JP2005040871A - ブローチ及びブローチ加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬度がＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物の切削加工にあたり、工具寿命の低下を抑制し良好な加工面粗さが確保できるブローチ及びブローチ加工方法を提供する。
【解決手段】ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する複数列の切り刃を有するブローチ１であって、切り刃１０を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金で、少なくとも切り刃１０の刃先１４と逃げ面１５が硬質皮膜１６でコーティングされ、かつ切り刃１０のすくい角αを−１０°〜０°に設定する。
【選択図】 図８
【解決手段】ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する複数列の切り刃を有するブローチ１であって、切り刃１０を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金で、少なくとも切り刃１０の刃先１４と逃げ面１５が硬質皮膜１６でコーティングされ、かつ切り刃１０のすくい角αを−１０°〜０°に設定する。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物を所要の断面形状に仕上げ切削加工するブローチ加工において、特にＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の焼入材による被加工物の切削加工に使用されるブローチ及びブローチ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼入材による被加工物の仕上げ加工用のブローチとしては、切削加工時にブローチの切削加工方向に対して、ブローチに高周波または数十Ｈｚの低周波等の微少振動を与えながら切削加工するいわゆるバイブレーションブローチが知られている。
【０００３】
また、高硬度材切削加工用のブローチとしては、切り刃に超微粒子系超硬合金を用い、切り刃のすくい角を−１８°〜３°に設定すると共に切り刃にねじれを付与して被加工物への喰い付きや切り味を良好にし、かつ硬質皮膜をコーティングすることによって摩擦係数を下げてアブレシブ摩耗やチッピング等の異常摩耗を抑制するＨＲＣ３５〜ＨＲＣ５５相当の高硬度材加工用ブローチが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、超微粒子系超硬合金を用い、切り刃のすくい面と、刃先と、逃げ面とを硬質皮膜でコーティングし、かつ切り刃のすくい角を−１０°〜−３０°に設定してＨＲＣ４５〜ＨＲＣ６５相当の焼入材を４０ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎの切削速度で切削加工するブローチや、同様にＨＲＣ４５〜ＨＲＣ６５相当の焼入材を切削加工するにあたり、切り刃のすくい面を除いて刃先と、逃げ面とを硬質皮膜でコーティングし、かつ切り刃のすくい角を＋１５°〜−１０°に設定して３ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎの切削速度で切削加工するブローチが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１９５２２８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３９４２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ブローチに微少振動を与えながら切削加工するバイブレーションブローチにおいては、そのブローチの仕上げ代が一般に５０μｍ程度以下と小さく、ブローチ自体の熱処理の際に発生する熱処理ひずみは６０μｍ以上あるのが一般的であり、その仕上げ加工されたブローチに熱処理ひずみが残存して加工面粗さに影響し、かつ被加工物の切削加工に多くの加工時間を要して効率的なブローチ加工ができないことが懸念される。
【０００７】
また、特許文献１に開示されたブローチにおいては、刃先にねじれを有するために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ず、かつ高硬度、例えばＨＲＣ５５以上の焼入材を切削加工するとチッピングが発生して工具寿命が低下し、加工精度が確保できないことが懸念される。
【０００８】
特許文献２に開示されたブローチにおいては、切り刃のすくい角を−１０°〜−３０°に設定することによってＨＲＣ４５〜ＨＲＣ６５相当の焼入材の切削加工を長寿命でかつ高精度で加工することが提案されているが、すくい角が小さく工具寿命が低下することが懸念される。
【０００９】
本発明者等は、更に高硬度、特にＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材からなる被加工物の仕上げ切削加工においてブローチ形状、硬質皮膜、切削条件等について鋭意実験及び研究した結果、ブローチの熱処理ひずみ等を完全除去すると共に切り刃のすくい角を適切に設定することで工具寿命の低下を低減し、良好な加工面粗さが得られ、かつ効率的な切削加工ができるブローチ及びブローチ加工方法を知得した。
【００１０】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の第１の目的は、硬度がＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物の仕上げ切削加工にあたり、工具寿命の低下を抑制し、良好な加工面粗さが確保でき、効率的な仕上げ切削加工が可能なブローチを提供することにある。
【００１１】
また、第２の目的は該ブローチを用いた良好な加工面粗さが確保でき、効率的な仕上げ切削加工が可能なブローチ加工方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１目的を達成する請求項１に記載のブローチの発明は、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する少なくとも複数列の切り刃を有するブローチにおいて、上記切り刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも上記切り刃の刃先及び逃げ面が硬質皮膜でコーティングされ、かつ切り刃のすくい角が−１０°〜０°であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によると、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工するブローチのすくい角が−１０°より小さいと加工面粗さが悪化し、かつ工具寿命が低下する一方、すくい角が０°より大きくなると切り刃の強度が低下してチッピング等が発生するが、すくい角を−１０°〜０°に設定することにより良好な加工面粗さが確保でき、かつ刃先の強度が確保できて工具寿命の低下が低減して効率的な仕上げ切削加工が可能になる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１のブローチにおいて、上記超微粒子系超硬合金は、粒径１μｍ以下のＷＣの微粉末を１２％以下のＣｏをバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金であって、上記硬質皮膜は、酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によると、切り刃を粒径１μｍ以下のＷＣ（タングステンカーバイト；炭化タングステン）の微粉末を１２％以下のＣｏ（コバルト）をバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金で構成し、酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎの硬質皮膜でコーティングすることで温度上昇による切り刃の強度低下が抑制できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のブローチにおいて、切り刃の逃げ角が、１°〜５°であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によると、切り刃の逃げ角を１°〜５°に設定することにより、良好な加工面粗さを確保しつつ、逃げ面のこすり圧による摩耗の発生が抑制されると共に切り刃の強度が確保できて工具寿命の低下を低減できる。
【００１８】
