JP2008221432A

JP2008221432A - 回転切削工具

Info

Publication number: JP2008221432A
Application number: JP2007065981A
Authority: JP
Inventors: Haruo Inoue; 治男井上
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: JP4623674B2

Abstract

【課題】止まり穴のような切屑の排出されにくい穴を加工する回転切削工具であっても、切屑を効率よく排出させることができ、加工面の精度や刃先の状態を悪化させにくく、切れ刃の再研磨も容易で寿命も長くすることができる回転切削工具を提案する。
【解決手段】軸状の基材の先端にチップが設けられ、チップの先端側には先端切れ刃が、チップの外周側には外周切れ刃が設けられた回転切削工具で、チップのすくい面上にはブレーカ片を設け、ブレーカ片を構成する面のうちチップの先端側に向き、かつ回転軸と交差する方向の面にはすくい面と平行な方向の断面形状が略Ｖ字形の凸部を設ける。凸部の大きさは、０．２〜１．０ｍｍとするのが好ましく、すくい面を垂直方向から見た時の、凸部が設けられた面と半径線との角度αは、５〜３０°とするのが好ましい。また、凸部の先端部には、Ｒが０．１５〜１．０ｍｍの大きさの曲面を設けるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種材料に形成された止まり穴の加工を行う回転切削工具に関するもので、特にアルミニウム合金などの非鉄材料に形成された止まり穴の仕上げ加工を行うための回転切削工具に関する。

自動車の基幹部品の一つであるバルブボディは、アルミダイカストなどの材料が使用されているが、部品の集約化に伴いその構造が複雑化しており、油圧制御用の穴が多段形状になったり多数の総形形状の穴で構成されるようになっている。このような穴の仕上げ加工を行うために、例えば切れ刃にダイヤモンド焼結体を用いたリーマなどが用いられる。このリーマで加工を行う際に、加工形態によっては切屑がリーマに巻き付くことがあり、作業能率を低下させたり加工面に傷が入るなどの問題が生じやすくなる。特に、加工部分の形状が貫通穴ではなく止まり穴である場合は切屑の排出性が悪くなり、切れ刃に切屑が巻き付いたり、加工後に穴の中に切屑が残り、次工程で切屑の処理が必要になって生産能率の低下をきたすなどの問題が生じる。従来、切削工具で切れ刃に切屑が巻き付くのを防止する対策として、切れ刃チップに切屑のブレーク機能を持たせて切屑を分断させる方法があり、その代表的な形状としてチップのすくい面上に段差を設けることで切屑を分断させるようなことが行われる。

ブレーク機能を持たせるためにすくい面上に段差を設けた切削工具の例として、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載の工具がある。特許文献１に記載の工具は図５に示すように、切れ刃が形成された高硬度焼結体２２をシャンク２１にロウ付けしたバイトで、高硬度焼結体２２のすくい面２３に連なるシャンク２１のすくい面に切屑処理用の突起２９を設けたものである。この工具は、高硬度焼結体２２が設けられたバイトであっても簡単な構造で切屑処理性を高めることができ、切削時における切屑の向き、長さおよび形状を容易にコントロールできるものとされている。また、特許文献２に記載の工具は図６に示すように、ダイヤモンドやＣＢＮの超硬質焼結体３２を有する切削工具で、すくい面３３上に複雑な三次元形状のチップブレーカー３９を設けたものであり、複雑な三次元形状のチップブレーカー３９を設けることで切屑処理性に優れたものとすることができるものとされている。さらに、特許文献３に記載の工具は図７に示すように、切れ刃から延びる第１すくい面４３ａと、第１すくい面４３ａの後方に設けられ第１すくい面４３ａよりも高さ位置が高い第２すくい面４３ｂと、第１すくい面４３ａの後縁と第２すくい面４３ｂの前縁とを接続する壁面５０を設けるとともに、切れ刃に切欠部４５を設け、壁面５０が切れ刃と平行に延びている構造としたものである。この構造によれば、切屑の長さ方向が分断されるだけでなく、切欠部４５により切屑の幅方向も小さく分断されるため、より小さな切屑とすることができ排出性を向上させることができるものである。
特開２００３−３４０６１５号公報特開２００４−２２３６４８号公報特開２００７−４４８３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構造の切屑処理用の突起や特許文献２に記載の構造のチップブレーカーを、止まり穴を加工するリーマのような回転切削工具に設けた場合には様々な問題が発生する。このような回転切削工具の場合、切れ刃は外周の軸方向に外周切れ刃が設けられるとともに工具先端の半径方向に先端切れ刃が設けられ、この工具で加工した場合には、先端切れ刃も切屑を発生させる。そして、先端切れ刃は加工の際に同時に作用する部分が長いため、発生する切屑の幅は広くなる。特許文献１や２に記載のような構造のブレーカをすくい面上に設けた場合、先端切れ刃から発生した切屑は長さ方向には分断されて短くなるが、前述のように切屑の幅が大きいため、長さ方向に分断されても切屑は依然として大きく、切れ刃に巻き付くことは防止できても排出性は良くならない。しかも止まり穴を加工する場合、穴の中に切屑が溜まりやすいこともあってより排出性は悪く、加工面の面あらさが粗くなったり刃先が欠けたりするトラブルも発生しやすいという問題がある。

