JP2013013962A - Cbnエンドミル - Google Patents

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Abstract

【課題】高硬度材料の仕上げ加工において、CBN粒子が脱落せず、被削物の仕上げ加工面粗さを向上させることができるCBNエンドミルを提供する。
【解決手段】R刃がCBN焼結体によって形成されている、CBNボールエンドミル及びCBNラジアスエンドミルにおいて、R刃の曲率半径を有する曲面状のR刃の第一逃げ面と、略平面状のR刃の第二逃げ面とを有し、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二逃げ面に沿った方向で測定した長さとして、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点から刃径の0.002倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一逃げ面の曲率半径が刃径の0.005倍以上0.05倍以下に設定することを特徴とするCBNエンドミルである。
【選択図】図6

Description

本発明は、CBN(Cubic Boron Nitride)を用いた工具、特に、小径のCBNエンドミルの刃先部の形状に関するものである。
CBNを母材としたCBNエンドミルは超硬合金を母材としたエンドミルと比較すると脆性であり超硬合金を母材としたエンドミルよりチッピングが生じやすい。そのため、チッピングを防止するために、CBNエンドミルの刃物角をより鈍角の刃物角に設計するのが一般的である。チッピングを防止する対策として、すくい角を強い負の角度にする、または、すくい面にネガランドを設ける等の形状を採用してチッピング防止に努めている。
しかしながら、すくい角が強い負の角度であると刃物角が鈍角になりすぎるため切れ味が悪くなる。切れ味が悪い場合、切削抵抗が増加しチッピングが生じやすく、これに伴い加工面が劣化する傾向にある。CBNエンドミルは、仕上げ加工に用いられるのが一般的である。仕上げ加工後の面状態が芳しくない場合、次工程である磨き工程の工数が増加する。
CBNエンドミルは、逃げ角を極めて小さく設定し、逃げ面を被削材の加工面に擦らすような加工方法を行うと、溶着などの影響によって加工面にむしれや、びびりが発生し安定した加工面を維持できない。
また、CBNエンドミルは50HRCを超える高硬度材料の加工に使用される事が特に多く、このような高硬度材料は微細な加工形状に用いられる。さらに、一つの金型に多数の金型形状を加工する多数個取りの加工方法が採用されており、長時間に渡って、高品位な加工面、加工精度を維持できる工具が要求される。
これらの問題に対して、特に、長時間に渡って高品位な加工面、加工精度を維持する目的を達成するために、いくつかの提案がなされている。
特許文献1には、ボール刃がCBN焼結体からなり、ボール刃の切刃稜線に沿って特定形状のホーニングが形成されたボールエンドミルが記載されている。
特許文献2には、コーナ切刃と主切刃にホーニングを設け、ノーズRの頂部においてすくい面側から見たホーニング幅を0.01mm以上0.045mm以下、逃げ面側から見たホーニング幅を0.005mm以上0.045mm以下とした切削工具が記載されている。
特許文献3には、切り屑面として、非常に狭い強化傾斜部と、主切り屑部が形成され、逃げ面として、非常に狭い逃げ面傾斜部と、主逃げ面部が形成された転削インサートが記載されている。
特許文献4には、すくい角が−30°〜−50°に設定され、ネガランドを切れ刃の全域に沿って形成し、かつ、底刃とラジアス刃の間に繋ぎ刃を形成したCBNラジアスエンドミルが記載されている。
特開2007−75944号公報 特開2009−61572号公報 特表2008−512252号公報 特開2009−241190号公報
しかしながら、CBNエンドミルをはじめとしたCBNを母材とした工具で加工を行うと、CBN粒子の脱落により、切れ刃の稜線の形状がくずれ、加工面が荒れる問題が生じている。この問題は特に切削初期の加工において生じやすい。仕上げ加工の用途に用いられるCBNエンドミルにおいては、このような現象は回避しなければならない。
特許文献1に記載のボールエンドミルは、粗加工時にロウ付けしたCBNと超硬母材が切削熱で取れる問題を解消することと、仕上げ切削加工時における仕上げ面の面粗さを向上することを目的としている。しかし、特許文献1に記載のボールエンドミルでは、ホーニング幅が大きすぎるため、切りくず排出性が悪くなり、チッピング等の異常が起こると考えられる。
特許文献2に記載の切削工具のように、コーナ切刃と主切刃とでホーニング幅を変えるのは、仕上げ加工面が均一にはならないという問題がある。さらに、ねじれ角の定義は無いことから、切削時においてホーニング幅が異なる箇所が同時に接触するため加工面が不均一になる。さらに、外周刃側と底面側では、摩耗進行、形態が異なるため、このようにホーニング幅が場所によって異なる形状だと、より摩耗の進行及び形態に差が生じ、均一な加工面はより得られにくい。
特許文献3に記載の転削インサートの発明の第一目的は、アルミニウムなどの比較的弾性率が低い材料の高能率加工における切りくず除去を目的としている。本発明は、高硬度材料における仕上げ加工面の品位向上のため、使用用途が異なる。そのため、高硬度材料の切削加工に主眼を置いている本発明では刃先強度及び剛性が足らず、工具の摩耗及び損傷が著しく激しくなる。そのため、良好な加工精度、加工面を得られない。
