JP2003127007A - スローアウェイチップ - Google Patents
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Abstract
高圧焼結体より成るスローアウェイチップの製法を提供
する。 【解決手段】 すくい面を構成する超高圧焼結体1と、
前記超高圧焼結体を支持する超硬合金2からなるスロー
アウェイチップにホルダー取り付け用の穴5をレーザー
加工する。これにより、サイズの小さな超高圧焼結体ス
ローアウェイチップを締結ビスによりホルダーへ簡易、
確実に装着でき、段取り時間の短縮、加工精度の向上、
装着の信頼性の向上が提供できる。
Description
工に用いられるスローアウェイチップおよびその製造方
法に関する。
料の加工においては、加工コスト低減はもとより環境負
荷の低減などの要請から、加工の高能率化、高精度化が
重要な技術開発課題として脚光をあびている。その解決
手段として立方晶窒化硼素(cBN)焼結体やダイヤモ
ンド焼結体などの超高圧焼結体を切削工具として利用す
る機会が増えてきている。
して従来使用されてきた超硬合金やセラミックスに比
べ、素材のコストが高い。従って例えばスローアウェイ
チップに使用される場合は、超硬合金製の台金の刃先に
あたる部分に必要な大きさに切断された超高圧焼結体を
鑞付けなどの方法により装着して用いられてきた。図1
(A)はその具体例である。超高圧焼結体(1)および
超硬合金(2)からなるブランクが(4)の鑞付け部を
介して超硬合金製の台金(3)に鑞付けされており、台
金(3)には台金の焼結前に形成されたホルダー取り付
け用の穴(5)が形成されている。
ング加工に用いられる比較的小サイズの三角形または四
角形の形状をしたものや、表面プロファイル加工などに
用いられる同じく小サイズの円形形状をしたものがあ
る。これらのスローアウェイチップの中には、すくい面
全体またはスローアウェイチップ全体を超高圧焼結体で
構成し、ホルダー取付穴を持たずに、すくい面側からク
ランプなどでホルダーに押さえつけて固定して使用され
ていた。図1(B)、図1(C)はその具体例である。
図1(B)ではすくい面を構成する超高圧焼結体部
(1)と超硬合金部(2)が一体焼結されている。図1
(C)では、スローアウェイチップ全体が超高圧焼結体
で構成されている。これらのスローアウェイチップには
ホルダー取り付け用の穴は設けられていない。スローア
ウェイチップには、ホルダーに取り付けるための穴が設
けられているほうが、ホルダーへの取付時には有利であ
る。成形済みのスローアウェイチップに穴をあける技術
としては、例えば特開平4−2402にレーザー光を用
いてウイスカー強化型セラミックス製切削チップのすく
い面から取り付け座面に円筒形状の貫通孔を作成する技
術が開示されている。また、特開平7−299577
に、直接転換法により合成された焼結助剤をほとんど含
まないcBN焼結体のレーザー加工方法が開示されてい
る。
(A)に示されるような、従来の超高圧焼結体を用いた
スローアウェイチップの問題点は、サイズの小さいスロ
ーアウェイチップにおいて、鑞付けされるブランクのサ
イズが小さくなり、鑞付けの面積が減少して、切削加工
時の断続的な衝撃力や繰返し応力で鑞付け部が外れる場
合があるという点である。これに対し、刃先部分にブラ
ンクを鑞付けする構造をとらずに、図1(B)もしくは
図1(C)に示されるような、すくい面全体もしくはス
ローアウェイチップ全体を超高圧焼結体としてホルダー
取り付け用の穴のない構造をもつスローアウェイチップ
が供給されている。すくい面全体もしくはスローアウェ
イチップ全体を超高圧焼結体とする構造をとることによ
り、スローアウェイチップに複数の切れ刃を持たせるこ
とができ、且つ鑞付け工程をなくす事により製造コスト
を低減することができる。ホルダー取り付け用の穴を持
