KR20230117612A

KR20230117612A - 드릴

Info

Publication number: KR20230117612A
Application number: KR1020237023483A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 야마모토
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2023-08-08
Also published as: CN116829285A; WO2022239046A1; JPWO2022239046A1; CA3203410A1; JP7314419B2; TW202243775A; TWI784907B; EP4338872A1

Abstract

드릴(1)은 보디(3)의 선단부에 플랭크를 구비한다. 플랭크에는 기름 구멍(12)이 마련된다. 기름 구멍(12)은 부채상 단면을 갖는다. 부채상 단면은 전방측 내벽면(121), 후방측 내벽면(122), 외주측 내벽면(123), 내주측 내벽면(124)에 둘러싸여서 형성된다. 기름 구멍(12)은 환 구멍에 비하여 절삭액의 토출 성능이 높다. 후방측 내벽면(122)은 회전 방향(T)의 전방을 향하여 원호상으로 만곡된다. 따라서 드릴(1)은, 플랭크의 능선 부분과 후방측 내벽면(122)의 사이의 거리를 넓게 확보할 수 있다. 드릴(1)은 플랭크의 능선 부분과 기름 구멍(12)의 사이의 부분에 걸리는 응력을 억제할 수 있으므로, 절삭액의 토출량을 증대시킬 수 있고 또한 공구 강성을 확보할 수 있다.

Description

드릴

본 발명은 드릴에 관한 것이다.

드릴에 채용되는 기름 구멍의 형상에는, 환 구멍과 비원 구멍이 있다. 환 구멍은 절삭유의 토출량을 확보할 수 없는 가공 환경이나, 보다 고능률의 가공 환경에서는 공구 성능을 충분히 발휘할 수 없는 경우가 많다. 비원 구멍은, 환 구멍보다도 유량과 토출량을 향상시킴으로써, 윤활성과 냉각성의 향상을 도모한다.

특허문헌 1이 개시하는 드릴의 절삭유 공급 구멍은, 부채상 단면을 갖는다. 부채상 단면은, 전방측 내벽면, 후방측 내벽면, 외주측 내벽면, 내주측 내벽면에 둘러싸여서 형성된다. 전방측 내벽면은, 드릴의 회전 방향 전방측에 직경 방향을 따라 위치한다. 전방측 내벽면은, 드릴의 회전 방향 후방측에 직경 방향을 따라 위치하여 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향한다. 전방측 내벽면은, 드릴의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면을 포함한다. 내주측 내벽면은, 드릴의 중심선을 중심으로 하고 또한 외주측 내벽면보다도 작은 곡률 반경의 부분 원통면을 포함하고, 외주측 내벽면과 직경 방향으로 대향한다. 상기 드릴은, SUS나 Ti 합금 등의 끈적한 피삭재나 열전도율이 낮은 피삭재에 대하여 대폭적인 성능 향상을 얻을 수 있다.

특허문헌 2가 개시하는 드릴은, 원호상으로 만곡되는 R부를 갖는 개쉬(gash)부를 구비하여, 비교적 딱딱한 피삭재도 절삭 가능하다. R부의 플랭크(flank)와의 제1 능선은, 씨닝날의 직경 방향 내측의 단부로부터 직경 방향 외측을 향해서, 회전 방향을 향하여 만곡되어 연장된다.

일본 특허 제5926877호 공보

특허문헌 2에 기재된 드릴에, 특허문헌 1에 기재된 절삭유 공급 구멍을 적용한 경우, R부에 절삭유 공급 구멍이 근접함으로써, R부와 절삭유 공급 구멍의 사이의 거리가 짧은 부분에 응력 집중이 생길 가능성이 있었다. 따라서 절삭 저항이 커지는 비교적 굵은 사이즈의 드릴이나 고 이송 가공에 있어서는, 공구 강성이 부족하여 공구 성능이 불안정해질 가능성이 있었다.

본 발명의 목적은, 절삭유의 토출량을 증대시키고 또한 공구 강성을 확보할 수 있는 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태의 드릴은, 축심을 중심으로 회전되는 막대 형상의 공구 본체와, 상기 공구 본체의 선단부로부터 기단부를 향하여 외주면에 나선상으로 마련되는 배출 홈과, 상기 공구 본체의 회전 방향 전방을 향하는 상기 배출 홈의 내면과, 상기 선단부에서의 플랭크 사이의 능선 부분에 형성되는 절삭날과, 상기 플랭크에 마련되어, 상기 절삭날측에 절삭유를 공급하는 기름 구멍을 구비하고, 상기 기름 구멍은, 상기 공구 본체의 상기 회전 방향 전방측에 상기 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면과, 상기 공구 본체의 상기 회전 방향 후방측에 상기 직경 방향을 따라 위치하여 상기 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면과, 상기 공구 본체의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면을 포함하는 외주측 내벽면과, 상기 공구 본체의 상기 중심선을 중심으로 하고 또한 상기 외주측 내벽면보다도 작은 곡률 반경의 부분 원통면을 포함하고, 상기 외주측 내벽면과 상기 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 구비하고, 상기 후방측 내벽면은, 상기 회전 방향 전방을 향하여 원호상으로 만곡되는 것을 특징으로 한다.

본 양태는 부채상 단면의 기름 구멍을 구비하므로, 환 구멍에 비하여 절삭유의 토출량을 증대시킬 수 있다. 본 양태는 또한, 기름 구멍의 후방측 내벽면이 회전 방향 전방을 향하여 원호상으로 만곡되므로, 플랭크의 능선 부분과 후방측 내벽면의 사이의 거리를 넓게 확보할 수 있다. 또한, 플랭크의 능선 부분이란, 공구 본체의 회전 방향 후방을 향하는 배출 홈의 내면과 플랭크 사이의 능선 부분이다. 이에 의해, 본 양태는 능선 부분과 기름 구멍의 사이의 부분에 걸리는 응력을 억제할 수 있으므로, 공구 강성을 확보할 수 있다. 일반적으로 기름 구멍의 단면적을 확장하면 공구 강성은 저하되는데, 본 양태의 드릴은 공구 강성을 확보할 수 있으므로, 본 양태는 고 이송 가공에도 이용 가능하다. 고 이송 가공이란, 공구를 고속으로 이동하는 가공이다. 본 양태는 절삭 저항이 커지는 비교적 굵은 사이즈에도 유효하다.