請求項４に記載発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のブローチにおいて、上記複数列の切り刃内において最終仕上げ刃群以外の切り刃の切削幅が、０．２ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明によると、切り刃の切削幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍに設定することで、切削効率を確保しつつ、切削幅方向の両端側におけるＶＢ摩耗を抑制して工具寿命の低下を低減できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかのブローチにおいて、上記複数列の切り刃内において最終仕上げ刃群の切り刃は、切削方向前側の切り刃に対し後側の切り刃における切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍで２刃以上配列されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５の発明によると、仕上げ刃群において、切削方向前側の切り刃に対し後側の切り刃における切り込み方向のバラツキ量を０μｍ〜４μｍで２刃以上配列することで、被加工物の加工寸法精度のバラツキが抑制されて、良好な切削加工が得られる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５いずれかのブローチにおいて、上記切り刃の切り込み量が、５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明によると、切り刃の切り込み量が５μｍより小さいと切り込まず、次に連続する切り刃の負担が増大して工具寿命を低下させ、切り込み量が１５μｍを越えると切削荷重が増大して工具寿命の低下を招くが、切り込み量を５μｍ〜１５μｍに設定することで、切り刃の負担が軽減されると共に、切削荷重及び切削温度の上昇が抑制され工具寿命が向上する。
【００２４】
上記第２の目的を達成する請求項７に記載のブローチ加工方法の発明は、上記請求項１〜６のブローチによって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工することを特徴とする。
【００２５】
請求項７の発明によると、切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工することで、良好な加工面粗さ確保すると共に、切削温度の上昇による刃先の強度低下に起因する摩耗を抑制して工具寿命の低下を抑制しつつ経済的な切削速度が確保できる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項７のブローチ加工方法において、上記切り刃に水溶性切削油が付着した状態で、該切り刃に植物性油脂系切削油をミスト状でスプレーして切削加工を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項８の発明によると、ブローチに付着した切屑を洗い流した際の水溶性切削油が付着した状態で、良好な加工面粗さを確保しつつ、植物性油脂系切削油をミスト状で切り刃にスプレー供給して切削加工することで切削加工の効率化及びコストの低減が期待できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下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ブローチの側面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は切り刃の軸直角断面図、図４は図１のブローチによる切り刃の歯形部による切削加工前の被加工物の形状と切削加工後における被加工物の形状を示す説明図、図５は同じく大径部による切削加工前の被加工物の形状と切削加工後における形状を示す説明図、図６は図３のＢ−Ｂ線断面図、図７は図３のＣ−Ｃ線断面図、図８は図１における切り刃部の側面拡大図である。
【００２９】
図１に示すようにブローチ１は、その一端にはブローチ１を切削加工方向Ｆに引くための前掴み部２、前案内部３、切削刃部４、後案内部８が順に設けられ、他端にブローチ１を引き戻すための後掴み部９が設けられている。切削刃部４は、熱処理された焼入材によって形成された被加工物の熱処理ひずみを除去する荒削りのための荒削刃群５と所定の最終形状寸法に加工する仕上げ刃群６とで構成され、仕上げ刃群６の中で特に精度良く仕上げ加工を行う最終仕上げ刃群７が構成されている。
【００３０】
図１及び図２に示すように切削刃部４の荒削刃群５及び仕上げ刃群６には周方向及び軸方向に複数列の切り刃１０が配列されている。これらの切り刃１０により被加工物を仕上げ切削加工、即ちブローチ加工する。
【００３１】
切り刃１０は、仕上げ代を６０μｍより大きくして切り刃１０自体の熱処理に伴って生じた熱処理ひずみを完全に除去して形成され、図３に示すように歯形部１１と大径部１２を有している。図３において符号１１ａが歯形部１１の切削幅で、１２ａが大径部１２の切削幅である。図４における実線１１ｃが歯形部１１による切削加工前の被加工物の形状を示し、かつ二点鎖線１１ｄが歯形部１１による切削加工後の被加工物の形状を示し、ｔがその切削加工における切り込み量を示している。同様に図５における実線１２ｃが大径部１２による切削加工前の被加工物の形状を示し、かつ二点鎖線１２ｄが大径部１２による切削加工後の被加工物の形状を示し、ｔがその切削加工における切り込み量を示している。
【００３２】
切り刃１０は、図６乃至図８に示すように、すくい面１３と、刃先１４と、逃げ面１５とが設けられ、ブローチ１の軸直角方向とすくい面１３の角度αがすくい角、軸方向と逃げ面１５の角度βが逃げ角である。
【００３３】
［ブローチの工具材質及び硬質皮膜］
ここで、ブローチ１による切削加工にあたり、発明者等の実験等により切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎで切り刃１０による切り込み量ｔが５μｍ〜５０μｍでは、切削温度が４００℃から９００℃まで変化することが確認される一方、超微粒子系超硬合金は、温度が上昇するに伴って強度が低下することから、それに適した超微粒子系超硬合金や硬質皮膜を使用することが重要である。
【００３４】
このために、本実施の形態において、各切り刃１０は、その工具材質が、例えば粒径１μｍ以下のＷＣ（タングステンカーバイト；炭化タングステン）の微粉末を１２％以下のＣｏ（コバルト）等をバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金によって形成し、かつ、すくい面１３、刃先１４、逃げ面１５を酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎ等の硬質皮膜１６によってコーティングしている。
【００３５】
［ブローチ切り刃形状］
「すくい角」
切り刃１０の形状を設定するにあたり、すくい角αが−１０°より小さくなると加工面粗さが悪化し、かつ工具寿命が低下すると共に逃げ面１５側にコーティングされた硬質皮膜１６の部分に進行方向、即ち切削加工方向Ｆの圧縮応力が過大になり、硬質皮膜１６に割れが発生して工具寿命が低下する。また、すくい角αが０°より大きくなると刃先１４の肉厚の減少に伴って切り刃１０の強度が低下して、チッピング等が発生することから、すくい角αを−１０°〜０°の範囲に設定する。
【００３６】
（実験１）
上記ブローチ１において、切り刃１０の、すくい面１３、刃先１４、逃げ面１５に上記硬質皮膜１６をコーティングした、すくい角αが１０°、０°、−３°、−５°、−７°、−１０°、−１５°の各切り刃１０を備えた７種類のブローチと、すくい面１３に硬質皮膜１６がコーティングされてない、すくい角αが、１０°、０°、−３°、−５°、−７°、−１０°、−１５°の切り刃１０を備えた７種類のブローチにより、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を上記切削速度３５μｍ〜８０ｍ／ｍｉｎの範囲内で切削加工した。この切削加工において工具の寿命判定基準となる切削長の判定は、刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００３７】
その結果を図９及び図１０に示す。図９はすくい角αと加工面粗さとの関係、図１０はすくい角αと切削長との関係を示す実験結果である。
【００３８】
図９に示す、すくい角αと加工面粗さとの関係において、すくい面１３に硬質皮膜１６がコーティングしてあるときと、すくい面１３に硬質皮膜１６がコーティングされていないときでの加工面粗さには差異はなく、この加工粗さの差異は、刃先１４の丸みの違いであることが確認された。図１０に示すように上記切削速度範囲内においては、すくい面１３及び逃げ面１５に硬質皮膜１６をコーティングした場合では、逃げ面１５に硬質皮膜１６の剥離が多く発生した。これはすくい角αが−１０°より小さい範囲において、特にすくい角αが小さいネガティブ側（−方向）で顕著に発生しＶＢ摩耗量が急激に増大して、工具寿命が低下することが確認された。
【００３９】
一方、すくい面１３に硬質皮膜１６のコーティングがないときには、刃先１４から摩耗が進行し、すくい角αが０°より大きいと早期にチッピング等が発生する。また、すくい角αが−１０°より小さいネガティブすくい角では、こすり圧によるＶＢ摩耗の進行が早い。
【００４０】
よって、ブローチ１によりＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、切削速度３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎで切削加工するには、切り刃１０のすくい角αが−１０°〜０°の範囲において良好な加工面粗さで、かつ経済的に切削加工ができる。また、少なくとも切り刃１０の刃先１４及び逃げ面１５を硬質皮膜１６でコーティングする。
【００４１】
「逃げ角」
切り刃１０の逃げ面１５が、リリーフ角である逃げ角βが０°であるストレートランドの部分を有しない逃げ面であって、その逃げ角βが０．５°以下であると、被加工物の加工面粗さが悪化し、逃げ面１５のこすり圧により被加工物に焼けが発生する。また、逃げ角βが１°未満であるとこすり圧により摩耗が発生して工具寿命が低下する。一方、逃げ角βが５°より大きいと、すくい面１３と逃げ面１５によって決定される刃先１４の肉厚が減少して刃先１４の強度が低下し、チッピングが発生する。また、逃げ角βが大きいと、すくい面１３を研削して刃先１４を研ぎ直す再研削に従って次第に刃厚が小さくなり、切り刃１０により許容される切削加工可能数が低下して経済的に好ましくないことから、逃げ角βを１°〜５°の範囲に設定する。
