JP2005297166A - ブローチ及びそのブローチを用いた切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具寿命の低下を抑制可能なブローチ及びそのブローチを用いた切削加工方法を提供する。
【解決手段】すくい面１３の真すくい角αｓがエッジ部１５上に存在する全ての切削点Ｐにおいて略同一となるようにすくい面１３を形成する。これにより、エッジ部１５に加えられる切削方向の力をエッジ部１５全体に亘って均一な力とし、エッジ部１５の局所的な偏摩耗を防ぎ、ブローチ１としての工具寿命の低下を抑制する。
【選択図】図６

Description

本発明は、すくい面と逃げ面との稜線部分に形成されるエッジ部が軸部の径方向内方から径方向外方に向かって移行するにしたがって軸部の軸方向後側に漸次移行する切れ刃を有するブローチ、及びそのブローチを用いた切削加工方法に関する。

図２７は、従来のブローチを説明する軸直角方向断面図、図２８は、図２７の要部拡大図、図２９は、図２８のＩ−Ｉ線断面図、図３０は、図２８のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３１は、図２８のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

ブローチ１００は、被加工物の貫通孔に挿通して引き抜くことにより、被加工物にスプライン穴やセレーション穴を形成することができる内面ブローチであり、その切削刃部１０１には、図２７及び図２８に示すように、周方向に所定間隔をおいて突出し軸方向に連続して整列する複数列の切れ刃１０２が設けられている。

切れ刃１０２は、径方向に突出して軸方向に延在する凸形状を有しており、図２８に示すように、歯形部１０６と大径部１０７を有している。そして、図２９に示すように、軸方向前側にすくい面１０３が形成され、軸方向に沿って逃げ面１０４が形成され、すくい面１０３と逃げ面１０４との稜線部分によってエッジ部１０５が形成されている。

すくい面１０３は、大径部１０７におけるすくい角αが、−１０°〜−３０°と後退するよう（ネガティブ方向）に設定し、エッジ部１０５のチッピングを防止することが従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３９４２５号公報

上記構成を有する切れ刃１０２の場合、大径部１０７のすくい角αは、ほぼ一定の値αＩとなる。しかしながら、歯形部１０６は、円弧形状を有しており、歯元から歯先に向かって移行するにしたがって漸次軸方向後方に向かって移行するように後方に傾斜して形成されている。このため、歯形部１０６の歯元と歯先とではすくい角αが異なり、実際のすくい角αは、歯先側から歯元側に移行するにしたがって漸次小さくなり（αＩ＞αＩＩ＞αＩＩＩ）、歯元付近の実際のすくい角αＩＩＩはほぼ０°となる。

したがって、切削加工時に歯形部１０６の歯元側に押しつぶす方向の荷重が加えられる。このため、歯形部１０６の歯先側と比較して歯元側の方が摩耗が激しく、ブローチ１００の工具寿命が短いという問題がある。

したがって、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、エッジ部１０５の偏摩耗による工具寿命の低下を抑制し、良好な加工面粗さが確保でき、効率的な仕上げ加工が可能なブローチ及びそのブローチを用いた切削加工方法を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に記載の発明によるブローチは、すくい面と逃げ面との稜線部分に形成されるエッジ部が軸部の径方向内方から径方向外方に向かって移行するにしたがって軸部の軸方向後側に漸次移行する切れ刃を有するブローチにおいて、エッジ部上の任意の切削点を通過して軸部の軸心に直交する方向に延在する仮想軸直角平面上で前記切削点の接線に直交して前記切削点を通過する法線方向の仮想基準線と、仮想基準線を包含して前記軸部の軸方向に沿って延在する仮想軸方向平面上ですくい面との交差部分に形成される仮想交差線と、の間に形成される真すくい角が前記エッジ部上に存在する全ての切削点において略同一となる形状に前記すくい面を形成したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のブローチにおいて、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工する切れ刃が軸方向に沿って複数整列配置され、切れ刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも前記切れ刃のエッジ部及び逃げ面が硬質皮膜でコーティングされ、かつ切れ刃のエッジ部上に存在する全ての切削点における真すくい角が−８°〜−５°の間の一定値に設定されて形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のブローチにおいて、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、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４の発明は、請求項２又は３に記載のブローチにおいて、切れ刃の逃げ角が、１°〜５°であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載のブローチにおいて、複数列の切れ刃内において最終仕上げ刃群以外の切れ刃の切削幅が０．２から２ｍｍであることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれかに記載のブローチにおいて、複数列の切れ刃内において最終仕上げ刃群の切れ刃は、軸方向前側の切れ刃に対し軸方向後側の切れ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７の発明は、請求項２〜６のいずれかに記載のブローチにおいて、切れ刃の切り込み量が、５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする。

