(57)【要約】【課題】鋳鉄の穴明け加工において、ドリルに発生する熱的応力を大きく低減することで、ドリルの長寿命化ができ、または高い切削速度での高能率な加工ができ、さらには環境への負荷が少ないドライ加工やセミドライ加工を行うことのできる鋳鉄加工用ドリルを提供する。【解決手段】外周コーナーに面取り刃を有するドリルであって、すくい面側から見た前記面取りの形状は、前記面取り刃の幅がドリル直径の０．０６倍以上０．１５倍以下であり、前記面取り刃の前記ドリルの回転軸心に対する角度が３５°以上５５°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリル。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周コーナーに面取り刃を有するドリルであって、すくい面側から見た前記面取りの形状は、前記面取り刃の幅がドリル直径の０．０６倍以上０．１５倍以下であり、前記面取り刃の前記ドリルの回転軸心に対する角度が３５°以上５５°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリル。
【請求項２】
外周コーナーに面取り刃を有するドリルであって、前記面取り刃の長さが、前記ドリル直径の０．０７倍以上０．２６倍以下であり、前記面取り刃の前記ドリルの回転軸心に対する角度が３５°以上５５°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリル。
【請求項３】
請求項１記載のドリルにおいて、前記面取り刃の逃げ角が８°以上１２°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は鋳鉄の穴明け加工に適した鋳鉄加工用ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】  鋳鉄を用いる自動車部品をはじめとする構造材は、バーミキュラ黒鉛鋳鉄（ＧＧＶ）、オーステンパした可鍛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）など、燃料の使用量削減を目的とした軽量化のための薄肉化や、構造材の高強度化のために、より高い強度と耐摩耗性の大きい方向へと進んでいる。鋳鉄の加工を行う超硬ドリルは鋳鉄専用のものは少なく、鋼加工用超硬ドリルを用いるのが一般的であるが、鋳鉄用または鋳造材切削用のドリルとして下記のような提案がある。【０００３】  特許文献１は、鋳鉄用超硬合金ドリルに関し、一般の鋼加工用に用いられる超硬素材よりも高い耐摩耗性を有する超硬素材を使用することで不足する刃先強度を補い、切れ刃の外周コーナーの欠けを防止するための切れ刃の形状を提案している。【０００４】  また、特許文献２は、硬質材用ドリルであって、切れ刃が切削角部を起点とし軸心方向にチゼルエッジまで連続して凸状として、切削角部より先は補助切削刃とすることで主切削刃を長くし、切削角部は鈍角とするので、特に外周領域内での切れ刃への負荷が低減するとしている。【０００５】  特許文献３は、先端切れ刃を凸状とし、且つ、該凸状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に対して、先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側に設け、先端刃と外周の繋ぎ部を面取り状の面としたことを特徴とする高硬度材穴明け用ドリルが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１０３７３８
【特許文献２】特表２００６−５２５１２７
【特許文献３】特開２００１−３４１０２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  最近の鋳鉄は、より高い強度と耐摩耗性を有する傾向にあることから、切削工具の対策は、この特性に対処する手段が主体である。例えば、前記の特許文献１では、超硬製ドリルの切れ刃逃げ面とマージン面との境界部に極小面取り刃を設け、切れ刃の前縁にはホーニングを設けることで、刃先強度の向上が図れるとしている。また、特許文献２では、切れ刃を凸状に曲線を描く主切削刃と工具外周側の補助切削刃に分けた形状として、その繋ぎ目である切削角部を十分な鈍角として主切削刃を長くし、外周領域内の切削を低減することを提案している。特許文献１および２の提案はいずれも切削刃または外周の切削角部での大きな負荷を低減して、刃先のチッピングまたは機械的摩耗を低減することが主体である。
