鋳造材を切削するためのドリル工具
【課題】 鋳造材の切削用に最適化され、耐用年数が長く切削性能が優れている他に低コストを約束するドリルを提供する。
【解決手段】 本発明の硬質材からなるドリルは、切削角部を起点として軸方向に半径上を連続して凸状に湾曲している主切削刃を備える。切削角部が鋭角にならないこと、主切削刃が長くなること、主切削刃の長さ、特に外部領域内の単位長さ当たりの負荷が低減することという利点を使用することができる。
【解決手段】 本発明の硬質材からなるドリルは、切削角部を起点として軸方向に半径上を連続して凸状に湾曲している主切削刃を備える。切削角部が鋭角にならないこと、主切削刃が長くなること、主切削刃の長さ、特に外部領域内の単位長さ当たりの負荷が低減することという利点を使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ねずみ銑、特にＧＧＶまたはＡＤＩのような鋳造材を切削するためのドリル工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造材の開発は、同時により高い靱性を有するより強度の高い材料の方向へと進んでいる。エンジンを組み立てる際に、従来から使用されてきた球状黒鉛（ＧＧＧ）の代わりに、バーミキュラ黒鉛（ＧＧＶ）が盛んに使用されている。オーステンパーした可鍛鋳鉄、ＡＤＩのような新規な材料は、より高い強度値およびより高い靱性値を有する。
【０００３】
よって、鋳造材を切削するための工具用の材料を選択する場合には、各材料にマッチする対向工具パラメータ、硬度および靱性間の比率に注意しなければならない。
さらに、硬い相（例えば、フェライト、パーライトまたはマルテンサイト）を含み、軟らかい炭素を含む粒状で、不規則な鋳造構造を有しているので、鋳鉄の作業片を切削するのに使用する工具は、研磨による磨耗が大きい。さらに、均等でない構造をしているので、曲げモーメント負荷が大きくなり、いつでも振動を起こさないで処理を行うことができるとは限らない。
【０００４】
一方では、高い硬度および耐磨耗性に対する対向する要件の間で折り合いをつけるため、他方では、高い靱性と永久的振動荷重との間で折り合いをつけるために、ＩＳＯ ５１３分類による分類Ｋ３０〜Ｋ４０からの無垢の硬質金属よりなる従来の穴明け工具が、中程度の靱性値を有し、中程度の硬度を有するＧＧＧおよびＧＧＶを切削するために使用される。しかし、この場合、工具の寿命および達成できる切削性能、すなわち可動切削速度および送り速度には限界がある。
【０００５】
さらなる開発により、０．８μｍ未満のＷＣ結晶の結晶粒度のいわゆる微小または超微粒硬質金属が使用できるようになり、高い硬度の他に、高い曲げ強度を達成できる見込みが開けたが、それに応じて材料コストが高くなる。
【０００６】
工具に対する材料の適当な選択の他に、摩擦の影響を低減し、削り屑をより容易に処理するために、現在ではこれらの工具は内部から冷却される。
この場合、切削角部は、最大の機械的負荷ばかりでなく、最大の熱的負荷がかかる主切削刃の点と見なされた。そのため、いわゆる鋳造面取り、または「二重角点」の幾何学的形状（９０度の面取りのところの例えば１１８度のような鈍角）の形をしている切削角部において特定の面取りが使用される。
【０００７】
さらに、いわゆる「ラコン点」幾何学的形状（半径円錐、すなわち半径が主切削刃全長にわたって延びる）、またはビックフォード点幾何学的形状（半径が、外部の主切削刃のセクション上だけを延び、一方、直線状の主切削刃プロファイルを有する中央セクションが、優れた心出しチップを形成する）のようなドリルを通る縦方向のセクション内の半径上で幅が狭くなる主切削刃プロファイルを有するドリル・チップの幾何学的形状を有するＨＳＳドリルも、例えば、鋼鉄のような材料の機械加工においては周知のものである。
【０００８】
例えば、特許文献１は、ドリルの軸に平行な面内に主切削刃プロファイルを有するドリルを開示している。この場合、主切削刃は、ドリルの先刃から狭くなっていて、補助切削刃のところまである半径を有し、ドリルの周囲に接線方向に延びていて、そのため切削角部は全然鈍角にならない。
【０００９】
一方、特許文献２は、主切削刃が、ドリル軸および外部セクション内の切削角部により囲まれている面内の半径と重なり、中心断面内を直線状に延びる主切削刃プロファイルを有するドリルを開示している。この場合、補助切削刃から主切削刃への移行部は、接線方向ではなく、ある角度を有する。しかし、そのため、残りの切削角部は、上面内に主切削刃の直線プロファイルを有する従来のドリルと比較すると、少なくとも遥かに鈍角になっている。
【００１０】
よって、切削角部が鋭角になるのを避けるため、特に外部において鋭角になるのを避けるために、大きな負荷がかかる領域ができるのを避けるために、主切削刃のこれらの実施形態の場合、主切削刃の長さが長くなるか、または主切削刃の単位長さ当たりに行う切削作業が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３４４３４５９号明細書
【特許文献２】米国特許第１３０９７０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
よって、本発明の目的は、例えば、ねずみ銑、特にＧＧＶまたはＡＤＩのような鋳造材の切削用に最適化され、耐用年数が長く切削性能が優れている他に低コストを約束するドリルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の特徴により達成することができる。
本発明により、初めて、硬質材からなるドリルが、切削角部を起点として軸方向に半径上を連続して凸状に湾曲している主切削刃における周知の機能を有することができる。硬質にして、脆い材料は、本発明による主切削刃プロファイルを形成するような方法では研磨することはできないという従来からの見解を打破することにより、この幾何学的形状による利点、すなわち、切削角部が鋭角にならないこと、主切削刃が長くなること、主切削刃の長さ、特に外部領域内の単位長さ当たりの負荷が低減することという利点を使用することができる。
【００１４】
上記の初期の試みは、特に硬質材を選択することにより、切削角部における磨耗を減少させる。しかし、これにより切削性能が低下したり、切削値が低くなる。よって、短期の使用によっても破損が頻繁に起こる虞がある。鋳造面に幾何学的形状の面取りを施して、時比較的硬く強靱な材料を選択するという折衷案を使用しても、工具の寿命を長くするという点、および切削値を高くするという点において満足すべき結果が得られていない。
【００１５】
しかし、ドリル材としての硬質材と、鋳造材の機械加工を伴う切削角部における急速な磨耗を低減することができるラコン点幾何学的形状と本発明との組合わせにより、切削値を不経済な範囲に低減しなくても、工具の寿命を延ばすことができる。幾何学的形状による利点のために、非常に硬く（そのため非常に靱性が低い）硬質な材料を、硬質材のためのドリル用の材料として使用することができる。
【００１６】
よって、工具の長い寿命と切削性能とに加えて、低い材料コストが見込める、ねずみ銑、特にＧＧＶまたはＡＤＩのような、高い靱性要件を有する研磨材料を切削するための適当な工具を提供することができる。
【００１７】
この場合、いわゆるサーメット、切削セラミック等、例えばＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏをベースとする非常に硬い金属はドリル材料または硬質材料として適している。
しかし、主切削刃のプロファイルの場合、半径上のドリル軸に平行な１つの面内を延びる主切削刃を有することができるばかりでなく、例えば、パラボラ状または双曲線状の湾曲のような他の連続している凸状の湾曲を有することもできる。さらに、本発明の範囲内で、主切削刃は、ドリル軸に平行な平らな面内を延びることができるばかりでなく、例えば、湾曲が軸方向に連続している凸状になっている限り、平行なドリル軸および平行なドリル軸に垂直なＳ字状、または鎌状の線で包囲される面のような湾曲面内も延びることができる。
【００１８】
この場合、本発明によるドリルは切削角部を有する。すなわち、主切削刃は、ドリルの周囲において完全に接線方向に隣接していない。よって、ドリルの先刃またはチゼル・エッジまでの切削角部から口径の長さのために使用することができない先刃の領域は、完全に接線方向に延びる主切削刃より短くなり、材料コストが低くなる。一方、刃が、ガイド面取りまたは鈍角の切削角部に形成されたにもかかわらず、熱は十分に除去され、過度の熱的応力は起こらないし、湾曲から自由に延びる主切削刃と比較すると機械的応力が低減する。
