JP2002166321A - 内面加工用ブローチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】丸穴、スプライン穴等の加工を行う内面加工用
ブローチにおいて、仕上げ面粗さ等の加工精度および工
具寿命が向上する内面加工用ブローチを提供する。 【解決手段】丸穴、スプライン穴等の加工を行う内面加
工用ブローチにおいて、該ブローチの切れ刃最外周の稜
線形状が工具軸を中心とする円または円弧形状であり、
該切れ刃のすくい面の加工条痕８が工具軸を中心とする
円または円弧形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、丸ブローチ、スプラ
インブローチ等の内面加工用ブローチの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にブローチ工具は、荒刃部、中仕上
げ刃部および仕上げ刃部の各群からなる切れ刃を有し、
１本の工具、一加工において荒加工から仕上げ加工まで
を行うものである。そのため、ブローチ加工では仕上げ
面粗さ等の加工精度向上に対する要求が非常に多く、ま
た加工精度の劣化が直接工具寿命となるため、様々な対
策がなされてきた。特に、丸穴やスプライン穴等の内面
加工の場合、修正が困難であるため、上記の要求が高
い。この種の内面加工用ブローチとして、特開平７−１
６４２４１にインボリュートスプラインブローチの例が
開示されている。この公報は、ブローチの各刃に作用す
る切削力を平均化し、切削効率および加工精度を向上さ
せ、工具寿命を延ばすというものである。また、ブロー
チの切れ刃の状態が被加工物の加工面に転写されるた
め、刃先品位を向上する目的で、該切れ刃の刃付け用研
削砥石の砥粒の粒度を細かくし、研削条件の適正化を計
る等の工夫がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研削刃
付け方法では、該研削砥石の砥粒の粒度を細かくして
も、研削条件の適正化を行っても、刃付け加工面に研削
条痕は無くならず、また、該研削砥石は円盤状であるた
め、特に、すくい面研削において、砥石送り方向に対し
傾斜した研削条痕となり、該研削条痕が最外周刃先稜線
に現れ、該刃先稜線はノコギリ状の稜線となる。これに
より、被加工物の加工面は、粗い面粗さとなるばかりで
なく、ノコギリ状の稜線の凸部に切削負荷が集中し、チ
ッピングの要因となっていた。特に最外周刃先稜線と側
歯面とで形成されるエッジ部の強度が弱くなり、チッピ
ングや欠けを生じ、工具寿命を劣化させていた。また、
研削条痕の対策として、すくい面研削を往復研削した
り、ラッピングする方法があるが、前者は稜線のノコギ
リ状が細かくなるだけで十分でなく、後者は加工工数が
かかり過ぎ、現実的に難しい。

【０００４】

【本発明の目的】本発明は、以上のような背景をもとに
なされたものであり、ブローチの最外周切れ刃の刃先稜
線の品位を向上させることにより、被加工物の仕上げ面
粗さ、加工精度を向上させ、工具寿命を向上させる内面
加工用ブローチを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明は上記課題を解
決するため、丸穴、スプライン穴等の加工を行う内面加
工用ブローチにおいて、該ブローチの切れ刃最外周の稜
線形状が工具軸を中心とする円または円弧形状であり、
該切れ刃のすくい面の加工条痕が工具軸を中心とする円
または円弧形状であることを特徴とする内面加工用ブロ
ーチである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、刃付け面の粗さ等の加
工精度および工具寿命を向上するために、最外周切れ刃
の刃先稜線の品位を向上させたものであり、最外周切れ
刃稜線とすくい面の加工条痕とが同心円状になり、該最
外周切れ刃稜線に該研削条痕が現れることなく、均一で
スムーズな稜線が得られる。これにより、被加工物の仕
上げ面粗さが良好となり、チッピングや欠けを抑制する
ことになり仕上げ面粗さを維持したままで工具寿命が延
びる。

【０００７】更に、最外周切れ刃の刃先稜線の品位を向
上させるには、研削加工における問題点として以下の３
つが挙げられる。１）ブローチの様に細く長いものは、
通常でも熱処理歪みが生じ易いにも拘わらず、さらに熱
処理前の旋削加工による切削残留応力が加熱により解放
され、歪みが更に大きくなるため、熱処理後の歪取りに
時間がかかる。２）研削加工は、加工面精度は旋削加工
より良好であるが、一回当たりの切込みが多くできず加
工時間がかかり、切れ刃すくい面の加工では、特殊な加
工機が必要となるため、段取り替えが必要になる場合も
あり、段取り替え等による加工工数も余分に必要にな
る。３）研削加工では、加工部位毎に、異なる砥石形状
が必要であり、荒加工と仕上げ加工では、少しでも加工
時間を短縮するために、砥石の砥粒の粒度を変更するた
め、砥石にコストがかかるとともに、全体の製造工程に
おける工数が多いことから製造コストがかかる。

