JP2010264592A - 高硬度材用エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】切り屑の排出性を向上させることにより、高硬度材について横送り高速切削が可能なエンドミルを提供する。
【解決手段】底刃４のすくい面となる平面状の第１のギャッシュ面５と、第１のギャッシュ面５の端部にあって、底刃４と対向する直線状の第１の交差部から前記エンドミル本体１の回転中心側に位置するように設けられた第２のギャッシュ面６と、第１のギャッシュ面５の端部あって、第１の交差部のエンドミル本体の外周方向の端部からこの外周方向に位置する第２の交差部と、第２のギャッシュ面６のエンドミル本体１の外周方向の端部となる端部稜線部とを含んで外周方向に形成された第３のギャッシュ面７と、から構成されたギャッシュを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＨＲＣ５０以上の高硬度材の金型や部品等について、高能率な横送り切削に用いる高硬度材用エンドミルに関する。

高硬度材の切削加工に使用するエンドミルに関しては、下記の特許文献１、２が提案されている。特許文献１には、底刃のすくい面側に、前記ギャッシュとねじれ溝とが交わる稜線部に副溝を凹設した例が、特許文献２には、高硬度材の被削材に対応でき、ギャッシュ角を２０°〜４５゜に設けた例が、記載されている。しかし、底刃４の切り屑排出溝であるギャッシュのチップスペースが小さく、ギャッシュの切り屑排出性が不十分であり、高硬度材の高能率加工において不十分であった。

特開２００５−１２５４６５号公報 特開平６−１７０６３号公報

本発明は、上記事情に鑑み、ＨＲＣ５０以上の高硬度材の金型や部品等の横送り切削において、切り屑排出性を向上させることによって、横送り高速切削を可能にした高硬度材用エンドミルを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、複数の外周刃と底刃とギャッシュを有し、前記底刃の軸方向すくい角を０°又は負角とした高硬度材用のエンドミルであって、
前記底刃は、前記エンドミル本体の側面視で直線状をなし、
前記ギャッシュは、
前記底刃のすくい面となる平面状の第１のギャッシュ面と、
前記第１のギャッシュ面の前記底刃と対向する位置における端部となる第１の交差部から、前記エンドミル本体の回転中心側に位置するように形成されるとともに、前記エンドミル本体の外周方向に対向する端部となる端部稜線部を有する平面状の第２のギャッシュ面と、
前記第１のギャッシュ面の前記底刃と対向する位置における端部であって、前記第１の交差部の前記外周方向の端部から該外周方向に直線状に延びる第２の交差部と、前記端部稜線部とを含んで前記外周方向に形成された平面状の第３のギャッシュ面と、から構成され、
さらに、前記第２のギャッシュ面の前記底刃の方向に対する幅は、前記回転中心側から前記外周方向に向うにつれて幅広になるように形成されており、
前記端部稜線部が前記第１のギャッシュ面と交差する位置を繋ぎ部としたときに、
前記繋ぎ部を通り前記第２の交差部に沿う直線と前記直線状の底刃とがなす角度は、前記繋ぎ部を通り前記第１の交差部に沿う直線と前記直線状の底刃とがなす角度より大きくしていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高硬度材用エンドミルに係り、前記繋ぎ部は、前記エンドミル本体の外周から前記回転中心方向に、前記エンドミルの刃径の１５％〜３０％の位置に設けられていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の高硬度材用エンドミルに係り、前記底刃の外周刃側の端部と、前記外周刃のすくい面であって該底刃側の端部との間には、微小な幅の前記第１のギャッシュ面を介在させていることを特徴としている。

本発明は、底刃の切り屑排出性を向上させることができるから、ＨＲＣ５０以上の高硬度材の金型や部品等の横送り切削において、高速切削による高能率加工を可能にし、長寿命を実現する高硬度材用のエンドミルを提供することができた。

