JP2005230937A - Inner surface broaching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はブローチ工具にてワークの内面を加工する内面ブローチ加工方法、特にワークの硬度が45〜65HRCである高硬度材の内面を仕上げ加工する内面ブローチ加工方法に関する。 The present invention relates to an inner surface broaching method for machining the inner surface of a workpiece with a broach tool, and more particularly to an inner surface broaching method for finishing an inner surface of a high hardness material having a workpiece hardness of 45 to 65 HRC.
従来、硬度45HRC(ロックウエル硬さCスケール:以下同じ)を超える高硬度材をブローチ加工するブローチ工具として特許文献1のものが知られている。これは、切れ刃にねじれを有し、かつ硬質皮膜のコーティングを施し、少なくとも切れ刃部の工具材質に粉末高速度工具鋼又は超微粒子超硬合金を用いたブローチ工具としたものである。
しかしながら、特許文献1のブローチ工具は切れ刃にねじれを有するため、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ないばかりでなく、ねじれの構成を除いた特許文献1に記載の切れ刃を適用して、中空円筒状のワークを棒状のブローチ工具にて高硬度材の切削に通常行われる切削速度40m/min以上にて内面ブローチ加工した場合、切れ刃の刃先にチッピングや欠けが発生しブローチ工具の寿命を短いものにし、ワークの加工精度も得られないという問題があった。
However, since the broach tool of
そこで、特許文献1に示された問題を解決するものとして、図3(a),(b)に示す内面ブローチ工具が知られている。これは、超硬合金製の刃部51の切れ刃52先端が鈍角とされ、かつすくい角βが−30°≦β≦−10°(切れ刃が鈍角の場合にすくい角はマイナス符号とする)にされた内面ブローチ工具50を用いて、ワークを切削速度40〜60m/minにて内面仕上げ加工するものである。このすくい角βが鈍角にされた内面ブローチ工具50により、ブローチ加工しても切れ刃の刃先に欠けやチッピングが発生しないことが期待されている。
Therefore, an inner surface broach tool shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) is known as a solution to the problem described in
しかしながら、この内面ブローチ工具50を用いて硬度45HRCを超える高硬度材を切削速度40m/min以上にてブローチ加工しても、その数は少なくなるがブローチ工具の切れ刃の刃先にチッピングや欠けが依然として発生し、前述したワークの加工精度やブローチ工具の寿命についての問題がなくならないものとして存在する。
However, even if high-hardness material exceeding 45 HRC is broached at a cutting speed of 40 m / min or more using this inner
本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものであり、硬度45〜65HRCの高硬度材を40m/min以上の高速切削にて内面ブローチ加工しても、ブローチ工具の切れ刃の刃先にチッピング、欠けが発生することなく加工できる内面ブローチ加工方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and even if a high hardness material having a hardness of 45 to 65 HRC is subjected to internal broaching at a high speed cutting of 40 m / min or more, the cutting edge of the broach tool is improved. An object of the present invention is to provide an inner surface broaching method capable of processing without generating chipping or chipping at the cutting edge.
