JP2001239425A - ブローチ及びブローチ加工法 - Google Patents

ブローチ及びブローチ加工法

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JP2001239425A
JP2001239425A JP2000052646A JP2000052646A JP2001239425A JP 2001239425 A JP2001239425 A JP 2001239425A JP 2000052646 A JP2000052646 A JP 2000052646A JP 2000052646 A JP2000052646 A JP 2000052646A JP 2001239425 A JP2001239425 A JP 2001239425A
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broach
finishing
cutting
finishing blade
blade
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Seiro Otsuka
晴郎 大塚
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Nachi Fujikoshi Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 仕上げ代が大きく、チッピングがなく、長寿
命、高精度、高能率で45〜65HRC相当の焼入材を
仕上げ加工できるブローチ及び加工方法を提供。 【解決手段】 ブローチ1の仕上刃4を構成する工具材
質を超硬合金とし、すくい面11と、切れ刃12と、逃
げ面13と、を硬質被膜で14コーティングし、かつ、
すくい角αを−10°〜−30°とし、切削速度40〜
60m/minで仕上げ加工する。又は、すくい面21
を除いて切れ刃22と、逃げ面23と、を硬質被膜14
でコーティングし、すくい角βを+15°〜−10°と
し、切削速度3〜15m/minで仕上げ加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は加工物を所定の形状
に切削加工するブローチにおいて、とくに45〜65H
RC相当の焼入材の仕上げ加工をするのに用いられるブ
ローチ及びブローチ加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】焼入材の仕上げ加工用のブローチとして
はブローチの進行方向に対して、ブローチに高周波又は
数十Hzの低周波等の微小振動を与えながらブローチ加工
をするいわゆるバイブロブローチが知られている。ま
た、高硬度材切削加工用のブローチの例としては、特開
平7−195228号公報に切れ刃にねじれを設けすく
い角を−18°〜3°としたブローチが開示されてい
る。また、高速加工のブローチ加工方法の例としては、
特開平9−108937号公報にすくい角が18°〜2
2°のブローチを切削速度10m/min以上で加工し
たものが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バイブ
ロブローチにおいては、その仕上げ代は一般に0.05
mm以下と小さく適用に制限がある。また、特開平7−
195228号公報においては、切れ刃にねじれを有す
るためヘリカル刃溝ブローチを除く一般の内面加工用ブ
ローチに適用できないばかりでなく、高硬度材とりわけ
55HRC以上を加工するとチッピングを発生しやすく
寿命が短く加工精度も得られないという問題があった。
また、特開平9−10893号公報には切削速度10m
/min以上の高速切削加工が開示され12m/min
の切削結果が記載されているが、一般的な20m/mi
nを越える切削速度については言及していないし想定も
していない。
【0004】一方、近年、ドリル、エンドミル、バイト
等種々の工具に硬質被膜をコーティングしたものが知ら
れているが、複数列の仕上げ刃を並べ次々に被加工物を
直線的に仕上げ加工するブローチへの硬質被膜のコーテ
ィングの適用は、その精度、寿命の点で研究が進んでい
ない。
【0005】本発明の目的は、上記問題点に鑑みて、4
5〜65HRC相当の焼入材の仕上げ加工において、仕
上げ代が大きくでき、チッピングの発生のない、硬質被
膜がコーティングされたブローチを提供することであ
る。さらに、45〜65HRC相当の焼入材の仕上げ加
工を長寿命で高精度に高能率で加工するのにより適した
ブローチ加工方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
硬質被膜のコーティングを施したブローチを用いて切削
切削速度とすくい角を色々組み合わせて切削試験を実施
し研究した結果、コーティングの状況、すくい角及び切
削速度により寿命や加工面粗さが著しく変化することを
知得した。この知得により、本発明においては、第1の
発明として、少なくとも複数列の仕上刃を有するブロー
チにおいて、仕上刃を構成する工具材質が超硬合金であ
って、すくなくとも仕上げ刃のすくい面と、切れ刃と、
逃げ面と、が硬質被膜でコーティングされ、かつ、仕上
げ刃のすくい角が−10°〜−30°にされたブローチ
を提供することによって、上記課題を解決した。
【0007】このブローチを用いて、45〜65HRC