本発明の高硬度材用エンドミルについて、その実施形態を示す正面図である。 図１に示す高硬度材用エンドミルを、回転中心軸方向からみた断面図であって、底刃を含む先端部の形状を説明するための図である。 図２に示すＷ−Ｗ断面を、図２示すに矢印の方向から見た断面図を示す。

本発明の高硬度材用エンドミルは、高硬度材の高速横送り切削加工において、切り屑の排出性を高めるための構成を備えている。
すなわち、本発明の高硬度材用エンドミルは、図１〜図３に示すように、エンドミル本体１の外周に、複数の外周刃２と刃溝３を設け、外周刃２のねじれ角は４０〜６０°、外周刃２のすくい角は負角としている。そして、底刃４の溝となるギャッシュは、底刃４のすくい面となる平面状のギャッシュ面（以下、「第１のギャッシュ面５」という）と、この第１のギャッシュ面５の底刃４と対向する位置における端部であって、直線状の端部（以下、「第１の交差部」という）から形成された第２のギャッシュ面６と、同じく、第１のギャッシュ面５の底刃４と対向する位置における端部であって、直線状の端部であるとともに、上記直線状の第１の交差部のうちの外周方向の端部に連接する直線状の端部（以下、「第２の交差部」という）から形成された第３のギャッシュ面７とから構成されている。

また、図２（図３）に示すように、第２のギャッシュ面６は、第１のギャッシュ面５に対してエンドミル本体１の回転中心側に配置するとともに、エンドミル本体１の外周方向に向く端部（以下、「端部稜線部」という）を設けている。さらに、第３のギャッシュ面７は、第２のギャッシュ面６に対してエンドミル本体１の外周側に配置するとともに、端部稜線部からエンドミル本体１の外周側方向に形成している。そして、これら第１、第２及び第３のギャッシュ面５、６，７から構成されるギャッシュは、刃溝３に連通させた構成にしている。

図１に示すエンドミル本体１を底刃４方向から見た図２に示されている底刃４については、一つの符号「４」のみを付しているが、この図２は、エンドミル本体１の回転中心付近から６つの底刃４が外周方向に等間隔で形成されていることを示している。また、切削加工を行うときには、図２の紙面を上方から見たときに、エンドミル本体１（底刃４）は反時計方向に回転することを示している。
そして、図２に示されている底刃４からこの底刃４の下方（図２の紙面の下方）に向けて、第１のギャッシュ面（底刃４のすくい面）５が形成されている。第１のギャッシュ面５が底刃４と対向する位置となる端部は、直線状の端部（前記した「第１の交差部」）になっており、この第１の交差部から平面状の第２のギャッシュ面６が形成されている。なお、底刃４の軸方向すくい角は０°又は負角としているので、図２にはこの第１のギャッシュ面５、第１の交差部は図示されていない。図２において、各底刃４に沿って回転方向側に図示されている３角形をなす平面部が、第２のギャッシュ面６である。

図２に示されているように、回転中心軸方向から見て３角形をなす第２のギャッシュ面６は、その底刃４方向に対する幅は、エンドミル本体１の回転中心付近の側から外周方向に向うにつれて次第に幅広になるように形成している。さらに、図２に示すように、第２のギャッシュ面６には、外周方向に対向する向きをなす直線状の端部となる前記した端部稜線部が形成されている。そして、この端部稜線部の底刃４側は、上記した第１の交差部であって、エンドミル本体１の外周方向側の端部（以下、「繋ぎ部１０」という）まで伸びている。なお、この繋ぎ部１０は図２には示していないが、図３に示すように、第１のギャッシュ面５が第２のギャッシュ面６の端部となる端部稜線部と交差する位置になる。

また、図２に示すように、第３のギャッシュ面７は、上記した第２のギャッシュ面６の端部稜線部からエンドミル本体１の外周方向に向けて外周端面部まで形成されている。なお、この第３のギャッシュ面７の底刃４側の端部は、上記した直線状をなす第２の交差部である。この第２の交差部は、前記した第１の交差部のエンドミル本体１の外周方向側の端部に連接して、エンドミル本体１の外周方向に向けて形成されている。このようにして、第２の交差部は、第１の交差部に連接してエンドミル本体１の外周方向側に位置し、図２に示すように、第２のギャッシュ面６は端部稜線部を介してエンドミル本体１の回転中心側に配置され、第３のギャッシュ面７はエンドミル本体１の外周側に配置されている。なお、図２には、この第２の交差部は図示されていない。

