JP2007296588A

JP2007296588A - 高硬度用エンドミル

Info

Publication number: JP2007296588A
Application number: JP2006124577A
Authority: JP
Inventors: Makoto Baba; 誠馬場
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】高硬度材の金型や部品等の高能率加工において、切り屑排出性を向上させることによって、横送り高速切削が可能なエンドミルを提供することを課題とする。
【解決手段】複数の外周刃２、底刃４、ギャッシュとを有する高硬度用エンドミルにおいて、前記外周刃２のねじれ角は４０°以上、心厚はエンドミル刃径の７０％〜９０％、前記ギャッシュは複数の面から構成され、底刃４のすくい面でもあるギャッシュ面５の他端より、エンドミルの回転中心側と、エンドミルの外周側とにそれぞれギャッシュ面６、７を設け、前記ギャッシュ面５と６の交叉部と底刃４との成す角度をギャッシュ角８、前記ギャッシュ面５と７の交叉部と底刃４との成す角度をギャッシュ角９としたとき、ギャッシュ角９をギャッシュ角８より、大きく設けたことを特徴とする高硬度用エンドミルである。
【選択図】図１

Description

本願発明は、高硬度材、例えば、ＨＲＣ５０を超える金型や部品等の高能率な加工に用いるエンドミルに関する。

高硬度材加工に使用するエンドミルは、特許文献１は、底刃のすくい面側に、前記ギャッシュとねじれ溝とが交わる稜線部に副溝を凹設した例が、特許文献２は、高硬度材の被削材に対応でき、ギャッシュ角を２０゜〜４５゜に設けた例が、記載されている。しかし、底刃４の切り屑排出溝であるギャッシュのチップスペースが小さく、ギャッシュの切り屑排出性が不十分であり、高硬度材の高能率加工において不十分であった。
特開２００５−１２５４６５号公報特開平６−１７０６３号公報

本願発明は、上記事情に鑑み、高硬度材の金型や部品等の高能率加工において、切り屑排出性を向上させることによって、横送り高速切削が可能なエンドミルを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本願発明は、複数の外周刃２、底刃４、ギャッシュとを有する高硬度用エンドミルにおいて、前記外周刃２のねじれ角は４０°以上、心厚はエンドミル刃径の７０％〜９０％、前記ギャッシュは複数の面から構成され、底刃４のすくい面でもあるギャッシュ面５の他端より、エンドミルの回転中心側と、エンドミルの外周側とにそれぞれギャッシュ面６、７を設け、前記ギャッシュ面５と６の交叉部と底刃４との成す角度をギャッシュ角８、前記ギャッシュ面５と７の交叉部と底刃４との成す角度をギャッシュ角９としたとき、ギャッシュ角９をギャッシュ角８より、大きく設けたことを特徴とする高硬度用エンドミルである。本願発明の構成により、高速切削時の切り屑排出性を高めることが出来、高能率に高硬度材を加工できる。
実施態様として、前記エンドミルの側面視で、前記底刃４は直線状に、且つ、軸方向すくい角を軸心から外周にかけて一定とし、更に、前記軸方向すくい角は、−１０°〜０°とした高硬度用エンドミルである。また、前記ギャッシュ面６、７の繋ぎ部を、外周から刃径の１５％〜３０％の位置に設けた高硬度用エンドミルである。前記ギャッシュ面７と外周刃２のすくい面との交差部を、刃径の２５％〜３５％の位置に設け、前記エンドミルの少なくとも刃部の表面にＨＶ３０ＧＰａ以上の硬質被膜を被覆したことを特徴とする高硬度用エンドミルである。

本願発明を適用することにより、底刃の切り屑排出性を向上させる、高硬度材、例えばＨＲＣ５０以上の金型や部品等の横送り切削において、高速切削による高能率加工を可能にし、長寿命を実現するエンドミルを提供することができた。

