WO2016017500A1 - ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法 Download PDF

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小川 浩
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京セラ株式会社
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    • B23B2251/48Chip breakers

Definitions

  • the present invention relates to a drill used for cutting and a method for manufacturing a cut product.
  • a drill described in Patent Document 1 is known as a drill used for cutting a work material such as a metal member.
  • a cutting edge (main cutting edge) having an S-shaped curve in side view is obtained by grinding a lead groove (chip discharge groove) using a drum-type grindstone or a disk-type grindstone. ) And a rake face provided along the cutting edge.
  • the drill according to the first embodiment is provided on the outer periphery of the rod-shaped drill body, the main cutting edge located at the tip of the drill body, and having a straight portion when viewed from the front.
  • a chip discharge groove extending spirally around the rotation axis of the drill body from the rear of the main cutting edge toward the rear end side of the drill body, and the main cutting edge along the main cutting edge
  • a main rake face provided between the chip discharge grooves, and the main rake face has a flat portion provided along the straight line portion.
  • the drill according to the second embodiment includes a rod-shaped drill main body, a main cutting edge located at the tip of the drill main body, and a rear end of the drill main body provided from the main cutting edge provided on the outer periphery of the drill main body.
  • a chip discharge groove extending spirally around the rotation axis of the drill body toward the end side, and a main provided between the main cutting edge and the chip discharge groove along the main cutting edge With a rake face, The main rake face has the same angle portion where the main rake angle is constant.
  • the manufacturing method of the cut workpiece of this embodiment includes a step of rotating the drill around the rotation shaft, and a step of bringing the pair of main cutting edges of the rotating drill into contact with a work material. , Separating the drill from the work material.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the B1-B1 cross section in the drill shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the B2-B2 cross section in the drill shown in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the B3-B3 cross section in the drill shown in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the B4-B4 cross section in the drill shown in FIG. 6. It is the schematic which shows 1 process of the manufacturing method of the cut workpiece of one Embodiment of this invention. It is the schematic which shows 1 process of the manufacturing method of the cut workpiece of one Embodiment of this invention. It is the schematic which shows 1 process of the manufacturing method of the cut workpiece of one Embodiment of this invention.
  • the drill 1 of this embodiment is demonstrated in detail using drawing.
  • the drill of the present invention may include any component not shown in the drawings to which the present specification refers.
  • the dimension of the member in each figure does not represent the dimension of an actual structural member, the dimension ratio of each member, etc. faithfully.
  • the drill 1 of the present embodiment has a drill body 3, a cutting blade 5, a chip discharge groove 7, and a main rake face 9, as shown in FIGS.
  • the drill body 3 has a rotation axis X1, and has a rod-like configuration extending along the rotation axis X1.
  • the drill body 3 rotates around the rotation axis X1 during use.
  • the drill body 3 of the present embodiment includes a gripping portion 11 called a shank and a cutting portion 13 called a body.
  • the gripping part 11 is a part gripped by a rotating spindle or the like of a machine tool (not shown). Therefore, the gripping part 11 is designed according to the shape of the spindle of the machine tool.
  • the cutting part 13 is located on the tip side of the grip part 11.
  • the cutting part 13 is a part which contacts a work material, and is a part which has a main role in the cutting process of a work material.
  • the rotation direction of the drill body 3 is indicated by an arrow X2.
  • the drill body 3 contains WC (tungsten carbide), Co (cobalt) as a binder, and TiC (titanium carbide), TaC (tantalum carbide) or Cr 3 C 2 (as required). Cemented carbides, cermets, ceramics, or metals such as stainless steel, high-speed steel and titanium.
  • the outer diameter D of the cutting portion 13 can be set to 0.05 mm to 40 mm, for example.
  • the length of the cutting part 13 in the direction along the rotation axis X1 can be set to about 1.5 Dmm to 25 Dmm.
  • the cutting blade 5 has a pair of main cutting blades 15, a pair of sub cutting blades 17, and a connecting blade 19.
  • the pair of main cutting edges 15 are located at the tip of the drill body 3, that is, the tip of the cutting part 13.
  • the tip of the drill body 3 is a part that comes into contact with the work material and cuts the work material with the pair of main cutting edges 15.
  • the tip of the drill body 3 has a conical shape in which the width in the direction orthogonal to the rotation axis X1 decreases toward the tip.
  • the tip angle ⁇ 1 formed by the main cutting edge 15 in a side view of the tip portion having a conical shape is set to about 60 to 140 °.
  • FIG. 4 shows a state where the drill 1 of FIG. 5 is rotated by 90 °.
  • the pair of main cutting edges 15 are provided from the vicinity of the rotation axis X1 to the outer peripheral end, and when the drill body 3 is viewed from the front in the front end direction, the pair of main cutting edges 15 rotate 180 ° around the rotation axis X1. It is provided at a symmetrical position.
  • the drill 1 according to the present embodiment has a pair of main cutting edges 15 so that the cutting balance can be improved as compared with the case where the number of the main cutting edges 15 is one.
  • front view means seeing the drill 1 from the front end direction along the rotation axis X1.