【００１９】
ドリルの公称直径（Ｄ）の約半分の切削角部からのチゼル・エッジの軸方向の距離を測定した結果、特に０．４５×Ｄが適当であることが分かった。
もう１つの態様の場合には、主切削刃は、さらに中央セクションを有し、主切削刃は、例えば、１１８〜１３０度における所定の鈍角で、チゼル・エッジまで直線的に延びる。凸状に連続して湾曲しているセクションは、中央セクションに接線方向に隣接している。このことが、また、湾曲のプラスの効果を低減しないで、ドリル・チップを短くするのをさらに助ける。さらに、これにより優れた心出しチップが形成される。
【００２０】
主切削刃より補助切削刃への移行部位は接線方向とは異なる方向へ展開され、更なる利点を有する。それは、移行部ではなく、測定点が切削角部に形成されるからである。よって、工具の固定点から主切削刃の外部の取り付け点までの距離、すなわち有用な最大の穴の深さを容易に測定することができる。この場合、切削角部における主切削刃の接線と１０度〜４０度の間、特に１５度〜２５度の間のドリル軸との間の角度は、特に有利であることは周知である。この理由として以下のことが挙げられる。即ち、一方では、切削角部において測定点を明瞭に計測することができるし、他方では、切削角部は十分に鈍角なので、熱的負荷および機械的負荷を低く維持することができる。
【００２１】
切削点で明瞭に計測することができる測定点は、請求項１に記載の有利な実施形態によるステップ・ドリルにとって特に重要である。即ち、第１の切削領域の有用なドリルの穴の深さ（この領域の前のドリルの穴の深さ）は、この方法で測定することができる。好適には、第２の切削領域は、本発明による主切削刃の幾何学的形状の利点を利用するために、軸方向の主切削刃の連続して凸状に湾曲しているプロファイルを有する。
【００２２】
好適には平坦部を薄くすると、チゼル・エッジが短くなり、その結果、心出し特性が改善され、チゼル・エッジの圧迫が少なくなる。先刃を薄くしたチゼル・エッジを使用すると、大きなドリル・コア直径を使用することもでき、工具の曲げ強度および捻れに対する抵抗が向上される。ドリルのコアが大きくなると、今度は、硬質にして脆弱な材料を使用しても、ドリルの靱性に対する要件を容易に満足させることができる。ドリル・コアに対する公称直径の比率が３．０〜３．５の場合に、特によい結果が得られた。例えば、ドリル・コアに対する公称直径の比率が約３．２の場合が、公称直径が１２ｍｍであるドリルに対して有利であることが分かった。
【００２３】
ドリルの幾何学的形状に基づく種々の有利な態様においては、材料による利点を追求する余地がある。即ち、工具の長い寿命、より大きな破断強度、より優れた切削性能およびより低い材料コストという１つまたは複数の部分的に矛盾する目標に関連して、有意な全面的効果が達成される。
【００２４】
例えば、硬質にして脆弱な材料を使用して、工具の寿命が長く、同一ないしはより優れた切削性能を備え、特に磨耗に強い硬質金属のドリルを製造することができる。特に切削角部の負荷が小さいという点で、チップの幾何学的形状により得られる利点のために、使用する材料の靱性が従来のドリルで使用する材料より低いにもかかわらず、工具の寿命中に破断を起こすことなく、高い切削性能を得ることができる。より高い硬度と、これに伴う増大した磨耗抵抗のために、工具の寿命を短縮することなく、送り速度または切削速度をさらに速くするという他の効果も得られる。一方、同じ切削性能で、工具の寿命をさらに延ばすことができる。
【００２５】
ドリルは、ＧＧＶまたはＡＤＩのような研磨材料を機械加工するために最適化され、このようなドリルは、現在この目的のために通常使用されるＩＳＯ−５１３の分類Ｋ３０〜Ｋ４０の硬質金属に替えて、ＩＳＯ−５１３の分類Ｋ１５〜Ｋ３０の硬質金属よりなる。
【００２６】
しかし、より粒度の粗く、よりコストが低い材料を使用してドリルの材料コストを低減するために、幾何学的形状の利点を使用することもできる。ドリルは、通常の微細な粒度に替えて粒度の細かい硬質金属からなる。
【００２７】
上記した利点を定量化するために、１０ｍｍの公称直径を有し、チップ状の幾何学的形状とは異なる同じ形の種々のドリルを使用して、ＧＧＶ４５０よりなる作業片上で切削試験を行った。
【００２８】
Ａ）１６００ＨＶ〜１７００ＨＶの硬度、および３６００Ｎ／ｍｍ２の曲げ強度を有する標準チップ幾何学的形状の無垢の硬質金属よりなるドリル。
Ｂ）１６００ＨＶ〜１７００ＨＶの硬度、および３６００Ｎ／ｍｍ２の曲げ強度を有する本発明に係る形状の無垢の硬質金属よりなるドリル。
【００２９】
Ｃ）１８００ＨＶより高い硬度、および２５００Ｎ／ｍｍ２未満の曲げ強度を有する本発明によるチップ幾何学的形状の無垢の硬質金属よりなるドリル。
工具寿命が同じである場合、ドリルＡと比較した場合、ドリルＢを使用した場合には、５０％速い送り速度で使用することができることが分かった（ドリルＡ：切削速度は１００ｍ／分、送り速度は０．４ｍｍ／回転、ドリルＢ：切削速度は１００ｍ／分、送り速度は０．６ｍｍ／回転）。さらに、より硬質な材料よりなるドリルＣを使用すれば、工具の寿命および／または切削値をさらに改善することができる。しかし、この材料の破断強度はかなり低い。
【００３０】
本発明による幾何学的形状は、直線状または螺旋状の穴付きのドリルに使用することができる。ほぼ円錐形の面の形をしている研磨される部分、または４つの面をなす区分された自由面からなる研磨される部分が、自由面の研磨される部分として適している。更なる幾何学的態様は、選択したドリル材料の特性の結果として適しているか、または選択した材料のさらなる最適化を行うことができる。
【００３１】
よって、好適にはドリルは好適には＋／−５度の範囲内の軸方向におけるすくい角を有する。すくい角を小さくすれば、切削ウェッジの安定性を改善することができる。より粗い粒度の材料を使用した場合には、個々の粒子の破断、それ故切削刃が鈍角になるのを防止することができる。
【００３２】
特に、螺旋ドリルの場合には、主切削刃のすくい角を、主切削刃を修正することにより、または主切削刃の追加の修正研磨により所望の大きさに修正することができ、その結果、主切削刃の所望の切削ウェッジの安定性および主切削刃の耐磨耗性が得られる。ドリルは都合のよい形をしていて、そのためチゼル・エッジの平坦部を薄くすることにより、１回の動作で主切削刃の修正を研磨により行うことができる。
【００３３】
ドリル先刃の上記幾何学的形状は、刃を２つ有するドリルに特に適している。しかし、上記幾何学的形状は、ナイフが３つ付いているトリマ、またはもう１つの切削溝で前の主切削平坦部および後のリーマ・平坦部に分割されている平坦部を含むドリルで使用することもできる。
【００３４】
もう１つの態様は、上記実施形態によるドリル・平坦部内のドリルを通って、螺旋状または直線状に延びる冷却チャネルとして形成されることが好ましい本発明によるドリルの内部冷却に関する。冷却チャネルは、特により小さな公称直径を有するドリルで、楕円または三角形の断面プロファイルを有することができる。ドリル軸上をドリルを通して延びていて、ドリル・チップの領域内をＹ字形に拡がる内部冷却チャネルも形成することができる。
【００３５】
好適には、開口部は、平坦部の自由面上に位置する。好適には、開口部は、平坦部の内部に向かう方向に、更なるアンダーカットを有する。アンダーカットにより形成される切削溝はより高い処理能力を切削溝の方向にもたらすために、自由面が平坦部に対してなす角度よりもコアに対して小さい角度をなすように設けられる。このように構成されているドリルにより、特に主切削刃および切削角部においてドリルを冷却するために、また潤滑油による切削中および屑の除去中に摩擦抵抗を低減するために、冷却エマルジョンを使用する他にオイル−空気エアゾールを使用して、最少量の潤滑油（ＭＭＳ）ですますことができる。
【００３６】
この場合、ドリルを、無垢の硬質金属としてまたは硬質材のドリルとして製造することができる。しかし、他の有利な態様の場合には、唯一の切削インサート材が硬質金属からなるドリルを有することができる。この場合、切削インサート材用の支持体は、例えば、工具用鋼鉄のようなより軟らかいが靱性の高い材料からなる。よって、個々の部材、切削インサート材、および支持体を負荷の各タイプに合わせて正確に調整することができる。
