JP2012196739A - シェ−ビング工具 - Google Patents

Abstract

【課題】シェービング加工中の刃先の欠け発生および工具摩耗を抑制することにより工具寿命に優れ、かつシェ−ビング後の線材表面の平滑性を向上させるシェービング工具を提供することである。
【解決手段】シェービング工具２の切刃２ａのすくい角αを負の値に形成し、逃げ面３に適正長さのフラット面４を形成した。負のすくい角によって、シェービング工具２の中心と線材１の中心がずれても、切削分力が線材１をシェービング工具２の中心に戻す方向に作用する。また、フラット面４によって、刃先で生成した線材表面の加工面の凸凹が小さくなるため、平滑性が向上して表面品質が改良され、刃先の欠け発生や工具摩耗が抑制される。さらに、刃先に丸みを形成することにより、線材表面の凹凸に軽減および刃先の欠け抑制効果が得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、吊橋用ワイヤーケーブルやばねなどに使用される鋼線材の製造工程で使用される、線材表面の皮むき(シェービング)用のシェービング工具に関する。

熱間圧延工程終了後の鋼線材の表面にはスケールや圧延疵などの欠陥が残留しているため、凸凹が存在することが多い。このような線材表面を滑らかにして表面品質を改良するために、ダイス形状のシェービング工具により線材の全周にわたってその表面層を切削除去することが多く行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００７−２８３４３２号公報 特開平５−２２８７２９号公報

特許文献１では、互いに異なる位置に固定された、ノズルの向きが調整されうる複数の噴射装置からダイスの刃先に冷却液を噴射しながらシェービングすることにより、ダイスの冷却効果を高めて発熱を抑え、ダイスの刃先の損傷を効果的に抑制する線材のシェービング方法が開示されている。また、特許文献２では、銅、銅合金を始めとする比較的軟質の金属線用のシェービングダイスに要求される耐摩耗性と靭性をほぼ調和して有し、従来必須とされていたコーティングを必ずしも必要とせず、すくい角を４０°〜５０°、逃げ角を３°〜１０°とすることにより、シェ−ビング加工の際の切削力による欠け、割れが発生しないような刃先強度を有し、かつ切粉の排出が滑らかなシェービング工具が開示されている。

しかし、前記特許文献１に開示されたシェービング方法では、ダイスの刃先に冷却液を直接当たるようにする強制冷却装置が必要であり、煩雑である。前記特許文献２では、銅や銅合金などの比較的軟質の金属線用のシェービングダイスの刃先形状を、主として工具摩耗の観点から開示しており、銅や銅合金よりも硬質の鋼線材を対象としたものではない。また、シェービング後の被切削面の平滑性については何も考慮されていない。

上記シェービング工具により線材の表面層を切削除去中に、残留スケールや表面凸凹の影響により、シェービング工具の刃先に欠けが発生することがある。刃先に欠けが発生すると、線材表面に加工疵（切削疵）が残留し、また刃先に作用する加工力(切削力)が大きくなることにより、工具摩耗が著しく進行し、工具寿命が短くなる問題がある。一方、線材表面品質の改良の観点からは、シェ−ビング後の線材表面はできるだけ平滑であることが望ましい。

そこで、この発明の課題は、切削除去中の刃先の欠け発生および工具摩耗を抑制することにより工具寿命に優れ、かつシェ−ビング後の線材表面の平滑性を向上させるシェービング工具を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

請求項１に係るシェ−ビング工具は、鋼線材の表面を削り取るシェービング工具において、前記シェ−ビング工具の切刃のすくい角が負の範囲にあり、この工具の逃げ面に逃げ角ゼロのフラットな面が形成されたことを特徴とする。

シェービング工具の切刃のすくい角を負の値に形成した場合には、シェ−ビング切削時に、シェービング工具の中心と線材の中心が少しでもずれると、切削分力が、被削材(鋼線材)をシェービング工具の中心に戻す方向に作用する。この一種の調心作用により線材が振れず、シェ−ビング加工後の線材表面の凸凹が小さくなり、平滑性が向上して表面品質が改良され、また刃先の欠け発生抑制にも効果がある。

また、シェービング工具の逃げ面を、逃げ角ゼロのフラット面を有するように形成することにより、このフラット面が、刃先で生成した被削材（鋼線材）の加工面を擦る作用を発揮するため、線材表面の凸凹が軽減する効果が得られる。さらに、前記擦る作用とともに、シェービング直後の線材を保持する作用もあるため、前記の線材の振れを抑制する効果も得られる。

請求項２に係るシェ−ビング工具は、前記切刃のすくい角が−５°〜−３０°の範囲にあり、前記逃げ面に形成されたフラットな面の、鋼線材の進行方向の長さが０．１〜１ｍｍの範囲にあることを特徴とする。

