CN104249185A - 立铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立铣刀，其能够防止切削刃部与刀柄部的边界面折损，并能够实现长寿命化。本发明的立铣刀具有形成有刃径为0.5mm以下的切削刃部的工具前端部和形成有刀柄部的工具基端部，工具前端部由杨氏模量比工具基端部大的材料形成，其中，在切削刃部与刀柄部之间形成有直径比刀柄部小的由连续曲线面构成的颈部，形成于该颈部的工具前端部与工具基端部的边界面配置在自切削刃部的刀尖前端在刃径的1倍以上且3倍以下范围内的距离处，颈部的最细部的直径被设定为刃径的0.8倍以上且0.95倍以下，该最细部配置在从边界面朝向刀尖前端在刃径的0.1倍以上且1倍以下范围内的距离处。

Description

立铣刀

技术领域

本发明涉及一种在加工精密模具等时使用的小径的立铣刀。

背景技术

立铣刀具有由形成于外周部的外周刃和形成于前端的底刃构成的切削刃部和刀柄部。

并且，在小径的立铣刀中，为了有效地使用侧刃，切削刃部被设为其直径小于刀柄部的直径，切削刃部与刀柄部之间经由直线形状或锥形形状的颈部而连接。然而，在这种外径增加的形状的拐点处，在进行切削时容易产生应力集中或挠曲，存在从切削刃部与颈部的连接部的边界面起容易折损的问题。

于是，在专利文献1所记载的立铣刀中，在颈部的直线形状与锥形形状之间设置由连续曲线构成的凹状部，由此使进行切削时的应力集中分散。并且，记载有使切削时所产生的挠曲的起点位于凹状部的刀柄侧端部，并将成为挠曲起点位置的外径设为较大，由此提高强度和耐折损性。

并且，在专利文献2所记载的立铣刀中，设置刃部(切削刃部)的刃槽面与后刀面的延长面直至锥部，并且将该后刀面的延长面设置成凹曲线状，从而，抑制切削应力集中在最容易成为折损起点的刃部与锥部的连接部附近。并且，切削应力集中的位置移向截面积比刃部大的锥部，由此立铣刀整体的耐折损强度提高。

专利文献1：日本专利第3711255号公报

专利文献2：日本专利第4066263号公报

对专利文献1和专利文献2所记载的立铣刀进行了如下研究，即通过对刀柄部的直径发生变化的部位实施曲面加工，提高刀柄自身的耐缺损性。然而，在小径的立铣刀中，利用硬质合金形成刀柄部，并利用cBN烧结体等形成切削刃部，由此，用不同的材料构成切削刃部和刀柄部的立铣刀被广泛利用。因此，当仅用硬质合金构成时，如同专利文献1或专利文献2所形成的立铣刀为有效的，然而，在接合不同材料构成切削刃部和刀柄部的立铣刀的情况下，在各部件的边界面容易产生垂直于轴的方向的应力集中，因此存在因自边界面引起的龟裂而产生缺损的问题。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种立铣刀，其能够防止切削刃部与刀柄部的边界面折损且能够实现长寿命化。

本发明的立铣刀，具有形成有刃径为0.5mm以下的切削刃部的工具前端部和形成有刀柄部的工具基端部，所述工具前端部由杨氏模量比所述工具基端部大的材料形成，其中，在所述切削刃部与所述刀柄部之间，形成有直径比所述刀柄部小且由连续曲线面构成的颈部，形成于该颈部的所述工具前端部与所述工具基端部的边界面配置在自所述切削刃部的刀尖前端在所述刃径的1倍以上且3倍以下的范围内的距离处，所述颈部的最细部的直径被设定为所述刃径的0.8倍以上且0.95倍以下，该最细部配置在从所述边界面朝向刀尖前端在所述刃径的0.1倍以上且1倍以下范围内的距离处。

具有颈部的立铣刀中，在工具前端部与工具基端部的边界面附近设置有直径比该边界面小的最细部，由此能够使工件加工时的应力集中从边界面移向最细部，并能够使垂直于边界面方向的应力缓和。