본 양태의 드릴은, 상기 플랭크와의 능선이 상기 절삭날의 내측 단부로부터 상기 직경 방향 외측을 향하여 원호상으로 연장되어, 상기 배출 홈과 접속하는 개쉬부를 구비하고, 상기 후방측 내벽면은, 상기 개쉬부로부터 이격된 위치에서, 상기 개쉬부와 동일한 방향측으로 원호상으로 만곡되어도 된다. 본 양태는 원호상의 개쉬부를 구비하는데, 기름 구멍의 후방측 내벽면을 개쉬부와 동일측으로 원호상으로 만곡시킴으로써, 플랭크의 능선 부분과의 사이의 거리를 균등하게 넓게 확보할 수 있다.

본 양태의 드릴의 상기 후방측 내벽면의 상기 단면에서의 곡률 반경은, 0.35D 이상 0.45D 이하이어도 된다. 이에 의해, 드릴은, 절삭유의 토출량을 증대시킬 수 있고 또한 절삭 성능을 안정화할 수 있다.

도 1은 드릴(1)의 측면도이다.
도 2는 드릴(1)의 선단부의 사시도이다.
도 3은 드릴(1)의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 I-I선 화살표 방향 단면도이다.
도 5는 종래품 A, 종래품 B, 본 발명품 각각의 단면적을 비교한 표이다.
도 6은 종래품 A, 종래품 B, 본 발명품의 드릴 직경을 바꾸었을 경우의 각각의 단면적을 비교한 표이다.
도 7은 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다.
도 8은 내구 시험 1의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 내구 시험 2의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 내구 시험 3의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 내구 시험 4의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 내구 시험 5의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 토출량 시험 1의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 토출량 시험 2의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 토출량 시험 3의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은 3개 날의 드릴(100)(변형예)의 정면도이다.

본 발명의 실시 형태를 설명한다. 본 발명은 하기 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 설계 변경이 가능하다. 설명을 명료하게 하기 위해서, 적절히 도면에 있어서 실제의 치수 비율과는 다른 치수 비율로 나타내는 개소가 있다. 본 발명은 하기 실시 형태의 형상에 한정하여 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 드릴(1)의 구성을 설명한다. 드릴(1)은 2개 날의 롱 드릴이다. 드릴(1)은, 초경합금, 고속도 공구강(하이스) 등의 경질 재료로 형성되면 된다. 드릴(1)은, 섕크(2)와 보디(3)를 구비한다. 섕크(2)와 보디(3)는 본 발명의 「공구 본체」의 일례이다. 섕크(2)는 공작 기계(도시 생략)의 주축에 장착된다. 보디(3)는, 섕크(2)로부터 축심(AX)을 따라 연장된다. 드릴(1)은, 축심(AX)을 중심으로 회전함으로써 피삭재를 절삭하여, 가공 구멍을 형성한다. 가공 시의 드릴(1)의 회전 방향(T)은, 보디(3)의 선단부측에서 보아(이하, 「정면으로 보아」라고 함) 반시계 방향(도 3 참조)이다.

보디(3)의 외주면(31)에는, 2조의 배출 홈(4)이 마련된다. 2조의 배출 홈(4)은, 보디(3)의 선단부에서 개구된다. 각 배출 홈(4)은, 보디(3)의 선단부로부터 섕크(2)의 후단부를 향하여 정면으로 보아 시계 방향으로 나선상으로 형성된다. 배출 홈(4)은 가공 시에 칩을 가공 구멍으로부터 배출한다. 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 배출 홈(4)은 내면(41)과 내면(42)을 구비한다. 내면(41)은 회전 방향(T)측을 향하는 면이다. 내면(42)은 회전 방향(T)과는 반대측을 향하는 면이다. 내면(41)과 외주면(31)이 교차하는 능선 부분은 리딩 에지(33)이다. 내면(42)과 외주면(31)이 교차하는 능선 부분은 힐부(34)이다.

보디(3)의 선단부에는, 2개의 플랭크(6)가 마련된다. 2개의 플랭크(6)는, 축심(AX)을 중심으로 서로 대칭의 위치에 마련된다. 보디(3)의 선단부를 정면으로 보았을 때, 2개의 플랭크(6)와 2개의 배출 홈(4)이 둘레 방향으로 교대로 배치된다. 내면(41)과 플랭크(6)가 교차하는 능선 부분에는, 절삭날(5)이 마련된다. 보디(3)의 선단부는, 내면(41)과 플랭크(6)를 2개씩 구비하므로, 절삭날(5)은 2개이다. 절삭날(5)은 정면으로 보아 대략 S자상으로 형성되어, 피삭재를 절삭한다. 절삭날(5) 부근의 내면(41)은 레이크면으로, 절삭날(5)에 의해 절삭된 칩을 퍼 올린다.

보디(3)의 선단부 중심에는, 치즐(9)이 형성된다. 치즐(9) 근방에는, 씨닝날(7)이 마련된다. 씨닝날(7)은, 절삭날(5)의 내측 단부(51)로부터 치즐(9)측을 향해서, 회전 방향(T)측으로 원호상으로 만곡된다. 씨닝날(7)은, 씨닝면(71)과 플랭크(6) 사이의 능선 부분에 마련된다. 씨닝날(7)은 씨닝면(71)을 구비한다. 씨닝면(71)은, 씨닝날(7)로부터 보디(3)의 후단부측으로 연장되어, 회전 방향(T)측을 향한다. 씨닝면(71)은 레이크면이다.