請求項８の発明は、すくい面と逃げ面との稜線部分に形成されるエッジ部が径方向内方から径方向外方に向かって移行するにしたがって軸部の軸方向後側に漸次移行する複数の切れ刃を軸方向に沿って整列配置したブローチにおいて、各切れ刃のエッジ部は、軸方向前側の切れ刃から軸方向後側の切れ刃に移行するにしたがって順次径方向内方から径方向外方に変位する位置に設けられており、各切れ刃のエッジ部上の任意の切削点を通過して軸部の軸心に直交する方向に延在する仮想軸直角平面上で切削点の接線に直交して切削点を通過する法線方向の仮想基準線と、仮想基準線を包含して軸部の軸方向に沿って延在する仮想軸方向平面上ですくい面との交差部分に形成される仮想交差線と、の間に形成される真すくい角が各切れ刃で略同一となる形状に各切れ刃のすくい面を形成したことを有することを特徴とするブローチ。

請求項９に記載した切削加工方法の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のブローチを用いて切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工することを特徴とする。

請求項１の発明によると、エッジ部上の全ての切削点における真すくい角を略同一とする形状にすくい面を形成することによって、エッジ部に加えられる切削方向の力をエッジ部全体に亘って均一な力とすることができる。これにより、エッジ部の基端側が局所的に摩耗する偏摩耗を防ぎ、ブローチとしての工具寿命の低下を抑制することができる。

請求項２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−８°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−５°より大きくなると切れ刃の強度が低下してチッピング等が発生するが、真すくい角を−８°〜−５°の間の一定値となるように形成することにより、良好な加工面粗さが確保できかつエッジ部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。

請求項３の発明によると、切れ刃を粒径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れ刃の強度低下が抑制できる。

請求項４の発明によると、切れ刃の逃げ角を１°〜５°に設定することにより、良好な加工粗さを確保しつつ、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れ刃の強度が確保できて工具寿命の低下を抑制できる。

請求項５の発明によると、切れ刃の切削幅を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。

請求項６の発明によると、最終仕上げ刃群において、軸方向前側の切れ刃に対し軸方向後側の切れ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。

請求項７の発明によると、切れ刃の切り込み量が５μｍより小さいと切り込まず、次に連続する切れ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を超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、切れ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。

請求項８の発明によると、各切れ刃のエッジ部が軸方向前側から軸方向後側に移行するにしたがって軸部の径方向内方から径方向外方に変位する位置に設けられているので、ブローチ加工時にワークに対してブローチを軸方向前方から軸方向後方に向かって移動させることによって、ワークの切削箇所を軸部から漸次離間する方向に移動させて、最終的に所望の形状に加工形成することができる。

そして、真すくい角が各切れ刃で略同一となる形状に各切れ刃のすくい面を形成することにより、各切れ刃のすくい面を、軸方向前側の切れ刃から軸方向後方の切れ刃に移行するにしたがって漸次増大する傾斜角度に形成することができる。したがって、各切れ刃のすくい面の形状を平面化することができ、ブローチの製造を容易なものとすることができる。また、エッジ部に加えられる切削方向の力を各切れ刃で均一なものとすることができ、切れ刃の偏摩耗を防ぎ、工具寿命の低下を抑制することができる。

請求項９の発明によると、切削速度が３５ｍ／ｍｉｎから７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工することで、良好な加工面粗さを確保すると共に、切削温度の上昇によるエッジ部の強化低下に起因する摩耗を抑制してブローチとしての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。

（第１実施の形態）
次に、本発明のブローチに係わる第１実施の形態について図に基づいて説明する。図１は、第１実施の形態を示すブローチ１の側面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は切れ刃１２の軸直角方向断面図、図４は図１のブローチ１による切れ刃１２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における切れ刃の側面拡大図、図９は、エッジ部の任意の切削点Ｐ１における仮想軸直角平面Ｈ、仮想基準線Ｌｂ、仮想軸方向平面Ｖ、仮想交差線Ｌｃを示す斜視図であり、図１０は、切削点Ｐ２における仮想軸直角平面Ｈ、仮想基準線Ｌｂ、仮想軸方向平面Ｖ、仮想交差線Ｌｃを示す斜視図である。

