 0.20 D 이다. 이와 같이, 내주측 내벽면이 회전 중심선을 중심으로 하는 곡률 반경의 부분 원통면이기 때문에 드릴의 심후를 확보할 수 있으므로 공구 강성, 특히 굽힘 강성이 저하되는 경우는 없다. 외주측 내벽면의 곡률 반경이 0.25 D 를 하회하거나, 혹은 내주측 내벽면의 곡률 반경이 0.15 D 를 하회하는 경우에는, 드릴의 심후 및 절삭액 공급 구멍의 단면적의 확보가 곤란해진다. 반대로, 외주측 내벽면의 곡률 반경이 0.35 D 를 초과하거나, 혹은 내주측 내벽면의 곡률 반경이 0.20 D 를 초과하는 경우에는, 랜드 내에 있어서의 절삭액 공급 구멍 (22) 의 위치가 외주측으로 편재되어 드릴 (10) 의 강도의 확보가 곤란해진다.

또, 바람직하게는, 상기 드릴은 2 장 날로서, 상기 드릴의 중심선과 상기 배출 홈의 회전 방향 대향측 벽면 중 최외주점을 연결하는 직선을 기준선으로 했을 때, 상기 전방측 내벽면과 상기 후방측 내벽면이 이루는 각의 반각을 나타내는 직선과 그 기준선이 이루는 각은 20 °∼ 50 °이다. 이와 같이 하면, 랜드의 둘레 방향 내부에 절삭액 공급 구멍이 위치되므로 공구 강성이 저하되는 경우는 없다. 상기 전방측 내벽면과 후방측 내벽면이 이루는 각의 반각을 나타내는 직선과 상기 기준선이 이루는 각이 20 °를 하회하거나, 50 °를 상회하면, 절삭액 공급 구멍이 랜드 내의 둘레 방향에 있어서 배출 홈에 가까운 위치가 되므로, 공구 강성이 저하될 가능성이 있다.

또, 바람직하게는, 상기 전방측 내벽면, 상기 후방측 내벽면, 상기 외주측 내벽면, 및 상기 내주측 내벽면 중 서로 인접하는 면은, 0.015 D ∼ 0.045 D 의 곡률 반경의 필릿을 개재하여 매끄럽게 상호 접속되어 있다. 이 때문에, 그것들 인접하는 면 사이가 필릿을 개재하여 접속되어 있으므로 공구 강성의 저하가 억제된다. 상기 필릿의 곡률 반경이 0.015 D 를 하회하면, 공구 강성이 저하될 가능성이 있다. 또, 상기 필릿의 곡률 반경이 0.045 D 를 상회하면, 공구 강성이나 유속을 유지하면서 절삭액 공급 구멍 (22) 의 단면적의 확보가 곤란해진다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예인 드릴을 나타내는 정면도이다.
도 2 는 도 1 의 실시예의 드릴의 선단 부분을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 3 은 도 1 의 실시예의 드릴을, 그 일단에서 본 선단면을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 4 는 도 1 의 드릴의 축심 (C) 에 직교하는 단면에 있어서의 절삭액 공급 구멍의 단면 형상을 설명하는 도면으로서, 도 1 의 IV-IV 에서 본 단면도이다.
도 5 는 도 4 의 절삭액 공급 구멍의 나선 형상을 설명하는 사시도이다.
도 6 은 절삭액 토출량의 측정 시험 조건을 설명하는 도면이다.
도 7 은 도 6 의 절삭액 토출량의 측정 결과를 절삭액 공급 구멍의 단면 형상별로 나타내는 그래프이다.
도 8 은 드릴의 굽힘 강도의 측정 시험 조건을 설명하는 도면이다.
도 9 는 도 8 의 드릴의 굽힘 강도의 측정 결과를 절삭액 공급 구멍의 단면 형상별로 나타내는 그래프이다.
도 10 은 절삭액 토출량을 측정한 시작품의 절삭액 공급 구멍의 원형 단면 형상을 설명하는 단면도이다.
도 11 은 절삭액 토출량을 측정한 시작품의 절삭액 공급 구멍의 타원형 단면 형상을 설명하는 단면도이다.
도 12 는 절삭액 토출량을 측정한 시작품의 절삭액 공급 구멍의 역삼각형 단면 형상을 설명하는 단면도이다.
도 13 은 절삭액 토출량을 측정한 시작품의 절삭액 공급 구멍의 부채형 단면 형상을 설명하는 단면도이다.
도 14 는 절삭액 토출량을 CAE 해석에 의해 산출한 결과를 절삭액 공급 구멍의 단면 형상별로 나타내는 그래프이다.
도 15 는 드릴의 손상 형태의 하나인 플랭크면 마모의 요부를 설명하는 사시도이다.
도 16 은 드릴의 손상 형태의 하나인 코너부 결손의 요부를 설명하는 사시도이다.
도 17 은 드릴의 손상 형태의 하나인 결손의 요부를 설명하는 도면이다.
도 18 은 드릴의 손상 형태의 하나인 중심부 결손의 요부를 설명하는 선단면의 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