さらに、底面切削を行った場合には、逃げ面ホーニング幅が大きすぎるため逃げ面が擦れる幅が大きくなり、振動が過大となり工具に損傷、折損が起こりえる。特に高硬度材料の加工は切削熱の影響から工具が高温になりやすいため、過剰に逃げ面が擦れるのを回避する必要がある。
特許文献4に記載のCBNラジアスエンドミルは、底刃付近に稜線方向に略平面(繋ぎ刃)をつくり、底刃とコーナR刃の境界部の耐欠損性と耐摩耗性を高めたものであり、底面切削時のみに効果が現れるため側面側の切削には効果を期待できない。また、ねじれを有していないため、切削の際に同時接触する範囲が大きくなり切削抵抗が増加し、加工面、加工精度が悪化する。
本発明は、刃先に対して垂直の法線方向の断面として切れ刃を見たときに略平面と曲面を有するエンドミルであり、特許文献4のエンド刃のみではなく刃先稜線付近全体に関するものである。本発明は外周刃付近にも適用可能でありラジアス刃以外の形状に適応可能である。
本発明は前述のような従来の工具における問題を解決し、長時間に渡って、高品位な加工面、加工精度を維持できるCBNエンドミルを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明は、CBN焼結体からなるCBN部を超硬合金からなる超硬合金部に接合しており、切れ刃の材質はCBN焼結体であり、切れ刃は−25°以上30°以下のねじれを有する直線状の外周刃と、円弧状のR刃とを有しており、外周刃とR刃とが接続されているエンドミルにおいて、曲率半径を有する曲面状のR刃の第一逃げ面と、略平面状のR刃の第二逃げ面とを有し、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二逃げ面に沿った方向で測定した長さとして、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点から刃径の0.002倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一逃げ面の曲率半径が刃径の0.005倍以上0.05倍以下となることを特徴とするCBNエンドミルである。
本発明において、曲率半径を有する曲面状のR刃の第一すくい面と、略平面状のR刃の第二すくい面とを有し、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二すくい面に沿った方向で測定した長さとして、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点から刃径の0.0015倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一すくい面の曲率半径が刃径の0.0025倍以上0.015倍以下とした構成にすることにより、工具の切れ味を損なわず、刃先強度を保つことができ、さらに、すくい面に付いた切り屑離れが良好となるので、仕上げ面状態が良好となる。
本発明において、R刃の第一逃げ面の曲率半径が、R刃の第一すくい面の曲率半径の2倍以上3倍以下とすることにより、切り屑排出性が向上し良好な加工面を得られる。
本発明において、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅が刃径の0.0005倍以上0.003倍以下となることにより、工具の切れ味を損なわず、より、刃先強度を保つことができるため、チッピング等の異常摩耗を抑制できる。
本発明において、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の刃物角が162°以上180°以下であることにより刃先剛性を保ちつつ、切り屑排出を損なわないので、工具寿命が延び、さらに、良好な加工面を得られる。
本発明によれば切削初期から安定した加工形態となり、高品位の加工面を長時間に渡り実現できる。本発明によれば加工が安定することから、チッピング等の異常を抑制可能であり、長寿命の工具を得られる。
先端に超硬質工具材料を接合した本発明のボールエンドミルの一実施例の正面図である。 先端に超硬質工具材料を接合した本発明のラジアスエンドミルの一実施例の正面図である。 図1に示す本発明のボールエンドミルにおける切れ刃部の拡大図である。 図2に示す本発明のラジアスエンドミルにおける切れ刃部の拡大図である。 本発明のラジアスエンドミルにおけるR刃付近の拡大図である。 図3及び図4に示す本発明のエンドミルにおけるA−A断面図である。 本発明のエンドミルの別の実施例におけるA−A断面図である。 図7に示す本発明のエンドミルにおけるR刃付近の拡大図である。
本発明は、CBN焼結体を超硬合金に接合しており、切れ刃の材質はCBN焼結体であり、切れ刃は−25°以上30°以下のねじれを有する直線状の外周刃と、円弧状のR刃とを有しており、外周刃とR刃とが接続されているエンドミルである。そのため、本発明はR刃を有したボールエンドミル及びラジアスエンドミルについて、適用可能である。以下、図1〜図8に基いて本発明のエンドミルについての説明を行う。
図1は先端に超硬質工具材料を接合した本発明のボールエンドミルの一実施例の正面図である。図1に示す本発明のボールエンドミル1は先端側に立方晶窒化硼素(CBN)からなるCBN部2が設けられ、後端側に超硬合金部3が設けられている。CBN部2と超硬合金部3は拡散接合もしくは、ロウ付の接合方法により、接合されている。また、本発明のボールエンドミル1における切れ刃部4は、外周刃5、R刃6とによって構成され、本発明のボールエンドミル1は、工具軸Oに沿って形成される切れ刃部4と、切れ刃部4に接続されるシャンク部7とで構成されている。本発明のボールエンドミル1は、刃径dが0.05mm〜6mmのものに適用される。本発明のボールエンドミル1におけるCBN部4の厚みは、0.07mm〜9mmであり、ねじれ角は−25°以上30°以下の範囲で設定する。