ブローチ１は、図１に示すように、その一端にはブローチ１を切削加工方向である軸方向前側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。

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れ刃１２が配列されている。切れ刃１２は、仕上げ代を６０μｍより大きくして切れ刃１２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ており、軸部１１の外周面から径方向に突出して軸方向に延在する凸形状を有している。そして、図８に示すように、軸方向前側にすくい面１３が形成され、軸方向に沿って逃げ面１４が形成され、すくい面１３と逃げ面１４との稜線部分によってエッジ部１５が形成されている。

切れ刃１２は、図３に示すように、歯形部１６と大径部１７を有しており、歯形部１６は、軸部１１から所定の曲率半径で凸状に湾曲して突出する一対のＲ壁部を有しており、大径部１７は、歯形部１６の径方向外方端で径方向に直交する方向に直線状に延在する形状を有している。

図３において符号１６ａが歯形部１６の切削幅で、１７ａが大径部１７の切削幅である。そして、図４における実線１６ｂが歯形部１６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１６ｃが歯形部１６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１７ｂが大径部１７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１７ｃが大径部１７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。

すくい面１３は、図６及び図７に示すように、実際のすくい角である真すくい角αｓが−８°〜−５°の間の値でかつエッジ部１５の全ての切削点においてほぼ同一となる形状に形成されている。ここで、真すくい角αｓとは、図９及び図１０に示すように、エッジ部１５の任意の切削点、例えばＰ１、Ｐ２を通過して軸部１１の軸心Ｏに直交する方向に延在する仮想軸直角平面Ｈ上で切削点Ｐ１、Ｐ２の接線Ｌｔに直交して切削点を通過する法線方向の仮想基準線Ｌｂと、その仮想基準線Ｌｂを包含して軸部１１の軸方向に沿って延在する仮想軸方向平面Ｖ上ですくい面１３との交差部分に形成される仮想交差線Ｌｃと、の間に形成される角度をいう。

逃げ面１４は、図８に示すように、軸方向前側から後側に向かって移行するにしたがって漸次互いに接近しかつブローチ１の軸心側に移行するように傾斜形成されている。そして、大径部１７及び歯形部１６において逃げ角βを有するように形成されている。

上記構成を有するブローチ１によれば、例えば図６及び図７に示すように真すくい角αがエッジ部１５上に存在する全ての切削点Ｐにおいてほぼ同一となる形状にすくい面１３が形成されているので、ブローチ加工時にエッジ部１５に加えられる切削方向の力をエッジ部１５全体に亘って均一な力とすることができる。したがって、エッジ部１５の歯元側が歯先側よりも摩耗する局所的な偏摩耗を防ぐことができ、ブローチ１としての工具寿命の低下を抑制することができる。

次に、発明者が行った実験結果と、その実験結果から知得したブローチ３０、５０の工具寿命、並びに加工精度等のデータを以下に示す。

図１１は、実験に用いたブローチ３０の構成を説明する図、図１２は、従来の切れ刃５２の構成を説明する図、図１３は、本発明に係わる切れ刃３２の構成を説明する図である。

ブローチ３０は、円柱状の軸部３１と、その軸部３１の外周面から径方向に突出して軸方向に沿って延在する半円柱状の切れ刃３２とを有している。切れ刃３２は、その軸心が軸方向前方から軸方向後方に向かって移行するにしたがって漸次軸部３１の軸心に接近するように傾斜して配置されている。そして、軸部３１の外径は約４０ｍｍに設定され、切れ刃３２の外径は約４ｍｍに設定されている。

［ブローチの工具材質及び硬質皮膜］
ここで、ブローチ３０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３２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。

このために、本実施の形態において、各切れ刃３２を、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、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３８によってコーティングしている。

［ブローチ切り刃形状］
「すくい角」
（実験１）
まず最初に、従来のブローチ５０による実験結果を以下に示す。上記ブローチ５０は、図１２に示すように、本発明に係わるブローチ３０と同様に、切れ刃５２が半円柱形状を有しており、エッジ部５５が歯元から歯先に移行するにしたがって漸次軸方向後方に移行するように後方に傾斜して形成される略平面状のすくい面５３を有している。

