JP2009202239A

JP2009202239A - 回転工具

Info

Publication number: JP2009202239A
Application number: JP2008043870A
Authority: JP
Inventors: Masato Matsuzawa; 正人松澤; Keita Yanagida; 佳太柳田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP5294648B2

Abstract

【課題】複雑な工具形状においても安定した高い耐欠損性を有するとともに摩耗しにくい回転工具を提供する。
【解決手段】中心が回転軸となる工具本体２にスローアウェイインサート３を装着し、工具本体２の先端に突出するように装着され、逃げ角が正で、かつ内刃すくい面２２と内刃逃げ面２３との交差稜線部１８に続く内刃逃げ面２３側に着座面１４に対して垂直のストレート１９が形成された内刃５と、工具本体２の先端の内刃５よりも径方向外側であって工具本体２の外周方向から先端にわたって突出するように装着され、逃げ角が正で、かつ外刃すくい面２８と外刃逃げ面２９との交差稜線部に続く外刃逃げ面２９側に着座面１４に対して垂直のストレートが形成されないか、または内刃５よりも短いストレート１９が形成された外刃６と、を配設した回転工具１である。
【選択図】図６

Description

本発明は工具本体を回転中心とし、スローアウェイインサートを装着して内刃と外刃とを形成した回転工具に関する。

ドリルやエンドミルのように回転軸を中心に工具を回転させて切削加工を行う工具においては、高硬度な被削材や熱伝導性の悪い被削材等のような難削材の切削加工が求められており、工具のより高い耐摩耗性および耐欠損性が求められている。

かかる回転工具においては、切削加工時に回転中心付近は切削速度が小さく、また外刃付近では切削速度が大きくなるため、低速加工となる回転中心では摩擦抵抗が大きくて欠損しやすく、逆に外周部では摩耗進行が速いという問題があった。

そこで、特許文献１では、内刃（底刃）に面取り部を形成して底刃の強度を確保して欠損を防止することが記載されている。

また、特許文献２では、内刃のＲホーニングを０．０３ｍｍ以下と小さくして、内刃に構成刃先が形成されるのを抑制することにより、切屑排出性と切刃安定性を確保することが記載されている。
特開２００５−２７１１６７号公報特開２００２−３２６１１２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のように内刃にホーニングを形成する方法では、複雑な形状のインサートやエンドミルの切刃の一部のみにしかホーニングを取ることができず、また、突出した部分が優先的にホーニングされる傾向でもあることから、ホーニング量がインサートやエンドミルの形状によって部分的に不均一になってしまうという問題があった。

本発明は、複雑な工具形状においても安定した高い耐欠損性を有するとともに摩耗しにくい回転工具を提供することを目的とする。

本発明の回転工具は、中心が回転軸となる工具本体にスローアウェイインサートを装着し、
前記工具本体の先端に突出するように装着され、逃げ角が正で、かつすくい面と逃げ面との交差稜線部に続く前記逃げ面側に着座面に対して垂直のストレートが形成された内刃と、
該内刃よりも径方向外側であって前記工具本体の外周方向から先端にわたって前記工具本体から突出するように装着され、逃げ角が正で、かつ前記ストレートが形成されないか、または前記内刃よりも短い前記ストレートが形成された外刃と、を配設したものである。

ここで、上記構成において、前記内刃のストレートの長さをＬｉ、前記外刃のストレートの長さをＬｏとするときに、その比（Ｌｉ／（Ｌｏ＋Ｌｉ））が０．８〜１であり、かつＬｉ＝０．０１ｍｍ〜０．０９５ｍｍであることが望ましい。

また、上記構成において、前記内刃のストレートの長さＬｉが切刃稜線部の全周にわたって０．００５ｍｍ以内で均一であることが望ましい。

さらに、上記構成において、前記内刃と前記外刃との両方を具備するスローアウェイインサートを２つ以上用いて、一方は前記内刃が前記工具本体の先端に突出するように装着され、他方は前記外刃が前記工具本体の外周から先端にわたって前記工具本体から突出するように装着されたことが望ましい。