【００４２】
（実験２）
実験１において良好であった、すくい角αが０°、−３°、−５°、−７°、−１０°でかつ逃げ角βが０．５°、１°、１．５°、２．５°、３°、５°の切り刃１０を備えたそれぞれのブローチにより、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの範囲内で切削加工した。この切削加工において工具の寿命判定基準となる切削長の判定は、実験１と同様に刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００４３】
その結果を図１１及び図１２に示す。図１１は逃げ角βと加工面粗さとの関係、図１２は逃げ角βと切削長との関係を示す実験結果である。図１１において、逃げ角βは０．５°以下であると加工面粗さが低下すると共に、逃げ面１５によるこすり圧により被加工物に焼けが発生することが確認された。また、図１２において、逃げ角βが１°より小さいと、逃げ面１５によるこすり圧による摩耗の発生が激しくなり、工具寿命が低下することが確認できた。
【００４４】
一方、逃げ角βが５°より大きいと、上記したように刃先１４の肉厚が減少して刃先１４の強度が低下してチッピングが発生する等の不具合が懸念される。
【００４５】
よって、ブローチ１によりＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の被加工物を、切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎで切削加工するには、切り刃１０のすくい角αを−１０°〜０°の範囲で設定し、かつ逃げ角βの設定は、１°〜５°の範囲で加工精度が良く、かつ経済的に切削加工ができる。
【００４６】
「切削幅」
切り刃１０の歯形部１１の切削幅１１ａ及び大径部１２の切削幅１２ａが大きくなると切削抵抗が大きくなり、歯形部１１及び大径部１２の切削幅方向両端側に発生するＶＢ摩耗の進行が急激になり、工具寿命が低下することが懸念される。一方、切削幅１１ａ及び１２ａを過小にすると切削効率が低下することから、特に良好な仕上げ加工精度を確保するための最終仕上げ刃群７以外の切り刃１０の切削幅１１ａ及び１２ａを０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲に設定する。
【００４７】
（実験３）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の被加工物を、切り刃１０がそのすくい面１３に硬質皮膜のコーティングが無く、歯形部１１及び大径部１２の切り込み量ｔが１２μｍ、逃げ角βが２．５°の切り刃１０を軸方向に４０枚備え、歯形部１１及び大径部１２の切削幅１１ａ、１２ａが０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの７種類のブローチによって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎの範囲で切削加工してそれぞれの切削長を判定した。この切削加工において工具寿命の判定基準となる切削長の判定は、刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００４８】
その結果を図１３に示す。図１３は切削幅と切削長との関係を示す実験結果である。図１３において、切削幅１１ａ、１２ａが２ｍｍを越えると、その切削幅方向の両端側におけるＶＢ摩耗の進行が急激に大きくなり、工具寿命の低下が確認できた。
【００４９】
よって、切削幅１１ａ及び１２ａを過小にすると切削効率が低下することを考慮して、切削幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲に設定することによって、工具寿命を確保して経済的に切削加工ができる。なお、ブローチ１は、切り刃１０を千鳥状に配置することも、また切り刃１０に切削時の切りくずを分割するためのニックを設けることもできる。
【００５０】
「最終仕上げ刃」
仕上げ刃群６の中で特に良好な仕上げ加工精度を確保するための最終仕上げ刃群７において、切り刃１０を切削加工方向に複数配列することによって被加工物の加工寸法精度のバラツキが抑制されて安定する。この最終仕上げ刃群７における切削加工方向Ｆに配列される切り刃１０の数は、設備によるブローチ１の加工ストローク及びブローチ１の全長によって制限され、通常最大１０刃程度に設定される。ここで、最終仕上げ刃群７において、切削加工方向Ｆに隣接する切り刃１０は、切削加工方向Ｆにおける前側の切り刃１０に対し後側の切り刃１０が、切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍの範囲で２刃以上配列されている。
【００５１】
（実験４）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、最終仕上げ刃群７において切削加工方向Ｆに配列される切り刃１０が１刃、隣接する切り刃１０の切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍで配列された切り刃１０が２刃、３刃、４刃のそれぞれのブローチ１により切削加工し、被加工物に切削加工された溝に予め設定された種々の外径を有する基準ボールを接触させて、その内径を計測した。
【００５２】
その結果を図１４に示す。図１４は切削加工方向Ｆに沿って配列された切り刃１０の数、即ち最終仕上げ刃数と切削加工された溝の寸法バラツキとの関係を示す実験結果である。図１４において、切り刃１０が１刃のブローチによる切削加工された溝寸法はバラツキが大きい。一方、切り刃１０を２刃以上配列することによって溝寸法のバラツキが抑制され寸法精度が確保でき、良好な切削加工が得られることが確認できた。
【００５３】
最終仕上げ刃群７において、切削加工方向Ｆで隣接する切り刃１０は、切削加工方向Ｆにおいて前側の切り刃１０に対し後側の切り刃１０が切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍの範囲で、切削加工方向Ｆに沿って複数配列することにより、被加工物の加工寸法精度のバラツキが抑制されて、良好な仕上げ切削加工が得られる。
【００５４】
［切り込み量］
ブローチ１による切削加工にあたり、その切り刃１０の切り込み量ｔは、チッピング発生の大きな要因である。ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を仕上げ切削加工する際に、切り刃１０の切り込み量が５μｍより小さいと切り込まず、その切り刃１０に連続する次の切り刃１０の負担が過大になり、チッピングの発生原因となり、工具寿命の低下を招く要因となる。一方、切り刃１０の切り込み量が１５μｍを越えると著しく切削荷重が増大して切削温度が上昇し、チッピングが発生して工具寿命の低下を招く原因となる。また、切削温度の上昇に伴って刃先１４の温度が上昇して摩耗が激しくなり切削能率が低下する。
【００５５】
そこで、切り刃１０の負担を軽減すると共に、切削荷重及び切削温度の上昇を抑制して工具寿命を確保するために切り刃１０の切り込み量を５μｍ〜１５μｍの範囲に設定する。
【００５６】
（実験５）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、切り刃１０のすくい角αを−１０°〜０°の範囲でかつ逃げ角βを１°〜５°の範囲のブローチ１によって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの範囲で、種々の切り込み量ｔで切削加工した。この切削加工において工具寿命の判定基準となる切削長の判定は、刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００５７】
その結果を図１５に示す。図１５は切り込み量と切削長との関係を示す実験結果である。図１５において、切り込み量ｔが５μｍより小さいと切り込まず、切り刃１０の切り込み量が１５μｍを越えると著しく切削荷重が増大して切削温度が上昇し、チッピングが発生して工具寿命の低下を招くことが確認できた。
【００５８】
そこで、切り刃１０の切り込み量を５μｍ〜１５μｍの範囲に設定することで、切り刃１０の負担を軽減すると共に、切削荷重及び切削温度の上昇を抑制して工具寿命を確保する。
【００５９】
［切削速度］
ブローチ１による切削加工において、切削速度が過小であると被加工物の加工面が粗く、早期にチッピングが発生すると共に経済的でない。一方、切削速度が過大であると切削荷重が増大して切削温度が上昇し、チッピングが発生して工具寿命の低下を招く原因となる。また、切削温度の上昇に伴って刃先１４の温度が上昇して刃先１４の強度低下に起因して摩耗が激しくなり切削効率が低下する。そこで加工面粗さが良好で工具寿命が確保できる経済切削速度として切削速度を３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎの範囲に設定する。
【００６０】
（実験６）
すくい角αが−７°の切り刃１０を備えたそれぞれのブローチにより、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を種々の切削速度で切削加工した。この切削加工において工具寿命の判定基準となる切削長の判定は刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００６１】
