JP2005052957A - ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】 チゼル近傍における切屑排出性が良好で、被削材の仕上げ面粗度をも良好とすることが出来る、長寿命なボールエンドミルを提供する。
【解決手段】 工具本体の先端に複数のボール切刃２を備え、該ボール切刃２の逃げ面３同士の交叉により形成されたチゼルエッジ４を備えるとともに、前記ボール切刃２を含む前記工具本体の素材がサーメットからなる切刃ボールエンドミルにおいて、前記ボール切刃２のすくい角を負とするとともに、前記チゼルエッジ４のチゼル幅ｗを０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍとするとともに、前記ボール切刃のすくい面とギャッシュ面とのなす角βを１１０°〜１３０°とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マシニングセンタ等の工作機械で用いるボールエンドミルに関し、特に金型加工や曲面を含む各種部品加工等に使用するボールエンドミルに関する。

金型加工や曲面を含む各種部品加工等の３次元加工には、従来より工具本体の先端に略１／４円弧状のボール切刃を備えたボールエンドミルが一般的に用いられているが、このボールエンドミルにおいては、前記ボール切刃の外周からノーズ（先端部）に向かうに従って回転半径が徐々に減少し、工具回転中心であるノーズ近傍では切削速度が限りなくゼロに近づくために、切れ味が低下し溶着も発生しやすくなるので、上述の被削材の溝底にあたる部分の仕上げ面の面粗度が悪化するという問題があった。

さらに前記ノーズ近傍では、前記複数のボール切刃の逃げ面同士が交差して形成されるチゼルエッジで切削が行われるため、切れ味が悪くて耐摩耗性が低下することに加えて前記チゼルエッジから排出される切屑の逃げ場がなく、結局切屑がチゼルエッジ近傍に溜まってしまうので被削材の加工面との間で押し潰され、そのまま加工面に凝着し、結果として仕上げ面の面粗度をさらに悪化させてしまう。

そこで、上述した不具合点を解消するために、特許文献１では、チゼルエッジ（１１）近傍に窪み部（１２）を設けて前記チゼル部付近における切屑排出を促進させるとともに、仕上げ面の加工面粗度をも良好にするために改良されたボールエンドミル（１３）が開示されている（図４参照）。
特開２００２−２５４２３４号公報

しかしながら、前記チゼルエッジ近傍に窪み部を設けるような構成では、前記チゼルエッジ近傍の肉厚を減じることとなり、常に加工に供されている前記チゼルエッジの切刃強度を低下させて、特に高速回転で加工するような場合には耐欠損性および耐摩耗性が低下する恐れがある。また前記チゼルエッジ近傍に窪み部を設けるためには或る程度の面積が必要であり、仕上げ加工で多用される小径タイプのボールエンドミル全てに適応できるわけではない。しかもエンドミル製作時における加工工程が増えることになり、コストアップに繋がることも懸念される。

また、ボールエンドミル用の材質として、一般的には、超硬合金が広く用いられているが、サーメットも超硬合金よりも耐摩耗性、耐溶着性に優れるというメリットを生かしてボールエンドミルの素材として一部適応されている。しかしながら、サーメットは超硬合金に比べ靭性が劣るため、加工時に強い衝撃がかかると、チッピングや欠損が生じやすいという問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、切れ味が良く、特に高速回転加工における耐摩耗性および耐欠損性に優れるとともに、チゼル近傍における切屑排出性が良好で、被削材の仕上げ面粗度をも良好とすることが出来る、高精度で長寿命なボールエンドミルを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１のボールエンドミルは、工具本体の先端に複数のボール切刃を備え、該ボール切刃の逃げ面同士の交叉により形成されたチゼルエッジを備えるとともに、前記ボール切刃を含む前記工具本体の素材がサーメットからなるボールエンドミルにおいて、前記ボール切刃のすくい角を負とするとともに、前記チゼルエッジのチゼル幅を０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍとするとともに、前記ボール切刃のすくい面とギャッシュ面とのなす角を１１０°〜１３０°としたことを特徴としている。

