钻头的制作方法

本发明涉及一种钻头。

背景技术：

在专利文献1所述的钻头中，在主体的顶端部设有修磨刃和r凹缺。修磨刃是通过实施用于使钻头中心的横刃的剩余宽度变薄的修磨处理，从切削刃的内端朝向横刃形成的。r凹缺从修磨刃的内端侧朝向主体的外周面以圆弧状延伸地形成。在主体设有用于在加工时排出工件的切屑的排出槽。r凹缺的径向外侧的端部在比主体的外周面靠径向内侧的位置与排出槽相连接，以防止在加工时工件的切屑流向主体的外周侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-59999号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在上述钻头中，通过在加工时工件的切屑沿着r凹缺的曲面流向主体的外周侧，切屑的排出性依然有可能下降。当切屑流向主体的外周侧时，存在切屑的卷曲变弱，切屑未被细微地切断的情况。在该情况下，切屑未被顺畅地向排出槽排出，切屑堵塞，会发生加工中的振动、切削阻力的增加等情形。因而，上述钻头有可能无法获得稳定的寿命。

本发明的目的在于提供一种能够提高加工时的切屑的排出性并且能够使切削阻力稳定为较低的钻头。

用于解决问题的方案

本发明的一技术方案的钻头的特征在于，该钻头具有：主体，其以轴心为中心延伸；多个排出槽，该多个排出槽从所述主体的顶端部向基端部呈螺旋状设于所述主体的外周面；切削刃，其设于所述排出槽的朝向所述主体的旋转方向侧的内表面与所述顶端部处的所述主体的后刀面之间的棱线部分；修磨刃，其从所述切削刃的靠所述主体的径向内侧的端向所述径向内侧延伸；以及凹缺部，其具有曲线部和直部，该曲线部与所述后刀面之间的第一棱线从所述修磨刃的径向内侧的端朝向所述径向外侧以向所述旋转方向弯曲的方式延伸，该直部与所述后刀面之间的第二棱线从所述第一棱线的所述径向外侧的端朝向所述径向外侧呈直线状延伸，该直部在比所述主体的所述外周面靠所述径向内侧的位置与所述排出槽相连接。

根据上述技术方案，通过凹缺部中的曲线部加强切屑的卷曲。其结果是，切屑被细微地切断，切屑形状稳定。并且，由于直部在比主体的外周面靠径向内侧的位置与排出槽相连接，因此，切屑在直部的作用下被向朝向排出槽的方向顺畅地排出，而不是向朝向主体的外周面的方向排出。因而，钻头能够提高加工时的切屑的排出性，能够使切削阻力稳定为较低。

在本发明的一技术方案的钻头中，也可以是，从所述轴心至所述第二棱线与所述排出槽相连接的位置的距离为所述主体的外径的30％以上45％以下。在该情况下，产生的切屑借助曲线部成为稳定的卷曲形状，从而切屑的形状稳定。因而，钻头能够使加工时的工件的切屑的排出性稳定化。

在本发明的一技术方案的钻头中，也可以是，在从所述轴心所延伸的方向看时，所述第一棱线的所述径向外侧的端处的切线与所述第二棱线之间的角度为20°以下。在该情况下，卷曲的切屑由直部稳定地向排出槽排出。因而，钻头能够使加工时的工件的切屑的排出性稳定化。