その結果を図１６及び図１７に示す。図１６は切削速度と加工面粗さとの関係、図１７は切削速度と切削長との関係を示す実験結果である。図１６に示されるように、切削速度が６ｍ／ｍｉｎでは被加工物の加工面が粗く、早期にチッピングが発生する。また、３５ｍ／ｍｉｎ以上では良好な加工面粗さが得られた。一方、図１７に示すように切削速度が７５ｍ／ｍｉｎを越えると切削温度が上昇して刃先１４の強度低下に起因して摩耗が激しくなると共に、チッピングが発生して工具寿命の低下が確認されたが、加工面粗さは良好であった。
【００６２】
従って、加工面粗さが良好で工具寿命が確保できる経済切削速度として切削速度を３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎの範囲に設定する。
【００６３】
［切削油］
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物をブローチ１により切削加工すると、１ｍｍ以下の切屑がブローチ１に付着し、その切屑がブローチ１に付着した状態で加工すると、チッピングの原因となり、ブローチ１に付着した切屑を円滑に除去する必要がある。ここで、一般にブローチに付着した切屑は、エア等の吹き付けでは短時間で十分に除去することが困難であり、ソリュブル系やソリューション系の原液を水にて１０〜５０倍に希釈した水溶性切削油等をブローチ１に供給して洗い流す。そして、水溶性切削油によって切屑が洗い流されたブローチ１には、水溶性切削油が付着した状態であることから、切り刃１０にエア等を吹き付けて水溶性切削油を除去した後に、切り刃１０に植物性油脂系の切削油（例えば商品名：ブルーベＬＢ−１）をミスト状にスプレーして切削加工を行うことによって、切り刃１０の切削油を確保している。
【００６４】
しかし、ブローチ１に付着した水溶性切削油をエア等の吹き付けによって除去するのは、厄介でかつエア等の使用によりコスト増大の要因となる。そこで、切屑の洗浄に使用した水溶性切削油が切り刃１０に付着した状態で、植物性油脂系切削油をミスト状にスプレーして切り刃１０に供給して切削加工を行う。
【００６５】
（実験７）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、すくい角αが−７°、逃げ角βが２．５°の切り刃１０を備えたブローチにより、切り刃１０に水溶性切削油が付着した状態と、水溶性切削油が付着した状態の切り刃１０に植物性油脂系の切削油をミスト状に５〜１５ｃｃ／ｈｏｕｒ／ノズルでスプレーした状態において、それぞれ切り込み量ｔが１０〜１５μｍで４０ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎの切削速度で切削加工したときの加工面粗さを確認した。
【００６６】
その実験結果を図１８に示す。図１８は切り刃１０に水溶性切削油が付着した状態と、水溶性切削油が付着した状態の切り刃１０に植物性油脂系の切削油をミスト状でスプレーした状態で切削加工したときの加工面粗さの実験結果である。
【００６７】
この実験結果より、ブローチ１に切屑を洗い流した際の水溶性切削油が付着した状態で、植物性油脂系切削油をミスト状で切り刃１０にスプレーして切削加工を行うことによって、良好な加工面粗さが得られ、厄介なエアの吹き付けによる水溶性切削油の除去が省略できて、ブローチ装置の簡素化が可能になると共にブローチ１による切削加工の効率化及びコストの低減が期待できる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では切り刃１０を含むブローチ１全体を超微粒子系超硬合金により一体形成したが、図１９に断面図を示すように、切り刃１０のみを超微粒子系超硬合金により構成し、前掴み部２、前案内部３、切削刃部４、後案内部８及び切り刃１０を保持するホルダが一体形成されたブローチ本体１ａに切り刃１０をろう付け等によって一体に結合することもできる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によると、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する少なくとも複数列の切り刃を有するブローチにおいて、切り刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも切り刃の刃先と逃げ面を硬質皮膜でコーティングし、かつ切り刃のすくい角が−１０°〜０°に設定することにより良好な加工面粗さを確保しつつ、刃先の強度の確保を図り、工具寿命を向上して効率的な仕上げ切削加工が可能になる。
【００７０】
また、上記切り刃のすくい角が−１０°〜０°に設定されたブローチよる切削速度を３５ｍ／ｍｉ〜７５ｍ／ｍｉｎに設定することで良好な加工面粗さ確保すると共に、切削温度の上昇による刃先の強度低下に起因する摩耗を抑制して工具寿命を向上しつつ経済切削速度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態におけるブローチの全体側面図である。
【図２】同じく、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同じく、切り刃の軸直角断面図である。
【図４】同じく、歯形部における切削加工前の被加工物の形状（実線１１ｃ）と切削加工後の被加工物の形状（二点鎖線１１ｄ）を示す説明図である。
【図５】同じく、大径部における切削加工前の被加工物の形状（実線１２ｃ）と切削加工後の形状（二点鎖線１２ｄ）を示す説明図である。
【図６】同じく、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】同じく、図３のＣ−Ｃ線断面図である
【図８】同じく、図１における切り刃部の側面拡大図である。
【図９】実験１におけるすくい角と加工面粗さの関係を示す実験結果である。
【図１０】実験１におけるすくい角と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１１】実験２における逃げ角と加工面粗さの関係を示す実験結果である。
【図１２】実験２における逃げ角と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１３】実験３における切削幅と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１４】実験４における最終仕上げ刃数と切削加工された被加工物の寸法バラツキの関係を示す実験結果である。
【図１５】実験５における切り込み量と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１６】実験６における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１７】実験６における切削速度と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１８】実験７における切削油と加工面粗さの関係を示す実験結果である。
【図１９】他の実施の形態の説明図である。
【符号の説明】
１ ブローチ
２ 前掴み部
３ 前案内部
４ 切削刃部
５ 荒削刃群
６ 仕上げ刃群
７ 最終仕上げ刃群
８ 後案内部
９ 後掴み部
１０ 切り刃
１１ 歯形部
１１ａ 切削幅
１１ｃ 切削加工前の被加工物の形状
１１ｄ 切削加工後の被加工物の形状
１２ 大径部
１２ａ 切削幅
１２ｃ 切削加工前の被加工物の形状
１２ｄ 切削加工後の被加工物の形状
１３ すくい面
１４ 刃先
１５ 逃げ面
１６ 硬質皮膜
α すくい角
β 逃げ角
ｔ 切り込み量
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物を所要の断面形状に仕上げ切削加工するブローチ加工において、特にＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の焼入材による被加工物の切削加工に使用されるブローチ及びブローチ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼入材による被加工物の仕上げ加工用のブローチとしては、切削加工時にブローチの切削加工方向に対して、ブローチに高周波または数十Ｈｚの低周波等の微少振動を与えながら切削加工するいわゆるバイブレーションブローチが知られている。
【０００３】
また、高硬度材切削加工用のブローチとしては、切り刃に超微粒子系超硬合金を用い、切り刃のすくい角を−１８°〜３°に設定すると共に切り刃にねじれを付与して被加工物への喰い付きや切り味を良好にし、かつ硬質皮膜をコーティングすることによって摩擦係数を下げてアブレシブ摩耗やチッピング等の異常摩耗を抑制するＨＲＣ３５〜ＨＲＣ５５相当の高硬度材加工用ブローチが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、超微粒子系超硬合金を用い、切り刃のすくい面と、刃先と、逃げ面とを硬質皮膜でコーティングし、かつ切り刃のすくい角を−１０°〜−３０°に設定してＨＲＣ４５〜ＨＲＣ６５相当の焼入材を４０ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎの切削速度で切削加工するブローチや、同様にＨＲＣ４５〜ＨＲＣ６５相当の焼入材を切削加工するにあたり、切り刃のすくい面を除いて刃先と、逃げ面とを硬質皮膜でコーティングし、かつ切り刃のすくい角を＋１５°〜−１０°に設定して３ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎの切削速度で切削加工するブローチが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１９５２２８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３９４２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ブローチに微少振動を与えながら切削加工するバイブレーションブローチにおいては、そのブローチの仕上げ代が一般に５０μｍ程度以下と小さく、ブローチ自体の熱処理の際に発生する熱処理ひずみは６０μｍ以上あるのが一般的であり、その仕上げ加工されたブローチに熱処理ひずみが残存して加工面粗さに影響し、かつ被加工物の切削加工に多くの加工時間を要して効率的なブローチ加工ができないことが懸念される。