本願発明のエンドミルは、高硬度材加工の高速切削時の切り屑排出性を高めるため、図１、図２に示すように、エンドミル本体１の外周に、複数の外周刃２と刃溝３を設け、外周刃２のねじれ角は４０〜６０°、外周刃２のすくい角は負角とする。底刃４の溝であるギャッシュは、底刃４のすくい面（以下、ギャッシュ面５と称する）と、ギャッシュ面５の他端に、エンドミルの回転中心側にギャッシュ面６、エンドミルの外周側にギャッシュ７を設けて、刃溝３に連通させる。図３より、ギャッシュ面６と底刃４の成す角度をギャッシュ角８、ギャッシュ面７と底刃４の成すギャッシュ角９とすると、ギャッシュ角９をギャッシュ角８より大きく設けたので、底刃４で生成された切り屑は、ギャッシュ面５、ギャッシュ面６、７を通り、スペースが拡げることが出来るので、刃溝３へ良好に排出することができる。これにより、切り屑の底刃４や外周刃２への噛み込みを抑制して欠損を防止でき、寿命を向上して高硬度材の加工を高能率に行える。また、切り屑がギャッシュ内に停滞することを抑制できるので、切り屑が被削材の表面と擦れることを防止でき、加工面粗さが向上する。ここで、ギャッシュ角９がギャッシュ角８と同等、若しくは、小さいと、ギャッシュ面７と刃溝３の境界付近で切り屑の移動を阻害し、切り屑がギャッシュ内に停滞し、底刃４に過大な負荷が生じ、底刃４と外周刃２の交点であるコーナ部から欠損する。ギャッシュ角９はギャッシュ角８より１０°以上大きく設けることが上記観点から好ましい。

次に、図２より、エンドミルの左側面視で、底刃４を直線状に設け、底刃４の軸方向すくい角は、回転中心軸側からコーナ部にかけて一定に設けるのが好ましい。これにより、底刃４のすくい面を形成するギャッシュ面５は平面状となり、底刃４で生成される切り屑を幅広い平面で受けることができ、切り屑の流れを阻害することなく、良好な切り屑排出性を維持できる。ここで、底刃４の外周側が回転方向後方へ屈曲した形状であると、切り屑がコーナ部へ流れ、コーナ部付近で噛み込みを起こして欠損したり、コーナ部付近の切れ刃の摩耗の進行が早くなったりして高硬度材の高能率加工ができない。更に、底刃４を直線状に設ける方法として、ギャッシュ面５を平面状に設ける方法があり、ギャッシュ面５が複数の面で構成されると、底刃４で生成される切り屑の流れる方向が安定せず、切削抵抗が増大して底刃４の欠損を誘発する可能性があるので、ギャッシュ面５は１つの面で構成されるのが好ましい。底刃４の直線状とは、エンドミル側面視で、回転中心側の底刃４に対して、外周側の底刃４がエンドミル回転方向に−２°〜２°の範囲内にあることを意味する。
底刃４の軸方向すくい角は、−１０°〜０°の範囲に設けるのが好ましい。これにより、底刃４で生成される切り屑がせん断型の切り屑となり、切り屑長さを抑制でき、切り屑が刃溝３へ良好に排出でき、高硬度材の高能率加工を安定して行える。ここで、底刃４の軸方向すくい角が０°を超えると、切り屑長さが長くなり、ギャッシュに切り屑が詰まり欠損する。更に、底刃４の刃先強度が低下し、欠損の可能性が高まる。−１０°未満であると、底刃４の切削性が低下し、底刃４の摩耗が進行して切削抵抗が増大し、欠損する。より好ましくは−５°以上０°以下が良い。