したがって、ほぼ平面のすくい面５３と逃げ面５４との稜線部分に形成されたエッジ部５５の切削点Ｐにおける真すくい角αｓは、切削点Ｐが歯先から歯元に移行するにしたがって漸次増加する。例えば、切れ刃５２の軸直角方向断面図である図１２（ａ）に示すように、角度θを有した切削点Ｐ０における真すくい角（αｓ）は、下記の式（１）によって近似できる。

tan(αs)=tan(α)/R*(A-(R^2+A^2+2AR*cos(θ))^0.5…（１）

そして、切れ刃５２のすくい面５３、エッジ部５５、逃げ面５４に硬質皮膜５８をコーティングしかつすくい面５３のすくい角αが０°、−３°、−５°、−７°、−１０°、−１５°の切れ刃５２を備えた６種類のブローチ５０と、すくい面５３に硬質皮膜５８がコーティングされていない、すくい面５３のすくい角αが０°、−３°、−５°、−７°、−１０°、−１５°の切れ刃５２を備えた６種類のブローチ５０により、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の焼入材の被加工物を切削速度６０ｍ／ｍｉｎで、切り込み量を１０μｍとし、ミスト状の植物性油脂を塗布して切削加工した。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、切れ刃５２の軸方向断面図である図１２（ｂ）に示すように、エッジ部５５から逃げ面５４上に生ずるコーティング剥離長ＣＬが０．１ｍｍに達したときとした。

その結果を図１４及び図１５に示す。図１４は、すくい面５３に硬質皮膜５８がコーティングされている場合のすくい角αと切削長との関係、図１５は、すくい面５３に硬質皮膜５８がコーティングされていない場合のすくい角αと切削長との関係を示す実験結果である。図１４において、すくい角αは−８°よりもマイナス方向に変化するほど、切れ刃５２に対する切削方向の圧縮応力が増加し、硬質皮膜５８に圧縮割れが発生し、コーティング剥離が生ずることが確認された。したがって、すくい面５３に硬質皮膜５８がコーティングしてあるときは、すくい角αは０°〜−８°の範囲が好ましい。また、図１５に示すように、すくい面５３に硬質皮膜５８がコーティングされていないときは、すくい角αは−５°〜−１１°の範囲が好ましい。上記の実験結果により、良好に使用できるすくい角αの範囲は、硬質皮膜５８のコーティングありとなしの両方を満たす範囲であり、−５°〜−８°という範囲に限定される。

しかしながら、ブローチ５０は、すくい面５３がほぼ平面に形成されているので、エッジ部５５の歯元と歯先とでは真すくい角αｓが異なり、例えば、すくい面５３のすくい角αを−１０°と設定すると、真すくい角αｓは、歯先では−１０°であるが、歯元に移行するにしたがって漸次プラス側に移行し、歯元では−４°となる。このため、歯先では硬質皮膜５８のコーティング剥離が生じ、歯元では切削時にエッジ部５５を押しつぶす方向に荷重が加えられて摩耗が早く進行する。

一方、本発明に係わるブローチ３０のすくい面３３は、真すくい角αがすくい面３３と逃げ面３４との稜線部分に形成されたエッジ部３５の全ての切削点Ｐにおいてほぼ同一となる形状に形成されている。例えば、切れ刃３２の軸方向断面図である図１３（ｂ）に示すように、切れ刃３２を横から見た場合に、すくい面３３は凹状の曲線を描くように形成され、そのすくい面曲線ｆ（ｘ）は、下記の式（２）によって近似できる。

f(x)=R*tan(αs)/A*{A*Log[(R^2+A^2+2AX)^0.5-A]}…（２）
ただし、X=R*cosθ

（実験２）
すくい面５３のすくい角αが０°、−５°、−１０°、−１５°の切れ刃５２を備えた従来の４種類のブローチ５０と、真すくい角αｓがエッジ部３５の全ての切削点Ｐで−７°±１°の切れ刃３２を備えた本発明のブローチ３０とを用いて、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の焼入材の被加工物を切削速度６０ｍ／ｍｉｎで、切り込み量は１０μｍとし、ミスト状の植物性油脂を塗布した状態で切削加工した。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、エッジ部３５、５５から逃げ面３４、５４上に生ずる硬質皮膜３８、５８のコーティング剥離長ＣＬが０．１ｍｍに達したときとした。