并且，工具前端部由杨氏模量比工具基端部大的材料形成的立铣刀中，在杨氏模量大的工具前端部一侧设置颈部的最细部，由此，与将最细部设置在杨氏模量小的工具基端部一侧的情况相比，能够提高对应力集中引起的缺损的耐性。

从而，能够避免从边界面及最细部产生的折损，并且能够实现立铣刀的长寿命化。

另外，能够使用cBN烧结体或金刚石烧结体来作为形成工具前端部的杨氏模量大的材料，并且能够将硬质合金用作形成工具基端部的杨氏模量小的材料。

在本发明的立铣刀中，所述边界面的直径可以在超过所述最细部直径的1倍且1.1倍以下的范围内形成，所述颈部的边界面部分可以形成为凸状面。

通过在工具前端部与工具基端部的边界面部分设置凸状面，边界面的截面积变大，与将整个颈部形成为凹状面的情况相比，边界面上的刚性提高。并且，通过设置凸状面而成为加强边界面的形状，因此能够提高耐缺损性。并且，在该情况下，在凸状面的前后必须形成凹状面，因此在加工工件时所产生的应力通过凸状面与凹状面的组合而移向凹状面一侧，因此垂直于边界面方向的应力得到缓和，且能够避免从边界面产生的折损。

在本发明的立铣刀中，连接所述凸状面与所述最细部的曲线面的曲率半径被设为所述刃径的1倍以上且10倍以下即可。

以平缓的连续曲线面来形成颈部，从而能够避免切削时的应力集中以使应力的产生分散。并且，能够防止在凸状面与最细部的形状的拐点处产生应力集中，并且能够可靠地避免在颈部产生折损。

根据本发明，能够防止工具前端部与工具基端部的边界面上的应力集中，因此能够防止边界面的折损，并能够实现立铣刀的长寿命化。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的立铣刀的一实施方式的立铣刀的工具前端部的主要部分侧视图。

图2是图1所示的立铣刀的整体侧视图。

图3是立铣刀的制造方法的说明图。

图4是在本发明所涉及的立铣刀的实施例中表示工具前端部的放大图像。

附图标记说明

1-立铣刀，2-工具前端部，3-工具基端部，4-颈部，5-切削刃部，6-刀柄部，20-圆柱状原材料，23-边界面，30-圆柱状原材料，31-锥部，32-颈下部，41-最细部，42-凸状面，43-曲线面，51-侧刃，52-底刃，60-砂轮。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的立铣刀的一种实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的立铣刀1为，在围绕轴线x旋转的工具前端部2，一对切削刃部5隔着轴线x形成于彼此相反一侧的双刃方形立铣刀，且为切削刃部5的刃径D为0.5mm以下的小径的立铣刀。如图2所示，该立铣刀1具有如下结构，即以轴线x为中心大致形成为圆柱轴状，并且在形成有切削刃部5的工具前端部2接合有形成有圆柱状刀柄部6的工具基端部3。

并且，工具前端部2由cBN烧结体或金刚石烧结体(PCD)等硬质材料形成，工具基端部3由硬质合金形成。即，工具前端部2由杨氏模量比工具基端部3大的材料形成。

另外，切削刃部5由配置在工具前端部2的外周的侧刃51和配置在工具前端部2的前端的底刃52构成。

如图1所示，切削刃部5与刀柄部6之间形成有直径比刀柄部6小且由连续曲线面构成的颈部4，该颈部4上设有工具前端部2与工具基端部3的边界面23。并且，边界面23由沿颈部4的横截面的平坦面形成，并配置在自切削刃部5的刀尖前端在切削刃部5的刃径D的1倍以上且3倍以下范围内的距离L1处。

并且，颈部4的被设为最小直径的最细部41的直径D1被设定为刃径D的0.8倍以上且0.95倍以下。该最细部41配置在自边界面23朝向切削刃部5的刀尖前端在刃径D的0.1倍以上且1倍以下范围内的距离L2处，且自刀尖前端在刃径D的0.9倍以上且2倍以下范围内的距离L12处。

并且，边界面23的直径D2在超过最细部41的直径D1的1倍且1.1倍以下的范围内大于直径D1，并且颈部4的边界面23部分由凸状面42形成，连接凸状面42与最细部41的曲线面43的曲率半径R形成为刃径D的1倍以上且10倍以下。