さらに、本発明の高硬度材用エンドミルは、底刃４による切り屑の排出性を高めるために、次の構成を備えていることに特徴がある。
すなわち、上記した端部稜線部の第１のギャッシュ面５側の端部がこの第１のギャッシュ面５と交差する位置を繋ぎ部１０（図３参照）としたときに、繋ぎ部１０を通るとともに前記第２の交差部に沿う直線と、直線状の底刃４とがなす角度（以下、「第２のギャッシュ角９」という）は、繋ぎ部１０を通るとともに前記第１の交差部に沿う直線と、直線状の底刃４とが成す角度（以下、「第１のギャッシュ角８」という）より大きくしている。

このように、図３に示す第２のギャッシュ角９を第１のギャッシュ角９より大きくすると、底刃４で生成された切り屑は、第１のギャッシュ面５、第２のギャッシュ面６、第３のギャッシュ面７を通るときに、スペースを拡げることができるので、切り屑を刃溝３へ良好に排出することができる。これにより、切り屑の底刃４や外周刃２への噛み込みを抑制してこれら切刃の欠損を防止でき、寿命を向上して高硬度材の加工を高能率に行える。また、切り屑がギャッシュ内に停滞することを抑制できるので、切り屑が被削材の表面と擦れることを防止でき、加工面粗さが向上する。

ここで、第２のギャッシュ角９が第１のギャッシュ角８と同等、もしくは、小さいと、第３のギャッシュ面７と刃溝３の境界付近で切り屑の移動を阻害し、切り屑がギャッシュ内に停滞し、底刃４に過大な負荷が生じ、底刃４と外周刃２の交点であるコーナ部から欠損する。第２ギャッシュ角９は、第１のギャッシュ角８より１０°以上大きく設けることが上記観点から好ましい。

次に、図２に示すように、底刃４は直線状に設け、底刃４の軸方向すくい角は、回転中心軸側からコーナ部にかけて一定に設けるのが好ましい。これにより、底刃４のすくい面を形成する第１のギャッシュ面５は平面状となり、底刃４で生成される切り屑を幅広い平面で受けることができ、切り屑の流れを阻害することなく、良好な切り屑排出性を維持できる。ここで、底刃４の外周側が回転方向後方へ屈曲した形状であると、切り屑がコーナ部へ流れたときに、切り屑がコーナ部付近で噛み込みを起こしてコーナ部が欠損したり、コーナ部付近の切れ刃の摩耗の進行が早くなったりして高硬度材の高能率加工ができなくなる。

なお、底刃４を直線状に設ける方法として、第１のギャッシュ面５を複数の平面状の面から構成する方法があるが、第１のギャッシュ面５を複数の平面状の面で構成すると、底刃４で生成される切り屑の流れる方向が安定せず、切削抵抗が増大して底刃４の欠損を誘発する可能性がある。このため、第１のギャッシュ面５は１つの面で構成されるのが好ましい。底刃４の直線状とは、エンドミルの底刃４側からみた側面視で、回転中心軸側の底刃４に対して、外周側の底刃４がエンドミル回転方向に−２°〜２°の範囲内にあることを意味する。

さらに、発明の高硬度材用エンドミルにおいては、底刃４の軸方向すくい角は、−１０°〜０°の範囲に設けるのが好ましい。これにより、底刃４で生成される切り屑はせん断型の切り屑となって切り屑長さを抑制できる。これにより、切り屑を刃溝３へ良好に排出することができるようになり、高硬度材の安定した高能率加工が行える。ここで、底刃４の軸方向すくい角が０°を超えると、切り屑長さが長くなり、ギャッシュに切り屑が詰まりコーナ部が欠損する。更に、底刃４の刃先強度が低下し、コーナ部が欠損する可能性が高まる。一方、底刃４の軸方向すくい角がマイナス方向に−１０°を超えると、底刃４の切削性が低下し、底刃４の摩耗が進行して切削抵抗が増大し、底刃４が欠損する。より好ましくは−５°〜０°が良い。

