JP2009241190A - Cbnラジアスエンドミル - Google Patents

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Abstract

【課題】CBNラジアスエンドミルの底刃とラジアス刃の境界部を強化して同エンドミルの寿命を向上させることを課題としている。
【解決手段】本体部2の先端にCBN焼結体1を接合してそのチップに切れ刃3を形成したCBNラジアスエンドミルに、すくい角が−30°〜−50°に設定され、かつ、くさび角が切れ刃3の各部で一定しているネガランド7をすくい面4上に切れ刃の全域に沿って形成し、さらに、底刃3aとラジアス刃3cとの間に、すきま角γ0が底刃のすきま角γ1よりも小さく、かつ、0.5°≦γ0≦2°の条件を満たす繋ぎ刃3bを形成した。
【選択図】図5

Description

この発明は、焼入れ鋼等の中硬度材から高硬度材の加工や金型表面などの仕上げ加工に利用する寿命を向上させたCBNラジアスエンドミルに関する。ここでいうCBNラジアスエンドミルとは、切れ刃をCBN焼結体(立方晶窒化硼素焼結体)で構成したエンドミルを指す。
CBNラジアスエンドミルの従来技術として、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。同文献に開示されたラジアスエンドミルは、切れ刃を底面視において軸対称形のねじれた刃にし、その切れ刃に沿ってすくい面に負の角度のチャンファ(この発明で言うネガランド)を形成している。
上記のチャンファは、刃先を強化するものであって、CBN焼結体を切れ刃材料として用いた工具では、その有効性が顕著である。また、チャンファによる刃先強化を施しても、切削時の切り込み量を大きくとることができず、ねじれ刃にする効果があまり見られない。表面に硬質被膜を設けた超硬合金製のエンドミルでの高硬度材の加工では低切り込みにおいても寿命が短く、切れ刃の損傷により加工面が粗くなりがちであることから、その対策としてCBNエンドミルが開発されてきたが、底刃の外端に1/4円弧のラジアス刃(コーナ刃)を連ならせ、さらに、ラジアス刃の外端に外周刃を連ならせたCBNラジアスエンドミルについては、上記のチャンファによる刃先強化を施しても、期待するほどの寿命が得られないことがある。
特開2005−118960号公報
CBNラジアスエンドミルによる加工、中でも平面の加工では特に、切れ刃のラジアス刃と底刃の境界部が損傷しやすく、それが寿命向上の妨げとなっている。平面の加工ではラジアス刃と底刃の境界部に負荷が集中し、そのために、境界部に擦り摩耗やチッピングが発生し、それが起点になって切れ刃が損傷してエンドミルの寿命が短縮される。
そこで、切れ刃部に付すネガランド(チャンファ)のすくい角について最適化を試みたが、ネガランドの設置による刃先強化の効果には限界があり、ネガランドすくい角の最適化だけでは境界部の損傷を抑制することができなかった。
この発明は、CBNラジアスエンドミルの底刃とラジアス刃の境界部の耐欠損性と耐摩耗性を高めて同エンドミルの寿命を向上させることを課題としている。
上記の課題を解決するため、この発明においては、本体部の先端にCBN焼結体を接合し、そのCBN焼結体に切れ刃を形成したCBNラジアスエンドミルにおいて、すくい角θnが−30°≦θn≦−50°に設定され、かつ、くさび角θtが切れ刃の各部で一定しているネガランドをすくい面上に切れ刃の全域に沿って形成し、さらに、前記切れ刃の底刃とラジアス刃との間に、すきま角γ0が底刃のすきま角γ1よりも小さく、かつ、0.5°≦γ0≦2°の条件を満たす繋ぎ刃を形成した。
このCBNラジアスエンドミルは、前記繋ぎ刃の幅Wを0.025D≦W≦0.3D(Dはエンドミルの有効部径)の範囲に設定したものや、切れ刃をねじれのない切れ刃として構成したものが好ましい。また、繋ぎ刃は、直線形状、円弧形状或いは複数の直線と円弧が組み合わされた形状の刃として構成されていても構わない。
また、前記くさび角θtを、100°≦θt≦125°の範囲の一定値に設定したものが好ましい。
この発明のラジアスエンドミルは、切れ刃の全域に沿ってすくい面上に設けるネガランドのすくい角θnを−30°〜−50°の範囲に設定しており、このネガランドの適正化により、切れ刃が強化される。また、ネガランドすくい角の適正化のみによる対応では底刃とラジアス刃の境界部の損傷に問題が残るが、この発明では、底刃とラジアス刃の間に底刃のすきま角γ1よりも小さいすきま角γ0を有する繋ぎ刃を形成したので、平面の加工で負荷の集中し易い領域の面積が広がり、負荷が分散されて底刃とラジアス刃の境界部の損傷抑制が期待できる。
