JP2007000977A

JP2007000977A - バニシング工具及びそれを用いたバニシング加工方法

Info

Publication number: JP2007000977A
Application number: JP2005185179A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kuroda; 善弘黒田; Yasuyuki Kaneda; 泰幸金田; Tomohiro Fukaya; 朋弘深谷
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】被加工物が焼き入れ鋼などの硬度の高い鉄系金属である場合も、これを長い時間安定して加工することができ、また、単結晶ダイヤモンドを使用した工具に比べると安価で、加工コストの低減も図れるバニシング工具とその工具を用いたバニシング加工方法を提供する。
【解決手段】バニシング工具１の本体部２に、ＣＢＮ焼結体で形成されたバニシング部材３を先端に有する圧子４を内蔵させ、この圧子４を付勢手段５で前向きに付勢して被加工物の表面に所定の圧力で押し付け、被加工物の表面の凸部をつぶして表面の面粗さを向上させるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、被加工物の表面を高精度に仕上げるためのバニシング工具とその工具を用いたバニシング加工方法に関する。

例えば、切削加工した被加工物(ワーク)Ｗの表面には、図６に示すような送りマーク２０が形成される。その送りマーク２０は、加工マークとも称され、工具の切れ刃の軌跡２１が交差する位置に形成される小さな凸部(山)である。図６のＦは、切削工具の送り方向を、ｆは送り量を、ｄは切り込みを各々表す。

その送りマークなどが生じた被加工物の表面を滑らかな面に仕上げる方法の一つに、バニシング加工がある。そのバニシング加工は、硬度の高い材料で形成されたバニシング部材で被加工物の表面の凸部を押しつぶして（塑性変形させて）被加工物の表面を平滑にする。

このバニシング加工に適用する工具として、例えば、下記特許文献１に開示された工具が知られている。また、下記特許文献２に記載された工具も一般的に使用されている。特許文献１が開示している工具は、バニシャの先端部に超硬ボールを有し、その超硬ボールが回転自在に保持されており、この超硬ボールを所定の圧力で仕上げ加工する面に押し付ける構造になっている。

また、特許文献２が開示しているポイントバニッシング工具は、押圧部材の先端部にダイヤモンドを埋め込んでおり、そのダイヤモンドで被加工物の表面を押圧する。

特許文献１の工具は、ＨＲＣ５８〜６３の硬さを有する切削加工後の部材の表面をＲｚ＝０．８μｍ程度に仕上げることができるとしているが、焼き入れ鋼などの高硬度材の仕上げでは、バニシャの先端部に設けた超硬ボールの破損や機械的な擦り摩耗が起こり易い。特に、高硬度材をバニシング加工するときのボールの押し付け力は相当高く、その高い押し付け力を加えると超硬ボールの円滑な回転が困難になり、ボールを回転させることによる摩擦軽減の効果が薄れて擦り摩耗が起こり易くなる。従って、量産加工工程での適用が難しいと言う欠点がある。

また、特許文献２が開示している工具は、焼き入れ鋼などの鉄系金属の加工には適していない。押圧部材の先端部に埋め込んだダイヤモンドは、焼き入れ鋼などの鉄系金属との反応が進むため、寿命が非常に短い。また、先端のダイヤモンドは相当大きな単結晶ダイヤモンドが必要であるので原料費が高くつく。これに加えて単結晶ダイヤモンドを所望の形状に加工するときの加工費も高くつくので、工具単価が非常に高くなる欠点がある。
特開昭５７−４８４４２号公報（図４、図５）特開２０００−２２５５６５号公報（請求項１）

この発明は、バニシング工具とその工具を用いたバニシング加工方法において、被加工物が焼き入れ鋼などの硬度の高い鉄系金属である場合も、これを長い時間安定して加工することができ、また、単結晶ダイヤモンドを使用した工具に比べると安価で、加工コストの低減も図れるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、工具先端に設けたバニシング部材を、切削加工した被加工物の表面に所定の力で押し付けて被加工物の前記表面を仕上げるバニシング工具において、前記バニシング部材を、立方晶型窒化硼素(以下ｃＢＮと記す)を含むＣＢＮ焼結体で形成する。

前記バニシング部材は、３０ＧＰａ以上のビッカース硬さ（Ｈｖ）を有するＣＢＮ焼結体や、ｃＢＮを５０体積％以上含有するＣＢＮ焼結体、より好ましくは７０体積％以上含有するＣＢＮ焼結体、或いは、ｃＢＮの粒子が直接結合した組織を有するＣＢＮ焼結体で形成すると好ましい。

この発明は、これらのバニシング工具(好ましくはｃＢＮ含有量が５０体積％以上のＣＢＮ焼結体でバニシング部材を形成した工具)を使用し、このバニシング工具の前記バニシング部材を、被加工物の粗加工された表面に０．９８Ｎ以上、１９６Ｎ以下の力で押し付けてその表面を仕上げるバニシング加工方法と、
前記バニシング部材を、切削加工された焼き入れ鋼の表面に１９．６Ｎ以上、９８Ｎ以下の力で押し付けてその表面を仕上げるバニシング加工方法も併せて提供する。