かかる構成によれば、ボール切刃のすくい角を負とすることで、ボール切刃の素材がサーメットからなることにより問題となる切刃強度の低下を抑制できるとともに、チゼル幅及びすくい面とギャッシュ面との角度を各々前述の範囲とするとすることで、高速回転加工においても耐摩耗性および耐欠損性に優れるとともに、前記チゼルエッジからの切屑排出をスムーズにして加工面への凝着も解消するので、仕上げ面の面粗度をも良好にすることが出来る。

また、請求項２のボールエンドミルは、前記ボール切刃の前記ギャッシュ面側の端部にＲ状補助切刃を設けたことを特徴としている。

かかる構成によれば、過大な切削負荷が生じた場合にボールエンドミル本体にたわみが生じて軸心がぶれた状態で加工したとしても、前記Ｒ状補助切刃が最も軸心に近い切刃として作用するため、溶着等が発生することなく切れ味良好な加工を維持することが可能となる。

また、請求項３のボールエンドミルは、前記素材が、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｔｉを除く周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた１種または２種以上とを合計で７０〜９５質量％と、鉄族金属を５〜３０質量％の割合からなり、前記周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる硬質相と、前記鉄族金属を含む結合金属相とからなるサーメットであるとともに、前記結合金属相中に周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属が合計で１０〜４０原子％の割合で固溶しているサーメットからなることを特徴としている。

かかる構成によれば、固溶強化が進行し、焼結性が良好となることにより優れた耐欠損性が得られることで、過大な切削負荷が生じた際における、チッピング等の切刃損傷を抑制することが出来る。

本発明のボールエンドミルは、工具本体の先端に複数のボール切刃を備え、該ボール切刃の逃げ面同士の交叉により形成されたチゼルエッジを備えるとともに、前記ボール切刃を含む前記工具本体の素材がサーメットからなるボールエンドミルであって、前記ボール切刃のすくい角を負とするとともに、前記チゼルエッジのチゼル幅を０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍとするとともに、前記ボール切刃のすくい面とギャッシュ面とのなす角を１１０°〜１３０°としたことにより、ボール切刃のすくい角を負とすることで、素材がサーメットであることによる耐チッピング性の低下を抑制できるとともに、耐摩耗性および耐溶着性に優れ、かつチゼル幅及びすくい面とギャッシュ面との角度を各々前述の範囲とするとすることで、前記チゼルエッジからの切屑の排出をスムーズにし、加工面への凝着も解消するので、仕上げ面の面粗度をも良好にすることが出来る。

また、前記ボール切刃の前記ギャッシュ面側の端部にＲ状補助切刃を設けたことにより、過大な切削負荷が生じた場合にボールエンドミル本体にたわみが生じて軸心がぶれた状態で加工したとしても、前記Ｒ状補助切刃が最も軸心に近い切刃として作用するため、溶着等が発生することなく切れ味良好な加工を維持することが可能となる。

さらには、前記ボール切刃を含む前記工具本体の素材は、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｔｉを除く周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた１種または２種以上とを合計で７０〜９５質量％と、鉄族金属を５〜３０質量％の割合からなり、前記周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる硬質相と、前記鉄族金属を含む結合金属相とからなるサーメットであるとともに、前記結合金属相中に周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属が合計で１０〜４０原子％の割合で固溶しているサーメットからなることが、固溶強化が進行し、焼結性が良好となることにより優れた耐欠損性が得られ、過大な切削負荷が生じた際における、チッピング等の切刃損傷を抑制し、工具の長寿命化を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図により説明する。

図１乃至図３は本発明のボールエンドミルとしての実施例を示すものであり、図１は本発明のボールエンドミルの（ａ）先端視図、（ｂ）要部側面図、図２は図１（ａ）の拡大図、図３は図１のａ−ａ断面図である。