【０００７】
また、特許文献１に開示されたブローチにおいては、刃先にねじれを有するために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ず、かつ高硬度、例えばＨＲＣ５５以上の焼入材を切削加工するとチッピングが発生して工具寿命が低下し、加工精度が確保できないことが懸念される。
【０００８】
特許文献２に開示されたブローチにおいては、切り刃のすくい角を−１０°〜−３０°に設定することによってＨＲＣ４５〜ＨＲＣ６５相当の焼入材の切削加工を長寿命でかつ高精度で加工することが提案されているが、すくい角が小さく工具寿命が低下することが懸念される。
【０００９】
本発明者等は、更に高硬度、特にＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材からなる被加工物の仕上げ切削加工においてブローチ形状、硬質皮膜、切削条件等について鋭意実験及び研究した結果、ブローチの熱処理ひずみ等を完全除去すると共に切り刃のすくい角を適切に設定することで工具寿命の低下を低減し、良好な加工面粗さが得られ、かつ効率的な切削加工ができるブローチ及びブローチ加工方法を知得した。
【００１０】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の第１の目的は、硬度がＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物の仕上げ切削加工にあたり、工具寿命の低下を抑制し、良好な加工面粗さが確保でき、効率的な仕上げ切削加工が可能なブローチを提供することにある。
【００１１】
また、第２の目的は該ブローチを用いた良好な加工面粗さが確保でき、効率的な仕上げ切削加工が可能なブローチ加工方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１目的を達成する請求項１に記載のブローチの発明は、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する少なくとも複数列の切り刃を有するブローチにおいて、上記切り刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも上記切り刃の刃先及び逃げ面が硬質皮膜でコーティングされ、かつ切り刃のすくい角が−１０°〜０°であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によると、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工するブローチのすくい角が−１０°より小さいと加工面粗さが悪化し、かつ工具寿命が低下する一方、すくい角が０°より大きくなると切り刃の強度が低下してチッピング等が発生するが、すくい角を−１０°〜０°に設定することにより良好な加工面粗さが確保でき、かつ刃先の強度が確保できて工具寿命の低下が低減して効率的な仕上げ切削加工が可能になる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１のブローチにおいて、上記超微粒子系超硬合金は、粒径１μｍ以下のＷＣの微粉末を１２％以下のＣｏをバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金であって、上記硬質皮膜は、酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によると、切り刃を粒径１μｍ以下のＷＣ（タングステンカーバイト；炭化タングステン）の微粉末を１２％以下のＣｏ（コバルト）をバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金で構成し、酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎの硬質皮膜でコーティングすることで温度上昇による切り刃の強度低下が抑制できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のブローチにおいて、切り刃の逃げ角が、１°〜５°であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によると、切り刃の逃げ角を１°〜５°に設定することにより、良好な加工面粗さを確保しつつ、逃げ面のこすり圧による摩耗の発生が抑制されると共に切り刃の強度が確保できて工具寿命の低下を低減できる。
【００１８】
請求項４に記載発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のブローチにおいて、上記複数列の切り刃内において最終仕上げ刃群以外の切り刃の切削幅が、０．２ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明によると、切り刃の切削幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍに設定することで、切削効率を確保しつつ、切削幅方向の両端側におけるＶＢ摩耗を抑制して工具寿命の低下を低減できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかのブローチにおいて、上記複数列の切り刃内において最終仕上げ刃群の切り刃は、切削方向前側の切り刃に対し後側の切り刃における切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍで２刃以上配列されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５の発明によると、仕上げ刃群において、切削方向前側の切り刃に対し後側の切り刃における切り込み方向のバラツキ量を０μｍ〜４μｍで２刃以上配列することで、被加工物の加工寸法精度のバラツキが抑制されて、良好な切削加工が得られる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５いずれかのブローチにおいて、上記切り刃の切り込み量が、５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明によると、切り刃の切り込み量が５μｍより小さいと切り込まず、次に連続する切り刃の負担が増大して工具寿命を低下させ、切り込み量が１５μｍを越えると切削荷重が増大して工具寿命の低下を招くが、切り込み量を５μｍ〜１５μｍに設定することで、切り刃の負担が軽減されると共に、切削荷重及び切削温度の上昇が抑制され工具寿命が向上する。
【００２４】
上記第２の目的を達成する請求項７に記載のブローチ加工方法の発明は、上記請求項１〜６のブローチによって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工することを特徴とする。
【００２５】
請求項７の発明によると、切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工することで、良好な加工面粗さ確保すると共に、切削温度の上昇による刃先の強度低下に起因する摩耗を抑制して工具寿命の低下を抑制しつつ経済的な切削速度が確保できる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項７のブローチ加工方法において、上記切り刃に水溶性切削油が付着した状態で、該切り刃に植物性油脂系切削油をミスト状でスプレーして切削加工を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項８の発明によると、ブローチに付着した切屑を洗い流した際の水溶性切削油が付着した状態で、良好な加工面粗さを確保しつつ、植物性油脂系切削油をミスト状で切り刃にスプレー供給して切削加工することで切削加工の効率化及びコストの低減が期待できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下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ブローチの側面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は切り刃の軸直角断面図、図４は図１のブローチによる切り刃の歯形部による切削加工前の被加工物の形状と切削加工後における被加工物の形状を示す説明図、図５は同じく大径部による切削加工前の被加工物の形状と切削加工後における形状を示す説明図、図６は図３のＢ−Ｂ線断面図、図７は図３のＣ−Ｃ線断面図、図８は図１における切り刃部の側面拡大図である。