보디(3)의 선단부 내면(42)에는, 개쉬부(8)가 마련된다. 개쉬부(8)는, 가공 시에 레이크면에 의해 퍼 올려진 칩을 컬링시킴과 함께 배출 홈(4)에 배출한다. 개쉬부(8)는, R부(81)와 스트레이트부(82)를 구비한다. R부(81)와 플랭크(6)의 능선은, 제1 능선(811)이다. 스트레이트부(82)와 플랭크(6)의 능선은, 제2 능선(821)이다.

제1 능선(811)은, 씨닝날(7)의 내측 단부(72)로부터 직경 방향 외측을 향해서 연장되어, 회전 방향(T)측으로 원호상으로 만곡된다. R부(81)는, 제1 능선(811)으로부터 보디(3)의 후단부측으로 연장되고, 또한 회전 방향(T)측으로 만곡되는 곡면상으로 형성된다. R부(81)는, 씨닝날(7)에 의해 절삭된 칩의 컬을 강하게 한다.

제2 능선(821)은, 제1 능선(811)의 외측 단부(812)로부터 직경 방향 외측을 향하여 직선상으로 연장된다. 제2 능선(821)의 외측 단부(822)는, 외주면(31)보다도 직경 방향 내측에서 배출 홈(4)에 접속한다. 스트레이트부(82)는, 제2 능선(821)으로부터 보디(3)의 후단부측을 향하여 축심(AX)으로부터 이격되도록 연장되어, 내면(42)을 따라 형성된다. 스트레이트부(82)는, R부(81)에 의해 감긴 칩을 배출 홈(4)에 안내한다. 배출 홈(4)은 안내된 칩을 보디(3)의 후단부측으로 흘려 보낸다.

R부(81)의 내측 단부와 씨닝면(71)의 내측 단부의 접속 부분에는, 원호 홈(10)이 마련된다. 원호 홈(10)은 치즐(9)로부터 배출 홈(4)을 향해서 연장되어, 직경 방향 내측을 향하여 원호상으로 만곡된다. 원호 홈(10)은, 씨닝면(71)에 의해 퍼 올려진 칩을 개쉬부(8)에 원활하게 내보낸다.

보디(3)의 선단부에서, 2개의 플랭크(6)에는 기름 구멍(12)이 각각 마련된다. 기름 구멍(12)은, 섕크(2)의 후단부로부터 보디(3)의 선단부를 향해서, 배출 홈(4)과 대략 평행하게 나선상으로 연장되어, 대응하는 플랭크(6)에서 개구된다. 기름 구멍(12)은 피삭재의 가공 부위를 향하여 절삭유를 공급한다. 보디(3)의 선단부 표면에는, DLC(Diamond-Like Carbo)가 피복되어 있다.

도 4를 참조하여, 기름 구멍(12)의 형상에 대해서 설명한다. 도 4는, 드릴(1)의 축심(AX)에 직교하는 단면도이며, 한쪽의 기름 구멍(12) 부근에서, 개쉬부(8)의 제1 능선(811)을 이점쇄선으로 가상적으로 나타낸다. 기름 구멍(12)은 비원 구멍이며, 부채상 단면을 갖는다. 부채상 단면이란, 기름 구멍(12)의 축심(AX)에 직교하는 단면이 대략 부채상인 것을 의미한다. 기름 구멍(12)의 부채상 단면은, 전방측 내벽면(121), 후방측 내벽면(122), 외주측 내벽면(123), 내주측 내벽면(124)에 둘러싸여서 형성되고, 4개의 모퉁이부(R1 내지 R4)를 구비한다.

전방측 내벽면(121)은, 회전 방향(T)의 전방측에 직경 방향을 따라 위치하는 평면이다. 후방측 내벽면(122)은, 회전 방향(T)의 후방측에 직경 방향을 따라 위치하고, 전방측 내벽면(121)과 둘레 방향으로 대향한다. 후방측 내벽면(122)은, 제1 능선(811)이 만곡되는 방향과 대략 동일한 방향으로 원호상으로 만곡된다. 외주측 내벽면(123)은, 축심(AX)을 중심으로 하는 곡률 반경(D1)의 부분 원통면을 포함한다. 반경(D1)은, 기름 구멍(12)의 외접원(C1)의 반경에 상당한다. 내주측 내벽면(124)은, 축심(AX)을 중심으로 하는 곡률 반경(D2)의 부분 원통면을 포함하고, 외주측 내벽면(123)과 직경 방향으로 대향한다. 곡률 반경(D2)은 곡률 반경(D1)보다도 작다. 반경(D2)은, 기름 구멍(12)의 내접원(C2)의 반경에 상당한다. 2개의 기름 구멍(12)은, 축심(AX)을 중심으로 하는 반경(D3)의 피치원(C3) 상에서 등간격으로 배열되고, 축심(AX)을 기준으로 서로 점대칭의 형상이다.

모퉁이부(R1)는, 전방측 내벽면(121)과 내주측 내벽면(124)이 원호상으로 서로 접속하는 부분이다. 모퉁이부(R2)는, 전방측 내벽면(121)과 외주측 내벽면(123)이 원호상으로 서로 접속하는 부분이다. 모퉁이부(R3)는, 후방측 내벽면(122)과 내주측 내벽면(124)이 원호상으로 서로 접속하는 부분이다. 모퉁이부(R4)는, 후방측 내벽면(122)과 외주측 내벽면(123)이 원호상으로 서로 접속하는 부분이다.