【０００８】上記問題点は、製造工程の改善により、す
なわち、素材を所定の長さに切断する等の材料準備工程
と、焼入れ焼戻しを行う熱処理工程と、外形及び刃溝の
形状加工と切れ刃すくい面の仕上げ加工を行う旋削工程
と、円筒面及び切れ刃にげ面の仕上げ加工を行う研削工
程、とを有することを特徴とする内面加工用ブローチの
製造方法を適用することにより解決した。図１及び図２
の本発明例及び従来例のフローチャートに基づき説明す
る。第１に、本発明では熱処理工程における歪取り工程
削減のため、熱処理前の旋削工程を熱処理後に行う。こ
の工程の改善により、事前の旋削加工による切削残留応
力が加熱により解放され、歪みが更に大きくなる等の熱
処理歪みを考慮する必要がなくなり、加工代の低減、適
切な加工代で良く、実際の歪取り工程のほとんどを削減
することができる。

【０００９】第２に、熱処理後に行う旋削加工である
が、ＣＢＮ等の硬質材を使用したバイトにより旋削条件
を適正化することにより、ＨＲＣ６５以上の材料におい
てもバイトの工具寿命も問題なく、旋削加工が可能とな
る。また、加工精度はバイト刃先の形状や送りピッチを
含む旋削条件を適正化することにより対応できる。通常
の旋削条件的には通常より劣ることになっても、研削加
工と比較すれば、十分に早く加工時間が短縮できる。よ
って、該切れ刃のすくい面の加工条痕は、工具軸を中心
とする円または円弧形状であり、旋削により加工条痕で
あるため、連続した軌跡（条痕）となる。

【００１０】第３に、全体の製造工程の流れにおいて、
旋削加工は旋削加工で集め、ほとんどの機械加工を旋削
加工でまかなうことにより、製造工程の流れが良好にな
り、機械段取り工数も必要最小限にでき、製造に要する
時間を大幅に短縮することができ、砥石の種類も少なく
て済み、製造コスト及び製造に要する時間を大幅に短縮
することができる。

【００１１】ここで、機械加工前工程において熱処理済
みの素材を購入して使用したもの、及び／または、研削
工程の中にスプラインの縦溝研削工程や高精度維持のた
めの仕上げ研削工程を含むもの、及び／または、研削加
工による機械仕上げ加工終了後にブローチの工具寿命向
上のためのコーティング処理、窒化処理等の表面処理を
行うことも本発明の範疇であることはいうまでもなく、
とくに表面処理に伴う温度上昇による工具振れの再発が
ほとんどなく、従来の製造方法より、工具精度が向上す
る。

【００１２】本願発明では、今まで研削加工でしかでき
なかった熱処理後の加工を旋削加工で行うという技術的
手段を講じたものである。図１に本発明の一例を示し、
切れ刃最外周の稜線形状が工具軸を中心とする円弧形状
であるスプラインブローチに適用した製造工程のフロー
チャート、図２にスプラインブローチの従来の製造工程
のフローチャートを示す。図１に示す本発明例と比較し
て、工程数が多く、また、段取り替えも多い。

【００１３】本発明例、図１の機械加工前工程１では、
高速度工具鋼の丸棒素材を、製造するスプラインブロー
チの所定の長さに切断する材料準備工程４に続き、熱処
理工程５でＨＲＣ６６〜６８に焼入れ焼戻しを行う。ま
た、熱処理工程５における歪取りは、歪調査の結果、必
要としなかった。図１の旋削工程２では、ＣＢＮのバイ
トを使用し、シャンク部を含むブローチ全体の形状荒加
工及び仕上げ加工、刃溝荒加工及び仕上げ加工、切れ刃
すくい面仕上げ加工までを同一段取りで行った。ＣＢＮ
のバイトは僅かに摩耗していたものの通常摩耗であり、
まだ切削可能な状態であった。また、この時の切れ刃す
くい面の面粗さはＲｙ１μｍ以下と良好であった。図１
の研削工程３では、円筒面の仕上げ加工、切れ刃にげ面
の仕上げ加工、スプライン溝の縦溝荒加工及び仕上げ加
工を行い、スプラインブローチを完成させる。