たないのは、超高圧焼結体に従来の技術で穴加工するこ
とは非常に困難で、工業利用上容認しうる範囲内の製造
コストで製造できなかったためである。
ェイチップをホルダーに取り付ける場合、スローアウェ
イチップをすくい面側からクランプを用いて押えて固定
する方法や、ロケーターと押さえ金で挟持する方法が取
られる。この場合、延性が高く、切屑が連続してカール
しやすい被削材を加工する際、切屑が押さえ金の頭部に
当たってよく損傷する。さらに切屑の排出性も悪くな
り、被削材の表面に接触して擦過痕を残し切削不良を起
こす原因となる。
圧焼結体を切れ刃に持つスローアウェイチップを装着し
て加工する場合、一般的には高速加工条件下で使用され
るため、工具の回転速度が速く、ホルダー取り付け穴を
用いないクランプ法では充分な締結力が得られず、回転
時に発生する遠心力によってスローアウェイチップがホ
ルダーから外れやすくなる。さらにホルダー取り付け穴
を使用しないクランプ法では、クランプのための部品点
数が多く、嵩高になるため、例えばφ20mm以下の小
径のホルダーサイズへの多刃仕様の設計が難しくなる。
関しては、本発明で開示するレーザー加工法の他に、回
転砥石を用いた研削加工、超音波加工、放電加工等があ
るが、これらの加工法は超高圧焼結体に関しては加工速
度が非常に遅く、砥石や超音波照射ノズル、放電電極等
の形状が経時的に変化し加工精度を保つことができな
い。ワイヤー放電加工では事前に下穴の加工が必要で、
加工形状も円筒形状の穴を加工することしかできない。
また、電気伝導性を有しない超高圧焼結体の場合には放
電加工は適用できない。また、レーザー加工に関して
は、従来の方法では加工時の熱的なダメージが大きく、
加工面に潜在クラックを生じて破壊の原因となったりす
る場合があり、さらにワイヤー放電加工と同様に円筒形
状の穴を加工することしかできない。
し、構造的に脆弱な部分がなくホルダーへの取り付けが
容易、確実で切屑処理性に優れたスローアウェイチップ
を提供することを課題とする。
するために、超硬合金上に一体に超高圧焼結された超高
圧焼結体そのものを本体として使用することにより、鑞
付け部の強度的不安定をなくし、またすくい面の中心部
に工具ホルダーへ取り付けるための穴を設けることによ
りホルダーへの取り付けの強度的および精度的向上と工
具全体の径の減少による適用加工範囲の拡大を提供する
ものである。
ウェイチップ全体を超高圧焼結体で構成することによ
り、上記の作用に加え、超高圧焼結体の持つ高い熱伝導
度により、加工中の刃先の温度上昇が低減され、刃先の
チッピングや欠けの減少と加工寸法精度の向上を提供す
る。
結体としては、鋼、鋳物、ステンレス鋼等の鉄系の金属
材料の切削加工においては立方晶窒化硼素(cBN)焼
結体を、またアルミダイキャスト合金、マグネシウム合
金、銅系合金等の非鉄金属の切削加工においてはダイヤ
モンド焼結体を用いることができる。これらはいずれも
硬度が高く、高温においても化学的に安定で、また熱伝
導率が高い。
はチップ全体の形状が大きくなると、材料として用いら
れる超高圧焼結体のサイズが大きくなり、製品のコスト
が高くなり、従来から使用されている刃先部分のみに超
高圧焼結体を鑞付けしたスローアウェイチップに対して
性能価格比の優位性を発揮できない。またチップ全体の
形状が小さくなりチップの中心部に設けたホルダー取り
付け穴の存在がチップの機械的強度を著しく低下させる
程度になると安定した切削工具性能を発揮できない。従
って該スローアウェイチップは、形状が多角形の場合
は、すくい面に投影されたスローアウェイチップの外形
を構成する多角形の内接円の直径が3mm以上13mm
以下であることが好ましく、形状が円形の場合は、すく
い面に投影されたスローアウェイチップの外径が直径5
mm以上20mm以下の円形であることが好ましい。