플랭크(6)의 둘레 방향의 중앙부에 있어서, 축심(AX)으로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 기준선을 B1이라 하자. 기준선(B1)에 대하여 축심(AX)을 중심으로 회전 방향(T)측으로 각도(A1)만큼 회전한 기준선을 B2라 하자. 기준선(B1)에 대하여 축심(AX)을 중심으로 회전 방향(T)과는 반대측으로 각도(A1)만큼 회전한 기준선을 B3이라 하자. 내접원(C2)과 기준선(B1)의 교점을 중심으로, 기준선(B1)에 대하여 회전 방향(T)과는 반대측으로 각도(A2)만큼 회전한 기준선을 B4라 하자. 각도(A2)는 각도(A1)보다도 크다. 기준선(B4)은, 제1 능선(811)에 대향하도록 각도(A2)를 정하는 것이 좋다. 각도(A1)의 일례는 20°, 각도(A2)의 일례는 44°이다.

드릴(1)은, 기름 구멍(12)이 상기 부채상 단면을 구비하므로, 치즐(9) 부근의 웹 두께를 확보할 수 있다. 따라서 드릴(1)은 공구 강성을 유지할 수 있다. 기름 구멍(12)은 비원 구멍이므로, 종래의 환 구멍에 비해서 단면적을 크게 할 수 있다. 따라서 드릴(1)은 환 구멍과 비교하여 절삭유의 토출량을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 동일한 단면적의 종래의 환 구멍과 비교한 경우, 기름 구멍(12)의 외주측일수록 둘레 방향의 길이가 커지고 또한 원심력에 기초하는 압력이 높아진다. 따라서 드릴(1)은 절삭유의 공급압을 높게 하지 않아도 기름 구멍(12) 내의 절삭유의 속도를 고속화할 수 있고, 드릴(1)의 회전에 수반하는 원심력을 이용하여 절삭유의 공급량을 증대시킬 수 있다.

전방측 내벽면(121)은, 기준선(B2)을 따르도록 배치된다. 후방측 내벽면(122)은, 기준선(B4) 상에 배치되고, 또한 제1 능선(811)이 만곡되는 방향과 대략 동일측으로 원호상으로 만곡된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 보디(3)의 선단부에 있어서, 후방측 내벽면(122)은, 개재벽부(16)를 통해 제1 능선(811)과 대향한다. 개재벽부(16)는, 기름 구멍(12)과 제1 능선(811)의 사이의 벽부이다.

예를 들어, 후방측 내벽면이 직선상인 종래의 부채상 단면을 갖는 기름 구멍에 있어서는, 제1 능선(811)의 정점이 후방측 벽면에 근접함으로써, 가공 시에 응력이 집중된다. 이에 반해, 본 실시 형태의 기름 구멍(12)은, 후방측 내벽면(122)과 제1 능선(811)은 개재벽부(16)를 사이에 두는 대략 평행한 곡선이다. 따라서 드릴(1)은 가공 시에 있어서 개재벽부(16)에 응력이 집중되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, φ6 이상의 비교적 굵은 직경의 드릴(1)은, 종래의 부채상 단면을 갖는 기름 구멍과 비교한 경우, 기름 구멍(12)의 단면적을 작게 할 수 있다. 따라서 드릴(1)은, 종래의 부채상 단면을 갖는 기름 구멍과 비교하여 공구 강성을 향상시킬 수 있으므로, 강성 부족에 의한 돌발 절손을 방지할 수 있다. 또한, 후방측 내벽면(122)의 곡률 반경은, 0.35D 이상 0.45D 이하인 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명품과 종래품의 기름 구멍의 형상과 단면적에 대하여 비교를 행하였다. 도 5에 도시한 바와 같이, 종래품 A는, 원 형상의 환 구멍을 구비한 종래의 드릴이다. 종래품 B는, 후방측 내벽면이 직선상의 부채상 단면을 갖는 기름 구멍을 구비한 종래의 드릴이다. 본 발명품은, 본 실시 형태의 기름 구멍(12)을 구비한 드릴(1)이다. 드릴 직경(D)은 모두 φ3.2이다. 종래품 A의 기름 구멍의 단면적은 0.126㎟, 종래품 B의 기름 구멍의 단면적은 0.297㎟, 본 발명품의 기름 구멍(12)의 단면적은 0.321㎟이었다. 종래품 A의 기름 구멍의 단면적을 100％로 한 경우, 종래품 B의 기름 구멍의 단면적은 236％, 본 발명품의 기름 구멍의 단면적은 255％이었다. 이에 의해, φ3.2에 있어서, 본 발명품은, 종래품 A와 2에 비하여 기름 구멍의 단면적을 증대시킬 수 있음을 알았다.

이어서, 본 발명품과 종래품에서 드릴 직경에 따라 변화하는 기름 구멍의 단면적에 대하여 비교를 행하였다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 종래품 A, 종래품 B, 본 발명품 각각의 드릴 직경을 바꾸어, 기름 구멍의 단면적을 측정하였다. 종래품 A, 종래품 B, 본 발명품의 기본적 형상은 상기와 동일하다. 비교한 드릴 직경은, φ3, φ4, φ5, φ6, φ8, φ10, φ12, φ16, φ20의 9종류이다.

종래품 A에 있어서, φ3의 기름 구멍의 단면적은 0.126㎟, φ4의 기름 구멍의 단면적은 0.126㎟, φ5의 기름 구멍의 단면적은 0.385㎟, φ6의 기름 구멍의 단면적은 0.385㎟, φ8의 기름 구멍의 단면적은 0.785㎟, φ10의 기름 구멍의 단면적은 1.539㎟, φ12의 기름 구멍의 단면적은 1.539㎟, φ16의 기름 구멍의 단면적은 2.405㎟, φ20의 기름 구멍의 단면적은 3.142㎟이었다.

종래품 B에 있어서, φ3의 기름 구멍의 단면적은 0.15㎟, φ4의 기름 구멍의 단면적은 0.297㎟, φ5의 기름 구멍의 단면적은 0.489㎟, φ6의 기름 구멍의 단면적은 0.89㎟, φ8의 기름 구멍의 단면적은 1.575㎟, φ10의 기름 구멍의 단면적은 2.462㎟, φ12의 기름 구멍의 단면적은 3.546㎟, φ16의 기름 구멍의 단면적은 6.313㎟, φ20의 기름 구멍의 단면적은 9.079㎟이었다.

