專利名稱：鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆頭，特別涉及一種能確保加工效率并能夠延長工具壽 命的鉆頭。
背景技術(shù)：
一般而言，線切割加工是指使電流在主要是黃銅制的金屬線中流動，并 利用產(chǎn)生的放電來進(jìn)行的加工。在進(jìn)行所述加工時，需要在被切削材料上穿 設(shè)作為金屬線的通過孔的初始孔，對于硬度特別高的被切削材料，利用放電 加工穿設(shè)初始孔。但是，在放電加工中，由于加工效率顯著降低，相應(yīng)地存在作為整體而 言線切割加工的加工效率降低的問題。此外，在高硬度材料上進(jìn)行(J)O. 5咖H7公差的高精度的孔加工時，以往 以(J) 0. 4咖的鉆頭進(jìn)行預(yù)鉆加工，然后利用線切割進(jìn)行輪廓加工以確?？拙?度，但存在顯著增長加工時間的問題。因此，在日本特開2003 - 266223號公:J艮中，公開了關(guān)于下述鉆頭的技 術(shù)，該鉆頭對于高硬度的被切削材料也能夠穿設(shè)初始孔。根據(jù)該技術(shù)，由于 將排屑槽的軸向長度(槽長)設(shè)定在相對于切削刃的外徑D為2D以上5D以 下的范圍內(nèi)，所以能夠確保鉆頭的剛性。結(jié)杲，上述鉆頭能夠沒有折損地對高硬度的被切削材料穿設(shè)初始孔，并 且與放電加工相比能夠提高加工效率，相應(yīng)地，能夠提高整體的線切割的加 工效率。此外，在本發(fā)明品中，可以僅用切削加工替代由鉆頭加工+線切割的組合進(jìn)行的H7公差孔精加工，所以能夠縮短加工時間。專利文獻(xiàn)l:日本特開2003 - 266223號公報(
段，圖2等) 但是，上述鉆頭中，對于切屑的排出采取的對策不夠。因此，存在會由于切屑的堵塞而導(dǎo)致鉆頭折損、從而工具壽命降低的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，目的在于提供一種鉆頭，該鉆頭能夠確保加工效率，并且能夠延長工具壽命。為了實現(xiàn)該目的，技術(shù)方案l的鉆頭具有繞軸心旋轉(zhuǎn)的鉆頭主體、從 該鉆頭主體的末端部向著鉆柄以螺旋狀或者大致直線狀形成在外周面部上 的槽部、形成在該槽部的朝向旋轉(zhuǎn)方向的壁面與上述外周面部之間的棱線部 上的前緣、以及形成在上述鉆頭主體的末端部的切削刃，上述槽部在沿上述 鉆頭主體的軸心的方向上的尺寸也就是槽長，相對于上述切削刃的外徑D設(shè) 定在6D以上10D以下的范圍內(nèi)，至少上述切削刃的表面由硬質(zhì)化合物覆膜 覆蓋，上述硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在l.OMm以下，上述切削刃由兩片 構(gòu)成。技術(shù)方案2所述的鉆頭，在技術(shù)方案1所述的鉆頭中，上述切削刃的外 徑Di殳定在1. Omm以下。技術(shù)方案3所述的鉆頭，在技術(shù)方案1或2所述的鉆頭中，由上迷槽部 的槽底形成的芯厚的厚度尺寸相對于上述切削刃的外徑D設(shè)定在0. 35D以上 0.55D以下的范圍內(nèi)。技術(shù)方案4所述的鉆頭，在技術(shù)方案1至3的任意一項所迷的鉆頭中， 在實施通過向上述切削刃施加負(fù)的偏置電壓而使正離子與上述切削刃的表 面撞擊的表面粗糙化處理后，利用濺射法將上述硬質(zhì)化合物附著在上述切削 刃上，上述表面粗糙化處理中，以設(shè)定在OkHz以上3S0kHz以下的范圍內(nèi)的 頻率周期性地施加上述偏置電壓。技術(shù)方案5的鉆頭，在技術(shù)方案4的鉆頭中，上述表面粗糙化處理中， 以i殳定在150kHz以上350kHz以下的范圍內(nèi)的頻率周期性地施加上述偏置電 壓，并且將一個周期中不施加負(fù)電壓的時間設(shè)定在50nsec以上2000nsec以 下的范圍內(nèi)。根據(jù)技術(shù)方案1所述的鉆頭，槽部在沿鉆頭主體的軸心的方向上的尺寸 也就是槽長，相對于切削刃的外徑D設(shè)定在6D以上10D以下的范圍內(nèi)。在 此，在槽長小于6D時，切屑的排出性降低，會由于切屑堵塞而導(dǎo)致鉆頭的 折損。另一方面，在槽長大于10D時，鉆頭的剛性降低，而引起鉆頭的折損。 從上可知，通過將槽長設(shè)定在6D以上10D以下的范圍內(nèi)，具有能夠確保切 屑的排出性以及鉆頭的剛性，防止鉆頭的折損，實現(xiàn)鉆頭的長壽命化的效果。此外，由于至少切削刃的表面由硬質(zhì)化合物覆膜覆蓋，所以具有能夠確 保切削刃的耐磨性、實現(xiàn)鉆頭的長壽命化的效杲。