若规定边界面23的位置的距离L1小于刃径的1倍，则不易确保切削刃部5的形成区域。另一方面，若距离L1超过刃径D的3倍，则进行切削时在边界面23所产生的力矩变大，从边界面23容易产生缺损，由此，将距离L1设定在刃径D的1倍以上且3倍以下的范围内。

并且，为有效地发挥通过最细部41避免应力集中于边界面23的效果，需要将最细部41与边界面23之间的距离L2设定在刃径D的0.1倍以上且1倍以下。这是因为若距离L2小于0.1倍，则无法充分地避免应力集中于边界面23。并且，在距离L2超过1倍的情况下，无法使切削时的应力集中从边界面23移向最细部41，应力集中在边界面23的风险性提高。

另外，最细部41的形成位置随着这些距离L1和距离L2而发生变化，距离L12的值也在刃径D的0.9倍以上且2倍以下的范围内发生变化。

并且，同样地，若最细部41的直径D1小于刃径D的0.8倍，则最细部41的强度明显降低而容易产生缺损。另一方面，在直径D1超过0.95倍的情况下，无法充分地避免应力集中于边界面23。

并且，若边界面23的直径D2超过最细部41的直径D1的1.1倍，则该部分会干涉工件而无法有效地使用侧刃51，从而会限制基于立铣刀1的加工深度。

在制造具有这种结构的立铣刀1时，例如，如图3的(a)所示，将形成工具前端部2的cBN烧结体等圆柱状原材料20和构成工具基端部3的硬质合金的圆柱状原材料30进行钎焊而形成为一体。在加工这样设置成一体的工具前端部2和工具基端部3时，通过使用砂轮60的磨削加工而进行。首先，如图3的(b)所示，先将工具基端部3的前端部设为较细形成锥部31和颈下部32之后，进行工具前端部2的加工，并进行切削刃部5的形态形成。然后，最后形成颈部4，制造立铣刀1。另外，对圆柱状原材料20、30进行形态形成时，也可以使用除砂轮60以外的方法，例如放电加工或激光加工。

这样形成的立铣刀1的工具前端部2(切削刃部的刃径D为0.5mm)的放大照片图像在图4中示出。

并且，利用立铣刀1对工件(省略图示)实施切削加工时，刀柄部6被保持在机床(省略图示)的主轴上围绕轴线x进行旋转。并且，主轴将立铣刀1向与轴线x交叉的方向或轴线x方向送出，从而能够通过切削刃部5对工件施加切削加工。

此时，在本实施方式的立铣刀1中，在工具前端部2与工具基端部3的边界面23的附近设置有直径比该边界面23小的最细部41，由此能够使工件加工时的应力集中从边界面23移向最细部41，并且能够使垂直于边界面23的方向的应力缓和。

并且，在由杨氏模量比工具基端部3大的材料形成的工具前端部2的一侧设置有颈部4的最细部41，因此与将最细部41设置于杨氏模量小的工具基端部3一侧的情况相比，能够提高对应力集中引起的缺损的耐性。

另外，通过在工具前端部2与工具基端部3的边界面23部分设置凸状面42，边界面23的面积变大，与整个颈部4形成为凹状面的情况相比，边界面23上的刚性提高。并且，通过设置凸状面42而构成加强边界面23的形状，从而能够提高耐缺损性。并且，在该情况下，在凸状面42的前后必须形成有凹状面，因此在加工工件时所产生的应力通过凸状面和凹状面的组合而移向凹状面一侧，从而垂直于边界面23的方向的应力得到缓和，并能够避免从边界面23产生的折损。

并且，以平缓的连续曲线面形成颈部4，由此能够避免进行切削时的应力集中而使应力产生分散。另外，成为连接凸状面42和最细部41的曲线面43的曲率半径R平缓的曲面，因此能够防止在凸状面42与最细部41的形状的拐点处产生应力集中，并能够可靠地避免颈部4的折损。

[实施例]

