JP6127341B2 - ３枚刃ツイストドリル - Google Patents

Description

この発明は、クロムモリブデン鋼のようなねばりのある金属の穴あけ加工において、加工精度と外周刃先の強度確保を両立させた３枚刃ツイストドリルに関する。

アルミニウム合金のような軟質材の穴あけ用工具として、３枚刃のツイストドリルが知られている。その３枚刃のドリルは、２枚刃ドリルに比べて刃数が多い分、１刃当りの切削分担量が小さく、精密加工に向くとされている。

その精密加工では、切れ味が重視される。そこで、フルート部切れ刃（これを本願では主切れ刃と言う）を回転方向に対して凹形に彎曲させることがなされている（下記特許文献１参照）。この発明で言う「回転方向に対して凹形」とは、回転方向後方に向って凹む形状である。

また、その特許文献１に開示されているドリルは、切れ刃のラジアルレーキが鋭くなってその刃の径方向外端部の強度が不足しがちになることから、凹形に彎曲させた主切れ刃の径方向外端にラジアルレーキを鈍らせる戻し加工を行って径方向外端部の強度低下を抑えることもなされている（下記特許文献２参照）。

特開平５−３０１１０８号公報 特開２０１２−５６０６９号公報

前掲の特許文献１のドリルは、フルートの溝面のほぼ全域を曲率半径のほぼ一定した面にしているため、被削材がねばりのあるＳＣＭ４１５などである場合、切屑の分断処理がうまくなされず、安定した切削性能を期待し難い。

また、フルート部切れ刃を凹形に彎曲させたドリルは、上述したように切れ刃の径方向外端部の強度が不足しがちになる。その強度不足の問題は、特許文献２のようなラジアルレーキの戻し加工によってある程度補うことができるが、ラジアルレーキを０°にすると加工精度が低下する。

このような事情から、３枚刃ツイストドリルにおいて切削の安定性と、加工精度と、切れ刃外端部の強度確保の要求を併せて満たすことは容易ではなかった。

この発明は、その問題を解決すること、即ち、３枚刃ツイストドリルについて、上記３つの要求を併せて満足させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、３枚刃ツイストドリルを以下の通りに構成した。
即ち、切れ刃が、回転中心側のシンニング部切れ刃とフルートの溝面に沿った主切れ刃とからなり、
前記主切れ刃は、前記シンニング部切れ刃の径方向外端に連なる第１の主切れ刃とその第１の主切れ刃の径方向外端からドリルの最外周部まで延びる第１の主切れ刃よりも小さな第２の主切れ刃を有し、
前記第１の主切れ刃と第２の主切れ刃は、それぞれがドリルの正面視においてドリルの回転方向後方に向って滑らかに凹んだ凹円弧形状を呈する構造にした。

この３枚刃ツイストドリルは、第１仮想線と第２仮想線がなす角度α（この発明ではこれを戻しレーキ角度と言う）を０°＜α≦２０°の条件が満たされるように設定すると好ましい。
ここに、第１仮想線：前記第１の主切れ刃と第２の主切れ刃の交点と切れ刃の外周端を結ぶ直線。
第２仮想線：前記第２の主切れ刃が前記第１仮想線からその第１仮想線に直角に交わる方向に最大に離反した点と前記切れ刃の外周端を結ぶ直線。

なお、上記戻しレーキ角度αは、ラジアルレーキを鋭くする方向への戻し角度を正の数値で表す。

第１の主切れ刃と第２の主切れ刃の交点は、その位置に生じるエッジを除去するものについては、エッジを除去する前の図面上の交点位置と考える。

また、この３枚刃ツイストドリルは、芯厚をドリル径Ｄの０．２５倍〜０．４倍程度に設定し、さらに、前記第１の主切れ刃が切れ刃の全体に占める割合を５５％〜７０％（０．５５Ｄ〜０．７Ｄ）の範囲に設定するのがよい。

このケースでの第２の主切れ刃が切れ刃の全体に占める割合は、芯厚を０．２５Ｄに、第１の主切れ刃が切れ刃の全体に占める割合を０．７Ｄに設定したとき、或いは、芯厚を０．４Ｄに、第１の主切れ刃が切れ刃の全体に占める割合を０．５５Ｄに設定したときには０．０５Ｄになる。

さらに、このケースでの第２の主切れ刃が切れ刃の全体に占める割合の最大値は、芯厚を０．２５Ｄに、第１の主切れ刃が切れ刃の全体に占める割合を０．５５Ｄに設定したときで、その割合は０．２０Ｄとなる。

