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WO2010038279A1 - ドリル - Google Patents

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Publication number
WO2010038279A1
WO2010038279A1 PCT/JP2008/067773 JP2008067773W WO2010038279A1 WO 2010038279 A1 WO2010038279 A1 WO 2010038279A1 JP 2008067773 W JP2008067773 W JP 2008067773W WO 2010038279 A1 WO2010038279 A1 WO 2010038279A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drill
range
cutting edge
main cutting
axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/067773
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
典宏 桝田
Original Assignee
オーエスジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オーエスジー株式会社 filed Critical オーエスジー株式会社
Priority to CN200880131329.4A priority Critical patent/CN102170989A/zh
Priority to JP2010531673A priority patent/JPWO2010038279A1/ja
Priority to PCT/JP2008/067773 priority patent/WO2010038279A1/ja
Priority to US13/119,592 priority patent/US20110170974A1/en
Publication of WO2010038279A1 publication Critical patent/WO2010038279A1/ja

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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/02—Twist drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23B2222/04—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23B2222/14—Cast iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/04—Angles, e.g. cutting angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B2251/08—Side or plan views of cutting edges
    • B23B2251/082—Curved cutting edges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B2251/14—Configuration of the cutting part, i.e. the main cutting edges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/18—Configuration of the drill point
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/20—Number of cutting edges
    • B23B2251/202—Three cutting edges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/40—Flutes, i.e. chip conveying grooves
    • B23B2251/406—Flutes, i.e. chip conveying grooves of special form not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/89—Tool or Tool with support
    • Y10T408/909—Having peripherally spaced cutting edges
    • Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
    • Y10T408/9097—Spiral channel

Definitions

  • the present invention relates to a drill, and more particularly to a drill capable of high-efficiency machining with high feed.
  • a plurality of torsion grooves are provided around the drill axis, and a main cutting edge is formed along the torsion groove at a portion where the torsion groove opens at the tip of the drill.
  • a drill which is thinned and provided with a thinning blade so as to be smoothly connected to the main cutting blade is widely known as a rotary cutting tool for drilling.
  • the drill described in Patent Document 1 is an example, and a negative angle portion having a negative radial rake angle in a bottom view as viewed from the drill tip side is within a predetermined range from the outer corner at the outer peripheral portion of the main cutting edge. The cutting edge strength in the vicinity of the outer peripheral corner is increased, and the occurrence of defects or the like is suppressed.
  • Patent Document 2 describes a three-blade drill provided with three torsion grooves. Japanese Patent No. 4120186 JP 2002-103123 A
  • the drill described in Patent Document 1 has two blades with two twist grooves, and the feed amount per rotation exceeds 0.05 D (5% of D) with respect to the drill diameter D, particularly in steel cutting.
  • D 5% of D
  • the amount of cutting per blade becomes large, and there may be defects due to insufficient cutting edge strength, resulting in poor stability.
  • the core thickness is increased to increase the cutting edge strength, the chips that are cut thickly at high feed are not divided with good chip curl in the groove, resulting in reduced chip discharge. Breakage due to chip clogging is likely to occur.
  • a negative angle portion as described in Patent Document 1 is provided on the outer peripheral portion of the main cutting edge in order to prevent chipping or the like in normal drilling.
  • chipping of the outer peripheral corners is induced, and chips are discharged when high-speed cutting or deep hole machining is performed due to the small curvature of the chip curl. Inferior.
  • the present invention has been made against the background of the above circumstances, and the object of the invention is a drill capable of high-efficiency machining by high feed so that the feed amount per revolution exceeds 5% of the drill diameter D. It is to provide.
  • a plurality of torsion grooves are provided around the drill axis O, and main cutting edges are formed along the torsion grooves at portions where the torsion grooves open at the drill tip.
  • the thinning is provided in the vicinity of the drill axis O at the tip of the drill and the thinning blade is provided so as to be smoothly connected to the main cutting edge
  • the outer peripheral portion of the main cutting edge has a radial rake angle ⁇ in the bottom view as viewed from the drill tip side of ⁇ 20.
  • the negative angle portion in the range of ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 ° is provided in a range L of 0.1 D or less with respect to the drill diameter D from the outer corner, and (c) the negative angle portion of the main cutting edge.
  • the portion closer to the drill axis O side is the bottom surface Characterized in that it forms a smooth concave recessed circular shape toward the side opposite the drill rotation direction at.
  • the ratio of the land width angle ⁇ 1 around the drill axis O and the groove width angle ⁇ 2 of the torsion groove (land / groove ratio) ⁇ 1 : ⁇ 2 is 35: It is in the range of 65 to 65:35. Le.
  • the third invention is characterized in that, in the drill of the first invention or the second invention, the core thickness W at the tip of the drill is in the range of 0.25D to 0.45D with respect to the drill diameter D.
  • an axial rake angle of the thinning blade is within a range of ⁇ 5 ° to 0 ° at a portion closest to the drill axis O.
  • the connecting portion with the main cutting edge is smoothly and continuously increased from the drill axis O side toward the connecting portion side so as to be within a range of 0 ° to + 15 °. .
  • a plurality of torsion grooves are provided around the drill axis O, and a main cutting edge is formed along each torsion groove at a portion where the torsion grooves open to the drill tip.
  • a thinning is provided in the vicinity of the drill axis O of the drill, and a thinning blade is provided so as to be smoothly connected to the main cutting edge
  • three or more twisted grooves are provided, While three or more cutting edges are provided
  • the outer peripheral portion of the main cutting edge has a rake angle ⁇ in the radial direction as viewed from the bottom of the drill in the range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °.
  • the inner negative angle portion is provided in a range L of 0.1 D or less with respect to the drill diameter D from the outer peripheral corner, and (c) the drill angle center O side from the negative angle portion of the main cutting edge.
  • the part is the side opposite to the drill rotation direction in the bottom view And forms a smooth concave recessed circular shape, (d) the ratio of the land width angle theta 1 of the drill axis O around the groove width angle theta 2 of the helical flute (land groove ratio) ⁇ 1: ⁇ 2 is in the range of 35:65 to 65:35, (e) the core thickness W at the drill tip is in the range of 0.25D to 0.45D with respect to the drill diameter D, and (f) the axis of the thinning blade
  • the direction rake angle is within the range of -5 ° to 0 ° at the portion closest to the drill axis O, but the drill is so as to be within the range of 0 ° to + 15 ° at the connection with the main cutting edge. It
  • the steel in the drill according to any one of the first to fifth inventions, can be processed at a high feed rate in which the feed amount per rotation exceeds 5% of the drill diameter D, and an aluminum alloy.
  • the steel is characterized in that high-feed machining with a feed amount per rotation exceeding 30% of the drill diameter D is possible.
  • the core thickness W can be increased and rigidity can be increased while ensuring a predetermined chip discharge performance, and centripetality is high. Core blurring is suppressed, and the machining hole diameter expansion margin is reduced to improve machining hole accuracy, while the outer peripheral portion of the main cutting edge is provided with a negative angle portion where the radial rake angle ⁇ is negative. Therefore, the strength of the cutting edge in the vicinity of the outer corner is enhanced, and due to these synergistic effects, for example, as in the sixth invention, the feed rate per rotation is 5% of the drill diameter D for steel, compared to the aluminum alloy. Even when drilling is performed at a high feed rate exceeding 30% of the drill diameter D, chipping or chipping in the vicinity of the outer periphery corner is suppressed, and high-efficiency machining by high feed rate can be performed.
  • the radial rake angle ⁇ of the negative angle portion is within a range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °, and the range L of the negative angle portion is 0.1 D or less with respect to the drill diameter D from the outer corner. Therefore, an increase in cutting resistance and thrust resistance due to negative angles, or a decrease in sharpness is suppressed to a necessary minimum, and high-efficiency machining with high feed as a whole becomes possible.