关于上述说明的本发明所涉及的立铣刀，为确认其效果而进行了实验。

作为立铣刀的各试料，形成刀头圆弧半径为0.05mm的圆弧头立铣刀，各试料的形状由表1所示的条件形成。实施例1～4和比较例1的各试料形成为除颈部形状之外的切削刃部或刀柄部等的形状相同。并且，比较例2的试料形成为切削刃部的刃径D为0.1mm，且直径比其他试料的直径小。

表1的“边界面部分的形状”表示各试料的工具前端部与工具基端部的边界面部分的形状为何种形状。例如，在实施例1中，形成最细部的凹状面的一部分配置有边界面，最细部与边界面形成在同一凹状面内。并且，实施例2～4中的形状为，边界面呈凸状面，在边界面的前后形成有凹状面。

并且，在比较例1中，将切削刃部与边界面的直径设置成相同的直径，在颈部并未设置最细部，而形成为平行于轴线的直线形状，在比较例2中形成有从切削刃部到刀柄部外径增加的锥状颈部。另外，如图1所示，表1的直径D1、D2以及距离L1、L2和曲率半径R为关于颈部4的部位的尺寸值。并且，各试料分别制作出10个(N＝10)。

另外，为明确不同的效果，将颈下长度设置为一般产品(颈下长度0.5mm)的1.4倍之后实施了切削试验。若这样将颈下长度设置为较长，则切削刃部前端的挠曲变大，成为更容易折损的条件。并且，利用所制作的各试料，对SKD11(HRC59)制工件的表面，进行将直线160mm的长度扫描125次(20m)的切削加工，并评价了有无缺损产生。并且，如下设定切削条件。

(切削条件)

主轴的转速：40000min^-1

进给速度：400m/min

轴向的切深量ap：0.007mm

半径方向的切深量(周期进给)ae：0.02mm

使用油雾冷却剂

[表1]

表1中，“平均切削长度”为直至各试料中产生缺损为止的切削长度的平均值，例如，由于在实施例1中的缺损产生次数为“4”，因此为这些4个试料的平均值。并且，关于实施例4，缺损产生次数为“0”，因此10个试料均没有产生缺损而完成20m的切削，因此在平均切削长度的一栏中记为“-”。

如该表1所示，在工具前端部与工具基端部的边界面附近，通过设置直径比边界面小的最细部(实施例1～4)能够使缺损产生次数减少。并且，能够延长直至产生缺损为止的平均切削长度，并能够实现立铣刀的长寿命化。

另外，在颈部的边界面部分设置有凸状面(实施例2～4)，因此与形成为凹状面的情况(实施例1)相比，更能够提高耐缺损性。并且，连接该凸状面和最细部的曲线面由曲率半径R为刃径D的1倍以上且10倍以下的平缓的连续曲线面形成(实施例3、4)，从而能够进一步提高耐缺损性。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可加以各种变更。

Claims (4)

1.一种立铣刀，具有形成有刃径为0.5mm以下的切削刃部的工具前端部和形成有刀柄部的工具基端部，所述工具前端部由杨氏模量比所述工具基端部大的材料形成，所述立铣刀的特征在于，

在所述切削刃部与所述刀柄部之间，形成有由直径比所述刀柄部小的连续曲线面构成的颈部，形成于该颈部的所述工具前端部与所述工具基端部之间的边界面配置在自所述切削刃部的刀尖前端在所述刃径的1倍以上且3倍以下范围内的距离处，所述颈部的最细部的直径设定为所述刃径的0.8倍以上且0.95倍以下，该最细部配置在从所述边界面朝向刀尖前端在所述刃径的0.1倍以上且1倍以下范围内的距离处。

2.根据权利要求1所述的立铣刀，其特征在于，

所述边界面的直径在超过所述最细部的直径的1倍且1.1倍以下的范围内形成，所述颈部的边界面部分形成为凸状面。

3.根据权利要求2所述的立铣刀，其特征在于，

连接所述凸状面与所述最细部的曲线面的曲率半径为所述刃径的1倍以上且10倍以下。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的立铣刀，其特征在于，

所述工具前端部由cBN烧结体或金刚石烧结体形成，所述工具基端部由硬质合金形成。