【００１４】次に、従来例・図２では、材料準備工程
４、旋削工程２、熱処理工程５迄行った後、研削工程３
に移る製法である。材料準備工程は本発明例と同じで、
次の旋削工程２は調質前の素材の荒加工を行う工程であ
るが、本発明例では省ける部分である。更に、次の熱処
理工程では、熱処理のたびに歪み取りを行う必要があ
る。この理由は、素材の荒加工により刃溝まで加工して
いるため、歪みが発生しやすいためである。次の研削工
程６では、熱処理前に荒加工しているのであるが、加工
代等を含め荒取りした後で仕上げ加工を行っている。最
後に、工具としての仕上げである、円筒面、切れ刃逃げ
面、スプラインの縦溝加工により完成する。

【００１５】本発明例と従来例とでは、準備段階で大き
な違いがあり、切断後に熱処理を行うため、熱処理での
歪みは焼き戻し後の検査で判断すれば良く、中途での歪
み検査等を省くことができる。また、今回の熱処理工程
５における歪取りは、歪調査の結果、必要としなかっ
た。また、製造に要する工数の比較において、従来例で
は熱処理工程５における歪取り、及び研削工程３におけ
る加工機械変更６による段取り変更に時間を要してお
り、本発明例では、これらの時間を大幅に削減、削除で
きた。

【００１６】次の旋削工程２では、ＣＢＮのバイトを使
用し、シャンク部を含むブローチ全体の形状荒加工及び
仕上げ加工、刃溝荒加工及び仕上げ加工、切れ刃すくい
面仕上げ加工までを同一段取りで行うことができた。ま
た、旋削加工で荒取りを行うため、研削加工のための加
工代は一定とすることができる特徴がある。また、ＣＢ
Ｎのバイトは僅かに摩耗していたものの通常摩耗であ
り、まだ切削可能な状態であった。また、この時の切れ
刃すくい面の面粗さはＲｙ１μｍ以下と良好であった。
なお、本発明例の旋削加工面は、図３に示すように、最
外周切れ刃稜線とすくい面の加工条痕とが同心円状にな
り、該最外周切れ刃稜線に該研削条痕が現れることな
く、均一でスムーズな稜線が得られるのに対し、従来例
の研削面は、研削砥石が円盤状であるため、図４に示す
ように、すくい面の状態が砥石送り方向に対し傾斜した
研削条痕となり、該研削条痕が最外周刃先稜線に現れ、
該刃先稜線はノコギリ状の稜線となる。この事より、従
来例で加工したブローチ工具は、被加工物の加工面が、
粗い面粗さとなるばかりでなく、ノコギリ状の稜線の凸
部に切削負荷が集中し、チッピングの要因となり、とく
に最外周刃先稜線と側歯面とで形成されるエッジ部の強
度が弱くなり、チッピングや欠けを生じ、工具寿命を劣
化させていたのに対し、本発明例のブローチ工具は、被
加工物の加工面粗さが良好となり、チッピングや欠けを
抑制することになり加工面粗さを維持したままで工具寿
命が延びた。

【００１７】刃溝は、本発明例で加工した工具は、旋削
面のみとなり、従来例の製造方法で加工した工具は、熱
処理前の旋削面と熱処理後の研削面の段差が有り、本発
明例では切り屑の排出性が良好となり、更に加工面粗
さ、工具寿命が向上した。

【００１８】更に、図５に本発明例と従来例の所要製造
時間比較を示す。本発明例は従来例の約２／３の時間で
製造が完了し、また、製造に要する時間は製造コストに
連動するため、製造時間の削減は製造コストの削減に繋
がり、研削工程削減による研削砥石の使用量とともに製
造コストも大幅に削減できた。