また特許文献３では、先端刃と外周の繋ぎ部分に２０度〜６０度の面取り状の面を設けることで、貫通穴の切削に際して、被加工物の微小な欠けやバリを抑えることを提案しており、貫通穴における切れ刃の耐欠損性を高めている。
しかし、本発明者の検討結果によると、鋳鉄は硬い相（パーライト、マルテンサイト、炭化物など）を多く含むため、これらの穴明け加工では、硬い相と切れ刃との擦過により大量の切削熱が発生して工具寿命が劣化するという発熱による工具劣化の問題が生じていることが明らかになってきた。
この発熱の問題の背景には、近年、製造物の加工コストを削減するために切削速度の高速化が進むとともに、環境への負荷を軽減するために切削油剤の使用量を削減できるドライ加工およびエアーとミスト状の油や低温のエアーを供給するセミドライ加工が普及しつつあるという事情もある。切削熱の発生の観点から見ると、高速切削や切削油剤の使用量の削減は、より工具の切れ刃に大量の切削熱を発生させる方向へ移行しているといえる。これら、鋳鉄の切削加工を取り巻く環境の変化により、工具の切れ刃は過酷な環境で加工を行うことになるが、特にドリルの場合には、最も切削速度の速い切れ刃の外周コーナーが高温にさらされ、熱による工具の摩耗が著しく進行することになり、面取り刃における逃げ面最大摩耗幅は外周側に大きく発生していた。【０００７】  従来のドリルの例では、面取り刃やホーニングで刃先強度を向上させることや、切れ刃の形状の工夫で刃先の機械的応力の負荷を減らす提案はなされているものの、本発明のように鋳鉄用ドリル切れ刃の外周コーナーの発熱現象に主に着目して面取り刃の逃げ面摩耗形態についての工具形状を検討している例はない。本発明は、最近の新しい鋳鉄の使い方、ドリルによる高速切削の傾向に鑑み、高い強度をもつ鋳鉄の穴加工において、ドリルの外周コーナーで発生する切削熱を分散および軽減することにより、切削熱により面取り刃の外周側に発生する逃げ面摩耗を面取り刃全体に均一に発生をさせることで、面取り刃の逃げ面最大摩耗幅が小さくなる工具形状を検討した結果として生まれたものである。
本発明はドリルに発生する熱的応力を大きく低減することで、ドリルの長寿命化ができ、または高い切削速度での高能率な加工ができ、さらには環境への負荷が少ないドライ加工やセミドライ加工を行うことのできる鋳鉄加工用ドリルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は鋳鉄の切削加工に特化した発明であり、その第１の発明は、外周コーナーに面取り刃を有するドリルであって、すくい面側から見た前記面取り刃の形状は、前記面取り刃の幅がドリル直径の０．０６倍以上ないし０．１５倍以下、前記面取り刃の前記ドリルの回転軸心に対する角度が３５°以上５５°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリルである。【０００９】  本発明の第２の発明は、外周コーナーに面取り刃を有するドリルであって、前記面取り刃の長さが、前記ドリル直径の０．０７倍以上０．２６倍以下であり、前記面取り刃の前記ドリルの回転軸心に対する角度が３５°以上５５°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリルである。【００１０】  本発明の第３の発明は、切れ刃の外周コーナーに面取り刃を有するドリルであって、前記面取り刃の形状は、前記面取り刃の幅がドリル直径の０．０６倍以上０．１５倍以下、前記面取り刃の前記ドリルの回転軸心に対する角度が３５°以上５５°以下、前記面取り刃の逃げ角が８°以上１２°以下であることを特徴とする鋳鉄加工用ドリルである。
【発明の効果】
