钻头以及被穿孔件的制造方法与流程

本发明的实施方式涉及一种钻头以及被穿孔件的制造方法。

背景技术：

当前，为了高精度地进行以复合材料或金属为对象的穿孔，提出了各种钻头(例如参照专利文献1、专利文献2、专利文献3以及专利文献4)。在进行玻璃纤维增强塑料(GFRP：Glass fiber reinforced plastics)或碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)等复合材料的穿孔的情况下，降低层间剥离(delamination)或毛刺的发生是重要的。

专利文献1：日本特开2008－000836号公报

专利文献2：日本特开2014－037008号公报

专利文献3：国际公开第2013/099841号

专利文献4：日本特开平2－198708号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于，将金属及复合材料中的至少一方作为对象，进行更高精度的穿孔。

本发明的实施方式所涉及的钻头用于对复合材料及金属中的至少一方进行穿孔，在该钻头中，将所述钻头的至少前端的芯厚设为大于或等于所述钻头的直径的5％且小于25％。

另外，本发明的实施方式所涉及的被穿孔件的制造方法是如下方法，即，通过使用所述钻头对由复合材料及金属中的至少一方构成的被切削材料进行穿孔，从而制造被穿孔件。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的钻头的正视图。

图2是图1所示的钻头的放大左侧视图。

图3是表示图1所示的钻头的钻心(web)形状的局部纵向剖视图。

图4是图1所示的钻头的放大横向剖视图。

图5是表示图3所示的钻心形状的第1变形例的局部纵向剖视图。

图6是表示图3所示的钻心形状的第2变形例的局部纵向剖视图。

标号的说明

1 钻头

2 钻柄

3 钻身

4 刃背

5、5A、5B 切削刃

6 槽

7 横刃

8 钻心

9 切口

α1 第1钻尖角

α2 第2钻尖角

W 芯厚(core diameter)

W1 第1芯厚

W2 第2芯厚

D1 第1直径

D2 第2直径

L0、L1、L2、L3 长度

Wt 倾斜程度

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式所涉及的钻头以及被穿孔件的制造方法进行说明。

(结构及功能)

图1是本发明的实施方式所涉及的钻头的正视图，图2是图1所示的钻头的放大左侧视图，图3是表示图1所示的钻头的钻心形状的局部纵向剖视图。图4是图1所示的钻头的放大横向剖视图。

钻头1具有钻柄(shank)2和钻身(body)3。钻柄2是用于通过手持式的钻头驱动装置或者工作机械等机械加工装置的保持架而对钻头1进行保持的部分。钻身3是进行被切削材料的切削加工的部分，具有在与刀刃数量相应的数量的刃背4的前端侧的边缘形成有切削刃的构造。

对于图示出的钻头1，由于是两刃的钻头，因此在2个刃背4的前端分别形成有切削刃5。在相邻的刃背4之间形成槽6。另外，在钻头1的前端形成的刃背4间的棱线称为横刃(chisel edge)7。当然，能够使任意数量的切削刃5形成于钻身3，制作4个刃等任意刃数的钻头。此外，2个切削刃5所成的角度称为钻尖角。钻尖角通常为110°至120°左右。

从钻头1的中心轴穿过的板状的部分称为钻心8。钻心8的板厚称为芯厚(钻心厚度，web thickness)W。如果芯厚W较厚，则钻头1的强度增高，另一方面，由于横刃7变长，因此推力方向的切削阻力增加。因此，能够实施使钻头1的前端的芯厚W较薄的薄化处理(thinning)，以使得横刃7较短。在薄化处理中，存在R型、X型、N型以及其他各种类型，在图示出的例子中实施X型的薄化。

钻头1是用于对复合材料或金属中的至少一方进行穿孔的钻头。即，钻头1是用于对由复合材料构成的被切削材料、由金属构成的被切削材料或者由复合材料和金属共同构成的被切削材料进行穿孔的钻头。因此，现实中以硬质合金至少构成钻身3。即，现实中是将钻头1设为硬质合金钻头的。在硬质合金钻头的情况下，通常，由于钻身3和钻柄2通过粉末烧结法等一体地成型，因此钻头1整体由硬质合金构成。

