JP2008087077A

JP2008087077A - 切削工具

Info

Publication number: JP2008087077A
Application number: JP2006267279A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Sakai; 真二郎堺; Masamichi Sano; 稚通左野
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】エンドミル部を設け、切れ刃のチッピングや摩耗を抑制しつつ、切り屑処理を向上させ、安定したねじ立てを行うことを目的とする。
【解決手段】工作機械によって回転と同期して送り移動され雌ねじを加工する切削工具において、該切削工具は、エンドミル部、食い付き部、完全ねじ部を有し、該エンドミル部の外周刃は、おねじの谷の径より若干小さい径に設け、該エンドミル部の底刃は、等底刃で、中低勾配１〜５°で、外周刃より工具径の５０〜８０％設けたことを特徴とする切削工具である。
【選択図】なし

Description

本願発明は、工作機械によって回転と同期して送り移動され、スパイラル切削又はヘリカル切削により、雌ねじの加工を行う切削工具に関する。

スパイラル切削又はヘリカル切削により、雌ねじ加工を行う切削工具としては、特許文献１、２記載の、工具本体の先端部にエンドミルを設けて、底刃により穴の加工、外周刃の後方にねじ切り刃を設け、切削工具本体を自転させながら、軸方向にヘリカル送りを行うことにより、雌ねじ加工を行っている。更に、特許文献３記載のスローアウェイインサートを用いた例では、ＣＢＮまたはダイヤモンドの高硬度焼結体を第２層とし、この第２層を超硬合金などの工具材料からなる第１層及び第３層でサンドイッチした３層積層体をチップを用いて、コンタリング機能及びヘリカル機能で制御し、管用平行雌ねじを加工している。
特開平９−２２５７４３号公報特開平１０−８６０１９号公報特開２００１−１１３４１４号公報

回転と送りにより切削速度が決まる同期式タップを用いた雌ねじ加工は、高速加工であるため、切り屑処理が大きな負担となる。特に、構造用鋼や延性に富む被削材では、切り屑の制御が行えず、切り屑が刃溝の中で延びやすく、切り屑が詰まりやすく、それにより折損や欠損を生ずるという問題があった。本願発明は以上のような背景のもとになされたものであり、エンドミル部を設け、切れ刃のチッピングや摩耗を抑制しつつ、切り屑処理を向上させ、安定したねじ立てを行うことを目的とする。

本願発明は、工作機械によって回転と同期して送り移動され雌ねじを加工する切削工具において、該切削工具は、エンドミル部、食い付き部、完全ねじ部を有し、該エンドミル部の外周刃は、おねじの谷の径より若干小さい径に設け、該エンドミル部の底刃は、等底刃で、中低勾配１〜５°で、外周刃より工具径の５０〜８０％設けたことを特徴とする切削工具である。本願発明を適用することにより、スパイラル切削又はヘリカル切削が安定し、高精度なねじ立てを行うことができる。更に、該食い付き部又は完全ねじ部の軸直角断面において、該食い付き部又は完全ねじ部の切れ刃から、すくい面、溝底曲面、背面と構成され、該すくい面のすくい角は０°〜−２０°とし、該溝底曲面は、その曲率半径がタップ径の１０％〜５０％とし、すくい面長さの端より、４５°〜９０°の円弧面を設け、該背面は、溝幅比０．６〜１．０で設けたヒールに向かい、その曲率半径がタップ径の１０％〜５０％、更に、前記ねじ部のすくい角を、食い付き部から完全ねじ部へ向かうに従って、５°の範囲内で、０°側へ変化させ、該ねじ部に硬さがＨＶ３０ＧＰａ以上の高硬度膜を被覆した切削工具である。