ルダー取り付け用の穴は、出力を調整し、同時にガルバ
ノメータミラーにより集光性を高めた高出力パルスYA
Gレーザーを用いて、出力、発振周波数、加工ピッチを
制御することで、等高線状に一定の加工量で彫り進みな
がら加工を行うことができる。該レーザー加工法では、
レーザー光の総出力を低く抑え、且つ集光度を高めるこ
とにより、加工面への熱影響が少なくすることが可能に
なる。また、3次元CADシステムで作成した形状モデ
ルデータを、電子データを受信可能に接続したレーザー
加工機に直接送信し、該レーザー加工機に、受信した形
状モデルデータから加工パスを自動生成するCAD−C
AMシステムを搭載することにより、一般的な線状の切
断加工のみにとどまらず、微細で且つ異形曲面を持つ形
状の加工も可能となる。
ルダー取り付け用の穴は、上記レーザー加工システムを
用いて、直径が深さ方向に均一な円筒形状の形状ではな
く、すくい面側から取付座面側に向かって水平断面の直
径が減少してゆく形で設けることができる。この形状に
よって生じる穴内面の傾斜によって、締結ネジの首下
の、締め付け力を伝達する部分と、取り付け穴の斜面と
が面状に接触し、安定した締結を実現することができ
る。
に示されるような、穴の中心軸を通る平面で切った断面
形状において、穴の側面に該当する辺のすくい面側が、
すくい面側に向かって45°〜120°の開き角をなし
側面としては円錐形状をなし、取り付け座面側が断面形
状において平行な線分をなす、側面形状としては円筒形
状のものを採用できる。また、図2に示されるような、
穴の断面形状のすくい面側が、すくい面側に開いた円弧
によって構成され側面としては穴側に向かって凸の曲面
を持ち、取り付け座面側が円筒形状のものを採用でき
る。
とホルダーの取り付け穴は偏心して設けられており、締
結ネジの締め付けにより発生する取り付け座面と平行な
方向への力(引き込み力)とホルダーに取り付けられた
壁からの反力によってスローアウェイチップはホルダー
に強固に、精度良く固定される。上記すくい面へ向かっ
ての穴の開き角は、開き角が小さいほど上記引き込み力
は大きくなる。逆にすくい面へ向かっての穴の開き角が
大きいほどホルダー取り付け座面へ向かうの締結力が大
きくなる。従って、工具に必要とされる強度や取り付け
精度に従って取り付け穴の形状を選択することができ
る。
形状は、特に締結ネジがスローアウェイチップに接触す
る部分において重要である。該断面形状が真円から大き
く外れ、締結ネジとの接触が部分的接触になると、締結
力が円周上の離散した接触点に集中し、取り付け穴近傍
に不均一な応力集中を生じ、スローアウェイチップ全体
の破壊の原因となる。従って、該取り付け穴の締結ネジ
との接触部付近の、すくい面に平行な断面形状は真円に
近いことが望ましい。真円公差が20μm以下であれ
ば、応力集中が原因となる工具の破損の発生頻度を低く
抑えることができる。より安定を図るためには、真円公
差は10μm以下であることが望ましい。ここでいう真
円公差とは、測定する穴の形状の外接円と内接円の半径
の差を言う。
中を緩和するため、締結ネジの首下部分に銅箔、アルミ
ニウム箔、ナイロン樹脂、硬質ゴムなどの緩衝材を挿入
することも有効である。また緩衝材としては、締結ビス
へのTi、Cr、TiN(z)(0.1≦z≦0.9
3)、Cu、NiPなどのコーティングを湿式めっき
法、CVD法、PVD法などによって実施することによ
っても実現できる。さらに同じく緩衝材としてスローア
ウェイチップのすくい面及び取り付け穴の内面にTi、
Cr、TiN(z)(0.1≦z≦0.93)、Cu、
NiPなどのコーティングを実施することによっても実
現できる。この場合、コーティング層の色調が金属光沢
となり、既使用コーナーの識別が容易となり、コーティ
ング層によるスローアウェイチップの耐摩耗性の向上と
相まってさらに好ましい。