  • the connecting blade 19 is located on the most distal end side of the distal end portion of the drill body 3. As shown in FIG. 3, the connection blade 19 is connected to a pair of main cutting blades 15 in a front view of the drill body 3. Therefore, the pair of main cutting edges 15 are separated via the connection blade 19.
  • the tip of the drill body 3 is provided with a portion subjected to a thinning process that makes the axial center of the drill 1, the so-called web, particularly thin.
  • the connecting blade 19 includes a portion subjected to the thinning process, and is a portion of a cutting blade that functions as a so-called chisel edge.
  • the chisel angle ⁇ 2 of the chisel edge is set to about 130 ° to 170 °.
  • the pair of main cutting edges 15 are provided so as to be inclined so as to approach the rotation axis X1 on the front end side in order to improve the machinability. Further, the pair of main cutting edges 15 respectively have straight portions 21 that are linear when viewed from the front.
  • the auxiliary cutting edge 17 is connected to the outer peripheral end P of the main cutting edge 15 and extends to the rear end portion side of the drill body 3.
  • the auxiliary cutting edge 17 is provided only at a predetermined length from the outer peripheral end P.
  • a pair of chip discharge grooves 7 (hereinafter also simply referred to as grooves 7) are provided on the outer periphery of the drill body 3.
  • the pair of grooves 7 are grooves for discharging chips of the work material cut by the pair of main cutting edges 15 to the outside. Therefore, the pair of grooves 7 is located on the rear end side of the drill body 3 with respect to the pair of main cutting edges 15 and extends toward the rear end portion of the drill body 3. At this time, the pair of grooves 7 extend spirally around the rotation axis X1. Further, in order to stably hold the drill body 3 with a machine tool, the pair of grooves 7 are provided only in the cutting portion 13 of the drill body 3 and are not provided in the holding portion 11.
  • the helix angle ⁇ 3 of the pair of discharge grooves 7 is designed to be the same. Further, the twist angle ⁇ 3 of the pair of discharge grooves 7 is designed to be constant from the front end to the rear end, but is not particularly limited to such a configuration.
  • the pair of discharge grooves 7 may be configured such that the twist angle on the front end side is larger than the twist angle on the rear end side.
  • the twist angle refers to a leading edge (leading edge of land) where the discharge groove 7 and the margin 23 intersect, and an imaginary straight line passing through one point on the leading edge and parallel to the rotation axis X1. Means the angle between
  • the outer peripheral surface of the cutting portion 13 is a surface excluding a portion corresponding to the pair of grooves 7, and a portion located between the pair of grooves 7 is a land surface 22.
  • the land surface 22 has a margin 23 (margin) adjacent to the auxiliary cutting edge 17 and a second picking surface 25 (body (clearance) adjacent to the margin 23. That is, the margin 23 is positioned adjacent to the reverse rotation direction of the auxiliary cutting edge 17 (the reverse rotation direction of X2), and the second picking surface 25 is positioned adjacent to the reverse rotation direction of the margin 23.
  • the rotation direction X2 is a direction in which the main cutting edge 15 is directed toward the adjacent groove 7, and the reverse rotation direction is a direction in which the main cutting edge 15 is directed toward the adjacent land surface 22 side.
  • the margin 23 has an arc shape located on the same circle.
  • the diameter of this same circle corresponds to the outer diameter of the cutting part 13.
  • the secondary surface 25 is a surface formed so as to avoid friction between the outer periphery of the drill body 3 and the work surface during the cutting process. Therefore, the distance from the rotation axis X1 is shorter than the margin 23 so that the clearance between the second picking surface 25 and the work surface is provided.
  • the depth d of each groove 7 can be set to about 10 to 40% with respect to the outer diameter of the cutting portion 13.
  • the depth d of the groove 7 means a value obtained by subtracting the distance between the bottom of the groove 7 and the rotation axis X1 from the radius of the drill body 3 in a cross section orthogonal to the rotation axis X1. Therefore, the core thickness W, which is the diameter of the web thickness (web thickness) indicated by the diameter of the inscribed circle in the cross section orthogonal to the rotation axis X ⁇ b> 1 in the cutting portion 13, with respect to the outer diameter D of the cutting portion 13. It is set to about 20 to 80%. Specifically, for example, when the outer diameter D of the cutting portion 13 is 10 mm, the depth d of the groove 7 can be set to about 1 to 4 mm.
  • the pair of auxiliary cutting edges 17 constituting a part of the cutting edge 5 are formed on the leading edge which is a ridge line where the discharge groove 7 and the margin 23 intersect.
  • the pair of sub-cutting blades 17 can be used to cut the remaining fiber without being cut when the workpiece made of the fiber composite material is cut by the pair of main cutting blades 15.
  • the pair of auxiliary cutting edges 17 need not be formed on the entire leading edge.
  • the sub cutting edge 17 should just be formed in the front end side of the leading edge so that at least a pair of sub cutting edge 17 may be connected to a pair of main cutting edge 15, respectively.
  • a main rake face 9 is provided between the main cutting edge 15 and the groove 7 along the main cutting edge 15.
