JP2012106301A - リーマおよびそれを用いた穴の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下穴を精度よく加工することが可能なリーマを提供する。
【解決手段】リーマ１は、台金１０に固着された超硬質工具材料からなる、すくい面２１を有する刃部２０を備える。刃部２０は、台金１０の所定の軸方向位置において円周上に１箇所のみ存在し、すくい面はプラス方向のアキシャルレーキアングルとプラス方向のラジアルレーキアングルとを有する。
【選択図】図７

Description

この発明は、リーマおよびそれを用いた穴の形成方法に関し、より特定的には、台金の所定の軸方向位置において円周上に１箇所のみ刃が存在するリーマおよびそれを用いた穴の形成方法に関するものである。

一般的にドリルなどで加工された穴は、高精度ではなく、良好な仕上げ面も得られない。このような下穴を要求される寸法精度および表面粗さに仕上げるには、さまざまな仕上げ方法があるが、機械加工の中で最も手軽に実施でき、広く活用されている方法としてリーマによる加工が知られている。リーマによって仕上げられた穴は、高い寸法精度、真円度および極めて良好な表面粗さが得られる特徴がある。

特に、高精度に穴を加工するには、１枚刃のガンリーマが用いられている。１枚刃のガンリーマは、切削機能を持つ刃が１枚で他はセルフガイド機能であり、極めて良好な寸法精度、真円度、円筒度および表面粗さが得られ、高精度な穴の仕上げ加工に適している。

特開２００１−１１３４１３号公報 特開平１０−２６３９２９号公報

たとえば、アルミニウム合金鋳物製の量産部品の穴の仕上げ加工では、生産効率を上げる目的で、鋳抜き穴の前加工を施さないで、そのまま仕上げ加工することが要求されるようになってきた。しかしながら、上記のようなリーマではこの要求を満足できない問題点があった。上記のようなリーマでは刃部のすくい面は軸方向と半径方向の両方の方向について平行であり、すくい角が設定されておらず、鋳抜き穴の前加工を施さないで、そのまま仕上げ加工することが困難であった。

そこでこの発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、前加工を施さない穴を、そのまま仕上げることが可能なリーマを提供することを目的とする。

この発明に従ったリーマは、軸方向に延在する台金と、台金に固着された超硬質工具材料からなる、すくい面を有する刃部とを備え、刃部を工作物に接触させた状態で台金を回転させることにより工作物を切削することが可能であり、刃部は、台金の所定の軸方向位置において円周上に１箇所のみ存在し、すくい面は、プラス方向のアキシャルレーキアングルおよびプラス方向のラジアルレーキアングルを有する。

このように構成されたリーマでは、すくい面は、プラス方向のアキシャルレーキアングルおよびプラス方向のラジアルレーキアングルを有するため、前加工を施さずに穴をそのまま仕上げ加工することができる。

好ましくは、超硬質工具材料は、超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮ焼結体、単結晶ダイヤモンドおよびダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む。

