CN111201103A - 旋转切削工具 - Google Patents

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CN111201103A
CN111201103A CN201880065960.2A CN201880065960A CN111201103A CN 111201103 A CN111201103 A CN 111201103A CN 201880065960 A CN201880065960 A CN 201880065960A CN 111201103 A CN111201103 A CN 111201103A
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CN
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peripheral
cutting
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rotary
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宫崎祐满
城健太郎
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    • B23B27/16—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with exchangeable cutting bits or cutting inserts, e.g. able to be clamped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23D2277/24—Materials of the tool or the intended workpiece, methods of applying these materials
    • B23D2277/2435—Cubic boron nitride [CBN]

Abstract

本发明的旋转切削工具包括基体、以及设置在基体的外周上的多个PCBN刀具，其中，多个PCBN刀具包括：倾斜切削刃，该倾斜切削刃位于外周最前端并且相对于旋转轴线形成至少20°且至多80°的角度θ1；以及外周切削刃，该外周切削刃位于倾斜切削刃的在旋转轴线方向上的后侧；位于外周切削刃的在旋转轴线方向上的后侧的基体的旋转直径小于外周切削刃的旋转直径；在与倾斜切削刃延伸的方向垂直的截面中，倾斜切削刃的切削刃棱具有半径至多为30μm的圆度；并且倾斜切削刃的切削刃棱的最大高度差值至多为20μm。

Description

旋转切削工具
技术领域
本发明涉及旋转切削工具。本申请要求基于2017年10月12日提交的日本专利申请No.2017-198193的优先权。该日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
传统上，例如在日本专利公开No.2002-144145(PTL 1)中公开了一种旋转切削工具。
引用列表
PTL 1：日本专利公开No.2002-144145
发明内容
根据本发明的一方面的旋转切削工具包括金属基体以及设置在金属基体的外周上的多个PCBN刀具(tip)。多个PCBN刀具中的每一个具有：倾斜切削刃，该倾斜切削刃位于外周最前部并且相对于旋转轴线形成20°以上且80°以下的角度；以及外周切削刃，该外周切削刃位于倾斜切削刃的在旋转轴线方向上的后侧，位于外周切削刃的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体的旋转直径小于外周切削刃的旋转直径，在与倾斜切削刃延伸的方向垂直的截面中，倾斜切削刃的切削刃棱具有半径为30μm以下的圆度，并且倾斜切削刃的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
附图说明
图1是根据第一实施例的旋转切削工具的主视图。
图2是旋转切削工具的在图1中由II包围起来的部分的放大图。
图3是从图2中的箭头III表示的方向观察到的旋转切削工具的侧视图。
图4是沿着图2中的线IV-IV截取的截面图。
图5是根据第二实施例的旋转切削工具的一部分的主视图。
图6是沿着图5中的线VI-VI截取的截面图。
图7是根据第三实施例的旋转切削工具的刀具的截面图。
图8是根据第四实施例的旋转切削工具的一部分的主视图。
图9是根据第五实施例的旋转切削工具的主视图。
图10是旋转切削工具的在图9中由X包围起来的部分的放大图。