ＣＢＮ焼結体は、鉄系金属に対して化学的に安定しており、焼き入れ鋼などの硬度の高い鉄系金属に高い圧力で押し付けても摩耗の著しい進行は起こらない。この発明のバニシング工具は、被加工物の表面の凸部を押しつぶすバニシング部材をそのＣＢＮ焼結体で形成しているので、鉄系金属の加工で長寿命を発揮する。また、単結晶ダイヤモンドを用いる工具に比べて工具単価も下がり、加工コストの低減が図れる。

なお、３０ＧＰａ以上のビッカース硬さを有するＣＢＮ焼結体、ｃＢＮ含有量が５０体積％以上、中でも７０体積％以上のＣＢＮ焼結体、或いは、ｃＢＮ粒子が直接結合した組織を有するＣＢＮ焼結体でバニシング部材を形成した工具は、バニシング部材の破損、摩耗が起こり難く、バニシング部材の押し付け力を高くした加工に適する。

また、この発明のバニシング加工方法では、切削加工によって焼き入れ鋼などの表面に生じた凸部(送りマークの山)を、逆効果にならないようにつぶして加工面の面粗さを向上させることができる。その効果については、後に詳しく述べる。

以下、添付図面の図１〜図４に基づいて、この発明のバニシング工具の実施形態を説明する。例示のバニシング工具１は、本体部２と、ＣＢＮ焼結体で形成されたバニシング部材３を先端に有する圧子４と、この圧子４を、前向きに付勢する付勢手段(図のそれは皿ばね)５と、付勢手段５の付勢力を変化させる調整機構６とで構成されている。調整機構６は、付勢手段５の片側を支えたリテーナ６ａとこのリテーナ６ａを介して付勢手段５を圧縮する調整ねじ６ｂとからなる。

なお、図の工具は、付勢手段５からの付勢力をリング７経由で圧子４に加えているが、リング７を省いて付勢手段５の力を直接圧子４に加えることも可能である。本体部２は圧子４を交換可能に内蔵するものが好ましい。実施例の工具の本体部２は、複数の部材をねじで締結した構造にしており、圧子交換の要求に応えることができる。

バニシング部材３を形成するＣＢＮ焼結体は、焼き入れ鋼を加工するときには、３０ＧＰａ以上のビッカース硬さを有するＣＢＮ焼結体、ｃＢＮを５０体積％以上、より好ましくは７０体積％以上含有するＣＢＮ焼結体、或いは、ｃＢＮ粒子が直接結合した組織を有するＣＢＮ焼結体で形成すると好ましい。

このバニシング工具１は、粗加工によって被加工物の表面に生じた凸部、例えば、切削加工で生じた送りマークにバニシング部材３を所定の圧力で押し付け、送りマークの山を塑性変形させてつぶす。

このバニシング工具１は、仕上げ専用の独立した工具にして粗加工工程とは別工程で使用してもよいし、粗加工を行うフライス工具や穴加工工具などと複合化して粗加工と並行してバニシング仕上げを行うこともできる。

図５に、圧子４の外観を示す。この圧子４の先端のバニシング部材３を、硬度、ｃＢＮ含有率、熱伝導率が異なるＣＢＮ焼結体で形成した４種類の図１の構造のバニシング工具と、圧子先端のバニシング部材３をダイヤモンド単結晶および超硬合金（ＷＣ−１０％Ｃｏ）で形成したバニシング工具を作成した。これらを、バニシング工具Ａ〜Ｆとする。この６種のバニシング工具Ａ〜Ｆを用いて仕上げ加工を行った。

ＣＢＮ切削工具（工具型番：ＣＮＧＡ１２０４０８）を使用して焼入れ鋼（ＳＣＭ４１５丸棒ＨＲＣ６０）を、切削速度Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込みｄ＝０．１ｍｍ、湿式切削の条件で切削加工し、その切削加工した焼き入れ鋼の表面をバニシング工具で仕上げた。バニシング工具による加工長は５ｋｍとし、また、バニシング加工の条件は、加工速度Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、バニシング部材の押し付け力＝４９Ｎ（工具Ｅ、Ｆは１９６Ｎ）、湿式加工とした。

この試験で試料として用いたバニシング工具Ａ〜Ｆの先端のバニシング部材のビッカース硬さ（Ｈｖ）と、バニシング工具Ａ〜Ｄのバニシング部材のｃＢＮ含有率を表１に示す。また、焼き入れ鋼の切削後の表面粗さとバニシング加工初期の仕上げ面粗さと、バニシング加工長さ５ｋｍ時点での仕上げ面の面粗さの測定結果も表１に併せて示す。

工具Ａ〜Ｆを用いてバニシング加工を行った結果、切削後面粗さがＲｚ≒３．２μｍの焼入れ鋼の表面を、Ｒｚ＝２．０μｍ以下の高品位な面に仕上げ加工することができたのは、工具Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅであった。工具Ｄは押し付け時にＣＢＮ焼結体で形成された先端のバニシング部材が破損し、正常に加工することができなかった。この工具Ｄは、バニシング部材の硬度が２７．８ＧＰａと最も低いことから、バニシング加工時の負荷にバニシング部材が耐えられなかったと考えられる。この結果から、硬度がＨＲＣ５８〜６３にもなるような焼き入れ鋼の加工では、バニシング部材の材料は、ビッカース硬度３０ＧＰａ以上が必要であることがわかる。