  • the main rake face 9 plays a role of flowing chips cut by the main cutting edge 15 into the groove 7.
  • the main rake face 9 has a shape recessed from the main cutting edge 15 and the groove 7. That is, the main rake face 9 is located on the reverse rotation direction side with respect to the main cutting edge 15 and the groove 7.
  • the pair of main rake surfaces 9 have a flat portion 27 and a concave portion 29, respectively.
  • the flat portion 27 is provided along the straight portion 21 of the main cutting edge 15 and has a flat surface shape.
  • the concave portion 29 is located between the flat portion 27 and the groove 7, and the concave portion 29 is connected to the end of the flat portion 27 on the rear end side of the drill body 3 and is connected to the groove 7. That is, the recess 29 is recessed from the groove 7 and is located on the reverse rotation direction side of the groove 7.
  • the straight portion 21 in the main cutting edge 15 has a linear shape and the flat portion 27 in the main rake face 9 has a flat surface shape, the difference in the rake angle at each position in the flat portion 27 is. It is getting smaller. Therefore, the sharpness of the main cutting edge 15 in the vicinity of the rotation axis X1 of the linear portion 21 becomes good, and the cutting resistance when the workpiece is cut by the linear portion 21 is stabilized. Thereby, in particular, it is possible to suppress the occurrence of delamination (delamination) and fibers remaining uncut (uncut fibers) that occur in the cutting of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) material.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • a good finished state can be obtained in the cutting of a work material including a CFRP (carbon fiber reinforced plastic) material.
  • the work material is not limited to a material containing a CFRP material, and good cutting is possible even with a metal, ceramics, or the like.
  • the difference in rake angle at each position in the straight line portion 21 is 10 ° or less, preferably 3 ° or less.
  • the CFRP material has a configuration in which layers called prepregs containing carbon fibers are laminated in multiple layers. Therefore, when the CFRP material is cut, delamination between the prepregs and uncut fibers that are easily bent and remain without being cut are likely to be generated. Delamination and uncut fibers are more likely to occur in the cutting blade 5 closer to the rotation axis X1. This is because the cutting speed of the portion closer to the rotation axis X1 in the cutting blade 5 is slower.
  • the flat portion 27 means that the distance at each position of the flat portion 27 with respect to a straight line connecting the end boundaries is within 300 ⁇ m when the unevenness of the flat portion 27 is viewed in an arbitrary cross section. State.
  • corrugation of the flat part 27 can also be measured with a surface roughness meter or an electron force microscope (AFM).
  • the straight portion 21 of the main cutting edge 15 is provided on the side close to the rotation axis X ⁇ b> 1, and the inner peripheral end is connected to the connection blade 19.
  • the sharpness of the side closer to the rotation axis X1 of the main cutting edge 15 is enhanced by providing the linear portion 21 with a stable cutting resistance when cutting the work material in a portion closer to the rotation axis X1. Can do. As a result, generation of delamination and uncut fibers can be more reliably prevented.
  • the main cutting edge 15 is connected to the auxiliary cutting edge 17 at the outer peripheral side, but the straight line portion 21 is separated from the auxiliary cutting edge 17. Accordingly, the wall thickness at the outer peripheral end of the main cutting edge 15 is not thinned, and the progress of wear at the outer peripheral end of the main cutting edge 15 where wear is most likely to proceed can be suppressed.
  • the main rake angle of the main rake face 9 is set to 15 ° to 30 °. If it is this range, the sharpness of the main cutting edge 15 is good, and the intensity
  • the main rake face 9 has the recess 29 that is recessed from the groove 7, the rake angle at the flat part 27 can be increased. Therefore, the work material can be cut well with the main cutting edge 15.
  • the flat portion 27 and the groove 7 are smoothly connected by the concave portion 29 existing between the flat portion 27 and the groove portion 7.
  • the width of the flat portion 27 in the direction along the rotation axis X1 when viewed from the side may decrease as the distance from the rotation axis X1 increases.
  • the rotation when viewed from the side the rotation when viewed from the side.
  • the width of the flat portion 27 in the direction along the axis X1 increases as the distance from the rotation axis X1 increases. Therefore, in the drill 1 of this embodiment, it can respond to the change of the length of a chip
  • the flat part 27 is separated from the leading edge.
  • the pair of flat portions 27 are separated from the pair of auxiliary cutting edges 17.
  • the region along the secondary cutting edge 17 in the groove 7 becomes a secondary rake face for the secondary cutting edge 17.
  • the flat portion 27 is connected to the auxiliary cutting edge 17, it is difficult to increase the auxiliary rake angle with respect to the auxiliary cutting edge 17 because the flat portion 27 has a flat surface shape. Therefore, there is a possibility that so-called residue remains on the work material.
  • the flat portion 27 is separated from the auxiliary cutting edge 17, and the region along the auxiliary cutting edge 17 in the groove 7 becomes the auxiliary rake face with respect to the auxiliary cutting edge 17, whereby the main cutting edge 15 and the auxiliary cutting edge 17.
  • Each rake angle can be increased. Therefore, it is possible to reduce the possibility of residue remaining when the work material is cut.