종래품 A의 단면적을 100％로 한 경우, 종래품 B의 φ3의 기름 구멍의 단면적은 119％, φ4의 기름 구멍의 단면적은 236％, φ5의 기름 구멍의 단면적은 127％, φ6의 기름 구멍의 단면적은 231％, φ8의 기름 구멍의 단면적은 201％, φ10의 기름 구멍의 단면적은 160％, φ12의 기름 구멍의 단면적은 230％, φ16의 기름 구멍의 단면적은 262％, φ20의 기름 구멍의 단면적은 289％이었다. 이상으로부터, 종래품 B의 기름 구멍은, 종래품 A의 기름 구멍에 비하여 드릴의 직경(φ)에 관계없이, 단면적을 증대시킬 수 있음을 알았다.

본 발명품에 있어서, φ3의 기름 구멍(12)의 단면적은 0.183㎟, φ4의 기름 구멍(12)의 단면적은 0.32㎟, φ5의 기름 구멍(12)의 단면적은 0.504㎟, φ6의 기름 구멍(12)의 단면적은 0.731㎟, φ8의 기름 구멍(12)의 단면적은 1.293㎟, φ10의 기름 구멍(12)의 단면적은 2.021㎟, φ12의 기름 구멍(12)의 단면적은 2.912㎟, φ16의 기름 구멍(12)의 단면적은 5.184㎟, φ20의 기름 구멍(12)의 단면적은 7.316㎟이었다.

종래품 A의 단면적을 100％로 한 경우, 본 발명품의 φ3의 기름 구멍(12)의 단면적은 145％, φ4의 기름 구멍(12)의 단면적은 254％, φ5의 기름 구멍(12)의 단면적은 131％, φ6의 기름 구멍(12)의 단면적은 190％, φ8의 기름 구멍(12)의 단면적은 165％, φ10의 기름 구멍(12)의 단면적은 131％, φ12의 기름 구멍(12)의 단면적은 189％, φ16의 기름 구멍(12)의 단면적은 216％, φ20의 기름 구멍(12)의 단면적은 233％이었다.

이상으로부터, 본 발명품은, 종래품 A의 기름 구멍에 비하여 드릴 직경에 관계없이, 기름 구멍(12)의 단면적을 증대시킬 수 있음을 알았다. 또한, 종래품 B와의 관계에서, φ3 내지 5의 비교적 소경의 드릴에 있어서는, 종래품 B보다도 단면적을 증대시킬 수 있음을 알았다. 따라서, φ3 내지 5의 비교적 소경의 본 발명품에서는, 종래품 B보다도 절삭유의 토출량을 증대시킬 수 있음을 알았다.

한편, φ6 내지 20의 비교적 굵은 직경의 드릴은, 소경의 드릴에 비하여 회전 시의 관성력이 크므로 공구 강성이 필요하다. 본 발명품의 기름 구멍의 단면적은, φ6 내지 20의 드릴에 있어서는, 종래품 A의 기름 구멍의 단면적보다는 크지만, 종래품 B의 기름 구멍의 단면적보다도 작다. 따라서, φ6 내지 20의 비교적 굵은 직경의 본 발명품에서는, 종래품 A보다도 절삭유의 토출량을 증대시킬 수 있고, 또한 종래품 B보다도 공구 강성을 향상시킬 수 있음을 알았다.

도 7을 참조하여, 후방측 내벽면(122)의 곡률 반경의 평가 시험에 대하여 설명한다. 본 시험에서는, 기름 구멍(12)의 후방측 내벽면(122)의 곡률 반경을 바꾼 8종류의 드릴(1)을 제작하여, 절삭유 토출량, 개쉬부(8)와의 거리, 절삭 성능 안정성의 3항목에 대하여 평가하였다. 개쉬부(8)와의 거리는, 개재벽부(16)의 폭(길이 방향에 직교하는 방향의 길이)이다.

가공 조건에 대하여 설명한다. 드릴 직경은 φ3으로 하였다. 피삭재는 탄소강 강재의 S50C를 사용하였다. 절삭 속도는 100m/min으로 하였다. 이송량은 0.18㎜/rev로 하였다. 피삭재의 가공 깊이는 15mm로 설정하였다. 절삭유는 수용성을 사용하였다. 쿨런트압은 1MPa로 하였다.

평가 방법에 대하여 설명한다. 절삭유 토출량은, 종래품 B의 기름 구멍에서의 절삭유 토출량과 비교하여, 적은 경우에는 ×, 동일 정도이면 △, 많은 경우에는 ○로 판정하였다. 개쉬부(8)와의 거리에 대해서는, 배출 홈(4)을 가공할 때의 기름 구멍(12)의 위치 정렬의 정밀도나, 드릴(1) 제조 시의 2개의 기름 구멍(12)의 대칭도의 변동 등도 포함해서 종합적으로 평가하여, ○, △, ×의 3단계로 판정하였다. 절삭 성능 안정성은, 상기 가공 조건에서 피삭재에 구멍을 반복해서 절삭했을 때의 드릴의 내구성, 안정성을 종합적으로 평가하여, ○, △, ×의 3단계로 판정하였다.

도 7을 참조하여, 결과에 대해서 설명한다. 곡률 반경=0.20D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ×, 개쉬부와의 거리는 ○, 절삭 성능 안정성은 ×이었다. 곡률 반경=0.25D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ×, 개쉬부와의 거리는 ○, 절삭 성능 안정성은 △이었다. 곡률 반경=0.30D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 △, 개쉬부와의 거리는 ○, 절삭 성능 안정성은 ○이었다. 곡률 반경=0.35D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ○, 개쉬부와의 거리는 ○, 절삭 성능 안정성은 ○이었다. 곡률 반경=0.40D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ○, 개쉬부와의 거리는 ○, 절삭 성능 안정성은 ○이었다. 곡률 반경=0.45D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ○, 개쉬부와의 거리는 ○, 절삭 성능 안정성은 ○이었다. 곡률 반경=0.50D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ○, 개쉬부와의 거리는 △, 절삭 성능 안정성은 △이었다. 곡률 반경=0.55D의 드릴에 대해서, 절삭액 토출량은 ○, 개쉬부와의 거리는 ×, 절삭 성능 안정성은 ×이었다.