この発明の３枚刃ツイストドリルは、主切れ刃を、各々がドリルの回転方向に対して凹形に彎曲した第１の主切れ刃と第２の主切れ刃で構成しており、第２の主切れ刃によって、切屑に分断を促進する歪が加えられる。このために、切屑の処理性能が高まって切屑が細かく分断されるようになり、加工時のスラストが低減されて切削の安定性が向上する。

また、凹円弧形状の第２の主切れ刃を設けたことで従来のレーキ戻し加工を行ったものに比べて切れ刃のラジアルレーキの鈍化が小さく抑えられ、これにより、良好な切れ味が確保されて加工精度も高まる。

さらに、第２の主切れ刃の設置によって、切れ刃の径方向外端部の強度低下が主切れ刃の全体を同一曲率で凹形に彎曲させたもの（レーキ戻し加工を行っていないもの）に比べて小さく抑えられ、切れ刃の径方向外端部の強度も確保される。

この発明の３枚刃ツイストドリルの一例を示す正面図 図１の一点鎖線枠部の拡大断面図 第１の主切れ刃と第２の主切れ刃の交点を除去したものに関する前記交点の定義の説明図 評価試験に用いたドリルによる切屑形状を示す図

以下、この発明の３枚刃ツイストドリルの実施の形態を添付図面の図１、図２に基づいて説明する。

例示の３枚刃ツイストドリル１は、芯厚Ｗが０．２５Ｄ〜０．４Ｄに設定され、さらに、ねじれ角が２０°〜３０°に設定されるいわゆる強ねじれのタイプにこの発明を適用したものである。図１の２は切れ刃、３はシンニング溝、４はフルート（ねじれ溝）、５は先端の逃げ面、６はクーラント供給用の油孔、７はランド、８はマージン、９はリーディングエッジである。

この３枚刃ツイストドリルの切れ刃２は、シンニング溝３の溝面と逃げ面５が交差した位置の稜線で形成されるシンニング部切れ刃２_−１と、フルートの溝面に沿った主切れ刃２_−２とからなる。

フルート４の溝面と逃げ面５が交差した位置の稜線で形成される主切れ刃２_−２は、シンニング部切れ刃２_−１の径方向外端から径方向途中まで延びる第１の主切れ刃ａと、その第１の主切れ刃ａに連ならせた第２の主切れ刃ｂとで構成されている。

第２の主切れ刃ｂは第１の主切れ刃ａよりも小さく、第１の主切れ刃ａの径方向外端からドリルの最外周部まで延びている。

また、その第１の主切れ刃ａと第２の主切れ刃ｂは、共にドリルの正面視（図１）においてドリルの回転方向後方に向って滑らかに凹んだ凹円弧形状を呈する。

第１の主切れ刃ａの凹円弧の半径Ｒ１は０．５Ｄ〜１．５Ｄ、より好ましくは０．７Ｄ〜１．２Ｄに設定され、第２の主切れ刃ｂの凹円弧の半径Ｒ２は０．８Ｄ〜１．２Ｄ、より好ましくは０．９Ｄ〜１．１Ｄに設定されている。

また、第１の主切れ刃ａが切れ刃の全体に占める割合は０．５５Ｄ〜０．７Ｄに、また、第２の主切れ刃ｂが切れ刃の全体に占める割合は０．０５Ｄ〜０．２０Ｄに設定されている。

さらに、図２に示した第１仮想線ＢＬ１と第２仮想線ＢＬ２がなす角度α（戻しレーキ角度）は、０°＜α≦２０°の条件が満たされるように設定されている。

ここで言う第１仮想線ＢＬ１は、第１の主切れ刃ａと第２の主切れ刃ｂの交点Ｘと切れ刃の外周端（第２の主切れ刃ｂの径方向外端）Ｙを結ぶ直線であり、また、第２仮想線ＢＬ２は、第２の主切れ刃ｂが第１仮想線ＢＬ１からその第１仮想線に対して直交方向に最大に離反した点Ｚと切れ刃の外周端Ｙを結ぶ直線である。

第１の主切れ刃ａと第２の主切れ刃ｂの交点Ｘは、図３に示すように、その位置に生じるエッジを除去するものについては、エッジを除去する前の図面上の交点位置（図中鎖線位置のＸ）と考える。

以下に、この発明の３枚刃ツイストドリルの実施例を挙げる。ドリル径Ｄ＝８．０ｍｍ（試料Ｉ）、１２．０ｍｍ（試料II）、１２．５ｍｍ（試料III）の各ドリルを試作した。ドリル材質はいずれも超硬合金である。

試料Ｉのドリルの寸法諸元を表１に、試料IIのドリルの寸法諸元を表２に、試料IIIのドリルの寸法諸元を表３にそれぞれ示す。各表に示した戻しレーキ角度αは、ラジアルレーキを鋭くする方向への戻しレーキ角度を正の数値で表し、ラジアルレーキを鈍くする方向への戻しレーキ角度を負の数値で表している。