【００３７】
所定の実施形態の場合には、切削インサート材は、硬質材硬質材からできていて、主切削刃、切削角部および補助切削刃（断面）が形成されているかまたは研磨により形成されている支持体（すなわち、ドリル・シャンク）に半田づけされているドリル・ヘッドである。この実施形態は、支持体が長い距離を伸び、そのため、ねじれ負荷に耐えるために高い靱性を有さなければならない深穴用のドリルに特に適している。
【００３８】
一方、別の実施形態の場合には、切削インサート材は、円周方向にドリル上にネジ止めされている切削プレートである。この場合、主切削刃、切削角部および補助切削刃（断面）の両方を備える全ドリルは、支持体の面上にこの目的のために形成されている収容溝内に挿入され、そこにネジ止めまたは半田づけされる切削プレートとして製造することができる。
【００３９】
しかし、それぞれが、唯一の主切削刃または主切削刃セクションを形成し、対応するプレート・シート、特にステップ・ツールのステップにネジ止めされている交換可能な切削プレートを使用することもできる。切削プレートを備える対応する支持体カセットもここに設けることができる。このようにして、本発明による切削幾何学的形状（硬質材の組合わせ）は、交換可能な切削プレートおよび標準ツール・キャリヤと一緒に使用することができるばかりでなく、製造技術をかなり容易にすることもできる。切削のための幾何学的形状は、硬質材のドリル上に直接研磨により形成する必要はないが、容易にアクセスすることができる硬質材の切削プレート上の少なくともセクション内に研磨により形成することができる。
【００４０】
工具の寿命をさらに延ばし、切削性能を改善するために、ドリルの少なくとも鋭い切削刃の領域をコーティングすることができる。摩擦を低減することができ、および／または磨耗を低減することができるすべての普通のコーティングを使用することができる。特に、例えば、好適には、ナノ結晶性ダイヤモンドであることが好ましいダイヤモンド、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮまたはＴｉＣＮのような硬質材の層または多層コーティングが好ましい。例えば、「ＭＯＬＹＧＬＩＤＥ」と呼ばれるＭｏＳ２のような潤滑層も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】螺旋状の穴を有する本発明の一実施形態による無垢の硬質金属ドリルの簡単な側面図。
【図２】直線状の穴を有する本発明のもう１つの実施形態による無垢の硬質金属ドリルの簡単な側面図。
【図３】図２のドリルの正面図。
【図４】本発明のもう１つの実施形態によるステップ・ドリルの簡単な断面図。
【図５】本発明のもう１つの実施形態による切削インサート材を含む直線状の溝を有するドリルの図３の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図を参照しながら、本発明のいくつかの有利な実施形態について以下に説明する。
図１について説明すると、この図は、用途グループＫ２０（ＩＳＯ ５１３）の硬質金属よりなる刃を２つ有する螺旋ドリルである。この場合、参照符号１はドリルの主切削刃を示し、参照符号５はチゼル・エッジを示し、参照符号２は切削角部を示し、参照符号３は補助切削刃を示す。図を見れば分かるように、主切削刃１は、半径方向に連続する凸状部が湾曲する線に沿って並び、小さな接線角度で補助切削刃上をゆるやかに延びる。そのため、切削角部２は非常に切れ味が鈍い。一方、切削角部２における移行部は、穴明け冷却の長さ測定のための測定点として切削角部を使用するために満足すべき状態に形成されている。よって、主切削刃１の背面の逃げ面である第１の自由面９とガイド面取り７との間には、明瞭に形成されている刃が位置する。一方、主切削刃１からチゼル・エッジ５への移行部は、ほぼ接線方向を向いている。
【００４３】
第１の自由面９は、円錐面の形に研磨され、第２の同じような円錐面の形の自由面によりアンダーカットされる。同時に、２つの自由面９、１１の隆起部が位置する点の付近に現れる内部冷却チャネルの開口部１７を識別することができる。しかし、ドリルは、そこに、平坦部または切削溝の内部に向かう方向に、自由面が平坦部に対してなす角度より、平坦部に対して小さな角度をなすアンダーカットにより形成された面１５を有する。
【００４４】
主切削刃１のプロファイルは、修正研磨部により決定され、それにより一方では、主切削刃修正面２１、および他方では、チゼル・エッジの平坦部のシンニング１９が形成される。主切削刃の修正面２１は、軸方向、すなわち、ドリル軸Ａに平行に延びていて、そのため主切削刃は、切削角部２およびチゼル・エッジ５のプロット点におけるドリル軸に平行な面により囲まれている平らな面内を延びる。
【００４５】
図２および図３は、本発明のもう１つの実施形態による用途グループＫ２０（ＩＳＯ ５１３）の硬質金属よりなる直線状の穴を有するドリルである。図１のドリルの場合のように、類似の参照符号は、同じまたは類似の機能を示す。よって、参照符号１０１は主切削刃を示し、参照符号１０５はチゼル・エッジであり、参照符号１０２は切削角部である。この場合、主切削刃１０１は２つのセクション１０１ａ、１０１ｂに区分される。
【００４６】
補助切削刃に隣接する外側のセクション１０１ａにおいては、主切削刃は、チゼル・エッジ１０５のプロット点において、切削角部および平行なドリル軸で囲まれている面に、連続している凸状部が湾曲線に沿って並ぶ。一方、中央セクション１０１ｂでは、上記湾曲線がチゼル・エッジ１０５のプロット点における切削角部１０２および平行なドリル軸で囲まれている面内を鈍角αをなして直線状に延びている。この場合、セクション１０１ａは、セクション１０１ｂ内に接線方向に延びる。Ｔ２は、同時に鈍角αの一方の辺でもある第２のセクション１０１ｂ内への移行部におけるセクション１０１ａの接線である。
【００４７】
セクション１０１ａの外側の刃部において、主切削刃は、湾曲している主切削刃のセクション１０１ａへの接線Ｔ１と、補助切削刃１０３の間の角度β（チゼル・エッジ１０５のプロット点を通して、切削角部１０２および平行なドリル軸で囲まれている面内で測定した）で終わっている。そのため、鈍角ではあるが、明瞭に認識できる切削角部１０２が形成される。
【００４８】
両方の円錐面の形に研磨した自由面１０９は、さらに、アンダーカットした面１１５を有する。この面においては、Ｙ字形の内部冷却チャネルの開口部または出口開口部が、それぞれ、自由面１０９およびアンダーカット面１１５が形成する隆起部に位置する。出口開口部１１７は、アンダーカット面１１５により、平坦部の内部または切削溝の方向に広くなっていて、そのため冷却剤の処理能力が改善され、切削溝内への冷却剤の除去が促進される。
【００４９】
図３は平坦部のシンニング１１９を特に明瞭に示す。この平坦部を薄くする工程は、これも図２に特に明瞭に示す主切削刃修正１２１による研磨工程に含まれる。主切削刃修正１２１により、上から見た場合、主切削刃１０１は、その直線状のプロファイルを有することになり、主切削刃１０１上のすくい角は約９０度に拡がる。そのため、特に磨耗に強い切削刃が形成される。シンニング１１９によりコアの直径ＤＫが大きくても、チゼル・エッジ１０５の長さが短くなる。よって主切削刃１０１の中央セクション１０１ｂにより、優れた心出しチップが形成され、押しつけるチゼル・エッジ１０５により過度の摩擦値を避けることができる。また、ドリルのコアが太いため、ドリルの安定性が確実に非常に増大する。図の実施形態の場合には、ドリルの公称直径とドリルのコアとの間の比率は約３．５である。
【００５０】
図１の螺旋形の実施形態の機能の組合わせ、および図２および図３の直線状の穴を有する実施形態の機能の組合わせの両者により、例えば、ねずみ銑、および特にＧＧＶまたはＡＤＩのような高い靱性および曲げ強度要件を有する研磨材の切削用に最適化されるドリルを製造することができる。
【００５１】
・切削角部２；１０２は、主切削刃および補助切削刃の移行部における小さな角度αにより、耐えることができる熱的および機械的負荷に単に曝されているだけである。
・硬質金属ドリル材料Ｋ２０はドリルの硬度を増大する。
【００５２】
・比較的大きなコア直径ＤＫにより、ドリルは比較的大きなねじれ荷重を有する。
・主切削刃１０１の凸状の湾曲により、主切削刃、特に外側のセクションの単位長さ当たりの負荷が低減する。
【００５３】
・切削刃が鈍角になり、そのため主切削刃の修正により腐蝕により強くなる。