ェイチップの中心部に設けるホルダー取り付け用の穴の
すくい面側に、穴の直径がすくい面から一定距離減少し
ない部分を持たせることにより、締結ネジが相対的にス
ローアウェイチップよりも低い位置で固定されることに
なり、締結ネジの頭頂をすくい面よりも低くする事によ
り特に延性の高い材料の切削時に切屑処理の妨げとなる
ことを防ぐことができる。また、上記1の解決手段で用
いた、超硬合金上に一体に超高圧焼結された超高圧焼結
体を素材として用いた場合には、締結ネジとの接触部分
となる穴の斜面を靭性の高い超硬合金部分にする事によ
り、工具本体が破損しにくくなる。
〜図4に基づいて説明する。
の様態の一例を示す。該スローアウェイチップは図中
(1)のcBN焼結体またはダイヤモンド焼結体からな
る超高圧焼結体部と(2)の超硬合金部が一体に超高圧
焼結されて形成され、すくい面の中心部にホルダー取り
付け用穴部(5)が形成されている。ホルダー取り付け
用の穴(5)は図2(B)の断面図に示される様に、す
くい面で直径が最も大きく、取り付け座面方向に向かっ
て減少し、スローアウェイチップの中心部付近から取り
付け座面までは半径は変化しない。該スローアウェイチ
ップはホルダーへの装着時には図2(B)中(6)で示
される締結ビスにより接触部(7)を介して締結され
る。締結ビスは、より靭性の高い超硬合金部分で接触さ
せることが望ましい。
の別の様態を示す。該スローアウェイチップはホルダー
取り付け用の穴部(5)のすくい面側に直径の変化しな
い部分(8)を有し、その部分よりも取り付け座面側
は、上記の図2で示したスローアウェイチップのホルダ
ー取り付け用穴部と同じ形状を持つ。この様態の場合の
締結ビスは、上記半径の変化しない部分の存在によりス
ローアウェイチップとの接触部(7)が取り付け座面に
近くなるため締結ビスの頭頂部がすくい面と同一面かそ
れよりも取り付け座面側に凹んだ位置となるためすくい
面上を通過する切屑の排出の邪魔にならない。
のさらに別の様態を示す。該スローアウェイチップは全
体がcBN焼結体またはダイヤモンド焼結体から形成さ
れており、図3に示した様態と同じ形状のホルダー取り
付け穴を形成してなる。スローアウェイチップ全体を熱
伝導率の高い超高圧焼結体を用いて形成することによ
り、工具全体の熱伝達が高まり、乾式高速切削時などに
発生する刃先部分の熱を速やかにホルダー部に拡散する
ことができ、刃先部の過熱によるチッピングや、熱膨張
による工具形状の変化に伴う加工精度の低下を防ぐこと
ができる。
る。
および超硬ボールを用いてエタノール中で、重量で30
%のTiN、5%のTiと15%のAlからなる平均粒
径1μm以下の結合材粉末と平均粒径2μmのcBN粉
末50%を混ぜ合わせて得られた混合粉末を真空雰囲気
中で1000℃,30分間熱処理したものを超硬製容器
に充填し、圧力4Gpa、温度1300℃で60分焼結
し、cBN焼結体を得た。この焼結体をX線回折で分析
したところcBN,TiN,TiB(2),AlB(2),
AlN,Al(2)O(3)が同定された。
れたcBN焼結体に、レーザー加工法を用いて図5に示
す形状の穴を加工した。加工には、デッケル・マホ・レ
ーザーテック社製レーザー加工機DML−40を用い
た。穴形状は、全体の厚さ(A)が3.97mm、すく
い面での穴の直径(B)がφ7.0mm、取り付け座面
での穴の直径(C)がφ4.4mm、すくい面側の穴の
開き角(D)が60°とした。加工条件を表1に示す。
ここでいうレーザー出力はYAGロッド出口でのレーザ
ー出力、パルス周波数はQ−スイッチの周波数、加工ピ
ッチはレーザー光走査時の送り幅を示す。レーザー光の
移動速度は500mm/秒で一定とした。
加工に要した時間、穴部内面のcBN部分の表面十点平
均粗さ(Rz)同じく超硬部分の表面十点平均粗さ(R
z)および超硬部分の熱影響層の厚さを測定した。これ
らの結果から、比較的短時間で加工ができ、加工表面の
