掘削
穴あけは、ドリルビットを使用して固体材料に円形断面の穴を開ける切断プロセスです。ドリルビットは通常、回転切削工具であり、多くの場合多点です。ビットはワークピースに押し付けられ、毎分数百から数千回転の速度で回転します。これにより、刃先がワークピースに押し付けられ、ドリルで穴から切りくず（削りくず）が切り取られます。
ロックビットは、通常、回転するが、掘削孔は、通常、円形の切断運動を介して行われていません。代わりに、穴は通常、すばやく繰り返される短い動きでドリルビットを穴に打ち込むことによって作成されます。ハンマードリルは、穴の外側（トップハンマードリル）または穴の内側（ダウンザホールドリル、DTH）から実行できます。水平掘削に使用されるドリルは、ドリフタードリルと呼ばれます。
まれに、特殊な形状のビットを使用して非円形断面の穴を開けます。正方形断面が可能です。[1]
プロセス
ドリル穴は、入口側の鋭いエッジと出口側のバリの存在によって特徴付けられます（それらが除去されていない場合）。また、穴の内側には通常、らせん状のフィードマークがあります。[2]
穴あけは、穴の開口部の周囲に低い残留応力を作成し、新しく形成された表面に高応力で乱れた材料の非常に薄い層を作成することにより、ワークピースの機械的特性に影響を与える可能性があります。これにより、ワークピースは、応力がかかった表面で腐食や亀裂の伝播を受けやすくなります。これらの有害な状態を回避するために、仕上げ操作を行うことができます。
以下のために溝付きドリルビット、任意のチップが溝を介して除去されます。チップは、材料とプロセスパラメータに応じて、長いスパイラルまたは小さなフレークを形成する場合があります。[2]形成された切りくずの種類は、材料の被削性の指標となる可能性があり、長い切りくずは、材料の被削性が良好であることを示しています。
可能であれば、ドリル穴はワークピースの表面に対して垂直に配置する必要があります。これにより、ドリルビットが「歩く」傾向、つまりボアの意図した中心線から逸れて穴の位置がずれてしまう傾向が最小限に抑えられます。ドリルビットの長さ対直径の比率が高いほど、歩く傾向が大きくなります。歩く傾向は、次のような他のさまざまな方法でも先取りされます。
穴あけによって生成される表面仕上げは、32〜500マイクロインチの範囲である可能性があります。フィニッシュカットは32マイクロインチ近くの表面を生成し、荒削りは500マイクロインチ近くになります。
切削液は通常、ドリルビットの冷却、工具寿命の延長、速度と送りの増加、表面仕上げの増加、および切りくずの排出を支援するために使用されます。これらの液体の塗布は、通常、ワークピースにクーラントと潤滑剤をあふれさせるか、スプレーミストを塗布することによって行われます。[2]
使用するドリルを決定する際には、目前のタスクを検討し、どのドリルがタスクを最もよく達成するかを評価することが重要です。それぞれが異なる目的を果たすさまざまなドリルスタイルがあります。サブランドドリルは、複数の直径を掘削することができます。スペードドリルは、より大きな穴サイズをドリルするために使用されます。インデックス可能なドリルは、チップの管理に役立ちます。[2]
スポットドリル
スポットドリルの目的は、最終的な穴を開けるためのガイドとして機能する穴を開けることです。穴は、次の穴あけプロセスの開始をガイドするためにのみ使用されるため、ワークピースの途中までしか穴が開けられません。
センタードリル
センタードリルは、60°皿穴付きのツイストドリルで構成される2溝工具です。旋削または研削のために中心間に取り付けられるワークピースに皿穴の中心穴を開けるために使用されます。
深穴掘削
深穴掘削は、穴の直径の10倍を超える深さの穴を掘削することとして定義されます。[3]これらのタイプの穴は、真直度と公差を維持するために特別な装置を必要とします。その他の考慮事項は、真円度と表面仕上げです。