好ましくは、すくい面は０．５度以上２０度以下のプラス方向のアキシャルレーキアングルを有し、０．５度以上２０度以下のプラス方向のラジアルレーキアングルを有する。

好ましくは、刃部よりも台金の先端側には先行刃が設けられている。
好ましくは、台金は超硬合金で構成される。

好ましくは、前加工をされていない下穴の仕上げ加工に用いられる。
好ましくは、下穴が形成された工作物はアルミニウム合金より構成される。

この発明に従った穴の形成方法は、上述のリーマを用いて前加工をされていない下穴の仕上げ加工を行なう。

好ましくは、下穴は、打ち抜いた穴、ドリルで開けた穴、中ぐりバイトで拡げた穴および鋳抜き穴のいずれかである。

この発明の実施の形態１に従ったリーマの正面図である。 図１で示すリーマの背面図である。 図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たリーマの平面図である。 図１中の矢印ＩＶで示す方向から見たリーマの底面図である。 図１中の矢印Ｖで示す方向から見たリーマの側面図である。 図１中の矢印ＶＩで示す方向から見たリーマの側面図である。 図６をさらに拡大して示す側面図である。 図４中のＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。 この発明の実施の形態１に従ったリーマの斜視図である。 この発明の実施の形態１に従ったリーマの斜視図である。 この発明の実施の形態１に従ったリーマの斜視図である。 この発明の実施の形態１に従ったリーマの斜視図である。 この発明の実施の形態２に従ったリーマの正面図である。 図１３中のＸＩＶで囲んだ部分を拡大して示す図である。 図１４中のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。 図１４中のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。 図１４中の矢印ＸＶＩＩで示す方向から見た底面図である。 この発明の実施の形態３に従ったリーマの正面図である。 図１８中のＸＩＸで囲んだ部分を拡大して示す図である。 図１９中のＸＸ−ＸＸ線に沿った断面図である。 図１９中の矢印ＸＸＩで示す方向から見た底面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったリーマの正面図である。図２は、図１で示すリーマの背面図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たリーマの平面図である。図４は、図１中の矢印ＩＶで示す方向から見たリーマの底面図である。図５は、図１中の矢印Ｖで示す方向から見たリーマの側面図である。図６は、図１中の矢印ＶＩで示す方向から見たリーマの側面図である。図７は、図６をさらに拡大して示す側面図である。図８は、図４中のＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。図９から１２は、この発明の実施の形態１に従ったリーマの斜視図である。これらの図を参照して、リーマ１は、軸方向に延在する台金１０と、台金１０に固着された超硬質工具材料からなる、すくい面２１を有する刃部２０とを備える。刃部２０を工作物に接触させた状態で台金１０を回転させることにより、工作物を切削することが可能である。刃部２０は、台金の所定の軸方向位置において円周上に１箇所のみ存在する。すくい面２１は、軸方向と、回転の半径方向に対してプラス方向のすくい角であるアキシャルレーキアングルθ１およびプラス方向のラジアルレーキアングルθ２を有する。このリーマは、ガンリーマに分類されるリーマであり、適宜、ガイドパッド、マージン、フルート溝および切削油剤の噴出穴を設けることにより、対象の工作物および加工条件に最適な工具仕様とすることができ、本発明の効果を最大限に発揮することが可能である。

プラス方向のラジアルレーキアングルθ２は、前側切れ刃２２の外周端である交点２４が矢印Ｒで示す回転方向の最も前側に位置するような、すくい面２１の半径方向に対する傾斜である。

プラス方向のアキシャルレーキアングルθ１は、横側切れ刃２３の先端である交点２４が、回転方向の最も前側に位置するような、すくい面２１の軸方向に対する傾斜である。

超硬質工具材料は、超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮ焼結体、単結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体のいずれか１つであることが好ましい。

工作物の材質、要求される仕上げ精度により、上記材料から適宜選択される。たとえば、鉄系材料であれば、超硬合金、サーメット、セラミックス、およびＣＢＮ焼結体から選択される。また、非鉄系材料であれば、超硬合金、サーメット、セラミックス、単結晶ダイヤモンド、およびダイヤモンド焼結体から選択される。

さらに詳しくは、刃部２０のすくい面２１は、軸方向にはプラス方向に０．５〜２０度のアキシャルレーキアングルθ１が設定され、半径方向には、プラス方向に０．５〜２０度のラジアルレーキアングルθ２が設定されていることが好ましい。

アキシャルレーキアングルθ１は、プラス方向に１〜１５度であることが好ましく、さらに好ましくは、２〜１５度である。

ラジアルレーキアングルθ２はプラス方向に１〜１５度であることが好ましく、より好ましくは２〜１５度である。

また、先端部には、先行刃３０が設けられていることが好ましい。特に、貫通孔の加工などでは、超硬質工具材料のリーマの先端側に粗加工として作用する先行刃３０を設けると、より高度な仕上げ加工が可能となる。

先行刃３０とは、リーマ１の先端側に設けられて、その直径が仕上げ直径より小さく設定されて粗加工として作用する刃であり、その後端側に仕上げ加工として作用する刃部２０が設けられている。刃部２０の先端側に段差を設けることにより、１枚の刃部２０、先行刃３０と、仕上げ加工として作用する刃部の両方を設けることも可能である。

