JP2010188513A - 総形フライス工具およびその刃部の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 刃部1の全体が超硬合金製からなり、刃部1は接続部2を介してシャンク部3に着脱可能に接続した総形フライス工具であって、刃部1の第一逃げ面9に続く第二逃げ面7が、グリーン成形体の加工肌とした総形フライス工具である。総形フライス工具の刃部の製造方法は、グリーン成形体を製造した後に刃溝相当部分を残した状態で、第一逃げ面より縮径した第二逃げ面を形成した後に、このグリーン成形体を焼結して得た焼結体に、少なくとも最小径凹状部において刃溝10と第一逃げ面9を研削加工する。
【選択図】図1
Description
クリスマスカッタの寿命を延ばすためには、刃部を超硬合金製とするのが望ましい。しかし、刃部の全体が超硬合金からなる、いわゆる超硬合金ソリッドで製造することは、工具の製造自体が困難であること、製造時において工具の加工時間が長くなること、および使用時においては超硬合金の大きな重量の問題から機械の加工負荷が大きくなるという理由から、ほとんど普及していない。
そのために、現在、刃部を超硬合金製としたクリスマスカッタは、超硬合金製スローアウェイチップ(以下、超硬インサート刃ともいう。)を搭載したものに限られている。特許文献1には上記の超硬合金製スローアウェイチップを搭載したクリスマスカッタが記載されている。
これに対して、超硬合金製スローアウェイインサートチップを使用したクリスマスカッタでは、前記インサートチップの脱着のためにねじなどで拘束してクランプする必要があるが、前記ねじなどで拘束する拘束部のスペースの制限から、工具刃部の刃数が1枚から2枚程度に限定され、刃数を減らす必要のない高速度工具鋼製と比較しても送り速度は向上しない。このため、工具費用の増大の割には、切削性能は結果的に高速度工具鋼製の工具と変わらないことになってしまう。
なお、上記した「従来の製造工程では必須であったヒール上がりの研削加工」における「ヒール上がり」とは、第一逃げ面を加工する時の砥石の円弧の形状がそのまま第一逃げ面の端(ヒール)に残る部分をいう。すなわち、従来の第一逃げ面加工後の工程においては、ヒール上がりを除去する加工は必然的に必要な工程であった。しかし、焼結体の研削加工は、工数とコストの点で負担の大きいものであり、できるだけ焼結体の研削工程を省略する本発明のメリットは大きいものである。
本発明では第二逃げ面部分を超硬合金製のグリーン成形体の時点で削り取り、形状的には第一逃げ面より小さな径になるように縮径しておくのである。この結果、本発明の総形フライス工具の刃部は、刃部の完成段階として、第二逃げ面は研削砥石が当たることがないので、グリーン成形体を加工した肌が残っているのが特徴である。言い換えれば、本発明での総形フライス工具の刃部は、刃部の第二逃げ面を研削加工する必要がないので、超硬合金製の第二逃げ面の研削工数を大幅に削減できることになる。
そこで本発明では、超硬合金製のグリーン成形体の取り扱いを容易にして、グリーン成形体であっても、第二逃げ面の加工等で特に刃部の最小径凹状部の剛性を確保するために刃溝相当部分を焼結後の溝切り加工工程まで残しておくことに特徴がある。
刃溝相当部分は、焼結後の溝切り加工工程で初めて除去するのである。このことは、脆弱なグリーン成形体であり、特にクリスマスカッタの刃部の最小径凹状部では、第二逃げ面と刃溝を加工してしまうとグリーン成形体の剛性が低くなり折損してしまう恐れがある。よって、加工負荷の小さい第二逃げ面の加工を先に行い、刃溝の研削加工の負荷はそれなりに大きいが焼結後の剛性には問題がないため刃溝の研削加工は焼結後に行うようにした。
本発明では切削時の送り速度を倍増できるように、刃部の全体が超硬合金製であり、最大径凸状部と最小径凹状部の比が1.5倍以上からなる折損の確率の高い刃部としても、前記刃部をシャンク部とを着脱可能にすることによって、折損しても全体の工具を廃却するというデメリットをなくし、工具の素材費を削減することができるようにしている。
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴としている。
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面は前記第一逃げ面と比べて縮径され、かつ前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴としている。
