CN104159692B - 螺旋丝锥 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在镍基耐热合金、沉淀硬化不锈钢等耐热合金这样的难削材料的内螺纹切削中也能够获得耐久性的螺旋丝锥。螺旋丝锥(10)具有形成了外螺纹(16)的螺纹部(12)、与外螺纹(16)的螺纹牙交叉地形成的螺旋状的一次槽(22)、和以比一次槽(22)的螺旋角(α)小的螺旋角形成在一次槽(22)的前端部上的二次槽(26)，其中，二次槽(26)具有0～3°的正或负的螺旋角(β)，形成在二次槽(26)的朝向丝锥旋转方向(T)的侧壁面(23)和螺纹部(12)的外周面之间的棱线上的切削刃(24)具有-10～0°的前角(S)，而且二次槽(26)具有5～15°的槽底梯度(K)。由此，在45HRC的镍基耐热合金这样的难削材料的内螺纹加工时，丝锥寿命大幅提高，能够获得耐久性高的丝锥。

Description

螺旋丝锥
技术领域
本发明涉及通过切削在预钻孔的内周面上形成内螺纹的旋转切削工具，即螺旋丝锥，尤其是关于使用水溶性切削液也能够在难削材料上加工内螺纹的具有高耐久性的丝锥。
背景技术
如专利文献1、专利文献2、专利文献3所示，公知有通过切削在形成于金属的预钻孔的内周面上形成内螺纹的螺旋丝锥。这样的螺旋丝锥由前端侧的螺纹部和基端侧的柄部构成，在螺纹部上设有与应形成的内螺纹对应的外螺纹。该螺纹部由外螺纹的螺纹牙趋向前端而逐渐变低的切削部和螺纹牙具有大致均匀的形状的全螺纹部构成。而且，在螺纹部上，与螺纹牙交叉地形成有螺旋槽，在被该螺旋槽切断的螺纹牙的一个端面上形成有切削刃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本实开昭52-153198号公报
专利文献2:日本实开平05-044417号公报
专利文献3:日本特开平01-171725号公报
上述专利文献1、专利文献2、专利文献3公开的螺旋丝锥除了螺旋槽以外，用于朝向前方排出切屑的螺旋角小的螺旋锥尖槽形成在该螺旋槽内的前端部，相对于形成在螺旋槽的一对侧壁面中的朝向丝锥旋转方向的侧壁面和螺纹部的外周面之间的棱线上的切削刃来说，形成在与螺旋锥尖槽的丝锥旋转方向相对的侧壁面和螺纹部的外周面之间的棱线上的切削刃的螺旋角向相反方向倾斜。由此，被由螺旋锥尖槽形成的切削刃切削的切屑向前方被排出，即使有盲孔，卷径小且长度短的螺旋状切屑也能排出。
发明内容
发明要解决的课题
但是，在被上述丝锥切削的被切削材料中，镍基耐热合金、沉淀硬化不锈钢等耐热合金公知是难以进行切削加工的难削材料。尤其，在具有40HRC以上的硬度的时效处理后的镍基耐热合金中，在使用了上述以往的丝锥的内螺纹加工中成为高温高热状态，刀尖明显磨损。由此，螺旋丝锥的寿命短，需要频繁地进行丝锥的更换。尤其，在使用了水溶性切削液的丝锥加工中，这样的课题变得显著。
发明内容
本发明是以上述情况为背景而做出的，其目的是提供在镍基耐热合金、沉淀硬化不锈钢等耐热合金这样的难削材料的内螺纹切削中也能够获得耐久性的螺旋丝锥。
用于解决发明的技术方案
本发明者以上述情况为背景进行了各种研究，其结果，在螺旋丝锥中，在使形成在与螺旋槽对应的一次槽的前端部上的二次槽的螺旋角、由该二次槽形成的切削刃的前角、该二次槽的槽底梯度变化地反复进行切削加工试验中，发现如下事实，即，不管一次槽的螺旋方向如何，在使二次槽的螺旋角为0～3°、由二次槽形成的切削刃的前角为-10～0°、二次槽的槽底梯度为5～15°的范围内时，丝锥的寿命大幅提高到1.5倍以上。本发明是基于该见解而做出的。