図１のように単独で先行刃３０を設ける場合には、その先行刃３０にすくい角を設けてもよく、設けなくてもよい。刃部２０と粗加工用の先行刃３０は同じ材質の超硬質工具材料を適用するのがより好ましい。

さらに詳しくは、台金１０は超硬合金であることが望ましい。合金には、光合成な物理的性質を有する超硬合金を適用すると加工時の応力による台金１０のひずみを最小限に抑えることができ、より高度な仕上げ加工が可能となるので好ましい。

さらに好ましくは、リーマ１は、前加工を施されていない下穴の仕上げ加工に用いられる。リーマ１は、下穴に前加工を実施する必要はなく、下穴をそのままの状態から仕上げ加工を実施することが可能である。この発明の実施の形態に従った超硬質工具材料のリーマ１は、良好な切れ味を発揮し、極めて良好な寸法精度、真円度、円筒度および表面粗さが得られるので、前加工されていない下穴を仕上げる加工に用いると、工数削減およびコスト低減に効果的である。

さらに、この発明に従った穴の形成方法は、リーマ１を用いて、前加工されていない下穴の仕上げ加工を行なう方法を提供する。

好ましくは、工作物に開けられた下穴は、打ち抜いた穴、ドリルで開けた穴、中ぐりバイトで拡げた穴、および鋳抜き穴のいずれか１つである。

下穴は、打ち抜いた穴、ドリルで開けた穴、中ぐりバイトで拡げた穴、および鋳抜き穴のいずれかであっても、前加工することなしで仕上げ加工が可能であり、複数の下穴が設けられている場合は、これらの穴が混在しても仕上げ加工が可能である。

好ましくは、下穴の開けられている工作物の材質がアルミニウム合金である。
リーマ１を用いて、前加工されていない下穴の仕上げ加工をするときの工作物はアルミニウム合金であることが好ましい。この場合、台金１０が超硬合金製で、刃部２０の材質は単結晶ダイヤモンドまたはダイヤモンド焼結体であることが好ましい。

下穴の開けられている工作物の材質がアルミニウムであるときに、下穴の仕上げ加工を行なう方法を提供することもできる。すなわち、下穴の開けられている工作物の材質がアルミニウム合金であるときに、下穴の前加工を施すことなく、直ちに仕上げ加工を行なうことができる、高効率で、加工コストを低減できる穴の仕上げ方法を提供できる。

実施の形態１に従ったリーマ１では、シャンクとしての台金１０の軸方向に延びるように切削油通路１４が設けられている。切削油通路１４は、リーマ１の先端側に設けられた噴出穴１２，１３に達しており、噴出穴１２，１３からは、切削油が噴出する。

台金１０にはフルート溝１１が軸方向に延びるように設けられている。
刃部２０は、すくい面２１を有する。すくい面２１は、前側切れ刃２２と、横側切れ刃２３とにより囲まれる平面である。そして、前側切れ刃２２と、横側切れ刃２３との交点２４が、すくい面の角に位置する点である。この交点２４と回転中心Ｃとを通る直線２５と、前側切れ刃２２との間のなす角度θ２がラジアルレーキアングルとなる。そして軸方向の中心線２と、横側切れ刃２３とのなす角度θ１がアキシャルレーキアングルとなる。

（実施の形態２）
図１３は、この発明の実施の形態２に従ったリーマの正面図である。図１４は、図１３中のＸＩＶで囲んだ部分を拡大して示す図である。図１５は、図１４中のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。図１６は、図１４中のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。図１７は、図１４中の矢印ＸＶＩＩで示す方向から見た底面図である。これらの図を参照して、実施の形態２に従ったリーマ１では、台金１０の先端に設けられた刃部２０および先行刃３０が、互いに近接している。また、刃部２０における前側切れ刃２２と横側切れ刃２３との交点２４が鋭利な角となっている。また、先行刃３０の外周の角も鋭利な角となっている。

（実施の形態３）
図１８は、この発明の実施の形態３に従ったリーマの正面図である。図１９は、図１８中のＸＩＸで囲んだ部分を拡大して示す図である。図２０は、図１９中のＸＸ−ＸＸ線に沿った断面図である。図２１は、図１９中の矢印ＸＸＩで示す方向から見た底面図である。これらの図を参照して、実施の形態３に従ったリーマ１では、先行刃が設けられておらず、台金１０の最先端に刃部２０が設けられている。

