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 |
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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 |
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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)
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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 |
WO2020141110A1 (de) | 2019-01-03 | 2020-07-09 | Forst Technologie Gmbh & Co. Kg | Innen-drallräumwerkzeug |
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