即，本发明的螺旋丝锥具有(a)形成了外螺纹的螺纹部、与该外螺纹的螺纹牙交叉地形成的螺旋状的一次槽、和以比该一次槽的螺旋角小的螺旋角形成在该一次槽的前端部上的二次槽，其中，(b)所述二次槽具有0～3°的正或负的螺旋角，(c)形成在所述二次槽的一对侧壁面中的朝向丝锥旋转方向的侧壁面和所述螺纹部的外周面之间的棱线上的切削刃具有-10～0°的前角，(d)所述二次槽具有5～15°的槽底梯度。
发明的效果
根据本发明的丝锥，形成在一次槽的前端部上的二次槽具有0～3°的正或负的螺旋角，形成在该二次槽的朝向丝锥旋转方向的侧壁面和所述螺纹部的外周面之间的棱线上的切削刃具有-10～0°的前角，而且，该二次槽具有5～15°的槽底梯度，从而在难削材料的内螺纹加工时，丝锥寿命大幅提高，能够得到耐久性高的丝锥。在二次槽向一次槽的螺旋方向的相反侧螺旋的情况下，在该二次槽的螺旋角超过3°时，切屑延长，即使是盲孔，加工也变得困难。另外，在该二次槽的螺旋角向与一次槽的螺旋方向同一侧倾斜的情况下，在该二次槽的螺旋角超过3°时，发生切屑的堵塞。另外，在二次槽的槽底梯度小于5°时，发生切屑堵塞。在二次槽的槽底梯度超过15°时，前端强度降低。另外，在形成在二次槽的一对侧壁面中的朝向旋转方向的侧壁面和所述螺纹部的外周面之间的棱线上的切削刃的前角比-10°低时，丝锥寿命降低，在该前角超过0°的情况下，丝锥寿命也同样地降低。
这里，优选的是，形成在所述一次槽的前端部上的所述二次槽的一对侧缘中的一次槽的螺旋方向这一侧的侧缘位于比该一次槽的螺旋方向这一侧的侧缘更靠螺旋方向的相反侧，并且螺旋方向的相反侧的侧缘位于比该一次槽的螺旋方向的相反侧的侧缘更靠相反侧，该二次槽的朝向旋转方向这一侧的侧壁面作为前刀面发挥功能。由此，二次槽由曲率半径比一次槽小的曲线形成槽底，从而沿前刀面移动的切屑以小直径卷起，并且缩短。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的丝锥的主视图。
图2是放大地表示图1的实施例中的形成在丝锥的前端部分上的一次槽及二次槽的剖视图。
图3是用于说明图1的实施例中的二次槽的槽底梯度的图。
图4是在与图1的实施例相同的一次槽为右旋的丝锥中，表示使二次槽的螺旋角及槽底梯度变化的切削试验1的情况下的切削结果的图。
图5是在与图1的实施例相同的丝锥中，表示使由朝向二次槽的旋转方向的侧壁面形成的前刀面的前角变化的切削试验2的情况下的切削结果的图。
图6(a)是表示使用除了没有形成二次槽以外都与图1的实施例的丝锥相同的丝锥进行了切削时得到的切屑的照片。图6(b)是表示使用图1的实施例的丝锥进行了切削时得到的切屑的照片。
图7是在与图1的实施例相同的丝锥中，表示使用水溶性切削油剂且以4种切削速度进行了切削的情况下的切削结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
实施例
图1是从与轴心C垂直的方向观察本发明的一实施例的带二次槽的螺旋丝锥(以下简称为丝锥)10的主视图。丝锥10是高速度钢制或超硬合金制，采用能够对镍基耐热合金、沉淀硬化类不锈钢等耐热合金、尤其具有40HRC以上的硬度的时效处理后的镍基耐热合金这样的难削材料实用地进行螺纹加工的耐久性高的材料。
丝锥10是右旋螺纹用的，由前端侧的螺纹部12和基端侧的柄部14构成，在该螺纹部12的外周面上，形成有与应形成的内螺纹对应的右旋螺纹的外螺纹16。另外，螺纹部12由外螺纹16的螺纹牙逐渐变低的圆锥形状的切削部18和螺纹牙的高度均等的圆柱形状的全螺纹部20构成。
在上述螺纹部12中，与外螺纹16交叉地，从轴心C到槽底的距离均匀即槽深度均匀地形成有例如3条右旋的螺旋槽即一次槽22，外螺纹16被分割成多个。该一次槽22的螺旋角即导程角α是例如8～15°，优选为10～12°，更优选为10°。由此，通过一次槽22内的一对侧壁面中的朝向丝锥旋转方向T的侧壁面(前刀面)23(后述)和螺纹部12的外周面之间的交线形成切削刃24，朝向该丝锥旋转方向T的侧壁面作为切削刃24的前刀面发挥功能。