その結果を図１６及び図１７に示す。図１６はコーティングありの場合のすくい角α，αｓと切削長との関係を示す実験結果、図１７は、コーティングなしの場合のすくい角α，αｓと切削長との関係を示す実験結果である。図１６及び図１７に示すように、本発明のブローチ３０が従来のブローチ５０よりも切削長が長く、工具寿命が長いことが確認できた。

「逃げ角」
切れ刃３２の逃げ面３４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３４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３４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３３と逃げ面３４によって決定されるエッジ部３５の肉厚が減少してエッジ部３５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３３を研削してエッジ部３５を研ぎ直す再研削に従って次第に刃厚が小さくなり、切れ刃３２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。

（実験３）
真すくい角αｓがエッジ部３５状に存在する全ての切削点Ｐにおいて−７°±１°でかつ逃げ角βが０．５°、１．０°、１．５°、２．５°、３．０°、５．０°の切れ刃３２を備えたそれぞれのブローチ３０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、エッジ部３５のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。

その結果を図１８及び図１９に示す。図１８は逃げ角βと加工面粗さとの関係、図１９は逃げ角βと切削長との関係を示す実験結果である。図１８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３４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１９において、逃げ角βが１°より小さいと、逃げ面３４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。一方、逃げ角βが５°より大きいと、エッジ部３５の肉厚が減少してエッジ部３５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。

よって、ブローチ３０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、エッジ部３５の全ての切削点Ｐにおいて真すくい角αｓを−７°±１°に設定し、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。

「切削幅」
切れ刃３２のエッジ部３５の長さである切削幅が増大すると切削抵抗が大きくなり、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以外の切れ刃３２の切削幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲に設定する。

（実験４）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の被加工物を、切れ刃３２がそのすくい面３３に硬質皮膜３８のコーティングが無く、切り込み量ｔが１２μｍ、逃げ角βが２．５°の切れ刃３２を軸方向に４０枚備え、切削幅が０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの７種類のブローチ３０によって切削速度が６０ｍ／ｍｉｎ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、エッジ部３５のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。

その結果を図２０に示す。図２０は切削幅と切削長との関係を示す実験結果である。図２０において、切削幅が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。

よって、切削幅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３０は、切れ刃３２を千鳥状に配置することも、また切れ刃３２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。

「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、切れ刃３２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に配列される切れ刃３２の数は、設備によるブローチ３０の加工ストローク及びブローチ３０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に隣接する切れ刃３２は、切削加工方向Ｆにおける前側の切れ刃３２に対し後側の切れ刃３２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。

（実験５）
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に配列される切れ刃３２が１刃、隣接する切れ刃３２の切り込み方向のバラツキ量が０μｍ〜４μｍで配列された切れ刃３２が２刃、３刃、４刃のそれぞれのブローチ３０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。

その結果を図２１に示す。図２１は切削加工方向Ｆに沿って配列された切れ刃３２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２１において、切れ刃３２が１刃のブローチ３０による切削加工された溝寸法はバラツキが大きい。一方、切れ刃３２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。

最終仕上げ刃群７において、切削加工方向Ｆで隣接する切れ刃３２は、切削加工方向Ｆにおいて前側の切れ刃３２に対し後側の切れ刃３２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。

［切り込み量］
ブローチ３０による切削加工にあたり、その切れ刃３２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、切れ刃３２の切り込み量が５μｍより小さいと切り込まず、その切れ刃３２に連続する次の切れ刃３２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、切れ刃３２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エッジ部３５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。

そこで、切れ刃３２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れ刃３２の切り込み量を５μｍ〜１５μｍの範囲に設定する。

（実験６）
ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５の焼入材の被加工物を、エッジ部３５の全ての切削点Ｐにおいて真すくい角αｓを−７°±１°に設定し、かつ逃げ角βを１．５°〜５°の範囲のブローチ３０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、エッジ部のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。

その結果を図２２に示す。図２２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２２において、切り込み量ｔが５μｍより小さいと切り込まず、切れ刃３２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。

そこで、切れ刃３２の切り込み量を５μｍ〜１５μｍの範囲に設定することで、切れ刃３２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。

［切削速度］
ブローチ３０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エッジ部３５の温度が上昇してエッジ部３５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。

（実験７）
真すくい角αｓがエッジ部３５の全ての切削点Ｐにおいて−７°±１°に設定されたブローチ３０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エッジ部３５のＶＢ摩耗が０．１ｍｍに達したときとした。