图11是从图10中的箭头XI表示的方向观察到的旋转切削工具的侧视图。
图12是根据第六实施例的旋转切削工具的一部分的主视图。
图13是用于描述最大高度差值的测量方法的图。
图14是用于描述倾斜后刀面、第二后刀面以及它们的后角的图。
具体实施方式
[本发明要解决的问题]
传统技术具有难以进行高精度加工的问题。因此，为解决上述问题而做出本发明，并且本发明的目的是提供一种能够进行高精度加工的旋转切削工具。
[实施例的描述]
将描述本发明的实施例。
根据每个实施例的旋转切削工具主要是用于在铸铁或铁系烧结合金中加工出精加工孔的旋转切削工具(PCBN铰刀)。在加工诸如铸铁、铁系烧结合金等材料时，虽然使用采用硬质合金作为切削刃材料并设置有硬质合金引导垫的旋转工具，但是为了提高耐久性，有时会使用具有高的耐热性和耐化学磨损性的PCBN作为切削刃材料。
虽然当为了使用传统铰刀进行高精度加工时通常设置硬质合金引导垫，但是在加工诸如铸铁、铁系烧结合金等材料时存在以下问题。
(1)切屑沉积在引导垫部分上。虽然在加工诸如铝合金等材料时会产生流动型切屑，但是在加工铸铁、铁系烧结合金等时，除了产生流动型切屑之外还会产生粒状切屑，并且这些粒状切屑会进入加工表面与引导垫之间的间隙，从而使加工表面精度劣化。另外，在工具上经常发生切屑的沉积。
(2)由于沉积而导致加工表面粗糙度劣化。
(3)加工表面粗糙度容易从加工一开始就变化，并且经常不能满足所要求的精度。其直接原因是在咬合切削刃上存在不规则的微型破裂。
虽然为了避免以上问题，有必要去除引导垫，但是不能执行高精度加工。考虑到上述原因，本发明的发明人深入地研究一种能够在未设有引导垫的情况下执行高精度加工的旋转切削工具。结果，发现了具有以下构造的旋转切削工具。
构造(A)：使用多晶立方氮化硼烧结体(PCBN)作为用于切削刃刀具的材料。
构造(B)：设置两个或更多个切削刃刀具。
构造(C)：不设置与切削刃刀具分开的硬质合金、金刚石等制成的引导垫。可以设置布置在切削刃刀具中的切削刃棱的在旋转方向上的紧后侧的刃带。
构造(D)：使位于外周切削刃的轴向后侧的金属基体的直径小于外周切削刃的旋转直径。
构造(E)：最前部切削刃的至少外周部具有相对于直径方向的倾斜角度θ1，并且是倾斜角度θ1相对于旋转轴线为20°至80°的倾斜切削刃。整个最前部切削刃可以是倾斜切削刃。
构造(F1)：倾斜切削刃的切削刃棱的截面形状是半径r为30μm以下的圆弧形状(圆珩磨)(包括尖锐的楔形)。
构造(F2)：代替构造(F1)，提供倒角珩磨，并且该倒角角度相对于前刀面为-5°至-25°。
构造(G)：切削刃棱的不平度，即切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。显然，形成有珩磨的切削刃棱的不平度也为20μm以下。
本发明的发明人发现了以下构造作为具有与此不同的构造的旋转切削工具。该旋转切削工具包括上述构造(A)至(D)以及(G)。此外，旋转切削工具具有以下构造。
构造(H)：代替上述构造(E)中的倾斜切削刃，在最前部切削刃与外周切削刃之间的边界处设置R切削刃(咬合切削刃，弯曲切削刃)。
构造(I1)：弯曲切削刃的切削刃棱的截面形状是尖锐的楔形或半径r为11μm以下的圆弧形状(圆珩磨)。
构造(I2)：代替构造(I1)，设置倒角珩磨，并且该角度相对于前刀面为-5°至-25°。
外周切削刃的切削刃棱的最大高度差值可以为20μm以下。
位于外周切削刃的轴向后侧的金属基体直径与外周切削刃的旋转直径之间的差为0.01mm以上，并且位于外周切削刃的轴向后侧的金属基体的直径可以为外周切削刃的旋转直径的50％以上。
倒角表面的宽度W可以为0.05mm至0.3mm。
可以在金属基体中设置凹槽，并且可以为每个凹槽设置用于冷却剂的两个孔。
外周切削刃的在旋转轴线方向上的长度可以为2mm以上。
切削条件可以是：在最前部外周上设置有倾斜切削刃的旋转切削工具中，圆周速度V为100m/min以上且300m/min以下。在最前部外周上设置有弯曲切削刃的旋转切削工具中，圆周速度V可以为100m/min以下。
在上述旋转切削工具中，即使没有引导垫，也具有良好的切削质量并且稳定地旋转，从而能够以高精度对加工表面进行加工。
在精加工铸铁、铁系烧结合金等时，难以发生切削刃的破裂，并且因磨损少而延长了工具的寿命。
由于不会在切削刃或金属基体上发生切屑沉积，因此可以防止加工表面粗糙度劣化。另外，也难以发生切削刃断裂，并且延长了工具寿命。
以上效果导致工具寿命是硬质合金旋转切削工具的寿命的约五倍。
通过采用上述构造获得高性能旋转切削工具的理论认可不一定是清楚的。出于以下原因，认为性能得到了增强。