附图说明

图1是第一实施方式的三刃钻头1的侧视图。

图2是图1的区域w的放大立体图。

图3是第一实施方式的三刃钻头1的主视图。

图4是第二实施方式的双刃钻头101的相当于区域w的部分的放大立体图。

图5是第二实施方式的双刃钻头101的主视图。

图6是变形例的双刃钻头102的主视图。

图7是表示利用三刃钻头进行的第一试验结果的图。

图8是表示利用双刃钻头进行的第一试验结果的图。

图9是第二试验结果，且是表示各三刃钻头的耐久孔数的图表。

图10是第三试验结果，且是表示各双刃钻头的最大推力载荷和最大扭矩的图表。

图11是进给量为0.27mm/rev时的第四试验结果，且是表示各双刃钻头的推力载荷和扭矩的经时变化的图表。

图12是进给量为0.35mm/rev时的第四试验结果，且是表示各双刃钻头的推力载荷和扭矩的经时变化的图表。

图13是进给量为0.40mm/rev时的第四试验结果，且是表示各双刃钻头的推力载荷和扭矩的经时变化的图表。

图14是进给量为0.27mm/rev时的第四试验结果，且是表示各双刃钻头的最大推力载荷和最大扭矩的图表。

图15是进给量为0.35mm/rev时的第四试验结果，且是表示各双刃钻头的最大推力载荷和最大扭矩的图表。

图16是进给量为0.40mm/rev时的第四试验结果，且是表示各双刃钻头的最大推力载荷和最大扭矩的图表。

具体实施方式

<第一实施方式>

参照图1～图3，说明本发明的第一实施方式的三刃钻头1的结构。如图1所示，三刃钻头1为大致圆柱状，具有柄2和主体3。柄2保持于机床(图示略)的主轴。主体3从柄2起以轴心ax为中心延伸。以下，将主体3中的靠柄2侧(图1的右侧)的端部称作“主体3的基端部”，将主体3中的靠与柄2相反的一侧(图1的左侧)的端部称作“主体3的顶端部”。将主体3的径向简称为“径向”。轴心ax与径向正交。

三刃钻头1通过以轴心ax为中心进行旋转来切削工件并形成加工孔。加工时的三刃钻头1的旋转方向r在从主体3的顶端部侧看时(以下称作“主视”)为逆时针方向。

在主体3的外周面31设有3个排出槽4。3个排出槽4分别在主体3的顶端部开口。3个排出槽4分别从主体3的顶端部朝向主体3的基端部沿主视时的顺时针方向地形成为螺旋状。排出槽4在加工时将切屑从加工孔排出。

如图2、图3所示，排出槽4由朝向旋转方向r侧的内表面41和朝向与旋转方向r相反的一侧的内表面42构成。内表面41与外周面31交叉的棱线部分为前缘(leadingedge)33。内表面42与外周面31交叉的棱线部分为跟部34。

在主体3的顶端部形成有后刀面6。后刀面6从各内表面41中的靠主体3的顶端部侧的端向与旋转方向r相反的一侧以向主体3的基端部侧倾斜的方式延伸。在内表面41与后刀面6交叉的棱线部分设有切削刃5。在第一实施方式中，内表面41和后刀面6各自均具有3个，因此，切削刃5为3个。切削刃5在主视时呈大致字母s形状，用于切削工件。切削刃5附近的内表面41为拾起由切削刃5切削出的切屑的、所谓的前刀面。

在主体3的顶端部中心形成有横刃9。在横刃9附近形成有修磨刃7。修磨刃7从切削刃5的径向内侧的端51向径向内侧(即，向横刃9)以朝向主视时的旋转方向r弯曲的圆弧状延伸。修磨刃7设于修磨面71与后刀面6之间的棱线部分。修磨面71从修磨刃7向主体3的基端部侧延伸，朝向旋转方向r侧。修磨面71为所谓的前刀面。

在主体3的顶端部形成有凹缺(gash)部8。凹缺部8设于内表面42中的、主体3的顶端部侧，形成为朝向与旋转方向r相反的一侧的面状。凹缺部8使在加工时由前刀面拾起的切屑卷曲并且将该切屑向排出槽4排出。详细而言，凹缺部8具有曲线部81和直部82。以下，将曲线部81与后刀面6之间的棱线称作“第一棱线811”，将直部82与后刀面6之间的棱线称作“第二棱线821”。

第一棱线811从修磨刃7的径向内侧的端72朝向径向外侧以向主视时的旋转方向r弯曲的方式延伸。另外，在图3中用虚线示出使第一棱线811从径向外侧的端812向径向外侧延长的部分(图5、图6也同样)。曲线部81从第一棱线811向主体3的基端部侧延伸，形成为向主视时的旋转方向r侧弯曲的曲面状。由修磨刃7切削出的切屑的卷曲被曲线部81加强。

第二棱线821从第一棱线811的径向外侧的端812朝向径向外侧呈直线状延伸。第二棱线821的径向外侧的端822在比外周面31靠径向内侧的位置与排出槽4相连接。详细而言，在比第一棱线811的从径向外侧的端812向径向外侧延长的部分与排出槽4相连接的位置靠径向内侧的位置，第二棱线821与排出槽4相连接。

