JP2007185736A

JP2007185736A - エンドミル

Info

Publication number: JP2007185736A
Application number: JP2006005031A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Yamanaka; 一史山中
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】シャンク先端に小径部を有し、その小径部に母材がろう付け接合されてその母材で切れ刃が形成されている小径エンドミルについて、加工時に発生する振動の影響を抑えることにより、その小径エンドミルの強度を向上させることを課題としている。
【解決手段】エンドミル１を、シャンク部２とそのシャンク部よりも小径の首部３が超硬合金によって一体に形成され、首部３の先端に、ＣＢＮ又はダイヤモンドの層５と裏打ち超硬合金層６が一体焼結された母材４が裏打ち超硬合金層５をろう付けして接合され、その母材４のＣＢＮまたはダイヤモンドの層５で切れ刃７が形成されるものにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、金型などの精密加工に利用されるエンドミルに関する。詳しくは、シャンク先端にシャンクよりも外径の小さい小径部を有し、その小径部に母材がろう付け接合されてその母材で切れ刃が形成されているエンドミルに関する。

シャンク先端に切れ刃を備えた小径部を有するエンドミル、特に、金型などの精密加工に利用される外径（加工径）が例えばφ４ｍｍ以下の小径エンドミルとして、超硬合金とＣＢＮ（立方晶窒化硼素）またはダイヤモンドを一体焼結したディスク状のブランク体を作成し、そのブランク体から放電ワイヤカットによって円柱体を切り出し、その円柱体を母材にしてこれをシャンクにろう付けし、この母材で切れ刃を形成したものが知られている。そのようなエンドミルは、例えば、下記特許文献１に開示されている。

特許文献１は、ブランク体から切り出した円柱体（刃部と称している）の母材超硬合金層側にシャンクをろう付けすると述べており、小径部の全体が円柱体によって形成されたものになっている。

しかしながら、このように構成されたエンドミルは、厚みの大きいブランク体を製造することが難しいため、首下長（小径部の長さ）を長くすることができず、精密深彫り加工に対応できなかった。ＣＢＮ層やダイヤモンド層を有するブランク体の現状技術による製造可能厚みは、１２ｍｍが限界とされている。小径部径がφ４ｍｍにも満たないような小径エンドミルは、円柱体とシャンクの接合強度を確保するために、シャンク先端に孔をあけ、その孔に円柱体の一部を差し込んでろう付け面積を増加させる方法が通常採られており、その場合には、差し込み長さ分が減殺されて首下長がさらに短くなる。現状の市販品の外径φ４ｍｍ以下のエンドミルはいずれも円柱体の差し込み接合を行っており、首下長さは６ｍｍが最大となっている。従って、首下長は、円柱体をシャンクの端面に突き合わせて接合したとしても１２ｍｍが最大となってそれよりも深い穴や溝の加工ができない。また、加工時に発生する振動によってろう付けが行われている小径部とシャンク部の境界部に応力が集中して寿命が低下するという問題もあった。

上述した首下長の制約により、加工深さが６ｍｍを超えるような深彫り加工は、放電加工を主体にして行っているが、放電加工は旋削加工に比べて時間がかかり、生産性が悪い。
特開２００２−１４４１３２号公報

この発明は、加工時に発生する振動の影響を抑えることにより、小径エンドミルの強度を向上させ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、精密加工に利用するエンドミルを、シャンク部とシャンク部よりも小径の首部が超硬合金によって一体に形成され、前記首部の先端に、ＣＢＮ又はダイヤモンドの層と裏打ち超硬合金層が一体焼結された母材が裏打ち超硬合金層をろう付けして接合され、その母材で切れ刃が形成されたものにした。

このエンドミルの好ましい形態を以下に列挙する。
（１）母材の裏打ち超硬合金層のヤング率とシャンクに一体に形成された首部のヤング率の比Ｘ（首部のヤング率／裏打ち超硬合金層のヤング率）を、１．０＜Ｘ＜１．３にしたもの。
（２）母材の裏打ち超硬合金層の厚みｔを、０．３ｍｍ≦ｔ≦５．０ｍｍにしたもの。
（３）首下長を１２ｍｍ以上としたもの。
（４）首部の先端と母材の裏打ち超硬合金層の突合せ部に対応した凹凸面を形成し、その凹凸面を嵌合させてろう付けしたもの。