이상의 결과로부터, 절삭액 토출량, 개쉬부와의 거리, 절삭 성능 안정성이 모두 ○이었던 곡률 반경은, 0.35D, 0.40D, 0.45D이었다. 따라서, 후방측 내벽면(122)의 곡률 반경의 최적 범위는, 0.35D 내지 0.45D인 것이 실증되었다.

도 8 내지 도 12를 참조하여, 드릴(1)의 내구성 비교 시험에 대해서 설명한다. 내구성 비교 시험은, 내구 시험 1 내지 5로 구성된다. 내구 시험 1 내지 5에서는, 본 발명품, 종래품 A, 종래품 B의 3종류로, 가공 조건을 바꾸어서 피삭재에 구멍 뚫기 가공을 반복해서 행했을 때의 가공 구멍수와 공구의 상태를 조사하였다. 종래품 A, 종래품 B, 본 발명품의 기본적 형상은 상기와 동일하다. 내구 시험 1 내지 5의 가공 조건은 이하와 같다.

(내구 시험 1)

·드릴 직경(D)=φ8.5

·피삭재=S50C

·절삭 속도=100m/min

·이송량=0.255㎜/rev

·구멍 깊이=42.5㎜

(내구 시험 2)

·드릴 직경(D)=φ6.8

·피삭재=S50C

·절삭 속도=120m/min

·이송량=0.27㎜/rev

·구멍 깊이=25㎜(피삭재를 관통)

(내구 시험 3)

·드릴 직경(D)=φ6.8

·피삭재=SCM440(30HRC)

·절삭 속도=70m/min

·이송량=0.27㎜/rev

·구멍 깊이=25㎜(피삭재를 관통)

(내구 시험 4)

·드릴 직경(D)=φ6.8

·피삭재=SUS304

·절삭 속도=80m/min

·이송량=0.27㎜/rev

·구멍 깊이=25㎜(피삭재를 관통)

(내구 시험 5)

·드릴 직경(D)=φ3.4

·피삭재=51CrV4

·절삭 속도=64m/min

·이송량=0.09㎜/rev

·구멍 깊이=17㎜

도 8을 참조하여, 내구 시험 1의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 가공 구멍수는 1,122구멍으로 드릴은 파손되었다. 종래품 B의 가공 구멍수는 818구멍으로 드릴은 파손되었다. 본 발명품의 가공 구멍수는 1,685구멍으로 드릴은 일부 결손되었지만, 절손되지는 않았다. 종래품 B의 가공 구멍수가 종래품 A의 가공 구멍수보다도 적었던 이유는, 기름 구멍의 단면적이 커져서, 공구 강성이 저하된 것이 원인이라고 추측된다. 본 발명품은, 종래품 A, B보다도 가공 구멍수가 증가하였다. 이상의 결과로부터, 내구 시험 1의 가공 조건에 있어서, 본 발명품의 내구 성능은, 종래품 A, B와 비교하여 향상된 것을 알 수 있었다.

도 9를 참조하여, 내구 시험 2의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 가공 구멍수는 6,000구멍으로 드릴은 일부 결손되었다. 종래품 B의 가공 구멍수는 1,578구멍으로 드릴은 파손되었다. 본 발명품의 가공 구멍수는 6,000구멍으로 드릴은 일부 결손되었지만, 이후도 구멍 가공의 계속은 가능하였다. 내구 시험 1에 비하여, 종래품 B의 가공 구멍수가 종래품 A의 가공 구멍수보다도 더 적었던 이유는, 내구 시험 1보다도 절삭 속도와 이송량이 빨라짐으로써, 종래품 B의 드릴이 절삭 시의 응력에 견디지 못했기 때문이라고 추측된다. 이상의 결과로부터, 내구 시험 2의 가공 조건에서도, 본 발명품의 내구 성능은, 종래품 A, B와 비교하여 향상된 것을 알 수 있었다.

도 10을 참조하여, 내구 시험 3의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 가공 구멍수는 1,500구멍으로 드릴은 일부 결손되었다. 종래품 B의 가공 구멍수는 447구멍으로 드릴은 파손되었다. 본 발명품의 가공 구멍수는 1,800구멍으로 드릴은 일부 결손되었다. 내구 시험 3에서는, 피삭재를 SCM440으로 바꾸어서 가공을 행했지만, 비교 시험 1, 2와 마찬가지로, 본 발명품의 가공 구멍수는, 종래품 A, B의 가공 구멍수보다도 증가하였다. 이상의 결과로부터, 내구 시험 3의 가공 조건에서도, 본 발명품의 내구 성능은, 종래품 A, B와 비교하여 향상된 것을 알 수 있었다.

도 11을 참조하여, 내구 시험 4의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 가공 구멍수는 4,000구멍으로 드릴의 마모가 컸다. 종래품 B의 가공 구멍수는 658구멍으로 드릴은 파손되었다. 본 발명품의 가공 구멍수는 5,000구멍으로 드릴의 마모가 컸다. 내구 시험 4에서는, 피삭재를 SUS304로 바꾸어서 가공을 행했지만, 비교 시험 1 내지 3과 마찬가지로, 본 발명품의 가공 구멍수는, 종래품 A, B의 가공 구멍수보다도 증가하였다. 이상의 결과로부터, 내구 시험 4의 가공 조건에서도, 본 발명품의 내구 성능은, 종래품 A, B와 비교하여 향상된 것을 알 수 있었다.