直部82从第二棱线821朝向主体3的基端部侧以远离轴心ax的方式延伸，并沿着内表面42形成。另外，为了方便起见，在图3中用直线的实线示出曲线部81与直部82之间的边界线(图5、图6也同样)，但实际上由于直部82与呈螺旋状扭转的排出槽4相互干扰而形成边界线，因此，边界线在主视时不会成为直线。也就是说，边界线形成为沿着排出槽4弯曲。由曲线部81卷曲的切屑被直部82引导为，在排出槽4中流向主体3的基端部侧。

在曲线部81的径向内侧的端与修磨面71的径向内侧的端的连接部分形成有圆弧槽10。圆弧槽10从横刃9向排出槽4延伸，形成为向主视时的径向内侧弯曲的圆弧状。圆弧槽10使由修磨面71拾起的切屑顺畅地流向凹缺部8。

说明利用三刃钻头1进行加工时产生的切屑的动作。在修磨刃7切入工件之后，当切削刃5切削工件时，产生切屑。产生的切屑由前刀面拾起，由圆弧槽10向凹缺部8推出。被推出的切屑被曲线部81弄圆而卷曲。由于直部82在比主体3的外周面31靠径向内侧的位置与排出槽4相连接，因此，切屑在直部82的作用下被向朝向排出槽4的方向顺畅地排出，而不是向朝向主体3的外周面31的方向排出。

切屑在排出槽4中经过并被向主体3的基端部侧推出。这时，由于在曲线部81的跟部34侧具有作为壁的直部82，因此，切屑被凹缺部8的壁约束。由此，切屑的卷曲进一步加强，切屑被细微地剪切。在三刃钻头1中，切屑的卷曲由凹缺部8中的曲线部81加强。其结果是，切屑被细微地切断，切屑形状稳定。被剪切成的切屑在排出槽4中流向主体3的基端部侧并从加工孔向外排出。如以上那样，三刃钻头1能够提高加工时的切屑的排出性，能够使切削阻力稳定为较低。

<第二实施方式>

参照图4、图5，说明本发明的第二实施方式的双刃钻头101。双刃钻头101的基本的结构和利用双刃钻头101进行加工时产生的切屑的动作与三刃钻头1大致相同。双刃钻头101的刃数与三刃钻头1的刃数不同。以下，对于具有与第一实施方式相同的功能的结构标注与第一实施方式相同的附图标记，简略地说明双刃钻头101。

在双刃钻头101中，在主体3的外周面31设有2个排出槽4。在主体3的顶端部形成有后刀面6。在内表面41与后刀面6交叉的棱线部分设有切削刃5。在第二实施方式中，内表面41和后刀面6各自均具有2个，因此，切削刃5为2个。

凹缺部8与第一实施方式同样地具有曲线部81和直部82。第一棱线811从修磨刃7的径向内侧的端72朝向径向外侧以向主视时的旋转方向r弯曲的方式延伸。曲线部81从第一棱线811向主体3的基端部侧延伸，形成为向主视时的旋转方向r侧弯曲的曲面状。

第二棱线821从第一棱线811的径向外侧的端812朝向径向外侧呈直线状延伸。第二棱线821的径向外侧的端822在比外周面31靠径向内侧的位置与排出槽4相连接。直部82从第二棱线821朝向主体3的基端部侧以远离轴心ax的方式延伸，并沿着内表面42形成。

<变形例>

本发明并不限定于上述的各实施方式，能够进行多种变更。可以是，旋转方向r为在主视时的顺时针方向。也可以是，没有圆弧槽10。也就是说，也可以是，修磨刃7与曲线部81的连接部分有棱角。刃数并不限定于上述实施方式。在上述实施方式中，也可以是在前缘33与跟部34之间的中间部分设有背部去除部(日文：背抜き)的、所谓的双刃钻头，也可以是背部去除部到达跟部34的、所谓的单刃钻头，也可以没有背部去除部。也可以是，在与第一棱线811的从径向外侧的端812向径向外侧延长的部分与排出槽4相连接的位置相同的位置，或者在比第一棱线811的从径向外侧的端812向径向外侧延长的部分与排出槽4相连接的位置靠径向外侧的位置，第二棱线821与排出槽4相连接。

