JP2008137121A

JP2008137121A - 高速切削用超硬ラフィングエンドミル

Info

Publication number: JP2008137121A
Application number: JP2006326736A
Authority: JP
Inventors: Shigemasa Murotani; 滋政室谷; Shinko Furuno; 真弘古野
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】超硬合金製ラフィングエンドミルにおいて、切り屑排出量の増大と共に、切り屑の咬み混み等に係わる損傷を防ぎ、安定した寿命を発揮する高速切削用ラフィングエンドミルを提供することを課題とする。
【解決手段】高速切削に用いる超硬合金製ラフィングエンドミルにおいて、前記ラフィング切れ刃のすくい角を０度〜１５度とし、軸直角断面視で、心厚が刃径の５０％〜６０％、溝比Ｆを０．６５〜０．８とし、更に、前記刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記ラフィング切れ刃と回転中心を結んだ線に対し、９０〜１３０度に設けたことを特徴とする高速切削用超硬ラフィングエンドミルである。
【選択図】図２

Description

本願発明は、外周刃が波状の切れ刃であるラフィングエンドミルに関する。

ラフィングエンドミルは、切れ刃により切り屑を分断して切削抵抗を低減できるため、半径方向の切り込み量や軸方向の切り込み量を多く取ることができ、荒切削に用いられている。特許文献１は、ラフィングエンドミルの一例として、ラフィング切れ刃の山部を谷部より小さく設け、さらなる切削抵抗の低減を行っている。
特開２００５−２３０９７６号公報

本願発明は、高速切削に用いられる超硬合金製ラフィングエンドミルにおいて、切り屑排出量の増大と共に、切り屑の咬み混み等に係わる損傷を防ぎ、安定した寿命を発揮する高速切削用ラフィングエンドミルを提供することを課題とする。

本願発明は、高速切削に用いる超硬合金製ラフィングエンドミルにおいて、前記ラフィング切れ刃のすくい角を０度〜１５度とし、軸直角断面視で、心厚が刃径の５０％〜６０％、溝比Ｆを０．６５〜０．８とし、更に、前記刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記ラフィング切れ刃と回転中心を結んだ線に対し、９０〜１３０度に設けたことを特徴とする高速切削用超硬ラフィングエンドミルである。本願発明を適用することにより、切り屑の排出性に起因する、咬み込み等の損傷を防止できる。

本願発明によれば、切り屑の排出性に優れた超硬合金製のソリッドのラフィングエンドミルが、切り屑排出量が増加しても、咬み込み等の損傷を防ぎ、安定した寿命を発揮する超硬合金製ラフィングエンドミルが提供できた。

本願発明のラフィングエンドミルは、図１より、シャンク１の一端に回転方向にねじれを有する複数の刃溝２が設けられ、複数の刃溝間にラフィング切れ刃３を持つ。ラフィング切れ刃３の回転軸を中心とする回転軌跡は凸円弧部と凹円弧部を有する波状である。ラフィング切れ刃３は超硬合金のみから成り、高速での切削ができ、切削熱による切れ刃強度の低下を抑制できる。
ラフィング切れ刃３のすくい角は、０度〜１５度に設ける。これにより、切り屑を円滑に刃溝３内へ流すことができる。０度よりマイナス側へ大きいと、切り屑の流れが悪化し、切削抵抗が増大し、高速切削時に欠損や折損を起こし、１５度を超えるとラフィング切れ刃３の刃先強度が低下して欠損する。
刃溝２は、図２に示すように心厚Ｃを刃径の５０％〜６０％、心厚Ｃが５０％未満であると工具強度が低下して折損しやすく、６０％を超えると刃溝３が浅くなって切り屑詰まりを起こしやすい。
溝比Ｆは、０．６５〜０．８に設ける。溝比Ｆは、ラフィング切れ刃４と次のラフィング切れ刃が回転軸を中心として成す角度Ａ１と、ラフィング切れ刃４とヒール５が成す角度Ａ２の比、Ａ２／Ａ１である。溝比Ｆが０．６５未満であると刃溝２が狭くなって切り屑の排出を妨げて、切り屑の噛み込みを起こす可能性があり、０．８を超えるとラフィング切れ刃３が切削抵抗に耐えられずに欠損してしまう。