本願発明によれば、構造用鋼や延性に富む被削材でで切れ刃のチッピングや摩耗を抑制し、切り屑処理を向上させて寿命を向上させた雌ねじ加工の切削工具を提供できた。

本願発明の切削工具は、シャンクの他端に、エンドミル部、食い付き部、完全ねじ部を有し、該エンドミル部に底刃、外周刃を設け、更に、溝は、該エンドミル部、食い付き部、完全ねじ部を通り、ねじれ角２５°に複数設けている。該エンドミル部の外周刃は、おねじの谷の径より若干小さい径に設け、食い付き部につないでいる。次に、該エンドミル部の底刃は、等底刃で、ヘリカル切削又はスパイラル切削の際に、均等に負荷が掛かるようにし、中低勾配は２〜１０°、底刃自体の長さは、外周刃より工具径の５０〜８０％設け、ヘリカル切削又はスパイラル切削の設定される角度で、軸方向送りの際に、切れ刃として作用する範囲に設けている。これらにより、底刃における接触長さが短くなって切削抵抗が小さくなると共に、外周刃では、切り屑が１つ１つに分断された状態でねじれ溝に沿って上昇するので切り屑排出性が改善される。
該食い付き部、完全ねじ部は、は切れ刃を持ち、食付き部の切れ刃が主にねじ山形状を形成する。更に、溝は、回転中心軸に直角断面視で、切れ刃６から、すくい面７、溝底曲面８、背面９と構成する。
先ず、食付き部５のすくい角は、０°〜−２０°に設ける。これにより、切れ刃強度を高め、鋼の切削においてチッピングを抑制することができる。一方すくい角が０°より大きいと、切れ刃強度が低下し、チッピングや欠損を招く。すくい角が−２０°より小さいと切削トルクが過大となり、折損の可能性が高くなる。更に、すくい面７は、切り屑を溝底曲面８へ最短距離で流すため、直線状が好ましい。
次に、溝底曲面８の溝底曲率半径Ｒ１は、タップ径の１０％〜５０％に設け、溝底曲面８は、角度Ａ１で示す４５°〜９０°に設ける。これにより、切れ刃６で生成された切り屑は、被削材により、例えば、アルミ等の延性の切り屑では、溝底曲率半径Ｒ１をタップ径の１０％、角度Ａ１は９０°前後に設け、ブリハードン鋼等の比較的切り屑が分断されやすい被削材では、溝底曲率半径Ｒ１をタップ径の４５％、角度Ａ１は４５°前後に設けて、溝底曲面８に到達してカールし、ねじれ溝に沿って排出される様に設けている。ここで、溝底曲率半径Ｒ１がタップ径の１０％未満であると、切り屑が急激に屈曲するため、切り屑の流れが悪化して切り屑詰まりを招く。溝底曲率半径Ｒ１が５０％を超えると、切り屑を十分にカールさせることができず、切り屑詰まりを抑制できない。更に、角度Ａ１が４５°未満であると、切り屑が十分カールせずに溝内に溜まり、切り屑詰まりを抑制できない。角度Ａ１が９０°を超えると、切り屑が溝底曲面と擦過する距離が長くなり、切り屑流れを阻害するため、切削トルクが増大し、折損の危険が高まる。

更に、溝幅比は、ヒール１０の位置は、切れ刃６とヒール１０とが回転軸を中心として成す角を溝幅角度Ａ２、切れ刃６と切れ刃６より回転方向前方に位置する切れ刃１１とが回転軸を中心として成す角を切れ刃間角度Ａ３としたとき、溝幅比Ａ２／Ａ３であり、溝幅比０．６〜１．０となるように設ける。これにより、切り屑収容スペースを大きく設けることができる。溝幅比率が０．６未満であると、切り屑収容スペースが小さく、溝幅比が１．０を超えると、食付き部５のランドの強度が弱くなり、欠損を起こしやすい。更に、該溝底曲面８の終端とヒールとを結んだ背面９は、曲率半径Ｒ２でタップ回転方向前方側に凸状に設けることにより、切り屑収容スペースをより大きく設けることができる。曲率半径Ｒ２はタップ径の１０％〜５０％とし、曲率半径Ｒ２が１０％未満であると、切り屑収容スペースを拡げることができず、曲率半径Ｒ２が５０％を超えると、隣合う切れ刃のすくい面との距離が小さくなる。食付き部５における曲率半径Ｒ２は、先端側から後端へ向かうに従って変化させず、背面の長さは、長くなるように設けることが好ましい。曲率半径Ｒ２が回転中心軸方向で変化しないため、タップが下穴の中へ入るに従って切り屑が溝内に溜まっても、切り屑は回転軸方向への移動を妨げられず、切り屑が下穴の奥へ落ちやすい。背面長さがタップ後端へ向かって長くなっているため、下穴の壁面とタップの逃げ面の間に切り屑が詰まるのを抑制でき、切り屑詰まりによる欠損や折損を抑制できる。