工具Ｆは破損することなく加工可能であったものの、バニシング後の面粗さは初期でも粗く、５ｋｍ加工後では切削後面粗さよりも粗くなった。この工具Ｆはバニシング部材が超硬合金であるため、そのバニシング部材の擦り摩耗が早く、ＣＢＮ切削工具の寿命よりも早い段階でバニシング工具が寿命になると考えられる。

バニシング部材をダイヤモンド単結晶で形成した工具Ｅは、加工初期はＲｚ＝２．０μｍ以下の高精度加工が可能であったものの、５ｋｍ加工後ではＣＢＮ焼結体を用いた工具Ａ、Ｂ、Ｃに比べて仕上げ面粗さが悪化した。ダイヤモンド単結晶は既存の材料の中では硬度及び熱伝導率が最も高く、摩耗が少ないバニシング加工初期においては良好な性能を示すが、ダイヤモンドは鉄系金属との反応性が高いため、ＣＢＮ焼結体を用いた工具に比べるとバニシング部材の摩耗が早く、工具寿命としては短いことがわかる。

実施例１の工具Ａを用い、バニシング部材の押し付け力をそれぞれ、０．９８Ｎ（０．１ｋｇｆ）、４．９Ｎ（０．５ｋｇｆ）、１９．６Ｎ（２ｋｇｆ）、４９Ｎ（５ｋｇｆ）、９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）、２９４Ｎ（３０ｋｇｆ）にして焼き入れ鋼の切削後の表面の仕上げ加工を行った。そして、バニシング加工後の仕上げ面の面粗さを測定した。バニシング加工時の押し付け力以外の条件は実施例１と同様とし、バニシング加工の初期の測定を行った。結果を表２に示す。

押し付け力を１９６Ｎ以上にすると、仕上げ面の面粗さがバニシング加工前の表面粗さよりも悪化することがわかる。ＣＢＮ焼結体で形成したバニシング部材を用いる焼入れ鋼のバニシング加工においては、バニシング部材の押し付け力は、０．９８Ｎ以上、１９６Ｎ以下であることが好ましい。さらに、望ましくは、１９．６Ｎ以上、９８Ｎ以下である。

その押し付け力が１９６Ｎ以上になると、工具と被加工物との摩擦力が大きくなり、工具への溶着による構成刃先が現れ、バニシングではなく切削加工となってしまって山を潰す以上に溝を掘る結果、面粗さがむしろ悪化する。また、押し付け力が０．９８Ｎ以下では力が弱すぎ、切削によって生じた送りマークの山を潰しきれない。

焼き入れ鋼の加工において、Ｒｚ＝３．２μｍ程度の粗さを持つ送りマークの山を潰し、溝を掘らずに良好な仕上げ面を得るのは、押し付け力が、１９．６Ｎ以上、９８Ｎ以下の場合であることが分かる。

この発明のバニシング工具の一例を示す断面図図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図図１のバニシング工具の正面図図１のバニシング工具の背面図図１のバニシング工具に採用した圧子の斜視図送りマークの代表的な例を示す拡大断面図

符号の説明

１バニシング工具
２本体部
３バニシング部材
４圧子
５付勢手段
６付勢力の調整機構
６ａリテーナ
６ｂ調整ねじ
７リング

Claims

圧子の先端に設けたバニシング部材を、切削加工した被加工物の表面に所定の圧力で押し付けて被加工物の前記表面を仕上げるバニシング工具において、前記バニシング部材を、立方晶型窒化硼素を含むＣＢＮ焼結体で形成したことを特徴とするバニシング工具。
前記バニシング部材を、３０ＧＰａ以上のビッカース硬さ（Ｈｖ）を有するＣＢＮ焼結体で形成したことを特徴とする請求項１に記載のバニシング工具。
前記バニシング部材を、立方晶型窒化硼素を５０体積％以上含有するＣＢＮ焼結体で形成したことを特徴とする請求項１に記載のバニシング工具。
前記バニシング部材を、立方晶型窒化硼素を７０体積％以上含有するＣＢＮ焼結体で形成したことを特徴とする請求項１に記載のバニシング工具。
前記バニシング部材を、立方晶型窒化硼素の粒子が直接結合した組織を有するＣＢＮ焼結体で形成したことを特徴とする請求項１に記載のバニシング工具。
請求項１〜５のいずれかに記載のバニシング工具を使用し、このバニシング工具の前記バニシング部材を、被加工物の粗加工された表面に０．９８Ｎ以上、１９６Ｎ以下の力で押し付けてその表面を仕上げるバニシング加工方法。
請求項１〜５のいずれかに記載のバニシング工具を使用し、このバニシング工具の前記バニシング部材を、切削加工された焼き入れ鋼の表面に１９．６Ｎ以上、９８Ｎ以下の力で押し付けてその表面を仕上げるバニシング加工方法。