この問題を解決するものとして特許文献３に記載の工具があるが、この工具では切屑を小さく分断して排出性を向上させることはできるものであるが、切れ刃に切欠部を設けるために、この切れ刃で加工した面のうち切欠部の部分には削り残しが発生したり、加工した面の精度が悪くなる恐れがある。また、切欠部付近の切れ刃が欠けやすくなり、寿命が短くなる問題が生じる。さらに、切れ刃が摩耗し再研磨を行って切れ刃を再生する場合に、切欠部があるとこれを一旦除去する必要があるため、再研磨を行える回数が減り、この点でも工具としての寿命が短くなる。

このようなことから、本発明は特に止まり穴のような切屑の排出されにくい穴を加工する回転切削工具であっても、切屑を効率よく排出させることができ、加工面の精度や刃先の状態を悪化させにくく、切れ刃の再研磨も容易で寿命も長くすることができる回転切削工具を提案するものである。

本発明者は、ブレーカの形状に工夫を取り入れることで、切れ刃の強度を維持しながらも切屑を幅方向に分断させることができ、切屑を小さくして排出性を向上させることが可能なブレーカ形状を見出した。
本発明の回転切削工具の特徴は、軸状の基材の先端にチップが設けられ、前記チップの先端側には前記基材の半径方向に先端切れ刃が設けられるとともに前記チップの外周側には外周切れ刃が設けられた回転切削工具であって、前記チップのすくい面上にはブレーカ片が設けられ、前記ブレーカ片を構成する面のうち前記チップの先端側に向き、かつ回転軸と交差する方向の面には前記すくい面と平行な方向の断面形状が略Ｖ字形の凸部が設けられていることである。

このように、ブレーカ片を構成する面のうちチップの先端側に向きかつ回転軸と交差する方向の面、すなわち先端切れ刃で発生した切屑がチップのすくい面上を流れさらにその切屑が流れてブレーカ片と接する面に工具先端に向かって略Ｖ字形の凸部が設けられることで、切屑の幅方向が分断され、しかも切屑がブレーカ片に接して流れていくことで切屑を強制的にカールさせて長さ方向も分断されるため、切屑が小さく分断される。従って、止まり穴のような切屑が排出されにくい穴の加工でも切屑を効率よく排出させることができる。

前記凸部の大きさｗは、０．２〜１．０ｍｍとするのが好ましい。０．２ｍｍ以上とするのは、切屑に対して凸部を有効に作用させるために必要な大きさであり、１．０ｍｍ以下とするのはこれより大きいと切屑が溶着し、凹部に溶着物が溜まりやすくなるためである。なお本願でいう凸部の大きさｗは、図３に示すようにチップのすくい面と平行な方向の断面で見た時の凸部の突出量とする。

前記すくい面を垂直方向から見た時の、前記凸部が設けられた面と半径線との角度αは、５〜３０°とするのが好ましい。このようにすることで、先端切れ刃で発生した切屑がブレーカ片の凸部を有する面と接触しながら流れる時に、切屑に対して外周側へねじる力が加わり、切屑の幅方向に力が加わることになるため幅方向に分断されやすくなる。

前記凸部の先端部には、Ｒが０．１５〜１．０ｍｍの大きさの曲面が設けられていることが好ましい。このようにすることで、切屑に対して局部的に抵抗がかかるため、幅方向により分断されやすくなる。

回転切削工具の切れ刃で幅の広い切屑が発生する加工においても、切屑を幅方向に分断させることが容易になり、幅方向の分断する大きさも制御できるため、止まり穴のような切屑の排出されにくい穴を加工する場合においても切屑を小さくして効率よく排出させることが可能になる。これにより、加工面の精度を向上させ、切れ刃の損傷を防止することができ、切れ刃の再研磨も容易で寿命も長くすることができる。