在上述实施方式中，第二棱线821从第一棱线811的径向外侧的端812朝向径向外侧呈直线状延伸。与此相对，如图6所示，在变形例的双刃钻头102中，第二棱线821从第一棱线811的径向外侧的端812朝向径向外侧以向主视时的旋转方向r弯曲的方式延伸。第二棱线821的曲率半径比第一棱线811的曲率半径大即可。在比第一棱线811的从端812向径向外侧延长的部分与排出槽4相连接的位置靠径向内侧的位置，第二棱线821与排出槽4相连接。双刃钻头102与上述实施方式同样地，能够提高加工时的切屑的排出性，能够使切削阻力稳定为较低。另外，对于三刃钻头1也能够同样地变形。

<评价试验的概要>

以下说明的各种评价试验是为了在第一实施方式和第二实施方式中确认曲线部81和直部82这两者设于凹缺部8所产生的效果而进行的。以下将在凹缺部8未设置直部82而仅设有曲线部81的三刃钻头、或者在凹缺部8未设置曲线部81而仅设有直部82的三刃钻头称作“以往的三刃钻头”(图示略)。将在凹缺部8未设置直部82而仅设有曲线部81的双刃钻头、或者在凹缺部8未设置曲线部81而仅设有直部82的双刃钻头称作“以往的双刃钻头”(图示略)。

<第一试验>

如图3、图5所示，将主体3的外径设为“外径d”。将在主视时第一棱线811的径向外侧的端812处的切线t与第二棱线821之间的角度设为“切线角度θ”。将在主视时从轴心ax至第二棱线821的径向外侧的端822(即，第二棱线821与排出槽4相连接的位置)的距离设为“距离l”。对于第一实施方式的三刃钻头1和第二实施方式的双刃钻头101各自进行了第一试验，用于确认切线角度θ和距离l的不同所带来的钻头寿命的差异、以及与以往的三刃钻头和以往的双刃钻头的钻头寿命的差异。

切线角度θ每隔4°地从4°变化至24°。距离l每隔0.03d地(即外径d的3％，以下以同样的方式进行表记)从0.27d变化至0.48d(参照图7、图8)。另外，由于在以往的钻头中没有直部82，因此不存在切线角度θ的概念。以往的钻头的距离l相当于从轴心ax至第一棱线811的径向外侧的端812的距离。

第一试验结果的判断基准如以下所述。

○：在累计切削长度为50m的时刻钻头没有折损和缺损且后刀面6的磨耗宽度为0.2mm以下的情况。

△：在累计切削长度达到50m之前钻头折损或缺损的情况，或者在累计切削的长度为50m的时刻后刀面6的磨耗宽度超过0.2mm的情况。

×：在初始时(加工孔数达到10个孔之前)钻头折损或缺损的情况。

利用三刃钻头1和以往的三刃钻头进行的第一试验的条件如以下所述。

外径d：5mm

工件：scm440(原材料)

加工深度：25mm

切削速度：100m/min

进给量：0.25mm/rev

如图7的“曲线部+直部(本申请钻头)”的图表栏所示，在三刃钻头1中，距离l为0.27d以上0.48d以下且切线角度θ为24°以下时，不存在判断结果为「×」的情况。另一方面，如图7的“仅曲线部(以往钻头)”的图表栏所示，在以往的三刃钻头中，在距离l为0.27d以上0.48d以下时，不存在判断结果为“○”的情况。

详细而言，在三刃钻头1中，在切线角度θ为20°以下时，判断结果大多为“○”。在距离l为0.30d以上0.45d以下时，判断结果大多为“○”。在切线角度θ为20°以下且距离l为0.30d以上0.45d以下时，所有的判断结果为“○”。

利用双刃钻头101和以往的双刃钻头进行的第一试验的条件如以下所述。

外径d：8.5mm

工件：scm440(原材料)

加工深度：42.5mm

切削速度：100m/min

进给量：0.34mm/rev

如图8的“曲线部+直部(本申请钻头)”的图表栏所示，在双刃钻头101中，在距离l为0.27d以上0.48d以下且切线角度θ为24°以下时，不存在判断结果为“×”的情况。另一方面，如图7的“仅曲线部(以往钻头)”的图表栏所示，在以往的双刃钻头中，在距离l为0.27d以上0.48d以下时，不存在判断结果为“○”的情况。