도 12를 참조하여, 내구 시험 5의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 가공 구멍수는 5,000구멍으로 드릴의 마모가 컸다. 종래품 B의 가공 구멍수는 3,500구멍으로 드릴은 일부 결손되었다. 본 발명품의 가공 구멍수는 6,000구멍으로, 이후도 구멍 가공의 계속은 가능하였다. 내구 시험 5에서는, 피삭재를 51CrV4로 바꾸어서 가공을 행했지만, 비교 시험 1 내지 3과 마찬가지로, 본 발명품의 가공 구멍수는, 종래품 A, B의 가공 구멍수보다도 증가하였다. 이상의 결과로부터, 내구 시험 5의 가공 조건에서도, 본 발명품의 내구 성능은, 종래품 A, B와 비교하여 향상된 것을 알 수 있었다.

도 13 내지 도 15를 참조하여, 드릴(1)의 토출량 비교 시험에 대해서 설명한다. 내구성 비교 시험은, 토출량 시험 1 내지 3으로 구성된다. 토출량 시험 1 내지 3에서는, 본 발명품, 종래품 A, 종래품 B의 3종류로, 절삭유의 종류, 드릴 직경, 쿨런트압을 바꾸어서, 단위 시간당 절삭유의 토출량을 조사하였다. 종래품 A, 종래품 B, 본 발명품의 기본적 형상은 상기와 동일하다. 토출량 시험 1은, 불수용성 절삭유를 사용하고, 드릴 직경은 φ3.4, 쿨런트압은 1.5MPa, 측정 시간은 1분으로 하였다. 토출량 시험 2는, 수용성 절삭유를 사용하고, 드릴 직경은 φ3.4, 쿨런트압은 1MPa과 3MPa의 2패턴, 측정 시간은 1분으로 하였다. 토출량 시험 3은, 수용성 절삭유를 사용하고, 드릴 직경은 φ6.8, 쿨런트압은 1.5MPa, 측정 시간은 30초로 하였다. 또한, 토출량 시험 1과 2에서, 종래품 A의 기름 구멍은 φ0.4로 하였다. 토출량 시험 3에서, 종래품 A의 기름 구멍은 φ1로 하였다.

도 13을 참조하여, 토출량 시험 1의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 토출량은 110ml/min, 종래품 B의 토출량은 220ml/min, 본 발명품의 토출량은 220ml/min이었다. 이상의 결과로부터, 본 발명품은 φ3.4의 세경이고 불수용성 절삭유를 사용한 경우, 종래품 A보다도 많고 또한 종래품 B와 동등한 토출량을 확보할 수 있음을 알았다.

도 14를 참조하여, 토출량 시험 2의 결과에 대해서 설명한다. 쿨런트압=1Pa일 경우, 종래품 A의 토출량은 295ml/min, 종래품 B의 토출량은 540ml/min, 본 발명품의 토출량은 562ml/min이었다. 쿨런트압=3Pa일 경우, 종래품 A의 토출량은 547ml/min, 종래품 B의 토출량은 930ml/min, 본 발명품의 토출량은 972ml/min이었다. 이상의 결과로부터, 본 발명품은 φ3.4의 세경이고 수용성 절삭유를 사용한 경우, 종래품 A, B보다도 토출량을 증대시킬 수 있음을 알았다.

도 15를 참조하여, 토출량 시험 3의 결과에 대해서 설명한다. 종래품 A의 토출량은 1,600ml/30s, 종래품 B의 토출량은 2,800ml/30s, 본 발명품의 토출량은 2,200ml/30s이었다. 이상의 결과로부터, 본 발명품은 φ6.8의 굵은 직경이고 수용성 절삭유를 사용한 경우, 종래품 B보다도 토출량은 적지만, 종래품 A보다도 토출량을 증대시킬 수 있음을 알았다.

이상의 토출량 시험 1 내지 3의 결과로부터, 본 발명품은, 수용성과 불수용성의 절삭유, 그리고 드릴 직경에 관계없이, 절삭유의 토출량을 적어도 종래품 A보다 증대시킬 수 있음을 알았다. 또한, 비교적 가는 직경에 있어서는, 종래품 B보다도 토출량을 증대시킬 수 있음을 알았다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 드릴(1)은, 보디(3), 섕크(2), 배출 홈(4), 절삭날(5), 기름 구멍(12)을 구비한다. 보디(3)와 섕크(2)는, 축심(AX)을 중심으로 회전되는 막대 형상이다. 배출 홈(4)은, 보디(3)의 선단부로부터 섕크(2)의 후단부를 향하여 외주면(31)에 나선상으로 마련된다. 절삭날(5)은, 보디(3)의 회전 방향(T)의 전방을 향하는 배출 홈(4)의 내면(41)과, 선단부에서의 플랭크(6) 사이의 능선 부분에 형성된다. 기름 구멍(12)은, 플랭크(6)에 마련되어, 절삭날(5)측에 절삭액을 공급한다. 기름 구멍(12)은 부채상 단면을 구비한다. 부채상 단면은, 전방측 내벽면(121), 후방측 내벽면(122), 외주측 내벽면(123), 내주측 내벽면(124)에 의해 둘러싸여서 형성된다. 전방측 내벽면(121)은, 회전 방향(T)의 전방측에 직경 방향을 따라 위치한다. 후방측 내벽면(122)은, 회전 방향(T)의 후방측에 직경 방향을 따라 위치하여 전방측 내벽면(121)과 둘레 방향으로 대향한다. 외주측 내벽면(123)은, 축심(AX)을 중심으로 하는 부분 원통면을 포함한다. 내주측 내벽면(124)은, 축심(AX)을 중심으로 하고 또한 외주측 내벽면(123)보다도 작은 곡률 반경의 부분 원통면을 포함하고, 외주측 내벽면(123)과 직경 방향으로 대향한다. 기름 구멍(12)의 후방측 내벽면(122)은, 회전 방향(T)의 전방을 향하여 원호상으로 만곡된다.