また、ねじれのない切れ刃にしたことと、くさび角θtを切れ刃の各部で一定させたことによって底刃とラジアス刃と外周刃が連続的に滑らかにつながり、ラジアス精度(ラジアス刃の形状精度)が向上する。
なお、ネガランドのすくい角θnは、刃先部の耐欠損性と切れ味のバランスを考えて設定した値である。そのネガランドの負のすくい角を−30°よりも大きくすることでネガランドによる刃先強化の効果を十分に得ることができ、また、その負のすくい角を−50°よりも小さくすることで切れ味の悪化を抑制することができる。
また、繋ぎ刃のすきま角γ0を0°より若干大きくすることにより、繋ぎ刃と底刃の接続を滑らかにすることができ、さらに、繋ぎ刃によるワイパー効果が期待でき、加工面の面粗さを向上させることができる。繋ぎ刃のすきま角γ0は0.5°〜2°に設定するのが好ましい。
境界部の損傷は、底刃のすきま角(図5のγ1)を、0.5°≦γ1≦2°にする方法でも抑制することができるが、この方法では切削付加が過大になり、加工時にいわゆるビビリ振動が生じて工具の寿命低下につながる。繋ぎ刃
前記繋ぎ刃の幅Wを0.025D≦W≦0.3Dに設定したものは、仕上げ加工で一般的に採用される1刃当たりの送り量よりも幅Wが大の条件を維持でき、その条件を維持することで繋ぎ刃によるワイパー効果が得られるため、加工面の面粗さの向上も期待できる。0.025D≦W≦0.3Dの数値範囲は、一般的に採用される加工条件から求まる数値である。
切れ刃をねじれのない切れ刃として構成したものは、ネガランドをつけるときの加工性に優れ、ラジアス精度の確保が容易である。
また、くさび角θtを100°以上とすることで刃先部の強度を不足なく確保することができ、くさび角θtを125°以下とすることで刃先部の適切な切れ味を確保することができる。
以下、添付図面の図1〜図6に基づいて、この発明のCBNラジアスエンドミルの実施の形態を説明する。図1〜図4の1は、CBN焼結体である。このCBN焼結体1は、素材製造時にCBNと一体化した超硬合金の台金1aを有しており、その台金1aが本体部2の先端に鑞付けされてCBN焼結体1が本体部2に接合されている。本体部2は、その本体部よりも大径のシャンク(図示せず)を後部に有する。なお、CBN焼結体1は、CBN含有率が40〜95%で残部結合層の組成のものを使用した。
CBN焼結体1には、中心対称形状の底面視(図4参照)でねじれの無い2枚の切れ刃3と、各切れ刃のすくい面4と、切屑ポケット5と、逃げ面6と、ネガランド7が設けられている。
切れ刃3は、底刃3a、繋ぎ刃3b、1/4円のラジアス刃3c、外周刃3dの4つの部位によって構成されている。繋ぎ刃3bはこの発明を特徴づける要素のひとつであって、底刃3aとラジアス刃3cとの間に形成されている。この繋ぎ刃3bの図5に示したすきま角γ0は、底刃3aのすきま角γ1よりも小さく、0.5°〜2°の範囲に設定される。また、図5に示した繋ぎ刃3bの幅Wは、0.025D≦W≦0.3D(D=エンドミルの有効部径)の条件を満たすように設定される。
外周刃3dは、ラジアス刃3cの外端に連なっている。この外周刃3dには、必要に応じてバックテーパがつけられる。
ネガランド7は、すくい面4上に切れ刃3の全域に沿って形成されている。このネガランド7の図6に示したすくい角θnは−30°〜−50°の範囲の一定値に設定されており、また、くさび角θtも、切れ刃の全域において一定した値に設定されている。このくさび角θtは、逃げ面6の逃げ角をθrとすると、θt=(90°−θr+θn)の式で求まる。図6のNtは、すくい面の芯上がり量である。逃げ角θrの最適値は、15°〜20°である。
切れ刃3の刃先、すなわち、ネガランド7と逃げ面6が交わった位置の稜線は工具底面視(図4)でほぼ工具中心Oを通る線上にあり、ラジアス刃3cの工具正面図(図2)における形状がワークにそのまま転写される。従って、3次元加工ではラジアス精度(ラジアス刃3cの形状精度)が高いことが要求される。
その要求に応えるために、ネガランド7のすくい角θnと、くさび角θtを一定させている。こうすることで、底刃3a、繋ぎ刃3b、ラジアス刃3c及び外周刃3dが滑らかにつながって形状精度が高まる。