進(jìn)而，硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在1. Qnm以下。在此，在硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸大于l.O)im時，切削刃被圓化，鋒利度降低。由此，切屑的 切斷性能降低，會引起由切屑堵塞所導(dǎo)致的鉆頭折損。與之相對，如上所述， 若將硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在l.OMm以下，則具有能夠抑制鋒利度的 降低，并且防止鉆頭的折損，實現(xiàn)鉆頭的長壽命化的效果。此外，切削刃由兩片構(gòu)成，所以與切削刃由三片構(gòu)成的情況相比，能夠 確保從軸心方向看時前緣到根面的厚度尺寸即刃厚。由此，具有能夠確保鉆 頭的剛性、防止鉆頭的折損而實現(xiàn)鉆頭的長壽命化的效果。而且，通過將槽長、硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸以及切削刃的片數(shù)設(shè)定在上 迷范圍內(nèi)而進(jìn)行組合，能夠同時提高切屑的排出性以及鉆頭的剛性，結(jié)杲， 具有能夠相應(yīng)地延長鉆頭壽命的效杲。根據(jù)技術(shù)方案2所述的鉆頭，除了技術(shù)方案1所述的鉆頭的效果，由于 是由將切削刃的外徑D設(shè)定在1. Omm以下的所謂小徑鉆頭構(gòu)成的，所以能夠 防止鉆頭的折損，從而能夠加工多個小徑孔。即，如上所述，通過將槽長相對于切削刃的外徑D設(shè)定在6D以上10D 以下的范圍內(nèi)，所以能夠確保切屑的排出性以及鉆頭的剛性，結(jié)果，具有能 夠?qū)崿F(xiàn)難以確保鉆頭整體的剛性的小徑鉆頭的長壽命化的效杲。此外，如上所述，將硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在1.0Mm以下。在此， 在小徑鉆頭的情況下，硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸相對于切削刃而言相對較大， 對鋒利度有較大影響。結(jié)果，在硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸大于l.Oym時，切 削刃顯著圓化，鋒利度降低。在此，通過將硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在1. 0 Mm以下，具有能夠有效地防止鉆頭折損的效果。此外，由于如上所述將切削刃的片數(shù)設(shè)定為兩片，所以能夠確保鉆頭的 剛性，結(jié)杲，具有能夠?qū)崿F(xiàn)難以確保鉆頭整體的剛性的小徑鉆頭的長壽命化 的效果。由上可知，通過將槽長、硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸以及切削刃的片數(shù)設(shè)定 在上述范圍內(nèi)而進(jìn)行組合，特別是對于將切削刃的外徑D設(shè)定在1. Omm以下 的小徑鉆頭而言，能夠更有效地實現(xiàn)鉆頭的長壽命化。根椐技術(shù)方案3所述的鉆頭，除了技術(shù)方案1或2所述的鉆頭所起到的 效果外，由槽部的槽底形成的芯厚的厚度尺寸相對于切削刃的外徑D設(shè)定在 0. 35D以上0. 55D以下的范圍內(nèi)。在此，在芯厚的厚度尺寸小于0. 35D時， 鉆頭的剛性降低，鉆頭易折損。另一方面，在芯厚的厚度尺寸大于0. 55D時，槽部變淺，切屑的排出性降低。結(jié)杲，會引發(fā)切屑的熔敷，引起鉆頭的折損。由上可知，通過將芯厚的厚度尺寸設(shè)定在0. 35D以上0. 55D以下的范圍內(nèi)，能夠確保鉆頭的剛性以 及切屑的排出性，結(jié)杲，具有能夠?qū)崿F(xiàn)鉆頭的長壽命化的效杲。根據(jù)技術(shù)方案4的鉆頭，除了技術(shù)方案1至3的任意一項所述的鉆頭的 效果，在實施通過以設(shè)定在OkHz以上350kHz以下的范圍內(nèi)的頻率向切削刃 施加負(fù)的偏置電壓而使正離子與切削刃的表面撞擊的表面粗糙化處理后，利 用賊射法將硬質(zhì)化合物附著在切削刃上。這樣，在進(jìn)行表面粗糙化處理時， 由于使偏置電壓周期性地變化，所以能提高硬質(zhì)化合物相對于切削刃的附著 強(qiáng)度，具有能得到優(yōu)異的附著強(qiáng)度的效果，例如在劃痕試驗中的臨界栽荷下 能夠得到80N以上的強(qiáng)度。進(jìn)而，由于利用賊射法將硬質(zhì)化合物附著在切削刃上，所以例如能夠使 存在于硬質(zhì)化合物表面的被稱作大粒子的微細(xì)粒子的最大直徑在10pm以 下，且大粒子占據(jù)的面積的比例在10%以下。