但是，也可以由具有硬度以及韧性与硬质合金相同或在其之上的材料来构成钻身3。例如，能够将韧性被改良为与硬质合金相同程度的、具有充分的硬度的金属陶瓷或陶瓷作为钻身3的材料进行使用。或者，还能够将硬度被改良为与硬质合金相同程度的、硬度足够的高速工具钢(high-speed steel)作为钻身3的材料进行使用。

在用于对复合材料及金属的至少一方进行穿孔的现有的硬质合金钻头的情况下，为了确保足够的强度并避免切削刃的缺损而设计为芯厚大于或等于钻头直径的25％。但是，如上所述，如果钻头的芯厚较厚，则在穿孔过程中推力方向的切削阻力增大。其结果，存在如下问题，即，如果对CFRP等复合材料进行穿孔，则在孔的入口会发生层间剥离。

因此，图示出的钻头1是以如下方式制作的，即，钻头1的至少前端的芯厚W大于或等于钻头1的直径D的5％且小于25％，这与历来的已有概念大相径庭。这样，横刃7的长度变得更短，能够将前角设置于直至钻头1的前端附近为止。因此，能够使钻头1的推力方向的切削阻力进一步降低，对复合材料穿孔时发生层间剥离的情况良好地进行抑制。另一方面，能够确保为了对复合材料及金属中的至少一方进行穿孔而所需的钻头1的强度。

在对复合材料及金属中的至少一方进行穿孔的情况下，确认到下述情况，即，从降低钻头1的推力方向上的切削阻力、并且确保钻头1的强度的角度出发，最优选的钻头1的前端处的芯厚W大于或等于钻头1的直径D的10％且小于或等于20％。因此，优选以使钻头1的至少前端的芯厚W大于或等于钻头1的直径D的10％且小于或等于20％的方式制作钻头1。

在进行飞机部件的穿孔的情况下使用的钻头是具有直径大于或等于标称编号为11号(#11)的钻头的直径的钻头。#11的钻头的直径为4.8514mm(0.1910英寸)。因此，能够将钻头1的直径D设为大于或等于标称编号为11号的直径。但是，从维持钻头1的强度的角度出发，也可以将钻头1的直径D设为比5mm大的直径。作为钻头1的直径D的最大值，可以是100mm等、依据被切削材料的设计要求任意地决定的。

如果使钻头1的芯厚W变薄，则对钻头1的强度进行补偿是重要的。因此，优选将钻头1设为具有大于或等于2个直径的台阶式钻头。即，能够将切削刃5的形状设为阶梯形状。这样，能够进行使被切削材料的孔的直径逐渐扩大的阶梯加工。因此，能够使推力方向上的切削阻力进一步降低，使为了确保强度而所需的钻头1的芯厚W变薄。

在图示出的例子中，钻头1是具有2个直径D1、D2的2段的台阶式钻头。即，具有第1直径D1及第1钻尖角α1的第1切削刃5A、和具有第2直径D2及第2钻尖角α2的第2切削刃5B形成于钻头1的钻身3。当然，也可以制作大于或等于3段的台阶式钻头。

并且，通过使钻心8的至少一部分大幅度地倾斜，从而能够使钻头1的扭曲强度飞跃性地提高。其原因在于，通过使钻柄2侧的芯厚W较厚，从而钻心8的强度提高。

如果利用每单位长度△L的厚度的增加量△W表示钻心的倾斜程度Wt，则即使在现有的钻头中，通常有时也设置Wt＝△W/△L＝0.7/100左右的钻心倾斜度。

对此，钻头1的钻心8的倾斜程度被决定为大于或等于Wt＝△W/△L＝3.5/100且小于或等于7.0/100。即，钻头1的至少一部分的芯厚W是以如下方式制作的，即，每长度方向100mm而变厚大于或等于3.5mm且小于或等于7mm。上述现有的5倍至10倍的钻心8的倾斜度与是否将钻头1设为台阶式钻头无关，从提高钻头1的强度的角度出发是有效的。

在钻头1是具有大于或等于2个直径的台阶式钻头的情况下，能够通过改变芯厚W，从而使与各直径相对应的芯厚W大于或等于各直径的5％且小于25％。在图示出的例子中，钻头1的前端侧的钻心8的规定的长度L0的部分的芯厚W是恒定的(Wt＝0)，钻柄2侧的钻心8的部分的芯厚W以恒定的程度Wt倾斜。因此，钻头1的芯厚W与2个直径D1、D2相对应而逐渐变厚。即，钻头1的芯厚W与2个直径D1、D2相对应而间断地变化。因此，能够降低钻头1的前端侧的切削阻力，并且确保钻头1的强度。