尽管将PCBN用于切削刃以提高工具寿命，但在主要使用PCBN加工铸铁、铁系烧结合金等时，会产生粒状切屑，并且切屑会进入加工表面与引导垫之间的间隙，从而与使用金刚石切削刃的应用不同，切屑容易沉积在由硬质合金制成的引导垫上。
为此，不设置由硬质合金制成的引导垫以减少切屑沉积，并且此外，使外周切削刃后方的金属基体直径小于切削刃直径。这防止了与加工出来的孔的内表面进行接触，并且防止了沉积，以提高加工表面精度。
虽然由于不设置引导垫使得工具容易在加工期间摇摆和振动，但是使切削刃的数量为两个以上，并且此外，通过使用锋利的切削刃，提高了切削质量以抑制摇摆和振动。
为了使得工具难以在加工期间摇摆或振动，在切削刃的最前部的外周侧上的咬合部分处设置倾斜切削刃。为了提高该倾斜切削刃的切削质量，倾斜切削刃的截面形状(将垂直于切削刃棱的表面定义为截面)是在切削刃棱部分处的半径r为30μm以下的圆弧形状(包括尖锐的楔形)。
通过减小倾斜切削刃的切削刃棱的不平度，提高了加工精度。另外，通过使不平度减小，更难以发生切削刃的破裂，并且可以长时间维持良好的加工精度，并且延长了工具寿命。
即使在倾斜切削刃的切削刃棱上设置有倒角表面，也可以实现以上效果。然而，对于这种情况，将倒角表面的倒角角度θ2设定成相对于前刀面为-5°至-25°。这是因为，随着角度变大，切削阻力变大，从而存在切削质量劣化的风险。
注意，“存在风险”表示存在着发生这种情况的微小的可能性，并且不意味着这种情况将以高概率发生。优选地，倒角表面的宽度W为0.05mm至0.3mm。
在加工铸铁、铁系烧结合金等时，部分地产生称为钻泥的粒状切屑。当这些钻泥被捕获在加工表面与引导垫之间的间隙中时，会发生沉积并且加工表面粗糙度会降低。
考虑到钻泥的大小，金属基体半径应该比外周切削刃半径小0.01mm以上，使得切屑平滑地流动。
此外，如果设置了切削刃半径的50％以上的间隙，则金属基体直径变小并且工具刚性极低，因此，将金属基体直径设定为切削刃直径的50％以上。然而，由于间隙的大小为约0.5mm就足矣，因此，考虑到工具刚性，优选的是将间隙设定为0.5mm以下。
在铰刀加工中，由于在要加工的孔的入口处对切削刃施加大的载荷，因此可以通过增加PCBN切削刃刀具的PCBN含量来进一步防止切削刃的断裂。在形成有具有直咬合部分的倾斜切削刃的铰刀中，通过增加切削速度，使得切屑厚度变薄并且切削阻力降低，从而优选的是，外周切削刃的圆周速度V为100m/min至300m/min，这是高速切削。此外，在咬合部分是弯曲切削刃的铰刀中，当切削速度变大时会产生振颤，因此，优选的是，外周切削刃的圆周速度V为100m/min以下，这是较低的切削速度。
通过增加冷却剂孔的数量、扩大冷却剂孔、增大冷却剂供应压力等方法，增加了冷却剂供应量，从而高效地排出切屑，这对于改善效果也是有效的。特别地，通过将冷却剂供应到咬合部分(倾斜切削刃和弯曲切削刃)和外周切削刃这两个部分，可以增强切屑的排出，并且可以防止积聚和沉积。
在专利文献1(日本专利公开No.2002-144145)的旋转切削工具中，未公开本实施例中的倾斜切削刃和弯曲切削刃。这些构造很重要，并且这些构造表现出上述效果。
根据本发明的一个实施例的旋转切削工具包括：金属基体；以及设置在金属基体的外周上的多个PCBN刀具，其中，多个PCBN刀具中的每一个具有：倾斜切削刃，该倾斜切削刃位于外周最前部并且相对于旋转轴线形成20°以上且80°以下的角度；以及外周切削刃，该外周切削刃位于倾斜切削刃的在旋转轴线方向上的后侧，位于外周切削刃的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体的旋转直径小于外周切削刃的旋转直径，在与倾斜切削刃延伸的方向垂直的截面中，倾斜切削刃的切削刃棱具有半径为30μm以下的圆度，并且倾斜切削刃的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
根据本发明的另一实施例的旋转切削工具包括：金属基体；以及设置在金属基体的外周上的多个PCBN刀具，其中，多个PCBN刀具中的每一个具有：倾斜切削刃，该倾斜切削刃位于外周最前部并且相对于旋转轴线形成20°以上且80°以下的角度；以及外周切削刃，该外周切削刃位于倾斜切削刃的在旋转轴线方向上的后侧，位于外周切削刃的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体的旋转直径小于外周切削刃的旋转直径，在多个PCBN刀具中的每一个中，形成有与倾斜切削刃邻接地倒角的倒角表面，并且倒角表面相对于前刀面形成-5°至-25°的角度，并且倾斜切削刃的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