結(jié)杲，具有不進(jìn)行研磨等加工 便能夠得到比較平滑的覆膜表面的效果。此外，根據(jù)技術(shù)方案5所述的鉆頭，除了技術(shù)方案4所述的鉆頭所起到 的效果外，以設(shè)定在150kHz以上350kHz以下的范圍內(nèi)的頻率周期性地施加 進(jìn)行表面粗糙化處理時的偏置電壓，并且將一個周期中不施加負(fù)電壓的時間 設(shè)定在50nsec以上2000nsec以下的范圍內(nèi)，所以具有能夠提高硬質(zhì)化合物 相對于切削刃的附著強(qiáng)度的效果。


圖1是本發(fā)明的一實施方式的鉆頭的主視圖。 圖2是鉆頭的末端端面圖。圖3是表示將鉆頭的表面粗糙化的蝕刻工序的圖，(a)是蝕刻工序中使 用的濺射裝置的示意圖，(b)是表示偏置電壓的時間變化的狀態(tài)圖。 圖4是濺射工序中使用的濺射裝置的示意圖。圖5是表示鉆頭的放大照片的圖，(a)是表示本實施方式的鉆頭的放大 照片的圖，(b)是表示現(xiàn)有的鉆頭的放大照片的圖。 圖6是表示第1耐久試驗的試驗結(jié)果的圖。圖7是表示耐久試驗的試驗結(jié)果的圖，(a )是表示第2耐久試驗的試驗 結(jié)杲的圖，(b)是第3耐久試驗的試驗結(jié)杲的圖。圖8是表示效率試驗的試驗結(jié)杲的圖，(a)是表示第4效率試驗的試驗結(jié)杲的圖，(b)是表示第5效率試驗的試驗結(jié)果的圖，(c)是表示使用本發(fā) 明的鉆頭加工出的加工孔的剖面照片的圖，(d )是表示用放電加工加工出的 加工孔的剖面照片的圖。圖9是表示第6效率試驗的試驗結(jié)杲的圖。附圖標(biāo)記說明l...鉆頭2".鉆柄3…鉆頭主體4…槽部5…切削刃6…前緣(leading edge) 1…槽長D…切削刃的外徑 0…軸心W…芯厚的厚度尺寸具體實施方式
以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖l是表示本發(fā)明的一實 施方式的鉆頭l的主視圖。另外，圖1中，省略了鉆柄2以及鉆頭主體3的 軸向長度的圖示。鉆頭1是一種小徑的切削工具，利用從加工機(jī)械(鉆床等)傳遞來的旋 轉(zhuǎn)力，主要用于在進(jìn)行線切割加工時穿設(shè)作為金屬線的通過孔的初始孔，如 圖1所示，主要具有保持在上述加工機(jī)械上的鉆柄2、和進(jìn)行被切削材料的 切削加工的鉆頭主體3。此外，鉆頭l，其表面上利用后述的濺射法而形成有作為硬質(zhì)化合物的 TiAlN的覆膜，該TiAlN的膜厚尺寸設(shè)定在l.O(Lim以下的范圍內(nèi)。另外，詳 細(xì)情況后述(參照圖7 (a))。此外，本實施方式的鉆頭1，由在平均粒徑為l.Opm以下的碳化鎢的 微粉末中加入作為結(jié)合材料的鈷并加壓燒結(jié)而成的硬質(zhì)合金構(gòu)成，確保鉆頭 1的硬度。但是，也并不一定限定于此，也可以是金屬陶瓷、CBN(立方氮化 硼)燒結(jié)體等硬質(zhì)工具材料，此外，也可是粉末高速鋼(燒結(jié)高速鋼)、高 速工具鋼以及合金工具鋼等鋼材料。鉆柄2是保持在加工機(jī)械上的部位，在本實施方式中，其外徑尺寸設(shè)定 為大于切削刃5的外徑D,并且構(gòu)成為與軸心O大致平行的直線狀。鉆頭主體3具有在其外周面部上形成為螺旋狀的槽部4、形成在鉆頭 主體3的末端部的切削刃5、形成在槽部4的朝向旋轉(zhuǎn)方向的壁面與外周面 部之間的棱線部上的前緣6、與切削刃5的旋轉(zhuǎn)方向后方連接的避讓面7， 并且該鉆頭主體3經(jīng)由連接部8與鉆柄2 —體地形成。槽部4是為了進(jìn)行切屑的排出而在鉆頭主體3的外周面部上凹設(shè)的槽， 在朝向旋轉(zhuǎn)方向的壁面與外周面部之間的棱線部上設(shè)置前緣6。另外，本實施方式的槽部4從末端側(cè)(圖1左側(cè))向鉆柄2螺旋狀地形 成，但沒有必要限定于此，也可以形成為與軸心0大致平行的直線狀。此外，前緣6與平行于軸心0的直線所成的角即扭轉(zhuǎn)角期望設(shè)定在15 度以上35度以下的范圍內(nèi)。由此，能夠確保鉆頭主體3的剛性以及切屑的 排出性。此外，槽部4沿軸心0方向的尺寸也就是槽長1期望相對于切削刃5 的外徑D設(shè)定在⑧以上10D以下的范圍內(nèi)。另外，對于詳細(xì)情況在后面進(jìn) 行描述(參照圖6)。切削刃5是用于利用加工機(jī)械的旋轉(zhuǎn)力而進(jìn)行被切削材料的開孔加工 的部分，設(shè)置在鉆頭主體3的末端部上。