JP2008049409A - ボールエンドミルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール刃４の中心刃４ａを超硬合金で、外周刃４ｂを硬質焼結体でそれぞれ形成して切れ刃の耐摩耗性と耐欠損性を高めたボールエンドミルの加工性能向上、コスト低減、小径工具への適用規制の緩和などを図ることを課題としている。
【解決手段】シャンク２の先端に複合焼結体から切り出された円柱状の母材３を接合し、その母材３の刃付け加工を施す。母材３は、ボール刃４の外周刃４ｂを構成する硬質焼結体層３ａと中心刃４ａを構成する超硬合金層３ａが重ねられて一体焼結されているものとなす。
【選択図】図２

Description

この発明は、高速加工領域で優れた性能を発揮するボールエンドミルに関する。

切れ刃の回転中心側領域(以下、中心刃と言う)と外周側領域（以下、外周刃と言う）を異なる材料で形成したボールエンドミルが、例えば、下記特許文献１〜３に開示されている。

これらの特許文献が開示しているボールエンドミルは、高速加工領域での使用において切れ刃の優れた耐摩耗性と耐欠損性を両立させるために、切削速度の遅い中心刃を超硬合金で、切削速度の速い外周刃をＣＢＮ（立方晶窒化硼素)焼結体などの硬質焼結体でそれぞれ形成している。

特許文献１のボールエンドミルは、超硬合金の周りを環状のＣＢＮ焼結体で囲った部材をシャンクの先端に固着し、この部材に刃付け加工を施すことで中心刃と外周刃の材質を異ならせている。
また、特許文献２のボールエンドミルは、超硬合金で形成されたチップ本体にＣＢＮ焼結体を接合した切削チップを使用して材質の異なる中心刃と外周刃を作り出しており、一方、特許文献３のボールエンドミルは、超硬合金で形成された本体に硬質体のチップ切刃を鑞付けし、本体とチップ切刃に刃をつけて材質の異なる中心刃と外周刃を作り出している。
特開平１０−１１３８１０号公報 特開２０００−１７６７２６号公報 特開２００２−１２６９３０号公報

特許文献１は、「ＣＢＮ焼結体は円柱状で中心部を除去するか、または、中心部に超硬合金を埋めた状態で超高圧焼結により作成した」と述べている（段落［０００８］）が、円柱のＣＢＮ焼結体の中心部を除去して超硬合金に置き換えた材料を用いると、ＣＢＮ焼結体と超硬合金の境界部に鑞材などの接合材が介在されることになり、加工面の面粗さの悪化を招く。

また、中心部に超硬合金を埋めて超高圧焼結を行った材料を用いると、製造が煩雑になって製造コストがかなり高くなる。

特許文献２が開示しているボールエンドミルも、超硬合金で形成されたチップ本体に中心刃を、チップ本体に接合されたＣＢＮ焼結体に外周刃をそれぞれ加工しており、中心刃と外周刃の境界部に切れ刃の材料としての適性に欠ける接合材が介在されるため、加工面の面粗さの悪化を招く。

さらに、特許文献３が開示しているボールエンドミルは、超硬合金によって形成される第１刃部と硬質焼結体によって形成される第２刃部を混在させているが、第２刃部に中心刃がないために中心刃の歯数が外周刃に比べて少なく、中心刃の負担が増す。また、通常の使用状況でエンドミルに送りをかけた加工を行うと、ワークが超硬合金の外周刃と硬質焼結体の外周刃によって交互に加工され、加工面の品位が安定しない。これに加え、特許文献３の構造や、切削チップをクランプねじで本体に固定する特許文献２の構造は、スペース面での規制があって小径エンドミルには適用し難い。

この発明は、中心刃を超硬合金で、外周刃を硬質焼結体でそれぞれ形成して切れ刃の耐摩耗性と耐欠損性を高めたボールエンドミルの加工性能向上、コスト低減、小径工具への適用規制の緩和などを図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、切れ刃の中心刃が超硬合金で、外周刃が硬質焼結体でそれぞれ形成されるボールエンドミルを対象にしてそのエンドミルの外周刃を構成する硬質焼結体と中心刃を構成する超硬合金が重ねられて一体焼結されているものとなす。

硬質焼結体と超硬合金は、それらが各１層ずつ軸方向に重ねてられていてもよいし、重ね方向が工具径方向となるように、かつ、２層の硬質焼結体間に超硬合金の層が挟まれるように重ねられていてもよい。

このボールエンドミルは、切れ刃の刃先部にネガランドを設け、そのネガランドの工具の軸心に対する傾斜角θを、中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させたものにすると好ましい。ネガランドの工具の軸心に対する傾斜角θを変化させる代わりに、そのネガランドの幅ｗを中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させてもよく、また、傾斜角θと幅ｗの双方を中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させてもよい。