根据本发明的另一实施例的旋转切削工具包括：金属基体；以及设置在金属基体的外周上的多个PCBN刀具，其中，多个PCBN刀具中的每一个具有外周切削刃、前部切削刃以及位于外周切削刃与前部切削刃之间的弯曲切削刃，位于外周切削刃的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体的旋转直径小于外周切削刃的旋转直径，在与弯曲切削刃延伸的方向垂直的截面中，弯曲切削刃的切削刃棱具有半径为11μm以下的圆度，并且弯曲切削刃的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
根据本发明的另一实施例的旋转切削工具包括：金属基体；以及设置在金属基体的外周上的多个PCBN刀具，其中，在多个PCBN刀具中的每一个中，形成有在前刀面与后刀面之间倒角的倒角表面，PCBN刀具具有外周切削刃、前部切削刃以及位于外周切削刃与前部切削刃之间的弯曲切削刃，位于外周切削刃的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体的旋转直径小于外周切削刃的旋转直径，在与弯曲切削刃延伸的方向垂直的截面中，弯曲切削刃的切削刃棱具有半径为11μm以下的圆度，并且弯曲切削刃的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
(第一实施例)
图1是根据第一实施例的旋转切削工具的主视图。如图1所示，旋转切削工具1是铰刀。旋转切削工具1具有金属基体10。
金属基体10在纵向上延伸。刀具20设置在金属基体10的最前部分处。金属基体10设置有在纵向上延伸的凹槽11。刀具20布置在凹槽11内。
金属基体10由例如钢或硬质合金制成。刀具20通过钎焊固定至金属基体10。虽然在该实施例中，每个刀具20都直接固定至金属基体10，但是刀具20可以通过钎焊固定至不同于刀具20的基座，并且基座可以通过钎焊或螺栓固定至金属基体10。
每个刀具20由例如PCBN(多晶立方氮化硼烧结体)制成的PCBN刀具29以及作为用于保持PCBN刀具29的基部的基座30构成。
金属基体10设置有冷却剂通道12。冷却剂通道12沿着金属基体10的纵向在金属基体10的内部延伸，并且连接至孔13，孔13用于将冷却剂供应至PCBN刀具29与工件之间的接触界面。金属基体10设置有各连接至孔13的开口14。
虽然在该实施例中，在金属基体10上设置有四个刀具20，但是可以在金属基体10上设置数量大于或小于四个的多个刀具20。多个刀具20设置在同一圆周轨道上。此外，多个刀具20可以在金属基体10的轴向上以多段设置在金属基体10上。
图2是旋转切削工具的在图1中的由II包围起来的部分的放大图。如图2所示，构成刀具20的每个PCBN刀具29由前部切削刃21、位于外周最前部以连接至前部切削刃21的倾斜切削刃22、以及连接至倾斜切削刃22的外周切削刃23组成。由前部切削刃21、倾斜切削刃22和外周切削刃23围绕起来的区域是前刀面24。
在该实施例中，前部切削刃21以与外周切削刃23基本上正交的方式延伸。然而，前部切削刃21可以相对于外周切削刃23具有倾斜角度。该倾斜角度是由前部切削刃21相对于旋转轴线2形成的角度。
倾斜切削刃22相对于旋转轴线2形成倾斜角度θ1。该倾斜角度θ1是由通过将直线状的倾斜切削刃22延长而获得的虚线3与旋转轴线2形成的角度。当虚线3与旋转轴线2相交时，倾斜角度θ1是在相交部分处的角度。当虚线3与旋转轴线2不相交而是处于扭转的位置时，倾斜角度θ1是当将虚线3平行移动并且旋转轴线2与虚线3相交时在相交部分处的角度。在PCBN刀具29的后侧设置有弯曲后端25。外周切削刃23的外径大于金属基体10的外径。
倾斜角度θ1为20°以上且80°以下。倾斜切削刃22具有将工件的孔扩大的作用。当倾斜角度θ1小于20°时，倾斜切削刃22与外周切削刃23基本上平行，并且倾斜切削刃22在径向上从工件接收到的力增大，从而易于振颤。当倾斜角度θ1超过80°时，倾斜切削刃22与外周切削刃23的相交部容易断裂。
在PCBN刀具29与基座30之间设置有钎焊材料层50。PCBN刀具29可以通过除钎焊材料层50以外的手段(例如，烧结)固定至基座30。
PCBN刀具29具有前部后刀面26、倾斜后刀面27以及外周后刀面28。这些后刀面成为PCBN刀具29的后刀面。前部后刀面26与前部切削刃21相邻。倾斜后刀面27与倾斜切削刃22相邻。外周后刀面28与外周切削刃23相邻。
可以以沿着外周切削刃23延伸的方式，在外周切削刃23的在旋转方向上的后侧以及外周后刀面28的在旋转方向上的前侧形成有刃带。该刃带是在旋转切削中与工件接触的部分。外周后刀面28是在旋转切削中与工件不接触的部分。刃带可以仅由PCBN刀具29形成。刃带可以由PCBN刀具29和基座30构成。