另外，在本實施方式中，將切削刃5的末端角設(shè)定在120度，但沒有必 要限定于此，只要設(shè)定在IIO度以上MO度以下的范圍內(nèi)即可。由此，能確 保切削刃5的強(qiáng)度以及耐腐蝕性，能夠確?？拙炔崿F(xiàn)鉆頭1的長壽命化。避讓面7是為了在切削時減輕摩擦而避讓的面，與切削刃5的旋轉(zhuǎn)方向 后方連接。連接部8是連接鉆柄2和鉆頭主體3的部位，形成為從鉆頭主體3向鉆 柄2彎曲并擴(kuò)徑的錐狀。另外，本實施方式的連接部8的錐角6設(shè)定為20 度，圓弧半徑R設(shè)定為IO。由此，特別是在鉆頭主體3的軸向尺寸L (圖1 中的左右方向尺寸)較大的本實施方式的鉆頭1中，能夠有效地緩和加工時 的應(yīng)力集中的發(fā)生，防止鉆頭l的折損。接著，參照圖2說明鉆頭主體3的末端部。圖2是鉆頭1的末端端面圖。 刃帶9是用于研磨加工孔的內(nèi)壁面的部分，與切削刃5的旋轉(zhuǎn)方向后方 (圖2中的順時針方向)連續(xù)設(shè)置。另外，在本實施方式中是由一個刃帶9 構(gòu)成的，但沒有必要限定于此，也可在刃帶9的旋轉(zhuǎn)方向后方設(shè)置第二個刃帶。此外，由槽部4的槽底形成的芯厚的厚度尺寸W期望相對于切削刃5的 外徑D而設(shè)定在O. 35D以上0. 55D以下的范圍內(nèi)。在此，在芯厚的厚度尺寸 W小于O. 35D時，鉆頭l的剛性降低，鉆頭l容易折損。另一方面，在芯厚的厚度尺寸W大于0. 55D時，槽部4變淺，切屑的排 出性降低。結(jié)杲，會引發(fā)切屑的熔敷，導(dǎo)致鉆頭l折損。由上述分析可知， 通過將芯厚的厚度尺寸W設(shè)定在0. 35D以上0. 55D以下的范圍內(nèi)，可確保鉆 頭1的剛性以及切屑的排出性，結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆頭1的長壽命化。另外，芯厚的厚度尺寸W根據(jù)被切削材料的硬度而進(jìn)行各種變更，例如， 在進(jìn)行超過50HRC的高硬度材料的加工時，為了確保鉆頭1的剛性而期望將 芯厚的厚度尺寸W設(shè)定在O, 45D以上0. 55D以下的范圍內(nèi)，另一方面，在進(jìn) 行40HRC的軟質(zhì)材料的加工時，為了確保切屑的排出性而期望將芯厚的厚度 尺寸W設(shè)定在0. 35D以上0. 45D以下的范圍內(nèi)。此外，本實施方式的鉆頭1,如圖2所示，將切削刃5的片數(shù)設(shè)定為兩 片，確保從前緣6到根面(heel)的厚度即刃厚的厚度尺寸t。另外，詳細(xì) 情況后述(參照圖7 (b))。接著，參照圖3至圖5，說明硬質(zhì)化合物的覆膜形成方法。圖3是表示 將鉆頭1的表面粗糙化的蝕刻工序的圖，圖3(a)是蝕刻工序中使用的濺射 裝置30的示意圖，圖3 (b)是表示偏置電壓的時間變化的狀態(tài)圖。圖4是 賊射工序中使用的濺射裝置30的示意圖。圖5是表示鉆頭1的放大照片的 圖，圖5 (a)是表示本實施方式的鉆頭1的放大照片的圖，圖5 (b)是表 示現(xiàn)有技術(shù)的鉆頭的放大照片的圖。在蝕刻工序中，如圖3 (a)所示，利用偏置電源34向配置在腔體32 內(nèi)的工具母材20施加負(fù)的偏置電壓，由此使正的氬離子Ar+撞擊工具母材 20而進(jìn)行表面粗糙化。此時，在本實施方式中，利用控制器36而如圖3 (b)所示那樣，使偏 置電壓周期性變化。具體而言，以250kHz的頻率脈沖狀地施加-200V的負(fù) 的偏置電壓，在每一周期的負(fù)電壓的施加時間中，還施加正的反向電壓(例 如，+2(^左右)，并且不施加該負(fù)電壓的時間(反向電壓的施加時間)即脈 沖反向時間為大約5000nsec，為一周期(4000nsec )的約八分之一。另外， 技術(shù)方案4所述的表面粗糙化工序是指蝕刻工序。在濺射工序中，如圖4所示，利用電源40向構(gòu)成硬質(zhì)化合物的TiAl、Ti等的靶材38施加負(fù)的一定的偏置電壓(例如-50V -60V左右)，并且利 用偏置電源34向工具母材20施加負(fù)的一定的偏置電壓(例如，-IOOV左右)， 由此使氬離子Ar"中擊靶材38而擊出TiAl、 Ti等構(gòu)成物質(zhì)。向腔體32內(nèi)， 除氬氣之外以既定的流量導(dǎo)入氮氣或碳化氬氣體(CH4、 C2H2)等反應(yīng)氣體， 其氮原子N或碳原子C變?yōu)閺陌胁?8擊出的TiAlN、 TiCN、 TiN等，附著在 工具母材20的表面上而作為硬質(zhì)皮膜。另外，也可對工具母材20施加正的 電壓。