深穴加工は、いくつかのツーリング方法、通常と一般的に達成可能である銃の掘削やBTA掘削。これらは、クーラントの流入方法（内部または外部）と切りくず除去方法（内部または外部）によって区別されます。回転工具や逆回転ワークなどの方法を使用することは、必要な真直度公差を達成するための一般的な手法です。[4]二次的なツーリング方法には、トレパニング、スカイビングとバニシング、プルボーリング、またはボトルボーリングが含まれます。最後に、この問題に直面するための新しい種類の掘削技術、振動掘削が利用可能です。この技術は、ドリルの小さな制御された軸方向の振動によって切りくずを破壊します。小さな切りくずは、ドリルのフルートによって簡単に取り除くことができます。
ハイテク監視システムは、力、トルク、振動、およびアコースティックエミッションを制御するために使用されます。振動は、深穴ドリルの主要な欠陥と見なされており、ドリルが破損することがよくあります。このタイプの掘削を支援するために、通常、特別なクーラントが使用されます。
ガンドリル
ガンドリルはもともとガンバレルをドリルで開けるために開発されたもので、一般的に小径の深い穴を開けるために使用されます。深さ対直径の比率は、300：1よりも大きくなる可能性があります。ガンドリルの重要な特徴は、ビットがセルフセンタリングであるということです。これは、そのような深く正確な穴を可能にするものです。ビットは、ツイストドリルと同様の回転運動を使用します。ただし、ビットは、ドリルビットを中央に保ちながら穴の表面に沿ってスライドするベアリングパッドで設計されています。ガンドリルは通常、高速かつ低送り速度で行われます。
トレパニング
トレパニングは、標準のドリルビットが実行可能または経済的でない場合に、より大きな直径の穴（最大915 mm（36.0インチ））を作成するために一般的に使用されます。トレパニングは、製図コンパスの動作と同様に、中実のディスクを切り抜くことにより、目的の直径を削除します。トレパニングは、板金、花崗岩（カーリングストーン）、プレート、またはIビームなどの構造部材などの平らな製品に対して実行されます。トレパニングは、Oリングなどのシールを挿入するための溝を作るのにも役立ちます。
マイクロドリル
マイクロドリルとは、0.5 mm（0.020インチ）未満の穴を開けることを指します。この小さな直径での穴あけは、クーラント供給ドリルを使用できず、高いスピンドル速度が必要となるため、より大きな問題を引き起こします。10,000 RPMを超える高いスピンドル速度でも、バランスの取れたツールホルダーを使用する必要があります。
振動穴あけ
振動掘削に関する最初の研究は1950年代に始まりました（モスクワバウマン大学のVN Poduraev博士）。主な原理は、ドリルの送り動作に加えて軸方向の振動または振動を生成することです。これにより、切りくずが壊れて、切削ゾーンから簡単に除去されます。
振動掘削には、自己維持型振動システムと強制振動システムの2つの主要な技術があります。ほとんどの振動掘削技術はまだ研究段階にあります。自己維持型の振動穴あけの場合、工具の固有振動数を使用して、切削中に自然に振動させます。振動は、ツールホルダーに含まれるマススプリングシステムによって自己維持されます。[5]他の作品では、圧電システムを使用して振動を生成および制御しています。これらのシステムは、小さな大きさ（約数マイクロメートル）で高い振動周波数（最大2 kHz）を可能にします。それらは小さな穴を開けるのに特に適しています。最後に、振動は機械システムによって生成される可能性があります：[6] 周波数は、回転速度と1回転あたりの振動数（1回転あたり数回の振動）の組み合わせで与えられ、大きさは約0.1mmです。
この最後のテクノロジーは完全に産業的なテクノロジーです（例：MITISのSineHoling®テクノロジー）。振動穴あけは、深穴穴あけ、複数材料スタック穴あけ（航空学）、乾式穴あけ（潤滑なし）などの状況で推奨されるソリューションです。一般に、信頼性が向上し、掘削操作の制御が向上します。
円補間
軌道ドリルとも呼ばれる円補間は、マシンカッターを使用して穴を作成するプロセスです。
オービタルドリルは、切削工具をそれ自体の軸の周りで回転させると同時に、切削工具の軸からオフセットされた中心軸の周りで回転させることに基づいています。次に、切削工具を軸方向に同時に移動して穴をドリルまたは加工するか、任意の横方向の動きと組み合わせて開口部またはキャビティを加工することができます。