실시예

도 1 은, 본 발명의 일 실시예인 드릴 (10) 을 나타내는 도면으로서, 축심 (C) 에 대해 직각인 방향에서 본 정면도이다. 도 2 는, 그 드릴 (10) 의 절삭날 (12) 이 형성된 선단부를 확대하여 나타내는 확대도이다. 도 3 은, 드릴 (10) 의 절삭날 (12) 이 형성된 선단면을 확대하여 나타내는 도면이다.

드릴 (10) 은, 2 장 날의 트위스트 드릴이고, 섕크부 (14) 및 홈부 (16) 를 축상 공구 본체 (17) 의 축 방향으로 인접하게 일체로 구비하고 있다. 드릴 (10) 은 초경합금제로서, 절삭날 (12) 등이 형성된 선단부, 및 그 절삭날 (12) 에서 발생하는 절삭 부스러기의 배출 홈 (18) 이 형성된 홈부 (16) 의 표면에는 TiAlN 합금의 경질 피막이 코팅된다. 홈부 (16) 에는, 소정의 비틀림각 (γ) (예를 들어 30 °정도) 에서 축심 (C) 의 우측 방향으로 비틀린 1 쌍의 배출 홈 (18) 이 축심 (C) 에 대해 점 대칭의 위치에 형성되어 있음과 함께, 그 절삭 부스러기의 배출 홈 (18) 을 따라 마진 (20) 이 형성되어 있다. 1 쌍의 절삭 부스러기 배출 홈 (18) 은 드릴 (10) 의 테이퍼상 선단면에 C 자 형상으로 개구되어 있고, 절삭 부스러기의 배출 홈 (18) 의 축단측의 개구 가장자리 중 드릴 (10) 의 회전 방향을 향하는 측에는, 각각 절삭날 (12) 이 형성되어 있다.

마진 (20) 은, 절삭 부스러기의 배출 홈 (18) 에 의해 분단된 랜드 (24) 의 드릴 회전 방향측의 단 가장자리인 리딩 에지 (26) 를 따라, 약간 외측으로 예를 들어 약 0.4 ㎜ 돌출된 상태로 약 1.2 ㎜ 폭으로 형성되어 있다. 드릴 (10) 의 외주면은, 마진 (20) 의 외주면과, 마진 (20) 에 계속해서 일정한 직경 치수로 형성된 릴리프면 (28) 에 의해 구성되어 있다. 마진 (20) 의 외경은, 드릴 (10) 의 선단부에서는 드릴 직경 (절삭날 (12) 의 외경) (D) 과 대략 동일한 치수이지만, 소정의 백 테이퍼에 의해 드릴 (10) 의 선단부로부터 섕크부 (14) 측을 향함에 따라 서서히 소경으로 되어 있다.