平面加工では、1刃当たりの工具送り量を繋ぎ刃3bの幅Wよりも小さく設定することで繋ぎ刃3bによるワイパー効果(ラジアス刃3cの加工で生じた送りマークの山を繋ぎ刃3bが削り取る)を得て加工面の面粗さを向上させることができる。
この発明の効果を確認するために、表1に示す試料1No.〜試料No.5のCBNラジアスエンドミルを試作して性能評価試験を行なった。各試料は、有効部径:φ2mm、ラジアス径R0.5mm、首下長:6mm、シャンク直径:φ4mm、底刃すきま角γ1=5°であり、以上の諸元は共通し、ネガランドすくい角と、逃げ角と、繋ぎ刃の有無などが異なったものになっている。試料No.1〜3は、すきま角γ0=0.5°、幅W=0.1mmの繋ぎ刃を有する。また、試料No.4,5にはその繋ぎ刃がない。
Figure 2009241190
これらの試料をマシニングセンターの主軸に装着して被削材を加工した。加工条件は、
被削材:SKD11(60HRC)
切削条件 最大実切削速度:Vc126m/min(回転数n=20,000min− 1)、
1刃当たりの送りfz:0.01mm/tooth(送り速度Vf=400
mm/min)、軸方向切り込み量ap=0.03mm、ピックフィードa e=0.7mm、オイルミスト使用。
加工形態:平面加工
である。
評価は、切削長3.5mおよび10.5mの時点で切れ刃の損傷状況を確認して行なった。その結果、試料No.1,2の発明品は、切削長3.5m時、10.5m時とも切れ刃が健在で切れ刃の摩耗量は少なかった。特に、試料No.2は、10.5m切削時も切れ刃は初期状態に近い性状を保っていた。
これに対し、試料No.3は、切削長3.5mでは特に問題はなかったが、切削長10.5mの段階ではラジアス刃と繋ぎ刃との境界部近傍のすくい面にクレータ摩耗が発生していた。その摩耗は、ネガランドの負のすくい角が過大であることが原因であると考えられる。また、試料No.4は、切削長10.5mの段階でラジアス刃と繋ぎ刃との境界部の切れ刃が大きく欠けていた。その原因は、繋ぎ刃が無いからである。さらに、試料No.5は、切削長7mで切れ刃が大きく破損して切削を中止せざるを得なかった。これは繋ぎ刃が無いことに加えて逃げ角が試料No.4よりも大きくて逃げ面側の強度が不足しており、それが原因であると考えられる。
この試験結果からわかるように、この発明のラジアスエンドミルは、切れ刃の全域に沿ってすくい面上に設けるネガランドの適正化と繋ぎ刃の設置によって切れ刃の耐欠損性が向上し、寿命が長くなる。また、繋ぎ刃によるワイパー効果によって加工面の面粗さも向上する。
この発明のCBNラジアスエンドミルの実施形態の要部を示す斜視図 図1のラジアスエンドミルの要部の正面図 図1のラジアスエンドミルの要部の側面図 図1のラジアスエンドミルの底面図 繋ぎ刃を模式化して示す図 図2のX−X線に沿った部分の拡大断面図
符号の説明
1 CBN焼結体
1a 台金
2 本体部
3 切れ刃
3a 底刃
3b 繋ぎ刃
3c ラジアス刃
3d 外周刃
4 すくい面
5 切屑ポケット
6 逃げ面
7 ネガランド
γ0、γ1 すきま角
O 工具中心
θn ネガランドのすくい角
θt くさび角
θr 逃げ角
W 繋ぎ刃の幅
R ラジアスサイズ

Claims (4)

  1. 本体部(2)の先端にCBN焼結体(1)を接合し、そのCBN焼結体(1)に切れ刃(3)を形成したCBNラジアスエンドミルにおいて、すくい角θnが−30°≦θn≦−50°に設定され、かつ、くさび角θtが切れ刃の各部で一定しているネガランド(7)をすくい面(4)上に切れ刃(3)の全域に沿って形成し、さらに、前記切れ刃(3)の底刃(3a)とラジアス刃(3c)との間に、すきま角γ0が底刃(3a)のすきま角γ1よりも小さく、かつ、0.5°≦γ0≦2°の条件を満たす繋ぎ刃(3b)を形成したことを特徴とするCBNラジアスエンドミル。
  2. 前記切れ刃(3)を、ねじれのない切れ刃として構成した請求項1に記載のCBNラジアスエンドミル。
  3. 繋ぎ刃(3b)の幅Wを、0.025D≦W≦0.3D(D=エンドミルの有効部径)の範囲に設定した1又は2に記載のCBNラジアスエンドミル。
  4. 前記くさび角θtを、100°≦θt≦125°の範囲の一定値に設定した請求項1又は2に記載のCBNラジアスエンドミル。
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