オフセットを調整することにより、特定の直径の切削工具を使用して、図に示すようにさまざまな直径の穴を開けることができます。これは、切削工具の在庫を大幅に削減できることを意味します。
オービタルドリルという用語は、切削工具が穴の中心の周りを「周回」することに由来します。軌道掘削における機械的に強制された動的オフセットには、穴の精度を大幅に向上させる従来の掘削と比較して、いくつかの利点があります。スラスト力が低いため、金属に穴を開けるときにバリのない穴ができます。複合材料に穴を開けるとき、層間剥離の問題は解消されます。[7]
素材
金属の穴あけ
通常の使用では、削りくずはドリルビットの溝によってドリルビットの先端から持ち上げられて離れます。刃先はより多くの切りくずを生成し、穴から外側に向かって切りくずの動きを続けます。これは、通常の穴よりも深いか、バックオフが不十分であるために、チップが密に詰まるまで成功します（ドリル中にドリルを穴からわずかにまたは完全に削除します）。切削液は、この問題を緩和し、チップとチップの流れを冷却して潤滑することで工具の寿命を延ばすために使用されることがあります。クーラントは、ガンドリルを使用する場合に一般的なドリルシャンクの穴から導入される場合があります。アルミを切るとき特に、切削液は、穴を開ける過程で金属がドリルビットをつかむのを防ぎながら、滑らかで正確な穴を確保するのに役立ちます。真ちゅうやその他の軟質金属を切断する場合、ドリルビットをつかんで「チャタリング」を引き起こす可能性があります。1〜2ミリメートルを刃先で研磨して、91〜93度の鈍角を作成できます。これにより、ドリルが金属を切断するのではなく、裂ける「チャタリング」を防ぎます。しかし、そのビット刃先の形状では、ドリルは金属をつかむのではなく、金属を押しのけています。これにより、高摩擦と非常に高温の削りくずが作成されます。
重い送りや比較的深い穴の場合、ドリルビットにはオイルホールドリルが使用され、潤滑剤がビットの小さな穴からドリルヘッドにポンプで送られ、溝に沿って流出します。従来のドリルプレス装置は油穴掘削に使用できますが、ドリルビットではなく回転するのがワークピースである自動ドリル機械でより一般的に見られます。
では、コンピュータ数値制御（CNC）工作機械と呼ばれるプロセスペックドリル、または中断カットドリルは、深い穴を開けるときに（穴の深さがドリルの直径の約3倍の場合）、削りくずが有害に蓄積するのを防ぐために使用されます。ペックドリルでは、ドリルの直径の5倍以下で、ワークピースの途中までドリルを突っ込み、表面に引っ込めます。これは、穴が完成するまで繰り返されます。高速ペックドリルまたはチップブレイクと呼ばれるこのプロセスの修正された形式は、ドリルをわずかに引っ込めるだけです。このプロセスは高速ですが、適度に長い穴でのみ使用されます。そうしないと、ドリルビットが過熱します。また、糸状の材料を穴あけして切りくずを壊すときにも使用されます。 [8] [9][自費出版の情報源？] [10]
材料をСNСマシンに持ち込むことができない場合は、磁気ベースボール盤を使用できます。ベースは、水平位置で、さらには天井でも穴を開けることができます。通常、これらのマシンでは、より少ない速度ではるかに高速にドリルできるため、カッターを使用することをお勧めします。カッターのサイズは、12mmから200mm DIA、30mmから200mm DOC（切り込み深さ）までさまざまです。これらの機械は、建設、製造、船舶、石油・ガス産業で広く使用されています。石油及びガス産業、空気圧磁気ドリルマシンであっても内部に、異なるサイズのパイプに固定することができる火花、ならびに特別なチューブの磁気ボール盤を回避するために使用されます。頑丈なプレートボール盤 鉄骨建設、橋梁建設、造船所、および建設セクターのさまざまな分野の製造において高品質のソリューションを提供します。
木材の穴あけ