外周刃を構成する硬質焼結体と中心刃を構成する超硬合金を軸方向に重ね、その両者の境界部をエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させた構造とするのも好ましい。

この発明のボールエンドミルは、硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料が重ねられて一体焼結された複合焼結体を作成し、この複合焼結体から硬質焼結体層と超硬合金層が積層された構造の母材を切り出し、この母材を、超硬合金層が素材の最先端に置かれる状態にしてシャンクの先端に鑞付けし、しかる後、母材に刃付け加工を施して中心刃が超硬合金層で形成されるようにする方法で製造することができる。この発明は、かかるボールエンドミルの製造方法も併せて提供する。なお、上記の原料は、粉末、圧粉体を問わない。

この発明のボールエンドミルは、中心刃を構成する超硬合金と外周刃を構成する硬質焼結体が重ねられて一体焼結されており、中心刃と外周刃の境界部に刃具材として不適切な接合材がなく、中心刃と外周刃の境界部による加工面の荒れが抑制される。また、外周刃が硬質焼結体で形成されるため、加工面の品位が安定する。

硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料を重ねて一体焼結した複合焼結体は量産性のよい一般的な形状の材料であり、それを使用するので、製造コストの上昇も抑えられ、安価なものを提供することができる。

なお、ボール刃の刃先部にネガランドを設け、そのネガランドの工具の軸心に対する傾斜角θや、ネガランドの幅ｗを中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させたものは、超硬合金で形成される中心刃の切れ味が高まってより高速での加工が可能になり、また、硬質焼結体で形成される外周刃はネガランドによって強化されるため刃先の欠損が起こり難くなる。

硬質焼結体と超硬合金を軸方向に重ねて両者の境界部をエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させたものは、エンドミルを回転させたときに硬質焼結体によって形成された刃と超硬合金によって形成された刃の境界部の軌跡が重ならず、加工面のさらなる品位向上を期待できる。

また、この発明の製造方法によれば、硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料が一体焼結された複合焼結体から母材を切り出してその母材を超硬合金層が素材の最先端に置かれる状態にしてシャンクの先端に鑞付けし、この母材に刃付け加工を施すので、母材を予め特別な形状にしておく必要がなく、製造煩雑化や製造コストの上昇が起こらない。また、シャンクの先端に母材を接合してその母材に刃付け加工を施すので、小径エンドミルに対する適用規制も生じない。

以下、この発明のボールエンドミルの実施の形態を添付図面の図１〜図１２に基づいて説明する。図１〜図５に示すボールエンドミル１は、シャンク２の先端に２種類の材料によって形成される母材３を接合し、この母材３に、刃付け加工を施して作られている。刃付け加工により、ボール刃４、すくい面５、逃げ面６及びチップポケットとなるギャッシュ７が形成されている。

母材３は、複合焼結体から切り出されたものであって、重ねて一体焼結された硬質焼結体層３ａと超硬合金層３ｂを有している。硬質焼結体層３ａはＣＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体である。この母材３の作成方法の一例を図６〜図８に示す。

図６の方法は、硬質焼結体層３ａ用の原料と超硬合金層３ｂ用の原料を一層ずつ重ね、それを高温、高圧下で一体焼結し、得られた複合焼結体１０からワイヤーカット法（ワイヤー１１を電極にして放電加工で材料を切断する）で所望サイズの円柱状の母材３を切り出す。

図７の方法は、硬質焼結体層３ａ用の原料を超硬合金層３ｂ用の原料の間に挟み、それを高温、高圧下で一体焼結し、得られたサンドイッチ構造の複合焼結体１０からワイヤーカット法で所望サイズの３層構造の円柱状の母材３を切り出す。

また、図８の方法は、超硬合金層３ｂ用の原料を硬質焼結体層３ａ用の原料の間に挟み、それを高温、高圧下で一体焼結し、得られたサンドイッチ構造の複合焼結体１０からワイヤーカット法で２層の硬質焼結体層３ａ間に超硬合金層３ｂが挟まれた所定サイズの２次材料１２を切り出し、その２次材料１２から所望サイズの３層構造の、硬質焼結体層３ａと超硬合金層３ｂが径方向に重なった円柱状の母材３を切り出す。いずれの方法も、製造の煩雑化が無く、製造コストも特別に高くなることがない。

このようにして得た複合構造の母材３をシャンク２の先端に鑞付けして接合し、エンドミル用の素材（ブランク）１３を得る。このとき、図６の方法で作成した母材３は、図９に示すように、超硬合金層３ｂが素材１３の最先端に位置するようにシャンク２に接合する。また、図７の方法で作成した母材３は図１０に示すように超硬合金層３ｂのどちらか一方が素材１３の最先端に位置するようにシャンク２に接合し、図８の方法で作成した母材３は、図１１に示すように、超硬合金層３ｂが径方向の中央に位置し、その両側に硬質焼結体層３ａが位置するようにシャンク２に接合する。