・同時に、シンニング１９；１１９によりチゼル・エッジが短くなり、そのため、心出し効果が確実によくなり、チゼル・エッジの過度の押しつけを全面的に避けることができる。
【００５４】
・開口部１７；１１７から出てきて、アンダーカット面１５；１１５を通して切削溝に入る、例えばＭＭＳエアゾールのような冷却剤は、研磨摩擦を低減し、切削刃および切削角部を冷却する。
【００５５】
さらに、切削角部２；１０２からのドリルの長さの正確な測定を行うことができる。何故なら、角度αは、いぜんとして十分大きく、何の問題もなく測定点を計測することができるからである。
【００５６】
このことは、図４を見れば分かるように、ステップ・ツールの場合に特に重要である。この場合、切削角部２０２（予備穴明けステップ）から切削角部２０２Ｓ（第２の穴開けステップ２２３）までに測定した予備穴明けステップの長さＬＳは重要である。図４は、ステップ・ドリルの正確な幾何学的形状の略図である。何故なら、予備穴明けステップの際には、この幾何学的形状は図１の幾何学的形状に主として対応し、第２の穴開けステップ２２３の場合には、連続して凸状に湾曲している主切削刃プロファイルが形成されるからである。
【００５７】
最後に、図５は、支持体３００ａが切削インサート材３００ｂを含む本発明によるドリルの実施形態である。切削インサート材３００ｂは、支持体３００ａの前面の中央を延びる横方向の溝に入っていて、鎖線で示すネジにより支持体３００ａにネジ止めされている。これについては、本発明者のＰＣＴ／ＥＰ９３／０３１１８を参照されたい。インサート材３００ａは、用途分類Ｋ２０（ＩＳＯ ５１３）の硬質金属よりなる。一方、支持体は、高速度鋼（ＨＳＳ）よりなる。一方、出口開口部３１７による内部冷却は、前面において第２の自由面３１１およびアンダーカット面３１５を形成する支持体３００ａ内で完全に行われ、チゼル・エッジ３０５、２つの主切削刃３０１および切削角部３０２は、切削インサート材３００ｂ上に収容され、同様に、チゼル・エッジのシンニング３１９によりチゼル・エッジ３０５が短くなる。この場合は、主切削刃の追加の修正研磨を行わなくてもよい。何故なら、切削インサート材３００ｂを、所望の主切削刃の幾何学的形状により形成することができるからである。この場合、主切削刃３０１は、切削角部およびチゼル・エッジ３０５のプロット点を通る平行なドリル軸で囲まれている面内に図２のプロファイルを有する。
【００５８】
当然のことであるが、本発明の範囲から逸脱しない限り、図の実施形態と同じにしなくてもよい。
よって、本発明によるドリルをさらに最適化するために、切削ブレーカ溝を、主切削刃上に（切削溝および／または自由面内に）研磨により形成することができる。
【００５９】
さらに、切削溝または切削刃の修正研磨部を適切に形成することにより、主切削刃の長さをさらに長くし、補助切削刃、すなわち鈍角の切削刃に対する切削角部におけるすくい角を大きくするために、軸方向に連続している凸状の湾曲プロファイルを保持しながら、平面図で見た場合、ドリルの主切削刃のプロファイルをＳ字状または鎌状にすることもできる。
【００６０】
また、主切削刃が連続して凸状に湾曲している外部ゾーン、および主切削刃が相互に直線状に自由に延びる中央領域の長さを変えることもできる。
よって、本発明は、下記の個々の機能で、また論理的と思われる機能の任意の組合わせで実施することができる。
【００６１】
ドリルは硬質材よりなる。
ドリルは、切削溝でさらに区分することができる平坦部と、それぞれが切削角部（２；１０２；３０２）およびチゼル・エッジ（５；１０５；３０５）への移行部を備える少なくとも２つの主切削刃（１；１０１；３０１）を有する。
【００６２】
主切削刃（１；１０１；３０１）の少なくともいくつかのセクション（１０１ａ）は、切削角部（２；１０２；３０２）からスタートして、軸方向（Ａ）に連続して凸状に湾曲している。
【００６３】
切削角部（１０２）における主切削刃（１０１）への接線（Ｔ１）は、補助切削刃（１０３）と一緒に１０度〜４０度の角度（β）を含む。
主切削刃（１０１）の連続して凸状に湾曲しているセクション（１０１ａ）は、主切削刃（１０１）がチゼル・エッジ（１０５）に対して鈍角（α）で直線状に延びる中央セクション（１０１ｂ）上でほぼ接線方向（Ｔ２）に接している。
【００６４】
切削角部（２；１０２；３０２）からのチゼル・エッジ（５；１０５；３０５）の軸方向の間隔は、０．５×Ｄ、特に０．４５×Ｄにほぼ対応する。この場合、Ｄはドリルの公称直径である。
【００６５】
少なくとも切削付近の領域（３００ｂ）を構成しているドリルの硬質材硬質材は、特に分類Ｋ１５〜Ｋ３０の硬質金属である。
少なくとも切削付近の領域（３００ｂ）を構成しているドリルの硬質材硬質材は、微粒子の硬質金属である。
【００６６】
少なくとも切削付近の領域（３００ｂ）を構成しているドリルの硬質材硬質材は、１８００ＨＶより高い硬度を有し、３０００Ｎ／ｍｍ２以下、特に２５００Ｎ／ｍｍ２以下の曲げ強度を有する。
【００６７】
ドリルは、チゼル・エッジ（５；１０５；３０５）を短くするコアを薄くする工程（１９；１１９；３１９）を有する。
ドリルは、３．０〜３．５、特に３．２の公称直径対ドリル・コア比を有する。
【００６８】
硬質材用のドリルは直線状の穴を有する。
硬質材用のドリルは螺旋状の穴を有する。
硬質材用のドリルは、内部冷却（１７；１１７；３１７）を有する。この場合、内部冷却チャネルは、好適には、ドリルの自由面（９，１１；１０９；３０９，３１１）上に位置することが好ましい、切削の近くのゾーン内の開口部（１７；１１７；３１７）まで平坦部を通して延びる。
【００６９】
自由面（９，１１；１０９；３１１）における開口部（１７；１１７；３１７）には、自由面（９，１１；１０９；３１１）よりも、平坦部の内部に向かう方向に自由面が平坦部に対してなす角度より、平坦部に対して小さな角度をなす追加のアンダーカット（１５；１１５；３１５）が位置する。
【００７０】
硬質材用のドリルは、＋／−５度の範囲内の軸方向におけるすくい角を有する。
硬質材用のドリルは、主切削刃の修正研磨部（２１；１２１）を有する。
主切削刃の修正研磨（２１；１２１）およびシンニング（１９；１１９）は、移行部なしで相互に自然に連続していて、そのためこれらを１回の動作で研磨することができる。
【００７１】
硬質材用のドリルは、自由面が円錐面形のチップ研磨部を有する。
硬質材用のドリルは、自由面からなる４つの面の研磨されるチップ部を有する。
硬質材用のドリルは、主切削刃からなる第１の切削領域から工具の先端とは反対側に離間して設けられる少なくとも１つの他の切削領域（２２３）を有する。
【００７２】
主切削刃は、また、第２の切削領域（２２３）に切削角部（２０２Ｓ）を有し、切削角部（２０３Ｓ）を起点とし、少なくともいくつかのセクションは、軸方向（Ａ）に連続して凸状に湾曲している。
【００７３】
支持体（３００ａ）に接続している少なくとも１つの切削インサート材（３００ｂ）が設けられている。この場合、少なくとも切削インサート材（３００ｂ）は硬質材からなる。
【００７４】
切削インサート材は、主切削刃が位置する支持体に半田づけされているドリル・ヘッドとして構成される。この場合、少なくともドリル・ヘッドは、硬質材よりなる。
少なくとも１つの切削インサート材（３００ｂ）は、主切削刃（３０１）が位置する切削プレート（３００ａ）として構成されるか、または主切削刃の少なくとも外部セクションを供給する切削プレートが、円周方向に支持体（３００ａ）にネジ止めされている主切削刃毎に供給される。この場合、少なくとも切削プレート（３００ａ）または複数の切削プレートは硬質材よりなる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ねずみ銑、特にＧＧＶまたはＡＤＩのような鋳造材を切削するためのドリル工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造材の開発は、同時により高い靱性を有するより強度の高い材料の方向へと進んでいる。エンジンを組み立てる際に、従来から使用されてきた球状黒鉛（ＧＧＧ）の代わりに、バーミキュラ黒鉛（ＧＧＶ）が盛んに使用されている。オーステンパーした可鍛鋳鉄、ＡＤＩのような新規な材料は、より高い強度値およびより高い靱性値を有する。
【０００３】
よって、鋳造材を切削するための工具用の材料を選択する場合には、各材料にマッチする対向工具パラメータ、硬度および靱性間の比率に注意しなければならない。