절삭날 (12) 은, 외주측에 형성된 볼록 곡선 절삭날부 (12a) 와 내주측에 형성된 오목 곡선 절삭날부 (12b) 로 구성된다. 드릴 (10) 의 테이퍼상 선단면 에 있어서, 1 쌍의 절삭날 (12) 의 회전 방향의 후방에는, 2 번 플랭크면 (32) 및 3 번 플랭크면 (34) 이 형성되어 있다. 그 3 번 플랭크면 (34) 에는, 배출 홈 (18) 과 대략 평행하게 드릴 (10) 을 세로 통과하여 나선상으로 형성된 절삭액 공급 구멍 (22) 이 개구되어 있고, 필요에 따라 절삭 유제나 에어 등을 절삭 부위에 공급할 수 있게 되어 있다. 또, 절삭날 (12) 의 축심측 부분 즉 심후 부분에는, R 형 시닝 (thinning) 이 실시되어, 도 3 의 바닥면에서 보았을 때 매끄럽게 만곡되는 R 형상의 축심측 절삭날부 (12c) 가, 오목 곡선 절삭날부 (12b) 와 매끄럽게 접속되도록 형성되어 있다.

도 4 는, 홈부 (16) 내 즉 그 랜드 (24) 내에 형성된 절삭액 공급 구멍 (22) 의 단면 형상을 설명하기 위한, 축심 (C) 에 직교하는 면에서 절단된 드릴 (10) 의 홈부 (16) 의 단면도이다. 도 4 에 있어서, 절삭액 공급 구멍 (22) 은, 드릴 (10) 의 회전 방향 (RT) 의 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면 (FH) 과 드릴 (10) 의 회전 방향 (RT) 의 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 전방측 내벽면 (FH) 과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면 (RH) 과, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 즉 중심 (O) 을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면 (OH) 과, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 을 중심으로 하고 또한 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (R1) 보다 작은 곡률 반경 (R2) 의 부분 원통면으로 이루어지고, 그 외주측 내벽면 (OH) 과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면 (IH) 에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 가지고 있다.

또, 도 4 의 회전 중심선 (C) 에 직교하는 단면에 있어서, 전방측 내벽면 (FH) 과 후방측 내벽면 (RH) 이 이루는 각 A 는 바람직하게는 20 °∼ 50 °이고, 드릴 (10) 의 직경을 D 로 했을 때, 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (R1) 은 바람직하게는 0.25 D ∼ 0.35 D 이고, 내주측 내벽면 (IH) 의 곡률 반경 (R2) 은 바람직하게는 0.15 D ∼ 0.20 D 이다. 전방측 내벽면 (FH), 후방측 내벽면 (RH), 외주측 내벽면 (OH), 및 내주측 내벽면 (IH) 중 서로 인접하는 면 사이의 코너는 핀각이 아니고, 바람직하게는 0.015 D ∼ 0.045 D 의 곡률 반경 (R3) 을 갖는 필릿 (T) 을 개재하여 매끄럽게 서로 접속되어 있다. 그리고, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 과, 배출 홈 (18) 의 벽면 중 회전 방향 (RT) 을 향하는 측의 벽면 (18f) 중 최외주점 (O') 을 연결하는 직선을 기준선 B 로 했을 때, 전방측 내벽면 (FH) 과 후방측 내벽면 (RH) 이 이루는 각 A 의 반각 A/2 를 나타내는 직선 (OP) 과 그 기준선 (OO') 이 이루는 각 A2 는, 바람직하게는 20 °∼ 50 °, 더욱 바람직하게는 40 °∼ 45°이다.

상기와 같이 구성되어 있는 드릴 (10) 은, 고온에 의해 연화시킨 강재 (예를 들어 고속도강) 를, 절삭액 공급 구멍 (22) 과 동일한 단면 형상의 한 쌍의 코어를 원형의 성형 공간 내에 갖는 성형형을 통해 압출하고, 거기에 비틀림을 가하면서 인발함으로써 성형된 봉상 소재 (M) 에, 통상적인 홈 절삭 연마 가공, 마무리 연마 가공, 및 선단 절삭날의 연마 가공을 거쳐 제조된다. 도 5 는, 상기 봉상 소재 내에 형성된 2 개의 절삭액 공급 구멍 (22) 을, 그 봉상 소재 (M) 의 길이 방향의 중간부를 제거하고 나타내는 도면이고, 화살표 S 는 압출 방향, 화살표 H 는 비틀림 방향을 나타내고 있다.