図2は先端に超硬質工具材料を接合した本発明のラジアスエンドミルの一実施例の正面図である。図2に示す本発明のラジアスエンドミル8は先端側にCBN部2が設けられ、後端側に超硬合金部3が設けられている。CBN部2と超硬合金部3は拡散接合もしくは、ロウ付の接合方法により、接合されている。また、本発明のラジアスエンドミル8における切れ刃部4は、外周刃5、R刃6、底刃9とによって構成され、本発明のラジアスエンドミル8は、工具軸Oに沿って形成される切れ刃部4と、切れ刃部4に接続されるシャンク部7とで構成されている。本発明のラジアスエンドミル8は、刃径dが0.05mm〜6mmのものに適用される。本発明のラジアスエンドミル8におけるCBN部2の厚みは、0.07mm〜9mmであり、ねじれ角は−25°以上30°以下の範囲で設定する。
図3は図1に示す本発明のボールエンドミルにおける切れ刃部の拡大図である。図3に示す本発明のボールエンドミルにおける切れ刃部4はねじれを有する円弧状のR刃6と、直線状の外周刃5から構成されている。R刃6はR刃の逃げ面10とR刃のすくい面11からより構成されており、断面線A−Aは、本発明のエンドミルにおけるR刃6を、R刃6の円弧の中心に向かって切断するときの断面線すなわちR刃6の法線方向で切断するときの断面線である。
図4は図2に示す本発明のラジアスエンドミルにおける切れ刃部の拡大図である。図4に示す本発明のラジアスエンドミルにおける切れ刃部4は底刃9、R刃6と外周刃5から構成されている。R刃6は、R刃の逃げ面10とR刃のすくい面11から構成されている。断面線A−Aは、本発明のエンドミルにおけるR刃6を、R刃6の円弧の中心に向かって切断するときの断面線すなわちR刃6の法線方向で切断するときの断面線である。
図5は本発明のラジアスエンドミルにおけるR刃付近の拡大図である。本発明のラジアスエンドミルにおいて、R刃の半径R1の大きさは、0.01mm以上3mm以下とするのが好ましい。R刃の半径R1が0.01mm未満のものは工業生産が困難であり、また、R刃の半径R1が3mmを超えた場合は、本発明の有利な効果が消失する。
図6は図3及び図4に示す本発明のエンドミルにおけるA−A断面図である。本発明のエンドミルにおけるR刃6には、曲率半径を有するR刃の第一逃げ面12および、略平面を有するR刃の第二逃げ面13から成るR刃の逃げ面と、R刃のすくい面11を設ける。また、R刃の第一逃げ面の幅14は、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点15から、R刃の第一逃げ面12とR刃の第二逃げ面13が交差する点までを測定したときの長さとする。
本発明のエンドミルにおいて、曲率半径を有する曲面状のR刃の第一逃げ面12と、略平面状のR刃の第二逃げ面13とを有し、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二逃げ面13に沿った方向で測定した長さとして、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点15から刃径dの0.002倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raを刃径dの0.005倍以上0.05倍以下の範囲に設ける。これにより、R刃の第二逃げ面13が擦れる範囲を抑えられため、切削抵抗が減少する。よって高品位の加工面を実現可能となる。
前記曲率半径Raが刃径の0.005倍未満となると製造時の制御が極めて困難であり、また、チッピングが生じやすくなるので、加工面は悪くなる。前記曲率半径Raが0.05倍を超えると、切削時の接触面積が増加し、擦れる範囲が拡大するため加工面が悪くなる。また、前記曲率半径Raを規定する範囲が工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点15から刃径dの0.002倍となる位置までの範囲内であるのは、前記曲率半径Raを規定する範囲が工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点15から刃径dの0.002倍以下になると、切削抵抗が上がり良好な加工面を得られないからである。
図7は本発明のエンドミルの別の実施例におけるA−A断面図である。本発明のエンドミルにおいて、曲率半径を有するR刃の第一すくい面16と、略平面状のR刃の第二すくい面17を設けることが望ましい。
また、R刃の第一すくい面の幅18は、工具軸Oを回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点15から、R刃の第一すくい面16とR刃の第二すくい面17が交差する点までとする。本発明のR刃の第一すくい面16において、R刃6の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二すくい面17に沿った方向で測定した長さとして、工具軸Oを回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点15から刃径dの0.0015倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一すくい面の曲率半径Rbが刃径dの0.0025倍以上0.015倍以下となることが望ましい。これにより、刃先の剛性を保ちつつ、最適な切り屑排出が可能となる。
前記曲率半径Rbが刃径dの0.0025倍未満であれば、刃先の剛性が損なわれて、チッピングという現象が発生しやすくなる。前記曲率半径Rbが刃径dの0.015倍を超えれば、刃先が鈍角となり、切り屑排出性が悪化、さらに、刃先剛性が高くなりすぎるためチッピングが発生しやすくなる傾向が見られる。