【００１１】  本発明の新しい形状のドリルを使用することによって、高い強度や硬さの大きい鋳鉄のドリルによる穴加工において、ドリルの外周コーナー付近で発生する切削熱を分散及び軽減させることができる。本発明の鋳鉄加工用ドリルは、特に外周コーナーに面取り刃を有するドリルの面取り刃の逃げ面摩耗を抑制することで、ドリルの長寿命化、または高い切削速度での高能率な加工を可能にする。さらに、切削油などを使用しないドライ切削や、ミスト状の油とエアーを供給するセミドライ切削で穴加工が容易にできるので、環境にやさしい切削工具を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  前述したように、本発明は特に鋳鉄を対象としたドリルの外周コーナーに発生する切削熱をいかに分散し放出させるかの課題に対して検討を行った成果から生まれたものである。本発明者は、いろいろなドリルの形状と切れ刃の摩耗の測定を繰り返し、ドリルの外周コーナーに面取り刃を設けることで、切削速度が速くなり、切削熱の発生が激しい部分での切れ刃長さを長くすることが切削熱の分散に有効であることを見出した。面取り刃の最適な大きさと形状け切削試験と面取り刃の逃げ面摩耗状況の観察から決定した。【００１３】  本発明の一例として図１〜４を用いて説明する。図１は本発明の正面図、図２は本発明の先端切れ刃の側面図、図３は本発明のマージン１７方向から見た先端切れ刃の正面図、図４は本発明のすくい面１９方向から見た先端切れ刃の正面図を示す。図１に示すように、本発明は、切れ刃１８、ボデー１６、シャンク１５を有し、ボデー１５には切りくずを排出するための２条の溝６が設けられている。溝６は１条、あるいは２条より多くても良く、直線状でもよい。また、図５は本発明の他の一例である先端切れ刃が３枚の場合の側面図を示す。図５に本発明の面取り刃の特徴を図示するように、本発明のドリルの切れ刃は３枚以上でも良い。また、切れ刃１８は図２に示すように直線状だけではなく、ドリル回転方向に凸曲線状または凹曲線状でも良い。【００１４】  図１〜５に示すように外周コーナー１０には面取り刃１１が設けられている。面取り刃１１の形状は、図２に示すように、面取り刃の幅１２をドリル直径の０．０６倍以上０．１５倍以下に設ける。面取り刃の幅１２は次のように定義される。図２および図５に示すドリルの側面視を平面に投影した状態で、回転軸心２８と外周コーナー１０を通る直線２５を引く。この直線２５と垂直で、面取り刃の切れ刃２２と切れ刃１８の境界（交点）を通る直線２６を引く。直線２６と平行であり外周コーナー１０を通る直線２７を引く。この直線２６と直線２７の幅が面取り刃の幅１２である。適正な面取り刃の幅１２により、切削速度が速く切削熱の発生が激しい外周コーナー付近の面取り刃の切れ刃２２が長くなるため、切削熱が分散され急激な摩耗の進行を抑制することができる。面取り刃の幅１２が直径の０．０６倍未満の場合、切削速度が速い切れ刃の領域の切削熱を十分に分散できないため、面取り刃の幅１２が小さいほど摩耗が急激に進行して工具寿命が短くなる。面取り刃の幅１２が工具直径の０．１５倍を超えると面取り刃の切れ刃２２が長くなりすぎるため、切削抵抗が増大することで、加工中に振動が発生し、切れ刃のチッピングにより安定して加工を行うことができない。【００１５】  図４に示す、面取り刃のドリルの回転軸心に対する角度１３（以下、面取り刃の角度ともいう）は３５°〜５５°が望ましく、４０°〜５０°の範囲がより好ましい。
本発明の面取り刃の回転軸心に対する角度１３は次のように定義される。図３に示す本発明のマージン方向から見た先端切れ刃の正面図の状態で、ドリル１を切削回転方向と反対方向へ９０°回転させた状態が、図４である。すなわち、すくい面１９方向から見た先端切れ刃の正面図を示す。図４に示すドリルの正面視を平面に投影した状態で、面取り刃の切れ刃２２と切れ刃１８の境界と、外周コーナー１０を通る直線２９を引く。直線２９と回転軸心２８とのなす角度が面取り刃の角度１３である。
前記面取り刃の角度１３が３５°未満の場合、切れ刃１８の逃げ面２０と面取り刃１１とのなす角度が小さくなるため、面取り刃１１の先端側での摩耗の進行が早まり、工具寿命が低下する。また、面取り刃の角度１３が５５°を超える場合、十分な面取り刃の長さ２３を設けることができず、切削熱を分散することができないため、面取り刃の外周側での摩耗の急速な進行により工具寿命が低下する。【００１６】  図４に示すように、切れ刃１８と面取り刃の切れ刃２２の境界から、外周コーナー１０までの長さを面取り刃の長さ２３とする。面取り刃の長さ２３は、ドリル直径３の０．０７倍以上から０．２７倍以下の範囲が望ましい。面取り刃の長さ２３がドリル直径２３の０．０７倍未満の場合、切削速度が速い面取り刃の切れ刃２２の切削熱を十分に分散できないため、面取り刃の摩耗が急激に進行して工具寿命が短くなる。また、面取り刃の長さ２３がドリル直径３の０．２７倍を超える場合、面取り刃の切れ刃２２が長くなりすぎるため、切削抵抗が増大することで加工中に振動が発生し、切れ刃のチッピングも発生しやすく安定して加工を行うことができない。【００１７】  図３に示す、面取り刃の逃げ角１４は８°以上１２°以下に設けるとよい。これにより、切削中に被削材と逃げ面が接触する面積が小さくなることで、大量に発生する熱を抑制することができ、外周コーナー１０で発生する熱を面取り刃１１の切れ刃に十分に分散することができる。