[절삭 중 쿨런트 토출량 시험]

이하에, 본 발명자가 실시한 절삭액 공급량 시험을 설명한다.

(시작 (試作) 공구)

먼저, 드릴 직경이 φ 10 ㎜, 홈 길이가 80 ㎜, 절삭액 공급 구멍의 단면적이 2 구멍 합계로 4.9 ㎟ 로, 예를 들어 도 10 에 나타내는 바와 같은 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품 (종래형 드릴), 예를 들어 도 12 에 나타내는 바와 같은 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 (유사형 드릴), 예를 들어 도 4, 도 13 에 나타내는 바와 같은 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품의 3 종류의 시작 공구를 제작하였다. 구멍 형상의 단위는 ㎜ 이다.

(구멍 형상)

(시험 조건)

도 6 에 나타내는 바와 같이, 시작품 드릴의 선단을 55 ㎜ 만큼 피삭재 (BL) 내에 찔러 넣고, 그 시작품의 드릴을 2228 min^-1 로 회전시킨 상태에서 섕크단으로부터 1.5 MPa 의 압력으로 상온의 쿨런트를 공급하고, 그 시작품 드릴의 선단으로부터 토출시킨 쿨런트를, 절삭 부스러기의 배출 홈 (18) 및 드릴 (10) 과 피삭재 (BL) 사이의 간극으로부터 배출시켰을 때, 그 쿨런트를 회수하여 쿨런트 토출량을 측정하였다.

도 7 은, 상기 시험 조건으로 측정된 쿨런트 토출량에 대하여, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품을 100 으로 했을 때의, 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품과, 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품을 상대적으로 나타내고 있다. 도 7 로부터 명백한 바와 같이, 동일한 단면적이어도, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품과 비교하여, 비교품의 쿨런트 토출량은 49 ％ 증가하고, 본 발명품의 쿨런트 토출량은 62 ％ 증가하였다. 절삭액 공급 구멍의 단면 중 외주측일수록 원심력의 영향에 의해 압력이 높고, 그에 수반하여 유속이 높아지기 때문이라고 생각된다. 또, 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품에 대하여, 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품은, 드릴 외주면으로부터 외주측 내벽면까지의 거리가 동일해도, 절삭액 공급 구멍의 단면 중 외주측에 위치하는 비율이 상대적으로 높기 때문이라고 생각된다.

[공구 굽힘 강도 시험]

다음으로, 본 발명자가 실시한 공구 굽힘 강도 시험을 설명한다. 이 시험에 사용한 시작 공구 및 그 절삭액 공급 구멍의 단면적, 절삭액 공급 구멍의 형상은 상기 쿨런트 토출량 시험과 동일하다.

(시험 조건)

도 8 에 나타내는 바와 같이, 시작품 드릴의 섕크부를 파지 장치 (F) 를 사용하여 완전히 구속하고, 시작품 드릴의 선단에 그 축심에 직각 방향의 하중 100 N 을 가했을 때, 그 시작품 드릴의 선단 변위를 ㎛ 단위로 측정할 수 있는 변위계를 사용하여 측정하였다.

도 9 는, 상기 시험 조건으로 측정된 시작품 드릴의 선단 변위를, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품을 100 으로 했을 때의, 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품과, 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품을 상대적으로 나타내고 있다. 도 9 로부터 명백한 바와 같이, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품과 비교하여, 절삭액 공급 구멍이 그것과 동일 단면적인 비교품의 선단 변위는 99.8 이고, 본 발명품의 선단 변위도 99.8 이었다. 이것으로부터, 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품과, 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품은, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품과 동일한 굽힘 강도 혹은 굽힘 강성을 구비한 것임이 확인되었다.