  • the end boundary 31 on the outer peripheral side of the flat portion 27 is provided along the rotation axis X1, and the flat portion 27 and the adjacent groove 7 are smoothly connected. That is, in the side view of FIG. 6, the end boundary 31 on the outer peripheral side of the flat portion 27 and the rotation axis X1 are substantially parallel, and there is no step between the flat portion 27 and the adjacent groove 7. Thereby, it can suppress that the flow of a chip is prevented by the level
  • the end boundary 32 on the outer peripheral side of the concave portion 29 is on the extension line of the end boundary 31 on the outer peripheral side of the flat portion 27, chips flowing along the end boundary 31 on the outer peripheral side of the flat portion 27 continue.
  • the chip dischargeability is good.
  • the work material is a metal
  • the chips tend to extend. Even in such a case, the chip discharging property can be improved.
  • the work material is a laminate of a CFRP (carbon fiber reinforced plastic) material and a metal
  • good chip dischargeability can be obtained.
  • the ratio (L2 / L1) between the length L1 of the straight portion 21 and the length L2 at the end boundary 33 on the rear end side of the drill body 3 in contact with the groove 7 of the recess 29 is 1.1.
  • the chip discharging property is good.
  • the length L2 at the end boundary 33 on the rear end side of the drill body 3 in contact with the groove 7 of the recess 29 is a vertical line passing through the end of the end boundary 33 on the inner peripheral side with respect to the straight line passing through the straight portion 21. And a vertical line passing through the end of the outer peripheral end boundary 33.
  • the secondary cutting edge 17 can be used to cut fibers remaining without being cut when the pair of main cutting edges 15 are cut. Therefore, it is preferable that the sub cutting edge 17 is sharper than the main cutting edge 15.
  • the minor rake angle of the minor rake face with respect to the minor cutting edge 17 is set to 20 ° to 35 °. In this way, the remaining rake angle of the auxiliary rake face with respect to the auxiliary cutting edge 17 is larger than the main rake angle of the main rake face 9, whereby the remaining fibers can be cut well.
  • this invention is not limited to the drill 1 of 1st Embodiment,
  • the straight part of 1st Embodiment can be made into the same angle part with a constant main rake angle, Instead of a straight line portion, a concave curve can be formed (not shown).
  • the main rake angle difference at each position of the same corner portion is within 10 °, and preferably the main rake angle difference is within 3 °. Even in this case, the sharpness at the same angle portion is stabilized, and the cutting resistance when the work material is cut is stabilized. Thereby, generation
  • the manufacturing method of the cut workpiece according to the present embodiment includes the following steps (1) to (4).