【００２９】
図１に示すようにブローチ１は、その一端にはブローチ１を切削加工方向Ｆに引くための前掴み部２、前案内部３、切削刃部４、後案内部８が順に設けられ、他端にブローチ１を引き戻すための後掴み部９が設けられている。切削刃部４は、熱処理された焼入材によって形成された被加工物の熱処理ひずみを除去する荒削りのための荒削刃群５と所定の最終形状寸法に加工する仕上げ刃群６とで構成され、仕上げ刃群６の中で特に精度良く仕上げ加工を行う最終仕上げ刃群７が構成されている。
【００３０】
図１及び図２に示すように切削刃部４の荒削刃群５及び仕上げ刃群６には周方向及び軸方向に複数列の切り刃１０が配列されている。これらの切り刃１０により被加工物を仕上げ切削加工、即ちブローチ加工する。
【００３１】
切り刃１０は、仕上げ代を６０μｍより大きくして切り刃１０自体の熱処理に伴って生じた熱処理ひずみを完全に除去して形成され、図３に示すように歯形部１１と大径部１２を有している。図３において符号１１ａが歯形部１１の切削幅で、１２ａが大径部１２の切削幅である。図４における実線１１ｃが歯形部１１による切削加工前の被加工物の形状を示し、かつ二点鎖線１１ｄが歯形部１１による切削加工後の被加工物の形状を示し、ｔがその切削加工における切り込み量を示している。同様に図５における実線１２ｃが大径部１２による切削加工前の被加工物の形状を示し、かつ二点鎖線１２ｄが大径部１２による切削加工後の被加工物の形状を示し、ｔがその切削加工における切り込み量を示している。
【００３２】
切り刃１０は、図６乃至図８に示すように、すくい面１３と、刃先１４と、逃げ面１５とが設けられ、ブローチ１の軸直角方向とすくい面１３の角度αがすくい角、軸方向と逃げ面１５の角度βが逃げ角である。
【００３３】
［ブローチの工具材質及び硬質皮膜］
ここで、ブローチ１による切削加工にあたり、発明者等の実験等により切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎで切り刃１０による切り込み量ｔが５μｍ〜５０μｍでは、切削温度が４００℃から９００℃まで変化することが確認される一方、超微粒子系超硬合金は、温度が上昇するに伴って強度が低下することから、それに適した超微粒子系超硬合金や硬質皮膜を使用することが重要である。
【００３４】
このために、本実施の形態において、各切り刃１０は、その工具材質が、例えば粒径１μｍ以下のＷＣ（タングステンカーバイト；炭化タングステン）の微粉末を１２％以下のＣｏ（コバルト）等をバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金によって形成し、かつ、すくい面１３、刃先１４、逃げ面１５を酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎ等の硬質皮膜１６によってコーティングしている。
【００３５】
［ブローチ切り刃形状］
「すくい角」
切り刃１０の形状を設定するにあたり、すくい角αが−１０°より小さくなると加工面粗さが悪化し、かつ工具寿命が低下すると共に逃げ面１５側にコーティングされた硬質皮膜１６の部分に進行方向、即ち切削加工方向Ｆの圧縮応力が過大になり、硬質皮膜１６に割れが発生して工具寿命が低下する。また、すくい角αが０°より大きくなると刃先１４の肉厚の減少に伴って切り刃１０の強度が低下して、チッピング等が発生することから、すくい角αを−１０°〜０°の範囲に設定する。
【００３６】
（実験１）
上記ブローチ１において、切り刃１０の、すくい面１３、刃先１４、逃げ面１５に上記硬質皮膜１６をコーティングした、すくい角αが１０°、０°、−３°、−５°、−７°、−１０°、−１５°の各切り刃１０を備えた７種類のブローチと、すくい面１３に硬質皮膜１６がコーティングされてない、すくい角αが、１０°、０°、−３°、−５°、−７°、−１０°、−１５°の切り刃１０を備えた７種類のブローチにより、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を上記切削速度３５μｍ〜８０ｍ／ｍｉｎの範囲内で切削加工した。この切削加工において工具の寿命判定基準となる切削長の判定は、刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００３７】
その結果を図９及び図１０に示す。図９はすくい角αと加工面粗さとの関係、図１０はすくい角αと切削長との関係を示す実験結果である。
【００３８】
図９に示す、すくい角αと加工面粗さとの関係において、すくい面１３に硬質皮膜１６がコーティングしてあるときと、すくい面１３に硬質皮膜１６がコーティングされていないときでの加工面粗さには差異はなく、この加工粗さの差異は、刃先１４の丸みの違いであることが確認された。図１０に示すように上記切削速度範囲内においては、すくい面１３及び逃げ面１５に硬質皮膜１６をコーティングした場合では、逃げ面１５に硬質皮膜１６の剥離が多く発生した。これはすくい角αが−１０°より小さい範囲において、特にすくい角αが小さいネガティブ側（−方向）で顕著に発生しＶＢ摩耗量が急激に増大して、工具寿命が低下することが確認された。
【００３９】
一方、すくい面１３に硬質皮膜１６のコーティングがないときには、刃先１４から摩耗が進行し、すくい角αが０°より大きいと早期にチッピング等が発生する。また、すくい角αが−１０°より小さいネガティブすくい角では、こすり圧によるＶＢ摩耗の進行が早い。
【００４０】
よって、ブローチ１によりＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、切削速度３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎで切削加工するには、切り刃１０のすくい角αが−１０°〜０°の範囲において良好な加工面粗さで、かつ経済的に切削加工ができる。また、少なくとも切り刃１０の刃先１４及び逃げ面１５を硬質皮膜１６でコーティングする。
【００４１】
「逃げ角」
切り刃１０の逃げ面１５が、リリーフ角である逃げ角βが０°であるストレートランドの部分を有しない逃げ面であって、その逃げ角βが０．５°以下であると、被加工物の加工面粗さが悪化し、逃げ面１５のこすり圧により被加工物に焼けが発生する。また、逃げ角βが１°未満であるとこすり圧により摩耗が発生して工具寿命が低下する。一方、逃げ角βが５°より大きいと、すくい面１３と逃げ面１５によって決定される刃先１４の肉厚が減少して刃先１４の強度が低下し、チッピングが発生する。また、逃げ角βが大きいと、すくい面１３を研削して刃先１４を研ぎ直す再研削に従って次第に刃厚が小さくなり、切り刃１０により許容される切削加工可能数が低下して経済的に好ましくないことから、逃げ角βを１°〜５°の範囲に設定する。
【００４２】
（実験２）
実験１において良好であった、すくい角αが０°、−３°、−５°、−７°、−１０°でかつ逃げ角βが０．５°、１°、１．５°、２．５°、３°、５°の切り刃１０を備えたそれぞれのブローチにより、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの範囲内で切削加工した。この切削加工において工具の寿命判定基準となる切削長の判定は、実験１と同様に刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００４３】
その結果を図１１及び図１２に示す。図１１は逃げ角βと加工面粗さとの関係、図１２は逃げ角βと切削長との関係を示す実験結果である。図１１において、逃げ角βは０．５°以下であると加工面粗さが低下すると共に、逃げ面１５によるこすり圧により被加工物に焼けが発生することが確認された。また、図１２において、逃げ角βが１°より小さいと、逃げ面１５によるこすり圧による摩耗の発生が激しくなり、工具寿命が低下することが確認できた。
【００４４】
一方、逃げ角βが５°より大きいと、上記したように刃先１４の肉厚が減少して刃先１４の強度が低下してチッピングが発生する等の不具合が懸念される。
【００４５】
よって、ブローチ１によりＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の被加工物を、切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎで切削加工するには、切り刃１０のすくい角αを−１０°〜０°の範囲で設定し、かつ逃げ角βの設定は、１°〜５°の範囲で加工精度が良く、かつ経済的に切削加工ができる。
【００４６】
「切削幅」
切り刃１０の歯形部１１の切削幅１１ａ及び大径部１２の切削幅１２ａが大きくなると切削抵抗が大きくなり、歯形部１１及び大径部１２の切削幅方向両端側に発生するＶＢ摩耗の進行が急激になり、工具寿命が低下することが懸念される。一方、切削幅１１ａ及び１２ａを過小にすると切削効率が低下することから、特に良好な仕上げ加工精度を確保するための最終仕上げ刃群７以外の切り刃１０の切削幅１１ａ及び１２ａを０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲に設定する。
【００４７】
（実験３）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の被加工物を、切り刃１０がそのすくい面１３に硬質皮膜のコーティングが無く、歯形部１１及び大径部１２の切り込み量ｔが１２μｍ、逃げ角βが２．５°の切り刃１０を軸方向に４０枚備え、歯形部１１及び大径部１２の切削幅１１ａ、１２ａが０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの７種類のブローチによって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎの範囲で切削加工してそれぞれの切削長を判定した。この切削加工において工具寿命の判定基準となる切削長の判定は、刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００４８】