図１に示すように、本実施例のボールエンドミルＡは、その工具本体１の先端部において、その加工径外周Ｘからノーズ先端部Ｙにかけて複数のボール切刃２が形成されており、さらに図２に示すように、ノーズ先端部Ｙには、ボール切刃２の逃げ面３同士の交叉により形成されるチゼルエッジ４が、形成されている。また、刃溝８内における各ボール切刃２に隣接する部位にはすくい面５が、前記刃溝８内におけるボール切刃２に対する壁面側には、ギャッシュ面６がそれぞれ形成されている。

本発明によれば、チゼルエッジ４のチゼル幅ｗが０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内の値で形成されているとともに、前記ボール切刃２のすくい面５とギャッシュ面６とのなす角βが１１０°〜１３０°の範囲内の値で形成されており、さらに、前記ボール切刃２を含む前記工具本体１の素材がサーメットからなるとともに、図３に示すように前記ボール切刃２のすくい角αを負の値としていることが大きな特徴である。

すなわち、本発明のボールエンドミルは、超硬合金よりも耐摩耗性、耐溶着性に優れるサーメットにて構成されているために、エンドミルの加工回転数が２００００ｍｉｎ^−１以上と高速で回転しながら加工するような場合においても塑性変形等を起こすことなく長寿命のエンドミルとなる。なお、耐チッピング性を考慮すると、切り込み量が少なく、切刃にかかる衝撃が小さくてすむ仕上げ加工の領域に本発明のボールエンドミルを適応することが望ましい。

また、ボール切刃２のすくい角αを負の値とし、ボール切刃２の素材がサーメットからなることにより問題となる、切刃強度の低下を抑制することが出来る。

ここで、ボール切刃２のすくい角αについては、−５°〜−１５°の範囲にあるのが耐チッピング性および切れ味を維持する点で望ましい。

さらに、本発明によれば、ただ単にすくい角αを負の値としただけでは切れ味が低下するとともに切屑処理性が低下して、耐摩耗性、耐チッピング性および仕上げ面を悪化させてしまうため、それを改善すべく、すくい面とギャッシュ面とのなす角βを１１０°〜１３０°とした。これにより切れ味の低下を防ぎ、チゼルエッジ近傍から生成される切り屑の排出性を著しく向上させることが出来て、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有するとともに良好な仕上げ面を得ることができる。ここで、前記βが１１０°より小さいと切り屑が排出されにくくなるため、チゼル近傍に切屑が溜まり、加工面との間で押し潰されて凝着してしまい、仕上げ面の面粗度悪化に繋がる。また、１３０°より大きいと切刃部の肉厚が薄くなって剛性が低下するのでチッピング等の切刃損傷を生じ易くなる。

また、チゼル幅ｗを０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内とした。これによりチゼルエッジで生成された切りくずが溝部８へ排出され易くなるため、切屑がチゼルエッジ４近傍に溜まってエンドミルＡと加工面との間で押し潰され、切屑が仕上げ面に凝着して面粗度を悪化させるような不具合がなくなる。前記チゼル幅ｗが０．０６ｍｍより小さいと、チゼル部近傍の剛性が低下し、損傷を生じ易くなる。また前記チゼル幅ｗが０．０８ｍｍより大きいと、切屑排出性が悪化し前述のとおり仕上げ面の面粗度が悪化する。

また、図１〜３のボールエンドミルＡでは、前記ボール切刃２の前記ギャッシュ面６側との端部に、Ｒ状補助切刃７を設けている。これによって、エンドミルＡに過大な切削負荷が生じた場合にボールエンドミル本体がたわんで軸心がぶれた状態で加工を続けたとしても、前記Ｒ状補助切刃７が最も軸心に近い切刃として作用するため、エンドミルＡの切刃以外の部分が加工面上に切屑を噛みこんだ状態でこすれて溶着等が発生するようなことなく切れ味良好な加工を維持することが可能となる。なお、Ｒ状補助切刃７は、ボール切刃２から連続して滑らかにギャッシュ面６のボールエンドミル本体ノーズ外周部とのエッジ部に繋がるような凹曲線形状からなることが望ましい。