本発明者等は前述した切れ刃の刃先に発生するチッピングや欠けについて、図1(a),(b),(c)に示すブローチ工具5を用いて、図4(a),(b)に示すワーク35をブローチ加工し研究した。ブローチ工具5はフォーム上がりの切れ刃を有し、刃部3のすくい角βが−10°のものを使用した。ここでいうフォーム上がりの切れ刃とは、ブローチ加工形状と同一形状で切り込みを行う切れ刃の形状のことを指す。ワーク35については、浸炭焼き入れで硬度60HRCとされ、被加工部分であるインボリュート歯面15は仕上げ代を残して先に別のブローチ工具にて前加工されたものであり、内面ブローチ仕上げ加工に通常用いられるものである。その結果、40m/min以上のブローチ高速切削時に、ブローチ工具5のフォーム上がりとされた切れ刃9がワーク35に最初に食いつく瞬間に大きな衝撃が発生し、加工時の振動全体を大きくしていることを見出した。つまり、40m/min以上のブローチ高速切削時に、図7に示すように、すくい角が鈍角とされたフォーム上がりの切れ刃9と、ワーク35のインボリュート歯面15の端面37とが、角度に差がない状態で接触することにより急激な荷重変動が生じ、図5の振動波形図に示すように、ブローチ加工時にMAX89Gもの大きな加工振動が発生し、ブローチ工具5の切れ刃9の刃先に損傷を与えていることを知得した。
The inventors have used the
この知得により、本発明においては、すくい角が鈍角とされた複数のフォーム上がりの切れ刃が外周の軸方向に配設されたブローチ工具を使用して、ブローチ加工される被加工部分の表面近傍の硬度が45〜65HRCである略中空円筒状のワークの軸方向にブローチ工具を通過させることにより、ワークの内面に所定の加工を行う内面ブローチ加工方法において、ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を形成した内面ブローチ加工方法を提供することにより前述した課題を解決した(請求項1)。 Based on this knowledge, in the present invention, the surface of the workpiece to be broached using a broach tool in which a plurality of foam rising edges whose rake angles are obtuse angles are arranged in the axial direction of the outer periphery. In an inner surface broaching method in which predetermined processing is performed on the inner surface of a workpiece by passing a broaching tool in the axial direction of a substantially hollow cylindrical workpiece having a hardness of 45 to 65 HRC in the vicinity, the cutting edge biting portion of the workpiece is chamfered. The above-described problem has been solved by providing an inner surface broaching method in which a portion is formed (claim 1).
即ち、ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を設けることにより、ブローチ加工時にワークにブローチ工具の切れ刃が接触する際、ワークの面取りが浅い部位からブローチ工具の切れ刃が徐々に接触するようにする。ここでいう切れ刃食いつき部とは、ワークをブローチ加工するときにブローチ工具の切れ刃が最初に切り込むワークの部位のことをいう。つまり、図8に示すように、従来例と同じくすくい角が鈍角とされたフォーム上がりの切れ刃9を有するブローチ工具5にて、硬度45〜65HRCとされたワーク12を内面ブローチ加工するにあたり、切れ刃食いつき部を図8に示す面取り部1のように形成することにより、ブローチ工具5の切れ刃9が切れ刃食いつき部において一定時間に切り込む体積を少なくする。これにより、硬度45〜65HRCの高硬度材を40m/min以上のブローチ高速切削加工する際、ワークの切れ刃食いつき部にブローチ工具の切れ刃が徐々に接触するので、切れ刃の刃先に損傷を与えるような大きな衝撃振動の発生を抑えることができる。面取り部の形状については平面形状や曲面形状でもよく、ブローチ工具の切れ刃がワークの切れ刃食いつき部と接触する際、ワークに切れ刃が同時に切り込む面積が少なくなる形状であれば良い。
In other words, by providing a chamfered part on the part where the cutting edge of the work is bitten, when the cutting edge of the broaching tool comes into contact with the work during broaching, the cutting edge of the broaching tool gradually comes into contact with the part where the chamfering of the work is shallow. To do. Here, the cutting edge biting portion refers to a part of the work that is first cut by the cutting edge of the broach tool when the work is broached. That is, as shown in FIG. 8, in the internal broaching of the
ここでいうフォーム上がりの切れ刃とは、ブローチ加工形状と同一形状で切り込みを行う切れ刃の形状のことを指し、本発明においてはインボリュートスプライン溝、ボールスプライン溝等の様々な形状のブローチ加工をこのフォーム上がりの切れ刃により加工する。 The form rising edge here refers to the shape of the cutting edge that cuts in the same shape as the broaching shape, and in the present invention, broaching of various shapes such as involute spline grooves and ball spline grooves is performed. It is processed with this cutting edge.