上述丝锥旋转方向T是指切削加工内螺纹时旋转驱动丝锥10的方向，是如图1的箭头所示地与一次槽22的螺旋方向相同的右旋转。
另外，在上述一次槽22内的前端部上，以比该一次槽22的螺旋角α小的螺旋角(导程角)β在该一次槽22内的前端部上形成二次槽26，该二次槽26以其槽底径越趋向前端部越小的方式倾斜地形成。该二次槽26的螺旋角β被设定成在右旋方向上0～3°的范围内，由该二次槽26内的朝向丝锥旋转方向T的侧壁面23(后述)形成的切削刃24的前角S被设定在-10～0°的范围内。另外，二次槽26的槽底梯度K被设定在5～15°的范围内。螺旋角β与螺旋角α同样地，是槽宽中心线相对于轴心C的倾斜(交叉)角度。前角S是相对于穿过与轴心C平行的切削刃24的线的角度。槽底梯度K是相对于没有导程的二次槽26的槽底的轴心C的角度。
图2是为了说明二次槽26的形状，将丝锥10的前端面与表示一次槽22及二次槽26的截面形状的A-A剖面线、B-B剖面线、C-C剖面线、D-D剖面线一起放大地表示。在A-A剖面线、B-B剖面线、C-C剖面线中，在与丝锥旋转方向T相对的侧壁面23上，接着表示直线状的一次槽22的线地连接有表示圆弧状的二次槽26的曲线，在朝向丝锥旋转方向T的侧壁面23上，仅由表示二次槽26的曲线构成。表示一次槽22的线和表示圆弧状的二次槽26的曲线之间的连接点用黑点表示。二次槽26形成得比丝锥10的前端部即切削部18的轴心C方向长度稍长而未到达图1的D-D截面，从而在D-D剖面线上，仅由表示倒梯形的一次槽22的线构成。
丝锥10是在切削M10×1.5即10毫米直径1.5毫米螺距的内螺纹的情况下，与丝锥旋转方向T相对的侧壁面23侧的图2的A-A剖面线、B-B剖面线、C-C剖面线、D-D剖面线的周向的相互间隔a、b、c为0.7mm、1.0mm、1.6mm，与一次槽22的导程角α相应地依次错开。另外，朝向丝锥旋转方向T的侧壁面23侧的图2的A-A剖面线、B-B剖面线、C-C剖面线表示进行切削的截面的前刀面，它们的周向的相互间隔d、e为0.07mm、0.15mm，由于二次槽26的导程角β小，所以大致一致。但是，朝向丝锥旋转方向T的侧壁面23侧的图2的D-D剖面线表示不进行切削的截面的曲线，它们的A-A剖面线和D-D剖面线的相互间隔f为0.4mm。图2的H所示的全螺纹部20的螺纹牙高度为0.8mm。
图3是用于说明二次槽26的槽底梯度K的图。如图3所示，设置沿二次槽26的长度方向即丝锥10的轴心C方向设定的例如1.5mm的规定区间E(图3(a))，测定该规定区间E的两端的截面E1-E1上的槽底径及截面E2-E2上的槽底径(图3(b))，二次槽26的槽底梯度K是由下式(1)算出的值。二次槽26以直线形成，从而只要上述规定区间E只要比二次槽26的长度方向尺寸短的值即可，无论是什么样的值都行，但过短时，不能达到精度，从而使用上述值。
K＝tan-1(A-B)/(2×E)···(1)
以下，对本发明者等进行的切削试验1进行说明。在该切削试验1中，在与图1所示的丝锥10同样的一次槽22的右螺旋角α＝11°的螺旋丝锥中，作成前角S为-5°恒定、而二次槽26的螺旋角(导程角)β及槽底梯度K不同的8种丝锥，在以下的切削条件下，切削了内螺纹。
(切削试验1)
·丝锥：3/8-16UNC用螺旋丝锥
·切削速度：2m/min
·被切削材料：45HRC的镍基耐热合金
·预钻孔径：
·攻丝长度：14mm
·切削液：非水溶性切削油剂
·供油方法：外部供油