相当の焼入材を切削速度40〜60m/minで仕上げ
加工するのが効果的である。仕上げ刃のすくい面と、切
れ刃と、逃げ面とをコーティングしたブローチは高速加
工に適している。なお、仕上刃を構成する工具材質は耐
摩耗性と靱性を考慮し超硬合金とする。
【0008】一方、第2の発明として、少なくとも複数
列の仕上刃を有するブローチにおいて、仕上刃を構成す
る工具材質が超硬合金であって、仕上げ刃のすくい面を
除いて少ない切れ刃と、逃げ面と、が硬質被膜でコーテ
ィングされ、かつ仕上げ刃のすくい角が+15°〜−1
0°にされたブローチによっても課題を解決できる。
【0009】すくい面にコーティングを施さないように
するには、仕上げ刃を硬質被膜のコーティングを施した
後すくい面のみコーティングを除去し、仕上げ刃のすく
い角を+15°〜−10°にすればよい。コーティング
時にすくい面にマスキング等を施し、コーティング後に
マスキングを除く方法もあるが、本発明のように後から
切削加工等により除去した方が切れ刃が鋭利となり切削
性能がよい。
【0010】すくい面にコーティング被膜がないブロー
チは、切れ味が増すので、45〜65HRC相当の焼入
材を切削速度3〜15m/minで仕上げ加工が可能と
なった。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。図1は本発明の実施の形態を示す仕上げ用ブロー
チの側面図、図2は図1のA−A矢視断面図、図3は図
1のブローチによる大径と歯面の仕上げ加工前の被加工
物の形状と取り代を示す仕上げ刃の軸直角断面図、図4
は同じく歯面仕上げ加工前、図5は大径仕上げ加工前の
断面図、図6、図7は仕上げ刃の拡大断面説明図であ
る。図1において、ブローチ本体1の一端にはブローチ
を加工方向に引くための前つかみ部2、前部案内部3、
複数の仕上げ刃4、後部案内部5が順に設けられ、他端
に後つかみ部6が設けられている。図1及び図2に示す
ように仕上げ刃4には半径方向及び軸方向に複数の切れ
刃7が設けられこの切れ刃により被加工物をブローチ加
工する。図3は歯面8と大径9を、図4は歯面8aを、
図5は大径9Aを切削仕上げする場合を表している。こ
れらの基本構成については一般のブローチと同様である
ので説明を省略する。
【0012】本発明の仕上げ刃のすくい面と、切れ刃
と、逃げ面と、を硬質被膜でコーティングした第1の発
明においては、その仕上げ刃4は図6に示すように、す
くい面11と、切れ刃12と、逃げ面13とが設けられ
ており、各面はTiN、TiAlN等の硬質被膜14が
イオンプレーティング法によってコーティングされてい
る。被膜厚さは一般的な2〜5μmでよい。第1の発明
においては、すくい面11のすくい角αは−10°〜−
30°と後退するようにされている。なお、仕上げ刃4
は超硬合金材質を用いる。また、逃げ角は一般のブロー
チと同様の30′〜5°である。
【0013】(実験例1)上記第1の発明のブローチに
おいて、工具材質に超硬合金(JIS P30相当)を
用い、かつ平均膜厚3μmのTiN系膜のコーティング
を切れ刃に施行したピッチ10mm、すくい角−10°
のスプラインブローチを用いて、55HRCの被削材を
切削速度5m/min〜60m/minで加工した。そ
の結果を図8及び図9に示す。図8は切削速度と加工面
粗さとの関係、図9は総切削長、切削速度、ブローチV
B摩耗との関係を示す実験結果である。
【0014】図8に示すように、本発明の第1のブロー
チにおいては、切削速度30〜40m/minで加工面
粗さが大きく異なり、30m/min以下では、面粗さ
が3.6〜4.1μmRyであるのに対し、40m/m
in以上では1〜1.6μmRyと2〜4倍の性能が得
られる。また、一般に使用されている切削速度5〜15
m/minでは、仕上げ面性状は著しく低下し切屑のカ
ールも悪く切屑づまりなどの問題が発生した。さらに、
切削速度40〜60m/minでは、切屑のカールが良
くなり切屑の流れがスムーズになり、ブローチと被加工
物のこすり圧が低減し仕上げ面性状も改善された。
【0015】さらに、図9に示すように、切削速度10
m/minでは、切削長が25mと短くかつブローチV
B摩耗が0.18mmであるのに対し、本第1の発明の
ブローチを切削速度60m/minで使用すると、切削
長が倍の50mでかつブローチVB摩耗が0.085m
mと半分以下であり、本第1の発明のブローチが高速加
工に適することがわかる。なお、すくい角αが−10°
より大きいと高速時の切削屑の排出が悪くなり、−30
°より負角が大きくなると切れ味が悪くなるので、すく
い角αは−10°〜−30°がよい。
【0016】一方、すくい面がコーティングされていな
い第2の発明においては、仕上げ刃20は図7に示すよ
うに、すくい面21と、切れ刃22と、逃げ面23とが
設けられており、すくい面と、逃げ面にTiCN系の硬
質被膜24がイオンプレーティング法によってコーティ
ングされ、被膜厚さは2〜5μmである。すくい面21
は研磨によりコーティングが削除され超硬合金が露出し
ており、すくい面21のすくい角βは+15°〜−10
°に設定されている。なお、仕上げ刃20の超硬合金材
質はJIS P30相当を用いた。
【0017】(実験例2)かかる第2の発明のブローチ
において、前述した実験例1と同様に工具材質に超硬合
金(JIS P30相当)を用い、かつ平均膜厚3μm
のTiN膜のコーティングを切れ刃に施行したピッチ1
