JP2008110437A - Ball end mill made from cubic boron nitride - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、立方晶窒化硼素(以下、CBNと称する。)を含有する焼結体のボールエンドミルに関する。 The present invention relates to a sintered ball end mill containing cubic boron nitride (hereinafter referred to as CBN).
特許文献1は、CBN製ボールエンドミルで、CBN焼結体とシャンク部との接合に関して記載されている。特許文献2は、超硬合金製のボールエンドミルにおいて、ボール刃の法線方向すくい角を外周側から先端側へ−20度から0度に変化させて、工具寿命を延ばした例が記載されている。
CBNは脆性材料で脆く、小径では、CBN焼結体が通常用いられている旋削工具や刃先交換式のエンドミルでは、切削速度を調整でき、比較的高速切削ができ、比切削抵抗を減少させることができるのに対し、比較的、低速切削では、チッピングを生じやすく、特に、HRC55以上の高硬度材加工では、切れ刃の食い付き時の衝撃によるチッピングが課題となる。本願発明は、ボール刃全体のチッピングを抑制し、長寿命なCBNボールエンドミルを提供することを目的とする。 CBN is a brittle material and is brittle. For small diameters, turning tools and blade-end-type end mills, which usually use CBN sintered bodies, can adjust cutting speed, enable relatively high-speed cutting, and reduce specific cutting resistance. On the other hand, relatively low-speed cutting tends to cause chipping, and chipping due to impact at the time of biting of the cutting edge becomes a problem particularly in high-hardness material processing of HRC 55 or higher. An object of the present invention is to provide a long-life CBN ball end mill that suppresses chipping of the entire ball blade.
本願発明は、立方晶窒化硼素を含有する焼結体からなるボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルは、シャンクの先端にシャンクより縮径する首部を設け、その先端に立方晶窒化硼素を含有する焼結体を接合し、ボール刃と外周刃とを設け、該ボール刃の法線方向すくい角は、R10度で−5度〜−15度、R50度〜R70度で−5度〜+3度、且つ、ピークを示し、R90度で−10度〜0度とし、R10度よりR50度〜R70度に向け漸次プラス方向、ピークよりR90度に向け漸次マイナス方向に設けたことを特徴とするCBN製ボールエンドミルである。本願発明を適用することにより、高硬度材加工でも切れ刃の食い付き時の衝撃を緩和してチッピングを減少させることができる。 The present invention relates to a ball end mill made of a sintered body containing cubic boron nitride, wherein the ball end mill is provided with a neck portion having a diameter reduced from the shank at the tip of the shank, and sintered containing cubic boron nitride at the tip. The body is joined, and a ball blade and an outer peripheral blade are provided, and the normal rake angle of the ball blade is −5 degrees to −15 degrees at R10 degrees, −5 degrees to +3 degrees at R50 degrees to R70 degrees, and A ball made of CBN characterized by having a peak, R90 degrees -10 degrees to 0 degrees, gradually increasing from R10 degrees to R50 degrees to R70 degrees, and gradually increasing from the peak to R90 degrees It is an end mill. By applying the present invention, it is possible to reduce the chipping by reducing the impact when the cutting edge bites even in the processing of a hard material.
本願発明は、HRC55以上の高硬度材の加工において、エンドミルの振動を抑制してチッピングを抑制でき、長時間に亘って安定した切削が可能なCBNボールエンドミルを提供できた。 The present invention can provide a CBN ball end mill capable of suppressing chipping by suppressing vibration of the end mill and processing stable for a long time in processing of a hard material having HRC 55 or higher.