图4是表示上述的切削试验1的结果，是由用右旋及左旋方向表示二次槽26的螺旋角β的横轴、和表示二次槽26的槽底梯度K的纵轴构成的二维坐标。在图4中，○标记表示能够进行20孔左右以上的数量的丝锥孔加工的耐久性高的丝锥。与此相对，表示左螺旋角β＝5且槽底梯度K＝6°的丝锥的×标记表示切屑的长度变长，盲孔的加工困难的情况。另外，分别表示右螺旋角β＝5且槽底梯度K＝6°的丝锥、及螺旋角β＝0且槽底梯度K＝2°的丝锥的×标记表示发生切屑的堵塞，成为1孔以下的加工孔数、不能充分地获得耐久性的情况。因此，二次槽26的螺旋角β在右旋方向及左旋方向上0～3°的范围内，并且二次槽26的槽底梯度K在5～15°的范围内，能够获得耐久性。此外，虽然没有进行槽底梯度K成为16°以上的情况下的切削试验，但认为强度降低，可能折损。
以下，对本发明者进行的切削试验2进行说明。在该切削试验2中，与图1所示的丝锥10同样地，在一次槽22的右螺旋角α＝11°的螺旋丝锥中，作成二次槽26的螺旋角(导程角)β＝0°且槽底梯度K＝8°恒定但前角S不同的5种丝锥、和未形成二次槽26且前角为0°的以往规格的丝锥，在以下的切削条件下，切削了内螺纹。
(切削试验2)
·丝锥：1/4-28UNC用螺旋丝锥
·切削速度：2m/min
·被切削材料：45HRC的镍基耐热合金
·预钻孔径：
·攻丝长度：12.7mm
·切削液：非水溶性切削油剂
·供油方法：外部供油
图5表示上述切削试验2的结果，是由表示前角S的横轴和表示丝锥寿命(加工孔数)的纵轴构成的二维坐标。在图5中，示出了前角S为0°～-10°的范围且能够进行80孔程度以上的数量的丝锥孔加工的耐久性高的丝锥。与此相对，在0°前角S超过0°时，比以往产品低，成为50孔以下，不能获得上述那样的高耐久性。因此，前角S在0°～-10°的范围内能够获得高耐久性。
顺便来说，在利用引用文献1、2、3公开的与二次槽26对应的螺旋锥尖槽的螺旋角(导程角)β超过5°的以往的丝锥切削了43HRC的镍基耐热合金的情况下的切屑如图6(a)所示。在这样的以往的螺尖丝锥中，与没有二次槽26的螺旋丝锥相比寿命长且性能更稳定，但由于切屑长，所以用于盲孔时，因堵塞而不能获得耐久性。与此相对，二次槽26的螺旋角β被设定成在右旋方向或左旋方向0～3°的范围内，切削刃24的前角S被设定成-10～0°的范围内，二次槽26的槽底梯度K被设定成5～15°的范围内，根据这样的本实施例的丝锥10，由于如图6(b)所示地切屑变短，所以即使预钻孔是盲孔，也能够获得与通孔同样的高耐久性。
以下，对本发明者进行的切削试验3进行说明。在该切削试验3中，在与图1所示的丝锥10同样的一次槽22的右螺旋角α＝11°的螺旋丝锥中，二次槽26的螺旋角(导程角)β＝0°且槽底梯度K＝8°恒定，使用前角S＝-5°的丝锥和水溶性切削油剂，以4种切削速度，在以下的切削条件下，切削了内螺纹。
(切削试验3)
·丝锥：M5×0.8用螺旋丝锥
·被切削材料：45HRC的镍基耐热合金
·预钻孔径：
·预钻孔长度：18mm(止端)
·螺纹长度：10.0mm(止端)
·切削速度：0.25m/min，0.5m/min，0.75m/min，1.0m/min
·切削液：水溶性切削油剂10倍稀释
·供油方法：外部供油
·加工机：立形M/CBT30
图7是表示上述切削试验3的结果的图表。在除了没有设置二次槽26以外都与图1所示的结构同样的以往的丝锥中，即使以较低的切削速度即0.5m/min，切削1个孔时，也会折损，与此相对，根据本切削试验所使用的所述丝锥，以1m/min的切削速度切削到25孔，也能够实现公差内的内螺纹加工，但超过该数量就变得精度不良(GPOUT)，以0.75m/min的切削速度切削到45孔，也能够实现公差内的内螺纹加工，但超过该数量就变得精度不良(GPOUT)，以0.5m/min的切削速度切削到72孔，也能够实现公差内的内螺纹加工，但超过该数量就变得精度不良(GPOUT)，以0.25m/min的切削速度能够实现85孔以上的内螺纹加工。因此，即使在选用了水溶性切削油剂的切削中，通过选定最佳的切削速度，也能够获得高耐久性。
