小型ドリルビットの破損：原因と解決策

1. はじめに

旋盤で小さな穴をあけるには、高い加工精度と面粗さが要求され、特に嵌合穴に使用される。一般的な開口部の精度はIT7～IT8、面粗さはRa3.2～0.2um。半径方向の振れは0.3InN以内である。

一方では、ドリルビットのサイズが小さいため、折損しやすく、大きな無駄が生じ、加工精度、品質、生産性に影響を及ぼす。

その一方で、小径のドリルビットを使用することには多くの問題がある。 ボーリング プロセスだ。

小口径の穴あけ時に発生する可能性のある問題を理解してこそ、穴あけを円滑に進めるために必要な対策を講じることができる。

2. ドリルビット破損の主な要因

ドリルビットの直径が小さく強度が十分でないことと、切り屑を除去しにくい螺旋角が小さいことが相まって、小径ドリルビットは使用中に破損しやすい。

小さな穴をあける際の高い切削速度は、高い切削温度を発生させ、特にドリルビットと被削材との接触部では放熱しにくく、ドリルビットの摩耗を悪化させる。

穴あけ工程では、手送りが使われることが多く、送り力を均等にコントロールするのは容易ではない。わずかな不注意がドリルビットの破損を招くこともある。

小径ドリルビットは剛性が低いため、損傷したり曲がったりしやすく、その結果、穴が傾いてしまう。

(1) ドリルビット幾何学角度の変化

ドリルビットの幾何学的角度の変化は、ドリルビット破損の主な原因であり、中でも最も大きな影響を与えるのは、ドリルビットの2つの主切刃間の角度を含むドリルポイント角の変化である。標準的な ツイストドリル のドリルポイント角は118°である。

ドリルポイント角が118°より大きい場合、2つの主切刃は凹曲線となり、ドリルポイント角が118°より小さい場合、2つの主切刃は凸曲線となる。ドリルポイントの角度が118°に等しい場合のみ、2つの主切刃は直線になる。

しかし、ドリルビットの直径が小さくなればなるほど、ドリルポイントの角度を制御することが難しくなり、掘削力とトルクのバランスが崩れて、掘削のずれによってドリルビットが破損してしまう。

(2) ドリルビットのラジアル振れまたはオフセット量の変化

ドリルビットの回転精度は、主にドリルビットの精度に依存します。 締め付けドリルビットの振れやオフセット量は、ドリルチャックの製造精度や工作機械の主軸回転精度に大きく影響します。ドリルビットの半径方向の振れやオフセット量が大きすぎると、ドリルビットの折損の原因になりやすい。

(3) 穴あけ時の軸力と送り速度の変化

旋盤で穴あけをする場合、送り速度は一般的に1回転あたり0.001インチ程度しかなく、完全にオペレーターの感覚に頼ってコントロールする。

そのため、軸力と送り速度を均一にすることが難しく、わずかなミスで軸力と送り速度が急変し、ドリルビットの折損につながる。

したがって、ドリルビットの直径が小さいほど、過度の送り速度によって破損する可能性が高くなる。

(4) 旋盤速度の影響

ドリル加工の場合、適切な旋盤の回転数は、n = 1000V/D（ここで、nはスピンドル回転数（毎分回転数）、Dはドリルビットの直径（ミリメートル）、Vは切削速度（毎分メートル））の式に基づいて選択する必要があります。

つまり、ドリルビットの直径が小さければ小さいほど、旋盤の回転数を上げる必要がある。

(5) オペレーターと掘削材料の影響

掘削中、作業者のエネルギーが集中または分散することも、ドリルビット破損の原因のひとつとなる。

さらに、被削材の特性も大きく影響し、特に靭性の高い被削材は切り屑の排出が難しく、目詰まりを起こしやすいため、ドリルビットの破損につながる。

(6) その他の要因

a.ドリルビットの過度の磨耗は、その幾何学的角度の変化を引き起こし、作業者が被削材に無理に穴を開けると、ドリルビットの破損を引き起こす可能性がある。

b.ドリルビットが正しくセンタリングされておらず、穴あけ前のワークの端面が平らに加工されていない。

c.旋盤の心押台がオフセットを発生させ、ドリルビットの中心がワークの回転中心からずれるため、ドリル穴の直径が大きくなるだけでなく、ドリルビットが折れる可能性が高くなる。

d.ドリルビットが長く伸びすぎて半径方向の振れが生じ、ドリルビットが破損する。

3.ソリューション

(1) 穴あけに先立って、ワークの端面を突起のない平らな面に加工し、ドリルビットを心押台スリーブに挿入して、ドリルビットの軸とワークの回転軸を一致させる必要がある。

(2) ドリルビットの半径方向の振れを防止するため、ツールホルダーにストッパーを追加して、ドリルビットの頭部を支え、センタリングを助けることができる。

(3)小さな穴や深い穴をあける場合は、まずセンタードリルで中心からずれた穴をあけるのを避けるのがよい。穴あけ中は、ドリルビットを頻繁に後退させ、切りくずを取り除く必要がある。

(4) 小さい穴や深い穴をあける場合は、穴あけ時に過度の抵抗がかかり、穴の位置がずれたり、ドリルビットが折れたりするのを避けるため、旋盤の回転数を高めに、一般的には700～1000rpmの範囲で選択する。

(5) 小径ドリルビットは強度が低く剛性が低いため、折損しやすい。

そのため、穴あけ開始時の送り力は、ドリルビットの曲がりや滑りを防ぎ、正しい位置で穴あけを開始できるよう、軽くする必要がある。送り力が小さすぎると、手で感じるのが難しくなることがあるので、送り機構に小さな重りを加えて、望ましい送り力にすることができる。

(6)ドリルビットが被削材の端面に接触しようとするとき、または貫通孔を貫通しようとするとき、先端が最初に被削材に接触するため軸方向の抵抗が大きくなり、ドリルビットが折損しやすくなる。

したがって、送り速度を遅くしなければならない。一般的に、鋼の穴あけでは、送り速度は0.15～0.35 mm/revの間であるべきで、鋳物の穴あけでは、送り速度をわずかに大きくする必要があり、一般的に0.15～0.4 mm/revが選択される。

(7) 穴あけ作業中は、ドリルビットの頻繁な後退と適時の上昇に注意する。小径ドリルビットは切屑排出溝が狭いため、切屑排出がスムーズでなく、頻繁にドリルビットを後退させて切屑を排出する必要があり、後退回数は穴の深さに比例させる。

また、クーラントを導入したり、ドリルビットを空冷する機会でもある。これらの方法を採用することで、ドリルビットの破損を減らすことができ、材料の節約、生産効率の向上、ワークピースの品質向上が可能になります。

(8) 小径ドリルビットによる穴あけ加工では、切りくずの排出がスムーズでなく、ドリルビットの温度が急激に上昇する。切削温度を下げ、切りくず、被削材、工具接触面の摩擦係数を下げ、小径ドリルビットの寿命を向上させるためには、十分な冷却を行う必要がある。

一般に、透明な防錆水がクーラントとして使用される。さらに、二硫化モリブデンの層をドリルビットの溝に塗布したり、低粘度の機械油や植物油を潤滑に使用することで、より良い結果を得ることができる。

4.結論

結論として、満足のいく穿孔結果を得るためには、小径ドリルビットを使用する際に上記の点に注意を払う必要がある。

しかし、被削材の材質、品質要求、穴あけ位置の違いによる制約があるため、対応する技術的手段を適宜変更する必要がある。