本発明の回転工具によれば、内刃では切刃稜線部に続く逃げ面側に着座面に対して垂直のストレートが形成され、かつ外刃には内刃よりも短いストレートが形成されているか、または該ストレートが形成されていないために、切削加工時に切削速度が小さく摩擦抵抗が大きい内刃でも欠損することなく、かつ切削速度が大きく摩耗の進行が速い外刃では切れ味を高めて摩耗の進行を遅くすることができる。

ここで、上記構成において、前記内刃のストレートの長さをＬｉ、前記外刃のストレートの長さをＬｏとするときに、その比（Ｌｉ／（Ｌｏ＋Ｌｉ））が０．８〜１であり、かつＬｉ＝０．０１ｍｍ〜０．０９５ｍｍであることが、内刃および外刃の両方における耐欠損性、耐摩耗性を両立させるために望ましい。

また、上記構成において、前記内刃のストレートの長さＬｉが切刃稜線部の全周にわたって０．００５ｍｍ以内で均一であることが、複雑な工具形状であっても内刃の切刃強度を確実に高めて欠損を防止できる点で望ましい。

さらに、前記内刃と前記外刃との両方を具備するスローアウェイインサートを２つ以上用いて、一方は前記内刃が前記工具本体の先端に突出するように装着され、他方は前記外刃が前記工具本体の外周から先端にわたって前記工具本体から突出するように装着された構成においても、金型に工夫を加えることによって上記内刃と外刃のストレート構成を実現することができる。

本発明の回転工具について、その好適例であるスローアウェイドリルの一例を基に説明する。図１は、本実施形態にかかるドリルを示す概略側面図である。図２は、図１のドリルを先端から見た概略正面図である。図３は、図１のドリルを用いて切削した際の外刃と内刃の配置を説明するための模式図である。なお、図３中、破線で示すインサートは、実線で示すインサートが１８０度回転したときの位置を示している。

図１に示すように、本実施形態にかかるドリル１は、中心が回転軸Ｏとなる工具本体２の先端部に、後述する２つのスローアウェイインサート（以下、単にインサートと略す）３をそれぞれ装着したものである。一方のインサート３ａは工具本体２の先端に内刃５が突出するようにネジ４によって装着され、他方のインサート３ｂは、工具本体２の先端のインサート３ａよりも径方向外側であって工具本体２の外周方向から工具本体２の先端にわたって外刃６が突出するようにネジ４によって装着されている。すなわち、内刃５が工具本体２から突出するインサート３ａは外刃６が工具本体２から突出するインサート３ｂよりも径方向内側に設けられている。

そして、ドリル１は、内刃５が被削材（図示せず。）の穴底面内周側を切削し、外刃６が被削材（図示せず。）の穴底面外側および外周面を切削するが、図２、図３に示すように、内刃５と外刃６との回転軌跡が互いに交叉して両切刃でドリル１の先端から外周までをカバーするように配置されている。

さらに、ドリル１を用い、以下の（i）〜（iii）の工程によって被削材の切削を行う。
（i）ドリル１および被削材の少なくとも一方を回転させ、ドリル１の内刃５，外刃６を被削材に近接させる工程
（ii）ドリル１の内刃５，外刃６の少なくとも一部を前記被削材の表面に接触させ、前記被削材を切削する工程
（iii）前記被削材から内刃５，外刃６を離間させる工程
ドリル１には後述するインサート３が装着されているので、上記（ii）の工程では、内刃５、外刃６のいずれの切刃によっても切削抵抗が過大とならずかつ切刃の欠損も抑制されて良好な切削加工が可能となる。その結果、優れた加工精度を示すことができ、より厳しい切削条件や難易度の高い被削材に対しても良好な仕上げ面を得ることができる。