さらに、発明の高硬度材用エンドミルにおいて、前記した繋ぎ部１０の位置は、エンドミル本体１の外周からエンドミル本体１の回転中心方向にこのエンドミルの刃径の１５％〜３０％の位置に設けるようにする。このように、繋ぎ部１０の位置を設定すると、コーナ部近傍のギャッシュのスペースを確保でき、切り屑が停滞するのを防ぎ、切り屑排出性が良好になる。また、切り屑がエンドミル回転中心側に移動するのを抑制することができ、切り屑の噛み込みを抑制でき、底刃４、コーナ部の欠損を防止できる。なお、繋ぎ部１０の位置を刃径の１５％未満の位置に設定すると、コーナ部近傍のチップポケットが小さくなり、切り屑詰まりを起こしやすくなって、高硬度材の高速切削が安定して行えなくなる。一方、繋ぎ部１０の位置を刃径の３０％を超える位置に設定すると、コーナ部の強度が低下し、高硬度材の高速切削で欠損を起こしやすくなる。

図３において、ギャッシュ面７と外周刃２のすくい面とが交差する交差位置１１は、図３に示すように、繋ぎ部１０から外周刃２までの距離のおよそ１／３程度ほど、外周から回転中心方向に離れた位置に設置するようにする。これにより、ギャッシュが刃溝３へ連通するスペースを増大することができ、底刃４で生成された切り屑を刃溝３に良好に排出できる。

また、本発明の高硬度材用エンドミルにおいて、エンドミルの少なくとも刃部（底刃４及び外周刃２）の表面にＨＶ３０ＧＰａ以上、特に、ＴｉＳｉＮ系の被膜の場合にはＨＶ３１〜４０ＧＰａの硬質皮膜を被覆するのが好ましい。これにより、切れ刃の摩耗を抑制し、安定して切り屑排出を行うことができる。なお、被膜はＰＶＤ法で被覆されるのが良い。

なお、上記した第２のギャッシュ面６に続く第３のギャッシュ面７は、２段のみで構成する他に、３段以上のギャッシュから構成しても良い。また、第１のギャッシュ角８は、１０°以上２５°未満とするのが好ましい。これにより、エンドミル先端の回転中心付近の剛性を保ち、底刃４の補強ができ、高硬度材の安定した切削が可能になる。第１のギャッシュ角８が１０°未満であると、スペースが小さく、回転中心側の底刃４を切削に使用した場合、切り屑詰まりを起こす可能性がある。２５°以上であると、切り屑が第１のギャッシュ面５の回転中心側へ流れる可能性があり、切り屑が噛み込み、底刃４が欠損する。

また、図３に示すように、底刃４の外周刃側の端部と外周刃２のすくい面の底刃４側の端部とには、微小な長さ１２の第１のギャッシュ面５を設け、この微小な長さ（図３に示す「１２」）の値は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲に設定することが好ましい。これにより、コーナ部の強度を高め、ギャッシュから刃溝３への切り屑排出性を向上させることができ、高硬度材の高能率加工が安定して行える。

以下、切削テストを行った実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
本発明例１として、底刃４と外周刃２がそれぞれ６枚刃であり、刃径が８．０ｍｍ、外周刃２のねじれ角が４５°、底刃４のすかし角が２°、底刃４の逃げ角が７°、外周刃２の逃げ角が１０°とした微粒子超硬合金製からなる高硬度材用エンドミルを作製した。この本発明例１に係る高硬度材用エンドミルのギャッシュは、前記したように、底刃４のすくい面をなす第１のギャッシャ５面と、回転中心側と外周側にそれぞれ形成した第２のギャッシュ面６と第３のギャッシュ面７との３つの面から構成した。そして、第１のギャッシュ角８を８°、第２のギャッシュ角９を４５°に設けた。底刃４を直線状に設け、軸方向すくい角を底刃４の中心側と外周側で一定の２°とした。