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなり、
前記刃部は、接続部を介して鋼製のシャンク部に接続されていることを特徴としている。
前記刃部の刃径が最大となる凸状部と最小となる凹状部との比が1.5倍以上とされていることを特徴としている。
前記刃部の全体を、超硬合金からなる総形フライス工具形状からなるグリーン成形体を製造するグリーン成形体製造工程と、
前記グリーン成形体に形成された前記刃部の第一逃げ面および第二逃げ面について、切削加工または研削加工により、刃溝相当部分の一部または全部を残し、前記第一逃げ面より縮径した前記第二逃げ面を形成する第二逃げ面形成工程と、
前記第二逃げ面を形成した前記グリーン成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に、少なくとも前記刃部の最小径となる凹状部に、研削加工により刃溝の形成と前記第一逃げ面の加工を行う仕上げ加工工程と、
を有することを特徴としている。
また、第二逃げ面を縮径しているので、切削中に発生する逃げ面の擦れや切削油が逃げ面側にまで回ることにより、冷却性や潤滑性などが向上するばかりではなく、再研磨による外径の減径時に再び発生するヒール上がりも抑制でき、再研磨毎のヒール上がりの除去作業が不要となり、研磨コストも大幅に低減できる。
さらに、本発明の総形フライス工具においては、従来必要であった、ヒール上がりを除去するための研削加工が不要となり、この点でも研削加工時間が大幅に短縮できる。
特に、本発明の総形フライス工具は、刃部とシャンク部を接続部で繋げる分割型にすることで、刃部とシャンク部の個々の損傷に対応でき、またニーズに応じたシャンク部の加工も容易になる。また、分割型にすることにより、超硬ソリッド刃部としても工具費の上昇を抑え、かつ工具性能の大幅な向上を達成することができる。
本発明の総形フライス工具の最も基本的な構成を図1、図2に基づいて説明する。図1(図2)に示す総形フライス工具は、刃部1に形成している刃径が最大となる凸状部(以下、「最大径凸状部」)5と、刃径が最小となる凹状部(以下、「最小径凹状部」という)4の径(刃径)の比が1.5倍以上からなり、刃部1の全体が超硬合金からなっている。さらに、刃部1は接続部2を介してシャンク部3に着脱可能に接続した構成になっている。図2では、接続部2の代表例として、つばを介して接続した例を示している。シャンク部3は、モールステーパのものやねじ仕様、オイルホール付きなどの複雑な仕様を必要とするものがあり、シャンク部3を含んだ工具全体を超硬合金で製造することは、硬度が高く加工工具の寿命が短いなど大変困難であった。このため、複雑なシャンク部3の仕様に対応するため、シャンク部3を比較的硬度の低い鋼製にし、刃部の全体が超硬合金製の刃部1を着脱可能としたものである。
超硬合金製のグリーン成形体は、強度的には脆弱であり、容易に破損してしまう危険がある。その上に、本発明では刃部1の第二逃げ面7の加工を、予め刃部1がグリーン成形体のときに行うことを特徴としているので、グリーン成形体はできるだけ剛性があることが必要である。
インロー研磨加工は、シャンク部と刃部を接続する際の基準となるインロー17(図8および図9参照)の円筒研削を行うもので、設定外径に対し、加工公差を0mm〜0.010mm程度に加工する。
ネジ研磨加工では、シャンク部と刃部を接続する手段である、締め付け用ネジ18(図9参照)を加工する。シャンク部と刃部を接続する際に、シャンク部と刃部のそれぞれに締め付けるためのスパナ掛けが必要となる。このスパナ掛けの加工は、焼結前でも後でも良いが、精度面では焼結の後に行うのが推奨される。
次にシャンク部と刃部を接続し一体化させ、外周円筒部14(図9参照)の研磨加工を行う。この外周円筒部14は、工具製作や使用の際などにクリスマスカッタの外周の振れを確認する目的で研磨加工を行う。
図12において、1は本発明に係る刃部であり、4はその最小径凹状部、5はその最大径凸状部である。2は接続部であり、3はシャンク部である。また、9は第一逃げ面、7は第二逃げ面である。このダブテールカッタは本発明の特長を具備し、極めて実用性に富むものである。
本発明例として刃部が超硬ソリッドからなる総形フライス工具と,従来例として刃部が高速度工具鋼製からなる総形フライス工具を製作して切削加工を実施し、その性能比較を行った。