その結果を図１３に示す。図１３は切削幅と切削長との関係を示す実験結果である。図１３において、切削幅１１ａ、１２ａが２ｍｍを越えると、その切削幅方向の両端側におけるＶＢ摩耗の進行が急激に大きくなり、工具寿命の低下が確認できた。
【００４９】
よって、切削幅１１ａ及び１２ａを過小にすると切削効率が低下することを考慮して、切削幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲に設定することによって、工具寿命を確保して経済的に切削加工ができる。なお、ブローチ１は、切り刃１０を千鳥状に配置することも、また切り刃１０に切削時の切りくずを分割するためのニックを設けることもできる。
【００５０】
「最終仕上げ刃」
仕上げ刃群６の中で特に良好な仕上げ加工精度を確保するための最終仕上げ刃群７において、切り刃１０を切削加工方向に複数配列することによって被加工物の加工寸法精度のバラツキが抑制されて安定する。この最終仕上げ刃群７における切削加工方向Ｆに配列される切り刃１０の数は、設備によるブローチ１の加工ストローク及びブローチ１の全長によって制限され、通常最大１０刃程度に設定される。ここで、最終仕上げ刃群７において、切削加工方向Ｆに隣接する切り刃１０は、切削加工方向Ｆにおける前側の切り刃１０に対し後側の切り刃１０が、切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍの範囲で２刃以上配列されている。
【００５１】
（実験４）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、最終仕上げ刃群７において切削加工方向Ｆに配列される切り刃１０が１刃、隣接する切り刃１０の切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍで配列された切り刃１０が２刃、３刃、４刃のそれぞれのブローチ１により切削加工し、被加工物に切削加工された溝に予め設定された種々の外径を有する基準ボールを接触させて、その内径を計測した。
【００５２】
その結果を図１４に示す。図１４は切削加工方向Ｆに沿って配列された切り刃１０の数、即ち最終仕上げ刃数と切削加工された溝の寸法バラツキとの関係を示す実験結果である。図１４において、切り刃１０が１刃のブローチによる切削加工された溝寸法はバラツキが大きい。一方、切り刃１０を２刃以上配列することによって溝寸法のバラツキが抑制され寸法精度が確保でき、良好な切削加工が得られることが確認できた。
【００５３】
最終仕上げ刃群７において、切削加工方向Ｆで隣接する切り刃１０は、切削加工方向Ｆにおいて前側の切り刃１０に対し後側の切り刃１０が切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍの範囲で、切削加工方向Ｆに沿って複数配列することにより、被加工物の加工寸法精度のバラツキが抑制されて、良好な仕上げ切削加工が得られる。
【００５４】
［切り込み量］
ブローチ１による切削加工にあたり、その切り刃１０の切り込み量ｔは、チッピング発生の大きな要因である。ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を仕上げ切削加工する際に、切り刃１０の切り込み量が５μｍより小さいと切り込まず、その切り刃１０に連続する次の切り刃１０の負担が過大になり、チッピングの発生原因となり、工具寿命の低下を招く要因となる。一方、切り刃１０の切り込み量が１５μｍを越えると著しく切削荷重が増大して切削温度が上昇し、チッピングが発生して工具寿命の低下を招く原因となる。また、切削温度の上昇に伴って刃先１４の温度が上昇して摩耗が激しくなり切削能率が低下する。
【００５５】
そこで、切り刃１０の負担を軽減すると共に、切削荷重及び切削温度の上昇を抑制して工具寿命を確保するために切り刃１０の切り込み量を５μｍ〜１５μｍの範囲に設定する。
【００５６】
（実験５）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、切り刃１０のすくい角αを−１０°〜０°の範囲でかつ逃げ角βを１°〜５°の範囲のブローチ１によって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの範囲で、種々の切り込み量ｔで切削加工した。この切削加工において工具寿命の判定基準となる切削長の判定は、刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００５７】
その結果を図１５に示す。図１５は切り込み量と切削長との関係を示す実験結果である。図１５において、切り込み量ｔが５μｍより小さいと切り込まず、切り刃１０の切り込み量が１５μｍを越えると著しく切削荷重が増大して切削温度が上昇し、チッピングが発生して工具寿命の低下を招くことが確認できた。
【００５８】
そこで、切り刃１０の切り込み量を５μｍ〜１５μｍの範囲に設定することで、切り刃１０の負担を軽減すると共に、切削荷重及び切削温度の上昇を抑制して工具寿命を確保する。
【００５９】
［切削速度］
ブローチ１による切削加工において、切削速度が過小であると被加工物の加工面が粗く、早期にチッピングが発生すると共に経済的でない。一方、切削速度が過大であると切削荷重が増大して切削温度が上昇し、チッピングが発生して工具寿命の低下を招く原因となる。また、切削温度の上昇に伴って刃先１４の温度が上昇して刃先１４の強度低下に起因して摩耗が激しくなり切削効率が低下する。そこで加工面粗さが良好で工具寿命が確保できる経済切削速度として切削速度を３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎの範囲に設定する。
【００６０】
（実験６）
すくい角αが−７°の切り刃１０を備えたそれぞれのブローチにより、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を種々の切削速度で切削加工した。この切削加工において工具寿命の判定基準となる切削長の判定は刃先１４のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。
【００６１】
その結果を図１６及び図１７に示す。図１６は切削速度と加工面粗さとの関係、図１７は切削速度と切削長との関係を示す実験結果である。図１６に示されるように、切削速度が６ｍ／ｍｉｎでは被加工物の加工面が粗く、早期にチッピングが発生する。また、３５ｍ／ｍｉｎ以上では良好な加工面粗さが得られた。一方、図１７に示すように切削速度が７５ｍ／ｍｉｎを越えると切削温度が上昇して刃先１４の強度低下に起因して摩耗が激しくなると共に、チッピングが発生して工具寿命の低下が確認されたが、加工面粗さは良好であった。
【００６２】
従って、加工面粗さが良好で工具寿命が確保できる経済切削速度として切削速度を３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎの範囲に設定する。
【００６３】
［切削油］
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物をブローチ１により切削加工すると、１ｍｍ以下の切屑がブローチ１に付着し、その切屑がブローチ１に付着した状態で加工すると、チッピングの原因となり、ブローチ１に付着した切屑を円滑に除去する必要がある。ここで、一般にブローチに付着した切屑は、エア等の吹き付けでは短時間で十分に除去することが困難であり、ソリュブル系やソリューション系の原液を水にて１０〜５０倍に希釈した水溶性切削油等をブローチ１に供給して洗い流す。そして、水溶性切削油によって切屑が洗い流されたブローチ１には、水溶性切削油が付着した状態であることから、切り刃１０にエア等を吹き付けて水溶性切削油を除去した後に、切り刃１０に植物性油脂系の切削油（例えば商品名：ブルーベＬＢ−１）をミスト状にスプレーして切削加工を行うことによって、切り刃１０の切削油を確保している。
【００６４】
しかし、ブローチ１に付着した水溶性切削油をエア等の吹き付けによって除去するのは、厄介でかつエア等の使用によりコスト増大の要因となる。そこで、切屑の洗浄に使用した水溶性切削油が切り刃１０に付着した状態で、植物性油脂系切削油をミスト状にスプレーして切り刃１０に供給して切削加工を行う。
【００６５】
（実験７）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、すくい角αが−７°、逃げ角βが２．５°の切り刃１０を備えたブローチにより、切り刃１０に水溶性切削油が付着した状態と、水溶性切削油が付着した状態の切り刃１０に植物性油脂系の切削油をミスト状に５〜１５ｃｃ／ｈｏｕｒ／ノズルでスプレーした状態において、それぞれ切り込み量ｔが１０〜１５μｍで４０ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎの切削速度で切削加工したときの加工面粗さを確認した。
【００６６】
その実験結果を図１８に示す。図１８は切り刃１０に水溶性切削油が付着した状態と、水溶性切削油が付着した状態の切り刃１０に植物性油脂系の切削油をミスト状でスプレーした状態で切削加工したときの加工面粗さの実験結果である。