面取り刃の逃げ角１４が８°未満の場合、被削材と逃げ面が接触する面積を十分に小さくすることができず、面取り刃１１を設けても切削熱を分散しきれず、工具寿命の低下をまねく。面取り刃の逃げ角１４が１５°を超える場合、切削中の被削材と逃げ面の接触する面積は小さくなり、切削熱の発生を抑えることができるが、熱が集中しやすく摩耗の進行が早まり、また、切れ刃の強度が不足するためにチッピングの発生もしやすく、切削寿命が低下する。以下、本発明を、実施例に基づき具体的に説明する。
【実施例】
【００１８】  （実施例１）
本発明例、比較例として、工具本体を通してクーラントを供給するためのオイルホールを有し、ドリル直径を６．０ｍｍ、全長を１００ｍｍ、溝長を５０ｍｍ、溝のねじれ角を３０°、心厚を１．５ｍｍ、シャンク径を６．０ｍｍ、先端角を１４０°に設けたドリルにおいて、ドリルの外周コーナーに設けた面取り刃の幅、面取り刃の角度、面取り刃の逃げ角について、表１に示すものを種々作成した。比較例１７は面取り刃を設けていないドリル、すなわち一般的な鋼の切削に用いられる汎用の形状のドリルである。ドリルの母材はいずれもＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ量は１２ｗ％の超微粒子超硬合金とし、ＡｌＣｒＮ膜を被覆した。試験条件は、被削材にＦＣＤ７００の長方形のブロック材を用意し穴加工を行った。そして、横型マシニングセンターにて、切削条件を回転数６４００ｍｉｎ−１（切削速度約１２０ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たり送り量０．２４ｍｍ／回転、穴明け深さ２４ｍｍ（ドリル径の４倍）の止まり穴の加工を行った。クーラントは、ミスト状の油をオイルホールに通して供給した。
評価方法として、加工穴数が１０００穴および１５００穴加工後の面取り刃の逃げ面最大摩耗幅（以下、最大摩耗幅と称す。）を光学顕微鏡で１００倍に拡大して測定し、評価を行った。切削途中で欠けが発生した場合は、その時点で加工を中止とし穴数を記入した。結果を表１に示す。【００１９】
【表１】
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【００２０】  その結果、本発明例１〜１２は全て１５００穴まで加工でき、最大摩耗幅も０．２ｍｍ以下と良好であった。本発明のドリルであれば、外周コーナーで大量の熱が発生するミスト状の油を用いたセミドライ加工において、本発明のドリルは面取り刃の効果により切削熱が十分に分散され工具寿命は良好であった。特に、面取り刃の角度が４０°〜５０°に設けた、本発明例２および本発明例６、７は、１５００穴加工での最大摩耗幅が０．１２ｍｍ以下と良好であった。【００２１】  表１の本発明例１１、１２は、面取り刃の幅、面取り刃の角度は本発明の範囲内であるものの、切削結果は本発明例９、１０と比較して、面取り刃の外周側へ最大摩耗幅が大きくなった。従って、面取り刃の逃げ角の範囲は８〜１２°が望ましい。
比較例１３は、前記特許文献１に記載されるドリルに設けられた極小面取り刃、すなわち本発明である面取り刃の幅の意味に相当する値を評価したものである。
面取り刃の幅の影響を確認するために行った、面取り刃の幅をドリル直径の０．０５倍、すなわち０．３ｍｍに設けた比較例１３は、１４２７穴加工を行ったところで、外周コーナーに欠けが発生していた。その原因は、比較例１３は面取り刃の幅が狭く、切削熱が十分に分散されなかったためと考えられる。比較例１４は、本発明例１〜４と比較して最大摩耗幅が大きくなった。これは面取り刃の幅が広すぎ、面取り刃の切れ刃が長くなり、切削抵抗の増大したためと推察される。従って、面取り刃の幅の範囲は、他の本発明例も含めて評価するとドリル直径３の０．０６〜０．１５倍が望ましい。