  • the portion closer to the drill axis O than the negative angle portion has a concave arc shape that is smoothly dented in the direction opposite to the drill rotation direction. The waste discharging performance is improved, and the cutting edge length is longer than that of the straight cutting edge and the cutting load is dispersed. This is also advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool are improved in a balanced manner while suppressing an increase in cutting resistance and thrust resistance as a whole, and high-efficiency machining with high feed can be performed.
  • it can be suitably used for drilling various workpieces, from cast iron and general steel that require relatively high rigidity to aluminum alloys with poor chip evacuation.
  • the land / groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 is in the range of 35:65 to 65:35, it is possible to ensure a good balance between the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool. Therefore, it is advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the core thickness W at the drill tip is within the range of 0.25D to 0.45D with respect to the drill diameter D, the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool are ensured in a well-balanced manner. This is advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the rake angle in the axial direction of the thinning blade is within the range of ⁇ 5 ° to 0 ° at the portion closest to the drill axis O, but is 0 ° to + 15 ° at the connection portion with the main cutting edge. Since it increases smoothly and continuously as it goes from the drill axis O side to the connecting part side so as to be within the range, a predetermined cutting edge strength is ensured while suppressing an increase in cutting resistance and thrust resistance. It is possible to suppress the breakage of the connecting portion between the thinning blade and the main cutting edge, and it is advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the fifth invention has all the requirements of the first invention to the fourth invention, the same effects as the first invention to the fourth invention are obtained, and the feed amount per rotation is the drill diameter D. High-efficiency machining with high feed exceeding 5% is possible.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the drill axis O of the embodiment of FIG. 1 and showing a land width angle ⁇ 1 and a groove width angle ⁇ 2 . It is a figure explaining the result of having prepared two types of 3 blade drills with different negative angle ranges L, and a general 2 blade drill, drilling on predetermined test conditions, and investigating thrust resistance. .
  • Drill 12 Twist groove 14: Main cutting edge 16: Thinning 18: Thinning blade 20: Negative angle portion O: Drill axis D: Drill diameter ⁇ : Radial rake angle L: Negative angle range ⁇ 1 : Land width angle ⁇ 2 : Groove width angle
  • the present invention is preferably applied to a three-blade drill, but can also be applied to a four-blade or more drill.
  • the twist groove is twisted in the same direction as the drill rotation direction when viewed from the shank side, and is provided so as to discharge chips to the shank side.
  • the twist angle is appropriately set within a range of about 10 ° to 50 °, for example.
  • various tool materials such as cemented carbide and high-speed tool steel can be used, and a hard coating such as TiAlN, TiCN, TiN, and diamond is coated as necessary. It is also possible to provide a fluid supply hole (oil hole) passing through in the axial direction and opening in the flank at the tip.
  • the drill according to the present invention is particularly effective when the feed amount per rotation is 5% of the drill diameter D, and even when it is used at a high feed rate exceeding 10%, the feed amount per rotation is the drill diameter. It is also possible to use it for a normal drilling process of less than 5% of D. It is also suitable for drilling various types of work materials such as drilling for cast iron and general steel that require relatively high rigidity, and drilling for aluminum alloys that have relatively poor chip evacuation.
  • the inventive drill is preferably used.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction in the bottom view is ⁇ ⁇ 20 °
  • the cutting resistance and thrust resistance are increased and the sharpness is deteriorated.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction is in the range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °. If the negative angle range L exceeds 0.1D, the cutting resistance and thrust resistance increase and the sharpness deteriorates, so L ⁇ 0.1D.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction is substantially constant, for example, in the negative angle range L, and the main cutting edge may be substantially linear in a bottom view, but the radial direction as it goes from the outer corner to the inner side (tip side)
  • the main cutting edge may have a shape curved convexly toward the drill rotation direction so that the rake angle ⁇ gradually increases (negative ⁇ 0 °).
  • the negative angle range L is a linear distance in the direction from the outer corner to the drill axis O.
  • the main cutting edge has a concave arc shape that is smoothly recessed toward the opposite side of the drill rotation direction in the bottom view in the portion closer to the drill axis O than the negative angle portion.
  • the radius of the concave arc shape is, for example, The range of about 0.19D to 1.1D is appropriate. Note that the arc does not necessarily have a constant radius, and the curvature may continuously change.
  • the concave arcuate portion has a positive radial rake angle ⁇ in the outer peripheral portion connected to the negative angle portion, but gradually decreases toward the drill axis O side (positive ⁇ 0 °),
  • the inner peripheral portion connected to the thinning blade is formed to be negative.
  • the land / groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 when the ratio of the groove width angle ⁇ 2 becomes larger than 35:65, the land width angle ⁇ 1 becomes smaller and the rigidity and cutting edge strength of the tool are impaired. If the ratio of the groove width angle ⁇ 2 becomes smaller than that, the chip discharging performance is impaired, so that the range of 35:65 to 65:35 is desirable.
  • the torsion grooves are provided, for example, at equiangular intervals around the drill axis O, but can also be provided at unequal intervals. Even in this case, all the land / groove ratios ⁇ 1 : ⁇ 2 are 35: 65 ⁇ It is desirable to be within the range of 65:35.
  • the core thickness W at the drill tip is smaller than 0.25D, the rigidity of the tool and the strength of the cutting edge are impaired.
  • the core thickness W is larger than 0.45D, the chip discharging performance is impaired, and therefore 0.25D to 0.45D.
  • the range of is desirable.
  • the core thickness W may be constant over the entire length of the drill main body provided with the torsion groove, but it is also possible to provide a back taper that decreases from the drill tip toward the shank side.
  • the cutting resistance and the thrust resistance increase, whereas when it exceeds 0 °, that is, positive. In this case, the strength of the blade edge is impaired, so the range of ⁇ 5 ° to 0 ° is desirable.
  • the connecting portion with the main cutting edge when it is smaller than 0 °, that is, when it becomes negative, the cutting resistance increases, but when it exceeds + 15 °, the strength of the blade edge is impaired, so that the range of 0 ° to + 15 ° is present. desirable.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a drill 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a front view of a tip portion viewed from a direction perpendicular to the axis O
  • FIG. FIG. The drill 10 is made of a cemented carbide, and three spiral grooves 12 are formed in a spiral shape around the drill axis O at equiangular intervals. This is a three-blade drill provided with a main cutting edge 14.
  • the torsion groove 12 has a predetermined twist angle within a range of about 10 ° to 50 ° in the same direction as the drill rotation direction (clockwise direction in this embodiment) when viewed from the shank side, that is, from the upper side of FIG. It is twisted at (for example, about 30 °), and chips are discharged to the shank side.
  • the drill body provided with the twisted groove 12 is coated with a hard coating such as TiAlN as necessary. It is also possible to provide a fluid supply hole (oil hole) that extends in the axial direction from the rear end of the shank and opens to the flank at the front end.
  • a thinning 16 is applied corresponding to the three main cutting edges 14, and a thinning blade 18 is provided so as to be smoothly connected to the main cutting edges 14.
  • the axial rake angle of the thinning blade 18 is in the range of ⁇ 5 ° to 0 ° at the portion closest to the drill axis O, but in the range of 0 ° to + 15 ° at the connection with the main cutting edge 14. As shown in the graph, the distance increases smoothly and continuously (from negative to positive) as it goes from the drill axis O side toward the connecting portion side.
  • the outer peripheral portion of the main cutting edge 14 is provided with a negative angle portion 20 in which the radial rake angle ⁇ is negative in a bottom view as viewed from the drill tip side, that is, in the state shown in FIG.
  • the negative angle portion 20 is a portion where the rake angle ⁇ in the radial direction is ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °
  • the negative angle range L is a linear distance in the direction from the outer peripheral corner toward the drill axis O to the drill diameter D. On the other hand, it is 0.1 D or less.
