Cadiang, Kathrine Kate F.

Drilling BitsDrill bits are cutting tools used to create cylindrical holes, almost always of circular cross-section. Drill bits come in many sizes and have many uses. Bits are held in a tool called a drill, which rotates them and provides torque and axial force to create the hole. Specialized bits are also available for non-cylindrical-shaped holes. The terms drill and drill bit can be confusing, as sometimes they are used to describe both the cutter holder (drill) and cutter (bit) itself.

There are a wide range of sizes and types of bits available. Steel ones are usually less expensive than carbide-tipped bits. Why buying a drill bit, shoppers should look for one that offers the quality and features most needed for the job. Exceptionally, specially-shaped bits can cut holes of non-circular cross-section; a square cross-section is possible.

Parts: Drill bits have three principles parts: the point, the body and the shank. The parts of twist drill:

1. Point- The point is the cone shaped end and it does the cutting. The point comprises the cutting elements while the body guides the drill in the operation. It consists of the following:     

a. dead center: It is the sharp edge at the extreme tip of the drill. This should always be the exact center of the drill.                                    b. Lips: these are the cutting edges of the drill.              c. Heel : It is the portion of the point back from the cutting edge.

2. Shank - It is the portion of the drill by which it is clamped in the spindle. 3. Body - It is the portion between the point and the shank. The body of the drill has two helical grooves 

called “ flutes”. The flutes from the cutting surface and also assist in removing chips out of the drilled hole. The body consists of the following parts:

a. Flutes - Two or more spiral grooves that run the length of the drill body are called flutes. The flutes do four thing. 

·        Help from the cutting edge of the drill point.    ·        Curl the chip tightly for easier removal.·        From channels through which chips can escape from the hole being drilled.·        Allow the coolant and lubricant to get down to the cutting edge.

b. Margin- It is the narrow strip extending back the entire length of the flute. It is the full diameter of the drill.

c. Body Clearance- It is the part of the drill body that has been reduced in order to cut down friction between the drill and the wall of the hole. 

Materials

Soft low carbon steel bits are inexpensive, but do not hold an edge well and require frequent sharpening. They are used only for drilling wood; even working with hardwoods rather than softwoods can noticeably shorten their lifespan.

Bits made from high carbon steel are more durable than low-carbon steel bits due to the properties conferred by hardening and tempering the material. If they are overheated (e.g., by frictional heating while drilling) they lose their temper, resulting in a soft cutting edge. These bits can be used on wood or metal.

High speed steel (HSS) is a form of tool steel; HSS bits are hard, and much more resistant to heat than high carbon steel. They can be used to drill metal, hardwood, and most other materials at greater cutting speeds than carbon steel bits, and have largely replaced carbon steels.

Cobalt steel alloys are variations on high speed steel which contain more cobalt. They hold their hardness at much higher temperatures, and are used to drill stainless steel and other hard materials. The main disadvantage of cobalt steels is that they are more brittle than standard HSS.

Carbide tipped drill bits are specialized tips on hardened steel bits. Carbide tipped drill bits have the ability to dissipate heat rapidly, and so will hold an edge longer and tolerate heat better than other drill bit options. Unfortunately, carbide tipped bits are very brittle and will chip if they are not handled with care. They are appropriate for drilling hardwood and thin metals.

Diamond Drill Bits Polycrystalline diamond drill bits, sometimes simply referred to as PCDs, are made of the hardest drill bit material available on the market. The bits are made by coating a carbide bit in diamond particles. Diamond drill bits grind away the surface they are drilling into, rather than cutting into the surface. They are appropriate for cutting through a variety of extremely hard surfaces including granite, ceramic tile, marble, fiberglass, stone, glass, and heavy metals.

Coatings

Black oxide is an inexpensive black coating. A black oxide coating provides heat resistance and lubricity, as well as corrosion resistance. Coating increases the life of high-speed steel bits.

Titanium nitride (TiN) is a very hard ceramic material that can be used to coat a high-speed steel bit (usually a twist bit), extending the cutting life by three or more times. However, when the bit is sharpened the new edge will not have the benefits of the coating.

Titanium aluminum nitride (TiAlN) Titanium aluminum nitride, sometimes referred to as TiAIN, is designed to increase the hardness and temperature resistance of the bit.

Diamond powder is used as an abrasive, most often for cutting tile, stone, and other very hard materials. Large amounts of heat are generated by friction, and diamond coated bits often have to be water cooled to prevent damage to the bit or the workpiece.

Zirconium nitride strengthens brittle drill bit types and decreases friction. It is an excellent coating for drill bits that will be used for precision drilling.

