JP2003311524A - 超硬ボールエンドミル - Google Patents

超硬ボールエンドミル

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JP2003311524A JP2002115640A JP2002115640A JP2003311524A JP 2003311524 A JP2003311524 A JP 2003311524A JP 2002115640 A JP2002115640 A JP 2002115640A JP 2002115640 A JP2002115640 A JP 2002115640A JP 2003311524 A JP2003311524 A JP 2003311524A
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謙治 岩本
Yosuke Tsuritani
洋輔 釣谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム合金をドライ切削しても溶着が
少なく、長寿命を保ち、かつ表面性状も良好な加工が可
能な超硬ボールエンドミルを提供。 【解決手段】 中心軸１４を含みボール部先端１１の中
心部分における切れ刃５と平行になる平面上に、ボール
部１におけるスクイ面８と切り屑排出溝７との交線１０
を投影した際、平面上に投影された交線は凸型Ｒ曲線ま
たは直線とし、交線のボール部の頂点１１と他端１２と
を結ぶ直線１５と中心軸１４とのなす角度θを３０°〜
５０°とし、スクイ面と切り屑排出溝とのなす角度αを
１００°〜１５０°とし、切り屑排出溝の直角方向幅β
をボール部のボール半径の０．５倍〜５倍とする。さら
に、刃部の第一層に炭化チタン（ＴｉＣ）等のコーティ
ング膜を形成し、第二層にダイヤモンドに以た物性を持
つ炭化珪素系の非晶質膜（ＳｉＣ／Ｃ）等のコーティン
グ膜を付加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，アルミニウム合
金加工用超硬ボールエンドミルに関し、さらに、ドライ
加工できる超硬ボールエンドミルの形状およびコーティ
ング膜の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超硬ボールエンドミルでアルミニ
ウム合金を加工する際、工具への溶着を防止するため、
潤滑作用を高める水溶性の切削油剤を給油しながら加工
するのが常であった。しかしながら、近年、水溶性切削
油剤の腐敗性や産業廃棄物としての処理の難しさから、
超硬ボールエンドミルによるアルミニウム合金に対する
切削油剤を使用しない、いわゆるドライ加工の要求が高
まってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】超硬ボールエンドミル
でアルミニウム合金を切削する際に問題になるのは、工
具切れ刃への溶着である。従来の超硬ボールエンドミル
工具では、ドライ加工する際アルミニウム合金の溶着が
著しく、一度溶着が始まると、切れ刃刃溝が一瞬にして
被削材によって埋まり、それでも強制的に加工を続ける
際は加工面を極度に悪化させる、また、最悪は工具が折
損し切削不能に陥るケースがあった。一方、スクエアタ
イプの超硬エンドミルでは、「特開２００１−２９３６
１１」で公開されているように、動摩擦係数の小さいコ
ーティング膜を施し耐溶着性を向上させることによって
アルミニウム合金のドライ加工を実現している。
【０００４】しかしながら、図４に示す従来のボールエ
ンドミル形状にこれと同様のコーティング被膜を施して
も、ボール部の切り屑排出溝７の空間が狭いため、ボー
ル部先端に切り屑詰まりが発生してしまい加工不可能な
状態に陥ってしまうという問題があった。本発明の課題
は，かかる従来技術の問題に鑑みてアルミニウム合金を
ドライ切削しても溶着が少なく、長寿命を保ち、かつ表
面性状も良好な加工が可能な超硬ボールエンドミルを提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は研究の結