  • the main cutting edge 14 has a shape that projects smoothly and protrudes in the direction of the drill rotation, that is, in the left-hand direction of the drill axis O in FIG.
  • the rake angle ⁇ is the smallest at the outer corner (large toward the negative side), and gradually increases toward the drill axis O side (the drill tip side) (negative ⁇ 0 °).
  • the radial rake angle ⁇ shown in (b) in FIG. 1 is the angle of the outermost peripheral corner portion, and the radial rake angle ⁇ of this portion is a predetermined angle within a range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °. It is said that.
  • the portion closer to the drill axis O than the negative angle portion 20 is the opposite side of the drill rotation direction in the bottom view shown in FIG. 1 (b), that is, the clockwise direction of the drill axis O in FIG. 1 (b). It has a concave arc shape that is smoothly recessed.
  • the radius of the concave arc shape is within a range of 0.19D to 1.1D with respect to the drill diameter D, for example, an arc shape having a constant radius of about 0.23D, and the radial rake angle ⁇ is negative.
  • the outer peripheral portion connected to the corner portion 20 is positive, but gradually decreases toward the drill axis O and becomes negative, and the inner peripheral portion connected to the thinning blade 18 has a predetermined negative angle. ing.
  • the boundary between the negative angle portion 20 forming the convex shape and the concave arc shape is smoothly connected by a small convex arc.
  • the core thickness W at the drill tip is in the range of 0.25D to 0.45D with respect to the drill diameter D.
  • the core thickness W may be constant over the entire length of the drill main body provided with the torsion groove 12, but in this embodiment, a predetermined back taper is provided that decreases from the drill tip toward the shank.
  • FIG. 2 is a cross section perpendicular to the drill axis O of the drill body portion provided with the torsion groove 12, and the land width angle ⁇ 1 around the drill axis O and the groove width angle ⁇ 2 of the torsion groove 12.
  • the land / groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 is in the range of 35:65 to 65:35.
  • the core is secured while ensuring a predetermined chip discharging performance as compared with a two-blade drill.
  • the thickness W can be increased to increase the rigidity, the centripetality is increased and core blurring is suppressed, the machining hole diameter expansion margin is reduced and the machining hole accuracy is improved.
  • the outer peripheral portion is provided with a negative angle portion 20 in which the radial rake angle ⁇ is negative, the cutting edge strength in the vicinity of the outer peripheral corner is increased. Due to these synergistic effects, for example, the feed amount per one rotation is reduced. Even when drilling is performed at a high feed rate of 5% of the drill diameter D for steel and 30% of the drill diameter D for aluminum alloys, chipping or chipping near the outer corner is suppressed and high. High-efficiency machining by feeding Door can be.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction of the negative angle portion 20 is in the range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °, and the range L of the negative angle portion 20 is 0.1 D or less from the outer corner.
  • the increase in cutting resistance and thrust resistance due to cutting or the reduction in sharpness is suppressed to the minimum necessary, and high-efficiency machining with high feed as a whole becomes possible.
  • the portion closer to the drill axis O than the negative angle portion 20 has a concave arc shape that is smoothly recessed in the direction opposite to the drill rotation direction, the curling of the chips is promoted, and it becomes easy to divide.
  • the chip discharge performance is improved, and the cutting edge length is longer than that of the straight cutting edge, so that the cutting load is dispersed. This is also advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool are improved in a well-balanced manner while suppressing an increase in cutting resistance and thrust resistance as a whole, and high-efficiency machining with high feed can be performed.
  • the land / groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 is in the range of 35:65 to 65:35, the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool must be ensured in a balanced manner. This is advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the core thickness W at the drill tip is within the range of 0.25D to 0.45D with respect to the drill diameter D, the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool are well balanced. This is advantageous for high-efficiency machining with high feed.
  • the rake angle in the axial direction of the thinning blade 18 is in the range of ⁇ 5 ° to 0 ° at the portion closest to the drill axis O, but 0 ° at the connection portion with the main cutting edge 14. Since it increases smoothly and continuously from the drill axis O side toward the connecting part side so that it is within the range of + 15 °, the predetermined cutting edge strength is suppressed while suppressing an increase in cutting resistance and thrust resistance. This is advantageous in that it is possible to prevent the connection portion between the thinning blade 18 and the main cutting edge 14 from being lost, and it is advantageous for high-efficiency machining by high feed.
  • the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool are improved in a well-balanced manner while suppressing an increase in cutting resistance and thrust resistance.
  • high-efficiency drilling can be performed by high feed such that the feed amount exceeds 5% of the drill diameter D, or even 10%.
  • high feed since high feed is possible in this way, the number of rotations per hole is reduced, and an improvement in tool life can be expected.
  • the chip discharge performance and the rigidity and cutting edge strength of the tool are secured in a well-balanced manner while suppressing an increase in cutting resistance and thrust resistance. It can be suitably used for drilling a variety of work materials, such as an aluminum alloy having poor chip discharge performance.
  • FIG. 3 is a diagram showing the result of examining the relationship between the negative angle range L in which the negative angle portion 20 is provided and the thrust resistance.
  • the negative angle ranges L 0.1D and 0.15D.
  • Two types of three-blade drills and a conventional two-blade drill having a straight main cutting edge without a negative angle portion 20 are prepared, and the test conditions shown in (a) are used. Each thrust resistance was measured by drilling. In three Both web thickness W of the drill blade 0.3D, land groove ratio theta 1: a theta 2 is 40:60, land groove ratio of a typical two-edge drill theta 1: theta 2 is 50:50.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction at the outer peripheral corner of the three-blade drill having the negative angle portion 20 is ⁇ 10 °.
  • the 1D 3-flute drill has a lower thrust resistance than the conventional general 2-flute drill, and it is desirable that the thrust resistance be smaller in order to enable high feed, so the negative angle range L is 0. .1D or less.
  • Fig. 4 shows four types of three-flute drills with radial rake angles ⁇ of + 5 °, -5 °, -15 °, and -25 ° at the outer corner. It is a figure explaining the result of having performed dawn processing, measuring thrust resistance, observing the cutting situation, and performing quality judgment comprehensively.
  • the thrust resistance is small, but the main cutting edge 14 is easily broken and is NG.
  • the thrust resistance is Is NG because of its large size and poor sharpness.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction is suitably in the range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °, particularly preferably in the range of ⁇ 15 ° to ⁇ 5 °.
  • FIG. 5 shows five types of three-blade drills having a core thickness W of 0.15D, 0.25D, 0.35D, 0.45D, and 0.55D, and the test conditions shown in FIG. This is a case where 10 holes are drilled, and if the machining is possible “ ⁇ ”, the feed amount per rotation is increased stepwise.
  • ⁇ 1 : ⁇ 2 70: 30, the feed amount was 0.48 mm / rev, and machining became impossible due to chip clogging and abnormal noise.
  • land / groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 40: 60, 50:50, 60:40, it is possible to perform drilling satisfactorily even if the feed amount is 1.20 mm / rev.
  • a suitable groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 is in the range of 35:65 to 65:35.
  • FIG. 7 shows the axial rake angle (the vertical column of (b) (c)) at the end of the thinning blade 18 on the axial center side, that is, the drill axis O side, and the connection with the outer peripheral side, that is, the main cutting edge 14.
  • Multiple fluted drills with different axial rake angles horizontal columns in (b) and (c)), with the axial rake angle changing smoothly and continuously between them
  • the cutting resistance ratio of the heel is determined based on the cutting resistance of the drill whose axial rake angle on the axis side is -5 ° and the axial rake angle on the outer peripheral side is -5 ° (1.00). This is a comparison of cutting resistance.
  • the strength of the blade edge is the result of investigating the presence or absence of chipping (“ ⁇ ” indicates no chipping).