  • This step can be performed, for example, by fixing the work material 101 on a table of a machine tool to which the drill 1 is attached and bringing the drill 1 closer in a rotated state.
  • the work material 101 and the drill 1 may be relatively close to each other, and the work material 101 may be close to the drill 1.
  • connection blade 19 and the pair of auxiliary cutting edges 17 are also brought into contact with desired positions on the surface of the work material 101.
  • a part of the rear end side of the cutting portion 13 of the drill 1 is set so as not to penetrate the work material 101. That is, by making this part of the area function as an area for chip discharge, it is possible to achieve excellent chip discharge through the area.
  • the work material 101 and the drill 1 may be relatively separated from each other.
  • the work material 101 may be separated from the drill 1.
  • the drill 1 when performing the cutting of the workpiece 101 as described above a plurality of times, for example, when forming a plurality of processed holes 103 for one workpiece 101, the drill 1 is rotated. What is necessary is just to repeat the process which makes the pair of main cutting blades 15 of the drill 1 contact the different location of the workpiece 101, hold

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Abstract

 炭素繊維強化プラスチック(CFRP)のような高強度の繊維複合材であっても安定して切削加工を行なうことが可能なドリルが求められていた。本発明の一態様に基づくドリル(1)は、棒状のドリル本体(3)と、ドリル本体(3)の先端部に位置して、正面視した場合に直線部(21)を有する主切刃(15)と、主切刃(15)に沿って設けられたすくい面(9)と、すくい面(9)からドリル本体(3)の後端部側に向かってドリル本体(3)の回転軸(X1)の周りに螺旋状に延びている切屑排出溝(7)とを備え、すくい面(9)が、直線部(21)に沿って設けられた平坦部(27)を有している。

Description

ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法
 本発明は、切削加工に用いられるドリルおよび切削加工物の製造方法に関する。
 従来、金属部材などの被削材の切削加工に用いられるドリルとして、特許文献1に記載のドリルが知られている。特許文献1に記載のドリルにおいては、太鼓型砥石または円盤型砥石を用いてリード溝(切屑排出溝)を研削することによって、側面視でS字曲線からなる刃先形状の切刃(主切刃)と、切刃に沿って設けられたすくい面とを形成している。
特開2007-144526号公報
 第1の実施態様に基づくドリルは、棒状のドリル本体と、該ドリル本体の先端部に位置して、正面視した場合に直線部を有する主切刃と、前記ドリル本体の外周に設けられた、前記主切刃の後方から前記ドリル本体の後端部側に向かって前記ドリル本体の回転軸の周りに螺旋状に延びている切屑排出溝と、前記主切刃に沿って前記主切刃と前記切屑排出溝との間に設けられた主すくい面とを備え、該主すくい面は、前記直線部に沿って設けられた平坦部を有している。
 第2の実施形態に基づくドリルは、棒状のドリル本体と、該ドリル本体の先端部に位置する主切刃と、前記ドリル本体の外周に設けられた、前記主切刃から前記ドリル本体の後端部側に向かって前記ドリル本体の回転軸の周りに螺旋状に延びている切屑排出溝と、前記主切刃に沿って前記主切刃と前記切屑排出溝との間に設けられた主すくい面とを備え、
該主すくい面において、主すくい角が一定である同角部を有している。 また、本実施形態の切削加工物の製造方法は、前記ドリルを前記回転軸の周りに回転させる工程と、回転している前記ドリルの前記一対の主切刃を被削材に接触させる工程と、
前記ドリルを前記被削材から離す工程とを備える。
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領域Aを拡大した斜視図である。 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3に示すドリルにおけるA1方向からの側面図である。 図3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先端部分を拡大した側面図である。 図6に示すドリルにおけるB1-B1断面の断面図である。 図6に示すドリルにおけるB2-B2断面の断面図である。 図6に示すドリルにおけるB3-B3断面の断面図である。 図6に示すドリルにおけるB4-B4断面の断面図である。 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概略図である。 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概略図である。 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概略図である。
 <ドリル>
 以下、本実施形態のドリル1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、本発明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。
 本実施形態のドリル1は、図1~10に示すように、ドリル本体3と、切刃5と、切屑排出溝7と、主すくい面9とを有している。