本発明の回転切削工具として、ダイヤモンド焼結体からなるチップを有するダイヤモンドリーマを例にあげて説明する。図１、図２は本発明のリーマの概略を示す図であり、図１は斜視図、図２（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。また、図３および図４はチップ上に設けられるブレーカ片を示した図で、いずれも（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

図１および図２を参照して、本発明のリーマは、軸状の本体１の先端側にヌスミ部底面１ａとヌスミ部側面１ｂが設けられることによりヌスミ部が形成され、ヌスミ部の先端部にダイヤモンド焼結体からなるチップ２がろう付けなどにより接合されている。なお、チップ２が接合される部分はヌスミ部底面１ａよりさらに掘り込まれてチップの厚み分だけ凹んでおり、チップ２のすくい面３とヌスミ部底面１ａとは同一平面上にある。チップ２のうち、先端側にあるすくい面３と先端逃げ面４ｂとの境界部には先端切れ刃５が形成されており、すくい面３と外周逃げ面４ａとの境界部には外周切れ刃６が形成されている。また、外周逃げ面４ａと先端逃げ面４ｂとの境界部には面取り面７が形成され、すくい面３と面取り面７との境界部には斜め切れ刃８が形成されている。

チップ２のすくい面３上と本体１のヌスミ部底面１ａ上には両者に跨るようにブレーカ片９が設けられており、ブレーカ片９は取付孔１１を介してヌスミ部底面１ａあるいはチップ２にネジなどで固定される。ブレーカ片９を構成する面のうち、チップ２の先端側を向き、かつ回転軸と交差する面１０には凸部１０ａが設けられている。

図３を参照して、ブレーカ片９に設けられた凸部１０ａの大きさｗは、０．２〜１．０ｍｍになっている。凸部１０ａの間には凹部１０ｂが設けられ、ブレーカ片９を構成する面のうちチップ２の先端側に向きかつ回転軸と交差する方向の面１０は凹凸形状になっている。この面１０の方向ｙは半径線ｘに対して５〜３０°の角度αが設けられ、これによって先端切れ刃５から発生した切屑がすくい面３上を流れて凸部１０ａに接触した際に、この面１０を切屑が流れるとねじれの力が加わり、幅方向に分断されやすくなる。また、凸部１０ａの先端部にはＲの大きさが０．１５〜１．０ｍｍの曲面が設けられており、切屑との接触面積が小さくなるので、上記の切屑に対するねじれの力が局部的に加わることになり、幅方向により分断されやすくなる。

図４は図３とは別のブレーカ片を表したものである。ブレーカ片９に設けられた凸部１０ａの数は図３に示したものよりも少なく、凸部１０ａの間の凹部１０ｂは平面形状になっている。その他は、図３に示したものと同じである。

本発明のダイヤモンドリーマとして、図４に示す形状のブレーカ片を設けたもの（本発明１〜１７）、従来のダイヤモンドリーマとして図８に示す形状のブレーカ片を設けたもの（比較例１、２）と図９に示す形状のブレーカを有し切れ刃に切欠部を設けたもの（比較例３）を製作し、切屑が分断される状況、切れ刃の欠けの発生状況、加工面の精度、および加工後の切屑の残っている状況について比較試験を行った。

切屑の幅方向の分断状況については４段階の評価とし、◎はほとんどの切屑が幅方向にも分断されて切屑が細かくなっているもの、○は幅方向に分断されていない切屑も混ざっているが、幅方向に分断されているものが多いもの、△は幅方向に分断されいるものが少なく分断されていないものが多いもの、×はほとんど幅方向には分断されていないものとしている。また、切屑が穴に残っている状況については、○は穴にほとんど切屑が残らず排出されているもの、△はある程度は排出されているが穴にも残っているもの、×は排出されないものが多く相当量の切屑が穴に残っているものとした。

すべてのリーマについて、軸状の本体１の材料として超硬合金を用い、図１および図２に示すようにその先端側にはヌスミ部底面１ａとヌスミ部側面１ｂを形成し、このヌスミ部の先端部は、ヌスミ部底面１ａよりさらに掘り込んだ形状とした。