本願発明は、図1より、シャンク1の先端にシャンク1より縮径する首部を設け、その先端にCBN焼結体からなる外周刃2、ボール刃3を設けている。
先ず、法線方向すくい角4は、R10度で−5度〜−15度に設ける。これにより、ボール刃3の強度を高め、回転中心軸方向の切削抵抗がボール刃3に大きく作用した場合でもチッピングや欠損に耐えることができる。法線方向すくい角4が−5度よりもプラス側へ大きいと、ボール刃3の強度が弱く、チッピングを引き起こす。−20度よりも小さいと、ボール刃3の被削材への食い付き性が悪化し、切削抵抗が増大する。R10度とは、図2より、エンドミルの左側面図で、ボール刃の回転軌跡5がなす半球の中心6を通り、且つ、エンドミル回転中心軸と成す角度が10度となる直線がボール刃3と交わる位置である。
次に、法線方向すくい角4は、R10度からR50度又はR70度へ向かって漸次プラス方向へ大きく設け、ボール刃の先端からR50度〜R70度の位置に最もプラス方向へ大きくなるピークを持つように設ける。R50度〜R70度において、ボール刃3の切削性を向上させ、切削抵抗を減じ、ボール刃全体のチッピングを抑制し、安定した加工が可能となる。そのピークがR50度未満の位置にあると、ピークは最もボール刃強度の低いため、エンドミル回転中心軸方向の切削抵抗が作用してチッピングしやすい。また、ピークがR70度を超える位置にあると、ボール刃3の外周側が被削材に食い込みすぎて、エンドミルがたわみやすくなる。法線方向すくい角4のピークは、−5度〜+3度の範囲に設ける。法線方向すくい角4のピークを、−5度よりマイナス側に大きいと、切削抵抗が増大してチッピングを起こしやすく、+3度を超えると、鋭利になりすぎ、被削材に食い付き時の衝撃により、チッピングを抑制できない。
更に、本願発明は、法線方向すくい角4をピークの位置よりR90度へ向かって漸次マイナス方向に設けることにより、切削速度が最も高く、エンドミルの振動の影響を最も受ける外周側のボール刃3の強度を高め、チッピングを抑制できる。以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
In the present invention, as shown in FIG. 1, a neck portion having a diameter smaller than that of the
First, the normal direction rake angle 4 is set at -5 degrees to -15 degrees at R10 degrees. Thereby, the strength of the
Next, the normal direction rake angle 4 is gradually increased in the positive direction from R10 degrees to R50 degrees or R70 degrees, and has a peak that increases most in the positive direction at a position of R50 degrees to R70 degrees from the tip of the ball blade. Provide to have. At R50 to R70 degrees, the machinability of the
Further, in the present invention, by providing the rake angle 4 in the normal direction gradually in the minus direction from the peak position toward R90 degrees, the
(実施例1)
本発明例1として、CBN焼結体を、超硬合金製シャンク1、直径4mmの一端に、首部をストレート形状で、その直径を0.94mmに設けた孔部に差し込み固定した。CBN焼結体は、刃径が1mm、刃数2で、ボール刃は、チゼル刃を有するため、法線方向すくい角4は、R10度で−10度、R60度で0度、且つ、ピークを示し、R90度で−5度とし、R10度よりR60度に向け漸次プラス方向、R60度よりR90度に向け漸次マイナス方向に設け、外周刃、ねじれ角が20度、有効刃長1.8mmに設けた。ボール刃、外周刃に、HV30GPaのAlCrSiN膜を被覆した。尚、漸次プラス方向は、ボールの回転軌跡上10度毎に、一定の角度変化させて行い、ピーク前後では、前記変化の半分程度とした。本発明例1では、R10度〜R50度の漸次プラス方向では、ボールの回転軌跡上10度毎に2度、R50度〜R60度の漸次プラス方向では、1度、R60度〜R70度の漸次マイナス方向では、1度、R70度〜R90度の漸次マイナス方向では、ボールの回転軌跡上10度毎に2度に設けた。
切削試験に用いるワークは、被削材にSKD11(HRC60)で、角部をボール刃の径と同じR0.5mmの曲面に仕上げる加工を行い、次いで、R1.0mmに拡げ、最後にその仕上げ加工を行った。前記角部からR0.5mmの曲面加工は、スタート時、R90度のみで切削し、仕上げ加工は、R0度〜R90度のボール刃全体が接触し、1加工が完了する。
次いで、R0.5mmからR1.0mmの曲面加工を、前記条件を踏襲しつつ行ったが、R0.5mmの曲面を水平方向、垂直方向にピックフィードを繰り返しつつ、拡げ、R1.0mmの曲面加工を実施した。被削材の水平方向に拡げる場合には、主にR60度〜R90度のボール刃が切削し、被削材の垂直方向に拡げる場合には、主にR40度以下のボール刃が切削している。但し、プログラム上、削り残し部が生じた時には、補完的に削り残し部の切削を行った。
切削条件は、角部からR0.5mmの曲面加工は、回転数は40000min−1、送り速度が1m/min、軸方向の切込み量0.5mm、半径方向切り込み量を0.01mmとして、クーラントにミストを用いた。評価方法としては、1加工完了後、工具摩耗、仕上げ面状態を観察した。工具摩耗に関しては光学顕微鏡で100倍の倍率で観察し、ボール刃の逃げ面の最大摩耗幅が0.1mmを超えた時点、もしくはチッピングや折損等を生じた時点を工具寿命と判断した。また、仕上げ面状態を光学顕微鏡で100倍の倍率で観察して評価した。次に、R0.5mmからR1.0mmの曲面加工は、基本的には、軸方向の切込み量を0.5mm、半径方向切り込み量を0.01mmとしたが、プログラム上、削り残し部を補完的に切削しつつ、試験を行った。
(Example 1)
As Example 1 of the present invention, a CBN sintered body was inserted and fixed in a cemented
