JP3668011B2

JP3668011B2 - ドリルインサート及びこれを用いたスローアウェイドリル

Info

Publication number: JP3668011B2
Application number: JP27842698A
Authority: JP
Inventors: 義秀小島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2000107920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、穴加工用のドリルインサート及びこれを用いたスローアウェイドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
穴加工を行うドリル工具として、工具本体の先端部に相互の回転軌跡が交叉するように外径側の外刃インサートと内径側の内刃インサートが着脱自在に装着されたものが用いられてきた。
【０００３】
図５は、そのようなドリル工具に用いられる従来のドリルインサート１０と該ドリルインサート１０をドリル工具本体Ｔに装着した際の配置を示す。
【０００４】
このドリルインサート１０は多角形板状体であり、上面１１の稜辺部に切刃が形成されたものを示し、同図に示すように一本のスローアウェイドリルの工具本体Ｔに２個が、それぞれ外刃インサート１２、内刃インサート１３として、同一回転方向に上面１１、１１を向けて装着される。また、外刃インサート１２、内刃インサート１３に形成された切刃のうち底切刃１５となった切刃の回転軌跡が相交わり、且つ、工具本体Ｔの中心軸Ｔ１から側面Ｔ２までをカバーする。
【０００５】
図５（ｂ）には、上記ドリルインサート１０を装着したスローアウェイドリルにより切削加工を行った場合に上記外刃インサート１２と内刃インサート１３のそれぞれに発生するラジアル方向の荷重力の合成力Ｎを示し、図に示すように上記従来のドリルインサート１０では内刃インサート１３にかかるラジアル方向荷重が中心軸Ｔ１から内刃インサート１３の底切刃１５に沿って発生するのに対し、外刃インサート１２は外壁を切削するコーナーＲ部１４が受ける切削抵抗により、コーナーＲ部１４と工具本体Ｔの中心軸Ｔ１を結ぶ半径を基準として逆回転方向（＋の方向）に発生する。
【０００６】
この結果、上記ラジアル方向の荷重力の合成力Ｎは内刃インサート１３の側に向き、すなわち加工中に穴径が小さくなる方向にたわみ、ワークからドリル工具を抜く際、外刃インサート１２が穴壁と接触し、仕上げ面を傷付けると同時に、早送りで抜けば外刃インサート１２のコーナーＲ部１４が壁に強くあたり、他方、切削送りで抜けば接触回数が増え外刃インサート１２のコーナーＲ部１４の損傷が大きくなる恐れがあった。
【０００７】
そこで本発明者は、以前、図６に示すように外刃インサート７において底面を切削する切刃の隅角部に一対のコーナーＲ部４、５を有する突出部６を底面に対して突出させることにより、外刃インサート７と内刃インサート８の切削抵抗のバランスを調整し、ワークからドリル工具Ｔ（スローアウェイドリル）を抜く際に外刃インサート７と穴壁とが接触したりせず、良好な仕上げ面に加工することができるスローアウェイドリルを開発し、商品化した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記図６に示す従来技術は、通常のＬ／Ｄのホルダで非常に優秀な加工性能を示している。しかしながら、外刃の抵抗が内刃よりもかなり大きいのでＬ／Ｄを非常に大きくした場合に、内刃インサートが芯上がりになる方向にホルダが撓む傾向があり、それにより内刃インサート中心部の欠損や加工径減少によるホルダの損傷及びツールマークの発生等の恐れが生じた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明者は、鋭意研究を重ね、外刃インサートと内刃インサートにおいて穴底面を加工する切刃のすくい角およびランド幅を違えることにより外刃インサートと内刃インサートの切削抵抗のバランスを更に微調整し上記課題を有効に解決できることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、円柱状の工具本体の先端部に、すくい角を２０°〜３０°、且つランド幅を０．１ｍｍ以下として外径側底面を切削する第二切刃を備えてなる外刃インサートと、すくい角を５°〜１３°、且つランド幅を前記第二切刃のランド幅以上で０．２ｍｍ以下として内径側底面を切削する第一切刃を備えてなる内刃インサートとを、着脱自在に且つ双方の回転軌跡が交叉するよう装着したことを特徴とするスローアウェイドリルを提供せんとするものである。