位于外周切削刃23的在旋转轴线2方向上的后侧的金属基体10的旋转直径D1(图1)小于外周切削刃23的旋转直径D2(图1)。
图3是从图2中的箭头III表示的方向观察到的旋转切削工具的侧视图。如图3所示，从金属基体10的冷却剂通道12沿径向向外设置有孔13。每个孔13的最前部是开口14。开口14设置在前部切削刃21和倾斜切削刃22的在旋转方向上的前侧。从开口14喷出的冷却剂被供应到前部切削刃21等与工件接触的部分。
图4是沿着图2中的线IV-IV截取的截面图。如图4所示，在PCBN刀具29中，倾斜切削刃22位于前刀面24与倾斜后刀面27之间。在图4中所示的截面中，倾斜切削刃22具有半径为r的圆弧形状。该圆弧形状通过珩磨形成。
在与倾斜切削刃22延伸的方向垂直的截面中，倾斜切削刃22的切削刃棱具有半径r为30μm以下的圆度，并且倾斜切削刃22的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
“最大高度差值”可以例如通过用基恩士(KEYENCE)制造的显微镜以500倍进行观察来测量。在下文中，最大高度差值也简称为“PV值”。
图13是用于描述最大高度差值的测量方法的图。当从垂直于前刀面24的方向(图4中的箭头24p表示的方向)观察倾斜切削刃22的棱时，获得了如图13所示的图像。以将倾斜切削刃22的最外侧顶峰部分连接起来的直线601为基准，绘制了平行于直线601且位于最内侧的从倾斜切削刃22的凹部穿过的直线602。直线601与直线602之间的距离为PV值。
如果半径r超过30μm，则倾斜切削刃22变得不锋利并且切削质量劣化。如果PV值超过20μm，则工件的表面粗糙度降低，并且高精度切削变得困难。
(第二实施例)
图5是根据第二实施例的旋转切削工具的一部分的主视图。图6是沿着图5中的线VI-VI截取的截面图。如图5和图6所示，根据第二实施例的旋转切削工具1与根据第一实施例的旋转切削工具1的不同之处在于，每个PCBN刀具29设置有通过倒角形成的倒角表面22a。
即，旋转切削工具1包括金属基体10以及设置在金属基体10的外周上的多个PCBN刀具29，并且多个PCBN刀具29中的每一个包括外周切削刃23、前部切削刃21以及倾斜切削刃22，该倾斜切削刃22位于外周切削刃23与前部切削刃21之间并且相对于旋转轴线2形成20°以上且80°以下的倾斜角度θ1。
位于外周切削刃23的在旋转轴线2方向上的后侧的金属基体10的旋转直径小于外周切削刃23的旋转直径，并且每个PCBN刀具29形成有与位于外周最前部的倾斜切削刃22邻接地倒角的倒角表面22a，并且倾斜切削刃22的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。由倒角表面22a相对于前刀面24形成的倒角角度θ2为-5°至-25°。倒角表面22a的宽度W可以为0.05mm至0.3mm。
(第三实施例)
图7是根据第三实施例的旋转切削工具的刀具的截面图。图7对应于沿着图2中的线IV-IV截取的截面图。如图7所示，根据第三实施例的每个PCBN刀具29的倾斜切削刃22的棱具有在截面图中半径r基本上为零的尖锐形状。上述倾斜切削刃22也具有半径r为30μm以下的圆度。
(第四实施例)
图8是根据第四实施例的旋转切削工具的一部分的主视图。沿着图8中的线IV-IV截取的截面对应于图4。根据第四实施例的旋转切削工具1包括金属基体10以及设置在金属基体10的外周上的多个PCBN刀具29，并且多个PCBN刀具29中的每一个包括外周切削刃23、前部切削刃21以及位于外周切削刃23与前部切削刃21之间的弯曲切削刃122。位于外周切削刃23的在旋转轴线2方向上的后侧的金属基体10的旋转直径小于外周切削刃23的旋转直径。在与弯曲切削刃122延伸的方向垂直的截面中，弯曲切削刃122的切削刃棱具有半径r为11μm以下的圆度，并且弯曲切削刃122的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。在前刀面24中弯曲切削刃122的半径为R。半径R的大小没有特别限制。半径R的大小可以是将前部切削刃21和外周切削刃23平滑地连接起来的任何尺寸。弯曲切削刃122可以具有圆弧形状、椭圆弧形状或者具有多个曲率的形状。
与第一实施例的直线状的倾斜切削刃22相比，在外周最前部的弯曲切削刃122是弯曲的。结果，为了获得与直线状倾斜切削刃22相似的切削质量，需要使半径r减小。因此，通过将半径r设定为11μm以使截面更尖锐，可以增强对工件的咬切并且提高了切削质量。
更具体地，当在弯曲切削刃122的情况下增大切削速度时容易发生振颤，因此低速加工条件是合适的。在低速加工的情况下，如果切削质量较差则加工表面会变得模糊(clouded)。因此，为了提高切削质量，使圆度半径小于直线状倾斜切削刃的圆度半径。