 図1に示すように、ドリル本体3は、回転軸X1を有しており、この回転軸X1に沿って延びた棒状の構成となっている。ドリル本体3は、その使用時において回転軸X1を中心として回転する。本実施形態のドリル本体3は、シャンク(shank)と呼ばれる把持部11およびボディー(body)と呼ばれる切削部13を備えている。把持部11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部分である。そのため、把持部11は、工作機械のスピンドルの形状に応じて設計される。切削部13は、把持部11の先端側に位置している。切削部13は、被削材と接触する部位であり、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、ドリル本体3の回転方向を矢印X2で示している。
 ドリル本体3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)を含有するとともに、必要に応じて、TiC(チタンカーバイド)、TaC(タンタルカーバイド)またはCr(クロムカーバイド)のような添加物を含んだ超硬合金、サーメット、セラミックス、またはステンレス、高速度鋼およびチタンのような金属などが挙げられる。
 図3に示すように、切削部13の外径Dは、例えば0.05mm~40mmに設定できる。また、切削部13の回転軸X1に沿った方向の長さは、1.5Dmm~25Dmm程度に設定できる。
 図2、3に示すように、切刃5は、一対の主切刃15、一対の副切刃17および接続刃19を有している。
 一対の主切刃15は、ドリル本体3の先端部、すなわち切削部13の先端部分に位置している。ドリル本体3の先端部は、被削材と接触して被削材を一対の主切刃15によって切削する部位である。ドリル本体3の先端部は、回転軸X1に直交する方向における幅が先端側に向かうにしたがって小さくなる円錐形状をしている。このとき、図5に示すように、円錐形状である先端部の側面視した場合における主切刃15の成す先端角θ1は60~140°程度に設定される。なお、図4は図5のドリル1を90°回転させた状態を示す。
 一対の主切刃15は、図3に示すように、回転軸X1の近くから外周端まで設けられ、ドリル本体3を先端方向から正面視した場合に、回転軸X1を中心に互いに180°回転対称となる位置に設けられている。本実施形態のドリル1は、一対の主切刃15を有していることによって、主切刃15が1つである場合と比較して切削バランスを良好にすることができる。なお、本明細書において、正面視とは、ドリル1を回転軸X1に沿って先端方向から見ることを意味する。
 図5に示すように、ドリル本体3における先端部の最も先端側には接続刃19が位置している。図3に示すように、ドリル本体3の正面視において、接続刃19は、一対の主切刃15と接続している。そのため、一対の主切刃15は接続刃19を間に介して離れている。ドリル本体3における先端部には、ドリル1の軸芯、いわゆるウェブ(web)の厚みを特に薄くするシンニング(thinning)加工が施された部分が設けられている。接続刃19は、このシンニング加工が施された部分を含み、いわゆるチゼルエッジ(chisel edge)として機能する切刃の部位である。チゼルエッジのチゼル角θ2は130°~170°程度に設定される。
 一対の主切刃15は、切削性を高めるため、回転軸X1に対して先端側で近づくようにそれぞれ傾斜して設けられている。また、一対の主切刃15は、正面視した場合に直線形状である直線部21をそれぞれ有している。
 副切刃17は、図2に示すように、主切刃15の外周端Pに接続されるとともに、ドリル本体3の後端部側に延びている。副切刃17は、外周端Pから所定の長さのみに設けられている。
 図1~10に示すように、ドリル本体3の外周には、一対の切屑排出溝7(以下、単に溝7ともいう)が設けられている。一対の溝7は、一対の主切刃15で切削された被削材の切屑を外部に排出するための溝である。そのため、一対の溝7は、一対の主切刃15よりもドリル本体3の後端側に位置しており、ドリル本体3の後端部に向かって延びている。このとき、一対の溝7は、回転軸X1の周りに螺旋状に延びている。また、工作機械で安定してドリル本体3を把持するため、一対の溝7は、ドリル本体3の切削部13にのみに設けられており、把持部11には設けられていない。
 図4、5に示すように、一対の排出溝7のねじれ角(helix angle)θ3は、互いに同じになるように設計されている。また、一対の排出溝7のねじれ角θ3は、それぞれ先端から後端にかけて一定となるように設計されているが、特にこのような構成に限定されるものではない。たとえば、一対の排出溝7が先端側のねじれ角が後端側のねじれ角よりも大きい構成であってもよい。
 なお、本明細書におけるねじれ角とは、排出溝7とマージン23とが交差する稜線であるリーディングエッジ(leading edge of land)と、この上の1点を通り回転軸X1に平行な仮想直線とがなす角を意味している。
 切削部13の外周面は、一対の溝7に該当する部分などを除いた表面であり、一対の溝7の間に位置する部分が、ランド面22となっている。ランド面22は、副切刃17に隣接するマージン23(margin)と、このマージン23に隣接する二番取り面25(body clearance)とを有している。すなわち、マージン23は副切刃17の逆回転方向(X2の逆回転方向)に隣接して位置し、二番取り面25はマージン23の逆回転方向に隣接して位置する。なお、回転方向X2は、主切刃15が隣接する溝7側に向かう方向であり、逆回転方向は、主切刃15が隣接するランド面22側に向かう方向である。
 図10に示すように、回転軸X1を含み、回転軸X1に直交する断面において、マージン23は、同一円上に位置する円弧形状となっている。この同一円の直径が切削部13の外径に対応する。二番取り面25は、切削加工中にドリル本体3の外周と工作面との摩擦を避けるように形成される面である。そのため、二番取り面25は、工作面との間に隙間が設けられるようにマージン23よりも回転軸X1からの距離が短くなっている。
 図10に示すように、それぞれの溝7の深さdとしては、切削部13の外径に対して10~40%程度に設定できる。ここで、溝7の深さdとは、回転軸X1に直交する断面における、溝7の底と回転軸X1との距離をドリル本体3の半径から引いた値を意味している。そのため、切削部13における回転軸X1に直交する断面での内接円の直径によって示されるウェブの厚み(web thickness)の直径である芯厚Wとしては、切削部13の外径D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13の外径Dが10mmである場合には、溝7の深さdは1~4mm程度に設定できる。
 図2、3に示すように、切刃5の一部を構成する一対の副切刃17は、排出溝7とマージン23とが交差する稜線であるリーディングエッジに形成されている。一対の副切刃17は、繊維複合材からなる被削材を一対の主切刃15によって切削する際に切断されずに残った繊維を切断するために用いることができる。なお、リーディングエッジの全体に一対の副切刃17が形成されている必要はない。少なくとも一対の副切刃17それぞれが一対の主切刃15に接続されるように、副切刃17は、リーディングエッジの少なくとも先端側に形成されていればよい。