0mm、すくい角+10°のスプラインブローチを用い
て、すくい面のコーティングを除去する前のものとすく
い面のコーティングを除去したものを比較した。被削材
は55HRCである。図10は切削速度を変化させた場
合の加工面粗さとすくい面との関係示す実験結果であ
る。
【0018】図10に示すように、すくい面のコーティ
ングを除去していない場合は、実験例1と同様に切削速
度3〜15m/minでは加工面粗さは3.3〜4.1
2μmRyであるのに対し、すくい面のコーティングを
除去した場合は、1.05〜1.8μmRyと2〜4倍
の性能が得られた。即ち、すくい面のコーティング除去
されたものは切削速度3〜15m/minでの加工に適
することがわかる。なお、すくい角βが+15°より大
きいとチッピングが生じやすくなり、−10°より小さ
いと低速時(第1の発明に比較して)の切れ味が悪くな
るので、すくい角βは+15°〜−10°がよい。ま
た、実施の形態において、仕上げ刃のみを有する仕上げ
ブローチについて説明したが、粗ブローチ等と組み合わ
される組ブローチの仕上げ刃等にも本発明を適用できる
ことは勿論である。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明の第1の発明によれ
ば、仕上げ刃のすくい面と、切れ刃と、逃げ面と、を硬
質被膜でコーティングし、かつ、仕上げ刃のすくい角を
−10°〜−30°としたので、45〜65HRC相当
の焼入材を切削速度40〜60m/minで仕上げ加工
することができる。このため、45〜65HRC相当の
焼入材のブローチ仕上げ加工が高精度・高能率で可能と
なり、また、仕上げ代も大きく、かつ、チッピング等の
異常摩耗も抑制でき工具寿命が向上するという効果を得
ることができた。
【0020】さらに、本発明の第2の発明によれば、仕
上げ刃のすくい面を除いて切れ刃と、逃げ面と、を硬質
被膜でコーティングし、かつ仕上げ刃のすくい角を+1
5°〜−10°としたので、45〜65HRC相当の焼
入材を切削速度3〜15m/minで仕上げ加工するこ
とができる。このため、硬質被膜コーティングされたブ
ローチであっても、従来一般に使用される速度で使用で
き、45〜65HRC相当の焼入材の仕上げ加工を長寿
命で高精度に高能率で加工するブローチ及びブローチ加
工方法を提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す仕上げ用ブローチの
側面図である。
【図2】図1のA−A矢視断面図である。
【図3】図1のブローチによる大径と歯面の仕上げ加工
前の被加工物の形状(実線)と取り代(二点鎖線)を示
す仕上げ刃の軸方向からみた説明図である。
【図4】図1のブローチによる歯面仕上げ加工前の被加
工物の形状(実線)と取り代(二点鎖線)を示す仕上げ
刃の軸方向からみた説明図である。
【図5】図1のブローチによる大径仕上げ加工前の被加
工物の形状(実線)と取り代(二点鎖線)を示す仕上げ
刃の軸方向からみた説明図である。
【図6】本発明の第1の発明の仕上げ刃の拡大断面説明
図である。
【図7】本発明の第2の発明の仕上げ刃の拡大断面説明
図である。
【図8】本発明の第1の発明の切削速度と加工面粗さと
の関係を示す実験結果である。
【図9】本発明の第1の発明の総切削長、切削速度、ブ
ローチVB摩耗との関係を示す実験結果である。
【図10】本発明の第1の発明とその比較例の切削速度
を変化させた場合の加工面粗さとすくい面との関係示す
実験結果である。
【符号の説明】
1 ブローチ 4、10、20 仕上刃 7、12、22 切れ刃 11、21 すくい面 13、23 逃げ面 14、24 硬質被膜 α、β すくい角

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも複数列の仕上刃を有するブロ
    ーチにおいて、仕上刃を構成する工具材質が超硬合金で
    あって、すくなくとも前記仕上げ刃のすくい面と、切れ
    刃と、逃げ面と、が硬質被膜でコーティングされ、か
    つ、仕上げ刃のすくい角が−10°〜−30°にされて
    いることを特徴とするブローチ。
  2. 【請求項2】 45〜65HRC相当の焼入材を請求項
    1記載のブローチを用い切削速度40〜60m/min
    で仕上げ加工することを特徴とするブローチ加工方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも複数列の仕上刃を有するブロ
    ーチにおいて、仕上刃を構成する工具材質が超硬合金で
    あって、前記仕上げ刃のすくい面を除いてすくなくとも
    切れ刃と、逃げ面と、が硬質被膜でコーティングされ、
    かつ仕上げ刃のすくい角が+15°〜−10°にされて
    いることを特徴とするブローチ。
  4. 【請求項4】 前記仕上げ刃を硬質被膜のコーティング
    を施した後すくい面のみコーティングを除去し、仕上げ
    刃のすくい角を+15°〜−10°にしたことを特徴と
    する請求項3記載のブローチ。
  5. 【請求項5】 45〜65HRC相当の焼入材を請求項
    3又は4記載のブローチを用い切削速度3〜15m/m
    inで仕上げ加工することを特徴とするブローチ加工方
    法。
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