また、本発明例１では、前記したギャッシュ面７と外周刃２のすくい面とが交差する交差位置は、エンドミル本体１の外周から回転中心方向に、刃径の３３％ほど離れた位置、つまり、外周から２．６４ｍｍ離れた位置とした。なお、前記した繋ぎ部１０の位置は、エンドミル本体１の外周から回転中心方向に、このエンドミル本体１の刃径の２３％の位置、つまり、外周から１．８４ｍｍ離れた位置とした。そして、刃部である底刃４と外周刃２には、ＴｉＳｉＮ膜（ＨＶ３５ＧＰａ）を被覆した。
さらに、本発明例１と比較するための従来例２として、本発明例１と同様の仕様で、第１のギャッシュ面５を備え、第２のギャッシュ６と第３のギャッシュ７を同じ角度８°、すなわち、底刃４に対するギャッシュ角を同一として、第２のギャッシュ面６と第３のギャッシュ面７を一つの面から形成したエンドミルを作製した。

切削テストの条件は、被削材に硬さがＨＲＣ６０のＳＫＤ１１を使用し、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り速度３７００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向の切り込み量を１ｍｍ、半径方向の切り込み量を４ｍｍに設定して、エンドミルを横送りにし、外周刃を用いて被削材を切削する側面切削を行った。切削テストの評価方法は、切削長１ｍおきに光学顕微鏡を用いて４００倍の倍率で観察し、コーナ逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えた時、若しくは、切刃にチッピングや欠損が認められた時に寿命として切削テストを終了した。本発明例１と従来例２のエンドミルの仕様と切削テストの結果を表１に示す。

表１より、本発明例１は切削長６ｍでコーナの欠損により寿命となり、長寿命であった。これは、ギャッシュの切り屑排出のスペースが広いことに加えて、底刃４で生成される切り屑形態が安定しており、切り屑が底刃４から第１のギャッシュ面５を経て、第２、第３のギャッシュ面６、７から刃溝３へ良好に排出されたためと思われる。これに対して、従来例２は、切削長２．５ｍでコーナが欠損し、５．０ｍに満たない時点で寿命となった。これは、第２、第３のギャッシュ面６、７のギャッシュ角を同じとしたので、十分なチップポケットを有しておらず、ギャッシュ内に溜まった切り屑がコーナ部付近で噛み込んだためと考えられる。

（実施例２）
本発明例１と同仕様で、本発明例４〜６として底刃４の軸方向すくい角を−１０°〜０°に変化させた高硬度材用エンドミルを、また、比較例３として底刃４の軸方向すくい角を−１５°とした高硬度材用エンドミルを作製し、実施例１と同様の切削テストを行った。本発明例３〜６の仕様とその切削テストの結果を表２に示す。

表２より、本発明例４〜６は、いずれも切削長が７．０ｍ以上の時点で寿命となり、切り屑の排出性が良く、欠損や摩耗が抑制でき、高硬度材の加工を高能率に行えた。比較例３は軸方向すくい角を−１５°としたが、本発明例１より更に長寿命であった。このことから、軸方向すくい角は−１０°〜０°の範囲に設定することがよりが好ましいといえる。これは、切り屑が主に剪断型となり、細かく分断されたため、切り屑がギャッシュから排出されやすかったためと思われる。比較例３は、切れ刃に微小なチッピングが生じており、底刃４の切削抵抗が大きいために本発明例４より寿命が短くなったと思われる。

（実施例３）
本発明例５と同仕様で、比較例７、本発明例８〜１１、さらに比較例１２として、第２及び第３のギャッシュ面６、７との繋ぎ部１０の位置を、コーナ部から回転中心方向で刃径の１０％から３５％とした位置に設定した高硬度材用エンドミルを作製し、実施例１と同様の切削テストを行った。その切削テストの結果を表３に示す。