この発明のエンドミルは、シャンク部と首部が一体に形成され、両者の間に接合部が存在しない。従って、応力が集中し易いシャンク部と首部の境界付近の強度が高い。
また、ＣＢＮ又はダイヤモンドの層と首部との間に介在された裏打ち超硬合金層をシャンク材料よりも剛性の低い材料で形成して裏打ち超硬合金層で加工時の振動を減衰させることができる。
さらに、裏打ち超硬合金層はＣＢＮ層やダイヤモンド層と違って加工性に優れ、この裏打ち超硬合金層と超硬合金で形成される首部の接合面の加工の自由度が高い。そのために、接合面の面積を増加させるなどして接合部の強度を向上させることができる。

これらの相乗効果で首下長が長くなっても切削の安定性が確保されるようになり、首下長を長くしたエンドミルを実現することが可能になる。

なお、首部のヤング率と裏打ち超硬合金層のヤング率の比Ｘを、１．０＜Ｘ＜１．３に設定したものや、裏打ち超硬合金層の厚みｔを、０．３ｍｍ≦ｔ≦５．０ｍｍにしたものは、裏打ち超硬合金層による振動吸収効果が特に高く、首下長をより長くすることができる。
首部と裏打ち超硬合金層のヤング率の比率Ｘが、１．０以下であると、裏打ち超硬合金層による振動吸収効果が十分に発揮されず、また、そのヤング率の比率Ｘが、１．３より大きいと裏打ち超硬合金層が弱くなって加工中にエンドミルが撓みやすくなり、いずれの場合も加工中にエンドミルが振動して(所謂びびりが発生する)加工面の面粗さが悪くなる。
裏打ち超硬合金層の厚みｔが０．３ｍｍ以下のものも振動吸収効果が十分に発揮されない。また、その厚みｔが５．０ｍｍを超えるものは加工中に裏打ち超硬合金層が撓みやすくなり、上記同様、加工中にエンドミルのびびりが発生して加工面の面粗さが悪くなる。

また、本発明の構造によると、振動発生部からろう付け部までの距離が短いため、振動によってろう付け部に発生するモーメントが小さく、首下長を従来技術では限界とされていた１２ｍｍ以上とすることができ、特に、首下長が２０ｍｍを超えるようなロングネックタイプも実現可能となる。

裏打ち超硬合金層と首部の突合せ部に対応した凹凸面を形成し、その凹凸面を嵌合させてろう付けしたものは接合面の面積が増加する。また、凹凸面の形状によっては接合部にトルク伝達のための機械的係合部ができ、接合部の強度が高まる。

以下、添付図面の図１〜図５に基づいてこの発明のエンドミルの実施の形態を説明する
。図1、図２は、この発明のエンドミルの一例を示している。このエンドミル１は、シャンク部２とそのシャンク部２よりも小径の首部３を超硬合金で一体に形成し、首部３の先端にＣＢＮまたはダイヤモンドからなる母材４をろう付け接合してその母材４に切れ刃７と切屑ポケット８を設けている。９は、首部３と母材４からなる小径部であり、この小径部９の長さＬ１が首下長となる。

母材４は、ＣＢＮ又はダイヤモンドの層５と裏打ち超硬合金層６が一体焼結されたものであり、裏打ち超硬合金層６が図２のＡ部で首部３の先端にろう付けして接合される。

この発明のエンドミル１は、裏打ち超硬合金層６を含む母材４の長さＬが、１．０〜１２ｍｍ程度、より好ましくは、１．０〜６．０ｍｍ程度、裏打ち超硬合金層６の厚みｔ（図２参照）は０．３ｍｍ〜５．０ｍｍ程度に設定される。
また、首下長Ｌ１は、図４（ａ）に示す下限Ｌ１_ＭＩＮが２．０ｍｍ程度、図４（ａ）に示す上限Ｌ１_ＭＡＸが５０ｍｍ程度に設定される。

母材４の首部３に対するろう付けは、活性ろう材を用いて真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気下で実施すると好ましい。活性ろう材は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの軟質金属とＴｉ、Ｚｒ、Ｔａなどの活性金属を含むものなどが知られており、このようなものを好適に使用できる。ＣＢＮ又はダイヤモンドの層５は、既知のものでよい。