 図6に示すように、主切刃15と溝7との間には主切刃15に沿って主すくい面9がそれぞれ設けられている。主すくい面9は、主切刃15で切削された切屑を溝7へと流す役割を果たしている。図7に示すように、主すくい面9は、主切刃15および溝7よりも凹んだ形状となっている。すなわち、主すくい面9は、主切刃15および溝7よりも逆回転方向側に位置している。
 図6に示すように、一対の主すくい面9は、平坦部27と凹部29とをそれぞれ有している。平坦部27は、主切刃15の直線部21に沿って設けられており、平坦な面形状である。凹部29は平坦部27と溝7との間に位置しており、凹部29は、平坦部27のドリル本体3の後端部側の終端に接続されて溝7に繋がっている。すなわち、凹部29は溝7よりも凹んでおり、溝7よりも逆回転方向側に位置している。
 ここで、主切刃15における直線部21が直線形状であって、かつ主すくい面9における平坦部27が平坦な面形状であることから、平坦部27内の各位置におけるすくい角の差が小さくなっている。そのため、直線部21の回転軸X1付近における主切刃15の切れ味が良好となって、直線部21によって被削材を切削する際の切削抵抗が安定する。これによって、特に、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)材の切削加工において発生する層間剥離(デラミネーション)および切断されずに残る繊維(アンカットファイバー)等の発生を抑制できる。したがって、本実施形態のドリル1を用いることによって、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)材を含む被削材の切削加工において良好な仕上げ状態が得られる。なお、被削材はCFRP材を含むものに限定されるものではなく、金属やセラミックス等であっても良好な切削が可能である。直線部21内の各位置におけるすくい角の差は10°以下であり、望ましくは3°以下である。
 CFRP材は、炭素繊維を含むプリプレグと言われる層を多層に積層した構成からなる。そのために、CFRP材を切削する場合には、プリプレグ間が剥離するデラミネーションや、撓みやすい繊維が撓んで切削されずに残るアンカットファイバーが発生しやすい。デラミネーションやアンカットファイバーは、切刃5における回転軸X1に近い部分ほど生じ易い。これは、切刃5における回転軸X1に近い部分ほど切削速度が遅いからである。
 なお、本実施形態において、平坦部27とは、平坦部27の凹凸を任意の断面で見たときに、終端境界同士を結ぶ直線に対する平坦部27の各位置における距離が300μm以内となっている状態をいう。なお、平坦部27の凹凸は表面粗さ計や電子間力顕微鏡(AFM)にて測定することもできる。
 図6のドリル1において、主切刃15における直線部21は、回転軸X1に近い側に設けられており、内周側の端部が接続刃19に接続されている。このように、被削材を切削する際の切削抵抗が安定している直線部21を回転軸X1により近い部分に設けることによって、主切刃15の回転軸X1に近い側の切れ味を高めることができる。その結果、デラミネーションおよびアンカットファイバーの発生をより確実に防ぐことができる。
 また、主切刃15は、外周側の端部が副切刃17に接続されているが、直線部21は副切刃17と離れている。これによって、主切刃15の外周側の端部における肉厚が薄くならず、最も摩耗が進行しやすい主切刃15の外周側の端部における摩耗の進行を抑制できる。
 本実施形態のドリル1においては、主すくい面9の主すくい角は15°~30°に設定されている。この範囲であれば、主切刃15の切れ味がよく、かつ主切刃15付近におけるドリル本体3の強度を高めて、ドリル本体3の欠損を抑制することができる。
 また、主すくい面9が溝7よりも窪んでいる凹部29を有していることから、平坦部27でのすくい角を大きくすることができる。そのため、主切刃15において良好に被削材を切削できる。なお、平坦部27と溝部7との間に存在する凹部29によって、平坦部27と溝7とが滑らかに繋がっている。
  側面視した場合における回転軸X1に沿った方向での平坦部27の幅が、回転軸X1から離れるにしたがって小さくなっていてもよいが、本実施形態のドリル1では、側面視した場合における回転軸X1に沿った方向での平坦部27の幅が、回転軸X1から離れるにしたがって大きくなっている。そのため、本実施形態のドリル1においては、切屑の長さの変化に対応できて、直線部21によって被削材を切削する際の切削抵抗をさらに安定させることができる。
 また、平坦部27がリーディングエッジから離れている。言い換えれば、一対の平坦部27は一対の副切刃17から離れている。リーディングエッジに副切刃17が設けられている場合には、溝7における副切刃17に沿った領域が副切刃17に対する副すくい面となる。平坦部27が副切刃17に接続している場合には、平坦部27が平坦な面形状であることから、副切刃17に対する副すくい角を大きくすることが困難になる。そのため、被削材にいわゆる髭残りが発生する可能性がある。しかしながら、副切刃17から平坦部27が離れており、溝7における副切刃17に沿った領域が副切刃17に対する副すくい面となることによって、主切刃15および副切刃17のすくい角をそれぞれ大きくすることができる。そのため、被削材を切削した場合において髭残りが生じる可能性を小さくできる。
 平坦部27の外周側の終端境界31が、回転軸X1に沿って設けられており、平坦部27と隣接する溝7との間が滑らかに接続されている。すなわち、図6の側面視において、平坦部27の外周側の終端境界31と回転軸X1とがほぼ平行であり、平坦部27と隣接する溝7との間に段差がない。これによって、切屑の流れが段差で妨げられることを抑制できる。このとき、凹部の29の外周側の終端境界32が、平坦部27の外周側の終端境界31の延長線上にあると、平坦部27の外周側の終端境界31に沿って流れる切屑が、引き続き、凹部29の外周側の終端境界32に沿って溝7に導かれることから、切屑排出性が良好である。被削材が金属である場合には、切屑が延びる傾向にあるが、このような場合でも切屑排出性を高めることができる。特に、被削材が、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)材と金属との積層体である場合の切削加工において、良好な切屑排出性が得られる。
 側面視した場合において、直線部21の長さL1と、凹部29の溝7に接するドリル本体3の後端部側の終端境界33における長さL2との比(L2/L1)が1.1~1.8である場合には、切屑排出性が良好である。
 なお、凹部29の溝7に接するドリル本体3の後端部側の終端境界33における長さL2は、直線部21を通る直線に対して内周側の終端境界33の端を通る垂直な線と、外周側の終端境界33の端を通る垂直な線との間の距離である。