The workpiece used for the cutting test is SKD11 (HRC60) on the work material, and the corner is finished to a curved surface with the same radius of R0.5 mm as the diameter of the ball blade, then expanded to R1.0 mm, and finally the finish processing Went. The curved surface machining of R0.5 mm from the corner is cut at R90 degrees only at the start, and the finishing process is completed with one ball blade of R0 to R90 degrees in contact with each other to complete one machining.
Next, curved surface machining from R0.5 mm to R1.0 mm was performed while following the above conditions, but the curved surface of R0.5 mm was expanded while repeating pick feed in the horizontal direction and the vertical direction, and curved surface machining of R1.0 mm was performed. Carried out. When expanding in the horizontal direction of the work material, the ball blade of R60 to R90 degrees is mainly cut, and when expanding in the vertical direction of the work material, the ball blade of R40 degrees or less is mainly cut. Yes. However, when an uncut portion was generated in the program, the uncut portion was complementarily cut.
Cutting conditions are as follows: curved surface machining with a radius of 0.5 mm from the corner, the rotational speed is 40,000 min −1 , the feed rate is 1 m / min, the axial cutting depth is 0.5 mm, and the radial cutting depth is 0.01 mm. Mist was used. As an evaluation method, the tool wear and the finished surface state were observed after completion of one process. The tool wear was observed with an optical microscope at a magnification of 100, and the tool life was determined when the maximum wear width of the flank face of the ball blade exceeded 0.1 mm, or when chipping or breakage occurred. Moreover, the finished surface state was observed and evaluated with an optical microscope at a magnification of 100 times. Next, curved surface machining from R0.5mm to R1.0mm is basically done with an axial depth of cut of 0.5mm and a radial depth of cut of 0.01mm. The test was conducted while cutting regularly.
本発明例1は、角部からR0.5mmの曲面加工で、50回のツールパスで、切削長としては略10m切削したが、1加工後、チッピングもなく、正常な摩耗状態を示した。続いて、R0.5mmからR1.0mmの曲面加工では、切削長としては略40m切削したが、1加工後、チッピングもなく、正常な摩耗状態を示した。
更に、上記角部からR0.5mmの曲面加工とR0.5mmからR1.0mmの曲面加工を繰り返して10回行った結果、本発明例1は、チッピングもなく、正常な摩耗状態を示した。
Example 1 of the present invention was a curved surface machining with a radius of 0.5 mm from the corner, and was cut about 10 m as a cutting length with 50 tool passes, but after one machining, there was no chipping and showed a normal wear state. Subsequently, in the curved surface machining from R0.5 mm to R1.0 mm, the cutting length was cut by about 40 m, but after one machining, there was no chipping and a normal wear state was shown.
Furthermore, as a result of repeating the curved surface processing of R0.5 mm and the curved surface processing of R0.5 mm to R1.0 mm from the corner portion 10 times, Example 1 of the present invention showed a normal wear state without chipping.