性状がよく、熱損傷の程度が小さい条件として、レーザ
ー出力80〜95W、加工ピッチ15〜30μmが適当
であることがわかった。尚、レーザー発振のパルス周波
数については20kHzから50kHzの範囲で変化さ
せたが加工面の性状や熱影響深さには強い相関は見られ
なかった。
および超硬ボールを用いてエタノール中で、重量で15
%のCoと5%のAlからなる平均粒径2μm以下の結
合材粉末と平均5μmのcBN粉末80%を混ぜ合わせ
て得られた混合粉末を真空雰囲気中で1200℃,30
分間熱処理したものを、超硬製容器に充填し、圧力5G
Pa、温度1400℃で60分焼結し、cBN焼結体を
得た。この焼結体をX線回折で分析したところcBN,
CoWB,Co(2)W(2)B,AlN,AlB
(2)、及び微小なWCやAl(2)O(3)が同定さ
れた。
焼結体に、実施例1と同様にレーザー加工法を用いて図
6に示す形状の穴を加工した。穴形状は、全体の厚さ
(A)が3.97mm、すくい面での穴の直径(B)が
φ6.0mm、取り付け座面での穴の直径(C)がφ
3.9mm、すくい面側へ向かって開く穴の曲率半径
(E)がR4.0mm、すくい面側の半径の一定部分の
深さ(F)が0.45mmとした。加工条件を表2に示
す。
加工に要した時間、穴部内面の表面十点平均粗さ(R
z)および熱影響層の厚さを測定した。これらの結果か
ら、比較的短時間で加工ができ、加工表面の性状がよ
く、熱損傷の程度が小さい条件として、レーザー出力7
0〜95W、加工ピッチ15〜30μmが適当であるこ
とがわかった。
ール中で、重量で95%の平均粒径1μmのダイヤモン
ド粉末と平均粒径1μm以下のCo粉末5%を混ぜ合わ
せて得られた混合粉末を真空雰囲気中で1200℃、3
0分間熱処理したものをCo板と積層して超硬製容器に
充填し、圧力5Gpa、温度1500℃で60分焼結
し、ダイヤモンド焼結体を得た。この焼結体の組成をI
CPで分析したところ、体積でダイヤモンド87%、C
oが8%、残部がW、Cであった。
たダイヤモンド焼結体に、実施例1と同様にレーザー加
工法を用いて図7に示す形状の穴を加工した。穴形状
は、全体の厚さ(A)が1.59mm、すくい面での穴
の直径(B)がφ3.0mm、取り付け座面での穴の直
径(C)がφ2.2mm、すくい面側の穴の開き角
(D)が60°、すくい面側の半径の一定部分の深さ
(F)が0.4mmとした。加工条件を表3に示す。
加工に要した時間、穴部内面のダイヤモンド焼結体部分
の表面十点平均粗さ(Rz)および熱影響層の厚さを測
定した。これらの結果から、比較的短時間で加工がで
き、加工表面の性状がよく、熱損傷の程度が小さい条件
として、レーザー出力60〜80W、加工ピッチ15〜
30μmが適当であることがわかった。
および超硬ボールを用いてエタノール中で、重量で25
%のTiN、5%のTiと18%のAlからなる平均粒
径1μm以下の結合材粉末と平均粒径1μmのcBN粉
末52%を混ぜ合わせて得られた混合粉末を真空雰囲気
中で1000℃,30分間熱処理したものを超硬製容器
に充填し、圧力4.8Gpa、温度1350℃で60分
焼結し、cBN焼結体を得た。この焼結体をX線回折で
分析したところcBN,TiN,TiB(2),AlB
(2),AlN,Al(2)O(3)が同定された。
れたcBN焼結体をワイヤー放電加工で切断後、外周研
磨加工により直径10mm、厚さ3.18mmの図8に
示す円形のスローアウェイチップを製作した。さらに、
レーザー加工法を用いて図9に示す形状の穴を加工し
た。穴形状は、全体の厚さ(A)が3.18mm、すく
い面での穴の直径(B)がφ6.0mm、取り付け座面
での穴の直径(C)がφ3.9mm、すくい面側へ向か
って開く穴の曲率半径(E)がR4.0mm、すくい面
側の半径の一定部分の深さ(F)が0.45mm。加工