また、前記ボール切刃を含む前記工具本体の素材は、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｔｉを除く周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた１種または２種以上とを合計で７０〜９５質量％と、鉄族金属を５〜３０質量％の割合からなり、前記周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる硬質相と、前記鉄族金属を含む結合金属相とからなるサーメットであるとともに、前記結合金属相中に周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属（以下、β金属と略す。）が合計で１０〜４０原子％、特に１５〜３５原子％の割合で固溶しているサーメットからなることが、固溶強化が進行し、焼結性が良好となることにより優れた耐欠損性が得られ、過大な切削負荷が生じた際における、チッピング等の切刃損傷を抑制し、工具の長寿命化を実現することができるという点で望ましい。このサーメットにおける結合金属相中へのβ金属の固溶については、焼成段階において１２００〜１４００℃の液相出現温度前後で保持することでその固溶量を制御することが可能であり、ちなみにその保持時間が長いほど、特に０．５〜５時間の範囲が、固溶量を増加させることができるという点で望ましい。

また、図１乃至３に記載したエンドミルＡは、ボール切刃２が２枚の、いわゆる２枚刃エンドミルについての実施態様であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、３枚刃でもいいし、４枚刃でもいい。

（実施例１）
原料粉末として、ＴｉＣＮ（５３ｗｔ％）、ＴｉＮ（３ｗｔ％）、ＷＣ（１１ｗｔ％）、ＴａＣ（８ｗｔ％）、ＮｂＣ（４ｗｔ％）、Ｍｏ_２Ｃ（６ｗｔ％）、ＶＣ（３ｗｔ％）、Ｎｉ（６ｗｔ％）、Ｃｏ（６ｗｔ％）からなるサーメット原料粉末を混合して、プレス成形でボールエンドミルのブランク形状となる様に成形して真空焼成した後、すくい面とギャッシュ面とのなす角β＝１２０°、すくい角α＝−１０°、凹曲線形状のＲ状補助切刃を備え、図５，６に示すように、チゼル幅を変化させたボールエンドミルを作製した。そして、下記加工条件にて切削試験を行い、各エンドミルの耐摩耗性および仕上げ面粗度を評価した。結果を図５，６のグラフとして表した。

切削条件
回転数 ：３００００ｍｉｎ^−１
切込み×ピック量：０．１ｍｍ×０．１ｍｍ
送り ：ｆ＝０．０４ｍｍ／刃
図５、６から明らかなように、チゼル幅が０．０６ｍｍより小さいとチゼルエッジの剛性が低下するのでチッピング等の切刃損傷が発生しやすくなるために、結果として切刃損傷に起因する摩耗が大きくなってしまう。また、チゼル幅が０．０８ｍｍより大きいと、チゼルエッジから生成される切屑が排出されにくくチゼル近傍で加工面との間に溜まって押し潰されてしまう結果、仕上げ面の面粗度が悪化してしまった。以上の切削試験結果より、実施例１の条件においては、チゼル幅を０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲とすることによって、摩耗量及び面粗度をともに満足させることが出来ることがわかった。

（実施例２）
原料組成が表１となるようにサーメット原料粉末を混合して、実施例１と同様に成形し、焼成した後、表２で示す各形状に加工して加工径φ２ｍｍの２枚刃エンドミルを作製した。

