WO2016043098A1 - ドリル - Google Patents

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    • Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
    • Y10T408/9097—Spiral channel

Definitions

  • This invention relates to a drill with improved lifespan by devising a cutting edge treatment.
  • the cutting edge is strengthened by applying a cutting edge treatment as a measure for improving the life.
  • the scissors cutting edge can be strengthened by eliminating the sharp part of the cutting edge by chamfering or honing.
  • Patent Document 1 As a cutting edge processing for strengthening, for example, Patent Document 1 below performs chamfering that combines a face with a curved surface or a chamfered surface of a curved surface of a twist drill. Then, the curved surface portion of the chamfered portion is made into a mirror surface shape or a satin shape, thereby suppressing the floating of the hard particles on the surface of the curved surface portion.
  • the cutting edge is generally reinforced by cutting the rake face and the flank face along the cutting edge so that the cutting edge is blunted. It is difficult to suppress damage to parts.
  • the outermost peripheral part of the cutting edge with the highest cutting speed especially the chipping performance of the ridgeline at the position where the flank and chamfered surface intersect, and the position where the flank and margin intersect. not enough.
  • This invention aims to improve the life of a drill compared to a conventional drill that has been subjected to a general cutting edge process, by making it difficult to cause wear and damage to the outer peripheral portion of the cutting edge of the drill.
  • a drill according to an aspect of the present invention provided as a solution to the above-described problem includes a negative land for reinforcing the cutting edge on a rake face, and the negative land and the flank face, the flank face and the margin, and the position where the negative land and the margin intersect.
  • Each ridge line is a convex curved surface in a longitudinally perpendicular cross section, and when the curvature radius of the convex curved surface of the first ridge line at the position where the flank and the negative land intersect is 1, the first position at the position where the flank and the margin intersect.
  • the drill had a radius of curvature of the convex surface of the two ridges of 0.8 to 1.5 times, and a radius of curvature of the convex surface of the fourth ridge line at the position where the negative land and the margin intersected 1.5 to 3.0 times.
  • the drill according to one aspect of the present invention is less prone to minute chipping on the outer peripheral portion of the cutting edge, and early wear caused by the minute chipping is suppressed, thereby greatly extending the life.
  • a drill according to one aspect of the present invention includes a negative land for reinforcing a cutting edge on a rake face, and each ridge line at a position where the negative land and the flank, the flank and the margin, and the negative land and the margin intersect with each other is a convex curved surface Where the radius of curvature of the convex surface of the first ridge line at the position where the flank and the negative land intersect is 1, the radius of curvature of the convex surface of the second ridge line at the position where the flank and the margin intersect is 1.
  • the drill had a radius of curvature of the convex curved surface of the fourth ridge line at a position where the negative land intersected with the margin 0.8 to 1.5 times and the radius of curvature 1.5 to 3.0 times.
  • each ridgeline at the position where the negative land and flank, the flank and margin, and the negative land and the margin intersect is formed on the convex curved surface, and the radius of curvature of the convex surface of the first ridge line at the position where the flank and negative land intersect is determined.
  • the radius of curvature of the convex surface of the second ridge line at the position where the flank and the margin intersect is 0.8 to 1.5 times
  • the radius of curvature of the convex surface of the fourth ridge line at the position where the negative land and the margin intersect is less likely to cause minute chipping on the outer peripheral portion of the cutting edge, and the early wear caused by the minute chipping is suppressed, thereby greatly extending the life.
  • the illustrated drill 1 is a two-blade twist drill.
  • the groove surface in the vicinity of the tip of the twisted groove 3 provided on the outer periphery of the main body 2 is a rake surface 4.
  • the cutting edge 6 is formed by the ridge line at the position where the rake face 4 and the flank 5 at the tip intersect, and the ridge line at the position where the groove face of the thinning portion 7 formed at the center of the tip of the main body 2 and the flank 5 intersect.
  • Reference numeral 8 denotes a margin
  • reference numeral 9 denotes a shank connected to the rear of the main body 2.
  • This drill 1 has a negative land 10 for reinforcing the cutting edge on the rake face 4.
  • the negative land 10 provided in the illustrated drill is inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to the axis of the drill in a negative direction (a direction opposite to the twist direction of the twist groove 3).
  • the heel angle ⁇ is set to about ⁇ 15 ° to ⁇ 35 ° in consideration of the balance between the sharpness of the cutting edge and the strengthening of the cutting edge.
  • the width w (see FIG. 4) of the negative land 10 when viewed perpendicular to the axis is set to about 0.03 mm to 0.15 mm.
  • This invention examined a measure for effectively suppressing wear and damage on the outer peripheral portion of the cutting edge. Then, it is effective to form the first ridge line RL1, the second ridge line RL2, and the fourth ridge line RL4 at a position where the three surfaces of the flank 5, the margin 8 and the negative land 10 intersect with each other in a convex curved surface in the longitudinal cross section. I found it. These ridge lines are rounded to form a convex curved surface.
  • the first ridge line RL1 is the ridge line at the position where the flank 5 and the negative land 10 intersect
  • the second ridge line RL2 is the ridge line at the position where the flank 5 and the margin 8 intersect
  • the fourth ridge line RL4 is the negative land 10 The ridgeline at the position where the margin 8 intersects.
  • the third ridge line RL3 at the position where the rake face 4 and the margin 8 intersect and the fifth ridge line RL5 at the position where the negative land 10 and the rake face 4 intersect also are the same as the first ridge line RL1, the second ridge line RL2, and the fourth ridge line RL4. May be rounded.
  • the fifth ridge line RL5 is also strengthened by the rounding process.
  • the curvature radius of the convex curved surface in the longitudinal cross section of each of the first ridge line RL1 to the fourth ridge line RL4 is preferably 0.01 mm or more.
  • the curvature radius of the convex curved surface of each ridge line is a ratio when the curvature radius of the first ridge line RL1 is 1, and the curvature radii of the second ridge line RL2 and the third ridge line RL3 are 0.8 to 1.5 times,
  • the radius of curvature of the fourth ridgeline RL4 should be 1.5 to 3.0 times.
  • the appropriate radius of curvature of the first ridge line RL1 is 0.015 mm to 0.035 mm.
  • the radius of curvature of the first ridgeline RL1 was more preferably 0.021 to 0.035 mm. By this range, minute chipping on the outer peripheral portion of the cutting edge is difficult to occur, early wear that triggers minute chipping is suppressed, and the life is greatly extended.
  • the first ridge line RL1 preferably has a larger curvature radius on the outer peripheral side than the curvature radius on the rotation center side. Decreasing the sharpness of the cutting edge can be suppressed by reducing the radius of curvature on the rotation center side. The effect of strengthening the corner C can be enhanced by increasing the radius of curvature on the outer peripheral side.
  • the radius of curvature of the second ridgeline RL2 was preferably 0.020 to 0.040 mm, and the radius of curvature of the fourth ridgeline RL4 was preferably 0.040 to 0.075 mm.
  • each ridge line between the negative land and the flank, between the negative land and the margin, and between the flank and the margin is rounded.
  • it is formed in a convex curved surface in the longitudinal cross section.
  • each ridge line was performed by inserting the tip of a drill into a powdered abrasive media and rotating the drill in this state to move in a direction perpendicular to the axis.
  • the third ridge line RL3 and the fifth ridge line RL5 are also convex curved surfaces with rounded longitudinal cross sections.
  • the curvature radii of the convex curved surfaces of the first ridge line RL1, the second ridge line RL2, and the fourth ridge line RL4 are about 0.025 mm for the first ridge line RL1, about 0.03 mm for the second ridge line RL2, and 0.060 mm for the fourth ridge line RL4. It is about.
  • TiAl coating film was formed on the surface of the drill by the PVD method after the edge-strengthening treatment.
  • This prototype drill and a comparative drill in which a negative land similar to the prototype drill is formed on the rake face and the ridgeline between the negativeland and the flank surface is rounded by honing (only the method of processing the ridgeline differs from the prototype drill) The workpiece was drilled under the following cutting conditions.
  • the wear point of the prototype drill is slightly separated from the corner C tip. This is because the corner C is also rounded by rounding the three ridgelines of the first ridgeline RL1, the second ridgeline RL2 and the fourth ridgeline RL4, and thereby the contact point of the outer edge of the cutting edge with respect to the work material retreats. Because.
  • the part where wrinkle wear has occurred is less likely to be chipped than the corner tip.
  • the spread of minute chipping is suppressed, and the progress of wear at the corner portion where the negative land, the flank surface, and the margin surface intersect each other is delayed as compared with the conventional product.
  • the drill used in the performance evaluation test is a two-blade coated twist drill having a hard coating on the surface.
  • the present invention is applicable to a drill without a hard coating, the number of blades is 3 or more.
  • the above drills and straight drills in which the chip discharge grooves are not twisted are also included.