次に、前記刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記ラフィング切れ刃と回転中心を結んだ線に対し、９０〜１３０度に設ける。これにより刃溝２はエンドミル外周側へ開けた形状となり、溝底部５を通過した切り屑が、背中面７に阻害されることなく刃溝２の外方へ円滑に排出される。ここで背中面７は、前記ラフィング切れ刃３と回転中心を結んだ線に対する角度で定義し、３枚刃で１１０度〜１３０度、４枚刃以上で９０度〜１１０度の範囲とした。３枚刃では、刃の間隔が１２０度、４枚刃では９０度となるため、３枚刃ではより大きな数値限定に設けた。
更に、背中面７は、前記すくい角に対し、９０〜１３０度の範囲で、直線状に設けても、有る程度の曲率を有しても良く、刃径が大きいほど曲率を直線に近づけることが好ましい。背中面７は若干工具外周側へ凸、凹であっても曲率が小さいので問題とならない。背中面が曲率を有する場合、背中面の角度は、エンドミル外周側へ凸のとき溝底部を通り背中面に接する直線にて規定し、凹のとき溝底部５とヒール４を結んだ直線にて規定する。
これらにより、刃溝２の容積を大きくし、ラフィング切れ刃３で生成された切り屑を刃溝２の外に排出されやすくする。

本願発明は、刃溝２のラフィング切れ刃３から溝底部５に至るすくい面６を刃径の２０％〜３０％の半径Ｒ１である円弧状に設けてもよい。ラフィング切れ刃３で生成された切り屑がすくい面６に沿って緩やかにカールしつつ円滑に流れる。すくい面の半径Ｒ１が工具径の２０％未満であると、厚い切り屑が大きい曲率でカールするため、切削抵抗が大きくなり、ラフィング切れ刃３が欠損しやすい。３０％を超えると、切り屑が十分にカールせず、溝底部５に突き当たり、切削抵抗が増大し、欠損しやすい。
溝底部５を刃径の１０％〜２０％の半径である円弧状に設け、前記溝底部の半径は前記すくい面の半径より小さく設けてもよい。これにより、切り屑が円滑に流れる。溝底部の半径Ｒ２が１０％未満であると、厚い切り屑が溝底部５で急激に曲げられ、切り屑詰まりを起す可能性があり、２０％を超えると、すくい面６、溝底部５、背中面７それぞれを滑らかに接続できず、切り屑の流れが悪化する。また、すくい面の半径Ｒ１より溝底部の半径Ｒ２が大きいと同様に切り屑の流れが悪化する。
ラフィング切れ刃３はＣｒを含む耐熱性皮膜、ＨＶ３０ＧＰａ以上の硬質皮膜で被覆してもよく、高速切削で発生する切削熱から保護し、切れ刃強度の低下を抑制できる。
基体となる超硬合金は、ＷＣ平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ量は８重量％であることが好ましい。これにより、靭性を高めて、ラフィング切れ刃３が高速で被削材に食い付いてもチッピングを抑制することができる。以下、本願発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
本発明例１〜４は、刃径を１０ｍｍ、ねじれ角を３０度、刃数を４枚に設け、ラフィング切れ刃４の波形状は、凸円弧部が０．４５ｍｍ、凹円弧部が０．２５ｍｍ、ピッチが１ｍｍに設け、溝比Ｆを０．７、刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記すくい角に対し９５度で、且つ、直線状に設けた。基体は、組成がＷＣ平均粒径が０．８μｍ、Ｃｏ１０重量％の超硬合金を用い、ラフィング切れ刃をＨＶ３０ＧＰａ、膜厚３μｍのＡｌＣｒＳｉＮ膜で被覆した。
本発明例１〜４、それぞれすくい角を０度、５度、１０度、１５度とし、比較例５は、−３度、比較例６は１８度とし、すくい面、溝底部、背中面を曲率、刃径の２５％、５％で背中面に繋げたため、心厚は、本発明例１〜４は、それぞれ６０％、５５％、５３％、５０％と変化し、比較例５は６０％、比較例６は４６％に変化した。
切削試験は、被削材にＳＳ４００のブロック材を用意し、溝切削を行い、回転軸方向の切り込み量を１０ｍｍ、回転数を３２００ｍｉｎ^−１（切削速度１００ｍ／ｍｉｎ）、送り速度を６００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、ドライ切削にて行った。この切削諸元における切り屑排出量は６０ｃｃ／ｍｉｎで、本切削試験中、高速カメラを用いて切り屑排出の状態を観察し、テスト結果は、ラフィング切れ刃を光学顕微鏡を用い５０倍に拡大して観察し、チッピングや欠損、又は折損した時点の切削長で評価した。
切削試験の結果、本発明例１の切り屑排出の状態は、送り方向に対してほぼ後方に切り屑を排出しており、加工した溝の中に切り屑がほとんど溜まらず、良好な状態であり、２５ｍ切削時点で、欠損や折損を抑制でき、安定した寿命を示した。本発明例２〜４は、すくい角を正角側に大きく設けたので、更に切削性が良くなり、切り屑排出性も良好で、本発明例１より更に安定した切削ができ、３０〜３５ｍ切削できた。比較例５は、当初は切削できたものの５ｍで、折損した。比較例６は、当初にチッピングを生じ、切削試験を中止した。