[쿨런트 토출량의 CAE 해석 시험]

먼저, 드릴 직경이 φ 10 ㎜, 절삭액 공급 구멍의 단면적이 2 구멍 합계로 4.08 ㎟ 로, 도 10 에 나타내는 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품 (종래형 드릴), 도 11 에 나타내는 타원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 1, 도 12 에 나타내는 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 2, 도 4 와 동일한 도 13 에 나타내는 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품의 4 종류의 드릴에 있어서, 그 드릴의 축 길이 50 ㎜ 내에 형성된 절삭액 공급 구멍에 그 일단으로부터 1.5 ㎫ 의 압력으로 25 ℃ 의 물을 공급하고, 그 드릴이 2228 min^-1 로 회전하고 있을 때, 상기 공급 압력 및 원심력으로부터 절삭액 공급 구멍의 단면적 (S) 내의 절삭액의 압력 분포를 구하고, 그 압력 분포로부터 절삭액의 유속 분포 및 그 평균 유속 (V) 을 구하여, 절삭액 공급 구멍의 타단으로부터 토출되는 절삭액의 토출량 (Q) (=S × V) 을, CAE 해석을 사용하여 산출하였다.

도 14 는, 상기 CAE 해석 조건으로 측정된 쿨런트 토출량에 대하여, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품을 100 으로 했을 때의, 타원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 1 과, 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 2 와, 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품을 상대적으로 나타내고 있다. 도 14 로부터 명백한 바와 같이, 동일한 단면적이어도, 원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 종래품과 비교하여, 비교품 1 의 쿨런트 토출량은 25 ％ 증가하고, 비교품 2 의 쿨런트 토출량은 62 ％ 증가하고, 본 발명품의 쿨런트 토출량은 83 ％ 증가하였다. 절삭액 공급 구멍의 단면 중 외주측일수록 원심력의 영향에 의해 압력이 높고, 그에 수반하여 유속이 높아지기 때문이라고 생각된다. 또, 타원형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 1 및 역삼각형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 비교품 2 에 대하여, 부채형 단면의 절삭액 공급 구멍을 갖는 본 발명품은, 드릴 외주면으로부터 외주측 내벽면까지의 거리가 동일해도, 절삭액 공급 구멍의 단면 중 외주측에 위치하는 비율이 상대적으로 높기 때문이라고 생각된다.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시예의 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴 (10) 에 의하면, 홈부 (16) 내에 형성된 절삭액 공급 구멍 (22) 이, 드릴 (10) 의 회전 방향 (RT) 의 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면 (FH) 과, 드릴 (10) 의 회전 방향 (RT) 의 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 전방측 내벽면 (FH) 과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면 (RH) 과, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면 (OH) 과, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 을 중심으로 하고 또한 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (R1) 보다 작은 곡률 반경 (R2) 의 부분 원통면으로 이루어지고, 외주측 내벽면 (OH) 과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면 (IH) 에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 가지고 있으므로, 심후를 확보할 수 있어 공구 강성이 저하되는 경우가 없다. 또, 동일한 단면적인 원형 형상의 종래의 절삭액 공급 구멍과 비교하여 외주측일수록 폭 형상이 증가하고 또한 원심력에 기초하는 압력이 높아지므로, 절삭액의 공급압을 높이지 않아도 절삭액 공급 구멍 (22) 내의 절삭액의 속도를 고속화할 수 있어, 드릴 (10) 의 회전에 수반하는 원심력을 이용하여 절삭액의 공급량이 증대된다.