また、面取り部の形状がワークの内面に向かって縮径するテーパー形状とされ、面取り部の面取り角をα、切れ刃のすくい角をβとしたとき、面取り角αとすくい角βとの差γが、20°≦γ≦60°とされたブローチ加工方法とした(請求項2)。これにより、ワークの面取り部の面取り角αとブローチ工具の鈍角とされたすくい角βとが角度に差がない状態で接触することはない。ここでいう面取り角αとすくい角βとの差γとは、γ=α−(−β)とあらわすことができる。ここでいう面取り角とは、ワークの切れ刃食いつき部に設けられた面取り部がワークの内面に向かうテーパー形状であるときに、ワークの軸直角面と面取り部とのなす角度のことをいう。ここで、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γを20°以上としたのは、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γが20°未満であると面取り角αとすくい角βの差が少なく、ワークの面取り部にブローチ工具の切れ刃が食いつく瞬間の衝撃を緩和する効果が十分でないからである。また、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γを60°以内としたのは、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γが60°超であるとワークの加工部分の切削有効長さが短くなり、実用的でないからである。 Also, when the chamfered portion is tapered to reduce the diameter toward the inner surface of the workpiece, the difference between the chamfered angle α and the rake angle β when the chamfered angle of the chamfered portion is α and the rake angle of the cutting edge is β. The broaching method was such that γ was 20 ° ≦ γ ≦ 60 ° (Claim 2). As a result, the chamfering angle α of the chamfered part of the workpiece and the rake angle β, which is the obtuse angle of the broach tool, do not come into contact with each other with no difference in angle. Here, the difference γ between the chamfer angle α and the rake angle β can be expressed as γ = α − (− β). The chamfering angle here refers to an angle formed between the chamfered portion and the surface perpendicular to the axis of the workpiece when the chamfered portion provided on the cutting edge biting portion of the workpiece is tapered toward the inner surface of the workpiece. Here, the difference γ between the rake angle β of the broach tool and the chamfering angle α of the workpiece is set to 20 ° or more. The difference γ between the rake angle β of the broaching tool and the chamfering angle α of the workpiece is less than 20 °. This is because there is little difference between the chamfering angle α and the rake angle β, and the effect of reducing the impact at the moment when the cutting edge of the broach tool bites into the chamfered part of the work is not sufficient. In addition, the difference γ between the rake angle β of the broach tool and the chamfering angle α of the workpiece is set within 60 ° because the difference γ between the rake angle β of the broaching tool and the chamfering angle α of the workpiece is more than 60 °. This is because the effective cutting length of the machined part of the workpiece is shortened and is not practical.
また、加工されるワークの加工部位がインボリュート歯面である内面ブローチ加工方法とした(請求項3)。即ち、図2(c)示すように、インボリュートスプライン溝66を加工する場合は、大径42の両側に位置するインボリュート歯面15を二点鎖線で示す取りしろ44まで加工すればよいが、特に本発明のようにフォーム上がりとされた切れ刃を有するブローチ工具にて切れ刃食いつき部であるインボリュート歯面15に面取りを施して加工する場合、面取りがない場合に比べブローチの切れ刃がワークに同時に切り込む面積を著しく小さくすることができ、ブローチの切れ刃とワークの面取り部とが接触する際の衝撃振動の減少効果が大きい。
Further, the inner surface broaching method is adopted in which the processing part of the workpiece to be processed is an involute tooth surface. That is, as shown in FIG. 2 (c), when machining the
以上のように本発明によれば、すくい角が鈍角とされた複数のフォーム上がりの切れ刃が外周の軸方向に配設されたブローチ工具を使用して、ブローチ加工される被加工部分の表面近傍の硬度が45〜65HRCである略中空円筒状のワークの軸方向にブローチ工具を通過させることにより、ワークの内面に所定の加工を行う内面ブローチ加工方法において、ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を形成した内面ブローチ加工方法としたので、ワークの切れ刃食いつき部に形成した面取り部とブローチ工具の切れ刃とがブローチ加工により接触する際の大きな衝撃振動の発生を抑えることができた。それにより、45〜65HRCの高硬度材を40m/min以上の高速切削にてブローチ加工しても、ブローチ工具の切れ刃の刃先にチッピング、欠けが発生することなく加工することができた(請求項1)。 As described above, according to the present invention, the surface of a work part to be broached using a broach tool in which a plurality of foam rising edges whose rake angles are obtuse angles are arranged in the axial direction of the outer periphery. In an inner surface broaching method in which predetermined processing is performed on the inner surface of a workpiece by passing a broaching tool in the axial direction of a substantially hollow cylindrical workpiece having a hardness of 45 to 65 HRC in the vicinity, the cutting edge biting portion of the workpiece is chamfered. Since the inner surface broaching method in which the part is formed is employed, it is possible to suppress the occurrence of a large impact vibration when the chamfered part formed on the cutting edge biting part of the work and the cutting edge of the broaching tool contact by broaching. As a result, even if a high hardness material of 45 to 65 HRC was broached at a high speed cutting of 40 m / min or more, the cutting edge of the broaching tool could be machined without chipping or chipping. Item 1).