更に、図２より、ギャッシュ面６とギャッシュ面７の繋ぎ部を、外周から刃径の１５％〜３０％の位置に設ける。これにより、コーナ部近傍のギャッシュのスペースを確保でき、切り屑が停滞するのを防ぎ、切り屑排出性が良好になる。また、切り屑がエンドミル回転中心側に移動するのを抑制することができ、切り屑の噛み込みを抑制でき、底刃４、コーナ部の欠損を防止できる。１５％未満では、コーナ部近傍のチップポケットが小さく、切り屑詰まりを起こしやすく、高硬度材の高速切削が安定して行えない。３０％を超えると、コーナ部の強度が低下し、高硬度材の高速切削で欠損を起こしやすくなる。
図３より、ギャッシュ面７と外周刃２のすくい面との交差部を、刃径の２５％〜３５％に設けることが好ましい。これにより、ギャッシュが刃溝３へ連通するスペースを増大することができ、底刃４で生成された切り屑を刃溝３に良好に排出できる。２５％未満であると、ギャッシュの刃溝３へ連通するスペースが少なく、切り屑がギャッシュから排出されにくく、切り屑詰まりを起こしやすくなる。３５％を超えると、外周刃２のねじれ角によっては、ギャッシュが外周刃２を切り取る場合があるので、エンドミル先端の強度が低下し、外周刃２の欠損やエンドミルの折損の可能性が高くなるので好ましくない。
本願発明の高硬度用エンドミルにおいて、前記エンドミルの少なくとも刃部の表面にＨＶ３０ＧＰａ以上、特に、ＴｉＳｉＮ系の被膜、ＨＶ３１〜４０ＧＰａの硬質皮膜、を被覆するのが好ましい。これにより、切れ刃の摩耗を抑制し、安定して切り屑排出を行うことができる。被膜はＰＶＤ法で被覆されるのが良く、切れ刃の摩耗を抑制し、また、切れ刃に圧縮応力を付与して刃先強度を高め、安定して切り屑排出を行うことができる。
ギャッシュ面６、７は、２段のみでなく３段以上で設けても良い。ギャッシュ角８は、１０°以上２５°未満とするのが好ましい。これにより、エンドミル先端の回転中心付近の剛性を保ち、底刃４の補強ができ、高硬度材の安定した切削を可能とする。１０°未満であると、スペースが小さく、回転中心側の底刃４を切削に使用した場合、切り屑詰まりを起こす可能性がある。２５°以上であると、切り屑がギャッシュ面５の回転中心側へ流れる可能性があり、切り屑が噛み込み、底刃４が欠損する。
底刃４のすくい面と外周刃２のすくい面との境界線から底刃４までの距離１２は、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下が好ましく、コーナ部の強度を高め、ギャッシュから刃溝３への切り屑排出性を向上でき、高硬度材の高能率加工が安定して行える。以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
本発明例１として、底刃４と外周刃２がそれぞれ６枚刃であり、刃径が８．０ｍｍ、外周刃２のねじれ角が４５°、底刃４のすかし角が２°、底刃４の逃げ角が７°、外周刃２の逃げ角が１０°とした微粒子超硬合金製エンドミルを作成した。本発明例１のギャッシュは、底刃４のすくい面をなすギャッシャ５と、ギャッシュ６、７を回転中心側と外周側の３つの面で構成し、ギャッシュ角８を８°、ギャッシュ角９を４５°に設けた。底刃４を直線状に設け、軸方向すくい角を底刃４の中心側と外周側で一定の２°とし、交差部は、刃径の３３％、つまり、２．６４ｍｍとし、繋ぎ部は、刃径の２３％、つまり、１．８４ｍｍとし、そして、刃部にＴｉＳｉＮ膜（ＨＶ３５ＧＰａ）を被覆した。比較のため、従来例２として、本発明例１と同様の仕様で、ギャッシュ６、７を同じ角度８°で繋いだものを作成した。
切削テストの条件は、被削材に硬さがＨＲＣ６０のＳＫＤ１１を使用し、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り速度３７００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向の切り込み量を１ｍｍ、半径方向の切り込み量を４ｍｍに設定し、側面切削を行った。評価方法として、切削長１ｍおきに光学顕微鏡を用いて４００倍の倍率で観察し、コーナ逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えた時、若しくは、切れ刃にチッピングや欠損が認められた時に寿命として切削テストを終了した。本発明例１と従来例２の仕様と切削テストの結果と評価を表１に示す。

表１より、本発明例１は切削長６ｍでコーナの欠損により寿命となり、長寿命であった。これは、ギャッシュの切り屑排出のスペースが広いことに加えて、底刃４で生成される切り屑形態が安定しており、切り屑が底刃４からギャッシュ面５を経て、ギャッシュ面６、７から刃溝３へ良好に排出されたためと思われる。従来例２は、切削長２．５ｍでコーナが欠損し、５．０ｍに満たない時点で寿命となった。これは、ギャッシュ面の角度を同じとしたので、十分なチップポケットを有しておらず、ギャッシュ内に溜まった切り屑がコーナ部付近で噛み込んだためと考えられる。

（実施例２）
本発明例１と同仕様で、本発明例３〜６として、底刃４の軸方向すくい角を−１５°〜０°に変化させたものを作成し、実施例１と同様のテストと評価を行った。本発明例３〜６の仕様とその結果を表２に示す。

表２より、本発明例３〜６は、いずれも切削長が６．５ｍ以上の時点で寿命となり、切り屑の排出性が良く、欠損や摩耗が抑制でき、高硬度材の加工を高能率に行えた。特に、本発明例４〜６は切削長が７．０ｍを超えた時点で摩耗により寿命となり、本発明例３は、本発明例１より更に長寿命であった。このことから、軸方向すくい角は−１０°〜０°の範囲が好ましい。これは、切り屑が主に剪断型となり、細かく分断されたため、切り屑がギャッシュから排出されやすかったためと思われる。本発明例３は、切れ刃に微小なチッピングが生じており、底刃４の切削抵抗が大きいため寿命となったと思われる。

（実施例３）
実施例３は、本発明例５と同仕様で、本発明例７〜１２として、ギャッシュ面６、７の繋ぎ部の位置をコーナから半径方向で刃径の１０％から３５％としたものを用意し、実施例１と同様のテストと評価を行った。その結果を表３に示す。