  • the axial rake angle is appropriate in the range of -5 ° to 0 ° in terms of cutting edge strength, and the axial rake angle on the outer peripheral side is appropriate in the range of 0 ° to + 15 ° in terms of cutting resistance. It is desirable that the rake angle in the axial direction changes smoothly and continuously.
  • Fig. 8 shows (a) the present invention product shown in ⁇ and two types of comparative products 1 and 2, and drilled under the test conditions shown in (b) ⁇ to examine the durability and wear amount of the outer corner. It is a figure which shows the result.
  • (a) “0 ° ⁇ + 10 °” in the “Thinning blade axial rake angle” column of indicates that the axial rake angle on the axial side is 0 ° and the axial rake angle on the outer peripheral side is + 10 °. This means that the axial rake angle increases smoothly and continuously.
  • the product of the present invention has a smaller amount of wear at the outer corner than the two-blade comparative products 1 and 2, It can be seen that excellent durability can be obtained.
  • Fig. 9 shows three types of three-blade test products No1 to No3 with different core thickness W and land-groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 as shown in (a). Under the test conditions shown in (b) This is a case where 10 holes each are drilled and the feed amount is increased stepwise if processing is possible.
  • the test article No1 also satisfies the requirements of claims 2 and 3.
  • (C) is a diagram showing the limit value of the feed amount
  • (d) is a diagram showing the feed amount per rotation converted to the ratio to the drill diameter D and the feed amount per minute.
  • High-efficiency machining with a high feed of 6% (0.06D) or more of the drill diameter D is possible.
  • the core thickness W satisfies the requirement of claim 3 (0.25D ⁇ W ⁇ 0.45D) and the land / groove ratio ⁇ 1 : ⁇ 2 satisfies the requirement of claim 2 (35:65 to 65:35).
  • the specimen No. 1 satisfying (1) was capable of high feed of 16% of the drill diameter D.
  • FIG. 10 uses the same three types of three-blade test products No1 to No3 as shown in FIG. 9 (a).
  • the drill diameter is 6.8 mm and the machining hole depth is as shown in FIG. This is the case where 32 mm through holes are processed differently, and 10 holes are drilled each in the same way as in FIG. 9 and the feed amount is increased stepwise if processing is possible.
  • (C), and (d) correspond to (c) and (d) ⁇ in FIG. 9, respectively.
  • any of the test products No. 1 to No. 3 can perform high-efficiency machining with a high feed of 6% (0.06D) or more of the drill diameter D.
  • the test product No. 1 has a high feed of 27% of the drill diameter D. Was possible.
  • Drilling is performed on “S50C (carbon steel for machine structural use)” (JIS standard) using the three-blade invention product and the two-blade conventional drill.
  • S50C carbon steel for machine structural use
  • JIS standard JIS standard
  • the outer peripheral portion of the main cutting edge is provided with a negative angle portion in which the radial rake angle ⁇ is negative.
  • the rake angle ⁇ in the radial direction of the part is within a range of ⁇ 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 0 °, and the negative angle range L is 0.1 D or less with respect to the drill diameter D from the outer corner. Since the O-side portion has a concave arc shape that is smoothly recessed in the direction opposite to the drill rotation direction, the chip discharge performance, tool rigidity, and cutting edge strength are controlled while suppressing increases in cutting resistance and thrust resistance. It is improved in a well-balanced manner, can perform high-efficiency machining with high feed, and can be applied to various work materials, from cast iron and general steel that require relatively high rigidity to aluminum alloys with poor chip evacuation. It is suitably used for drilling.

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Abstract

　主切れ刃１４がドリル軸心Ｏまわりに等角度間隔で３枚設けられているとともに、主切れ刃１４の外周部には径方向すくい角φが負となる負角部２０が設けられており、且つ、その負角部２０の径方向すくい角φは－２０°≦φ＜０°の範囲内で負角範囲Ｌは外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下であり、その負角部２０よりもドリル軸心Ｏ側の部分はドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状とされているため、切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とがバランス良く向上させられ、高送りによる高能率加工を行うことができるとともに、比較的高い剛性が要求される鋳鉄や一般鋼から切りくずの排出性が悪いアルミニウム合金等まで、種々の被削材に対する穴明け加工に好適に用いることができる。