在此，如圖5所示，(a) ( (a-1)、 (a-2)以及(a-3))是在硬質(zhì)合 金制的鉆頭上利用與上迷實施方式相同的涂敷方法(-200V、 250kHz、脈沖 反向時間=500nsec的蝕刻以及賊射)而形成TiAlN覆膜的情況，(b)( (b -1 )、 ( b - 2 )以及(b - 3 ))是在相同形狀的鉆頭上利用電弧離子鍍法而形 成TiAlN覆膜的情況。另外，(a-l)與(b-l)、 (a-2)與(b-2)、以及 (a-3)與(b-3)，是利用掃描型電子顯微鏡將各個切削刃的相同部分放 大IOOO倍而拍攝得到的。從圖5的各照片可知，本發(fā)明的鉆頭1 (參照圖5(a))與利用電弧離 子鍍法得到的以往的鉆頭(參照圖5 (b))相比，表面的被稱作大粒子的微 細(xì)粒子變少，能夠得到非常平滑的覆膜表面。在由該照片測定的范圍中，以 往的鉆頭上的大粒子的最大直徑為18fim左右，占有面積為20%,與之相對， 本發(fā)明的鉆頭1上的大粒子的最大直徑為6nm左右，占有面積為6%。如上可知，根椐本實施方式的鉆頭1，由于利用濺射法附著硬質(zhì)化合物， 所以存在于該硬質(zhì)化合物的表面的大粒子的最大直徑在10pra以下，且大粒 子占椐的面積的比例在10%以下，能夠得到平滑的覆膜表面。由此，能夠提 高由這種鉆頭1切削加工的被切削材料的加工面粗糙度，并且無需用于除去 由于大粒子所引起的覆膜表面突起的研磨加工等。此外，作為利用濺射法附著硬質(zhì)化合物時的前處理，在向工具母材20 施加-200V的偏置電壓而進(jìn)行蝕刻(表面粗糙化處理)時，以250kHz的頻 率周期性地施加該偏置電壓，并且每一周期中不施加負(fù)電壓的時間(脈沖反 向時間)為5000nsec左右，所以能提高硬質(zhì)化合物對工具母材20的附著強(qiáng) 度，例如，在劃痕試驗中的臨界栽荷下能夠得到100N以上的優(yōu)異的附著強(qiáng) 度，能夠抑制由于剝離等導(dǎo)致的脫落，能得到作為切削工具而言可以滿足實 用要求的耐久性。另外，本實施方式中的偏置電壓呈脈沖即矩形形狀變化，但并不一定限定于此，例如也可是連續(xù)地變化的波形等其他形狀。此外，本實施方式中將每一周期中不施加負(fù)電壓的時間設(shè)定在50~ 2000nsec的范圍內(nèi)，但例如也可以以一個周期為基準(zhǔn)，i殳定在1/2以下、或 者一個周期的1/100~1/2的范圍內(nèi)、1/50~1/2的范圍內(nèi)等。接著，參照圖6 ~圖9說明使用上述那樣構(gòu)成的鉆頭1進(jìn)行的6種切削 試驗(以下，分別稱作"笫1耐久試驗"至"笫3耐久試驗"、"笫4效率試 驗，，至"第6效率試驗")的試驗結(jié)果。另外，以下的說明中，使用與上述 鉆頭1相同的附圖標(biāo)記(例如切削刃5的外徑為"D，，)來進(jìn)行說明。圖6是表示笫1耐久試驗的試驗結(jié)果的圖。笫1耐久試驗是用于調(diào)查槽 長1對鉆頭1的耐久性產(chǎn)生的影響的試驗，圖6中，使槽長1的值在一定范 圍內(nèi)進(jìn)行各種變化，而其他的切削條件不變來進(jìn)行試驗。此外，在該試驗中，以既定的切削速度V以及進(jìn)給量f，利用STEP加 工進(jìn)行孔深5mm的開孔加工，通過計算該開孔加工出的加工孔數(shù)而進(jìn)行鉆頭 1的耐久性的比較。另外，STEP加工是指使鉆頭1相對于加工孔進(jìn)出，同時在退出時排出 槽部4內(nèi)的切屑，并階段性地加深加工孔的深度尺寸的加工。即，在槽部4 完全埋入加工孔內(nèi)之前，都經(jīng)由槽部4排出切屑，所以能夠連貫地加工。在 槽部4完全埋入加工孔內(nèi)后，通過從加工孔中拔出鉆頭1而進(jìn)行切屑的排出。 然后，使鉆頭1進(jìn)入加工孔內(nèi)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的STEP量進(jìn)行加工孔的切 削加工，并再次從加工孔l拔出鉆頭1而排出切屑。反復(fù)進(jìn)行以上的操作直 到達(dá)到目標(biāo)的加工孔的深度尺寸。第1耐久試驗的詳細(xì)參數(shù)為被切削材料SKD11 (60HRC)、加工深度 5mm、切削刃的外徑D: 0.5咖、鉆頭主體的軸向尺寸L: 14D、切削速度V: 31.5m/min、進(jìn)給量f: 0. 02mm/rev、 STEP量0. 05mm。如圖6所示，在使用槽長1設(shè)定為4D以及5D的鉆頭1時，加工孔數(shù)為 一個時鉆頭1就折損了 ，其后的加工難以進(jìn)行。另外，在使用將槽長1設(shè)定為6D到10D的鉆頭1時，加工孔數(shù)為100 個時鉆頭1也沒有折損，之后還能繼續(xù)加工。另外，在使用將槽長l設(shè)定為IID的鉆頭1時，加工孔數(shù)為"個時鉆 頭1折損，之后的加工難以進(jìn)行。