さらに、硬い相（例えば、フェライト、パーライトまたはマルテンサイト）を含み、軟らかい炭素を含む粒状で、不規則な鋳造構造を有しているので、鋳鉄の作業片を切削するのに使用する工具は、研磨による磨耗が大きい。さらに、均等でない構造をしているので、曲げモーメント負荷が大きくなり、いつでも振動を起こさないで処理を行うことができるとは限らない。
【０００４】
一方では、高い硬度および耐磨耗性に対する対向する要件の間で折り合いをつけるため、他方では、高い靱性と永久的振動荷重との間で折り合いをつけるために、ＩＳＯ ５１３分類による分類Ｋ３０〜Ｋ４０からの無垢の硬質金属よりなる従来の穴明け工具が、中程度の靱性値を有し、中程度の硬度を有するＧＧＧおよびＧＧＶを切削するために使用される。しかし、この場合、工具の寿命および達成できる切削性能、すなわち可動切削速度および送り速度には限界がある。
【０００５】
さらなる開発により、０．８μｍ未満のＷＣ結晶の結晶粒度のいわゆる微小または超微粒硬質金属が使用できるようになり、高い硬度の他に、高い曲げ強度を達成できる見込みが開けたが、それに応じて材料コストが高くなる。
【０００６】
工具に対する材料の適当な選択の他に、摩擦の影響を低減し、削り屑をより容易に処理するために、現在ではこれらの工具は内部から冷却される。
この場合、切削角部は、最大の機械的負荷ばかりでなく、最大の熱的負荷がかかる主切削刃の点と見なされた。そのため、いわゆる鋳造面取り、または「二重角点」の幾何学的形状（９０度の面取りのところの例えば１１８度のような鈍角）の形をしている切削角部において特定の面取りが使用される。
【０００７】
さらに、いわゆる「ラコン点」幾何学的形状（半径円錐、すなわち半径が主切削刃全長にわたって延びる）、またはビックフォード点幾何学的形状（半径が、外部の主切削刃のセクション上だけを延び、一方、直線状の主切削刃プロファイルを有する中央セクションが、優れた心出しチップを形成する）のようなドリルを通る縦方向のセクション内の半径上で幅が狭くなる主切削刃プロファイルを有するドリル・チップの幾何学的形状を有するＨＳＳドリルも、例えば、鋼鉄のような材料の機械加工においては周知のものである。
【０００８】
例えば、特許文献１は、ドリルの軸に平行な面内に主切削刃プロファイルを有するドリルを開示している。この場合、主切削刃は、ドリルの先刃から狭くなっていて、補助切削刃のところまである半径を有し、ドリルの周囲に接線方向に延びていて、そのため切削角部は全然鈍角にならない。
【０００９】
一方、特許文献２は、主切削刃が、ドリル軸および外部セクション内の切削角部により囲まれている面内の半径と重なり、中心断面内を直線状に延びる主切削刃プロファイルを有するドリルを開示している。この場合、補助切削刃から主切削刃への移行部は、接線方向ではなく、ある角度を有する。しかし、そのため、残りの切削角部は、上面内に主切削刃の直線プロファイルを有する従来のドリルと比較すると、少なくとも遥かに鈍角になっている。
【００１０】
よって、切削角部が鋭角になるのを避けるため、特に外部において鋭角になるのを避けるために、大きな負荷がかかる領域ができるのを避けるために、主切削刃のこれらの実施形態の場合、主切削刃の長さが長くなるか、または主切削刃の単位長さ当たりに行う切削作業が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３４４３４５９号明細書
【特許文献２】米国特許第１３０９７０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
よって、本発明の目的は、例えば、ねずみ銑、特にＧＧＶまたはＡＤＩのような鋳造材の切削用に最適化され、耐用年数が長く切削性能が優れている他に低コストを約束するドリルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の特徴により達成することができる。
本発明により、初めて、硬質材からなるドリルが、切削角部を起点として軸方向に半径上を連続して凸状に湾曲している主切削刃における周知の機能を有することができる。硬質にして、脆い材料は、本発明による主切削刃プロファイルを形成するような方法では研磨することはできないという従来からの見解を打破することにより、この幾何学的形状による利点、すなわち、切削角部が鋭角にならないこと、主切削刃が長くなること、主切削刃の長さ、特に外部領域内の単位長さ当たりの負荷が低減することという利点を使用することができる。
【００１４】
上記の初期の試みは、特に硬質材を選択することにより、切削角部における磨耗を減少させる。しかし、これにより切削性能が低下したり、切削値が低くなる。よって、短期の使用によっても破損が頻繁に起こる虞がある。鋳造面に幾何学的形状の面取りを施して、時比較的硬く強靱な材料を選択するという折衷案を使用しても、工具の寿命を長くするという点、および切削値を高くするという点において満足すべき結果が得られていない。
【００１５】
しかし、ドリル材としての硬質材と、鋳造材の機械加工を伴う切削角部における急速な磨耗を低減することができるラコン点幾何学的形状と本発明との組合わせにより、切削値を不経済な範囲に低減しなくても、工具の寿命を延ばすことができる。幾何学的形状による利点のために、非常に硬く（そのため非常に靱性が低い）硬質な材料を、硬質材のためのドリル用の材料として使用することができる。
【００１６】
よって、工具の長い寿命と切削性能とに加えて、低い材料コストが見込める、ねずみ銑、特にＧＧＶまたはＡＤＩのような、高い靱性要件を有する研磨材料を切削するための適当な工具を提供することができる。
【００１７】
この場合、いわゆるサーメット、切削セラミック等、例えばＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏをベースとする非常に硬い金属はドリル材料または硬質材料として適している。
しかし、主切削刃のプロファイルの場合、半径上のドリル軸に平行な１つの面内を延びる主切削刃を有することができるばかりでなく、例えば、パラボラ状または双曲線状の湾曲のような他の連続している凸状の湾曲を有することもできる。さらに、本発明の範囲内で、主切削刃は、ドリル軸に平行な平らな面内を延びることができるばかりでなく、例えば、湾曲が軸方向に連続している凸状になっている限り、平行なドリル軸および平行なドリル軸に垂直なＳ字状、または鎌状の線で包囲される面のような湾曲面内も延びることができる。
【００１８】
この場合、本発明によるドリルは切削角部を有する。すなわち、主切削刃は、ドリルの周囲において完全に接線方向に隣接していない。よって、ドリルの先刃またはチゼル・エッジまでの切削角部から口径の長さのために使用することができない先刃の領域は、完全に接線方向に延びる主切削刃より短くなり、材料コストが低くなる。一方、刃が、ガイド面取りまたは鈍角の切削角部に形成されたにもかかわらず、熱は十分に除去され、過度の熱的応力は起こらないし、湾曲から自由に延びる主切削刃と比較すると機械的応力が低減する。
【００１９】
ドリルの公称直径（Ｄ）の約半分の切削角部からのチゼル・エッジの軸方向の距離を測定した結果、特に０．４５×Ｄが適当であることが分かった。
もう１つの態様の場合には、主切削刃は、さらに中央セクションを有し、主切削刃は、例えば、１１８〜１３０度における所定の鈍角で、チゼル・エッジまで直線的に延びる。凸状に連続して湾曲しているセクションは、中央セクションに接線方向に隣接している。このことが、また、湾曲のプラスの効果を低減しないで、ドリル・チップを短くするのをさらに助ける。さらに、これにより優れた心出しチップが形成される。
【００２０】
主切削刃より補助切削刃への移行部位は接線方向とは異なる方向へ展開され、更なる利点を有する。それは、移行部ではなく、測定点が切削角部に形成されるからである。よって、工具の固定点から主切削刃の外部の取り付け点までの距離、すなわち有用な最大の穴の深さを容易に測定することができる。この場合、切削角部における主切削刃の接線と１０度〜４０度の間、特に１５度〜２５度の間のドリル軸との間の角度は、特に有利であることは周知である。この理由として以下のことが挙げられる。即ち、一方では、切削角部において測定点を明瞭に計測することができるし、他方では、切削角部は十分に鈍角なので、熱的負荷および機械的負荷を低く維持することができる。
【００２１】