Description

ドリル
　本発明はドリルに係り、特に、高送りによる高能率加工が可能なドリルに関するものである。
　ドリル軸心まわりに複数のねじれ溝が設けられ、そのねじれ溝がドリル先端に開口する部分にそれぞれそのねじれ溝に沿って主切れ刃が形成されているとともに、前記ドリル先端のドリル軸心付近にはシンニングが施され、前記主切れ刃に滑らかに接続されるようにシンニング刃が設けられているドリルが、穴明け用の回転切削工具として広く知られている。特許文献１に記載のドリルはその一例で、主切れ刃の外周部には、ドリル先端側から見た底面視における径方向すくい角が負となる負角部が、外周コーナから所定の範囲に設けられており、外周コーナ近傍の切れ刃強度が高められて欠損等の発生が抑制される。また、特許文献２には、ねじれ溝が３本設けられた３枚刃のドリルが記載されている。
特許第４１２０１８６号公報 特開２００２－１０３１２３号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載のドリルはねじれ溝が２本の２枚刃であり、特に鋼材切削において回転当りの送り量がドリル径Ｄに対して０．０５Ｄ（Ｄの５％）を超える高送り加工をした場合に1 刃当りの切込み量が大きくなり、切れ刃強度不足により欠損が発生する事があり安定性に欠ける。また、切れ刃強度を増す為に心厚を厚くした場合、高送りにて厚く切取られた切りくずが溝の中で良好な切りくずカールを伴って分断されず、切りくず排出性が低下し、切りくず詰まりによる折損が生じやすい。一方、上記特許文献２に記載の３枚刃のドリルの場合、通常の穴明け加工では欠損等を防止するために主切れ刃の外周部に特許文献１に記載のような負角部を設ける必要はないが、高送りで穴明け加工を行った場合には、外周コーナ部の欠損を誘発するとともに、切りくずカールの曲率が小さくて高速切削や深穴加工を実施した際に切りくず排出性が劣る。
　本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％を超えるような高送りによる高能率加工が可能なドリルを提供することにある。
　かかる目的を達成するために、第１発明は、ドリル軸心Ｏまわりに複数のねじれ溝が設けられ、そのねじれ溝がドリル先端に開口する部分にそれぞれそのねじれ溝に沿って主切れ刃が形成されているとともに、前記ドリル先端のドリル軸心Ｏ付近にはシンニングが施され、前記主切れ刃に滑らかに接続されるようにシンニング刃が設けられているドリルにおいて、(a) 前記ねじれ溝は３本以上設けられて前記主切れ刃が３枚以上設けられている一方、(b) その主切れ刃の外周部には、ドリル先端側から見た底面視における径方向すくい角φが－２０°≦φ＜０°の範囲内の負角部が、外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下の範囲Ｌに設けられているとともに、(c) その主切れ刃のその負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分は、前記底面視においてドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状を成していることを特徴とする。
　第２発明は、第１発明のドリルにおいて、ドリル軸心Ｏまわりにおけるランド幅角度θ1 と前記ねじれ溝の溝幅角度θ2 との比（ランド・溝比）θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内であることを特徴とする。
ル。
　第３発明は、第１発明または第２発明のドリルにおいて、ドリル先端における心厚Ｗがドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内であることを特徴とする。
　第４発明は、第１発明～第３発明の何れかのドリルにおいて、前記シンニング刃の軸方向すくい角は、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、前記主切れ刃との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、ドリル軸心Ｏ側からその接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加していることを特徴とする。
　第５発明は、ドリル軸心Ｏまわりに複数のねじれ溝が設けられ、そのねじれ溝がドリル先端に開口する部分にそれぞれそのねじれ溝に沿って主切れ刃が形成されているとともに、前記ドリル先端のドリル軸心Ｏ付近にはシンニングが施され、前記主切れ刃に滑らかに接続されるようにシンニング刃が設けられているドリルにおいて、(a) 前記ねじれ溝は３本以上設けられて前記主切れ刃が３枚以上設けられている一方、(b) 前記主切れ刃の外周部には、ドリル先端側から見た底面視における径方向すくい角φが－２０°≦φ＜０°の範囲内の負角部が、外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下の範囲Ｌに設けられているとともに、(c) その主切れ刃のその負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分は、前記底面視においてドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状を成しており、(d) ドリル軸心Ｏまわりにおけるランド幅角度θ1 と前記ねじれ溝の溝幅角度θ2 との比（ランド・溝比）θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内で、(e) ドリル先端における心厚Ｗがドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内で、(f) 前記シンニング刃の軸方向すくい角は、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、前記主切れ刃との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、ドリル軸心Ｏ側からその接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加していることを特徴とする。
　第６発明は、第１発明～第５発明の何れかのドリルにおいて、鋼に対しては１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％を超える高送り加工が可能で、且つ、アルミニウム合金に対しては１回転当りの送り量がドリル径Ｄの３０％を超える高送り加工が可能であることを特徴とする。
　このようなドリルにおいては、主切れ刃が３枚以上設けられているため、所定の切りくず排出性能を確保しつつ心厚Ｗを大きくして剛性を高くすることができるとともに、求心性が高くなって芯ブレが抑制され、加工穴径の拡大代が小さくなって加工穴精度が向上する一方、主切れ刃の外周部には径方向すくい角φが負となる負角部が設けられているため、外周コーナ近傍の切れ刃強度が高められ、これ等の相乗効果により、例えば第６発明のように１回転当りの送り量が鋼についてはドリル径Ｄの５％、アルミニウム合金に対してはドリル径Ｄの３０％を超えるような高送りで穴明け加工を行う場合でも、外周コーナ付近の欠けや欠損等が抑制されて高送りによる高能率加工を行うことが可能となる。
　その場合に、上記負角部の径方向すくい角φは－２０°≦φ＜０°の範囲内で且つ負角部の範囲Ｌは外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下であるため、負角による切削抵抗やスラスト抵抗の増加、或いは切れ味の低下が必要最小限に抑制され、全体として高送りによる高能率加工が可能となるのである。また、その負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分はドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状とされているため、切りくずのカールが促進されて分断し易くなり、切りくずの排出性能が向上するとともに、直線切れ刃に比較して切れ刃長さが長くなって切削負荷が分散され、この点でも高送りによる高能率加工に有利である。
　すなわち、全体として切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とがバランス良く向上させられるのであり、高送りによる高能率加工を行うことが可能になるとともに、比較的高い剛性が要求される鋳鉄や一般鋼から切りくずの排出性が悪いアルミニウム合金等まで、種々の被削材に対する穴明け加工に好適に用いることができる。
　第２発明では、ランド・溝比θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内であるため、切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とをバランス良く確保することが可能で、高送りによる高能率加工に有利である。
　第３発明では、ドリル先端における心厚Ｗがドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内であるため、切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とをバランス良く確保することが可能で、高送りによる高能率加工に有利である。