得られたボールエンドミルサンプルを用いて、実施例１と同様に切削評価試験を行い、ボール切刃部の摩耗量測定と被削材の加工仕上げ面における面粗度測定を行った。摩耗量測定については、２つの切刃部の摩耗量の多いほうの値とした。また加工面への切屑の凝着状況の観察により切屑排出性を判断し、さらに顕微鏡で切刃部の損傷状態を観察し耐チッピング性として評価した。なお、得られたサーメット焼結体に対しては、結合金属相中に固溶する第４ａ、第５ａ、第６ａ族金属量を測定した。測定は、焼結体を粉砕後、塩酸で結合金属相のみを選択的に溶解した後、該溶液をＩＣＰ発光分光分析にて定量することで行った。結果は全て表３に示した。

表３より、チゼル幅ｗ及びすくい面とギャッシュ面とのなす角βがともに前述の範囲内であるサンプルＮｏ．１〜７では、ボール切刃部の摩耗量が０．０４ｍｍ以下と小さく、仕上げ面の面粗度についても５μｍ以下と良好な値であった。特にサンプルＮｏ．１については、前述のとおりチゼル幅ｗ及びすくい面とギャッシュ面とのなす角βがともに前述の範囲内であることにより切屑排出性が良好であるとともに、すくい角αが−５°と適正な値であることに加えて、素材が硬質相７０〜９５質量％、結合金属相中にβ金属を１０〜４０原子％の割合で含有していることにより、切刃にチッピング等の損傷もなく、またＲ状補助切刃の形成も相俟って切刃全域にわたって切れ味が良好となり溶着の発生もない、良好な切削性能を示した。

これに対してチゼル幅ｗ及びすくい面とギャッシュ面とのなす角βが前述の範囲から外れているサンプルＮｏ．８〜１５では、切屑排出性や面粗度、或いは摩耗量等、少なくとも１項目以上で不具合が生じた。特にチゼル幅ｗが前述の範囲の上限より大きいとともにすくい面とギャッシュ面とのなす角βが前述の範囲の下限より小さい値であったサンプルＮｏ．１２は、チゼル幅ｗが大きすぎることとすくい面とギャッシュ面とのなす角βが小さすぎることとが相俟って、チゼル近傍からの切屑排出性が悪化するとともに加工面に凝着し易くなることで面粗度も悪い値を示した。

本発明のボールエンドミルの（ａ）先端視図、（ｂ）要部側面図である。 図１（ａ）の拡大図である。 図１の切刃部の断面図である。 従来例としてのボールエンドミルの先端視図である。 本実施例による摩耗量とチゼル幅との関係を示すグラフである。 本実施例による面粗度とチゼル幅との関係を示すグラフである。

符号の説明

１：工具本体
２：ボール切刃
３：ボール切刃部の逃げ面
４：チゼルエッジ
５：すくい面
６：ギャッシュ面
７：Ｒ状補助切刃
８：刃溝
α：すくい角
β：すくい面とギャッシュ面とのなす角
ｗ：チゼル幅

Claims (3)

1. 工具本体の先端に複数のボール切刃を備え、該ボール切刃の逃げ面同士の交叉により形成されたチゼルエッジを備えるとともに、前記ボール切刃を含む前記工具本体の素材がサーメットからなるボールエンドミルにおいて、前記ボール切刃のすくい角を負とし、かつ前記チゼルエッジのチゼル幅を０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍとするとともに、前記ボール切刃のすくい面とギャッシュ面とのなす角を１１０°〜１３０°としたことを特徴とするボールエンドミル。
2. 前記ボール切刃の前記ギャッシュ面側の端部にＲ状補助切刃を設けたことを特徴とする請求項１に記載のボールエンドミル。
3. 前記素材が、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｔｉを除く周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた１種または２種以上とを合計で７０〜９５質量％と、鉄族金属を５〜３０質量％の割合からなり、前記周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる硬質相と、前記鉄族金属を含む結合金属相とからなるサーメットであるとともに、前記結合金属相中に周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属が合計で１０〜４０原子％の割合で固溶しているサーメットからなることを特徴とする請求項１または２に記載のボールエンドミル。

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