条件は、レーザー出力90W、パルス周波数25kH
z、加工ピッチ15μmで実施した。
に放電加工を用いて同じ形状を持つ穴加工を実施した。
放電加工はまず、すくい面から取り付け座面への貫通孔
をあけるために直径1mmの電極を用いて放電加工し、
次にワイヤー放電加工により、直径3.9mmの円筒状
の穴を加工し、さらに最終穴形状に加工した放電電極を
用いて放電加工を実施して図8の穴形状を得た。
形状の穴を加工するのに放電加工に比べて非常に短時間
で加工することができた。
およびボールを用いてエタノール中で、重量で30%の
平均粒径5μm以下のCBN粉末と平均粒径10μmの
cBN粉末70%を混ぜ合わせて得られた混合粉末を真
空雰囲気中で1000℃、30分間熱処理したものをA
l板と積層して超硬製容器に充填し、圧力4.8Gp
a、温度1350℃で60分焼結し、cBN焼結体を得
た。この焼結体をX線回折で分析したところcBN,A
lN,AlB(2)が同定された。
焼結体は導電性を持たず放電加工が不可能であるので、
高出力のレーザー加工で切断後、外周研磨加工により内
接円6.35mm、厚さ2.38mmの図10に示す菱
形のスローアウェイチップを製作した。続いてこのスロ
ーアウェイチップの中心部に、図11に示す形状の穴を
レーザー加工法を用いて加工した。穴形状は、全体の厚
さ(A)が2.83mm、すくい面での穴の直径(B)
がφ3.75mm、取り付け座面での穴の直径(C)が
φ2mm、すくい面側へ向かって開く穴の曲率半径
(E)がR2.8mm、すくい面側の半径の一定部分の
深さ(F)が0.3mmとした。加工条件は、レーザー
出力85W、パルス周波数30kHz、加工ピッチ25
μmで実施した。
工を用いて同じ形状を持つ穴加工を実施した。砥石によ
る研削加工では、まず、直径2.8mmに成形した円筒
形の砥石を用いて円筒状の穴を加工し、その後、穴形状
に成型加工した砥石を用いて最終形状に仕上げた。
形状の穴を加工するのに、砥石による研削加工に比べて
非常に短時間で加工することができた。本実施例で示さ
れる様に、本発明によるレーザー加工の研削加工に対す
る加工速度は著しく大きく、放電加工が不可能な導電性
を持たない超高圧焼結体の穴あけ加工に関しては本発明
のレーザー加工のメリットは非常に大きい。
ール中で、重量で95%の平均粒径1μmのダイヤモン
ド粉末と平均粒径1μm以下のCo粉末5%を混ぜ合わ
せて得られた混合粉末を真空雰囲気中で1200℃、3
0分間熱処理したものをCo板と積層して超硬製容器に
充填し、圧力5Gpa、温度1500℃で60分焼結
し、ダイヤモンド焼結体を得た。この焼結体の組成をI
CPで分析したところ、体積でダイヤモンド87%、C
oが8%、残部がW、Cであった。
れたダイヤモンド焼結体をワイヤー放電加工で切断後、
外周研磨加工によりこれをワイヤーカットで切断後、外
周研磨により、内接円φ3.97mm、厚み1.59m
mの正三角形のチップを製作した。さらに、このスロー
アウェイチップに、レーザー加工法を用いて図12に示
す形状の穴を加工した。穴形状は、全体の厚さ(A)が
1.59mm、すくい面での穴の直径(B)がφ3.0
mm、取り付け座面での穴の直径(C)がφ2.2m
m、すくい面側へ向かって開く穴の曲率半径(E)がR
3.0mm、すくい面側の半径の一定部分の深さ(F)
が0.4mmとした。加工条件は、レーザー出力70
W、パルス周波数35kHz、加工ピッチ15μmで実
施した。
に放電加工を用いて同じ形状を持つ穴加工を実施した。
放電加工はまず、すくい面から取り付け座面への貫通孔
をあけるために直径1mmの電極を用いて放電加工し、
次にワイヤー放電加工により、直径2.2mmの円筒状
の穴を加工し、さらに最終穴形状に加工した放電電極を
用いて放電加工を実施して図12の穴形状を得た。
形状の穴を加工するのに放電加工に比べて非常に短時間
で加工することができた。