DRILL BIT SHANKS

A drill bit shank is the end piece of a drill that connects into the chuck of a spinning mandrel. In essence, it is the male end of the bit that does not drill or mill. As there are many types of drill bits, there is equal variance in drill bit shanks. The primary difference between the shanks is shape, but they can also have functional distinctions.

Straight shank

• A very common shank type, a straight shank resembles a brace shank except its tip is not tapered. Instead, the cylindrical tip simply inserts into the chuck flush. Round shanks have low torque transmissions, which can help prevent straight shanks from drilling very hard materials. 

Straight shanks also don’t require dedicated chucks, which provides for widespread use. It can be held in a standard drill chuck, which must be tightened—only friction prevents slipping Torque transmission limited by slipping of cylindrical shank.

• Can also be held in a collet chuck (which must be tightened), particularly for smaller sizes

• very accurate centering

Brace shank

A brace shank is essentially a multi-sided shank that tapers to a point and locks into a chuck through the angular dispensation. Brace shanks were more popular before modern machining techniques made it easier to construct more complex and durable shank shapes and sizes, because they are not difficult to construct. Torque tolerances are reasonable for brace shanks although stripping can occur, especially if a dedicated chuck is not used. It is easy to make in a forge. Moderate torque transmission but without the slipping possible with round shanks

Appropriate chuck required

Hex shank

• The hex shank is named after the hexagonal shape of the shank, similar to a screwdriver bit. Because of this shape, hex shanks can be used in both dedicated drill mandrel chucks and screwdriver bit chucks. The angled shape of the shank enables the bit to handle higher torque transmissions than brace or straight shanks meaning they can work with material with higher resistance, such as hard metals or geological formations. However, the angle can also cause decentering, leading to less accurate drilling. It can be held in a drill chuck made for cylindrical shanks. There’s no need to tighten the shape does not allow slipping.

• High torque transmission, limited only by strength

• Moderately accurate centering 

• Cannot be held in a regular round collet.

Triangle shank

• The triangle shank is similar to a hex shank in that it is angled, but it only has three angles to the hex’s six. It features many of the same strengths as the hex, including high torque capabilities and good centering. However, it cannot attach to quite as many different drill chucks as the hex.

• Can be held in a drill chuck

• High torque transmission

• Moderately accurate centering

• Cannot be held in a collet 

SDS Shank

SDS stands for the German expression “Steck-Dreh-Sitz,” or “Insert-Twist-Stay,” although the English acronym stands for “Special Direct System.” These shanks are specially designed with a spring load installation feature that allows a worker to insert the shank into a chuck by hand. During drilling, the spring gives under pressure, so the drill can perform hammering or masonry activity. Additionally, the SDS requires a dedicated chuck, eschewing versatility for specific functionality.

• The SDS shank has the advantage of fitting into a simple spring-loaded chuck, so that bits are simply pushed into the chuck without tightening.

• Relatively complex to manufacture

• Better hammer drilling performance than rigidly gripped bits

• Drills with a "rotation-stop" mode can use chiselling bits

• One-handed quick chucking operation

• Can only be held in an SDS chuck

• Not very accurate centering

• High torque transmission

Standard Sizes 

SDS-plus  SDS-max     SDS-Top        Hilti's TE-S System

Morse taper shank

• The Morse taper allows the bit to be mounted directly into the spindle of a drill, lathe tailstock, or (with the use of adapters) into the spindle of milling machines. It is a self-locking (or self holding) taper of approximately 5/8" per foot that allows the torque to be transferred to the drill bit by the friction between the taper shank and the socket. The tang at the end of the taper is only for ejecting the drill bit from the spindle, with the aid of a drift.

• The arbor of a drill chuck is often a Morse taper and this allows the chuck assembly to be removed and directly replaced with the shank of a Morse taper drill bit. A range of sleeves may be used to bring the size of the smaller Morse tapers up to the size of the drive spindle's larger taper. Sockets are also available to extend the effective length of the drill as well as offering a variety of taper combinations. It cannot be held in a chuck or collet 

• High torque transmission provided the bit is driven hard into the workpiece 

• Very accurate centering

Common Types of Drill Bit

Twist bits

Usually referred to as twist drills, twist bits are probably the most common drilling tools used by the handyman with either a hand or electric drill. The front edges cut the material and the spirals along the length remove the debris from the hole and tend to keep the bit straight.

General purpose bits for drilling wood, plastic, steel etc. Twist drills are usually available in sizes 0.8-12 mm plus.  Twist drills have angles suited to drilling steel, but the cutting angles and geometry are not ideal for most other materials. Will drill a wide range of materials, but not with particularly good performance. 