（実施例２）
本発明例７〜９として、本発明例２と同仕様で、溝比Ｆをそれぞれ、０．６５、０．７５、０．８に変化させ、刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記すくい角に対し９０度、９８度、１０５度に設けた。比較例１０は、溝比Ｆを０．６とし、比較例１１は、０．８５に設け、刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記すくい角に対し、それぞれ８４度、１１５度と変化した。
実施例１同様に、切削試験を行った結果、本発明例７の切り屑排出の状態は、本発明例１に比較して、やや方向が定まらず、本発明例８、９、比較例１１は、送り方向に対してほぼ後方に切り屑を排出していた。比較例１０の切り屑排出の状態は、ほぼランダムな方向に飛散していた。切削長では、本発明例７〜９は、３０ｍまで正常摩耗で有ったが、比較例１０は、切り屑の咬み込みを生じ、８ｍ付近で折損した。比較例１１は、正常な切削を維持できたが、切れ刃のバックメタルが薄いため、１０ｍ付近でチッピングを生じた。

（実施例３）
本発明例１２〜１５は、刃径を１０ｍｍ、ねじれ角を３０度、刃数を３枚に設け、他は本発明例２と同仕様に設けた。本発明例１２は、溝比Ｆを０．７、刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記すくい角に対し１１５度で、且つ、直線状に、本発明例１３は、同１２０度、本発明例１４は、同１３０度、本発明例１５は、同１１５度で、且つ、若干工具外周側へ凹に設けた。切削試験は、実施例１同様で行い、刃数が少ない分、回転数を３８００ｍｉｎ^−１（切削速度１２０ｍ／ｍｉｎ）に上げ、送り速度を５４０ｍｍ／ｍｉｎとして１刃当たりの送り量を合わせた。この切削諸元における切り屑排出量は５４ｃｃ／ｍｉｎである。
切削試験の結果、本発明例１２〜１５の切り屑排出の状態は、刃溝そのものが広く、刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を前記すくい角に対し大きな角度で、且つ、切り屑排出に障害とならない形状に設けたため、切り屑排出に起因する咬み込み等の損傷を生じることなく、行うことができた。２５ｍ切削時点では、本発明例１２〜１５とも欠損や折損を抑制でき、安定した寿命を示した。

図１は、本願発明の超硬ラフィングエンドミルの正面図を示す。図２は、図１の工具軸直角断面の要部拡大図を示す。図３は、本願発明の刃溝の他の実施形態図を示す。

符号の説明

１：シャンク
２：刃溝
３：ラフィング切れ刃
４：ヒール
５：溝底部
６：すくい面
７：背中面
Ｃ：心厚
Ｒ１：すくい面の半径
Ｒ２：溝底部の半径
Ａ１：ラフィング切れ刃と次のラフィング切れ刃が成す角度
Ａ２：ラフィング切れ刃とヒールが成す角度

Claims

高速切削に用いる超硬合金製ラフィングエンドミルにおいて、前記ラフィング切れ刃のすくい角を０度〜１５度、軸直角断面視で、心厚が刃径の５０％〜６０％、溝比Ｆを０．６５〜０．８とし、更に、前記刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記ラフィング切れ刃と回転中心を結んだ線に対し、９０〜１３０度に設けたことを特徴とする高速切削用超硬ラフィングエンドミル。
請求項１記載の高速切削用超硬ラフィングエンドミルにおいて、前記刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記すくい角に対し、９０〜１１０度に設けたことを特徴とする高速切削用超硬ラフィングエンドミル。
請求項１記載の高速切削用超硬ラフィングエンドミルにおいて、前記刃溝の溝底部から前記刃溝のヒールに至るまでの背中面を、前記すくい角に対し、１１０〜１３０度に設けたことを特徴とする高速切削用超硬ラフィングエンドミル。