なお、工具本体２は略円柱状をなして、ドリル１の回転軸（図３の線Ｏ）を有し、後端側に自身を工作機械に固定するためのシャンク部８を有するとともに、シャンク部８よりも先端側には切屑を工具本体２の先端から後端へと排出するための切屑排出溝９が螺旋状に形成されている。また、工具本体２の先端部には、インサート３を取り付けるためのインサートポケット１０が２つの位置に設けられ、内側のインサートポケット１０ａは工具本体２の軸線方向先端側に開放されてインサート３ａが装着され、外側のインサートポケット１０ｂには工具本体２の軸線方向先端側から外刃にかけて開放されてインサート３ｂが装着される。

ドリル１に装着されるインサート３の詳細について説明する。図４は、本実施形態のインサートを示す平面図である。図５は、図４のインサートを（ａ）矢印Ａ側から見た側面図であり、（ｂ）矢印Ｂ側から見た側面図である。図６は、図４のインサートについて（ａ）I−I線の断面を示す拡大図であり、（ｂ）II−II線の断面を示す拡大図である。

図４に示す実施形態にかかるインサート３は、上面視が略多角形の板状をなし、上面１１の中央部には貫通穴１４が形成されている。また、インサート３の上面１１の交差稜辺部１８には互いに隣接して内刃５および外刃６が形成されている。

本発明によれば、内刃５は、内刃逃げ角β１（内刃逃げ面２３（側面１２）と下面１７に垂直な線Ｌ１とがなす角度）が正で、かつ上面１１と側面１２との交差稜線部１８に続く側面１３側に下面（着座面）１７に対して垂直のストレート１９が形成されている。そして、外刃６は、外刃逃げ角β２（外刃逃げ面２９（側面１２）と下面１７に垂直な線Ｌ１とがなす角度）が正で、かつストレート２０が形成されないか、またはストレート２０が内刃５よりも短い形状からなる。これによって、切削加工時に回転軸中心（線Ｏ）に近い内刃５は切削速度が小さくかつ回転中心から遠い外刃６では切削速度が大きくなっても、摩擦抵抗が大きい内刃５で切刃強度が高くて欠損することなく、かつ摩耗の進行が速い外刃６でも切れ味が高くて摩耗の進行を遅くすることができる。

ここで、内刃５のストレート１９の長さをＬｉ、外刃６のストレート２０の長さをＬｏとするときに、その比（Ｌｉ／（Ｌｏ＋Ｌｉ））が０．８〜１であり、Ｌｉ＝０．０１ｍｍ〜０．０９５ｍｍであることが、内刃５および外刃６の両方における耐欠損性、耐摩耗性を両立させるために望ましい。

また、インサート３が複雑な形状であっても、内刃５のストレート１９長さＬｉが切刃稜線部１８の全周にわたって０．００５ｍｍ以内で均一であることが、内刃５の切刃強度を確実に高めて欠損を防止できる点で望ましい。

さらに、内刃５と外刃６との両方を具備するインサート３を２つ以上用いて、一方は内刃５が工具本体２の先端に突出するように装着され、他方は外刃６が工具本体２の外周から先端にわたって工具本体２から突出するように装着された構成、すなわち１つのインサート３内に内刃５と外刃６との両方が形成されたインサート形状においても、後述する金型に工夫を加えることによって、インサート３内に上記内刃５のストレート１９と外刃６のストレート２０の構成を実現することができる。

なお、内刃５は、図５（ａ）に示すように、インサート３の上面１１（内刃すくい面２３）と、側面１２（内刃逃げ面２３）との交差稜線部１８に形成されており、図６（ａ）に示すように、この内刃５から順に０．０５〜０．１５ｍｍの内刃ランド２１と、内刃すくい角α１（内刃すくい面２２の仮想延長線Ｌ２と、下面１７に平行な線Ｌ３とがなす角度）が５°〜２５°で下向きに傾斜している内刃すくい面２２とが続いて形成されている。また、内刃５の側面１２には内刃逃げ面２３が形成されている。

一方、外刃６は、図５（ｂ）に示すように、上面１１（外刃すくい面２８）と側面１２（外刃逃げ面２９）との交差稜線部１８に形成されており、図４に示すように、その一端側に上面視でインサート３から外方に突出した突出部２５を有している。そして、図６（ｂ）に示すように、この外刃６から順に、０．０５〜０．１５ｍｍの外刃ランド２６と、幅１．２〜２ｍｍで深さ０．０３〜０．１５ｍｍの外刃ブレーカ溝２７と、外刃陸部２４とが続いて形成されている。また、外刃６の側面１２には外刃逃げ面２９が形成されている。