表３より、本発明例７〜１２は、切削長が６．５ｍを超えた時点で寿命となり、切り屑排出性を向上し、切り屑の噛み込みを抑制でき、高硬度材の加工を長寿命で行うことができた。特に、本発明例８〜１１は切削長が７．５ｍを超えており、更に長寿命であった。このことから、繋ぎ部の位置は、１５％〜３０％の範囲が好ましい。これは、底刃４の剛性を保ちながら、ギャッシュ面６、７の切り屑排出するスペースを十分確保し、高硬度材を高速切削した際のエンドミル先端の回転中心側の剛性を高め、且つ、切り屑排出性を向上することができ、高硬度材の切削を長寿命に行うことができたと思われる。

（実施例４）
本発明例９と同仕様で、本発明例１３〜１６として、交差部を刃径の２０％〜３５％としたものを用意し、実施例１と同様のテストと評価を行った。結果を表４に示す。

表４より、本発明例１４〜１６は切削長６．５ｍを超えた時点で摩耗により寿命となり、高硬度材の切削を高能率に長寿命に行うことができた。これは、ギャッシュから刃溝３へ連通するチップスペースを大きく設けることで、切り屑をギャッシュから外周刃２の溝へ良好に流すことができ、切り屑排出性を高めて、底刃４、コーナ部にかけて切れ刃の負荷を低減し、摩耗を抑制できたためと思われる。これにより、交差部の位置は、２５％〜３５％の範囲が好ましい。

（実施例５）
本発明例１７として、本発明例１と同仕様で、底刃４のすくい面を、回転中心側と外周側の２面から形成した。本発明例１７の底刃４の軸方向すくい角は、回転中心側で０°、外周側で２°に設けた。外周側は、回転中心側に対してエンドミル回転方向後方へ４°屈曲して設けてある。
本発明例１７は、切削長５．０ｍでコーナ付近の外周刃２の逃げ面の摩耗が進行したため寿命となり、高硬度材の加工を十分に行うことができた。

図１は、本発明例の正面図を示す。図２は、図１の側面図を示す。図３は、図２のＷ−Ｗ断面を矢印の方向から見た断面図を示す。

符号の説明

１：エンドミル本体
２：外周刃
３：刃溝
４：底刃
５：底刃のすくい面（ギャッシュ面５）
６：ギャッシュ面５の他端より、エンドミルの回転中心側に設けたギャッシュ面
７：ギャッシュ面５の他端より、エンドミルの外周側に設けたギャッシュ面
８：ギャッシュ面５と６の交叉部が底刃４との成す角
９：ギャッシュ面５と７の交叉部が底刃４との成す角
１０：ギャッシュ面６と７の繋ぎ部
１１：ギャッシュ面７と外周刃のすくい面の交差部
１２：底刃４のすくい面と外周刃２のすくい面との境界線から底刃４までの距離

Claims

複数の外周刃２、底刃４、ギャッシュとを有する高硬度用エンドミルにおいて、前記外周刃２のねじれ角は４０°以上、心厚はエンドミル刃径の７０％〜９０％、前記ギャッシュは複数の面から構成され、底刃４のすくい面でもあるギャッシュ面５の他端より、エンドミルの回転中心側と、エンドミルの外周側とにそれぞれギャッシュ面６、７を設け、前記ギャッシュ面５と６の交叉部と底刃４との成す角度をギャッシュ角８、前記ギャッシュ面５と７の交叉部と底刃４との成す角度をギャッシュ角９としたとき、ギャッシュ角９をギャッシュ角８より、大きく設けたことを特徴とする高硬度用エンドミル。
請求項１記載の高硬度用エンドミルにおいて、前記エンドミルの側面視で、前記底刃４は直線状に、且つ、軸方向すくい角を軸心から外周にかけて一定としたことを特徴とする高硬度用エンドミル。
請求項２記載の高硬度用エンドミルにおいて、前記軸方向すくい角は、−１０°〜０°に設けたこと特徴とする高硬度用エンドミル。
請求項１記載の高硬度用エンドミルにおいて、前記ギャッシュ面６とギャッシュ面７との繋ぎ部を、外周から刃径の１５％〜３０％の位置に設けたことを特徴とする高硬度用エンドミル。
請求項１乃至請求項４何れかに記載の高硬度用エンドミルにおいて、前記ギャッシュ面７と前記外周刃２のすくい面との交差部を、刃径の２５％〜３５％の位置に設けたことを特徴とする高硬度用エンドミル。
請求項１乃至請求項５何れかに記載の高硬度用エンドミルにおいて、前記エンドミルの少なくとも刃部の表面にＨＶ３０ＧＰａ以上の硬質被膜を被覆したことを特徴とする高硬度用エンドミル。