本発明１〜１７と比較例１および２は、この掘り込んだ形状部分に図２に示す形状のダイヤモンド焼結体からなるチップ２をろう付けにより接合した。本体１の掘り込んだ部分の凹み量はチップ２の厚みと同じになっており、従ってチップ２を接合した時点ですくい面３とヌスミ部底面１ａとは同一平面上にある。チップ２は、最も先端にあるすくい面３と先端逃げ面４ｂとの境界部には先端切れ刃５を形成しており、この先端切れ刃５はリーマを回転させた時の回転半径と一致する方向に形成している。また、すくい面３と外周逃げ面４ａとの境界部には外周切れ刃６を形成し、外周逃げ面４ａと先端逃げ面４ｂとの境界部には面取り面７を形成することで、すくい面３と面取り面７との境界部に斜め切れ刃８を形成している。外周切れ刃６の回転半径は１０ｍｍとした。

比較例３は、本体１の先端の掘り込んだ形状部分に図９に示す形状のダイヤモンド焼結体からなるチップ４２をろう付けにより接合した。チップ４２はすくい面４３の先端側を研削して凹ませることにより第１すくい面４３ａを形成し、後端側は第１すくい面４３ａより高さ位置が高い第２すくい面４３ｂとした。本体１の掘り込んだ部分の凹み量は第２すくい面４３ｂの部分のチップの厚みと同じになっており、従ってチップ４２を接合した時点で第２すくい面４３ｂとヌスミ部底面１ａとは同一平面上にある。チップ４２は、最も先端にある第１すくい面４３ａと先端逃げ面４４ｂとの境界部には先端切れ刃４６を形成しており、この先端切れ刃４６はリーマを回転させた時の回転半径と一致する方向に形成している。この先端切れ刃４６には切欠部４５を２ヶ所形成した。また、すくい面４３ａと外周逃げ面４４ａとの境界部には外周切れ刃４７を形成し、外周逃げ面４４ａと先端逃げ面４４ｂとの境界部には面取り面４９を形成することで、第１すくい面４３ａと面取り面４９との境界部に斜め切れ刃４８を形成した。外周切れ刃４７の回転半径は１０ｍｍとした。

本発明１〜１７のリーマに使用するブレーカ片９の形状は図４に示す形状のものを作成した。ブレーカ片９を構成する面のうち、チップ２の先端側に向きかつ回転軸と交差する面１０には凸部１０ａを形成し、この凸部１０ａは間隔をおいて面１０上に３箇所形成している。また、面１０はリーマを回転させた時の回転半径の方向ｘとは角度αを有して取り付けられる形状にしており、外周側に向く面１２は外周切れ刃６と平行になるように取り付ける。比較例１および２のリーマに使用するブレーカ片９の形状は図８に示す形状のものであり、チップ２の先端側に向きかつ回転軸と交差する面１０には凸部がない平面としている。また、いずれのリーマについても、面１０はすくい面３に対して垂直ではなく、切屑が流れやすいように角度βの傾斜を付けており、ブレーカ片９の中央部には取付孔１１を設けている。本実施例では角度βは１０°とした。以上のブレーカ片９をチップ２のすくい面３とヌスミ部底面１ａとに跨るようにこれらの上に載置し、取付孔１１を使ってネジにより固定した。

本発明１〜１７のリーマについて、ブレーカ片９の凸部１０ａの大きさｗ、先端切れ刃５からブレーカ片９の凸部の先端までの距離（ここでは、複数の凸部１０ａのうち最も先端切れ刃５に近いものから先端切れ刃５までの距離とする）、凸部１０ａの先端のＲの大きさ、面１０とリーマを回転させた時の回転半径の方向ｘとの角度αが異なるものを製作し、その違いによる効果の差を比較した。ブレーカ片９の仕様は表１に示す通りである。また、比較例１および２は、先端切れ刃５からブレーカ片９の面１０までの距離を１．７ｍｍとし、この面１０の角度αを異ならせたものとした。比較例３は、先端切れ刃４６から第１すくい面４３ａの後縁と第２すくい面４３ｂの前縁とを接続する壁面５０（比較例１、２の面１０に相当）までの距離を１．７ｍｍとし、壁面５０は第１すくい面４３ａに対して垂直とした。また、比較例３はチップ４２のすくい面４３に段差を設けてこれをブレーカとしているので、ブレーカ片は設けていない。以上に説明したもの以外の仕様については、すべてのリーマで同じものとした。

これらのリーマを用いて、ＡＤＣ１２相当材のバルブスプール（穴φ２０ｍｍ、深さ４０ｍｍ）の止まり穴の仕上げ加工をそれぞれ３０００回行い、その時点での状況を確認した。加工条件は、回転速度Ｓ＝２４００ｍｉｎ^−１、送り速度Ｆ＝２４０ｍｍ／ｍｉｎとした。以上の試験を行った結果を表１に示す。