外刃ブレーカ溝２７は、すくい角α２（外刃すくい面２８の仮想延長線Ｌ４と、下面１７に平行な線Ｌ３とがなす角度）が５°〜２５°の下向きに傾斜した外刃すくい面２８と、この外刃すくい面２８からインサート３の中央側（貫通穴１４側）に向かって立ち上がり角γ（外刃立ち上がり面３０の仮想延長線Ｌ５と、下面１７に平行な線Ｌ３とのなす角度）２０°〜４５°で立ち上がた外刃立ち上がり面３０とからなる。

次に、上述したインサート３を製造する方法について説明する。

インサート３は、例えば超硬合金、サーメット、セラミックス、ダイヤモンド、ｃＢＮ等の硬質焼結体からなり、所望によりその表面に被覆膜を被覆したものからなる。硬質焼結体は、所定の原料粉末を有機バインダとともに混合した混合粉末をプレス成形して成形体を作製した後、成形体を焼成することによって作製される。

本発明の内刃５と外刃６の上記構成を実現するための第１の方法は、プレス成形に用いる金型の形状を工夫することである。図７は図４のインサートの製造方法の一例を説明するための図であり、インサート用の成形体を作製するためのプレス成形用金型におけるダイスの一例について、（ａ）概略平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面の要部拡大断面図を示す。図８には図７のプレス成形用金型を用いて（ａ）成形体を加圧している状態、（ｂ）プレス成形体を取り出す状態を示す模式図を示している。

図７、８に示すように、プレス成形用金型３８は、内側の空洞３４の形状が、逃げ角β２（＞０）のインサート３を成形するために上部に向かって幅が広がる成形体部３１と、成形体部３１の外刃６の上端面Ｘの直上に位置して垂直壁面部３２の高さｔ_２との比ｔ_２／成形体部３１の高さｔ_１＝０．０３〜０．３５の垂直壁面部３２と、垂直壁面部３２の直上に位置して垂直壁面部３２よりも角度θ（θ＞β）で幅（ｗ）が広がる逃がし部３３とを具備するダイス３５と、棒状をなす上パンチ３６および下パンチ３７の一対のパンチとからなる。

このプレス成形用金型３８を用いて成形すると、図８に示すように、成形体３９をダイス３５から取り出す際に外刃６側においては、成形体３９がスプリングバックによって膨張しても垂直壁面部３２の長さ分だけしか成形体３９の上面側側面端部４０が干渉しないので、成形体３９の上面側側面端部４０の形状が潰れることなく擦れ摩耗部がほとんど形成されない。また、一対のパンチ３６、３７で加圧する際に成形体部３１の上面から上横部に押し出された粉末は、通常上パンチ３６とダイス３５との間に挟まれてバリを生じさせてしまうこともあるが、本発明によれば、この押し出された粉末が逃がし部３３に抜けてゆくのでさほど高い圧力で加圧されることもなくて発生するバリを極薄くかつ低密度なものとすることができる。そのため、成形後にエアを吹き付けるようなわずかな力で容易にバリ取りをすることができる。その結果、成形体３９の外刃６側のストレート２０を小さくして鋭利なエッジとすることができる。なお、金型３８の内刃５の形成部側には逃がし部３３を設けずに、垂直壁面部３２が前記高さｔ２よりも高くなる、もしくはそのまま金型３８の上面まで続く形状とすることにより、成形体３９をダイス３５の上部に押し上げて取り出す際に内刃５の部分がダイス３５の内壁面に干渉して成形体３９の側面１２の交差稜線部１８の直下に擦れ摩耗によるストレート１９を形成する。