裏打ち超硬合金層６と首部３の接合は、図５に示すように、両者の突合せ部に対応した凹凸面１１、１２を形成し、その凹凸面１１、１２を嵌合させてろう付けすると好ましい。凹凸面１１、１２は、図５（ａ）、(ｂ)に示すような形状の面でよく、そのような凹凸面１１、１２を設けることでろう付け面積が広くなって接合部の強度が高まる。また、凹凸面１１、１２よって接合部にトルク伝達のための機械的係合部を形成することも可能であり、その場合には、接合部の強度がさらに高まる。

なお、図１のエンドミルは、ボールエンドミルであるが、この発明は、ボールエンドミル以外のエンドミル、例えば、スクエアエンドミルやラジアスエンドミルなどにも適用できる。

−実施例１−
以下に、より詳細な実施例について述べる。下記の諸元のボールエンドミルを試作し、下記の加工条件で各種のテストを行った。
試作したエンドミルは、図１に示す形状で、全長Ｌ２：４０ｍｍ、首下長Ｌ１：１２ｍｍ、先端ボール刃の半径Ｒ：１．０ｍｍ、加工径：２．０ｍｍである。母材はＣＢＮ層と裏打ち超硬合金層が一体焼結されたもので、この母材はＣＢＮ層にＲ切れ刃が形成されている。
加工条件被削材：ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０相当）
回転数：４０，０００ｍｉｎ^−１
送り：５，０００ｍｍ／ｍｉｎ
切込み：０．１ｍｍ
ピックフィード０．０５ｍｍ
加工形態：平面加工

テストは先ず、シャンク及び首部（本体部）の素材である超硬合金のヤング率と母材の裏打ち超硬合金層のヤング率の組み合わせを表１に示すように変化させたエンドミルを試作し、その試作エンドミルで加工したときの加工状況と加工面の面粗さを調べた。その結果を表１に併記する。

この試験結果に、首部のヤング率（即ち本体部の超硬合金のヤング率）と母材の裏打ち超硬合金のヤング率の比Ｘを１．０＜Ｘ＜１．３に設定することの有効性が現れている。

−実施例２−
次に、表１のハ）−ｂの組み合わせを使用し、母材の裏打ち超硬合金層の厚みｔを変化させたエンドミルを試作して、実施例１と同一条件で加工テストを行った。その結果を表２に示す。

この試験結果から、裏打ち超硬合金層の厚みｔは０．３〜５．０ｍｍが好ましいことがわかる。

−実施例３−
母材の裏打ち超硬合金層６と首部３の接合形状を変えたテストピースを試作して各接合形状の剪断強度を調べた。接合形状は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３通りとした。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に接合部の寸法を併せて示す。寸法の単位はｍｍである。その結果を表３にまとめる。

上記の結果より、接合面を凹凸面にしてろう付け面積を広くすることで、接合部の強度が高まる。

この発明のエンドミルの一例を示す側面図図１のエンドミルの小径部先端側の拡大側面図（ａ）この発明のエンドミルの製造工程の前段を示す斜視図、（ｂ）首部を加工した状態の斜視図（ａ）最小首下長を示す斜視図、（ｂ）最大首下長を示す斜視図（ａ）ろう付け接合部の一例を示す側面図、（ｂ）ろう付け接合部の他の例を示す側面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は剪断強度の確認試験を行った３通りの接合形状を示す図

符号の説明

１エンドミル
２シャンク部
３首部
４母材
５ＣＢＮ又はダイヤモンドの層
６裏打ち超硬合金層
７切れ刃
８切屑ポケット
９小径部
１０円柱状素材
１１、１２凹凸面

Claims

シャンク部とシャンク部よりも小径の首部が超硬合金によって一体に形成され、前記首部の先端に、ＣＢＮ又はダイヤモンドの層と裏打ち超硬合金層が一体焼結された母材が裏打ち超硬合金層をろう付けして接合され、その母材で切れ刃が形成されたエンドミル。
前記母材の裏打ち超硬合金層のヤング率と前記首部のヤング率の比Ｘ（首部のヤング率／裏打ち超硬合金層のヤング率）を、１．０＜Ｘ＜１．３とした請求項１に記載のエンドミル。
前記母材の裏打ち超硬合金層の厚みｔを、０．３ｍｍ≦ｔ≦５．０ｍｍにした請求項１に記載のエンドミル。
首下長を１２ｍｍ以上とした請求項１に記載のエンドミル。
前記首部の先端と母材の裏打ち超硬合金層の突合せ部に対応した凹凸面を形成し、その凹凸面を嵌合させてろう付けした請求項1に記載のエンドミル。