如上所述，本实施例的丝锥10是具有形成了外螺纹16的螺纹部12、与外螺纹16的螺纹牙交叉地形成的螺旋状的一次槽22、和以比一次槽22的螺旋角α小的螺旋角形成在一次槽22内的前端部上的二次槽26的螺旋丝锥，二次槽26具有0～3°的正或负的螺旋角β，形成在二次槽26的朝向丝锥旋转方向T的侧壁面23和螺纹部12的外周面之间的棱线上的切削刃24具有-10～0°的前角S，而且，二次槽26具有5～15°的槽底梯度K。由此，在进行45HRC的镍基耐热合金这样的难削材料的内螺纹加工时，丝锥寿命大幅提高，能够得到耐久性高的丝锥。在二次槽26向与一次槽22的螺旋方向的相反的一侧螺旋的情况下，在该二次槽26的螺旋角β超过3°时，切屑延长，即使是盲孔，加工也变得困难。另外，在该二次槽26的螺旋角β向与一次槽22的螺旋方向相同的一侧倾斜的情况下，在该二次槽26的螺旋角β超过3°时，发生切屑的堵塞。另外，在二次槽26的槽底梯度K小于5°时，发生切屑堵塞。在二次槽26的槽底梯度S超过15°时，能够推定为前端强度降低。在形成在二次槽26的一对侧壁面中的朝向丝锥旋转方向T的侧壁面23和螺纹部12的外周面之间的棱线上的切削刃24的前角S比-10°低(负值变大)时，丝锥寿命降低，在该前角S超过0°的情况下，丝锥寿命也同样降低。
另外，在本实施例的丝锥10中，形成在一次槽22内的前端部上的二次槽26的一对侧缘中的一次槽22的螺旋方向这一侧的侧缘位于比该一次槽22的螺旋方向这一侧的侧缘更靠螺旋方向(丝锥旋转方向T)的相反侧，并且螺旋方向的相反侧的侧缘位于比该一次槽22的螺旋方向的相反侧的侧缘更靠相反侧，该二次槽26的朝向丝锥旋转方向T这一侧的侧壁面23作为前刀面23发挥功能。由此，二次槽26以曲率半径比一次槽22小的曲线形成有槽底，从而沿侧壁面(前刀面)23移动的切屑以小径卷起，并缩短。
以上，基于附图详细说明了本发明的实施例，但本发明还能够适用于其他方式。
例如，在上述实施例的丝锥10中，其二次槽26的螺旋角β被设定成在右旋方向上0～3°的范围内，但也可以设定成-3～0°。总之，如图4所示，不管一次槽22的螺旋方向如何，只要设定在-3～3°的范围内即可。
另外，在上述实施例的丝锥10中，材质、直径、一次槽22的螺旋角α等能够适当改变。
此外，上述结构只不过是本发明的一个实施方式，本发明在不脱离其主旨的范围内基于本领域技术人员的知识能够以施加了各种改变、改良的方式实施。
附图标记的说明
10：丝锥
12：螺纹部
16：外螺纹
22：一次槽
23：侧壁面(前刀面)
24：切削刃
26：二次槽
C：轴心(旋转中心)
β：二次槽的螺旋角
K：二次槽的槽底梯度
S：切削刃的前角

Claims (2)

1.一种螺旋丝锥(10)，具有形成了外螺纹(16)的螺纹部(12)、与该外螺纹的螺纹牙交叉地形成的螺旋状的一次槽(22)、和以比该一次槽的螺旋角(α)小的螺旋角形成在该一次槽的前端部上的二次槽(26)，其特征在于，
所述二次槽具有0～3°的正或负的螺旋角(β)，
形成在所述二次槽的一对侧壁面中的朝向丝锥旋转方向(T)的侧壁面(23)和所述螺纹部的外周面之间的棱线上的切削刃(24)具有-10～0°的前角(S)，
所述二次槽具有5～15°的槽底梯度(K)，所述槽底梯度是相对于没有导程的所述二次槽的槽底的轴心的角度。
2.如权利要求1所述的螺旋丝锥，其特征在于，形成在所述一次槽的前端部上的所述二次槽的一对侧缘中的一次槽的螺旋方向这一侧的侧缘位于比该一次槽的螺旋方向这一侧的侧缘更靠螺旋方向的相反侧，并且螺旋方向的相反侧的侧缘位于比该一次槽的螺旋方向的相反侧的侧缘更靠相反侧，该二次槽的朝向旋转方向这一侧的侧壁面作为前刀面发挥功能。
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