また、本発明において、第一逃げ面の曲率半径Raが、第一すくい面の曲率半径Rbの2倍以上3倍以下となることが望ましい。これにより、刃先強度を保ちつつ切れ味の良い刃先となり、さらに、適切な切り屑排出が可能となる。2倍以下の場合、刃先剛性が失われるためチッピングが発生するおそれがある。また、すくい面側に切り屑が溜まり、切り屑を引きずったまま加工するので加工面を悪化させる傾向にある。3倍以上の場合、逃げ面の擦れ量が過大となり加工面が悪くなる可能性がある。
図8は図7に示す本発明のエンドミルにおけるR刃付近の拡大図である。本発明においてR刃6の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第一逃げ面12とR刃の第一すくい面の幅16を合わせた幅であるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅19が刃径dの0.0005倍以上0.003倍以下となることが望ましい。これにより、刃先剛性を保ちつつ、最適な切り屑排出が可能となる。
前記幅19が刃径dの0.005倍未満の場合、刃先剛性が失われチッピングを起こす可能性がある。また、刃径dが1mm未満の場合製造上困難となる。前記幅19が刃径dの0.003倍を超えた場合、過剰な刃先剛性となりチッピング発生する場合がある。
図8に示す通り本発明において、R刃の第一逃げ面12と、R刃の第一すくい面16とが成す角度であるR刃の刃物角20が162°以上180°以下であることが望ましい。これにより、刃先剛性を失わず、R刃の第二逃げ面13が加工面に擦れることが抑制できるため、高品位な加工面を実現できる。
R刃の刃物角20が180°を超える場合、刃先先端部より、R刃の第二逃げ面側のR刃の第一逃げ面の方が、切削をしてしまうので加工面が荒れたり、チッピング等を起こす恐れがある。また、R刃の刃物角20が162°未満になると、刃先の剛性が損なわれチッピングが発生する原因となる可能性がある。
上記の説明では2枚刃のボールエンドミル及びラジアスエンドミルを用いたが、本発明のR刃の形状を有するエンドミルであれば、どのような刃数のエンドミルにおいても、本発明の効果を発揮することが可能となる。
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。
(実施例1)
本発明例1〜10、従来例1〜3、及び比較例1〜2を用いて加工面の面粗さの比較テストを行った。
本発明例1〜10、従来例1〜3、及び比較例1〜2の共通仕様としては刃径dが1mm、ねじれ角が−5°、刃長が0.6mm、1枚刃のボールエンドミルである。
本発明例1〜10及び、従来例1〜3、比較例1〜2において、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raをそれぞれ変化させたエンドミルを作製した。
本発明例1におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.005倍である0.005mmとした。
本発明例2におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.01倍である0.01mmとした。
本発明例3におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.015倍である0.015mmとした。
本発明例4におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.02倍である0.02mmとした。
本発明例5におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.025倍である0.025mmとした。
本発明例6におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.03倍である0.03mmとした。
本発明例7におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.035倍である0.035mmとした。
本発明例8におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.04倍である0.04mmとした。
本発明例9におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.045倍である0.045mmとした。
本発明例10におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.05倍である0.05mmとした。
比較例1におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0045倍である0.0045mmとした。
比較例2におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.055倍である0.055mmとした。
従来例1は特許文献1に記載の発明をCBNエンドミルに適用させたものである。すなわち、特許文献1におけるすくい面のホーニング面と、逃げ面の交差稜線幅を0.003mmにした仕様である。このときのR刃第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0029倍である0.0029mmであった。
従来例2は特許文献2に記載の発明をCBNエンドミルに適用させたものである。すなわち、特許文献2におけるR刃の第一逃げ面幅を0.005mmとしたエンドミルであり、このときのR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0048倍である0.0048mmであった。