果、アルミニウム合金等の軟質非鉄金属材料を切削加工
する際に使用するボールエンドミルにおいては、ボール
部の切り屑排出溝を広くすることにより、溶着が少なく
あるいは無くなることを知得した。さらに、切り屑排出
溝を広くすると、工具剛性の低下が懸念されるが、アル
ミニウム合金等の非鉄金属の切削加工においては、切削
抵抗が鉄系材料の場合と比較して低いことに着目した。
そこで、本発明者等は切り屑排出溝を広くする一方、ア
ルミニウム合金等の軟質非鉄金属材料に対する剛性、強
度を確保する形状、寸法等にすることによって、理想的
なアルミニウム加工用の超硬ボールエンドミルを得られ
ることを知得した。この知得により、請求項１に係る本
発明においては、超硬ボールエンドミルの中心軸を含み
ボール部先端の中心部分における切れ刃と平行になる平
面上に、ボール部におけるスクイ面と切り屑排出溝との
交線を投影した際、前記平面上に投影された交線は凸型
Ｒ曲線または直線であり、前記平面上に投影された前記
交線のボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と前記中心軸
とのなす角度θが３０°〜５０°とされ、さらに、前記
交線に垂直な面において、前記スクイ面と前記切り屑排
出溝とのなす角度αが１００°〜１５０°の範囲にあ
り、かつ前記垂直な面において前記切り屑排出溝の直線
部分の前記垂直な面に対する直角方向幅βが前記ボール
部のボール半径の０．５倍〜５倍とした超硬ボールエン
ドミルを提供することにより上記課題を解決した。
【０００６】即ち、投影面上のスクイ面と切り屑排出溝
との交線を凸型Ｒ曲線または直線とし、さらに、交線の
ボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と中心軸とのなす角
度θが３０°未満では、剛性が不足し過ぎ、５０°超で
は切り屑が排出しにくくなるので、交線のボール部の頂
点と他端とを結ぶ直線と中心軸とのなす角度θを３０°
〜５０°とした。特に、交線に垂直な面においてスクイ
面と切り屑排出溝とのなす角度αが１００°未満では、
スクイ面に対して切り屑排出溝底面が切り立ってきて切
り屑が移動しにくくなり、１５０°超では、切れ刃エッ
ジ強度が低下するので、スクイ面と切り屑排出溝とのな
す角度αを１００°〜１５０°の範囲とした。また、垂
直な面に対する直角方向幅βがボール半径の０．５倍未
満では、排出溝が小さくなりすぎ、５倍超では全体強度
が弱くなるので、切り屑排出溝の直線部分の垂直な面に
対する直角方向幅βをボール部のボール半径の０．５倍
〜５倍とした。
【０００７】かかる構成により、切り屑排出溝を広げ、
良好な切り屑排出性を得ると共に、十分な刃剛性を有す
るものとなり、アルミニウム合金のセミドライ、ウエッ
ト加工の加工性能が向上させる。さらに、請求項２の発
明においては、前記超硬ボールエンドミルの刃部に、第
一層に炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化アルミチタン（Ｔ
ｉＡＩＮ）コーティング膜を形成し、その上にダイヤモ
ンドに似た物性を持つ炭化チタン系（ＴｉＣ／Ｃ），ダ
イヤモンドに以た物性を持つ炭化珪素系の非晶質膜（Ｓ
ｉＣ／Ｃ），炭化系クロム膜（ＣｒＣ／Ｃ），又は炭化
系ホウ素膜（ＢＣ／Ｃ）の第二層コーティング膜を付加
した超硬ボールエンドミルとした。これにより、さら
に、セミドライ、ウエット加工能力が向上し、さらに
は、ドライ加工も可能なボールエンドミルを提供するも
のとなった。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示す
２枚刃超硬ボールエンドミルの（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面拡大図、図２は、図１に示す超硬ボールエンドミ
ルの先端部分のＰ矢視図である。図１、２において、ボ
ール部１に続いて外周刃部２が設けられ棒状のシャンク