特别地，在对复合材料进行穿孔的情况下，除层间剥离以外，毛刺的发生也是个问题。另外，即使在进行金属的穿孔的情况下，也期望抑制毛刺的发生。因此，在钻头1的刃背4设置切口(nick)9是有效的。即，通过在钻头1设置切口9，从而能够抑制毛刺及层间剥离的发生。

而且，通过使用具有上述特征的钻头1对由复合材料及金属中的至少一方构成的被切削材料进行穿孔，从而能够制造被穿孔件。

即，上述钻头1是如下钻头，即，能够通过芯厚W的急剧薄型化、切削刃5的台阶式形状化以及芯厚W的极端倾斜从而大幅度地降低切削阻力，并且确保强度。

(效果)

因此，根据钻1，即使在对由复合材料构成的被切削材料、由金属构成的被切削材料以及由复合材料和金属材料共同构成的被切削材料进行穿孔的情况下，也能够抑制毛刺及层间剥离的发生。其结果，即使在对复合材料、金属以及复合材料和金属的混合材料中的任意者进行穿孔的情况下，也能够以良好的精度进行被切削材料的穿孔。

实际上，设为第1直径D1＝Ф6.35、第2直径D2＝Ф7.9375、具有第1直径D1的钻身3的长度L1＝6.5mm、具有第1直径D1及第2直径D2的钻身3的长度L2＝63.43mm、第1钻尖角α1＝120°、第2钻尖角α2＝120°、钻头1的前端的芯厚W＝0.79mm、将芯厚W设为恒定(Wt＝0)的长度L0＝40mm、钻柄2侧的芯厚W的倾斜程度Wt＝3.5/100而制作了图示的钻头1。并且，在利用所制作的钻头1对钛进行穿孔时，确认到能够抑制毛刺的发生而以良好的精度进行穿孔。而且，利用相同的钻头1，还确认到，能够抑制毛刺及层间剥离的发生而以良好的精度进行CFRP的穿孔。

(变形例)

图5是表示图3所示的钻心形状的第1变形例的局部纵向剖视图，图6是表示图3所示的钻心形状的第2变形例的局部纵向剖视图。

钻头1的钻心8不限于图3所例示的形状，能够设为各种形状。例如，如图5所示，在2段的台阶式钻头中，能够将第1直径D1的R1％设为钻头1的前端的第1芯厚W1(＝D1×R1/100)，另一方面，将第2直径D2的R2％设为第2直径D2的开始部分的第2芯厚W2(＝D2×R2/100)。并且，能够以使厚度从第1芯厚W1变化至第2芯厚W2的方式使第1直径D1的部分的钻心8以第1程度Wt1＝(W2－W1)/L1倾斜。另一方面，能够使第2直径D2的部分的钻心8以任意的第2程度Wt2倾斜。

或者，如图6所示，能够将第1直径D1的R1％设为钻头1的前端的第1芯厚W1(＝D1×R1/100)，另一方面，将第2直径D2的R2％设为第2直径D2的开始部分的第2芯厚W2(＝D2×R2/100)。并且，能够以使芯厚W从第1芯厚W1平滑地变化至第2芯厚W2的方式使钻心8在长度L3局部地倾斜，而将其他部分的钻心8的芯厚W设为恒定，或者使其他部分的钻心8与当前同程度地倾斜。由此，能够避免由钻心8的芯厚W局部性地变化引起的应力集中。

如上所述，能够与大于或等于2个直径相对应地在钻心8设置局部性的锥体或者倾斜角度不同的多个锥体。由此，能够使钻头1的前端侧的芯厚W变薄而降低切削阻力，另一方面，确保钻头1的钻柄2侧的芯厚W，维持钻头1的强度。

(其他实施方式)

以上记载了特定的实施方式，但所记载的实施方式不过是一个例子，不是对发明的范围进行限定的内容。在这里记载的新的方法及装置能够以各种其他方式进行具体化。另外，对于在这里记载的方法及装置的规格，在不脱离发明的主旨的范围能够进行各种省略、置换及变更。假设随附的权利要求书及其等同内容在包含于发明的范围及其主旨的情况下，包含上述各种规格及变形例。