従来例3は特許文献3に記載の発明をCBNエンドミルに適用させたものである。すなわち、特許文献3におけるR刃の第一逃げ面の幅を0.1mmとし、このときのR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.004倍である0.004mmとなる。
評価方法として、勾配面の仕上げ加工を等高線加工で行い、加工面の面粗さを比較した。切削試験の条件としては、いずれの試料も統一した条件で行った。
被削材はSKD11の焼き入れ材(60HRC)のブロック材を用意し、被削材の寸法は高さ50mm、長さ50mm、幅15mmとした。さらに一方の壁面を角度が45°の勾配面とした。
エンドミルの回転数は40000回転/min(切削速度125.6m/min)、送り速度は280mm/min(一刃送り量は0.007mm/tooth)、軸方向切込み量は0.03mm、径方向切込み量は0.03mmとし、ミストクーラントを使用した。これらの切削条件にて、切削距離が2mに達するまで切削加工を行った。
切削試験の評価基準として、加工面の面粗さを平均面粗さにて測定したときの加工面粗さRaが0.2μm以下であるものを良好とした。試験結果を表1に示す。











表1に示す通り、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raが刃径dの0.005倍以上0.05倍以下である本発明例1〜10は、加工面粗さRaが0.2μm以下であり、良好な加工面を得られた。
比較例1は、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0045倍である0.0045mmであり、刃先のRもシャープになっていたため、切削初期で、刃先部に微小のチッピングが生じてしまい、良好な加工面粗さを得られなかった。
比較例2は、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.00550倍である0.00550mmであり、刃先のRが大きく、加工の際の接触面積が広く、そのため、切削抵抗が増加し良好な加工面粗さを得られなかった。
従来例1は、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0029倍である0.0029mmであり、刃先のRもシャープになっていたため、切削初期で、刃先部に微小のチッピングが生じてしまい、良好な加工面粗さを得られなかった。
従来例2は、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0048倍である0.0048mmであり、切削初期は、良好な加工面であったが、加工面の途中(切削距離が0.8m付近)から面が変化し不良であった。これは、加工途中でCBN粒子の脱落が発生したためである。
従来例3は、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raが刃径dの0.004倍である0.004mmであるが、R刃の第一逃げ面幅が0.1mであり、被削材と擦れる範囲が多く、切削抵抗の過大及び切り屑溶着物の引きずりが生じたため良好な加工粗さを得られなかった。
(実施例2)
実施例1に記載した共通仕様のエンドミルを用いて、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raを0.025mmとし、R刃の第一すくい面の曲率半径Rbを変化させた本発明例11から20を用いて加工面の面粗さの比較評価を行った。
本発明例11におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0020倍である0.0020mmとした。
本発明例12におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0025倍である0.0025mmとした。
本発明例13におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0053倍である0.0053mmとした。
本発明例14におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0067倍である0.0067mmとした。
本発明例15におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0081である0.0081mmとした。
本発明例16におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0095倍である0.0095mmとした。
本発明例17におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0109倍である0.0109mmとした。
本発明例18におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.0123倍である0.0123mmとした。
本発明例19におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.015倍である0.015mmとした。
本発明例20におけるR刃の第一すくい面の曲率半径Rbは、刃径dの0.016倍である0.016mmとした。
評価方法と切削試験の評価基準は実施例1と同様のものとした。試験結果を表2に示す。