(第五实施例)
图9是根据第五实施例的旋转切削工具的主视图。图10是旋转切削工具的在图9中由X包围起来的部分的放大图。图11是从图10中的箭头XI表示的方向观察到的旋转切削工具的侧视图。
在第一实施例中的旋转切削工具1中，四个刀具20以均等间隔布置于金属基体10的外周，根据第五实施例的旋转切削工具1与第一实施例中的旋转切削工具1的不同之处在于，四个刀具20以不均等的间隔布置于金属基体10的外周。此外，在第五实施例的旋转切削工具1中，在一个凹槽11中设置有两个开口14。最前侧的开口14主要将冷却剂供应至前部切削刃21和倾斜切削刃22，并且在后端侧的开口14主要将冷却剂供应至外周切削刃23。
(第六实施例)
图12是根据第六实施例的旋转切削工具的一部分的主视图。沿着图12中的线VI-VI截取的截面对应于图6。根据第六实施例的旋转切削工具1包括金属基体10以及设置在金属基体10的外周上的多个PCBN刀具29。多个PCBN刀具29具有外周切削刃23、前部切削刃21以及位于外周切削刃23与前部切削刃21之间的弯曲切削刃122。位于外周切削刃23的在旋转轴线2方向上的后侧的金属基体10的旋转直径小于外周切削刃23的旋转直径。PCBN刀具29各形成有与弯曲切削刃122邻接地倒角的倒角表面122a。倒角表面122a相对于前刀面24形成-5°至-25°的角度，并且弯曲切削刃122的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
[本发明的实施例的细节]
(实例)
(1)倾斜切削刃22的验证
(1-1)倾斜角度θ1的验证
准备第一实施例(图1至图4)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26、倾斜后刀面27和外周后刀面28形成的角度(楔角(blade angle))为80°。通过珩磨形成的圆度半径r为10μm。多个旋转切削工具1各具有以下倾斜角度θ1和PV值。
[表1]
表1 倾斜角度θ1(°) PV值(μm)
比较例1 85 5
实例1 80 8
实例2 45 7
实例3 20 6
比较例2 15 10
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。切削后的工件的表面粗糙度如下所示。使用表面粗糙度测量机(由东京精密(TOKYO SEIMITSU)制造的SURFCOM)对工件的表面粗糙度进行了测量。
[表2]
Figure BDA0002444255900000141
从表2中发现，如果倾斜角度θ1为20°以上且80°以下，则可以获得优选的表面粗糙度并且可以进行高精度切削。
(1-2)倒角角度θ2的验证
准备第二实施例(图5和图6)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26、倾斜后刀面27和外周后刀面28形成的角度(楔角)为80°。倾斜角度θ1为45°。通过珩磨形成的倒角表面22a的宽度W设定为0.1mm。多个旋转切削工具1各具有以下倒角角度θ2和PV值。
[表3]
表3 倒角角度θ2(°) PV值(μm)
比较例11 -4 2
实例11 -5 1
实例12 -10 1
实例13 -15 2
实例14 -20 3
实例15 -25 1
比较例12 -30 1
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。切削后的工件的表面粗糙度如下所示。
[表4]
Figure BDA0002444255900000151
从表4中发现，如果倾斜角度θ2为-5°至-25°，则可以获得优选的表面粗糙度并且可以进行高精度切削。
(1-3)半径r的验证
准备第一实施例(图1至图4)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26、倾斜后刀面27和外周后刀面28形成的角度(楔角)为80°。倾斜角度θ1为45°。多个旋转切削工具1各具有通过珩磨形成的以下圆度半径r和PV值(μm)。
[表5]
表5 半径r(μm) PV值(μm)
比较例21 35 1
实例21 30 2
实例22 20 2
实例23 10 1
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。切削后的工件的表面粗糙度如下所示。
[表6]
表6 工件表面粗糙度(μmRz)
比较例21 7.2
实例21 4.3
实例22 2.8
实例23 1.4
从表6中发现，如果圆度的半径r为30μm以下，则可以获得优选的表面粗糙度并且可以进行高精度切削。
(1-4)PV值的验证