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Abstract

すくい面にネガランドを備え、前記ネガランドと逃げ面、逃げ面とマージン、及び前記ネガランドと前記マージンが交差した各稜線が長手直角断面において凸曲面としたドリルであって、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を１としたとき、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を０．８～１．５倍、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を１．５～３．０倍にしたドリル。

Description

ドリル
  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 (7)

  1.   すくい面にネガランドを備え、前記ネガランドと逃げ面、逃げ面とマージン、及び前記ネガランドと前記マージンが交差した各稜線が長手直角断面において凸曲面としたドリルであって、
      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を１としたとき、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を０．８～１．５倍、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を１．５～３．０倍にしたドリル。
  2.   前記逃げ面と前記ネガランドが交差した位置の前記第１稜線の凸曲面の曲率半径が０．０１５ｍｍ～０．０３５ｍｍである請求項１に記載のドリル。
  3.   前記逃げ面と前記ネガランドが交差した位置の前記第１稜線の凸曲面の曲率半径が０．０２１ｍｍ～０．０３５ｍｍである請求項１に記載のドリル。
  4.   前記逃げ面と前記ネガランドが交差した位置の前記第１稜線の凸曲面は、回転中心側の曲率半径よりも外周側の曲率半径が大きくなっている請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のドリル。
  5.   前記ネガランドの軸直角視における幅が０．０３ｍｍ～０．１５ｍｍに設定された請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のドリル。
  6.   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た請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のドリル。
  7.   表面に耐摩耗性に優れる硬質被膜が施された請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のドリル。
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