すなわち、外刃６側の上面側側面端部４０の上側には逃がし部３２と、所望により垂直壁面部３２とを形成し、内刃５側の上面側側面端部４０の上側には逃がし部３２を形成しない方法によって、内刃５には大きなストレート１９が形成され、かつ外刃６のストレート２０は小さくすることができる。また、この方法によれば１つのインサート３に内刃５と外刃６が形成された場合にも適用することができる。

また、本発明の内刃５と外刃６の上記構成を実現するための第２の方法は、内刃５と外刃６とを別のインサートとして作製する場合に適用可能な方法であるが、原料に添加する有機バインダの種類を変える方法である。具体的には、内刃インサート用の原料に添加する有機バインダは弾性の高いものを用いて成形後に成形体が弾性回復して成形体の交差稜線部の直下に大きなストレートが形成され、外刃インサート用の原料に添加する有機バインダは弾性の小さいものを用いて成形後における成形体の弾性回復量が小さく成形体の交差稜線部の直下に形成されるストレートを小さくすることができる。

さらに、本発明の内刃と外刃の上記構成を実現するための第３の方法も、内刃と外刃とを別のインサートとして作製する場合に適用可能な方法であるが、プレス成形時の成形圧を変える方法である。具体的には、内刃インサート用の成形体は高い成形圧で成形して、成形後に成形体が大きく弾性回復して成形体の切刃稜線部の直下に大きなストレートが形成され、外刃インサート用の成形体は高い成形圧で成形して、成形後における成形体の弾性回復量が小さく成形体の切刃稜線部の直下に形成されるストレートが小さくすることができる。

ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末およびＴａＣ粉末を混合し、これにバインダとしてパラフィンを添加、造粒して平均粒径１００μｍの造粒粉末を調整した。次に、所定部分が図７に示す断面の形状で、型番SOMT06T204-5、インサートの厚み（成形体部の高さ）ｔ_１＝３．７９ｍｍ、内刃逃げ角β１＝７°、外刃逃げ角β２＝１３°のインサートを成形できるダイスと、これに嵌め込まれる一対のパンチを準備し、これに上記造粒粉末を充填してプレス成形し、エアブラシによってバリ取り加工を施し、逃げ角が正のポジチップ形状の成形体を得た。この成形体を脱バインダ処理して真空焼成して研削加工およびホーニング加工を行った後、ＰＶＤ法によって３μｍ厚みのＴｉＡｌＮ膜を成膜してインサートを作製した。

得られたインサートの切刃部を投影機にて観察し、内刃と外刃における逃げ面の切刃直下にストレートが形成されたか否か、およびその長さを測定した。結果は表１に示した。また、内刃および外刃にバリの残存はなかった。ここで、ストレート長さの測定は形状測定器を用いて行った。具体的には、インサートの側面を形状測定器で観察して写真のコントラストからストレート長さを測定した。なお、測定に際して切刃にホーニングが形成されている場合には、ホーニング加工された部分の下限を基準点として逃げ面側に伸びるストレート長さを測定した。また、この方法でストレート長さがわからないときには、交差稜線部を含む断面でインサートを切断し、その断面を顕微鏡にて観察してストレート長さを計測した。

そして、このインサートを図１の工具本体に装着して以下の切削試験を行い、切削性能を評価した。
切削方法：穴あけ（ドリル加工）
被削材：ＳＣＭ４４０Ｈ
切削速度：１５０ｍ／分
送り：０．１ｍｍ／刃
切り込み：穴径２０ｍｍ、穴深さ２０ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：８００穴加工を上限として切削を行い、内刃（あるいは外刃）に欠損が生じるまでの加工数を記録した。さらに、外刃については４００穴加工後における逃げ面摩耗量を計測して耐摩耗性の比較も行った。なお、摩耗量の測定の際にはホーニング長さを摩耗量に含めないようにして測定した。

表１の結果から明らかなように、内刃にストレートが形成されていないか、またはその長さが０．０１ｍｍ未満の試料Ｎｏ．６、７では、内刃が早期に欠損した。また、内刃のストレートが０．０９５ｍｍより大きい試料Ｎｏ．８では、内刃における切削抵抗が増大して耐欠損性が悪いものであった。さらに、内刃のストレートと外刃のストレートの長さが同じ試料Ｎｏ．９では、外刃における摩耗の進行が速くて摩耗寿命が早かった。