准备第三实施例(图1、图2、图3和图7)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26、倾斜后刀面27和外周后刀面28形成的角度(楔角)为80°。倾斜角度θ1为45°。通过珩磨形成的圆度半径r为20μm。多个旋转切削工具1各在倾斜切削刃22的切削刃棱处具有以下PV值。
[表7]
表7 PV值(μm)
比较例31 25
实例31 20
实例32 10
实例33 5
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。切削后的工件的表面粗糙度如下所示。
[表8]
表8 工件表面粗糙度(μmRz) 备注
比较例31 6.7 倾斜切削刃棱断裂
实例31 3.1
实例32 2.5
实例33 1.6
从表8中发现，如果倾斜切削刃22的切削刃棱的PV值为20μm以下，则获得了优选的表面粗糙度并且可以进行高精度切削。
(2)弯曲切削刃122的验证
(2-1)半径r的验证
准备第四实施例(图4和图8)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26、倾斜后刀面27和外周后刀面28形成的角度(楔角)为80°。半径R为0.3mm。多个旋转切削工具1各具有通过珩磨形成的以下圆度半径r。
[表9]
表9 半径r(μm)
比较例41 13
实例41 11
实例42 5
实例43 2
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。
[表10]
Figure BDA0002444255900000181
从表10中发现，如果半径r为11μm以下，则获得了优选的表面粗糙度并且可以进行高精度切削。
(2-2)倒角角度θ2的验证
准备第六实施例(图6和图12)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26、倾斜后刀面27和外周后刀面28形成的角度(楔角)为80°。半径R为0.3mm。通过珩磨形成的倒角表面122a的宽度W设定为0.1mm。多个旋转切削工具1各具有以下倒角角度θ2。
[表11]
表11 倒角角度θ2(°) PV值(μm)
比较例51 -4 2
实例51 -5 3
实例52 -15 1
实例53 -25 1
比较例52 -30 2
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。切削后的工件的表面粗糙度如下所示。
[表12]
Figure BDA0002444255900000191
从表12中发现，如果倒角角度θ2为-5°至-25°，则可以获得优选的表面粗糙度并且可以进行高精度切削。
此外，发现在弯曲切削刃122上形成倒角表面122a趋于增加切削阻力，从而优选的是，通过珩磨来提供圆度(半径r为25μm以下)而不是设置倒角表面122a。
(3-1)在倾斜切削刃中的倾斜后刀面的后角的验证
以实例2的工具为参考，采用不同的后角对倾斜后刀面27进行了验证。准备第一实施例(图1至图4)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26和外周后刀面28形成的角度(楔角)为80°。通过珩磨形成的圆度半径r为10μm。倾斜角度θ1为45°。多个旋转切削工具1中的每一个的倾斜切削刃的后角为下表13中所示的角度。当后角较小(诸如2°或3°)时，在倾斜后刀面27的与倾斜切削刃相反的一侧上形成了第二倾斜后刀面27s(图14)，并且该第二倾斜后刀面27s的后角为10°。
图14是用于描述倾斜后刀面、第二后刀面以及它们的后角的图。箭头1r表示的方向是工具旋转方向，箭头1f表示的方向是工具进给方向，并且由倾斜后刀面27相对于用箭头1r表示的工具旋转方向(平行于加工表面的延长方向)形成的角度为后角。当倾斜后刀面27较小时，设置第二倾斜后刀面27s。
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为200m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。表13示出了切削后的真圆度，以及切削前后的切削刃状态。
[表13]
Figure BDA0002444255900000211
在评价结果中，真圆度是从加工开始起10个孔的平均值。使用由东京精密公司制造的台式旋转CNC真圆度/圆柱形状测量机对真圆度进行了测量。真圆度可以为5μm以下，更优选地为4μm以下。
从表13中发现，如果倾斜切削刃的后角为3°以上且20°以下，则真圆度在优选范围内，并且寿命变长。