【００１９】更に、ブローチ工具には、硬質被膜や潤滑
被膜のコーティングを施すことにより、長寿命化が計れ
ることはいうまでもないが、該稜線部にバリがなくスム
ーズであるため、切削時における該コーティング被膜の
剥離を抑制し、さらなる長寿命化が計れる。また、今ま
で研削加工でしかできなかった熱処理後のすくい面の仕
上げ加工をＣＢＮバイト等のＨＲＣ６０を超える焼入れ
材が加工可能なバイトを用いた旋削加工で行っても良
く、本願発明の形状が得られるだけでなく、熱処理済み
の丸棒素材から旋削ですくい面を含む刃溝の加工をする
こともできるため、機械加工時の残留応力による熱処理
歪みを防止し、コーティングや窒化処理等の表面処理を
行っても歪みが戻ることがなく工具振れ精度が向上し、
刃溝は旋削面のみとなり旋削面と研削面の段差がなく切
り屑の排出性が良好となり、加工面精度及び工具寿命が
良好となる。更に再研削も通常の旋盤を用い容易にでき
る。以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。

【００２０】

【実施例】図６は本発明を切れ刃最外周の稜線形状が工
具軸を中心とする円弧形状であるスプラインブローチに
適用した実施例のすくい面の状態を観察したものであ
り、図７はその説明のための概略図であり、工具軸方向
から見た切れ刃すくい面を示し、加工条痕と切れ刃先の
状態を示す。該加工条痕は、切れ刃最外周の稜線形状と
同様工具軸を中心とする円弧形状すなわち同心円弧であ
り、切れ刃先に加工条痕による段差を生じず、均一な切
れ刃稜線が得られた。

【００２１】図８、図１０は従来例のすくい面の状態を
観察したものであり、図９、図１１は説明のための各々
の概略図であり、図７に示す本発明例の概略図と同様
に、工具軸方向から見た切れ刃すくい面を示し、加工条
痕と切れ刃先の状態を示す。これらは従来の技術で説明
したように、傾斜した加工条痕を有し、前者は一方向加
工によるもの（以下、従来品１という。）であり、後者
は往復加工により左右から交差しあやめ形状を呈してお
り（以下、従来品２という。）、切れ刃稜線が加工条痕
によりノコギリ状となり、バリを生じている。図８、図
１０における刃先稜線部の白く見える部分（符号９で示
す。）がそれである。

【００２２】図６に示す本発明例と、図８、図１０に示
す従来品１、２において、工具材質にＨＲＣ６７．５の
粉末高速度工具鋼を用い、同一形状のスプラインブロー
チを製作し、被削材Ｓ５５Ｃ材を水溶性切削液を使用し
て切削テストを行い、工具摩耗及び加工面の状態を観察
した。本発明例では、切削個数５０００個加工した時点
で工具にげ面摩耗が０．１ｍｍの通常摩耗であり、加工
面粗さもＲｙ１０μｍ以下と安定しており、まだ切削可
能な状態であった。従来品１、２は切削初期である切削
個数１０個目より切れ刃稜線のノコギリ状凸部にチッピ
ングを生じ始め、切削個数２５００個時点ですでに工具
にげ面摩耗が０．１ｍｍを超え、摩耗進行が非常に早
く、加工面の状態も摩耗進行に伴い悪化し、切削個数５
０００個加工した時点で加工面粗さがＲｙ２０μｍを超
えた。

【００２３】

【発明の効果】以上の結果から、本願発明を適用するこ
とにより、仕上げ面粗さ等の加工精度および工具寿命が
向上することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に用いたフローチャートを示
す。

【図２】図２は、従来例に用いたフローチャートを示
す。

【図３】図３は、本発明例のブローチのすくい面の状態
を示す。

【図４】図４は、従来例のブローチのすくい面の状態を
示す。

【図５】図５は、本発明例と従来例の製造時間の比較を
示す。

【図６】図６は、本発明の一実施例であり、その要部写
真である。

【図７】図７は、図６の概略図を示す。

【図８】図８は、従来例の要部写真を示す。

【図９】図９は、図８の概略図を示す。

【図１０】図１０は、他の従来例の要部写真を示す。

【図１１】図１１は、図１０の概略図を示す。

【符号の説明】

１ 機械加工前工程 ２ 旋削工程 ３ 研削工程 ４ 材料準備工程 ５ 熱処理工程 ６ 加工機械変更 ７ 切れ刃最外周の稜線形状 ８ 加工条痕 ９ バリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】丸穴、スプライン穴等の加工を行う内面加
   工用ブローチにおいて、該ブローチの切れ刃すくい面の
   加工条痕が工具軸を中心とする円または円弧形状である
   ことを特徴とする内面加工用ブローチ。
2. 【請求項２】請求項１記載の内面加工用ブローチにおい
   て、該ブローチの切れ刃最外周の稜線形状が工具軸を中
   心とする円または円弧形状であることを特徴とする内面
   加工用ブローチ。