前記切刃のすくい角が−５°よりも大きくなると、上記の調心作用が実質的になくなり、シェ−ビング後の線材表面の凸凹の減少による表面品質の改良効果が得られなくなる。また、すくい角が−３０°よりも小さくなると、シェ−ビング工具の切れ味がわるくなるため、線材表面品質が低下し、切削速度も高めることができなく、切削効率が低下する。一方、前記フラットな面の、鋼線材の進行方向の長さが０．１ｍｍよりも短いと、線材表面を擦る作用および線材を保持する作用が低下し、線材表面の凸凹の軽減効果および線材の振れの抑制効果を殆ど発現することができなくなる。また、１ｍｍよりも長くなると、切削抵抗の増加が無視できなくなる。この切削抵抗の増加により、刃先に作用する加工力(切削力)が大きくなるため、工具摩耗の進行が著しくなって、工具寿命が短くなる。

請求項３に係るシェ−ビング工具は、前記切刃の刃先がＲ１０〜Ｒ５０(μm)の丸みを有することを特徴とする。

刃先にＲ１０〜Ｒ５０(μm)の丸みを形成することにより、シェービング中の刃先の欠け発生も抑制することができる。また、この刃先の丸みをある程度大きくして、逃げ面に、実質的に切刃Ｒ面を形成することもできる。この切刃Ｒ面が、刃先で生成した被削材（鋼線材）の加工面を擦る作用を発揮するため、線材表面の凸凹が軽減する効果も得られる。刃先丸みをＲ５０よりも大きくすると、シェービング後の線材表面の粗さ（凹凸）が大きくなり、かつ切削抵抗も増大する。また、刃先丸みをＲ１０よりも小さくすると、刃先丸みにより形成される切刃Ｒ面が、刃先で生成した鋼線材の表面すなわち加工面を擦ることなく、鋼線材の加工面がそのまま残り、鋼線材表面の凸凹が軽減する効果が得られなくなる。そして、刃先の欠け発生を抑制する作用効果も低下する。

請求項４に係るシェ−ビング工具は、前記切刃が、超硬合金、高速度工具鋼またはセラミックスからなることを特徴とする。

この発明では、シェービング工具の切刃のすくい角を負の値に形成したので、シェ−ビング中に、シェービング工具の中心と線材の中心が少しでもずれても、法線方向の切削分力が被削材(鋼線材)をシェービング工具の中心に戻す方向に作用する。その結果、シェービング中に線材が振れず、シェ−ビング後の線材表面の凸凹が小さくなり、平滑性が向上して表面品質が改良される。また、逃げ面にフラット面を形成したので、このフラット面が、刃先で生成した被削材（鋼線材）の加工面を擦る作用を発揮することによっても、被削材（鋼線材）表面の凸凹が軽減する効果が得られる。さらに、刃先に丸みを形成することにより、この切刃Ｒ面も、刃先で生成した被削材（鋼線材）の加工面を擦る作用を発揮するため、線材表面の凸凹が軽減する効果が得られ、シェービング中の刃先の欠け発生も抑制することができ、工具寿命も向上する。

実施形態のシェービング加工を模式的に示す説明図である。 実施形態のシェービング工具の形状を示す説明図（正面図）である。 実施形態の切刃の形状を模式的に示す説明図である。 （ａ）従来技術のシェービング加工中に線材に作用する切削分力の説明図である。 （ｂ）実施形態のシェービング加工中に線材に作用する切削分力の説明図である。 切刃のすくい角を変化させた場合のシェービング加工後の線材表面粗さを示す説明図である。 切刃の逃げ面のフラット面の長さを変化させた場合のシェービング加工後の線材表面粗さを示す説明図である。 切刃の刃先丸みを変化させた場合のシェービング加工後の線材表面粗さを示す説明図である。

以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図７に基づいて説明する。

図１は、実施形態のシェービング工具を用いた線材のシェービング加工を模式的に示す説明図である。被削材である鋼線材（以下、線材と記す）１は、通常、シェ−ビング工具２の出側に配置された巻取り機による牽引力により、図２に示したように、ダイス形状のシェービング工具２を通過し、切刃２ａにより、その表層１ａが全周にわたって切削され、線材１の表面欠陥は、切りくず１ｂとともに除去される。シェービング工具２の切刃２ａは、図３に示すように、すくい角αが負の−５°〜−３０°の範囲の鈍角形状に形成され、その刃先２ａｆは、Ｒ１０〜Ｒ５０(μm)の円弧状に形成されて丸みを有する。また、逃げ面３の刃先２ａｆ側に、逃げ角βがゼロで、線材１の進行方向の長さが０．１〜１ｍｍのフラットな面４が形成されている。このシェービング工具２は、超硬合金、高速度工具鋼またはセラミックスから形成することができる。このシェ−ビング工具２を形成するセラミックスとしては、純アルミナ系や、アルミナにＴｉなどの他の炭化物や酸化物を添加したものを用いることができる。