Length Designation

• Jobber Length: These are the most common twist drills and are a good compromise between length and strength. Jobber drills vary in length according to their diameter and typically have a flute length of 9-14 times the cutting diameter, i.e. a 1/2" jobber drill has a flute length of 4-1/2" 

(nine times the diameter) with smaller drills having a larger ratio.• Mechanics Length: Shorter than jobber drills, mechanics length drills are named as such because they fit 

into tighter spaces and are less likely to break while still allowing a reasonable flute length.• Screw Machine Length: Also called "stubby length", these are the shortest common drill bits. Originally 

designed for screw machines, many people prefer these due to their high strength and added working clearance.

• Extra Length: These are extra long drill bits (up to 18") with flutes extending the entire length of the bit. Extra length drills can be very fragile and easily broken so it's usually best to drill as deep as possible with a jobber or shorter bit before switching to an extra length drill bit.

• Aircraft Extension: Similar in length to extra length bits, aircraft extension drill bits emphasize reach over cutting depth and have a shorter flute length (about the same as a jobber drill). This makes the bit much stronger and less susceptible to bending and breaking.

Masonry bit

• These are steel drills with a piece of Tungsten Carbide welded or brazed into the tip. These "TCT" (Tungsten Carbide Tipped) masonry bits are easily recognized as the tip is wider than the shank. The tip is fairly blunt and cuts by crushing a small area of the workpiece under the hammer action of the drilling machine. If used without hammer action the tip wears away quickly.

• Masonry bits drill brick, block, stone & mortar. Due to the crushing rather than cutting action, masonry bits can be entirely blunt but still function satisfactorily.They are almost entirely 

ineffective in wood or metal (due to the lack of a sharp cutting edge), which can be a problem when trying to drill through masonry abutting timber, such as joists or wall-plates.

• Masonry bits are available in quite long lengths, typically up to 30cm for non-SDS.

Spur point bit

Also known as a wood or dowel bit, they have a central point and two raised spurs that help keep the bit drilling straight. The bit cuts timber very fast when used in a power drill and leaves a clean sided hole. They are ideal for drilling holes for dowels as the sides of the holes are clean and parallel. Sizes range from 3 to 10mm. Spur point bits should only be used for drilling wood or some plastics.

Countersink

Countersink bits are used to create a beveled opening at the top of a pilot hole. It is used in a power or hand drill to form the conical recess for the heads of countersunk screws. These bits tend to be designed for use on soft materials such as timber and plastics, not metals. When used with a power drill to counter sink an existing hole, the bit tends to 'chatter', leaving a rough surface. Better results be will obtained if the countersink bit is used before the hole is drilled, then take care to ensure that the hole is in the centre of the countersunk depression.

Tile Bit

A bit for drilling ceramic tiles and glass, it has a ground tungsten carbide tip. They can be used with a hand drill, but are best used in a variable speed power drill on a slow speed. When drilling glass, some form of lubricant (i.e. turpentine or white spirit ) should be used to keep the tip cool.

Flat wood bit

• Flat bits are low cost low performance drills, and create slightly rough holes in wood. Their low cost makes them most useful for large holes, where other bit types become expensive. They are the easiest of all drill types to make and the cheapest to buy. Flat bits tend to produce entry surface splintering, make a hole with rough sides, and make a mess of the exit side. Useful where neatness of hole is unimportant, and better quality bits are an unnecessary cost. Sizes range between 8 and 32mm.

• Drilling progress is slower than with other types, so flat bits are not best suited to drilling large numbers of holes. To put it another way, flat bits aren't energy efficient. 

Hole saw

• Used for cutting large, fixed, diameter holes in wood or plastic. They will usually cut up to a depth of 18mm - deeper versions are available. Best used in a power drill at low speed as the blade saws it's way through the material.

• Hole saws typically have a pilot drill bit at their center to keep the saw teeth from walking. The fact that a hole saw creates the hole without needing to cut up the core often makes it preferable to twist drills or spade drills for relatively large holes (especially those larger than 25 millimetres (1.0 inch)). The same hole can be made faster and using less power.

Forstner bit

Used to form holes with a flat bottom, such as for kitchen cupboard hinges. Best used in a power drill held in a drill stand as there's little in the way of a central point. If used freehand, the positioning is difficult to control as there is no central pilot bit. They can work up to the edge of the wood, and will also drill overlapping holes. They require considerable pressure to engage in the wood, so are mostly used with a drill press.

Wood Auger bit

• This is ideal when drilling large-diameter, deep holes in wood or thick man-made boards. Generally an Auger bit should only be used in a hand brace. The bit will cut a clean and deep, flat bottomed holes. The single spur cuts and defines the edge of the hole while the chisel-like cutting edge removes the waste within the previously cut circle. The threaded centre bites into the wood and pulls the bit into the timber. This 'pulling' action means that the bit is really unsuitable for use in a power drill.