負の戻しレーキ角度を有するものは、発明品ではなく、第２の主切れ刃がドリルの回転方向に対して凸円弧をなす。

各表における第２の主切れ刃の後退量は、図２の第１仮想線ＢＬ１からＺ点までの距離である。

試料Ｉ〜IIIの各ドリルは、いずれも第１の主切れ刃が切れ刃全体に占める割合が０．５５Ｄ〜０．７Ｄの範囲にある。

上記試料Ｉ〜IIIについて性能の評価試験を行った。評価試験の条件は以下の通り。
試料Ｉ・・・ 被削材 ：ＦＣ２５０
切削速度Ｖ：８０ｍ／ｍｉｎ
送り量ｆ ：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ
加工穴深さ：２４ｍｍ

試料II・・・ 被削材 ：ＳＣＭ４４０
切削速度Ｖ：１００ｍ／ｍｉｎ
送り量ｆ ：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
加工穴深さ：３０ｍｍ

試料III・・・被削材 ：ＳＣＭ４１５
切削速度Ｖ：８０ｍ／ｍｉｎ
送り量ｆ ：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
加工穴深さ：１５ｍｍ

試料Ｉについては、スラスト抵抗と穴の切り抜け側に生じる抜けバリの高さと３０ｍ加工後の外周摩耗の深さを調べた。また、試料IIについては、スラスト抵抗と３０ｍ加工後のマージン摩耗長さを調べ、試料IIIについては、スラスト抵抗と切屑形状を調べた。
この評価試験の結果を表１〜表３に併せて示す。

この評価試験の結果に、主切れ刃をドリルの回転方向に対して共に凹形の第１の主切れ刃とそれよりも小さい第２の主切れ刃で構成したこの発明の３枚刃ツイストドリル、中でも、レーキ戻し角αを０°度以上で最大で２０°までの範囲に設定したものは、切屑の処理性、切れ刃外端部の強度、スラスト抵抗、加工精度（バリ抑制）のいずれに関しても優れることが現われている。

１ ３枚刃ツイストドリル
２ 切れ刃
２_−１ シンニング部切れ刃
２_−２ 主切れ刃
ａ 第１の主切れ刃
ｂ 第２の主切れ刃
３ シンニング溝
４ フルート
５ 逃げ面
６ 油孔
７ ランド
８ マージン
９ リーディングエッジ
ＢＬ１ 第１仮想線
ＢＬ２ 第２仮想線
Ｘ 第１の主切れ刃と第２の主切れ刃の交点
Ｙ 切れ刃の外周端
Ｚ 第２の主切れ刃が第１仮想線からその第１仮想線に対して直交方向に最大に
離反した点
α 戻しレーキ角度
Ｗ 芯厚

Claims (2)

1. 切れ刃（２）が、回転中心側のシンニング部切れ刃（２−_１）とフルート（４）の溝面に沿った主切れ刃（２_−２）とからなり、前記主切れ刃（２_−２）は、前記シンニング部切れ刃の径方向外端に連なる第１の主切れ刃（ａ）とその第１の主切れ刃の径方向外端からドリルの最外周部まで延びる第１の主切れ刃よりも小さな第２の主切れ刃（ｂ）を有し、
   前記第１の主切れ刃（ａ）と第２の主切れ刃（ｂ）は、それぞれがドリルの正面視にお
   いてドリルの回転方向後方に向って滑らかに凹んだ凹円弧形状を呈し、
   第１仮想線（ＢＬ１）と第２仮想線（ＢＬ２）がなす角度αが、０°＜α≦２０°の条
   件が満たされるように設定され、さらに、前記第１の主切れ刃（ａ）の凹円弧の曲率半径（Ｒ１）がドリル径の０．５〜１．５倍であり、前記第２の主切れ刃（ｂ）の凹円弧の曲率半径（Ｒ２）がドリル径の０．８〜１．２倍である３枚刃ツイストドリル。
   ここに、第１仮想線：前記第１の主切れ刃と第２の主切れ刃の交点（Ｘ）と切れ刃の外
   周端（Ｙ）を結ぶ直線。
   第２仮想線：前記第２の主切れ刃が前記第１仮想線からその第１仮想線に直角
   に交わる方向に最大に離反した点（Ｚ）と前記切れ刃の外周端（Ｙ）を結ぶ直線。
2. 芯厚（Ｗ）をドリル径Ｄの０．２５倍〜０．４倍に設定し、さらに、前記第１の主切れ
   刃（ａ）が切れ刃（２）の全体に占める割合を０．５５Ｄ〜０．７Ｄの範囲に設定した請
   求項１に記載の３枚刃ツイストドリル。