木材はほとんどの金属よりも柔らかいため、木材への穴あけは金属への穴あけよりもかなり簡単で高速です。切削液は使用されていないか、必要ありません。木材の掘削における主な問題は、きれいな出入り口の穴を確保し、火傷を防ぐことです。焼けを防ぐことは、鋭いビットと適切な切削速度を使用することの問題です。ドリルビットは、穴の上部と下部の周りの木片を引き裂く可能性があり、これは細かい木工用途では望ましくありません。
金属加工で使用されるユビキタスなツイストドリルビットは、木材でもうまく機能しますが、穴の入口と出口で木材を削り取る傾向があります。場合によっては、荒い大工の穴のように、穴の質は重要ではなく、スペードビットやセルフフィードオーガービットなど、木材を高速で切断するためのビットがいくつか存在します。木材にきれいな穴を退屈に特化したドリルビットの多くのタイプのブラッドポイントのビットを含む、開発されているフォスナードリルビットとホールソー。出口での欠けは、ワークピースの後ろの裏地として木片を使用することで最小限に抑えることができ、同じ手法を使用して穴の入口をきれいに保つことがあります。
ドリルビットを木材に押し込んでディンプルを作成することでドリルビットを正確に配置できるため、木材に穴を開けるのが簡単です。したがって、ビットはさまよう傾向がほとんどありません。
その他
プラスチックやその他の非金属などの一部の材料や一部の金属は、膨張して穴を希望よりも小さくするのに十分なほど熱くなる傾向があります。
関連プロセス
以下は、掘削に伴うことが多い関連プロセスです。
- ざぐり
- このプロセスにより、大きな直径が小さな直径に続いて部分的に穴に入る階段状の穴が作成されます。
- 皿穴
- このプロセスはザグリ加工に似ていますが、穴のステップは円錐形です。
- つまらない
- ボーリングは、シングルポイントカッターを使用して既存の穴を正確に拡大します。
- 摩擦穴あけ
- 対象物を切断する代わりに、（熱と圧力の下で）対象物の塑性変形を使用して穴を開けます。
- リーマ
- リーマは、穴のサイズを拡大して滑らかな側面を残すように設計されています。
- スポット向き
- これはフライス盤に似ており、局所的な領域でワークピースに平らな機械表面を提供するために使用されます
も参照してください
参考文献
- ^ Wolfram（数学ソフトウェア）のWebサイト：四角い穴を開ける
- ^ a b c d Todd、Robert H。; アレン、デルK。; Alting、Leo（1994）、Manufacturing Processes Reference Guide、Industrial Press Inc.、pp。43–48、ISBN 978-0-8311-3049-7。
- ^ Bralla、James G.（1999）。製造可能性ハンドブックの設計。ニューヨーク：マグロウヒル。NS。4‐56。ISBN 978-0-07-007139-1。
- ^ 「深穴掘削とは何ですか？概要」。
- ^ パリ、アンリ（2005）。「切削パラメータを予測するための振動掘削プロセスのモデリング」。CirpAnnals。54：367–370。土井：10.1016 / S0007-8506（07）60124-3。
- ^ Peigné、Grégoire（2009）。軸加工装置。WO / 2011/061678（特許）。
- ^ 軌道掘削がドリームライナーの主流になる、航空宇宙工学および製造、SAE International Publications、2009年3月、p。32
- ^ Smid、Peter（2003）、CNCプログラミングハンドブック（第2版）、Industrial Press、p。199、ISBN 978-0-8311-3158-6。
- ^ Hurst、Bryan（2006）、The Journeyman's Guide to CNC Machines、Lulu.com、p。82、ISBN 978-1-4116-9921-2。[自費出版ソース]
- ^ Mattson、Mike（2009）、CNCプログラミング：原則と応用（第2版）、Cengage Learning、p。233、ISBN 978-1-4180-6099-2。
外部リンク
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