由以上結(jié)果可知，在槽長1小于6D時，無法確保切屑的排出性，可以 認(rèn)為是由于切屑的堵塞而引起了鉆頭1的折損。另一方面，在槽長1大于10D時，認(rèn)為鉆頭1的剛性降低從而引起鉆頭1的折損。由此，在將槽長1設(shè)定在6D以上10D以下的范圍內(nèi)時，能夠確保切屑 的排出性以及鉆頭1的剛性，防止鉆頭l的折損，實現(xiàn)鉆頭l的長壽命化。接著，圖7是表示耐久試驗的試驗結(jié)果的圖，圖7 U)是表示第2耐 久試驗的試驗結(jié)果的圖，圖7 (b)是表示笫3耐久試驗的試驗結(jié)果的圖。首先，參照圖7(a)說明第2耐久試驗。第2耐久試驗是用于調(diào)查硬 質(zhì)化合物的膜厚尺寸對鉆頭1的耐久性產(chǎn)生的影響的試驗，圖7 (a)中，使 硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸的值在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變化，并使其他的切削 條件不變而進(jìn)行試驗。此外，在該試驗中，以既定的切削速度V以及進(jìn)給量f，利用STEP加 工進(jìn)行孔深15mm的開孔加工，通過計算該開孔加工出的加工孔數(shù)而進(jìn)行鉆 頭1的耐久性的比較。第2耐久試驗的詳細(xì)參數(shù)為被切削材料SUS420、加工深度15鵬、 切削刃的外徑D: 0. 5咖、鉆頭主體的軸向尺寸L: 30D、切削速度V: 25m/min、 進(jìn)給量f: 0. 01mm/rev、 STEP量0. lmm。如圖7 (a)所示，在^f吏用膜厚尺寸設(shè)定為0. 5)nm以及0. 9/am的鉆頭1 時，加工孔數(shù)為5000個時鉆頭l也不會折損，之后還可以繼續(xù)加工。而在使用膜厚尺寸設(shè)定為1.5pm的鉆頭1時，加工孔數(shù)為1690個時鉆 頭1折損，之后難以繼續(xù)加工。在使用膜厚尺寸設(shè)定為2. Onm的鉆頭l時，加工孔數(shù)為283個時鉆頭 l折損，之后難以繼續(xù)加工。由上述結(jié)果可知，在膜厚尺寸大于l.OMm時，認(rèn)為切削刃5會被圓化 而導(dǎo)致鋒利度降低。特別地，本實施方式的鉆頭1是由外徑D設(shè)定為0.5mm 的小徑鉆頭構(gòu)成的，所以膜厚尺寸相對于切削刃5而言相對較大，對鋒利度 產(chǎn)生較大的影響。結(jié)杲，切屑的切斷性能顯著降低，認(rèn)為會引起由于切屑堵 塞而導(dǎo)致的鉆頭1的折損。由此，在將硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在1. Opm以下時，能夠抑制由于鋒利度降低而導(dǎo)致的切屑切斷性能的降低，防止由于切屑堵塞導(dǎo)致的鉆頭 l的折損，能有效地實現(xiàn)鉆頭1的長壽命化。另外，本實施方式中的硬質(zhì)化合物使用的是TiAlN,但不一定限定于此， 也可以使用TiN、 TiC、 TiCn等硬質(zhì)化合物。進(jìn)而，本實施方式中，鉆頭1 的整個表面都被硬質(zhì)化合物覆膜覆蓋，但不一定限定于此，至少將切削刃5的表面覆膜即可。接著，參照圖7(b)說明笫3耐久試驗。第3耐久試驗是用于調(diào)查切 削刃5的片數(shù)對鉆頭1的耐久性的影響的試驗，圖7 (b)中，使切削刃5 的片數(shù)、芯厚的厚度尺寸W以及刃厚的厚度尺寸t的值在一定范圍內(nèi)進(jìn)行各 種變更，并使其他的切削條件不變而進(jìn)行試驗。此外，在該試驗中，以既定的切削速度V以及進(jìn)給量f ，利用STEP加 工進(jìn)行孔深15mm的開孔加工，通過計算該開孔加工出的加工孔數(shù)而進(jìn)行鉆 頭1的耐久性的比較。另外，第3耐久試驗的詳細(xì)參數(shù)除了被切削材料為SKDll、切削速度V 固定為30m/min以外，與上述第2耐久試驗的詳細(xì)參數(shù)相同。如No. 1欄所示，在將切削刃5的片凝:i殳定為兩片、芯厚的厚度尺寸W 設(shè)定為0,19咖、而刃厚的厚度尺寸t設(shè)定為0. 27mm時，直到加工孔數(shù)為74 個時鉆頭l也沒有折損，能夠進(jìn)行加工。認(rèn)為原因在于，通過將切削刃5的 片數(shù)設(shè)定為兩片，能夠確保刃厚的厚度尺寸t即確保鉆頭1的剛性，實現(xiàn)鉆 頭1的長壽命化。接著，如No. 2欄所示，在將切削刃5的片數(shù)設(shè)定為兩片，將芯厚的厚 度尺寸W設(shè)定為0. 25mm、而將刃厚的厚度尺寸t設(shè)定為0. 36mm時，直到加 工孔數(shù)為81個的時刻，鉆頭l也沒有折損，能夠進(jìn)行加工。