　第４発明では、シンニング刃の軸方向すくい角が、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、主切れ刃との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、ドリル軸心Ｏ側からその接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加しているため、切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ所定の刃先強度を確保することが可能で、シンニング刃と主切れ刃との接続部の欠損が抑制されるとともに、高送りによる高能率加工に有利である。
　第５発明は、第１発明～第４発明の要件を総て具備しているため、第１発明～第４発明と同様の作用効果が得られ、１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％を超えるような高送りによる高能率加工が可能である。
本発明の一実施例である３枚刃のドリルの先端部を示す図で、(a) は正面図、(b) は先端側から見て拡大して示す底面図である。 図１の実施例のドリル軸心Ｏと直角な断面図で、ランド幅角度θ1 および溝幅角度θ2 を示す図である。 負角範囲Ｌが異なる２種類の３枚刃のドリルと一般的な２枚刃のドリルを用意し、所定の試験条件で穴明け加工を行ってスラスト抵抗を調べた結果を説明する図である。 径方向すくい角φが異なる複数種類の３枚刃のドリルを用意し、所定の試験条件で穴明け加工を行ってスラスト抵抗や切削状況を調べた結果を説明する図である。 心厚Ｗが異なる複数種類の３枚刃のドリルを用意し、所定の試験条件で送り量を増加させながら穴明け加工を行い、送り量の限界値を調べた結果を説明する図である。 ランド・溝比θ1 ：θ2 が異なる複数種類の３枚刃のドリルを用意し、所定の試験条件で送り量を増加させながら穴明け加工を行い、送り量の限界値を調べた結果を説明する図である。 シンニング刃の軸方向すくい角が異なる複数種類の３枚刃のドリルを用意し、所定の試験条件で穴明け加工を行って切削抵抗比および刃先強度を調べた結果を説明する図である。 本発明品と２種類の比較品を用意し、所定の試験条件で穴明け加工を行って耐久性、摩耗量を調べた結果を説明する図である。 心厚Ｗおよびランド・溝比θ1 ：θ2 が異なる３種類の試験品No１～No３を用意し、所定の試験条件で送り量を増加させながら穴明け加工を行い、送り量の限界値を調べた結果を説明する図である。 図９と同じ３種類の試験品No１～No３を用いて、図９とは異なる試験条件で送り量を増加させながら穴明け加工を行い、送り量の限界値を調べた結果を説明する図である。
符号の説明
　１０：ドリル　　１２：ねじれ溝　　１４：主切れ刃　　１６：シンニング　　１８：シンニング刃　　２０：負角部　　Ｏ：ドリル軸心　　Ｄ：ドリル径　　φ：径方向すくい角　　Ｌ：負角範囲　　θ1 ：ランド幅角度　　θ2 ：溝幅角度
　本発明は、３枚刃のドリルに好適に適用されるが、４枚刃以上のドリルにも適用され得る。ねじれ溝は、シャンク側から見てドリル回転方向と同じ方向へねじれていて、切りくずをシャンク側へ排出するように設けられ、ねじれ角は例えば１０°～５０°程度の範囲内で適宜設定される。ドリルの材質は、超硬合金や高速度工具鋼等の種々の工具材料を使用でき、必要に応じてＴｉＡｌＮやＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ダイヤモンド等の硬質被膜がコーティングされる。軸方向に縦通して先端の逃げ面に開口する流体供給穴（オイルホール）を設けることも可能である。
　本発明のドリルは、１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％、更には１０％を超える高送りで使用される場合に特に効果的であるが、１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％に満たない通常の穴明け加工に用いることも可能である。また、比較的高い剛性が要求される鋳鉄や一般鋼等に対する穴明け加工や、比較的切りくずの排出性が悪いアルミニウム合金等に対する穴明け加工など、種々の被削材に対する穴明け加工に本発明のドリルは好適に用いられる。
　底面視における径方向すくい角φがφ＜－２０°になると、切削抵抗やスラスト抵抗が大きくなるとともに切れ味が悪くなる一方、０°≦φになると、外周コーナ付近でチッピングや欠損が発生し易くなるめ、径方向すくい角φは－２０°≦φ＜０°の範囲内とされる。また、負角範囲Ｌが０．１Ｄを超えると、切削抵抗やスラスト抵抗が大きくなるとともに切れ味が悪くなるため、Ｌ≦０．１Ｄとされる。径方向すくい角φは、例えば負角範囲Ｌで略一定とされ、底面視において主切れ刃が略直線状を成していても良いが、外周コーナから内側（先端側）へ向かうに従って径方向すくい角φが徐々に大きくなる（負→０°）ように、主切れ刃がドリル回転方向側へ凸状に湾曲した形状を成していても良い。負角範囲Ｌは、外周コーナからドリル軸心Ｏに向かう方向の直線距離である。
　主切れ刃は、負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分では底面視においてドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状を成しているが、この凹円弧形状の半径は例えば０．１９Ｄ～１．１Ｄ程度の範囲内が適当である。なお、必ずしも一定の半径の円弧である必要はなく、曲率が連続的に変化していても良い。また、この凹円弧形状部は、負角部に接続される外周側部分では径方向すくい角φが正となるが、ドリル軸心Ｏ側へ向かうに従って徐々に小さくなり（正→０°）、例えばシンニング刃に接続される内周側部分では負となるように形成される。
　ランド・溝比θ1 ：θ2 は、３５：６５よりも溝幅角度θ2 の割合が大きくなるとランド幅角度θ1 が小さくなって工具の剛性や切れ刃強度が損なわれる一方、６５：３５よりも溝幅角度θ2 の割合が小さくなると切りくず排出性能が損なわれるため、３５：６５～６５：３５の範囲内が望ましい。ねじれ溝は、例えばドリル軸心Ｏまわりにおいて等角度間隔で設けられるが、不等間隔で設けることも可能で、その場合でも、総てのランド・溝比θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内になるようにすることが望ましい。
　ドリル先端における心厚Ｗは、０．２５Ｄよりも小さくなると工具の剛性や切れ刃強度が損なわれる一方、０．４５Ｄよりも大きくなると切りくず排出性能が損なわれるため、０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内が望ましい。心厚Ｗは、ねじれ溝が設けられたドリル本体部の全長に亘って一定であっても良いが、ドリル先端からシャンク側へ向かうに従って小さくなるバックテーパを設けることも可能である。
　シンニング刃のドリル軸心Ｏに最も近い部分の軸方向すくい角は、－５°よりも小さい（負側へ大）と切削抵抗やスラスト抵抗が大きくなる一方、０°よりも大きくなると、すなわち正になると、刃先強度が損なわれるため、－５°～０°の範囲内が望ましい。主切れ刃との接続部では、０°よりも小さくなると、すなわち負になると、切削抵抗が大きくなる一方、＋１５°よりも大きくなると刃先強度が損なわれるため、０°～＋１５°の範囲内が望ましい。
　以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
　図１は本発明の一実施例であるドリル１０を示す図で、(a) は先端部分を軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は先端側から見て拡大して示した底面図である。このドリル１０は、超硬合金にて構成されているとともに、ドリル軸心Ｏまわりに等角度間隔で３本のねじれ溝１２がスパイラル状に形成されることにより、円錐形状の先端部に３枚の主切れ刃１４が設けられた３枚刃のドリルである。ねじれ溝１２は、シャンク側すなわち図１(a) の上方から見て、ドリル回転方向（この実施例では右まわり方向）と同じ方向へ、１０°～５０°程度の範囲内の所定のねじれ角（例えば３０°程度）でねじれていて、切りくずをシャンク側へ排出するようになっている。ねじれ溝１２が設けられたドリル本体部には、必要に応じてＴｉＡｌＮ等の硬質被膜がコーティングされる。また、シャンクの後端から軸方向に縦通して先端の逃げ面に開口する流体供給穴（オイルホール）を設けることも可能である。
　ドリル先端のドリル軸心Ｏ付近には、上記３枚の主切れ刃１４に対応してシンニング１６が施され、その主切れ刃１４に滑らかに接続されるようにシンニング刃１８が設けられている。このシンニング刃１８の軸方向すくい角は、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、主切れ刃１４との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、ドリル軸心Ｏ側からその接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加（負→正）している。
　主切れ刃１４の外周部には、ドリル先端側から見た底面視すなわち図１の(b) の状態において、径方向すくい角φが負となる負角部２０が設けられている。この負角部２０は、径方向すくい角φが－２０°≦φ＜０°の部分で、その負角範囲Ｌは、外周コーナからドリル軸心Ｏに向かう方向の直線距離でドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下である。この負角範囲Ｌにおいて、主切れ刃１４はドリル回転方向側すなわち図１(b) ではドリル軸心Ｏの左まわり方向へ滑らかに凸状に湾曲して突き出す形状を成しており、径方向すくい角φは外周コーナで最も小さく（負側へ大）、ドリル軸心Ｏ側（ドリル先端側）へ向かうに従って徐々に大きくなる（負→０°）。図１の(b) に示す径方向すくい角φは、最も外側の外周コーナ部分の角度であり、この部分の径方向すくい角φが－２０°≦φ＜０°の範囲内の所定の角度とされている。