表３より、本発明例８〜１１は、切削長が７．５ｍを超えた寿命となり、切り屑排出性を向上し、切り屑の噛み込みを抑制でき、高硬度材の加工を長寿命で行うことができた。一方、比較例７及び１２では、寿命までの切削長が６．８ｍになり、本発明例８〜１１と比較して寿命が短くなった。このことから、繋ぎ部１０の位置は、コーナ部から回転中心方向に刃径の１５％〜３０％の範囲にすることが好ましい。これは、底刃４の剛性を保ちながら、第２及び第３のギャッシュ面６、７が切り屑を排出するスペースを十分確保し、高硬度材を高速切削した際のエンドミル先端の回転中心側の剛性を高め、且つ、切り屑排出性を向上することができ、高硬度材の切削加工を長寿命に行うことができたと思われるからである。

（実施例４）
本発明例１３として、本発明例１と同仕様で、切刃４のすくい面を、回転中心側と外周側の２面から形成した高硬度材用エンドミルを作製して切削テストを行った。なお、本発明例１３の底刃４の軸方向すくい角は、回転中心側で０°、外周側で２°に設けた。また、外周側は回転中心側に対して、エンドミル回転方向後方へ４°屈曲して設けた。この本発明例１３の切削テストの結果は、切削長５．０ｍにおいてコーナ付近の外周刃の逃げ面の摩耗が進行したが従来例２より長寿命となり、高硬度材の切削加工を十分行うことができた。

１：エンドミル本体
２：外周刃
３：刃溝
４：底刃
５：第１のギャッシュ面（底刃５のすくい面）
６：第２のギャッシュ面
７：第３のギャッシュ面
８：第１のギャッシュ面と第２のギャッシュ面との交叉部が底刃となす角度（第１のギャッシュ角）
９：第１のギャッシュ面と第３のギャッシュ面との交叉部が底刃となす角度（第２のギャッシュ角）
１０：繋ぎ部
１１：第３のギャッシュ面と外周刃のすくい面との交差部
１２：第１のギャッシュの幅

Claims (3)

1. 複数の外周刃と底刃とギャッシュを有し、前記底刃の軸方向すくい角を０°又は負角とした高硬度材用のエンドミルであって、
   前記底刃は、前記エンドミル本体の側面視で直線状をなし、
   前記ギャッシュは、
   前記底刃のすくい面となる平面状の第１のギャッシュ面と、
   前記第１のギャッシュ面の前記底刃と対向する位置における端部となる第１の交差部から、前記エンドミル本体の回転中心側に位置するように形成されるとともに、前記エンドミル本体の外周方向に対向する端部となる端部稜線部を有する平面状の第２のギャッシュ面と、
   前記第１のギャッシュ面の前記底刃と対向する位置における端部であって、前記第１の交差部の前記外周方向の端部から該外周方向に直線状に延びる第２の交差部と、前記端部稜線部とを含んで前記外周方向に形成された平面状の第３のギャッシュ面と、から構成され、
   さらに、前記第２のギャッシュ面の前記底刃の方向に対する幅は、前記回転中心側から前記外周方向に向うにつれて幅広になるように形成されており、
   前記端部稜線部が前記第１のギャッシュ面と交差する位置を繋ぎ部としたときに、
   前記繋ぎ部を通り前記第２の交差部に沿う直線と前記直線状の底刃とがなす角度は、前記繋ぎ部を通り前記第１の交差部に沿う直線と前記直線状の底刃とがなす角度より大きくしていることを特徴とする高硬度材用エンドミル。
2. 前記繋ぎ部は、前記エンドミル本体の外周から前記回転中心方向に、前記エンドミルの刃径の１５％〜３０％の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高硬度材用エンドミル。
3. 前記底刃の外周刃側の端部と、前記外周刃のすくい面であって該底刃側の端部との間には、微小な幅の前記第１のギャッシュ面を介在させていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高硬度材用エンドミル。
   

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