本発明１〜５を比較して、凸部の大きさの違いによる効果を見ると、大きさが０．１ｍｍのもの（本発明５）は幅方向の分断状況が少し悪くなる傾向があり、小さすぎると効果が小さくなることがわかる。また、大きさが１．２ｍｍのもの（本発明４）は幅方向の分断状況は良かったが凹部に少し切屑の溶着が見られたため、大きくしすぎると悪影響が出始める傾向が見られた。

本発明１と６〜８を比較して、切れ刃からブレーカ片の凸部先端までの距離の違いによる効果を見ると、その距離が２．７ｍｍ（本発明８）と大きいものでは、小さいものに比べて切屑の幅方向の分断状況が少し悪くなる傾向が見られた。これは、距離が大きくなると先端切れ刃で発生しすくい面上を流れた切屑がブレーカ片の凸部に接触する際の力が弱くなるため、幅方向に分断されにくくなったものと考えられる。

本発明１と９〜１３を比較して、凸部先端のＲの大きさの違いによる効果を見ると、Ｒが０．１ｍｍと小さいもの（本発明１３）や１．２ｍｍと大きいもの（本発明１２）は切屑の幅方向の分断状況が少し悪くなる傾向が見られた。特に、Ｒが０．１ｍｍのものは、加工を繰り返すうちに凸部の欠けや摩耗が見られ、そのため分断状況が悪くなったものと思われる。

本発明１と１４〜１７を比較して、ブレーカ片の面の角度αの違いによる効果を見ると、角度が０°のもの（本発明１７）や４０°のもの（本発明１６）は切屑の幅方向の分断状況が悪くなる傾向が見られた。角度をある程度付けたものでは、切屑に捻りの力が加わるため幅方向に分断する効果が大きくなると考えられるが、４０°のように大きくしすぎると凸部が切屑に有効に作用せず切屑が逃げてしまうために切屑の分断状況が悪くなったものと思われる。

比較例１および２のようにブレーカ片の切屑が接触する面に凸部がないものは、切屑の幅方向に分断する効果は得られず、加工した穴に相当量の切屑が残っていて、排出性が悪いことが確認できた。また、比較例３のように先端切れ刃に切欠部を設けたものは、切屑を幅方向に分断する効果は見られたが、切欠部周辺の切れ刃に欠けが見られ、加工面の精度が悪くなるとともに寿命が短くなる傾向が見られた。

以上のことからわかるように、本発明のリーマによれば、切屑を幅方向に分断することで切屑の排出性を向上させることができて、加工面の精度を向上させることができ、しかも切れ刃の欠けなどを防止して寿命を向上させることができる。

本発明は、リーマの他、先端切れ刃を有するドリルやエンドミルなどの各種回転切削工具に利用することができる。

本発明の回転切削工具の例を示す斜視図。本発明の回転切削工具の例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。本発明の回転切削工具に付けるブレーカ片の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。本発明の回転切削工具に付けるブレーカ片の別の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。従来のブレーカ付切削工具の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。従来のブレーカ付切削工具の別の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。従来のブレーカ付切削工具のさらに別の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。従来の回転切削工具に付けるブレーカ片の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。実施例における比較例３のリーマに付けるチップ周辺を示す部分拡大図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。

符号の説明

１本体
１ａヌスミ部底面
１ｂヌスミ部側面
２チップ
３すくい面
４ａ外周逃げ面
４ｂ先端逃げ面
５先端切れ刃
６外周切れ刃
７面取り面
８斜め切れ刃
９ブレーカ片
１０チップの先端側を向きかつ回転軸と交差する面
１０ａ凸部
１１取付孔
１２外周側に向く面

Claims

軸状の基材の先端にチップが設けられ、前記チップの先端側には前記基材の半径方向に先端切れ刃が設けられるとともに前記チップの外周側には外周切れ刃が設けられた回転切削工具であって、
前記チップのすくい面上にはブレーカ片が設けられ、前記ブレーカ片を構成する面のうち前記チップの先端側に向き、かつ回転軸と交差する方向の面には前記すくい面と平行な方向の断面形状が略Ｖ字形の凸部が設けられている回転切削工具。
前記凸部の大きさｗは、０．２〜１．０ｍｍである請求項１に記載の回転切削工具。
前記すくい面を垂直方向から見た時の、前記凸部が設けられた面と半径線との角度αは、５〜３０°である請求項１または２に記載の回転切削工具。
前記凸部の先端部には、Ｒが０．１５〜１．０ｍｍの大きさの曲面が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の回転切削工具。