認(rèn)為原因在于, 能夠與No. 1欄的鉆頭1同樣地確保鉆頭1的剛性，實現(xiàn)鉆頭1的長壽命化。此外，No. 2的鉆頭1與No. 1的鉆頭1相比，芯厚的厚度尺寸W以及刃 厚的厚度尺寸t大，所以認(rèn)為能夠進(jìn)一步確保鉆頭1的剛性，從而進(jìn)一步實 現(xiàn)鉆頭1的長壽命化。接著，如No. 3欄所示，在將切削刃5的片數(shù)設(shè)定為3片，將芯厚的厚 度尺寸W設(shè)定為0.19咖，并將刃厚的厚度尺寸t設(shè)定為0,13鵬時，在加工 孔數(shù)為9個時鉆頭1折損，之后的加工難以進(jìn)行。認(rèn)為原因在于，將切削刃 5的片數(shù)設(shè)定為3片時無法確保刃厚的厚度尺寸t即確保鉆頭1的剛性，從 而導(dǎo)致鉆頭l折損。接著，如No. 4欄所示，在將切削刃5的片數(shù)設(shè)定為3片，將芯厚的厚 度尺寸w設(shè)定為0. 25腿，并將刃厚的厚度尺寸t設(shè)定為0. 17咖時，在加工 孔數(shù)為1個時鉆頭1就折損了 ，之后的加工難以進(jìn)行。認(rèn)為原因與No. 3的 鉆頭1相同，無法確保鉆頭1的剛性，導(dǎo)致鉆頭1折損。另外，No.4的鉆頭1與No. 3的鉆頭l相比，盡管芯厚的厚度尺寸W以及刃厚的厚度尺寸t較大，但鉆頭1的壽命卻更短。這可以認(rèn)為是試驗的誤 差導(dǎo)致的。由以上結(jié)果可知，通過將切削刃5的片數(shù)設(shè)定為兩片，能夠確保切削刃 5的厚度尺寸t，即確保鉆頭1的剛性，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆頭1的長壽命^f匕。特別 地，在如本實施方式的鉆頭1那樣由外徑D設(shè)定為0. 5咖的小徑鉆頭構(gòu)成時， 難以確保鉆頭l的剛性，所以通過將切削刃5的片數(shù)設(shè)定為兩片，能夠有效 地實現(xiàn)鉆頭1的長壽命化。接著，圖8是表示效率試驗的試驗結(jié)果的圖，圖8 (a)是表示第4效 率試驗的試驗結(jié)果的圖，圖8 (b)是表示第5效率試驗的試驗結(jié)果的圖，圖 8(c)是表示使用本發(fā)明的鉆頭l加工而成的加工孔的剖面照片的圖，圖8 (d )是表示利用放電加工加工而成的加工孔的剖面照片的圖。首先，參照圖8(a)以及(b)說明第4以及第5效率試驗。第4以及 第5的效率試驗是用于調(diào)查本發(fā)明的鉆頭1的切削效率的試驗，在既定的切 削速度V以及進(jìn)給量f下，利用STEP加工進(jìn)4亍加工深度為15mm的初始孔加 工，通過計算該初始孔加工所需要的時間而比較使用本發(fā)明的鉆頭1進(jìn)行的 加工以及》丈電加工的效率。第4效率試驗的詳細(xì)參數(shù)為，被切削材料SKD11 (坯料)、加工深度 15咖、切削油劑水溶性切削油劑、切削刃的外徑D: 0. 5mm、鉆頭主體的軸 向尺寸L: 30D、切削速度V: 31.4m/min、進(jìn)給量f: 0. 01mm/rev、 STEP量 0. lmm。此外，第5效率試驗的詳細(xì)參數(shù)除了被切削材料為HPM31、進(jìn)給量f為 0. 015mm/rcv、以及STEP量固定為0. 15mm外，與上述第4效率試驗的詳細(xì) 參數(shù)相同。如圖8(a)所示，在使用本發(fā)明的鉆頭1時，加工所需要的時間為100s (秒)，與之相對，在放電加工中，加工所需的時間為200s。此外，如圖8 (b)所示，在使用本發(fā)明的鉆頭1時，加工所需要的時 間為60s，與之相對，在放電加工中，加工所需要的時間為200s。由以上結(jié)杲可知，在使用本發(fā)明的鉆頭1時，與放電加工時的情況相比， 能夠?qū)⑶邢餍侍岣叩絻杀兑陨?。即，能夠提高初始孔的切削效率，相?yīng)地 提高線切割加工的加工效率。另外，如圖8 (c)以及圖8 (d)所示，使用本發(fā)明的鉆頭1而加工出 的加工孔的剖面與利用放電加工加工出的加工孔的剖面相比非常地平滑。此200580051126.0說明書第13/13頁外，使用本發(fā)明的鉆頭1加工出的加工孔的表面粗糙度Ry (最大高度，參照 2001年度日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS))的值為1.130jLtm，另一方面，利用放電加 工而加工出的加工孔的表面粗糙度Ry的值為11. 349 inm。由此可知，本發(fā)明的鉆頭1與放電加工相比，能夠?qū)⒓庸た椎谋砻婕庸?得更為平滑，即，能夠精度良好地加工加工孔。接著，圖9是表示第6效率試驗的試驗結(jié)杲的圖。