部３が設けられている。ボール部１、外周刃部２には切
れ刃が設けられ、ボール部切れ刃エッジ５、外周刃部切
れ刃エッジ６が設けられている。切れ刃の設けられた軸
方向には符号４で示す刃部が形成されている。切れ刃エ
ッジ５を形成するスクイ面８に隣接して切り屑排出溝７
が設けられている。刃径９はφ６であり、ボール部１の
ボール半径は３ｍｍである。ボール部におけるスクイ面
８と切り屑排出溝７との交線１０は凸型Ｒ曲線または直
線であり、曲線あるいは直線の一端はボール部の頂点
（ボール部先端）１１を通り、この点１１と他端１２と
を結ぶ線と該ボールエンドミルの中心軸１４とのなす角
度θが３０°〜５０°の範囲としている。１３は外周刃
部切れ刃エッジ６の外周刃スクイ面であり、交線１０の
他端１２は外周刃スクイ面１３の縁に達している。図３
は本発明の実施の形態を示す超硬ボールエンドミルのボ
ール部スクイ面８と切り屑排出溝７との交線１０に垂直
な面であって、図２においてＢ−Ｂ線に沿う断面図であ
る。ボール部１におけるスクイ面８と切り屑排出溝７と
のなす角度αを１００°〜１５０°、切り屑排出溝７の
直線部分の垂直な面に対する直角方向幅βをボール半径
の０．５倍〜５倍の範囲としている。
【０００９】また、本発明の実施の形態に係る本発明品
の超硬ボールエンドミルは、母材には，ＷＣ９４．４
％，Ｃｏ５％，その他０．６％の超微粒子超硬合金を使
用し，図１に示す刃部４の範囲で点で示すように、第一
層に炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化アルミチタン（Ｔｉ
ＡＩＮ）コーティング膜を形成して耐摩耗性を確保した
のち、その上にダイヤモンドに似た物性を持つ炭化珪素
系の非晶質膜（ＳｉＣ／Ｃ）の第二層コーティング膜を
付加しアルミニウム合金に対する耐溶着性を向上させて
いる。一方、比較する従来品の超硬ボールエンドミルの
母材には，ＷＣ９０％，Ｃｏ８．５％，その他１．５％
の超微粒子超硬合金を使用した。なお、従来品において
は切れ刃部の表面にコーティング等は施していない。な
お、本発明の実施の形態ではコーティング被膜を施して
いるが、例えば切削油剤を使用する等して切れ刃への被
削材の溶着の程度が実用上問題が無ければ表面処理を施
さない無処理のまま使用してもよいのは言うまでもな
い。
【００１０】
【実施例】前述した実施の形態に示した切り屑排出溝を
広くしたボール部の溝形状および耐摩耗性と耐溶着性を
向上させるコーティング被膜を施した本発明の超硬ボー
ルエンドミルと従来品の図４に示す超硬無処理ボールエ
ンドミルとの比較テストを行った。なお、図４には、前
述した説明と同様な部分については、同符号を付し説明
を省略する。被削材圧延アルミＡ５０５２を切削速度４
７２ｍ／ｍｉｎ（回転数２５，０００ｍｉｎ-1）、テー
ブル送り速度３，０００ｍｍ／ｍｉｎ（ｆ＝０．０６ｍ
ｍ／ｔ），軸方向の切り込み０．２ｍｍ，ピックフィー
ド０．２ｍｍで彫り込み加工（全長１６２ｍｍ、全幅１
２ｍｍ、切削長３０ｍ）をドライ切削により実施した。
その加工結果を図５に示す。図５（ａ）は本発明品によ
る加工結果を示し、工具の切れ刃にほとんど溶着が発生
することなくドライ切削による加工が実現し、かつ滑ら
かで光沢のある加工面が得られた。これに対し、図５
（ｂ）は従来品の加工結果を示し、ボールエンドミルの
刃先に切り屑詰まりが発生し加工不能となった。加工面
もむしれ面となり悪い。
【００１１】次に、水溶性クーラントによるウェット加
工および外部ミスト給油によるセミドライ加工につい
て、同じ切削条件により発明品、従来品それぞれに対し
てテストを行った。その結果を加工面性状の良い順に示
したものを図６に示す。セミドライによる本発明品が最
もよく、ウエットによる本発明品、従来のセミドライ、
本発明品のドライ加工の順であり、切削油剤を使用した
場合においても本発明品の加工面性状が従来品のものに
勝り、さらに、本発明品のドライ加工の方が従来品のウ
ェット加工よりも加工面性状の良いものを得ることがで