その結果を図２３及び図２４に示す。図２３は切削速度と加工面粗さとの関係、図２４は切削速度と切削長との関係を示す実験結果である。図２３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２４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エッジ部３５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。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。

以上説明したように、ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工する少なくとも複数列の切れ刃３２を有するブローチ３０において、切れ刃３２を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも切れ刃３２のエッジ部３５と逃げ面３４を硬質皮膜でコーティングし、かつエッジ部３５の全ての切削点Ｐにおいて真すくい角αｓを−７°±１°に設定することにより良好な加工面粗さを確保しつつ、エッジ部３５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。

また、上記切れ刃３２の真すくい角αｓが−７°±１°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エッジ部３５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。

（第２実施の形態）
次に、本発明のブローチに係わる第２実施の形態について以下に説明する。図２５は、第２実施の形態に係わるブローチ４０の構成を説明する図であり、図２５（ａ）は、切れ刃４２の縦断面図、図２５（ｂ）は、切れ刃４２の横断面図である。

第２実施の形態において特徴的なことは、各切れ刃４２のエッジ部４５が軸方向前側の切れ刃４２−１から軸方向後側の切れ刃４２−ｎに移行するにしたがって順次径方向内方から径方向外方に変位する位置に設けられており、各切れ刃４２のエッジ部４５が互いにほぼ同一の真すくい角αｓを有するようにそれぞれ形成したことである。

これによれば、ブローチ加工時に被加工物に対してブローチ４０を軸方向前方から軸方向後方に向かって移動させることによって、被加工物の切削箇所を軸部４１から漸次離間する方向に移動させて、最終的に所望の形状に加工形成することができる。

そして、各切れ刃４２のすくい面４３を、軸方向前側の切れ刃４２−１から軸方向後方の切れ刃４２−ｎに移行するにしたがって漸次増大する傾斜角度に形成することができる。したがって、各切れ刃４２のすくい面４３を所定範囲内の傾斜角度で傾斜した形状とすることができる。例えば、軸方向前側の切れ刃４２−１のすくい角αをθとすると、次の切れ刃４２−２のすくい角αをθ＋Δθ１、更に次の切れ刃４２−３のすくい角αをθ＋Δθ２に設定することができる。したがって、各切れ刃４２のすくい面４３の形状を平面化でき、ブローチ４０の製造を容易なものとすることができる。そして、エッジ部４５に加えられる切削方向の力を各切れ刃４２−１〜４２−ｎで均一なものとすることができ、偏摩耗を防ぎ、工具寿命の低下を抑制することができる。

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、第１実施の形態では切れ刃３２を含むブローチ３０全体を超微粒子系超硬合金により一体形成したが、図２６に断面図を示すように、切れ刃１２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１２を保持するホルダが一体形成されたブローチ本体１ａに切れ刃１２をろう付け等によって一体に結合することもできる。

第１実施の形態を示すブローチの側面図である。 同じく、図１のＡ−Ａ線断面図である。 同じく、切れ刃の軸直角方向断面図である。 同じく、図１のブローチによる切れ刃の歯形部による切削加工前の被加工物の形状（実線１６ｂ）と切削加工後における被加工物の形状（二点鎖線１６ｃ）を示す説明図である。 同じく、大径部による切削加工前の被加工物の形状（実線１７ｂ）と切削加工後における形状（二点鎖線１７ｃ）を示す説明図である。 同じく、図３のＢ−Ｂ線断面図である。 同じく、図３のＣ−Ｃ線断面図である。 同じく、図１における切れ刃の側面拡大図である。 同じく、エッジ部の切削点Ｐ１における仮想軸直角平面Ｈ、仮想基準線Ｌｂ、仮想軸方向平面Ｖ、仮想交差線Ｌｃを示す斜視図である。 同じく、切削点Ｐ２における仮想軸直角平面Ｈ、仮想基準線Ｌｂ、仮想軸方向平面Ｖ、仮想交差線Ｌｃを示す斜視図である。 同じく、実験に用いたブローチの構成を説明する図である。 同じく、従来の切れ刃の構成を説明する図である。 同じく、本発明に係わる切れ刃の構成を説明する図である。 実験１における硬質皮膜コーティングありの場合のすくい角と切削長との関係を示す実験結果である。 実験１における硬質皮膜コーティングなしの場合のすくい角と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 実験２における硬質皮膜コーティングありの場合のすくい角と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 実験２における硬質皮膜コーティングなしの場合のすくい角と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 実験３における逃げ角と加工面粗さとの関係を示す実験結果である。 実験３における逃げ角と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 実験４における切削幅と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 実験５における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。 実験６における切り込み量と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 実験７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。 実験７における切削速度と切削長（工具寿命）との関係を示す実験結果である。 第２実施の形態に係わるブローチの構成を説明する図である。 更に他の実施の形態を示す説明図である。 従来のブローチを説明する軸直角方向断面図である。 図２７の要部拡大図である。 図２８のＩ−Ｉ線断面図である。 図２８のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２８のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