 副切刃17は、一対の主切刃15によって切削する際に切断されずに残った繊維を切断するために用いることができる。そのため、副切刃17は主切刃15よりも切れ味が良いことが好ましい。本実施形態においては、副切刃17に対する副すくい面の副すくい角が20°~35°に設定されている。このように、副切刃17に対する副すくい面の副すくい角が主すくい面9の主すくい角よりも大きいことによって残った繊維を良好に切断できる。
 なお、第1実施形態のドリル1では、一対の切刃5を有するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、切刃を1つだけ有する形態であってもよく、切刃を3つ以上有する形態であってもよい。
 また、本発明は第1実施形態のドリル1に限定されるものではなく、第1実施形態の直線部を、主すくい角が一定の同角部とすることができ、同角部は、例えば直線部に代えて凹曲線状とすることができる(図示せず)。なお、同角部を有する第2の実施形態においては、同角部の各位置における主すくい角の差が10°以内であり、望ましくは、主すくい角の差は3°以内である。この場合でも、同角部における切れ味が安定して、被削材を切削する際の切削抵抗が安定する。これによって、デラミネーションやアンカットファイバーの発生を抑制でき、被削材の切削加工において良好な仕上げ状態が得られる。
 <切削加工物(machined product)の製造方法>
 次に、本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11~13を参照しつつ説明する。なお、図11~13において、ドリル1における把持部11の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11参照)。
 (2)ドリル1を、回転軸X1の周りに矢印X2の方向に回転させ、被削材101に向かってY1方向にドリル1を近づける工程(図11、12参照)。
 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の一対の主切刃15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12参照)。
 本工程においては、一対の主切刃15に加えて接続刃19および一対の副切刃17も被削材101の表面の所望の位置に接触させている。
 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13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Y2方向に離す工程(図13参照)。
 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から離隔させてもよい。
 以上のような工程を経ることによって、優れた穴加工性を発揮することが可能となる。
 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の一対の主切刃15を接触させる工程を繰り返せばよい。
 以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明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・・・ドリル本体
5・・・切刃
7・・・切屑排出溝(溝)
9・・・主すくい面
11・・・把持部
13・・・切削部
15・・・主切刃
17・・・副切刃
19・・・接続刃
21・・・直線部
23・・・マージン
25・・・二番取り面
27・・・平坦部
29・・・凹部
101・・・被削材
103・・・加工穴(貫通孔)
X1・・・回転軸

Claims (14)

  1.  棒状のドリル本体と、
    該ドリル本体の先端部に位置して、正面視した場合に直線部を有する主切刃と、
    前記ドリル本体の外周に設けられた、前記主切刃の後方から前記ドリル本体の後端部側に向かって前記ドリル本体の回転軸の周りに螺旋状に延びている切屑排出溝と、
    前記主切刃に沿って前記主切刃と前記切屑排出溝との間に設けられた主すくい面とを備え、
    該主すくい面は、前記直線部に沿って設けられた平坦部を有しているドリル。
  2.  前記主すくい面は、前記平坦部と前記切屑排出溝との間に位置して、前記切屑排出溝よりも凹んでいる凹部を有している請求項1に記載のドリル。
  3.  側面視した場合における前記回転軸に沿った方向での前記凹部の幅が、前記回転軸から離れるにしたがって小さくなる請求項2に記載のドリル。
  4.  側面視した場合における前記回転軸に沿った方向での前記平坦部の幅が、前記回転軸から離れるにしたがって大きくなる請求項1乃至3のいずれか1つに記載のドリル。
  5.  前記直線部は、前記主切刃のうちの前記回転軸に近い側に設けられている請求項1乃至4のいずれか1つに記載のドリル。
  6.  前記主すくい面における主すくい角が15°~30°である請求項1乃至5のいずれか1つに記載のドリル。 
  7.  前記主切刃に隣接して、前記ドリル本体の後端部側に位置する副切刃と、
    前記平坦部は、前記副切刃から離れている請求項1乃至6のいずれか1つに記載のドリル。
  8.  前記副切刃と前記切屑排出溝との間に副すくい面を有して、該副すくい面における副すくい角が、前記主すくい角よりも大きい請求項7に記載のドリル。
  9.  前記平坦部の外周側の終端境界が、前記回転軸に沿って設けられているとともに、前記切屑排出溝と滑らかに接続されている請求項1乃至8のいずれか1つに記載のドリル。 
  10.  前記凹部の外周側の終端境界が、前記平坦部の外周側の終端境界の延長線上にある請求項9に記載のドリル。 
  11.  側面視した場合において、前記直線部の長さL1と、前記凹部の前記切屑排出溝に接する前記ドリル本体の後端部側の終端境界における長さL2との比(L2/L1)が1.1~1.8である請求項1乃至10のいずれか1つに記載のドリル。
  12.  棒状のドリル本体と、
    該ドリル本体の先端部に位置する主切刃と、
    前記ドリル本体の外周に設けられた、前記主切刃から前記ドリル本体の後端部側に向かって前記ドリル本体の回転軸の周りに螺旋状に延びている切屑排出溝と、
    前記主切刃に沿って前記主切刃と前記切屑排出溝との間に設けられた主すくい面とを備え、
    該主すくい面において、主すくい角が一定である同角部を有しているドリル。
  13.  前記主すくい面における主すくい角が15°~30°である請求項12に記載のドリル。
  14.  請求項1乃至13のいずれか1つに記載のドリルを前記回転軸の周りに回転させる工程と、
    回転している前記ドリルの前記一対の主切刃を被削材に接触させる工程と、
    前記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。
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