笫6效率試驗是用于 調(diào)查本發(fā)明的鉆頭1的切削效率的試驗，在既定的切削速度V以及進(jìn)給量f 下，利用STEP加工進(jìn)行孔深5mm的開孔加工，通過計算該開孔加工所需要 的時間，進(jìn)行使用本發(fā)明的鉆頭1的加工以及線切割加工的效率的比較。另 外，加工孔的要求精度為，直徑尺寸為O. 5mm，尺寸公差為H7。第6效率試驗的詳細(xì)參數(shù)為，被切削材料PD613 (63HRC)、加工深度 5mm、切削刃的外徑D: 0. 5mm、鉆頭主體的軸向尺寸IOD、切削速度V: 31. 5m/min、進(jìn)給量f: 0. 02咖/rev、 STEP量0. 05咖。如圖9所示，在使用本發(fā)明的鉆頭1的情況下，加工所需要的時間為 79s(秒)，與之相對，在線切割加工中，加工所需的時間為706s。由以上結(jié)果可知，在使用本發(fā)明的鉆頭1時，與線切割加工的情況相比， 能夠?qū)⑶邢餍侍岣叩?倍。同時，本發(fā)明的鉆頭1能夠得到與線切割加工 同樣的加工孔精度。另外，線切割加工所需的時間是指從穿設(shè)初始孔后到加工孔的加工結(jié)束 的時間。由此，本發(fā)明的鉆頭1無需穿設(shè)初始孔所需要的加工時間，相應(yīng)地 能夠提高加工效率。進(jìn)而，由于無需使金屬線通過初始孔中的作業(yè)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的簡 單化以及作業(yè)時間的縮短。以上，根據(jù)實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于上述各實施方式， 能容易地推斷出可在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改良變形。
權(quán)利要求
1.一種鉆頭，具有繞軸心旋轉(zhuǎn)的鉆頭主體、從該鉆頭主體的末端部向著鉆柄以螺旋狀或者大致直線狀形成在外周面部上的槽部、形成在該槽部的朝向旋轉(zhuǎn)方向的壁面與上述外周面部之間的棱線部上的前緣、以及形成在上述鉆頭主體的末端部的切削刃，其特征在于，上述槽部在沿上述鉆頭主體的軸心的方向上的尺寸也就是槽長，相對于上述切削刃的外徑D設(shè)定在6D以上10D以下的范圍內(nèi)，至少上述切削刃的表面由硬質(zhì)化合物覆膜覆蓋，上述硬質(zhì)化合物的膜厚尺寸設(shè)定在1.0μm以下，上述切削刃由兩片構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求l所述的鉆頭，其特征在于，上述切削刃的外徑D設(shè)定 在1. 0咖以下。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的鉆頭，其特征在于，由上述槽部的槽底形 成的芯厚的厚度尺寸相對于上述切削刃的外徑D設(shè)定在0. 35D以上0. 55D以 下的范圍內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1至3的任意一項所迷的鉆頭，其特征在于，在實施通 過向上述切削刃施加負(fù)的偏置電壓而使正離子與上述切削刃的表面撞擊的 表面粗糙化處理后，利用濺射法將上述硬質(zhì)化合物附著在上述切削刃上，上述表面粗糙化處理中，以設(shè)定在OkHz以上350kHz以下的范圍內(nèi)的頻 率周期性地施加上述偏置電壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的鉆頭，其特征在于，上迷表面粗糙化處理中， 以設(shè)定在150kHz以上350kHz以下的范圍內(nèi)的頻率周期性地施加上述偏置電 壓，并且將一個周期中不施加負(fù)電壓的時間-沒定在50nsec以上2000nsec以 下的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鉆頭，能夠確保加工效率，并且能夠延長工具壽命。本發(fā)明的鉆頭(1)，槽長(l)相對于切削刃(5)的外徑D設(shè)定在6D以上10D以下的范圍內(nèi)，且至少在切削刃(5)的表面上形成的硬質(zhì)化合物覆膜的尺寸在1.0μm以下，而且切削刃(5)的片數(shù)設(shè)定為兩片。由此，能夠同時提高切屑的排出性以及鉆頭(1)的剛性，結(jié)果，能夠相應(yīng)地提高鉆頭(1)的壽命。
文檔編號B23B51/00GK101227992SQ20058005112
公開日2008年7月23日 申請日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者桝田典宏 申請人:Osg株式會社