　また、上記負角部２０よりもドリル軸心Ｏ側の部分は、図１(b) に示す底面視においてドリル回転方向と反対側、すなわち図１(b) ではドリル軸心Ｏの右まわり方向へ、滑らかに凹んだ凹円弧形状を成している。この凹円弧形状の半径はドリル径Ｄに対して０．１９Ｄ～１．１Ｄの範囲内で、例えば０．２３Ｄ程度の一定の半径の円弧形状とされており、径方向すくい角φは、負角部２０に接続される外周側部分では正であるが、ドリル軸心Ｏ側へ向かうに従って徐々に小さくなって負となり、シンニング刃１８に接続される内周側部分では所定の負角とされている。凸形状を成している負角部２０と凹円弧形状との境界は、小さな凸円弧によって滑らかに接続されている。
　ドリル先端における心厚Ｗは、ドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内である。心厚Ｗは、ねじれ溝１２が設けられたドリル本体部の全長に亘って一定であっても良いが、本実施例ではドリル先端からシャンク側へ向かうに従って小さくなる所定のバックテーパが設けられている。また、図２は、ねじれ溝１２が設けられたドリル本体部のドリル軸心Ｏに対して直角な断面で、ドリル軸心Ｏまわりにおけるランド幅角度θ1 とねじれ溝１２の溝幅角度θ2 との比であるランド・溝比θ1 ：θ2 は、３５：６５～６５：３５の範囲内とされている。
　このようなドリル１０においては、主切れ刃１４がドリル軸心Ｏまわりに等角度間隔で３枚設けられているため、２枚刃ドリルに比較して所定の切りくず排出性能を確保しつつ心厚Ｗを大きくして剛性を高くすることができるとともに、求心性が高くなって芯ブレが抑制され、加工穴径の拡大代が小さくなって加工穴精度が向上する一方、主切れ刃１４の外周部には径方向すくい角φが負となる負角部２０が設けられているため、外周コーナ近傍の切れ刃強度が高められ、これ等の相乗効果により、例えば１回転当りの送り量が鋼についてはドリル径Ｄの５％、アルミニウム合金に対してはドリル径Ｄの３０％を超えるような高送りで穴明け加工を行う場合でも、外周コーナ付近の欠けや欠損等が抑制されて高送りによる高能率加工を行うことができる。
　その場合に、上記負角部２０の径方向すくい角φは－２０°≦φ＜０°の範囲内で且つ負角部２０の範囲Ｌは外周コーナから０．１Ｄ以下であるため、負角による切削抵抗やスラスト抵抗の増加、或いは切れ味の低下が必要最小限に抑制され、全体として高送りによる高能率加工が可能となるのである。また、その負角部２０よりもドリル軸心Ｏ側の部分はドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状とされているため、切りくずのカールが促進されて分断し易くなり、切りくずの排出性能が向上するとともに、直線切れ刃に比較して切れ刃長さが長くなって切削負荷が分散され、この点でも高送りによる高能率加工に有利である。
　すなわち、全体として切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とがバランス良く向上させられ、高送りによる高能率加工を行うことが可能になるとともに、比較的高い剛性が要求される鋳鉄や一般鋼から切りくずの排出性が悪いアルミニウム合金等まで、種々の被削材に対する穴明け加工に好適に用いることができる。
　また、本実施例では、ランド・溝比θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内であるため、切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とをバランス良く確保することが可能で、高送りによる高能率加工に有利である。
　また、本実施例では、ドリル先端における心厚Ｗがドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内であるため、切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とをバランス良く確保することが可能で、高送りによる高能率加工に有利である。
　また、本実施例では、シンニング刃１８の軸方向すくい角が、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、主切れ刃１４との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、ドリル軸心Ｏ側からその接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加しているため、切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ所定の刃先強度を確保することが可能で、シンニング刃１８と主切れ刃１４との接続部の欠損が抑制されるとともに、高送りによる高能率加工に有利である。
　このように、本実施例のドリル１０によれば、切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とがバランス良く向上させられるため、１回転当りの送り量が例えばドリル径Ｄの５％、更には１０％を超えるような高送りによる高能率の穴明け加工が可能となる。また、このように高送りが可能であることから１穴当りの回転数が減少し、工具寿命の向上が期待できる。
　一方、切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とがバランス良く確保されることから、比較的高い剛性が要求される鋳鉄や一般鋼から比較的切りくずの排出性が悪いアルミニウム合金等まで、種々の被削材に対する穴明け加工に好適に用いることができる。因みに、本発明者等の実験によれば、「Ｓ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）」（ＪＩＳ規格）の被削材にφ８．８ｍｍ（＝ドリル径Ｄ）の穴明け加工を行う場合、１回転当りの送り量を０．７ｍｍ（≒０．０８Ｄ）まで上昇させることが可能で、「ＦＣ２５０（ねずみ鋳鉄）」（ＪＩＳ規格）の被削材にφ６．８ｍｍ（＝ドリル径Ｄ）の穴明け加工を行う場合、１回転当りの送り量を１．８４ｍｍ（≒０．２７Ｄ）まで上昇させることが可能で、「ＦＣＤ６００（球状黒鉛鋳鉄）」（ＪＩＳ規格）の被削材にφ８．０ｍｍ（＝ドリル径Ｄ）の穴明け加工を行う場合、１回転当りの送り量を１．２８ｍｍ（≒０．１６Ｄ）まで上昇させることが可能で、「ＡＤＣ１２（アルミニウム合金ダイカスト）」（ＪＩＳ規格）の被削材にφ６．０ｍｍ（＝ドリル径Ｄ）の穴明け加工を行う場合、１回転当りの送り量を２．１ｍｍ（≒０．３５Ｄ）まで上昇させることが可能であった。
　図３は、前記負角部２０が設けられる負角範囲Ｌとスラスト抵抗との関係を調べた結果を示す図で、(b) に示すように負角範囲Ｌ＝０．１Ｄ、０．１５Ｄの２種類の３枚刃のドリルと、負角部２０を備えていない従来の直線状の主切れ刃を有する一般的な２枚刃のドリルとを用意し、(a) に示す試験条件で穴明け加工を行ってそれぞれのスラスト抵抗を測定した。３枚刃のドリルの心厚Ｗは何れも０．３Ｄで、ランド・溝比θ1 ：θ2 は４０：６０であり、一般的な２枚刃のドリルのランド・溝比θ1 ：θ2 は５０：５０である。また、負角部２０を備えている３枚刃のドリルの外周コーナにおける径方向すくい角φは－１０°である。そして、(b) に示す結果から明らかなように、Ｌ＝０．１５Ｄの３枚刃の場合、従来の一般的な２枚刃のドリルよりもスラスト抵抗が大きくなるのに対し、Ｌ＝０．１Ｄの３枚刃のドリルは、従来の一般的な２枚刃のドリルよりもスラスト抵抗が小さく、高送りを可能とする上でスラスト抵抗は小さい方が望ましいため、負角範囲Ｌは０．１Ｄ以下とする。
　図４は、外周コーナにおける径方向すくい角φが＋５°、－５°、－１５°、および－２５°の４種類の３枚刃のドリルを用意し、(a) に示す試験条件で穴明け加工を行い、スラスト抵抗を測定するとともに切削状況を観察して総合的に良否判定を行った結果を説明する図である。４種類の試験品は、何れも心厚Ｗ＝０．３Ｄで、ランド・溝比θ1 ：θ2 ＝４０：６０であり、径方向すくい角φが負のドリルの負角範囲Ｌ＝０．０５Ｄである。そして、(b) に示す結果から明らかなように、φ＝＋５°の場合はスラスト抵抗は小さいものの主切れ刃１４が欠損し易くてＮＧである一方、φ＝－２５°の場合はスラスト抵抗が大きいとともに切れ味が悪くてＮＧである。このため、径方向すくい角φは－２０°≦φ＜０°の範囲内が適当で、特に－１５°～－５°の範囲内が望ましい。
　図５は、心厚Ｗが０．１５Ｄ、０．２５Ｄ、０．３５Ｄ、０．４５Ｄ、および０．５５Ｄの５種類の３枚刃のドリルを用意し、(a) に示す試験条件でそれぞれ１０穴ずつ穴明け加工を行うとともに、加工が可能「○」であれば１回転当りの送り量を段階的に増加させていった場合である。５種類の試験品は、何れもランド・溝比θ1 ：θ2 ＝４０：６０で、負角部２０の負角範囲Ｌ＝０．０５Ｄで、外周コーナにおける径方向すくい角φ＝－１０°である。そして、(b) に示す結果から明らかなように、心厚Ｗ＝０．１５Ｄの場合は、送り量が０．４８ｍｍ／ｒｅｖで欠損により加工不可となり、心厚Ｗ＝０．５５Ｄの場合は、送り量が０．９６ｍｍ／ｒｅｖで切りくず詰まりや異音の発生により加工不可となった。心厚Ｗ＝０．２５Ｄ、０．３５Ｄ、０．４５Ｄの場合は、何れも送り量が１．２０ｍｍ／ｒｅｖでも良好に穴明け加工を行うことが可能で、心厚Ｗに関しては０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内が適当である。
　図６は、ランド・溝比θ1 ：θ2 が３０：７０、４０：６０、５０：５０、６０：４０、７０：３０の５種類の３枚刃のドリルを用意し、(a) に示す試験条件でそれぞれ１０穴ずつ穴明け加工を行うとともに、加工が可能「○」であれば１回転当りの送り量を段階的に増加させていった場合である。５種類の試験品は、何れも心厚Ｗ＝０．３Ｄで、負角部２０の負角範囲Ｌ＝０．０５Ｄで、外周コーナにおける径方向すくい角φ＝－１０°である。そして、(b) に示す結果から明らかなように、ランド・溝比θ1 ：θ2 ＝３０：７０の場合は、送り量が０．７２ｍｍ／ｒｅｖでチッピングにより加工不可となり、ランド・溝比θ1 ：θ2 ＝７０：３０の場合は、送り量が０．４８ｍｍ／ｒｅｖで切りくず詰まりや異音の発生により加工不可となった。ランド・溝比θ1 ：θ2 ＝４０：６０、５０：５０、６０：４０の場合は、何れも送り量が１．２０ｍｍ／ｒｅｖでも良好に穴明け加工を行うことが可能で、ランド・溝比θ1 ：θ2 に関しては３５：６５～６５：３５の範囲内が適当である。