드릴(1)은 부채상 단면의 기름 구멍(12)을 구비하므로, 환 구멍에 비하여 절삭액의 토출 성능이 높다. 드릴(1)은 또한, 기름 구멍(12)의 후방측 내벽면(122)이 회전 방향(T)의 전방을 향하여 원호상으로 만곡되므로, 플랭크(6)의 능선 부분과 후방측 내벽면(122)의 사이의 거리를 넓게 확보할 수 있다. 또한, 플랭크(6)의 능선 부분이란, 보디(3)의 회전 방향(T)의 후방을 향하는 배출 홈(4)의 내면(41)과 플랭크(6) 사이의 능선 부분이다. 이에 의해, 드릴(1)은 능선 부분과 기름 구멍(12)의 사이의 부분에 걸리는 응력을 억제할 수 있으므로, 절삭액의 토출 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 공구 강성을 확보할 수 있다. 공구 강성이 향상되므로, 드릴(1)은 고 이송 가공에도 이용 가능하다. 고 이송 가공이란, 공구를 고속으로 이동하는 가공이다. 드릴(1)은 절삭 저항이 커지는 비교적 굵은 사이즈에도 유효하다.

드릴(1)은, 개쉬부(8)를 또한 구비한다. 개쉬부(8)는, 플랭크(6)와의 능선이 절삭날(5)의 내측 단부로부터 직경 방향 외측을 향하여 원호상으로 연장되어, 배출 홈(4)과 접속한다. 후방측 내벽면(122)은, 개쉬부(8)로부터 이격된 위치에서, 개쉬부(8)와 동일한 방향측으로 원호상으로 만곡된다. 드릴(1)은 원호상의 개쉬부(8)를 구비하는데, 기름 구멍(12)의 후방측 내벽면(122)을 개쉬부(8)와 동일한 방향측으로 원호상으로 만곡시킴으로써, 플랭크(6)의 능선 부분과의 사이의 거리를 균등하게 넓게 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경이 가능하다. 드릴(1)은 2개날이지만, 3개날이어도 되고, 그 이상이어도 된다. 예를 들어 도 16에 도시하는 드릴(100)은 3개날이다. 상세하게 설명하지 않지만, 드릴(100)은, 상기 실시 형태의 드릴(1)의 형상을 기본적으로 구비하고, 3조의 배출 홈(40), 3개의 절삭날(50), 3개의 씨닝날(70), 3개의 개쉬부(80), 3개의 플랭크(60), 3개의 기름 구멍(120) 등을 구비한다. 기름 구멍(120)은, 상기 실시 형태와 동일한 부채상 단면을 갖고, 후방측 내벽면은 개쉬부(8)의 제1 능선(811)과 동일한 회전 방향(T)측으로 원호상으로 만곡된다. 따라서 드릴(100)도 2개날의 드릴(1)과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

기름 구멍(12)은 섕크(2)의 후단부로부터 보디(3)의 선단부를 향하여 나선상으로 연장되는, 나선상이 아니어도 되며, 예를 들어 직선상이어도 된다. 보디(3)의 선단부에는 3개의 원호 홈(10)이 마련되지만, 원호 홈(10)은 생략해도 된다. 드릴(1)은 롱 드릴이지만, 일반적인 드릴이어도 된다. 드릴(1)의 재질은 한정하지 않는다. 보디(3)의 적어도 선단부의 표면에는, DLC가 피복되어 있인데, 외주면(31)에도 피복되어도 된다. 보디(3)에 DLC가 피복되어 있지 않아도 된다. 씨닝날(7)이 형성되어 있지 않아도 된다. 개쉬부(8)는 원호상이지만, 직선상이어도 된다. 씨닝날(7), 개쉬부(8)는 생략해도 된다. 기름 구멍(12)의 부채상 단면에 있어서, 전방측 내벽면(121)은 직선상이지만, 직선이 아니어도 된다.

Claims

축심을 중심으로 회전되는 막대 형상의 공구 본체와,
상기 공구 본체의 선단부로부터 후단부를 향하여 외주면에 나선상으로 마련되는 배출 홈과,
상기 공구 본체의 회전 방향 전방을 향하는 상기 배출 홈의 내면과, 상기 선단부에서의 플랭크(flank) 사이의 능선 부분에 형성되는 절삭날과,
상기 플랭크에 마련되어, 상기 절삭날측에 절삭액을 공급하는 기름 구멍을 구비하고,
상기 기름 구멍은,
상기 공구 본체의 상기 회전 방향 전방측에 상기 직경 방향을 따라 위치하는 전방측 내벽면과,
상기 공구 본체의 상기 회전 방향 후방측에 상기 직경 방향을 따라 위치하여 상기 전방측 내벽면과 둘레 방향으로 대향하는 후방측 내벽면과,
상기 공구 본체의 중심선을 중심으로 하는 부분 원통면을 포함하는 외주측 내벽면과,
상기 공구 본체의 상기 중심선을 중심으로 하고 또한 상기 외주측 내벽면보다도 작은 곡률 반경의 부분 원통면을 포함하고, 상기 외주측 내벽면과 상기 직경 방향으로 대향하는 내주측 내벽면
에 의해 둘러싸인 부채상 단면을 구비하고,
상기 후방측 내벽면은, 상기 회전 방향 전방을 향하여 원호상으로 만곡되는 것을 특징으로 하는, 드릴.
제1항에 있어서,
상기 플랭크와의 능선이 상기 절삭날의 내측 단부로부터 상기 직경 방향 외측을 향하여 원호상으로 연장되어, 상기 배출 홈과 접속하는 개쉬부를 구비하고,
상기 후방측 내벽면은, 상기 개쉬부로부터 이격된 위치에서, 상기 개쉬부와 동일한 방향측으로 원호상으로 만곡되는 것을 특징으로 하는, 드릴.
제2항에 있어서,
상기 후방측 내벽면의 상기 단면에서의 곡률 반경은, 0.35D 이상 0.45D 이하인 것을 특징으로 하는, 드릴.