これに対して、本発明に従い、内刃に外刃のストレートよりも長いストレートが形成された試料Ｎｏ．１〜５では、いずれも耐欠損性および耐摩耗性に優れたものであった。

本発明の回転工具の一実施形態にかかるドリルを示す概略側面図である。図１のドリルを先端から見た概略正面図である。図１のドリルによって切削した際の外刃と内刃の配置を説明するための模式図である。図１のドリルに装着されるスローアウェイインサート（インサート）を示す平面図である。図４のインサートを（ａ）矢印Ａ側から見た側面図であり、（ｂ）矢印Ｂ側から見た側面図である。図４のインサートについて（ａ）I−I線の断面を示す拡大図であり、（ｂ）II−II線の断面を示す拡大図である。図４のインサートの製造方法を説明するための図であり、インサート用の成形体を作製するためのプレス成形用金型におけるダイスの一例を示し、（ａ）概略平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面の要部拡大断面図である。図７のプレス成形用金型を用いて（ａ）成形体を加圧している状態、（ｂ）プレス成形体を取り出す状態を示す模式図である。

符号の説明

１ドリル
２工具本体
３スローアウェイインサート（インサート）
３ａ一方のインサート
３ｂ他方のインサート
４ネジ
５内刃
６外刃
８シャンク部
９切屑排出溝
１０インサートポケット
１０ａ内側のインサートポケット
１０ｂ外側のインサートポケット
１１上面
１２側面
１４貫通穴
１７下面（着座面）
１８交差稜線部
１９、２０ストレート
２１内刃ランド
２２内刃すくい面
２３内刃逃げ面
２４外刃陸部
２５突出部
２６外刃ランド
２７外刃ブレーカ溝
２８外刃すくい面
２９外刃逃げ面
３０外刃立ち上がり面
３１成形体部
３２垂直壁面部
３３逃がし部
３４内側の空洞
３５ダイス
３６上パンチ
３７下パンチ
３８プレス成形用金型
３９成形体
４０上面側側面端部
Ｏドリルの回転軸
Ｌｉ内刃のストレートの長さ
Ｌｏ外刃のストレート長さ
Ｌ１下面（着座面）に垂直な線
Ｌ２内刃すくい面の仮想延長線
Ｌ３下面（着座面）に平行な線
Ｌ４外刃すくい面の仮想延長線
Ｌ５外刃立ち上がり面の仮想延長線
α１内刃すくい角
α２外刃すくい角
β１内刃逃げ角
β２外刃逃げ角
γ 立ち上がり角
ｔ_１成形体部の高さ
ｔ_２垂直壁面部の高さ

Claims

中心が回転軸となる工具本体にスローアウェイインサートを装着し、
前記工具本体の先端に突出するように装着され、逃げ角が正で、かつすくい面と逃げ面との交差稜線部に続く前記逃げ面側に着座面に対して垂直のストレートが形成された内刃と、
該内刃よりも径方向外側であって前記工具本体の外周から先端にわたって前記工具本体から突出するように装着され、逃げ角が正で、かつストレートが形成されないか、または前記内刃よりも短いストレートが形成された外刃と、
を配設したことを特徴とする回転工具。
前記内刃のストレートの長さをＬｉ、前記外刃のストレートの長さをＬｏとするときに、その比（Ｌｉ／（Ｌｏ＋Ｌｉ））が０．８〜１であり、かつＬｉ＝０．０１ｍｍ〜０．０９５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の回転工具。
前記内刃のストレートの長さＬｉが切刃稜線部の全周にわたって０．００５ｍｍ以内で均一であることを特徴とする請求項１または２記載の回転工具。
前記内刃と前記外刃との両方を具備するスローアウェイインサートを２つ以上用いて、一方は前記内刃が前記工具本体の先端に突出するように装着され、他方は前記外刃が前記工具本体の外周から先端にわたって前記工具本体から突出するように装着されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の回転工具。