本発明例および従来例として、形状としては同一の図1に示すような3つの凸状部を有する荒加工用クリスマスカッタ(以降、「カッタ」と記載する)について、その刃部が超硬合金製及び高速度工具鋼製でそれぞれ製作した。本発明例である超硬合金製の刃部は、後述する実施例2にも述べる本発明の製造方法で製造した。
切削試験では水溶性切削液を使用した。なお、切削加工後の性能比較の評価として、切削長さがいずれの条件でも2000mmの時点で試験を中止し、カッタの最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅を測定した。表1は、この摩耗幅の測定結果と上記した切削条件を示している。
カッタの刃部の製造方法に係る加工工程の違いにより、この刃部の研削加工に要した時間の比較を行った。
実施例2に用いた本発明例2のカッタの製造工程の工程順は図13(a)に示すように、グリーン成形体の製造、予備焼結(仮焼)、第二逃げ面加工、焼結、センター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続、円筒研磨加工、刃溝加工および第一逃げ面加工を経て完成品に至るものとした。従来例2のカッタの製造工程の工程順は図13(b)に示すように、グリーン成形体の製造、予備焼結(仮焼)、焼結、センター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続、円筒研磨加工、刃溝加工、第一逃げ面加工およびヒール上がり除去加工を経て完成品に至るものとした。上記の製造工程を経て得られた完成品である本発明例2および従来例2のカッタは、実施例1と同一の寸法および刃数などの仕様とした。
以上のことから、本発明を実施することにより大幅な加工時間の短縮が可能となり、実用性が非常に高いことが分かる。
また、例えば、本発明をクリスマスカッタに適用すれば、最近需要の大きい発電用プラントや航空機産業に用いられるタービンロータの溝加工において、従来の高速度工具鋼の工具や超硬スローアウェイチップの工具と比較して、大幅に効率良く行うことができる。
2 接続部
3 シャンク部
4 最小径凹状部
5 最大径凸状部
6 第一逃げ面相当部分
7 第二逃げ面
8 刃溝相当部分
9 第一逃げ面
10 刃溝
11 ヒール上がり
12 刃部相当部分
13 外周円筒相当部分
14 外周円筒部
15 刃部先端側凸センター
16 接続部側凹センター穴
17 インロー
18 締め付け用ネジ
Claims (5)
- 刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴とする総形フライス工具。 - 刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面は前記第一逃げ面と比べて縮径され、かつ前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴とする総形フライス工具。 - 刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなり、
前記刃部は、接続部を介して鋼製のシャンク部に接続されていることを特徴とする総形フライス工具。 - 前記刃部の刃径が最大となる凸状部と最小となる凹状部との比が1.5倍以上とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の総形フライス工具。
- 総形フライス工具の刃部の製造方法であって、前記製造方法は、
前記刃部の全体を、超硬合金からなる総形フライス工具形状からなるグリーン成形体を製造するグリーン成形体製造工程と、
前記グリーン成形体に形成された前記刃部の第一逃げ面および第二逃げ面について、切削加工または研削加工により、刃溝相当部分の一部または全部を残し、前記第一逃げ面より縮径した前記第二逃げ面を形成する第二逃げ面形成工程と、
前記第二逃げ面を形成した前記グリーン成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に、少なくとも前記刃部の最小径となる凹状部に、研削加工により刃溝の形成と前記第一逃げ面の加工を行う仕上げ加工工程と、
を有することを特徴とする総形フライス工具の刃部の製造方法。
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