また、面取り部の形状がワークの内面に向かって縮径するテーパー形状とされ、面取り部の面取り角をα、切れ刃のすくい角をβとしたとき、面取り角αとすくい角βとの差γが、20°≦γ≦60°とされているブローチ加工方法としたので、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り部の面取り角αとが同一となることがなくなり、ブローチ加工時にワークの切れ刃食いつき部とブローチ工具の切れ刃の刃先とが接触した際の衝撃振動をより効果的に抑えることができた(請求項2)。 Also, when the chamfered portion is tapered to reduce the diameter toward the inner surface of the workpiece, the difference between the chamfered angle α and the rake angle β when the chamfered angle of the chamfered portion is α and the rake angle of the cutting edge is β. Since γ is a broaching method in which 20 ° ≦ γ ≦ 60 °, the rake angle β of the broaching tool and the chamfering angle α of the chamfered part of the workpiece are no longer the same. The impact vibration when the cutting edge biting part and the cutting edge of the broaching tool contacted each other could be more effectively suppressed (claim 2).
また、加工されるワークの加工部位がインボリュート歯面である内面ブローチ加工方法としたので、ブローチの切れ刃とワークの面取り部とが接触する際の衝撃振動の減少に大きな効果を生じることとなった(請求項3)。 In addition, since the processing part of the workpiece to be processed is an inner broach processing method in which the involute tooth surface is used, a great effect is produced in reducing the impact vibration when the cutting edge of the broach contacts the chamfered part of the workpiece. (Claim 3).
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図1(a)は本発明の実施の形態で使用するブローチ工具の側面図、(b)は(a)の切れ刃の拡大側面図、(c)は(a)のA−A線拡大矢視断面図、図2(a)は本発明の実施の形態で使用するワークの平面図、(b)は(a)のB−B線矢視断面図、(c)は(a)のインボリュート溝の模式図、図8は本発明のブローチ加工方法を示す模式断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A is a side view of a broaching tool used in an embodiment of the present invention, FIG. 1B is an enlarged side view of the cutting edge of FIG. 1A, and FIG. 1C is an AA line enlarged arrow of FIG. 2A is a plan view of a work used in the embodiment of the present invention, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 2A, and FIG. 2C is an involute in FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the broaching method of the present invention.