또, 본 실시예의 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴 (10) 에 의하면, 드릴 (10) 의 회전 중심선 (C) 에 직교하는 단면에 있어서, 전방측 내벽면 (FH) 과 후방측 내벽면 (RH) 이 이루는 각 A 는 20 °∼ 50 °이고, 드릴 (10) 의 직경을 D 로 했을 때, 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (D1) 은 0.25 D ∼ 0.35 D 이고, 내주측 내벽면 (IH) 의 곡률 반경 (R2) 은 0.15 D ∼ 0.20 D 이다. 이와 같이, 내주측 내벽면 (IH) 이 회전 중심선 (C) 을 중심으로 하는 곡률 반경 (R2) 의 부분 원통면이기 때문에 드릴 (10) 의 심후를 확보할 수 있으므로 공구 강성, 특히 굽힘 강성이 저하되는 경우가 없다. 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (D1) 이 0.25 D 를 하회하거나, 혹은 내주측 내벽면 (IH) 의 곡률 반경 (R2) 이 0.15 D 를 하회하는 경우에는, 드릴 (10) 의 심후 및 절삭액 공급 구멍 (22) 의 단면적 확보가 곤란해진다. 반대로, 외주측 내벽면 (OH) 의 곡률 반경 (D1) 이 0.35 D 를 초과하거나, 혹은 내주측 내벽면 (IH) 의 곡률 반경 (R2) 이 0.20 D 를 초과하는 경우에는, 랜드 (24) 내에 있어서의 절삭액 공급 구멍 (22) 의 위치가 외주측으로 편재되어 드릴 (10) 의 강도 확보가 곤란해진다.

또, 본 실시예의 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴 (10) 에 의하면, 드릴 (10) 의 중심선 (C) 과 배출 홈 (18) 의 회전 방향 대향측 벽면 (18f) 중 최외주점 (O') 을 연결하는 직선을 기준선 (OO') 으로 했을 때, 전방측 내벽면 (FH) 과 후방측 내벽면 (RH) 이 이루는 각 A 의 반각 A/2 를 나타내는 직선 (OP) 과 그 기준선 (OO') 이 이루는 각 A2 는 20 °∼ 50 °이다. 이와 같이 하면, 랜드 (24) 내의 둘레 방향의 중앙부에 절삭액 공급 구멍 (22) 이 위치되므로 공구 강성이 저하되는 경우가 없다. 상기 각 A2 가 20 °를 하회하거나, 50 °를 상회하면, 절삭액 공급 구멍 (22) 이 랜드 (24) 내의 둘레 방향에 있어서 배출 홈 (18) 에 가까운 위치가 되므로, 공구 강성이 저하될 가능성이 있다.

또, 본 실시예의 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴 (10) 에 의하면, 전방측 내벽면 (FH), 후방측 내벽면 (RH), 외주측 내벽면 (OH), 및 내주측 내벽면 (IH) 중 서로 인접하는 면은, 0.015 D ∼ 0.045 D 의 곡률 반경의 필릿 (T) 으로 매끄럽게 서로 접속되어 있다. 이와 같은 필릿 (T) 이 형성되어 있기 때문에 공구 강성이 저하되는 경우가 없다. 상기 필릿 (T) 의 곡률 반경 (R3) 이 0.015 D 를 하회하면, 공구 강성이 저하될 가능성이 있다. 또, 상기 필릿의 곡률 반경 (R3) 이 0.045 D 를 상회하면, 공구 강성이나 유속을 유지하면서 절삭액 공급 구멍 (22) 의 단면적의 확보가 곤란해진다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 그 밖의 양태에 있어서도 적용된다.

예를 들어, 전술한 실시예의 드릴 (10) 은 2 개의 배출 홈 (18) 이 형성된 것이었지만, 3 개 혹은 그 이상의 배출 홈 (18) 이 형성된 것이어도 된다.

또, 전술한 실시예의 드릴 (10) 의 홈부 (16) 내에 형성된 2 개의 절삭액 공급 구멍 (22) 은, 섕크부 (14) 에 있어서 중심선 (C) 을 따라 세로 통과하는 1 개의 절삭액 공급 구멍과 접속되는 것이어도 된다. 이와 같이 하면, 원심력에 의한 절삭액 공급량 촉진 효과를 더욱 높일 수 있다.

또, 전술한 실시예의 드릴 (10) 은, 섕크부 (14) 및 홈부 (16) 로 구성되어 있었지만, 탭의 선단부에 홈부 (16) 가 형성된 형식이어도 된다.

또, 전술한 실시예의 드릴 (10) 은, φ 10 ㎜ 정도의 직경을 갖는 것으로서 설명되고 있었지만, φ 16 ㎜ 내지 φ 56 ㎜ 의 대경인 것이어도 되고, 2 단의 외경 (가공 직경) 을 갖는 것이어도 된다.