详细而言，在双刃钻头101中，在切线角度θ为20°以下时，判断结果大多为“○”。在距离l为0.30d以上0.45d以下时，判断结果大多为“○”。在切线角度θ为20°以下且距离l为0.30d以上0.45d以下时，所有的判断结果为“○”。

如以上所述，在三刃钻头1、双刃钻头101中，确认了在切线角度θ为20°以下时，能够得到较长且稳定的钻头寿命这样的结果。在切线角度θ为20°以下时，产生的切屑借助曲线部81成为稳定的卷曲形状，从而切屑的形状稳定。因此，三刃钻头1、双刃钻头101能够使加工时的工件的切屑的排出性更稳定化。

确认了在距离l为0.30d以上0.45d以下时，能够得到较长且稳定的钻头寿命这样的结果。在距离l为0.30d以上0.45d以下时，卷曲的切屑由直部82稳定地向排出槽4排出。因此，三刃钻头1、双刃钻头101能够使加工时的工件的切屑的排出性稳定化。

根据第一试验的结果，切线角度θ优选为20°以下，距离l优选为0.30d以上0.45d以下。另外，切线角度θ也可以比20°大。距离l既可以比0.30d小，也可以比0.45d大。例如在三刃钻头1的情况中，在切线角度θ为4°且距离l为0.27d时，判断结果为“○”(参照图7)。在双刃钻头101的情况中，在切线角度θ为8°以下且距离l为0.27d时，判断结果为“○”(参照图8)。

<第二试验>

对于第一实施方式的三刃钻头1，进行了第二试验，以确认凹缺部8的形状的不同所带来的、与以往的三刃钻头的钻头寿命的差异。详细而言，分别对凹缺部8由曲线部81和直部82构成的第一实施方式的三刃钻头1a(n1～n3)、凹缺部8仅具有曲线部81的以往的三刃钻头1b(n1～n3)、以及凹缺部8仅具有直部82的以往的三刃钻头1c(n1～n3)，以1200个孔为上限对耐久孔数进行了计数。耐久孔数为三刃钻头1在不缺损或折损的情况下能够加工的加工孔的数量。另外，“n”表示试验根数。

第二试验的条件如以下所述。

外径d：8.4mm

工件：相当于s50c的材料

加工深度：40mm

切削速度：80m/min

进给量：0.38mm/rev

在图9的图表中，横轴与耐久孔数相对应，纵轴与各三刃钻头1a(n1～n3)、1b(n1～n3)、1c(n1～n3)相对应。如图9所示，三刃钻头1a(n1～n3)的耐久孔数均为1200个孔(第二试验的上限)。也就是说，能够确认的是，三刃钻头1a的耐久孔数为1200个孔以上。

以往的三刃钻头1b(n1)的耐久孔数为1200个孔(第二试验的上限)，以往的三刃钻头1b(n2)的耐久孔数为960个孔，以往的三刃钻头1b(n3)的耐久孔数为1060个孔。详细而言，以往的三刃钻头1b(n2)在960个孔时缺损，以往的三刃钻头1b(n3)在1060个孔时缺损。

以往的三刃钻头1c(n1)的耐久孔数为800个孔，以往的三刃钻头1c(n2)的耐久孔数为102个孔，以往的三刃钻头1c(n3)的耐久孔数为48个孔。详细而言，以往的三刃钻头1c(n1)在800个孔时折损，以往的三刃钻头1c(n2)在102个孔时折损，以往的三刃钻头1b(n3)在48个孔时折损。

如以上所示，三刃钻头1a(n1～n3)得到了比以往的三刃钻头1b(n1～n3)、1c(n1～n3)长且稳定的钻头寿命。

<第三试验>

对于第二实施方式的双刃钻头101，进行了第三试验，以确认凹缺部8的形状的不同所带来的、与以往的双刃钻头的切削阻力的差异。详细而言，分别对凹缺部8由曲线部81和直部82构成的第二实施方式的双刃钻头101a、凹缺部8仅具有曲线部81的以往的双刃钻头101b、以及凹缺部8仅具有直部82的以往的双刃钻头101c，测量了工件加工时的最大推力载荷和最大扭矩。