その後、素材１３の先端の母材３に、刃付け加工を施し、ボール刃４、すくい面５、逃げ面６及びチップポケットとなるギャッシュ７を付けて図１〜図５に示したような完成品のボールエンドミル１となす。ボール刃４は、エンドミルの回転中心側に配置される中心刃４ａとその中心刃の外端に連なる外周刃４ｂとで構成され、中心刃４ａが超硬合金で、外周刃４ｂが硬質焼結体でそれぞれ形成された刃となる。このようにして中心刃と外周刃が異なる材料で形成されたボールエンドミルを製造するので、サイズ規制が緩和され、Ｒ＝２ｍｍ程度の小径ボールエンドミルにもこの発明を適用することが可能になる。

例示のボールエンドミル１は、ボール刃４の刃先部に図５に示すネガランド８を設け、そのネガランド８の工具の軸心に対する傾斜角θを、中心刃４ａの内端から外周刃４ｂの外端に向かって順次増大させたものにしている。傾斜角θを変化させる代わりに、ネガランド８の幅ｗを中心刃４ａの内端から外周刃４ｂの外端に向かって順次増大させてもよいし、傾斜角θと幅ｗの双方をともに増大させてもよい。

なお、図１、図２のボールエンドミルは、図１０の素材で形成されたものである。図９或いは図１０の素材で形成されるボールエンドミルは、図１２に示すように、超硬合金層３ｂと硬質焼結体層３ａの境界部３ｃをエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させることによって、エンドミルを回転させたときに硬質焼結体によって形成された外周刃４ｂと超硬合金によって形成された中心刃４ａの境界の軌跡が重ならない。従って、加工面のさらなる品位向上を期待できる。

この発明のボールエンドミルの一例を示す側面図 図１のボールエンドミルの要部を示す拡大側面図 図１のボールエンドミルを図２のＡ方向に見た図 図１のボールエンドミルの拡大正面図 ボール刃のネガランドを示す図 複合焼結体からの母材切り出しの一例を示す図 複合焼結体からの母材切り出しの他の例を示す図 複合焼結体からの母材切り出しのさらに他の例を示す図 図６の方法で切り出された母材をシャンクに接合した素材の斜視図 図７の方法で切り出された母材をシャンクに接合した素材の斜視図 図８の方法で切り出された母材をシャンクに接合した素材の斜視図 この発明のボールエンドミルの他の例の要部を示す拡大側面図

符号の説明

１ ボールエンドミル
２ シャンク
３ 母材
３ａ 硬質焼結体層
３ｂ 超硬合金層
３ｃ 境界部
４ ボール刃
４ａ 中心刃
４ｂ 外周刃
５ すくい面
６ 逃げ面
７ ギャッシュ
８ ネガランド
１０ 複合焼結体
１１ ワイヤー
１２ ２次材料
１３ 素材
θ ネガランドの傾斜角
ｗ ネガランドの幅

Claims (4)

1. ボール刃（４）が回転中心側に配置される中心刃（４ａ）とその中心刃の外端に連なる外周刃（４ｂ）とで構成され、前記中心刃（４ａ）が超硬合金で、外周刃(４ｂ)が硬質焼結体でそれぞれ形成されるボールエンドミルにおいて、前記外周刃（４ｂ）を構成する硬質焼結体と中心刃（４ａ）を構成する超硬合金が重ねられて一体焼結されていることを特徴とするボールエンドミル。
2. 前記ボール刃（４）の刃先部にネガランド（８)を設け、そのネガランド（８)の工具の軸心に対する傾斜角θ、又は幅ｗ、若しくは傾斜角θと幅ｗを、中心刃（４ａ）の内端から外周刃（４ｂ）の外端に向かって順次増大させた請求項１に記載のボールエンドミル。
3. 外周刃（４ｂ）を構成する硬質焼結体層（３ａ）と中心刃（４ａ）を構成する超硬合金層（３ｂ）を軸方向に重ね、その両者の境界部（３ｃ）をエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させた請求項１又は２に記載のボールエンドミル。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のボールエンドミルの製造方法であって、硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料が重ねられて一体焼結された複合焼結体（１０）を作成し、この複合焼結体（１０）から硬質焼結体層（３ａ）と超硬合金層（３ｂ）が積層された構造の円柱状の母材（３）を切り出し、この母材（３）を、シャンク（２）の先端に鑞付けした後、シャンク先端の母材（３）に刃付け加工を施して中心刃（４ａ）が超硬合金層（３ｂ）で形成されるようにしたことを特徴とするボールエンドミルの製造方法。

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