本願発明の実施態様として、本願発明は、該ねじ部のすくい角は、食い付き部から完全ねじ部へ向かうに従って、５°の範囲内で、０°側へ変化させたことにより、タップが下穴に入る際、不安定な先端側の切れ刃強度を高めることができ、チッピングを抑制できる。タップが下穴に入り、食付き部５の山が複数切削に関与すると切削トルクが大きくなるので、後端側のすくい角は０°側へ変化させると良い。また、剛性を高めるため、タップの溝底の径はタップの外径の４５％〜７０％の範囲に設ける。溝底の径が４５％未満であると、剛性が不足し、高速加工では、振動、ビビリ等様々なトラブルを生じる。溝底の径が７０％を超えると、溝３の深さが不足する。
次に、該すくい面長さは、該食付き部の先端に位置する山でタップ径の８％〜１２％、該完全ねじ部の山でタップ径の１０％〜１５％に設けることにより、切り屑を溝底へ向かって良好に流すことができ、溝底曲面を同じ状態にでき、切り屑をカールさせ、切り屑詰まりを抑制できる。すくい面長さが１０％未満であると、切り屑収容スペースが小さくなり、すくい面長さが１５％を超えると、タップ溝底の径が減少し、剛性が不足する。
更に、該食付き部の山数を３〜５としたのは、切れ刃の負担を軽減し、ねじ立ての能率を向上して高速でタップ立てを行うことができる。食付き部の山数が３未満であると、１山当たりの切れ刃の負担が増加し、摩耗が進行しやすく、切り屑が繋がって生成されて切り屑詰まりを起こしやすい。また、該ねじ部に硬さがＨＶ３０ＧＰａ以上の高硬度膜を被覆することにより、切れ刃６を摩耗や欠損から保護する。以下、本願発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
本願発明の特性を評価するため、本発明例１〜３２、比較例３３〜３５は、縦型マシニングセンタにホルダを介して上記切削工具を取付け、直径６ｍｍの下穴があけられ、その上面から１．２５ｍｍのリ−ドで半径４ｍｍのヘリカル切削をしてＭ８のねじ立てを行なった。切削工具は、外径６ｍｍを用いて、ピッチ１．２５ｍｍ、溝数４、溝のねじれ角α２５°、食付き部の山数３、の工具を用いて、中低勾配、食付き部のすくい角、すくい面長さＬ１、曲率半径Ｒ１、角度Ａ１、曲率半径Ｒ２、溝幅比Ａ２／Ａ３を表１に示すものを作成した。基材は、組成がＣｏ１０重量％、ＷＣ平均粒径が０．８μｍの超硬合金を用い、ねじ部の表面を、硬さＨＶ３５ＧＰａのＴｉＳｉＮ膜で被覆した。

切削試験は、被削材、硬さＨＲＣ３０のＳＣＭ材を用い、予め径が６ｍｍ、深さが１５ｍｍの下穴（通り穴）を設け、タップの回転数を４０００ｍｉｎ^−１（切削速度１００ｍ／ｍｉｎ）、送り速度を２４０ｍｍ／ｍｉｎに設定し、同期送り機能とスパイラル切削付き縦型マシニングセンタにて雌ねじ加工を行った。クーラントは、極圧添加剤入り油剤を外部給油にて用いた。切削試験は、切削工具のねじ部にチッピング、欠損、剥離等の不具合が生じた時の加工数を、表１に併記する。
表１より、本発明例１は、スパイラル切削しつつ、エンドミル部にて下穴を拡げ、生じた切り屑は、断続切削ゆえに分断されるとともにカールしており、溝に沿って排出され、良好な結果を示した。ねじ部では、食い付き部を設けたことにより、食い付き部のチッピング、欠損、剥離等も生じることなく、ねじ加工を行え、且つ、切り屑もエンドミル部同様、断続切削により分断され排出された。繰返し切削したがいずれもむしれのない良質の仕上げ面を得た。切れ刃の摩耗は刃部２の先端付近に集中するため再研削は先端部のみでよいという状態である。最終的には、４０００以上のねじ加工を行うことができた。本発明例２〜５と本発明例６〜８は、エンドミル部の底刃の中低勾配を４〜１０°、底刃の長さを５０〜８０％と、工具中心付近には切れ刃を設けずに行ったが、エンドミル部の外周刃、コーナー刃、底刃にチッピング、欠損、剥離等は生じることはなく、また、実施例では、下穴を設けて行ったため、いずれも５０００前後の加工を行うことができた。比較例３３は、底刃、刃径の８０％前後の箇所でチッピングを生じたため、試験を中止した。比較例３４、３５は、中低勾配が１２°、底刃が短いため、使用初期にコーナー刃に欠損を生じた。本発明例９〜３２は、食い付き部のすくい角、すくい面長さＬ１、曲率半径Ｒ１、角度Ａ１、曲率半径Ｒ２、溝幅比Ａ２／Ａ３を変化させた例であり、何れも、切り屑処理は問題なく行うことができ、好結果を示した。

Claims

工作機械によって回転と同期して送り移動され雌ねじを加工する切削工具において、該切削工具は、エンドミル部、食い付き部、完全ねじ部を有し、該エンドミル部の外周刃は、おねじの谷の径より若干小さい径に設け、該エンドミル部の底刃は、等底刃で、中低勾配２〜１０°で、外周より工具径の５０〜８０％設けたことを特徴とする切削工具。
請求項１記載の切削工具において、該食い付き部又は完全ねじ部の軸直角断面において、該食い付き部又は完全ねじ部の切れ刃から、すくい面、溝底曲面、背面と構成され、該すくい面のすくい角は０°〜−２０°とし、該溝底曲面は、その曲率半径がタップ径の１０％〜５０％とし、すくい面長さの端より、４５°〜９０°の円弧面を設け、該背面は、溝幅比０．６〜１．０で設けたヒールに向かい、その曲率半径がタップ径の１０％〜５０％、更に、前記ねじ部のすくい角を、食い付き部から完全ねじ部へ向かうに従って、５°の範囲内で、０°側へ変化させたことを特徴とする切削工具。