実施例１では、図１３から図１７で示す実施の形態２に従ったリーマを用いて穴開けの試験を行なった。刃部２０としてダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）を用いた１枚刃のリーマ１を準備した。図１３から図１７に従って、実施例１のサンプルを説明する。刃部２０の材質はダイヤモンド焼結体で、その回転直径は１５ｍｍであり、超硬合金製の台金１０に刃部２０をろう付けで固定した。ラジアルレーキアングルθ２は１０度、アキシャルレーキアングルθ１は５度に設定した。刃部２０の先端部には、回転直径１４．５ｍｍの先行刃３０を独立して設けた。先行刃３０のすくい角は、半径方向と軸方向の両方が０度であるように設定した。

この実施例１のリーマ１をマシニングセンタに取付け、アルミニウム合金製の鋳物に設けられた鋳抜き穴（前加工なし）に仕上げ加工を施して、実施例１に従ったリーマ１の効果を確認した。加工結果は、仕上げ加工穴の穴精度を確認して行なった。仕上げ加工後の穴は円筒度が３．２μｍで表面粗さは０．８μｍＲｚであった。なお、ここで鋳抜き穴とは、鋳造によって形成した鋳物肌の穴を意味する。

（比較例１）
一方、比較例１として、図１３から図１７において、アキシャルレーキアングルθ１とラジアルレーキアングルθ２とをともに０度としたリーマ１を準備した。刃部２０の材質はダイヤモンド焼結体でその回転直径は１５ｍｍであり、超硬合金製の台金１０にろう付けで固定した。刃部２０の先端部には、回転直径が１４．５ｍｍの先行刃３０が独立して設けてあり、先行刃３０のアキシャルレーキアングルおよびラジアルレーキアングルをともに０度とした。すなわち、実施例１と異なるのは、刃部２０にアキシャルレーキアングルおよびラジアルレーキアングルが設けられていないことである。

この比較例１のリーマ１をマシニングセンタに取付け、アルミニウム合金の鋳物に設けられた鋳抜き穴（前加工なし）に仕上げ加工を施して効果を確認した。加工条件は実施例１と同じである。加工結果は仕上げ加工後の穴精度を確認して行なった。仕上げ加工後の穴は円筒度が１２μｍで表面粗さは１．３μｍＲｚであった。

（実施例１と比較例１の加工結果の分析）
実施例１は円筒度が３．２μｍで表面粗さは０．８μｍＲｚであったのに対して、比較例１は円筒度が１２μｍで表面粗さは約１．３μｍＲｚであった。本発明の実施例１では円筒度および表面粗さの両方において、比較例１よりも良い結果が得られた。特に、円筒度を精度よく仕上げるのに効果的であると考えられる。

本発明の実施例２のリーマ１は、図１８から図２１に示す実施の形態３に従ったものである。図１８から図２１を参照して、本発明の実施例２に従ったリーマを説明する。刃部２０の材質はダイヤモンド焼結体で回転直径は１１ｍｍ、超硬合金製の台金１０にろう付けで刃部２０を固定した。ラジアルレーキアングルθ２は１２度、アキシャルレーキアングルθ１は７度に設定した。

この実施例２のリーマ１をマシニングセンタに取付け、アルミニウム合金製の鋳物に設けられた鋳抜き穴（前加工なし）に対して仕上げ加工を行なって実施例２に従った発明の効果を確認した。加工結果は、仕上げ穴加工の穴精度を確認して行なった。仕上げ加工後の穴は、円筒度が３．５μｍで表面粗さは０．９μｍＲｚであった。なお、ここで鋳抜き穴とは、鋳造によって形成された鋳物肌の穴を意味する。

（比較例２）
一方、比較例２として、刃部２０にダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）を用いた１枚刃のダイヤモンドリーマを図１８から図２１に従って説明する。比較例２に従ったリーマ１では刃部２０の材質はダイヤモンド焼結体でその回転直径は１１ｍｍであり、刃部２０は超硬合金製の台金１０にろう付けで固定した。アキシャルレーキアングルθ１およびラジアルレーキアングルθ２はともに０度とした。すなわち実施例２と異なる点は、刃部２０にすくい角が設けられていないことである。