【００１１】
また、本発明はこのようなスローアウェイドリルの内刃インサートとしても外刃インサートとしても用いることができるドリルインサートを提供せんとするものである。
【００１２】
【作用】
本発明のドリルインサートは、多角形の隅角部に一対のコーナーＲ部（４）（５）を有する突出部を形成したもので、このドリルインサートを工具本体の先端において、上記突出部が穴底側に向くように外径側の外刃インサートとして用いることによって、外刃インサートのラジアル荷重の方向が回転方向側（−の方向）に向き、これにより上記合成力方向は中心軸から外刃インサート側に向かう。
【００１３】
したがって、工具本体は外刃インサート側に撓むこととなり、その結果、加工径が大きくなる。したがって、スローアウェイドリルを加工穴から引く抜く際に、外刃インサートと穴壁とが接触することなくドリル工具をワークから抜くことができる。
【００１４】
特に本発明によれば、穴底面に対向する外刃インサートの使用切刃のすくい角を２０°〜３０°とし、且つ、ランド幅を０．１ｍｍ以下としたことにより外刃インサートの切削抵抗を減少させる方向に調整し、他方、穴底面に対向する内刃インサートの使用切刃のすくい角を５°〜１３°とするとともにランド幅を外刃インサート以上、且つ、０．２ｍｍ以下としたことにより外刃インサートの切削抵抗を増大させる方向に調整した。これにより、Ｌ／Ｄを非常に大きくした場合に、内刃インサートが芯上がりになる方向にホルダが撓む傾向を押さえる作用がある。
【００１５】
また、本発明のドリルインサートおよびこれを用いたスローアウェイドリルの別の作用として、穴底側に対向する外刃インサートの突出部を構成するコーナーＲ部のうち、内側のコーナーＲ部が穴底側からの切屑を分断するので、外刃インサート側の切屑が細い幅で形成されるが、前記コーナーＲ部の切刃に近接して形成された突起により、切屑の幅方向の断面形状が湾曲して形成される。その結果、幅が細くても、切屑が短めに切断されるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態によるドリルインサート１を示し、このドリルインサート１は多角形をなし、上面２の稜辺部に切刃が形成され、これら切刃のうちインサートの中心軸に対して点対称関係にある２辺が第一切刃３としてへの字状に形成され、また残る二辺が第二切刃であり、それぞれ一方端、すなわち多角形の隅角部の位置には、一対のコーナーＲ部４，５が形成され外方に若干突き出た突出部６が形成されている。
【００１８】
なお、ここでコーナーＲ部４，５とは、曲線部分に連続する直線がなす角が直角に近く、６０°〜１０５°の範囲のものを言う。
【００１９】
また、上面２の稜辺部の切刃に沿って、Ｒ溝状の全周ブレーカ溝１０がランド１１の内側に形成されるが、前記第一切刃と第二切刃ですくい角およびランド幅を違えている。すなわち、図２（ｂ）に示すように第二切刃９についてはすくい角α２を２０°〜３０°とし、且つ、ランド幅Ｗ２を０．１ｍｍ以下とした。他方、同図（ａ）に示すように第一切刃３についてはすくい角α１を５°〜１３°とするとともにランド幅Ｗ１を第二切刃９のランド幅Ｗ２以上とした。
【００２０】
次に、図３および図４は、上記ドリルインサート１を装着した本実施形態のスローアウェイドリルＴにおけるインサートの配置を示す。図３は側面Ｔ２側から見た透視配置図、そして図４はホルダの底面側から見た配置図である。なお、図３中、点線で示す外刃インサート７は、外刃インサート７の軌跡と内刃インサート８の軌跡の関係を示すためのもので、実線で表す外刃インサート７が１８０°回転した位置で示している。
【００２１】
これらの図に示すように、同一形状の２個のドリルインサート１を外刃インサート７と内刃インサート８として一本のホルダに装着し、両者の上面２を同一回転方向に向けて装着する。すなわち、図４のように外刃インサート７の上面２と内刃インサート８の上面２は１８０°反対方向に向いた状態となっている。そして、底切刃９の回転軌跡が交わり且つスローアウェイドリルＴのホルダの中心軸Ｔ１から側面Ｔ２までをカバーするように設置される。
【００２２】