表2に示す通り、本発明例11〜20は、加工面粗さRaが0.2μm以下であり、良好な加工面を得られた。R刃の第一すくい面の曲率半径Rbが刃径dの0.0025倍以上0.015倍以下である本発明例12〜19は、加工面粗さRaが0.15μm以下であり、特に良好であった。
(実施例3)
実施例1に記載した共通仕様のエンドミルを用いて、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率を変化させた本発明例21〜30にて、加工面の面粗さの比較評価を行った。
本発明例21におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.0045倍である0.0045mm、R刃の第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.00236倍である0.00236mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は1.9倍とした。
本発明例22におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.005倍である0.005mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.0025倍である0.0025mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2倍とした。
本発明例23におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.0114倍である0.0114mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.00514倍である0.00514mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2.22倍とした。
本発明例24におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.0178倍である0.0178mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.00764倍である0.00764mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2.33倍とした。
本発明例25におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.0242倍である0.0242mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.00992倍である0.00992mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2.44倍とした。
本発明例26におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.0306倍である0.0306mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.012倍である0.012mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2.55倍とした。
本発明例27におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.037倍である0.037mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.0139倍である0.0139mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2.66倍とした。
本発明例28におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.0434倍である0.0434mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.0157倍である0.0157mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は2.77倍とした。
本発明例29におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.05倍である0.05mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.0166倍である0.0166mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は3倍とした。
本発明例30におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは刃径dの0.055倍である0.055mm、第一すくい面の曲率半径Rbは刃径dの0.0177倍である0.0177mmであり、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raと第一すくい面の曲率半径Rbの比率は3.1倍とした。
評価方法と切削試験の評価基準は実施例1と同様のものとした。試験結果を表3に示す。





表3に示す通り、本発明例21〜30は、加工面粗さRaが0.2μm以下であり、良好な加工面を得られた。R刃の第一逃げ面の曲率半径Ra及び、R刃の第一すくい面の曲率半径Rbの比率が、2倍以上3倍以下である本発明例22〜29は、加工面粗さRaが0.15μm以下であり、特に良好であった。