符号の説明

１、３０、４０ ブローチ
１１、３１、４１、５１ 軸部
１２、３２、４２、５２ 切れ刃
１３、３３、４３、５３ すくい面
１４、３４、４４、５４ 逃げ面
１５、３５、４５、５５ エッジ部
１６ 歯形部
１７ 大径部
１８、３８、５８ 硬質皮膜
Ｐ１ 切削点
Ｈ 仮想軸直角平面
Ｖ 仮想軸方向平面
Ｌｂ 仮想基準線
Ｌｃ 仮想交差線
Ｌｔ 接線

Claims (9)

1. すくい面と逃げ面との稜線部分に形成されるエッジ部が軸部の径方向内方から径方向外方に向かって移行するにしたがって軸部の軸方向後側に漸次移行する切れ刃を有するブローチにおいて、
   前記エッジ部上の任意の切削点を通過して軸部の軸心に直交する方向に延在する仮想軸直角平面上で前記切削点の接線に直交して前記切削点を通過する法線方向の仮想基準線と、該仮想基準線を包含して前記軸部の軸方向に沿って延在する仮想軸方向平面上で前記すくい面との交差部分に形成される仮想交差線と、の間に形成される真すくい角が前記エッジ部上に存在する全ての切削点において略同一となる形状に前記すくい面を形成したことを特徴とするブローチ。
2. ＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工する切れ刃が軸方向に沿って複数整列配置され、
   前記切れ刃を構成する工具材質が超微粒子系超硬合金であって、少なくとも前記切れ刃のエッジ部及び逃げ面が硬質皮膜でコーティングされ、かつ切れ刃のエッジ部上に存在する全ての切削点における真すくい角が−８°〜−５°の間の一定値に設定されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブローチ。
3. 前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、前記硬質皮膜は、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２に記載のブローチ。
4. 前記切れ刃の逃げ角が、１°〜５°であることを特徴とする請求項２又は３に記載のブローチ。
5. 前記複数列の切れ刃内において最終仕上げ刃群以外の切れ刃の切削幅が０．２から２ｍｍであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のブローチ。
6. 前記複数列の切れ刃内において最終仕上げ刃群の切れ刃は、軸方向前側の切れ刃に対し軸方向後側の切れ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２〜５のいずれかに記載のブローチ。
7. 前記切れ刃の切り込み量が、５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のブローチ。
8. すくい面と逃げ面との稜線部分に形成されるエッジ部が径方向内方から径方向外方に向かって移行するにしたがって軸部の軸方向後側に漸次移行する複数の切れ刃を軸方向に沿って整列配置したブローチにおいて、
   各切れ刃のエッジ部は、軸方向前側の切れ刃から軸方向後側の切れ刃に移行するにしたがって順次径方向内方から径方向外方に変位する位置に設けられており、
   各切れ刃のエッジ部上の任意の切削点を通過して軸部の軸心に直交する方向に延在する仮想軸直角平面上で前記切削点の接線に直交して前記切削点を通過する法線方向の仮想基準線と、該仮想基準線を包含して前記軸部の軸方向に沿って延在する仮想軸方向平面上で前記すくい面との交差部分に形成される仮想交差線と、の間に形成される真すくい角が各切れ刃で略同一となる形状に各切れ刃のすくい面を形成したことを有することを特徴とするブローチ。
9. 前記請求項１〜８のいずれかに記載のブローチを用いて切削速度が３５ｍ／ｍｉｎ〜７５ｍ／ｍｉｎでＨＲＣ５０〜ＨＲＣ６５相当の被加工物を切削加工することを特徴とする切削加工方法。

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