当后角变大时，随着加工次数的增加，更容易发生破裂，并且切削刃棱的PV值变大，这容易使加工精度劣化。此外，当后角变小时，更难发生破裂，而切削阻力变大并且加工精度容易劣化。
(3-2)弯曲切削刃中的后刀面的后角的验证
以实例42的工具为参考，采用不同的后角对倾斜后刀面27进行了验证。准备第四实施例(图4和图8)的多个旋转切削工具1，在每个旋转切削工具1中在金属基体10上设置有两个刀具20。外周切削刃23的旋转直径为6mm。位于外周切削刃23的在旋转轴线方向上的后侧的金属基体10的旋转直径为5.99mm。前刀面24与前部后刀面26和外周后刀面28形成的角度(楔角)设定为与弯曲切削刃的楔角相同的角度。半径R为0.3mm。通过珩磨形成的圆度半径r为5μm。多个旋转切削工具1的每个弯曲切削刃的后角具有下表14中所示的角度。当后角较小(诸如2°或3°)时，在倾斜后刀面27的与弯曲切削刃相反的一侧上形成了第二倾斜后刀面27s，并且该第二倾斜后刀面27s的后角为10°。
使用上述旋转切削工具进行了切削测试。切削条件为使得外周切削刃23的圆周速度V为100m/min。这是高速切削。进给量为0.05mm/rev。工件是铁系烧结合金。准备的孔的直径为5.8mm。加工余量为每个直径0.2mm。表14示出了切削后的真圆度，以及切削前后的切削刃状态。
[表14]
Figure BDA0002444255900000221
在评价结果中，真圆度是从加工开始起10个孔的平均值。真圆度可以为5μm以下，更优选地为4μm以下。从表14中发现，如果弯曲切削刃的后角为3°以上且20°以下，则真圆度在优选范围内并且寿命变长。
应该认为，这次公开的实施例和实例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述实施例限定的，而是由权利要求书限定的，并且意图包括与权利要求等同的意义以及权利要求的范围内的所有修改。
附图标记列表
1：旋转切削工具，2：旋转轴线，3：虚线，10：金属基体，11：凹槽，12：冷却剂通道，13：孔，14：开口，20：刀具，21：前部切削刃，22：倾斜切削刃，22a，122a：倒角表面，23：外周切削刃，24：前刀面，25：后端，26：前部后刀面，27：倾斜后刀面，27s：第二倾斜后刀面，28：外周后刀面，29：PCBN刀具，30：基座，50：钎焊材料层，122：弯曲切削刃。

Claims (6)

1.一种旋转切削工具，包括：
金属基体；以及
设置在所述金属基体的外周上的多个PCBN刀具，
其中，
所述多个PCBN刀具中的每一个具有：倾斜切削刃，所述倾斜切削刃位于外周最前部并且相对于旋转轴线形成20°以上且80°以下的角度；以及外周切削刃，所述外周切削刃位于所述倾斜切削刃的在旋转轴线方向上的后侧，
位于所述外周切削刃的在所述旋转轴线方向上的后侧的所述金属基体的旋转直径小于所述外周切削刃的旋转直径，
在与所述倾斜切削刃延伸的方向垂直的截面中，所述倾斜切削刃的切削刃棱具有半径为30μm以下的圆度，并且
所述倾斜切削刃的所述切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
2.根据权利要求1所述的旋转切削工具，其中，所述倾斜切削刃的后角为3°以上且20°以下。
3.一种旋转切削工具，包括：
金属基体；以及
设置在所述金属基体的外周上的多个PCBN刀具，
其中，
所述多个PCBN刀具中的每一个具有：弯曲切削刃，所述弯曲切削刃位于外周最前部并且相对于旋转轴线的倾斜度是变化的；以及外周切削刃，所述外周切削刃位于所述弯曲切削刃的在旋转轴线方向上的后侧，
位于所述外周切削刃的在所述旋转轴线方向上的后侧的所述金属基体的旋转直径小于所述外周切削刃的旋转直径，
在与所述弯曲切削刃延伸的方向垂直的截面中，所述弯曲切削刃的切削刃棱具有半径为11μm以下的圆度，并且
所述弯曲切削刃的所述切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
4.根据权利要求3所述的旋转切削工具，其中，所述弯曲切削刃的后角为3°以上且20°以下。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转切削工具，其中，所述外周切削刃的切削刃棱的最大高度差值为20μm以下。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的旋转切削工具，其中，位于所述外周切削刃的轴向后侧的所述金属基体的直径与所述外周切削刃的所述旋转直径之间的差为0.01mm以上，并且位于所述外周切削刃的轴向后侧的所述金属基体的直径大于所述外周切削刃的所述旋转直径的50％。
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