　図７は、シンニング刃１８の軸心側すなわちドリル軸心Ｏ側の端部の軸方向すくい角（(b) (c) の縦方向の欄）、および外周側すなわち主切れ刃１４との接続部の軸方向すくい角（(b) (c) の横方向の欄）が異なり、それ等の間で軸方向すくい角が滑らかに連続的に変化している複数種類の３枚刃のドリルを用意し、(a) に示す試験条件でそれぞれ１０穴ずつ穴明け加工を行って、切削抵抗（１０穴の平均値）を比較するとともに、刃先強度を調べた結果を示す図である。複数種類の試験品は、何れもランド・溝比θ1 ：θ2 ＝４０：６０で、心厚Ｗ＝０．３Ｄで、負角部２０の負角範囲Ｌ＝０．０５Ｄで、外周コーナにおける径方向すくい角φ＝－１０°である。
　(b) の切削抵抗比は、軸心側の軸方向すくい角が－５°で外周側の軸方向すくい角が－５°のドリルの切削抵抗を基準（１．００）として、各ドリルの切削抵抗を比較して示したもので、(c) の刃先強度は、チッピングの有無を調べた結果（「○」はチッピング無し）であり、これ等を総合的に判断すると、軸心側の軸方向すくい角は刃先強度の点で－５°～０°の範囲内が適当で、外周側の軸方向すくい角は切削抵抗の点で０°～＋１５°の範囲内が適当であり、それ等の間で軸方向すくい角が滑らかに連続的に変化していることが望ましい。
　図８は、(a) に示す本発明品と２種類の比較品１、２を用意し、(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って耐久性および外周コーナ部の摩耗量を調べた結果を示す図である。(a) の「シンニング刃軸方向すくい角」の欄の「０°⇒＋１０°」は、軸心側の軸方向すくい角が０°、外周側の軸方向すくい角が＋１０°で、その間で軸方向すくい角が滑らかに連続的に漸増していることを意味している。そして、(c) の耐久性、および(d) の摩耗量の結果から明らかなように、本発明品は２枚刃の比較品１、２に比較して外周コーナ部の摩耗量が少なく、優れた耐久性が得られることが分かる。
　図９は、(a) に示すように心厚Ｗおよびランド・溝比θ1 ：θ2 が異なる３種類の３枚刃の試験品No１～No３を用意し、(b) に示す試験条件でそれぞれ１０穴ずつ穴明け加工を行うとともに、加工が可能であれば送り量を段階的に増加させていった場合である。３種類の試験品No１～No３は、何れも負角部２０の負角範囲Ｌ＝０．０５Ｄで、外周コーナにおける径方向すくい角φ＝－１０°であり、本発明の一実施例であるが、試験品No１は請求項２および３の要件も満たしている。そして、(c) は送り量の限界値を示す図で、(d) は１回転当りの送り量をドリル径Ｄに対する割合や１分間当りの送り量に換算して示した図で、何れもドリル径Ｄの６％（０．０６Ｄ）以上の高送りによる高能率加工が可能である。特に、心厚Ｗが請求項３の要件（０．２５Ｄ≦Ｗ≦０．４５Ｄ）を満たしているとともにランド・溝比θ1 ：θ2 が請求項２の要件（３５：６５～６５：３５）を満たしている試験品No１は、ドリル径Ｄの１６％の高送りが可能であった。
　図１０は、(a) に示すように図９と同じ３種類の３枚刃の試験品No１～No３を用いるが、(b) に示すようにドリル径が６．８ｍｍで加工穴深さが３２ｍｍの貫通穴を加工する点が相違する場合で、図９と同様にそれぞれ１０穴ずつ穴明け加工を行うとともに、加工が可能であれば送り量を段階的に増加させていった場合であり、(c) 、(d) はそれぞれ図９の(c) 、(d) に対応する。この場合も、何れの試験品No１～No３もドリル径Ｄの６％（０．０６Ｄ）以上の高送りによる高能率加工が可能で、特に、試験品No１はドリル径Ｄの２７％の高送りが可能であった。
　また、加工穴精度について具体的に説明すると、３枚刃の本発明品および２枚刃の従来ドリルを用いて「Ｓ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）」（ＪＩＳ規格）に対して穴明け加工を行ったところ、２枚刃の従来ドリルでは加工穴径が平均で１５μｍ程度拡大するのに対し、３枚刃の本発明品によれば拡大代が６μｍ程度で、１／２以下になった。
　以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
産業の利用可能性
　本発明のドリルは、主切れ刃が３枚以上設けられているとともに、主切れ刃の外周部には径方向すくい角φが負となる負角部が設けられており、且つ、その負角部の径方向すくい角φは－２０°≦φ＜０°の範囲内で負角範囲Ｌは外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下であり、その負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分はドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状とされているため、切削抵抗やスラスト抵抗の増加を抑制しつつ切りくず排出性能と工具の剛性や切れ刃強度とがバランス良く向上させられ、高送りによる高能率加工を行うことができるとともに、比較的高い剛性が要求される鋳鉄や一般鋼から切りくずの排出性が悪いアルミニウム合金等まで、種々の被削材に対する穴明け加工に好適に用いられる。

Claims (6)

  1. 　ドリル軸心Ｏまわりに複数のねじれ溝が設けられ、該ねじれ溝がドリル先端に開口する部分にそれぞれ該ねじれ溝に沿って主切れ刃が形成されているとともに、前記ドリル先端のドリル軸心Ｏ付近にはシンニングが施され、前記主切れ刃に滑らかに接続されるようにシンニング刃が設けられているドリルにおいて、
    　前記ねじれ溝は３本以上設けられて前記主切れ刃が３枚以上設けられている一方、
    　該主切れ刃の外周部には、ドリル先端側から見た底面視における径方向すくい角φが－２０°≦φ＜０°の範囲内の負角部が、外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下の範囲Ｌに設けられているとともに、
    　該主切れ刃の該負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分は、前記底面視においてドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状を成している
    　ことを特徴とするドリル。
  2. 　ドリル軸心Ｏまわりにおけるランド幅角度θ1 と前記ねじれ溝の溝幅角度θ2 との比θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内である
    　ことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
  3. 　ドリル先端における心厚Ｗがドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内である
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。
  4. 　前記シンニング刃の軸方向すくい角は、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、前記主切れ刃との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、該ドリル軸心Ｏ側から該接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加している
    　ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のドリル。
  5. 　ドリル軸心Ｏまわりに複数のねじれ溝が設けられ、該ねじれ溝がドリル先端に開口する部分にそれぞれ該ねじれ溝に沿って主切れ刃が形成されているとともに、前記ドリル先端のドリル軸心Ｏ付近にはシンニングが施され、前記主切れ刃に滑らかに接続されるようにシンニング刃が設けられてドリルにおいて、
    　前記ねじれ溝は３本以上設けられて前記主切れ刃が３枚以上設けられている一方、
    　該主切れ刃の外周部には、ドリル先端側から見た底面視における径方向すくい角φが－２０°≦φ＜０°の範囲内の負角部が、外周コーナからドリル径Ｄに対して０．１Ｄ以下の範囲Ｌに設けられているとともに、
    　該主切れ刃の該負角部よりもドリル軸心Ｏ側の部分は、前記底面視においてドリル回転方向と反対側へ滑らかに凹んだ凹円弧形状を成しており、
    　ドリル軸心Ｏまわりにおけるランド幅角度θ1 と前記ねじれ溝の溝幅角度θ2 との比θ1 ：θ2 が３５：６５～６５：３５の範囲内で、
    　ドリル先端における心厚Ｗがドリル径Ｄに対して０．２５Ｄ～０．４５Ｄの範囲内で、
    　前記シンニング刃の軸方向すくい角は、ドリル軸心Ｏに最も近い部分では－５°～０°の範囲内であるが、前記主切れ刃との接続部では０°～＋１５°の範囲内となるように、該ドリル軸心Ｏ側から該接続部側へ向かうに従って滑らかに連続的に増加している
    　ことを特徴とするドリル。
  6. 　鋼に対しては１回転当りの送り量がドリル径Ｄの５％を超える高送り加工が可能で、且つ、アルミニウム合金に対しては１回転当りの送り量がドリル径Ｄの３０％を超える高送り加工が可能である
    　ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のドリル。
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