面取り刃の角度の影響を確認するために行った、比較例１５、１６は、最大摩耗幅が０．２ｍｍを超えていた。比較例１５は、切れ刃の逃げ面と面取り刃とのなす角度が小さくなるため、面取り刃の先端側での最大摩耗幅が０．３２ｍｍと０．２ｍｍを超え大きくなった。比較例１６は、十分な面取り刃の長さを設けることができず、切削熱を分散することができないため、面取り刃の外周側での最大摩耗幅が０．３４ｍｍと０．２ｍｍを超えて大きくなった。この原因は、面取り刃の角度が不適切なためと考えられる。また、面取り刃を設けていない、一般的な鋼用とした汎用の形状のドリルである従来例１７は８６２穴の加工を行ったところで、外周コーナーに欠けが発生した。【００２２】  （実施例２）
次に、本発明例、比較例として、実施例１と同じ仕様で、ドリルの溝長を１４０ｍｍ、面取り刃の長さと面取り刃の角度を表２に示すものを種々作成した。
試験条件は、被削材にＦＣＤ７００の長方形のブロック材を用意し穴加工を行った。そして、横型マシニングセンターにて、切削条件を回転数４２００ｍｉｎ−１（切削速度約８０ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たり送り量０．２４ｍｍ／回転、穴明け深さ１２０ｍｍ（ドリル径の２０倍）の止まり穴の加工を行った。クーラントは、ミスト状の油をオイルホールに通して供給した。
評価方法は、実施例１と同様の方法で、２００穴加工後の最大摩耗幅を光学顕微鏡で１００倍に拡大して測定し、評価を行った。結果を表２に示す。【００２３】
【表２】
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【００２４】その結果、本発明例１８〜２９は全て２００穴まで加工でき、最大摩耗幅も０．２ｍｍ以下と良好であった。これは、外周コーナーで大量の熱が発生するミスト状の油を用いたセミドライ加工であり、さらに、連続して切削を行う時間が長くなるためより長時間、切れ刃が高温にさらされる深穴加工においても、面取り刃の効果により切削熱が十分に分散されるため、工具寿命は良好であったと考えられる。特に、面取り刃の長さを、ドリル直径の０．１５倍と０．２倍に設けた、本発明例１９および本発明例２０は、２００穴加工での最大摩耗幅が０．１５ｍｍ以下と良好であった。【００２５】比較例３０は、１８１穴の加工を行ったところで、外周コーナーに欠けが発生していた。これは、面取り刃の長さが短すぎるため、切削熱が十分に分散されなかったためと考えられる。
比較例３１は、最大摩耗幅が０．２ｍｍを超えて実用性能として不十分であった。これは面取り刃の切れ刃が長くなりすぎ、切削抵抗が増大し、振動が発生したため面取り刃の先端側に最大摩耗幅が発生したと推察される。
比較例３２は、面取り刃の外周側に０．２ｍｍを超えて最大摩耗幅が発生していた。これは、切れ刃の逃げ面と面取り刃とのなす角度が小さくなるため、面取り刃の先端側での最大摩耗幅が０．２９ｍｍと０．２ｍｍを超え大きくなった
比較例３３は、１６８穴の加工を行ったところで、外周コーナー付近に欠けが発生していた。これは、回転軸心に対する面取り刃の角度が小さく、面取り刃の外周側の長さが短いため、面取り刃の外周側の切削熱を十分に分散しきれなかったためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の正面図を示す。
【図２】図２は、本発明の先端切れ刃の側面図を示す。
【図３】図３は、本発明のマージン方向から見た先端切れ刃の正面図を示す。
【図４】図４は、本発明のすくい面１９方向から見た先端切れ刃の正面図を示す。
【図５】図５は、本発明の他の一例である先端切れ刃が３枚の場合の側面図を示す。
【符号の説明】
【００２７】１  ドリル
２  オイルホール
３  ドリル直径
４  全長
５  溝長
６  溝
７  ねじれ角
８  心厚
９  シャンク径
１０  外周コーナー
１１  面取り刃
１２  面取り刃の幅
１３  面取り刃の角度
１４  面取り刃の逃げ角
１５  シャンク
１６  ボデー
１７  マージン
１８  切れ刃
１９  すくい面
２０  逃げ面
２１  シンニング切れ刃
２２  面取り刃の切れ刃
２３  面取り刃の長さ
２４  先端角
２５  回転軸心と外周コーナーを通る直線
２６  回転軸心と外周コーナーを通る直線に垂直で、面取り刃と切れ刃の境界を通る直線
２７  回転軸心と外周コーナーを通る直線に垂直で、面取り刃と切れ刃の境界を通る直線と平行であり、外周コーナーを通る直線
２８  回転軸心
２９  面取り刃と切れ刃の境界と外周コーナーを通る直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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