切削点で明瞭に計測することができる測定点は、請求項１に記載の有利な実施形態によるステップ・ドリルにとって特に重要である。即ち、第１の切削領域の有用なドリルの穴の深さ（この領域の前のドリルの穴の深さ）は、この方法で測定することができる。好適には、第２の切削領域は、本発明による主切削刃の幾何学的形状の利点を利用するために、軸方向の主切削刃の連続して凸状に湾曲しているプロファイルを有する。
【００２２】
好適には平坦部を薄くすると、チゼル・エッジが短くなり、その結果、心出し特性が改善され、チゼル・エッジの圧迫が少なくなる。先刃を薄くしたチゼル・エッジを使用すると、大きなドリル・コア直径を使用することもでき、工具の曲げ強度および捻れに対する抵抗が向上される。ドリルのコアが大きくなると、今度は、硬質にして脆弱な材料を使用しても、ドリルの靱性に対する要件を容易に満足させることができる。ドリル・コアに対する公称直径の比率が３．０〜３．５の場合に、特によい結果が得られた。例えば、ドリル・コアに対する公称直径の比率が約３．２の場合が、公称直径が１２ｍｍであるドリルに対して有利であることが分かった。
【００２３】
ドリルの幾何学的形状に基づく種々の有利な態様においては、材料による利点を追求する余地がある。即ち、工具の長い寿命、より大きな破断強度、より優れた切削性能およびより低い材料コストという１つまたは複数の部分的に矛盾する目標に関連して、有意な全面的効果が達成される。
【００２４】
例えば、硬質にして脆弱な材料を使用して、工具の寿命が長く、同一ないしはより優れた切削性能を備え、特に磨耗に強い硬質金属のドリルを製造することができる。特に切削角部の負荷が小さいという点で、チップの幾何学的形状により得られる利点のために、使用する材料の靱性が従来のドリルで使用する材料より低いにもかかわらず、工具の寿命中に破断を起こすことなく、高い切削性能を得ることができる。より高い硬度と、これに伴う増大した磨耗抵抗のために、工具の寿命を短縮することなく、送り速度または切削速度をさらに速くするという他の効果も得られる。一方、同じ切削性能で、工具の寿命をさらに延ばすことができる。
【００２５】
ドリルは、ＧＧＶまたはＡＤＩのような研磨材料を機械加工するために最適化され、このようなドリルは、現在この目的のために通常使用されるＩＳＯ−５１３の分類Ｋ３０〜Ｋ４０の硬質金属に替えて、ＩＳＯ−５１３の分類Ｋ１５〜Ｋ３０の硬質金属よりなる。
【００２６】
しかし、より粒度の粗く、よりコストが低い材料を使用してドリルの材料コストを低減するために、幾何学的形状の利点を使用することもできる。ドリルは、通常の微細な粒度に替えて粒度の細かい硬質金属からなる。
【００２７】
上記した利点を定量化するために、１０ｍｍの公称直径を有し、チップ状の幾何学的形状とは異なる同じ形の種々のドリルを使用して、ＧＧＶ４５０よりなる作業片上で切削試験を行った。
【００２８】
Ａ）１６００ＨＶ〜１７００ＨＶの硬度、および３６００Ｎ／ｍｍ２の曲げ強度を有する標準チップ幾何学的形状の無垢の硬質金属よりなるドリル。
Ｂ）１６００ＨＶ〜１７００ＨＶの硬度、および３６００Ｎ／ｍｍ２の曲げ強度を有する本発明に係る形状の無垢の硬質金属よりなるドリル。
【００２９】
Ｃ）１８００ＨＶより高い硬度、および２５００Ｎ／ｍｍ２未満の曲げ強度を有する本発明によるチップ幾何学的形状の無垢の硬質金属よりなるドリル。
工具寿命が同じである場合、ドリルＡと比較した場合、ドリルＢを使用した場合には、５０％速い送り速度で使用することができることが分かった（ドリルＡ：切削速度は１００ｍ／分、送り速度は０．４ｍｍ／回転、ドリルＢ：切削速度は１００ｍ／分、送り速度は０．６ｍｍ／回転）。さらに、より硬質な材料よりなるドリルＣを使用すれば、工具の寿命および／または切削値をさらに改善することができる。しかし、この材料の破断強度はかなり低い。
【００３０】
本発明による幾何学的形状は、直線状または螺旋状の穴付きのドリルに使用することができる。ほぼ円錐形の面の形をしている研磨される部分、または４つの面をなす区分された自由面からなる研磨される部分が、自由面の研磨される部分として適している。更なる幾何学的態様は、選択したドリル材料の特性の結果として適しているか、または選択した材料のさらなる最適化を行うことができる。
【００３１】
よって、好適にはドリルは好適には＋／−５度の範囲内の軸方向におけるすくい角を有する。すくい角を小さくすれば、切削ウェッジの安定性を改善することができる。より粗い粒度の材料を使用した場合には、個々の粒子の破断、それ故切削刃が鈍角になるのを防止することができる。
【００３２】
特に、螺旋ドリルの場合には、主切削刃のすくい角を、主切削刃を修正することにより、または主切削刃の追加の修正研磨により所望の大きさに修正することができ、その結果、主切削刃の所望の切削ウェッジの安定性および主切削刃の耐磨耗性が得られる。ドリルは都合のよい形をしていて、そのためチゼル・エッジの平坦部を薄くすることにより、１回の動作で主切削刃の修正を研磨により行うことができる。
【００３３】
ドリル先刃の上記幾何学的形状は、刃を２つ有するドリルに特に適している。しかし、上記幾何学的形状は、ナイフが３つ付いているトリマ、またはもう１つの切削溝で前の主切削平坦部および後のリーマ・平坦部に分割されている平坦部を含むドリルで使用することもできる。
【００３４】
もう１つの態様は、上記実施形態によるドリル・平坦部内のドリルを通って、螺旋状または直線状に延びる冷却チャネルとして形成されることが好ましい本発明によるドリルの内部冷却に関する。冷却チャネルは、特により小さな公称直径を有するドリルで、楕円または三角形の断面プロファイルを有することができる。ドリル軸上をドリルを通して延びていて、ドリル・チップの領域内をＹ字形に拡がる内部冷却チャネルも形成することができる。
【００３５】
好適には、開口部は、平坦部の自由面上に位置する。好適には、開口部は、平坦部の内部に向かう方向に、更なるアンダーカットを有する。アンダーカットにより形成される切削溝はより高い処理能力を切削溝の方向にもたらすために、自由面が平坦部に対してなす角度よりもコアに対して小さい角度をなすように設けられる。このように構成されているドリルにより、特に主切削刃および切削角部においてドリルを冷却するために、また潤滑油による切削中および屑の除去中に摩擦抵抗を低減するために、冷却エマルジョンを使用する他にオイル−空気エアゾールを使用して、最少量の潤滑油（ＭＭＳ）ですますことができる。
【００３６】
この場合、ドリルを、無垢の硬質金属としてまたは硬質材のドリルとして製造することができる。しかし、他の有利な態様の場合には、唯一の切削インサート材が硬質金属からなるドリルを有することができる。この場合、切削インサート材用の支持体は、例えば、工具用鋼鉄のようなより軟らかいが靱性の高い材料からなる。よって、個々の部材、切削インサート材、および支持体を負荷の各タイプに合わせて正確に調整することができる。
【００３７】
所定の実施形態の場合には、切削インサート材は、硬質材硬質材からできていて、主切削刃、切削角部および補助切削刃（断面）が形成されているかまたは研磨により形成されている支持体（すなわち、ドリル・シャンク）に半田づけされているドリル・ヘッドである。この実施形態は、支持体が長い距離を伸び、そのため、ねじれ負荷に耐えるために高い靱性を有さなければならない深穴用のドリルに特に適している。
【００３８】
一方、別の実施形態の場合には、切削インサート材は、円周方向にドリル上にネジ止めされている切削プレートである。この場合、主切削刃、切削角部および補助切削刃（断面）の両方を備える全ドリルは、支持体の面上にこの目的のために形成されている収容溝内に挿入され、そこにネジ止めまたは半田づけされる切削プレートとして製造することができる。
【００３９】
しかし、それぞれが、唯一の主切削刃または主切削刃セクションを形成し、対応するプレート・シート、特にステップ・ツールのステップにネジ止めされている交換可能な切削プレートを使用することもできる。切削プレートを備える対応する支持体カセットもここに設けることができる。このようにして、本発明による切削幾何学的形状（硬質材の組合わせ）は、交換可能な切削プレートおよび標準ツール・キャリヤと一緒に使用することができるばかりでなく、製造技術をかなり容易にすることもできる。切削のための幾何学的形状は、硬質材のドリル上に直接研磨により形成する必要はないが、容易にアクセスすることができる硬質材の切削プレート上の少なくともセクション内に研磨により形成することができる。
【００４０】