図1(a)に示すように、本発明に用いられる組立式内面ブローチ工具5の外周8の軸周り及び軸方向に設けられた切れ刃9は超硬合金製とされ、図2(a)に示すワーク12を加工するための切れ刃9の形状はフォーム上がりとされ、インボリュート歯面15を加工する。ここでいうフォーム上がりの切れ刃9とは、ブローチ加工形状と同一形状で切り込みを行う切れ刃の形状のことを指し、本実施の形態においてはインボリュートスプライン歯面15をこのフォーム上がりの切れ刃9により加工する。また、刃部3について、図1(b)に示すように、切れ刃9からひいた垂線22とすくい面21とのなす角であるすくい角βは−10°とされている。加工されるワーク12については仕上げ代を残して通常ブローチ工具にて前加工されたものを浸炭焼き入れで硬度60HRCとしたものである。
As shown in FIG. 1 (a), cutting
特に本発明においては、図2に示すように、ブローチ工具5により加工されるワーク12の切れ刃食いつき部に面取り部1を形成することに特徴を有する。ここでいう切れ刃食いつき部とは、ワークをブローチ加工するときにブローチ工具の切れ刃が最初に切り込むワークの部位のことをいう。本実施の形態では、大径部42をも含むようにしてワーク12の内面13まで続くテーパー状の面取り部1を形成した。これにより、ワークの切れ刃食いつき部にブローチ工具5の切れ刃9が徐々に接触するので、ブローチ加工時に切れ刃5の刃先に損傷を与えるような大きな衝撃振動の発生を抑えることができる。面取り部1のような面取り形状は旋盤により容易に加工することができる。このテーパー状とされた面取り部1とワーク12の軸26の軸直角面48とのなす角である面取り角αは45°とした。これにより、図8に示すように、前述したブローチ工具5の刃部3のすくい角βとワーク12の面取り角αとの差γは、γ=α−(−β)の関係式から、45°−(−(−10°))=35°となり、面取り角αとすくい角βとの差γが20°≦γ≦60°の範囲内となり、ワークの面取り部の面取り角αとブローチ工具のすくい角βとが角度に差がない状態で接触することはない。これにより、ブローチ工具5の切れ刃9はワーク12の面取り部1に徐々に食いつくことになり、切れ刃9が食いつく瞬間の衝撃振動が緩和される。
In particular, the present invention is characterized in that the chamfered
なお、前述した本発明の実施の形態では、切れ刃食いつき部であるインボリュート大径42をも含むようにしてワーク12の内面13まで続くテーパー状の面取り部1を形成したが、図9に示すように、面取り部1を切れ刃食いつき部であるインボリュート歯面15の全てを面取りしないように面取り部1を形成しても、ある程度の衝撃振動効果が得られることはいうまでもない。なお、前述した本発明の実施の形態では、ワークを固定し、内面ブローチ工具を移動してワークの内面を加工するブローチ工具移動式のブローチ加工としたが、本発明のブローチ加工方法は、内面ブローチ工具を固定し、ワークを移動してワークの内面を加工するワーク移動式のブローチ加工にも適用できることはいうまでもない。なお、前述した本発明の実施の形態では、硬度60HRCのワークを使用し、また特許請求の範囲でも硬度45〜65HRC、いわゆる高硬度材に対してのブローチ加工方法としたが、本発明のブローチ加工方法は前述した高硬度材以外のワークに対しても同様に適用できるブローチ加工方法であることはいうまでもない。
In the above-described embodiment of the present invention, the tapered chamfered
かかる本発明の実施の形態で述べた図1に示す組立式内面ブローチ工具5を用いて図2に示すワーク12を切削速度60m/minで加工した。なお、ワーク12の面取り角αを60°とし、ブローチ工具5のすくい角βを20°とした。これにより、ブローチ工具5の刃部3のすくい角βとワーク12の面取り角αとの差γは、γ=α−(−β)の関係式から、60°−(−(−20°))=40°となる。結果、図6の振動波形図に示すように、面取りがない場合(図5)に比べブローチ加工時の加工振動は小さいものとなり、ブローチ工具5の切れ刃9とワーク12の切れ刃食いつき部であるインボリュートスプライン歯面15とが接触しても大きな衝撃振動は発生せず、切れ刃9の刃先にもチッピングや欠けが生じることがなくなった。また、ブローチ寿命もワークに面取りを設ける前と比べて約2倍以上の加工数を加工できることとなった。
The
1 面取り部
5 ブローチ工具
8 外周
9 切れ刃
12 ワーク
13 内面
15 切れ刃食いつき部
α 面取り角
β すくい角
γ 面取り角αとすくい角βとの差
DESCRIPTION OF
Claims (3)
An inner surface broaching method, wherein a processing part of the workpiece processed by the broaching method according to claim 1 or 2 is an involute tooth surface.
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Cited By (1)
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2004
- 2004-02-17 JP JP2004040538A patent/JP4479266B2/en not_active Expired - Lifetime
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