(実施例4)
実施例1に記載した共通仕様のエンドミルを用いて、R刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の第一逃げ面と第一すくい面の幅を変化させた本発明例3〜40にて、加工面の面粗さ比較評価を行った。
本発明例31におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0003倍である0.0003mmとした。
本発明例32におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0005倍である0.0005mmとした。
本発明例33におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0011倍である0.0011mmとした。
本発明例34におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0014倍である0.0014mmとした。
本発明例35におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0017倍である0.0017mmとした。
本発明例36におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.002倍である0.002mmとした。
本発明例37におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0023倍である0.0023mmとした。
本発明例38におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0026倍である0.0026mmとした。
本発明例39におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.003倍である0.003mmとした。
本発明例40におけるR刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0033倍である0.0033mmとした。
評価方法と切削試験の評価基準は実施例1と同様のものとした。試験結果を表4に示す。








表4に示す通り、本発明例31〜40は、加工面粗さRaが0.2μm以下であり、良好な加工面を得られた。R刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅を刃径dの0.0005倍以上から0.003倍以下である本発明例32〜39は加工面粗さRaが0.15μm以下であり、特に良好な結果であった。
(実施例5)
実施例1に記載した共通仕様のエンドミルを用いて、R刃の法線方向に切断した断面を見たときのR刃の刃物角を変化させた本発明例41〜50にて、加工面の面粗さの比較評価を行った。
本発明例41におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を160°とした。
本発明例42におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を162°とした。
本発明例43におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を166°とした。
本発明例44におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を168°とした。
本発明例45におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を170°とした。
本発明例46におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を172°とした。
本発明例47におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を174°とした。
本発明例48におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を176°とした。
本発明例49におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を180°とした。
本発明例50におけるR刃の法線方向に切断した断面を見たときに、R刃の刃物角を182°とした。
評価方法と切削試験の評価基準は実施例1と同様のものとした。試験結果を表5に示す。








表5に示す通り、本発明例41〜50は、加工面粗さRaが0.2μm以下であり、良好な加工面を得られた。R刃の刃物角が162°以上180°以下である本発明例42〜49は加工面粗さRaが0.15μm以下であり、特に良好な結果であった。
(実施例6)
本発明例51〜60、従来例4を用いて加工面の面粗さの比較テストを行った。
本発明例51〜60、従来例4の共通仕様としては刃径dが0.4mm、ねじれ角が−20°、刃長が0.14mm、R刃の半径R1が0.1mmの2枚刃のラジアスエンドミルである。
本発明例51〜60及び、従来例4において、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raをそれぞれ変化させたエンドミルを作製した。
本発明例51におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.005倍である0.002mmとした。
本発明例52におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.01倍である0.004mmとした。