この比較例２のリーマ１をマシニングセンタに取付け、アルミニウム合金製の鋳物に設けられた鋳抜き穴（前加工なし）に対して仕上げ加工を施し、その効果を確認した。加工条件は実施例１と同じである。加工結果は、仕上げ加工後の穴の精度を確認して行なった。仕上げ加工後の穴は、円筒度が１０．５μｍで表面粗さは１．５μｍＲｚであった。

（実施例２と比較例２の加工結果の分析）
実施例２では円筒度が３．５μｍで表面粗さは０．９μｍＲｚであったのに対し、比較例２では円筒度が１０．５μｍで表面粗さは１．５μｍＲｚであった。本発明である実施例２は円筒度および表面粗さの両方において比較例２よりも良い結果が得られた。先行刃がない場合でも、円筒度を精度よく仕上げるのに効果的と考えられる。

本発明の実施例１と同じ１枚刃のリーマ１を用いてアルミニウム合金製の鋳物にドリルで開けられた下穴（前加工なし）に対して仕上げ加工を行ない本発明の効果を確認した。上記のリーマ１をマシニングセンタに取付け、仕上げ加工をした。加工結果は、仕上げ加工後の穴精度を確認して行なった。仕上げ加工後の穴は、円筒度が３．０μｍで表面粗さは０．８μｍＲｚであった。

（比較例３）
比較例１と同じ１枚刃のリーマ１を用いて、アルミニウム合金製の鋳物にドリルで開けられた下穴（前加工なし）に対して仕上げ加工を行なって本発明のその効果を確認した。

上記のリーマ１をマシニングセンタに取付けて仕上げ加工をした。加工結果は、仕上げ加工後の穴の精度を確認して行なった。仕上げ加工後の穴は、円筒度が９．８μｍで表面粗さは１．０μｍＲｚであった。

（実施例３と比較例３の加工結果の分析）
実施例３は円筒度が３．０μｍで表面粗さは０．８μｍＲｚであったのに対し、比較例３は、円筒度が９．８μｍで表面粗さは１．０μｍＲｚであった。本発明の実施例３は円筒度および表面粗さの両方において、比較例３よりも良い結果が得られた。本発明はドリルで開けられた下穴であっても、円筒度を精度よく仕上げるのに効果的であると考えられている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ リーマ、２ 中心線、１０ 台金、１１ フルート溝、１２，１３ 噴出穴、１４ 切削油通路、２０ 刃部、２１ すくい面、２２ 前側切れ刃、２３ 横側切れ刃、２４ 交点、３０ 先行刃。

Claims (9)

1. 軸方向に延在する台金と、
   前記台金に固着された超硬質工具材料からなる、すくい面を有する刃部とを備え、
   前記刃部を工作物に接触させた状態で前記台金を回転させることにより工作物を切削することが可能であり、
   前記刃部は、前記台金の所定の軸方向位置において円周上に一箇所のみ存在し、
   前記すくい面は、プラス方向アキシャルレーキアングルおよびプラス方向のラジアルレーキアングルを有する、リーマ。
2. 前記超硬質工具材料は、超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮ焼結体、単結晶ダイヤモンドおよびダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１に記載のリーマ。
3. 前記すくい面は０．５度以上２０度以下のプラス方向のアキシャルレーキアングルを有し、０．５度以上２０度以下のプラス方向のラジアルレーキアングルを有する、請求項１または２に記載のリーマ。
4. 前記刃部よりも前記台金の先端側には、先行刃が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のリーマ。
5. 前記台金は超硬合金で構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のリーマ。
6. 前加工をされていない下穴の仕上げ加工に用いられる、請求項１から５のいずれか１項に記載のリーマ。
7. 前記下穴が形成された工作物はアルミニウム合金により構成される、請求項６に記載のリーマ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のリーマを用いて前加工をされていない下穴の仕上げ加工を行う、穴の形成方法。
9. 前記下穴は、打ち抜いた穴、ドリルで開けた穴、中ぐりバイトで拡げた穴および鋳抜き穴のいずれかである、請求項８に記載の穴の形成方法。

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