第三试验的条件如以下所述。

外径d：4.95mm

工件：38mn

加工深度：91mm

切削速度：80m/min

进给量：0.4mm/rev

其他：有引导孔(内径5.03mm，加工深度15mm)

在图10的(a)的图表中，横轴与在上述第三试验的条件下的工件加工时的最大推力载荷相对应，纵轴与各双刃钻头101a、101b、101c相对应。在图10的(b)的图表中，横轴与在上述第三试验的条件下的工件加工时的最大扭矩相对应，纵轴与各双刃钻头101a、101b、101c相对应。

如图10的(a)、图10的(b)所示，双刃钻头101a的最大推力载荷和最大扭矩均比以往的双刃钻头101b、101c的最大推力载荷和最大扭矩小。也就是说，与以往的双刃钻头101b、101c相比，双刃钻头101a在加工时作用于钻头的切削阻力较小。因而得到这样的结果：与以往的双刃钻头101b、101c相比，双刃钻头101a能够使切削阻力稳定为较低。

<第四试验>

对于第二实施方式的双刃钻头101，进行了第四试验，以确认凹缺部8的形状的不同所带来的、与以往的双刃钻头的对应于进给量的切削阻力的差异。详细而言，分别对凹缺部8由曲线部81和直部82构成的第二实施方式的双刃钻头101d、101g、101j、凹缺部8仅具有曲线部81的以往的双刃钻头101e、101h、101k、以及凹缺部8仅具有直部82的以往的双刃钻头101f、101i、101l测量了工件加工时的推力载荷和扭矩的经时变化。

第四试验的条件如以下所示。

外径d：10mm

工件：scm440

加工深度：200mm

切削速度：100m/min

进给量：0.27mm/rev、0.35mm/rev、0.4mm/rev

其他：有引导孔(内径10.03mm，加工深度10mm)

图11的(a)、图12的(a)、图13的(a)的图表分别表示利用第二实施方式的双刃钻头101d、101g、101j进行的第四试验结果。图11的(b)、图11的(c)、图12的(b)、图13的(b)的图表分别表示利用以往的双刃钻头101e、101f、101h、101k进行的第四试验结果。在图11～图13的图表中，横轴与时间相对应，纵轴与在上述第四试验的条件下的工件加工时的推力载荷或扭矩相对应。详细而言，在用虚线表示的图表中，纵轴与推力载荷相对应。在用实线表示的图表中，纵轴与扭矩相对应。

如图11～图13所示，无论进给量如何，在推力载荷和扭矩各自的波动这个方面，双刃钻头101d、101g、101j分别比以往的双刃钻头101e、101f、101h、101k小。也就是说，无论进给量如何，在推力载荷和扭矩(切削阻力)的经时的变化量这个方面，双刃钻头101d、101g、101j比以往的双刃钻头101e、101f、101h、101k稳定。

在图14的(a)、图14的(b)的图表中，纵轴与各双刃钻头101d、101e、101f相对应。在图15的(a)、图15的(b)的图表中，纵轴与各双刃钻头101g、101h、101i相对应。在图16的(a)、图16的(b)的图表中，纵轴与各双刃钻头101j、101k、101l相对应。在图14的(a)、图15的(a)、图16的(a)的图表中，横轴与在上述第四试验的条件下的工件加工时的最大推力载荷相对应。在图14的(b)、图15的(b)、图16的(b)的图表中，横轴与在上述第四试验的条件下的工件加工时的最大扭矩相对应。

如图14～图16所示，无论进给量如何，在最大推力载荷和最大扭矩的方面，双刃钻头101d、101g、101j分别比以往的双刃钻头101e、101f、101h、101k小。也就是说，分别与以往的双刃钻头101e、101f、101h、101k相比，双刃钻头101d、101g、101j在加工时作用于钻头的切削阻力小。因而能够得到如下的结果：无论进给量如何，分别与以往的双刃钻头101e、101f、101h、101k相比，双刃钻头101d、101g、101j能够使切削阻力稳定为较低。

另外，关于以往的双刃钻头101i、101l，明确了该两者各自的推力载荷和扭矩的经时的变化量比双刃钻头101g、101j大，且最大推力载荷和最大扭矩也比双刃钻头101g、101j大，因此未对以往的双刃钻头101i、101l实施第四试验。