【００６７】
この実験結果より、ブローチ１に切屑を洗い流した際の水溶性切削油が付着した状態で、植物性油脂系切削油をミスト状で切り刃１０にスプレーして切削加工を行うことによって、良好な加工面粗さが得られ、厄介なエアの吹き付けによる水溶性切削油の除去が省略できて、ブローチ装置の簡素化が可能になると共にブローチ１による切削加工の効率化及びコストの低減が期待できる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では切り刃１０を含むブローチ１全体を超微粒子系超硬合金により一体形成したが、図１９に断面図を示すように、切り刃１０のみを超微粒子系超硬合金により構成し、前掴み部２、前案内部３、切削刃部４、後案内部８及び切り刃１０を保持するホルダが一体形成されたブローチ本体１ａに切り刃１０をろう付け等によって一体に結合することもできる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によると、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する少なくとも複数列の切り刃を有するブローチにおいて、切り刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも切り刃の刃先と逃げ面を硬質皮膜でコーティングし、かつ切り刃のすくい角が−１０°〜０°に設定することにより良好な加工面粗さを確保しつつ、刃先の強度の確保を図り、工具寿命を向上して効率的な仕上げ切削加工が可能になる。
【００７０】
また、上記切り刃のすくい角が−１０°〜０°に設定されたブローチよる切削速度を３５ｍ／ｍｉ〜７５ｍ／ｍｉｎに設定することで良好な加工面粗さ確保すると共に、切削温度の上昇による刃先の強度低下に起因する摩耗を抑制して工具寿命を向上しつつ経済切削速度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態におけるブローチの全体側面図である。
【図２】同じく、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同じく、切り刃の軸直角断面図である。
【図４】同じく、歯形部における切削加工前の被加工物の形状（実線１１ｃ）と切削加工後の被加工物の形状（二点鎖線１１ｄ）を示す説明図である。
【図５】同じく、大径部における切削加工前の被加工物の形状（実線１２ｃ）と切削加工後の形状（二点鎖線１２ｄ）を示す説明図である。
【図６】同じく、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】同じく、図３のＣ−Ｃ線断面図である
【図８】同じく、図１における切り刃部の側面拡大図である。
【図９】実験１におけるすくい角と加工面粗さの関係を示す実験結果である。
【図１０】実験１におけるすくい角と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１１】実験２における逃げ角と加工面粗さの関係を示す実験結果である。
【図１２】実験２における逃げ角と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１３】実験３における切削幅と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１４】実験４における最終仕上げ刃数と切削加工された被加工物の寸法バラツキの関係を示す実験結果である。
【図１５】実験５における切り込み量と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１６】実験６における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１７】実験６における切削速度と切削長（工具寿命）の関係を示す実験結果である。
【図１８】実験７における切削油と加工面粗さの関係を示す実験結果である。
【図１９】他の実施の形態の説明図である。
【符号の説明】
１ ブローチ
２ 前掴み部
３ 前案内部
４ 切削刃部
５ 荒削刃群
６ 仕上げ刃群
７ 最終仕上げ刃群
８ 後案内部
９ 後掴み部
１０ 切り刃
１１ 歯形部
１１ａ 切削幅
１１ｃ 切削加工前の被加工物の形状
１１ｄ 切削加工後の被加工物の形状
１２ 大径部
１２ａ 切削幅
１２ｃ 切削加工前の被加工物の形状
１２ｄ 切削加工後の被加工物の形状
１３ すくい面
１４ 刃先
１５ 逃げ面
１６ 硬質皮膜
α すくい角
β 逃げ角
ｔ 切り込み量
Claims (8)
- ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工する少なくとも複数列の切り刃を有するブローチにおいて、
上記切り刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも上記切り刃の刃先及び逃げ面が硬質皮膜でコーティングされ、かつ切り刃のすくい角が−１０°〜０°であることを特徴とするブローチ。 - 上記超微粒子系超硬合金は、粒径１μｍ以下のＷＣの微粉末を１２％以下のＣｏをバインダとして焼結した超微粒子系超硬合金であって、
上記硬質皮膜は、酸化開始温度が８００℃以上の特性を有する（ＴｉＡｌ）Ｎであることを特徴とする請求項１に記載のブローチ。 - 上記切り刃の逃げ角が、１°〜５°であることを特徴とする請求項１または２に記載のブローチ。
- 上記複数列の切り刃内において最終仕上げ刃群以外の切り刃の切削幅が、０．２ｍｍ〜２ｍｍ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ブローチ。
- 上記複数列の切り刃内において最終仕上げ刃群の切り刃は、切削加工方向における前側の切り刃に対し後側の切り刃における切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍで２刃以上配列されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のブローチ。
- 上記切り刃の切り込み量が、５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のブローチ。
- 上記請求項１〜６のブローチによって切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の加工物を切削加工することを特徴とするブローチ加工方法。
- 上記切り刃に水溶性切削油が付着した状態で、該切り刃に植物性油脂系切削油をミスト状でスプレーして切削加工を行うことを特徴とする請求項７に記載のブローチ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003200482A JP2005040871A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | ブローチ及びブローチ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003200482A JP2005040871A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | ブローチ及びブローチ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005040871A true JP2005040871A (ja) | 2005-02-17 |
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ID=34260876
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003200482A Pending JP2005040871A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | ブローチ及びブローチ加工方法 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2005040871A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008173730A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Nippon Oil Corp | 極微量油剤供給式切削・研削加工方法 |
| DE102019200022A1 (de) | 2019-01-03 | 2020-07-09 | Forst Technologie Gmbh & Co. Kg | Innen-Drallräumwerkzeug |
-
2003
- 2003-07-23 JP JP2003200482A patent/JP2005040871A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE102019200022A1 (de) | 2019-01-03 | 2020-07-09 | Forst Technologie Gmbh & Co. Kg | Innen-Drallräumwerkzeug |
| WO2020141110A1 (de) | 2019-01-03 | 2020-07-09 | Forst Technologie Gmbh & Co. Kg | Innen-drallräumwerkzeug |
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