本発明例2〜10として、表1に示すように、法線方向すくい角をR10度で−5度〜−15度、R50度〜R70度で−5度〜+3度、且つ、ピークを示し、R90度で−10度〜0度とし、R10度よりR50度〜R70度に向け漸次プラス方向、ピークよりR90度に向け漸次マイナス方向に設けた例を製作した。比較のため、比較例11として、R10度で−20度、比較例11として、漸次プラス方向を10度毎に3度設けた例、比較例12として、R10度で0度の例を製作し、同様に試験を実施した。 As present invention examples 2 to 10, as shown in Table 1, the normal direction rake angle is -5 degrees to -15 degrees for R10 degrees, -5 degrees to +3 degrees for R50 degrees to R70 degrees, and shows a peak. , R90 degrees was set to −10 degrees to 0 degrees, and an example in which R10 degrees was gradually increased in a positive direction from R50 degrees to R70 degrees and a peak was gradually increased in a negative direction from R90 degrees to R90 degrees was manufactured. For comparison, as Comparative Example 11, an example in which R10 degrees is −20 degrees, as Comparative Example 11 is provided with an incremental positive direction of 3 degrees every 10 degrees, and as Comparative Example 12, an example in which R10 degrees is 0 degrees is manufactured. A similar test was conducted.
本発明例2、3のピークの位置をR50度、R70度に設けた例は、本発明例1同様に、角部からR0.5mmの曲面加工、R0.5mmからR1.0mmの曲面加工で、チッピングもなく、仕上げ面状態はビビリの痕も見られず、安定した切削ができた。本発明例4〜6のは、法線方向すくい角をR10度で−15度とし、更に、漸次プラス方向を2.5度とやや急に変化させたので、被削材を水平方向に拡げる場合に、良好な切削性能を示した。本発明例7〜9は、法線方向すくい角をR10度で−5度とし、更に、漸次プラス方向をやや緩やかに変化させたので、チッピングもなく、仕上げ面状態はビビリの痕も見られず、安定した切削ができた。
比較例10は、R0.5mmの曲面加工で、チッピングを生じて寿命となった。比較例11は、R0.5mmからR1.0mmの曲面加工時に、特に、被削材の垂直方向に拡げる場合、振動からビビリが発生し、仕上げ面状態にビビリの痕を生じたので、1加工で試験を中止した。比較例12は、R20度付近でチッピングしたため、同様に試験を中止した。
Examples of the present invention examples 2 and 3 where the peak positions are set at R50 degrees and R70 degrees are the same as in the present invention example 1, in the curved surface machining of R0.5 mm from the corner and the curved surface machining of R0.5 mm to R1.0 mm. There was no chipping and the finished surface was free of chattering and stable cutting. In the inventive examples 4 to 6, the rake angle in the normal direction is set to -15 degrees at R10 degrees, and the positive direction is gradually changed slightly abruptly to 2.5 degrees, so that the work material is expanded in the horizontal direction. In some cases, good cutting performance was shown. In Invention Examples 7 to 9, the rake angle in the normal direction was set to -5 degrees at R10 degrees, and further, the positive direction was gradually changed slightly more gently, so there was no chipping and the finished surface state showed traces of chatter. Stable cutting was possible.
In Comparative Example 10, R0.5 mm curved surface processing resulted in chipping and a lifespan. In Comparative Example 11, when processing a curved surface from R 0.5 mm to R 1.0 mm, particularly when expanding in the vertical direction of the work material, chatter occurred from vibration, and chatter marks were generated in the finished surface state. The test was stopped. In Comparative Example 12, since the chipping was performed at around R20 degrees, the test was similarly stopped.
1:シャンク
2:外周刃
3:ボール刃
4:法線方向すくい角
5:ボール刃の回転軌跡
6:ボール刃の回転軌跡の中心
7:ボール刃のすくい面
8:首下長さ
L:ボール刃の回転軌跡の中心とボール刃を結んだ直線
1: Shank 2: Peripheral blade 3: Ball blade 4: Rake angle in normal direction 5: Ball blade rotation locus 6: Center of ball blade rotation locus 7: Ball blade rake face 8: Neck length L: Ball A straight line connecting the center of the blade's rotation trajectory and the ball blade
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