部分のすくい面に平行な断面形状を変化させてスローア
ウェイチップの締結トルクに対する強度を調査した。
て、内接円φ6.35mm、厚さ2.38mmの菱形の
スローアウェイチップを作成し、中心部に図6に示す形
状の取り付け穴をレーザー加工により加工し、M3.5
の皿ネジを用いて工具ホルダーに締結した。穴は、締結
ビスとの接触部分でのすくい面に平行な断面で、内接円
と外接円の直径の差が24μmのもの(図13(A))
と8μmのもの(図13(B))の2種類についてそれ
ぞれ締結ビスの首下部に緩衝材として銅箔を巻いたもの
と巻かないものとで評価を行なった。試験は各試験条件
ごとに5個ずつ行ない、トルクレンチにより所定の締結
力まで締め付けて、割れが起こったスローアウェイチッ
プの数で評価した。尚、本試験で用いた締結ビスの標準
締め付けトルクは2.5N・mである。試験結果を表7
に示す。
が24μmのもの、No.2はNo.1に銅箔の緩衝材を使用
したもの、No.3は内接円と外接円の直径の差が8μm
のもの、No.4はNo.3に銅箔の緩衝材を使用したもの
で、表中記号の○はスローアウェイチップに割れが起こ
らなかったもの、×はすべてのスローアウェイチップに
割れが生じたもの、数字は試験を行なった5個の内、割
れが起こった数を示す。取り付け穴の締結ビスとの接触
部のすくい面に平行な断面の形状が真円に近い方が、ス
ローアウェイチップの割れに対する強度は高く、また、
締結ビスとスローアウェイチップの間に緩衝材を設ける
ことにより、スローアウェイチップの割れに対する感受
性を低下させることができた。尚、超硬合金と一体に焼
結されたcBN焼結体の場合で、締結ビスとの接触部が
超硬合金部になる場合には、本試験の試験条件ではスロ
ーアウェイチップに割れは発生せず、締結ビスの締め付
けによる割れに対する耐性は問題ない。
および超硬ボールを用いてエタノール中で、重量で20
%のTiN、5%のTiと25%のAlからなる平均粒
径1μm以下の結合材粉末と平均粒径1μmのcBN粉
末50%を混ぜ合わせて得られた混合粉末を真空雰囲気
中で1000℃,30分間熱処理したものを超硬製容器
に充填し、圧力4.5Gpa、温度1350℃で60分
焼結し、cBN焼結体を得た。この焼結体をX線回折で
分析したところcBN,TiN,TiB(2),AlB
(2),AlN,Al(2)O(3)が同定された。
たcBN焼結体から、図14に示す形状の直径φ7m
m、厚さ1.99mm、逃げ角15°の丸型スローアウ
ェイチップを製作した。このスローアウェイチップの中
央部にレーザー加工により、図15に示す形状の取り付
け穴を加工した。穴形状は、全体の厚さ(A)が1.9
9mm、すくい面での穴の直径(B)がφ3.65m
m、取り付け座面での穴の直径(C)がφ2.75m
m、すくい面側へ向かって開く穴の曲率半径(E)がR
2.85mm、すくい面側の半径の一定部分の深さ
(F)が0.45mmとした。加工条件は、レーザー出
力90W、パルス周波数25kHz、加工ピッチ15μ
mで実施した。
mのエンドミルタイプのホルダーに締結ビスを用いて装
着し、ヘリカル加工を行なって、切屑の排出性の評価を
行なった。被削材はSKD61の焼入れ材(HRC6
3)を使用した。比較として、上記丸型スローアウェイ
チップに、取り付け穴加工を施さず、スローアウェイチ
ップのすくい面側から押え金を用いて取り付けるクラン
プオン方式を採用したホルダーに装着して同条件にて切
削試験を実施した。試験結果を表8に示す。
×は切屑の噛み込みにより加工表面不良を発生したもの
を示す。取り付け穴を加工し、締結ビスによってホルダ
ーに装着した場合はすくい面上に切屑の流れに対する障
害物が存在しないため、切屑詰まりがなく安定した加工
ができたのに比べ、クランプオン方式の装着の場合は、
切屑詰まりが発生した。
部品構成が複雑となるためホルダーに装着できる刃数が