工具の寿命をさらに延ばし、切削性能を改善するために、ドリルの少なくとも鋭い切削刃の領域をコーティングすることができる。摩擦を低減することができ、および／または磨耗を低減することができるすべての普通のコーティングを使用することができる。特に、例えば、好適には、ナノ結晶性ダイヤモンドであることが好ましいダイヤモンド、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮまたはＴｉＣＮのような硬質材の層または多層コーティングが好ましい。例えば、「ＭＯＬＹＧＬＩＤＥ」と呼ばれるＭｏＳ２のような潤滑層も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】螺旋状の穴を有する本発明の一実施形態による無垢の硬質金属ドリルの簡単な側面図。
【図２】直線状の穴を有する本発明のもう１つの実施形態による無垢の硬質金属ドリルの簡単な側面図。
【図３】図２のドリルの正面図。
【図４】本発明のもう１つの実施形態によるステップ・ドリルの簡単な断面図。
【図５】本発明のもう１つの実施形態による切削インサート材を含む直線状の溝を有するドリルの図３の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図を参照しながら、本発明のいくつかの有利な実施形態について以下に説明する。
図１について説明すると、この図は、用途グループＫ２０（ＩＳＯ ５１３）の硬質金属よりなる刃を２つ有する螺旋ドリルである。この場合、参照符号１はドリルの主切削刃を示し、参照符号５はチゼル・エッジを示し、参照符号２は切削角部を示し、参照符号３は補助切削刃を示す。図を見れば分かるように、主切削刃１は、半径方向に連続する凸状部が湾曲する線に沿って並び、小さな接線角度で補助切削刃上をゆるやかに延びる。そのため、切削角部２は非常に切れ味が鈍い。一方、切削角部２における移行部は、穴明け冷却の長さ測定のための測定点として切削角部を使用するために満足すべき状態に形成されている。よって、主切削刃１の背面の逃げ面である第１の自由面９とガイド面取り７との間には、明瞭に形成されている刃が位置する。一方、主切削刃１からチゼル・エッジ５への移行部は、ほぼ接線方向を向いている。
【００４３】
第１の自由面９は、円錐面の形に研磨され、第２の同じような円錐面の形の自由面によりアンダーカットされる。同時に、２つの自由面９、１１の隆起部が位置する点の付近に現れる内部冷却チャネルの開口部１７を識別することができる。しかし、ドリルは、そこに、平坦部または切削溝の内部に向かう方向に、自由面が平坦部に対してなす角度より、平坦部に対して小さな角度をなすアンダーカットにより形成された面１５を有する。
【００４４】
主切削刃１のプロファイルは、修正研磨部により決定され、それにより一方では、主切削刃修正面２１、および他方では、チゼル・エッジの平坦部のシンニング１９が形成される。主切削刃の修正面２１は、軸方向、すなわち、ドリル軸Ａに平行に延びていて、そのため主切削刃は、切削角部２およびチゼル・エッジ５のプロット点におけるドリル軸に平行な面により囲まれている平らな面内を延びる。
【００４５】
図２および図３は、本発明のもう１つの実施形態による用途グループＫ２０（ＩＳＯ ５１３）の硬質金属よりなる直線状の穴を有するドリルである。図１のドリルの場合のように、類似の参照符号は、同じまたは類似の機能を示す。よって、参照符号１０１は主切削刃を示し、参照符号１０５はチゼル・エッジであり、参照符号１０２は切削角部である。この場合、主切削刃１０１は２つのセクション１０１ａ、１０１ｂに区分される。
【００４６】
補助切削刃に隣接する外側のセクション１０１ａにおいては、主切削刃は、チゼル・エッジ１０５のプロット点において、切削角部および平行なドリル軸で囲まれている面に、連続している凸状部が湾曲線に沿って並ぶ。一方、中央セクション１０１ｂでは、上記湾曲線がチゼル・エッジ１０５のプロット点における切削角部１０２および平行なドリル軸で囲まれている面内を鈍角αをなして直線状に延びている。この場合、セクション１０１ａは、セクション１０１ｂ内に接線方向に延びる。Ｔ２は、同時に鈍角αの一方の辺でもある第２のセクション１０１ｂ内への移行部におけるセクション１０１ａの接線である。
【００４７】
セクション１０１ａの外側の刃部において、主切削刃は、湾曲している主切削刃のセクション１０１ａへの接線Ｔ１と、補助切削刃１０３の間の角度β（チゼル・エッジ１０５のプロット点を通して、切削角部１０２および平行なドリル軸で囲まれている面内で測定した）で終わっている。そのため、鈍角ではあるが、明瞭に認識できる切削角部１０２が形成される。
【００４８】
両方の円錐面の形に研磨した自由面１０９は、さらに、アンダーカットした面１１５を有する。この面においては、Ｙ字形の内部冷却チャネルの開口部または出口開口部が、それぞれ、自由面１０９およびアンダーカット面１１５が形成する隆起部に位置する。出口開口部１１７は、アンダーカット面１１５により、平坦部の内部または切削溝の方向に広くなっていて、そのため冷却剤の処理能力が改善され、切削溝内への冷却剤の除去が促進される。
【００４９】
図３は平坦部のシンニング１１９を特に明瞭に示す。この平坦部を薄くする工程は、これも図２に特に明瞭に示す主切削刃修正１２１による研磨工程に含まれる。主切削刃修正１２１により、上から見た場合、主切削刃１０１は、その直線状のプロファイルを有することになり、主切削刃１０１上のすくい角は約９０度に拡がる。そのため、特に磨耗に強い切削刃が形成される。シンニング１１９によりコアの直径ＤＫが大きくても、チゼル・エッジ１０５の長さが短くなる。よって主切削刃１０１の中央セクション１０１ｂにより、優れた心出しチップが形成され、押しつけるチゼル・エッジ１０５により過度の摩擦値を避けることができる。また、ドリルのコアが太いため、ドリルの安定性が確実に非常に増大する。図の実施形態の場合には、ドリルの公称直径とドリルのコアとの間の比率は約３．５である。
【００５０】
図１の螺旋形の実施形態の機能の組合わせ、および図２および図３の直線状の穴を有する実施形態の機能の組合わせの両者により、例えば、ねずみ銑、および特にＧＧＶまたはＡＤＩのような高い靱性および曲げ強度要件を有する研磨材の切削用に最適化されるドリルを製造することができる。
【００５１】
・切削角部２；１０２は、主切削刃および補助切削刃の移行部における小さな角度αにより、耐えることができる熱的および機械的負荷に単に曝されているだけである。
・硬質金属ドリル材料Ｋ２０はドリルの硬度を増大する。
【００５２】
・比較的大きなコア直径ＤＫにより、ドリルは比較的大きなねじれ荷重を有する。
・主切削刃１０１の凸状の湾曲により、主切削刃、特に外側のセクションの単位長さ当たりの負荷が低減する。
【００５３】
・切削刃が鈍角になり、そのため主切削刃の修正により腐蝕により強くなる。
・同時に、シンニング１９；１１９によりチゼル・エッジが短くなり、そのため、心出し効果が確実によくなり、チゼル・エッジの過度の押しつけを全面的に避けることができる。
【００５４】
・開口部１７；１１７から出てきて、アンダーカット面１５；１１５を通して切削溝に入る、例えばＭＭＳエアゾールのような冷却剤は、研磨摩擦を低減し、切削刃および切削角部を冷却する。
【００５５】
さらに、切削角部２；１０２からのドリルの長さの正確な測定を行うことができる。何故なら、角度αは、いぜんとして十分大きく、何の問題もなく測定点を計測することができるからである。
【００５６】
このことは、図４を見れば分かるように、ステップ・ツールの場合に特に重要である。この場合、切削角部２０２（予備穴明けステップ）から切削角部２０２Ｓ（第２の穴開けステップ２２３）までに測定した予備穴明けステップの長さＬＳは重要である。図４は、ステップ・ドリルの正確な幾何学的形状の略図である。何故なら、予備穴明けステップの際には、この幾何学的形状は図１の幾何学的形状に主として対応し、第２の穴開けステップ２２３の場合には、連続して凸状に湾曲している主切削刃プロファイルが形成されるからである。
【００５７】