線材１の表面を削り取るシェービング工具２の切刃２ａのすくい角αがゼロまたは正の値に形成された場合には、図４（ａ）に示すように、シェービング加工中に、シェービング工具２の中心と線材１の中心が少しでもずれると、矢印ＡおよびＢで示す法線方向の切削分力が、片側で大きくなるため（矢印Ａ＞矢印Ｂ）、線材１を切刃２ａの中心からずらす力が大きくなり、安定したシェービングができなくなる。

一方、シェービング工具２の切刃２ａのすくい角αを負の値に形成した場合には、図４（ｂ）に示すように、シェ−ビング加工時に、切刃２ａの中心と線材１の中心が少しでもずれると、切削分力が、矢印Ｃで示すように、線材１をシェービング工具２の中心に戻す方向に作用する。この一種の調心作用により線材１が振れず、シェ−ビング加工後の鋼線材表面の凸凹が小さくなり、平滑性が向上して表面品質が改良され、かつ切刃２ａｆの刃先の欠け発生抑制にも効果がある。

線径が６ｍｍφのばね鋼線材を、すくい角α、逃げ面のフラット面の長さおよび刃先Ｒをそれぞれ変化させたシェービング工具を用いて、線材表層をシェービング加工した後の、線材表面の粗さすなわち凸凹を、切削シミュレーションにより算出した。その結果を、図５〜図７に示す。

図５は、逃げ面のフラット面の長さがゼロ、刃先丸みが５０μｍのシェ−ビング工具において、すくい角αを負の範囲（−５°〜−５０°）で変化させた場合の、シェービング後の線材表面の粗さ（凹凸）をプロットしたものである。すくい角αが小さくなる（絶対値は大きくなる）程、表面粗さは大きくなる方向にあり、すくい角αが−３０°よりも小さくなると、線材表面粗さは、逃げ面のフラット面の長さがゼロの場合に許容基準とした３０μｍを超えることがわかる。一方、すくい角αがゼロまたは正の値の場合には、前述のように、シェービング加工中に、シェービング工具の中心と線材の中心が少しでもずれると、線材をシェービング工具の中心からずらす力が大きくなり、安定したシェービングができなくなる。

図６は、すくい角が−５°、刃先丸みが１０μｍのシェ−ビング工具において、逃げ面の逃げ角ゼロのフラット面の長さを０〜２ｍｍの範囲で変化させた場合の、シェービング加工後の線材表面の粗さ（凹凸）をプロットしたものである。逃げ面に長さが０．１ｍｍ程度の、逃げ角ゼロのフラット面を形成すると、形成しない場合（フラット逃げ面長さがゼロ）に比べて、シェービング後の線材の加工面の粗さ（表面粗さ）は大きく減少する。そして、このフラット面の長さが１ｍｍを超えると、加工面の粗さ（表面粗さ）は、フラット面の長さが０．１ｍｍと短い場合よりも、増加していく傾向が認められる。

図７は、すくい角が−２０°、逃げ面のフラット長さがゼロのシェ−ビング工具において、刃先丸みを１０〜２００μｍの範囲で変化させた場合の、シェービング加工後の線材表面の粗さ（凹凸）をプロットしたものである。刃先丸みが大きくなるにつれて、線材表面の粗さも増加し、刃先丸みが５０μｍまで大きくなると、線材表面の粗さは、許容基準とした３０μｍに近づき、また切削抵抗も増加する。刃先丸みが２００μｍと極めて大きい場合では、線材表面の粗さは２５μｍ以下に収まっているが、切削抵抗が増大し、刃先に作用する加工力(切削力)が大きくなるため、工具摩耗の進行が著しくなって、工具寿命が短くなる。

１・・・鋼線材（線材）
１ａ・・・表層
１ｂ・・・切りくず
２・・・シェービング工具
２ａ・・・切刃
２ａｆ・・・刃先
３・・・逃げ面
４・・・フラット面

Claims (4)

1. 鋼線材の表面を削り取るシェービング工具において、前記シェ−ビング工具の切刃のすくい角が負の範囲にあり、この工具の逃げ面に逃げ角ゼロのフラットな面が形成されたことを特徴とするシェービング工具。
2. 前記切刃のすくい角が−５°〜−３０°の範囲にあり、前記逃げ面に形成されたフラットな面の、鋼線材の進行方向の長さが０．１〜１ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のシェービング工具。
3. 前記切刃の刃先がＲ１０〜Ｒ５０(μm)の丸みを有することを特徴とする請求項１または2に記載のシェービング工具。
4. 前記切刃が、超硬合金、高速度工具鋼またはセラミックスからなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシェービング工具。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images