その際、上記外刃インサート７としては、第一切刃３を側面Ｔ２側とし且つ第二切刃をその上記突出部６が穴底外端側となるように装着し、他方内刃インサート８としては、第一切刃３を穴底側に向けて装着する。
【００２３】
図４中、直線矢印は、上記上刃インサート７および内刃インサート８として設置された前記ドリルインサート１につき、切削加工中に外刃インサート７にかかるラジアル荷重力と内刃インサート８にかかるラジアル荷重力の和としての合成力の方向（合成力方向Ｎ）を示し、同図に示すように該合成力は中心軸Ｔ１から外刃インサート７の上面２を基準として回転反対方向側（＋の方向）に発生する。
【００２４】
前述のように構成されるスローアウェイドリルＴは、一対のコーナーＲ部４，５を有する突出部６を外刃インサート７の穴底外端側に配設することにより、外刃インサート７のラジアル荷重の方向が回転方向側（−の方向）に向き、これにより上記合成力方向Ｎは中心軸Ｔ１から外刃インサート７側に向かう。したがって、スローアウェイドリルＴのホルダは外刃インサート７側に撓むこととなり、その結果、外刃インサート７と穴壁とが接触することなくスローアウェイドリルＴをワークから抜くことができる。
【００２５】
さらに、上記スローアウェイドリルＴによれば、外刃インサート７と内刃インサート８において穴底面を加工する切刃（第二切刃、第一切刃）のすくい角およびランド幅を違えることにより外刃インサート７と内刃インサート８の切削抵抗のバランスを更に微調整しており、Ｌ／Ｄを非常に大きくした場合に、内刃インサート８が芯上がりになる方向にホルダが撓む傾向を押さえるよう構成されている。
【００２６】
すなわち、穴底面に対向する外刃インサート７の使用切刃（第二切刃９）のすくい角α２を２０°〜３０°とし、且つ、ランド幅Ｗ２を０．１ｍｍ以下としたことにより外刃インサート７の切削抵抗を減少させる方向に調整し、他方、穴底面に対向する内刃インサート８の使用切刃（第一切刃３）のすくい角α１を５°〜１３°とするとともにランド幅Ｗ１を外刃インサート７以上、且つ、０．２ｍｍ以下としたことにより外刃インサート７の切削抵抗を増大させる方向に調整した。これにより、Ｌ／Ｄを非常に大きくした場合に、内刃インサート８が芯上がりになる方向にホルダが撓む傾向を押さるためである。
【００２７】
また、本発明のスローアウェイドリルＴの別の作用として、穴底側に対向する外刃インサート７の突出部６を構成するコーナーＲ部４，５のうち、第一切刃とは連続していない内側のコーナーＲ部５が穴底側からの切屑を巾細に分断する。
【００２８】
なお、上記外刃インサート７の使用切刃（第二切刃９）のすくい角α２が２０°未満の場合、外刃インサート７の切削抵抗を減少せしめる効果が不足し、他方、３０°を越えると刃先強度不足となる恐れがある。
【００２９】
また、内刃インサート８の使用切刃（第一切刃３）のすくい角α１が５°未満の場合、切削抵抗が増大する、切れ味が悪くなり溶着を起こしやすくなる等の問題がある。
【００３０】
上記外刃インサート７の使用切刃（第二切刃９）のランド幅Ｗ２が０．１ｍｍより大きい場合、外刃インサート７の切削抵抗を減少せしめる効果が不足し、他方、内刃インサート８の使用切刃（第一切刃３）のランド幅Ｗ１が０．２ｍｍより大きい場合、切削抵抗が増大する、切れ味が悪くなり溶着を起こしやすくなる等の問題がある。さらに、外刃インサート７の使用切刃（第二切刃９）のランド幅Ｗ２が内刃インサート８の使用切刃（第一切刃３）のランド幅Ｗ１より大きい場合、外刃インサート７の切削抵抗を減少せしめる効果が不足してしまう。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を図により例示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、発明の目的を逸脱しない限り、任意の形態とすることができる。例えば、ドリルインサート１の概略形状として四角形以外の多角形状のものであっても良く、また、外刃インサートと内刃インサートの形状を異なるものとしても構わない。
【００３２】
【実験例】
以下、本発明の実験例を説明する。
【００３３】
図１のドリルインサート１を用いた図３のスローアウェイドリルＴについて、ドリルインサート１の第一切刃と第二切刃のすくい角及びランド幅を表１に示すように設定し、それぞれ以下の条件で切削加工を行った。
【００３４】
【表１】