또, 전술한 실시예의 드릴 (10) 은, 고속도강 등 다른 공구 재료를 채용할 수도 있지만, 초경합금 등의 초경질 공구 재료의 기재로 구성될 수도 있다. 또, 절삭 내구성을 높이기 위해서 그 기재에 형성하는 경질 피막으로는, 금속간 화합물 외에, 다이아몬드 피막 등을 채용할 수도 있다.

상기 금속간 화합물로는, 원소 주기표의 Ⅲb 족, Ⅳa 족, Ⅴa 족, Ⅵa 족의 금속, 예를 들어 Al, Ti, V, Cr 등의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 혹은 이것들의 상호 고용체가 적당하고, 구체적으로는, TiAlN 합금, TiCN 합금, TiCrN 합금, TiN 합금 등이 바람직하게 사용된다. 이와 같은 금속간 화합물의 경질 피막은, 예를 들어 아크 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 PVD 법에 의해 바람직하게 형성되지만, 플라즈마 CVD 법 등의 다른 성막법으로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 서술한 것은 어디까지나 본 발명의 일 실시형태이고, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경, 개량을 가한 양태로 실시할 수 있다.

10 ： 드릴
12 ： 절삭날
14 ： 섕크부
16 ： 홈부
18 ： 절삭 부스러기의 배출 홈
22 ： 절삭액 공급 구멍
24 ： 랜드
A ： 전방측 내벽면 (FH) 과 후방측 내벽면 (RH) 이 이루는 각
A2 ： 각 A 의 반각 A/2 를 나타내는 직선 (OP) 과 그 기준선 (OO') 이 이루는 각
C ： 축심 (회전 중심)
R1, R2, R3 ： 곡률 반경

Claims

축 방향의 선단에 절삭날 (12) 이 형성된 공구 본체 (17) 와, 상기 절삭날에서 발생한 절삭분을 배출하는 배출 홈 (18) 이 그 공구 본체의 선단측에 형성된 홈부 (16) 와, 그 홈부 내를 통과하여 상기 절삭날측에 절삭액을 공급하는 절삭액 공급 구멍 (22) 을 구비한 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴 (10) 로서,
상기 절삭액 공급 구멍은, 상기 드릴의 회전 방향 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면 (FH) 과, 상기 드릴의 회전 방향 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고 그 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면 (RH) 과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면으로 이루어지는 외주측 내벽면 (OH) 과, 상기 드릴의 중심선을 중심으로 하고 또한 그 외주측 내벽면보다 작은 곡률 반경의 부분 원통면으로 이루어지고, 그 외주측 내벽면과 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면 (IH) 에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 가지고 있으며, 상기 내주측 내벽면의 곡률 반경은 0.15 D ∼ 0.20 D 인 것을 특징으로 하는 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴.
제 1 항에 있어서,
회전 중심에 직교하는 단면에 있어서, 상기 전방측 내벽면과 상기 후방측 내벽면이 이루는 각 (A) 은 20 °∼ 50 °이고,
상기 드릴의 직경을 D 로 했을 때, 상기 외주측 내벽면의 곡률 반경은 0.25 D ∼ 0.35 D 인 것을 특징으로 하는 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴.
제 2 항에 있어서,
상기 드릴의 중심선과 상기 배출 홈의 회전 방향 대향측 벽면 중 최외주점을 연결하는 직선을 기준선으로 했을 때, 상기 전방측 내벽면과 상기 후방측 내벽면이 이루는 각의 반각을 나타내는 직선과 그 기준선이 이루는 각은 20 °∼ 50 °인 것을 특징으로 하는 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전방측 내벽면, 상기 후방측 내벽면, 상기 외주측 내벽면, 및 상기 내주측 내벽면 중 서로 인접하는 면은 0.015 D ∼ 0.045 D 의 곡률 반경으로 매끄럽게 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭액 공급 구멍이 형성된 드릴.