最後に、図５は、支持体３００ａが切削インサート材３００ｂを含む本発明によるドリルの実施形態である。切削インサート材３００ｂは、支持体３００ａの前面の中央を延びる横方向の溝に入っていて、鎖線で示すネジにより支持体３００ａにネジ止めされている。これについては、本発明者のＰＣＴ／ＥＰ９３／０３１１８を参照されたい。インサート材３００ａは、用途分類Ｋ２０（ＩＳＯ ５１３）の硬質金属よりなる。一方、支持体は、高速度鋼（ＨＳＳ）よりなる。一方、出口開口部３１７による内部冷却は、前面において第２の自由面３１１およびアンダーカット面３１５を形成する支持体３００ａ内で完全に行われ、チゼル・エッジ３０５、２つの主切削刃３０１および切削角部３０２は、切削インサート材３００ｂ上に収容され、同様に、チゼル・エッジのシンニング３１９によりチゼル・エッジ３０５が短くなる。この場合は、主切削刃の追加の修正研磨を行わなくてもよい。何故なら、切削インサート材３００ｂを、所望の主切削刃の幾何学的形状により形成することができるからである。この場合、主切削刃３０１は、切削角部およびチゼル・エッジ３０５のプロット点を通る平行なドリル軸で囲まれている面内に図２のプロファイルを有する。
【００５８】
当然のことであるが、本発明の範囲から逸脱しない限り、図の実施形態と同じにしなくてもよい。
よって、本発明によるドリルをさらに最適化するために、切削ブレーカ溝を、主切削刃上に（切削溝および／または自由面内に）研磨により形成することができる。
【００５９】
さらに、切削溝または切削刃の修正研磨部を適切に形成することにより、主切削刃の長さをさらに長くし、補助切削刃、すなわち鈍角の切削刃に対する切削角部におけるすくい角を大きくするために、軸方向に連続している凸状の湾曲プロファイルを保持しながら、平面図で見た場合、ドリルの主切削刃のプロファイルをＳ字状または鎌状にすることもできる。
【００６０】
また、主切削刃が連続して凸状に湾曲している外部ゾーン、および主切削刃が相互に直線状に自由に延びる中央領域の長さを変えることもできる。
よって、本発明は、下記の個々の機能で、また論理的と思われる機能の任意の組合わせで実施することができる。
【００６１】
ドリルは硬質材よりなる。
ドリルは、切削溝でさらに区分することができる平坦部と、それぞれが切削角部（２；１０２；３０２）およびチゼル・エッジ（５；１０５；３０５）への移行部を備える少なくとも２つの主切削刃（１；１０１；３０１）を有する。
【００６２】
主切削刃（１；１０１；３０１）の少なくともいくつかのセクション（１０１ａ）は、切削角部（２；１０２；３０２）からスタートして、軸方向（Ａ）に連続して凸状に湾曲している。
【００６３】
切削角部（１０２）における主切削刃（１０１）への接線（Ｔ１）は、補助切削刃（１０３）と一緒に１０度〜４０度の角度（β）を含む。
主切削刃（１０１）の連続して凸状に湾曲しているセクション（１０１ａ）は、主切削刃（１０１）がチゼル・エッジ（１０５）に対して鈍角（α）で直線状に延びる中央セクション（１０１ｂ）上でほぼ接線方向（Ｔ２）に接している。
【００６４】
切削角部（２；１０２；３０２）からのチゼル・エッジ（５；１０５；３０５）の軸方向の間隔は、０．５×Ｄ、特に０．４５×Ｄにほぼ対応する。この場合、Ｄはドリルの公称直径である。
【００６５】
少なくとも切削付近の領域（３００ｂ）を構成しているドリルの硬質材硬質材は、特に分類Ｋ１５〜Ｋ３０の硬質金属である。
少なくとも切削付近の領域（３００ｂ）を構成しているドリルの硬質材硬質材は、微粒子の硬質金属である。
【００６６】
少なくとも切削付近の領域（３００ｂ）を構成しているドリルの硬質材硬質材は、１８００ＨＶより高い硬度を有し、３０００Ｎ／ｍｍ２以下、特に２５００Ｎ／ｍｍ２以下の曲げ強度を有する。
【００６７】
ドリルは、チゼル・エッジ（５；１０５；３０５）を短くするコアを薄くする工程（１９；１１９；３１９）を有する。
ドリルは、３．０〜３．５、特に３．２の公称直径対ドリル・コア比を有する。
【００６８】
硬質材用のドリルは直線状の穴を有する。
硬質材用のドリルは螺旋状の穴を有する。
硬質材用のドリルは、内部冷却（１７；１１７；３１７）を有する。この場合、内部冷却チャネルは、好適には、ドリルの自由面（９，１１；１０９；３０９，３１１）上に位置することが好ましい、切削の近くのゾーン内の開口部（１７；１１７；３１７）まで平坦部を通して延びる。
【００６９】
自由面（９，１１；１０９；３１１）における開口部（１７；１１７；３１７）には、自由面（９，１１；１０９；３１１）よりも、平坦部の内部に向かう方向に自由面が平坦部に対してなす角度より、平坦部に対して小さな角度をなす追加のアンダーカット（１５；１１５；３１５）が位置する。
【００７０】
硬質材用のドリルは、＋／−５度の範囲内の軸方向におけるすくい角を有する。
硬質材用のドリルは、主切削刃の修正研磨部（２１；１２１）を有する。
主切削刃の修正研磨（２１；１２１）およびシンニング（１９；１１９）は、移行部なしで相互に自然に連続していて、そのためこれらを１回の動作で研磨することができる。
【００７１】
硬質材用のドリルは、自由面が円錐面形のチップ研磨部を有する。
硬質材用のドリルは、自由面からなる４つの面の研磨されるチップ部を有する。
硬質材用のドリルは、主切削刃からなる第１の切削領域から工具の先端とは反対側に離間して設けられる少なくとも１つの他の切削領域（２２３）を有する。
【００７２】
主切削刃は、また、第２の切削領域（２２３）に切削角部（２０２Ｓ）を有し、切削角部（２０３Ｓ）を起点とし、少なくともいくつかのセクションは、軸方向（Ａ）に連続して凸状に湾曲している。
【００７３】
支持体（３００ａ）に接続している少なくとも１つの切削インサート材（３００ｂ）が設けられている。この場合、少なくとも切削インサート材（３００ｂ）は硬質材からなる。
【００７４】
切削インサート材は、主切削刃が位置する支持体に半田づけされているドリル・ヘッドとして構成される。この場合、少なくともドリル・ヘッドは、硬質材よりなる。
少なくとも１つの切削インサート材（３００ｂ）は、主切削刃（３０１）が位置する切削プレート（３００ａ）として構成されるか、または主切削刃の少なくとも外部セクションを供給する切削プレートが、円周方向に支持体（３００ａ）にネジ止めされている主切削刃毎に供給される。この場合、少なくとも切削プレート（３００ａ）または複数の切削プレートは硬質材よりなる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削溝により複数のセクションに区分された平坦部と、
切削角部（２；１０２；３０２）およびチゼル・エッジ（５；１０５；３０５）への移行部を備える少なくとも１つの主切削刃（１；１０１；３０１）と、前記主切削刃（１；１０１；３０１）の少なくとも複数のセクション（１０１ａ）が、前記切削角部（２；１０２；３０２）を起点として、軸方向（Ａ）に連続した凸状をなすことと、
二段平面、即ちフォーファセットポイント様に研削された先端部とを備えることとを特徴とする硬質材用ドリル。
【請求項１】
切削溝により複数のセクションに区分された平坦部と、
切削角部（２；１０２；３０２）およびチゼル・エッジ（５；１０５；３０５）への移行部を備える少なくとも１つの主切削刃（１；１０１；３０１）と、前記主切削刃（１；１０１；３０１）の少なくとも複数のセクション（１０１ａ）が、前記切削角部（２；１０２；３０２）を起点として、軸方向（Ａ）に連続した凸状をなすことと、
二段平面、即ちフォーファセットポイント様に研削された先端部とを備えることとを特徴とする硬質材用ドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２１１３７（Ｐ２０１２−１２１１３７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３８７９０（Ｐ２０１２−３８７９０）
【出願日】平成２４年２月２４日（２０１２．２．２４）
【分割の表示】特願２００６−５０５１９０（Ｐ２００６−５０５１９０）の分割
【原出願日】平成１６年４月１９日（２００４．４．１９）
【出願人】（５０５２２６５８５）ギューリング，イェルク (18)
【氏名又は名称原語表記】ＧＵＥＨＲＩＮＧ，Ｊｏｅｒｇ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２４日（２０１２．２．２４）
【分割の表示】特願２００６−５０５１９０（Ｐ２００６−５０５１９０）の分割
【原出願日】平成１６年４月１９日（２００４．４．１９）
【出願人】（５０５２２６５８５）ギューリング，イェルク (18)
【氏名又は名称原語表記】ＧＵＥＨＲＩＮＧ，Ｊｏｅｒｇ
【Ｆターム（参考）】
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