【００３５】

そして、穴壁面にツールマークが発生するかどうか並びに穴底面にヘソマークが発生するかどうかを観察した。なお一般的に、内刃インサートが芯高となっている場合にヘソマークは付かず、これに対して、適性芯高さの場合にヘソマークは発生する。したがって、表中、ツールマークが無い場合を○記号、有る場合を×記号にするのに対して、ヘソマークが有る場合を○記号、無い場合を×記号として印す。この実験結果を表１にまとめた。
【００３６】
表１から明らかなように、試料番号１は第一切刃のすくい角が過大で、第二切刃のすくい角が過少であり、そのため、内刃が芯高となりツールマークも発生してしまった。
【００３７】
試料番号２は、第二切刃のすくい角が過少であり、そのため、内刃インサートが芯高となりツールマークも発生してしまった。
【００３８】
試料番号７は、ツールマークが発生しなかったが内刃インサートの切屑処理が悪く、切削抵抗が増大していた。なお、ツールマークは付いていたが、第一切刃のランド幅が過大であったためそのマークサイズが過大であった。
【００３９】
試料番号８は、第一切刃のランド幅が過大でヘソマークが発生しなかった。他方、ツールマークも発生しなかったが切削抵抗が増大していた。
【００４０】
試料番号９は、第二切刃のすくい角が過大であり、第二切刃にチッピングが発生してしまった。
【００４１】
試料番号１０は、ツールマークが発生しなかったが内刃インサートの切屑処理が悪く、切削抵抗が増大していた。なお、ツールマークは付いていたが、第一切刃のすくい角が過少であったためそのマークサイズが過大であった。
【００４２】
これに対して本発明の範囲内である試料番号３、４、５、６はいずれも良好な結果となった。
【００４３】
【発明の効果】
叙上のように本発明は、内刃インサート、外刃インサートのラジアル荷重の合成力の方向が、工具本体の中心軸から外刃インサート側になり、これによりワークからドリル工具を抜く際に外刃インサートと穴壁とが接触したりせず、良好な仕上げ面に加工することができるという優れた効果を奏し、特に外刃インサートと内刃インサートにおいて穴底面を加工する切刃のすくい角およびランド幅を違えることにより外刃インサートと内刃インサートの切削抵抗のバランスを更に微調整したので、Ｌ／Ｄを非常に大きくした場合でも、内刃インサートが芯上がりになる方向にホルダが撓む傾向を押さえ、良好な仕上げ面に加工する。
【００４４】
さらに、切屑を巾細且つ短めに切断するので、最適な切屑処理が達成するという効果を併せ持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のドリルインサートの平面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はともに図１のドリルインサートの部分断面図であり、（ａ）はＣーＣ線断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のドリルインサートをホルダーに装着した本実施形態のスローアウェイドリルにおけるインサートの側面配置図である。
【図４】図３のスローアウェイドリルにおけるインサートの底面配置図である。
【図５】従来のドリルインサートおよびスローアウェイドリルの構成を示すの形状と配置を示す図であり、（ａ）はスローアウェイドリルのドリルインサートのみの側面配置図、（ｂ）は底面配置図である。
【図６】従来の別スローアウェイドリルにおけるインサートの側面配置図である。
【符号の説明】
１ドリルインサート
２上面
３第一切刃
４、５コーナーＲ部
６突出部
７外刃インサート
８内刃インサート
９第二切刃
１０全周ブレーカー溝
１１ランド
Ｔスローアウェイドリル
Ｔ１中心軸
Ｔ２側面
Ｎ合成力方向

Claims

多角形状をした板状体の稜辺部に内刃インサートとして用いる場合のための内径側底面を切削する第一切刃と該第一切刃に隣接するとともに上記多角形の隅角部に一対のコーナーＲ部（４）（５）を有する突出部を備え外刃インサートとして用いる場合のための外径側底面を切削する第二切刃とを設けてなるドリルインサートにおいて、前記第二切刃のすくい角を２０°〜３０°、且つランド幅を０．１ｍｍ以下とするとともに、前記第一切刃のすくい角を５°〜１３°、且つランド幅を前記第二切刃のランド幅以上で０．２ｍｍ以下としたことを特徴とするドリルインサート。
円柱状の工具本体の先端部に、すくい角を２０°〜３０°、且つランド幅を０．１ｍｍ以下として外径側底面を切削する第二切刃を備えてなる外刃インサートと、すくい角を５°〜１３°、且つランド幅を前記第二切刃のランド幅以上で０．２ｍｍ以下として内径側底面を切削する第一切刃を備えてなる内刃インサートとを、着脱自在に且つ双方の回転軌跡が交叉するよう装着したスローアウェイドリル。