きた。なお、従来のものは全くドライ加工はできなかっ
た。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
アルミニウム加工に応じた剛性を確保しながら、従来品
に対してボール部の切り屑排出溝の空間を大きくし、さ
らには、耐摩耗性および耐溶着性を向上させるコーティ
ング被膜を施したことによって、従来不可能であったボ
ールエンドミルによるアルミニウム合金のドライ切削が
可能になり、さらには切れ刃への溶着が少なく長寿命を
保ち、かつ表面性状も良好な加工が可能となった。ま
た、高速加工が可能であり、かつ切削油剤を使用しない
ためにコストダウンが図られ、対環境性も向上する等の
効果を奏するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明品の実施の形態を示す２枚刃超硬ボール
エンドミルの（ａ）は正面図、（ｂ）は側面拡大図であ
る。
【図２】図１のＰ矢視図であって、ボール先端部の部分
拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す超硬ボールエンドミ
ルのボール部スクイ面と切り屑排出溝との交線に垂直な
断面であって、図２のＢ−Ｂ間の断面図である。
【図４】従来品の２枚刃超硬ボールエンドミルの（ａ）
は正面図、（ｂ）は側面拡大図である。
【図５】本発明品と従来品の切削試験結果の比較であ
り、（ａ）は本発明品、（ｂ）は従来品である。
【図６】本発明品と従来品の切削試験結果の比較であ
り、切削油剤を使用した場合、ドライ加工の場合等の加
工面性状を比較したものであり、加工面性状の良い順に
並べたものである。
【符号の説明】
１ ボール部 ５ ボール部切れ刃（切れ刃エッジ） ７ （ボール部）切り屑排出溝 ８ （ボール部）切れ刃スクイ面 １０ ボール部の切れ刃スクイ面と切り屑排出溝との交
線 １１ ボール部頂点（ボール部先端） １２ 他端 １４ 中心軸 １５ ボール部頂点と他端とを結ぶ直線 α ボール部のスクイ面と切り屑排出溝とのなす角度 β ボール部切り屑排出溝の直線部分の垂直な面に対
する直角方向幅 θ 平面上に投影された交線のボール部の頂点と他端
とを結ぶ直線と中心軸と のなす角度

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超硬ボールエンドミルの中心軸を含みボ
    ール部先端の中心部分における切れ刃と平行になる平面
    上に、ボール部におけるスクイ面と切り屑排出溝との交
    線を投影した際、前記平面上に投影された交線は凸型Ｒ
    曲線または直線であり、前記平面上に投影された前記交
    線のボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と前記中心軸と
    のなす角度θが３０°〜５０°とされ、さらに、前記交
    線に垂直な面において、前記スクイ面と前記切り屑排出
    溝とのなす角度αが１００°〜１５０°の範囲にあり、
    かつ前記垂直な面において前記切り屑排出溝の直線部分
    の前記垂直な面に対する直角方向幅βが前記ボール部の
    ボール半径の０．５倍〜５倍であることを特徴とする超
    硬ボールエンドミル。
  2. 【請求項２】 前記超硬ボールエンドミルの刃部に、第
    一層に炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化アルミチタン（Ｔ
    ｉＡＩＮ）コーティング膜を形成し、その上にダイヤモ
    ンドに似た物性を持つ炭化チタン系（ＴｉＣ／Ｃ），ダ
    イヤモンドに以た物性を持つ炭化珪素系の非晶質膜（Ｓ
    ｉＣ／Ｃ），炭化系クロム膜（ＣｒＣ／Ｃ），又は炭化
    系ホウ素膜（ＢＣ／Ｃ）の第二層コーティング膜を付加
    したことを特徴とする請求項１に記載の超硬ボールエン
    ドミル。
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