3枚になるため、1刃あたりの送り量が同じになるよう
に切削条件を設定すると、実切削速度は穴付スローアウ
ェイチップを用いた4枚刃のエンドミルのほうが早くな
っている。
ーの回転数が上昇し、スローアウェイチップにかかる遠
心力が増大する。この場合、クランプオン方式の装着の
場合はスローアウェイチップが飛散する可能性がある
が、取り付け穴を用いて締結ビスにより装着する方法で
はそのおそれはない。
イチップは、切削加工時の衝撃力や繰返し応力に対する
耐久性が高く、ホルダーへの取り付けが容易で、取り付
け治具がスローアウェイチップの外側に大きくはみ出す
ことがないため、被加工材との干渉が少なく、切屑の排
出性のよいスローアウェイチップを提供する。
ーアウェイチップ
ーアウェイチップ
プ
形状
形状
形状
形状
の形状
の形状
の (B)内接円の直径と外接円の直径の差が 8μmのも
の
の形状
い部分 A スローアウェイチップの厚さ B ホルダー取り付け穴のすくい面での直径 C ホルダー取り付け穴の取り付け座面での直径 D ホルダー取り付け穴のすくい面側の穴の開き角 E ホルダー取り付け穴のすくい面側へ向かって開く穴
の曲率半径 F ホルダー取り付け穴のすくい面側の半径の一定部分
の深さ G 円形のスローアウェイチップの直径 H スローアウェイチップの逃げ角
Claims (10)
- 【請求項1】 すくい面を構成する超高圧焼結体と、前
記超高圧焼結体を支持する超硬合金で構成され、すくい
面の中心部に工具ホルダへ取り付けるための穴を有する
ことを特徴とするスローアウェイチップ。 - 【請求項2】 全体が超高圧焼結体で構成されすくい面
の中心部に工具ホルダへ取り付けるための穴を持つこと
を特徴とするスローアウェイチップ。 - 【請求項3】 前記超高圧焼結体が立方晶窒化硼素(c
BN)焼結体またはダイヤモンド焼結体であることを特
徴とする請求項1または2に記載のスローアウェイチッ
プ。 - 【請求項4】 すくい面に投影されたスローアウェイチ
ップの外形を構成する多角形の内接円の直径が3mm以
上13mm以下であることを特徴とする、請求項1〜3
のいずれかに記載のスローアウェイチップ。 - 【請求項5】 すくい面に投影されたスローアウェイチ
ップの外径が直径5mm以上20mm以下の円形である
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のス
ローアウェイチップ。 - 【請求項6】 ホルダー取り付け用の穴の加工をレーザ
ー加工で行なうことを特徴とする、請求項1〜5のいず
れかに記載のスローアウェイチップ。 - 【請求項7】 ホルダー取り付け用の穴の直径が、すく
い面側から取り付け座面側に向かって徐々に減少してな
ることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の
スローアウェイチップ。 - 【請求項8】 ホルダー取り付け用の穴の直径が、すく
い面に近い部分では急激に減少し、徐々に減少の割合が
小さくなり、取り付け座面近傍では直径の減少がないこ
とを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載のスロ
ーアウェイチップ。 - 【請求項9】 ホルダー取り付け用の穴の直径がすくい
面から一定距離減少しない部分を持つことを特徴とす
る、請求項1〜8のいずれかに記載のスローアウェイチ
ップ。 - 【請求項10】 パルス発振で、50〜100ワットの
出力のYAGレーザーの局所エネルギー密度を高めて照
射し、すくい面全体もしくは全体が超高圧焼結体からな
るスローアウェイチップにホルダー取り付け用の穴を形
成することを特徴とする請求項1〜9に記載のスローア
ウェイチップの製造方法。
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