本発明例53におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.015倍である0.006mmとした。
本発明例54におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.02倍である0.008mmとした。
本発明例55におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.025倍である0.010mmとした。
本発明例56におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.03倍である0.012mmとした。
本発明例57におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.035倍である0.014mmとした。
本発明例58におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.04倍である0.016mmとした。
本発明例59におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.045倍である0.018mmとした。
本発明例60におけるR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.05倍である0.020mmとした。
従来例1は特許文献4に記載の発明をCBNエンドミルに適用させたものである。すなわち、特許文献4におけるすくい角を−50°、逃げ角を15°としたものであり、このときのR刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.0016倍である0.004mmであった。
評価の方法として、勾配面の仕上げ加工を等高線加工で行い、加工面の面粗さを比較した。切削試験の条件としては、いずれの試料も統一した条件で行った。
被削材はSUS440C焼き入れ材(60HRC)のブロック材を用意し、被削材の寸法は高さ50mm、長さ50mm、幅15mmとした。さらに一方の壁面を角度が40°の勾配面とした。
エンドミルの回転数は40000回転/min(切削速度50.3m/min)、送り速度は520mm/min(一刃送り量は0.0065mm/tooth)、軸方向切込み量は0.005mm、径方向切込み量は0.005mmとし、ミストクーラントを使用した。これらの切削条件にて、切削距離が1.4mに達するまで切削加工を行った。
切削試験の評価基準として、加工面の面粗さを平均面粗さにて測定したときの加工面粗さRaが0.05μm以下であるものを良好とした。試験結果を表6に示す。








表6に示す通り、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raが刃径dの0.005倍以上0.05倍以下である本発明例1〜10は、加工面粗さRaが0.05μm以下であり、良好な加工面を得られた。
従来例1は、R刃の第一逃げ面の曲率半径Raは、刃径dの0.004倍である0.0016mmであり、刃先のRもシャープになっていたため、切削初期で、刃先部に微小のチッピングが生じてしまい、良好な加工面粗さを得られなかった。
本発明により、長時間に渡って、高品位な加工面、加工精度を維持できるCBNエンドミルを提供することが可能となるため、特に50HRC以上70HRC以下の高硬度材料の加工において、長時間に渡って、高品位な加工面、加工精度を維持できる。
1 本発明のボールエンドミル
2 CBN部
3 超硬合金部
4 切れ刃部
5 外周刃
6 R刃
7 シャンク部
8 本発明のラジアスエンドミル
9 底刃
10 R刃の逃げ面
11 R刃のすくい面
12 R刃の第一逃げ面
13 R刃の第二逃げ面
14 R刃の第一逃げ面の幅
15 最外周となる点
16 R刃の第一すくい面
17 R刃の第二すくい面
18 R刃の第一すくい面の幅
19 R刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅
20 R刃の刃物角
d 刃径
O 工具軸
R1 R刃の半径
Ra R刃の第一逃げ面の曲率半径
Rb R刃の第一すくい面の曲率半径

Claims (5)

  1. CBN焼結体からなるCBN部を超硬合金からなる超硬合金部に接合しており、切れ刃の材質はCBN焼結体であり、切れ刃は−25°以上30°以下のねじれを有する直線状の外周刃と、円弧状のR刃とを有しており、外周刃とR刃とが接続されているエンドミルにおいて、曲率半径を有する曲面状のR刃の第一逃げ面と、略平面状のR刃の第二逃げ面とを有し、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二逃げ面に沿った方向で測定した長さとして、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点から刃径の0.002倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一逃げ面の曲率半径が刃径の0.005倍以上0.05倍以下となることを特徴とするCBNエンドミル。
  2. 請求項1に記載のエンドミルにおいて、曲率半径を有する曲面状のR刃の第一すくい面と、略平面状のR刃の第二すくい面とを有し、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第二すくい面に沿った方向で測定した長さとして、工具軸を回転軸として工具を回転させたときに最外周となる点から刃径の0.0015倍となる位置までの範囲内にて、R刃の第一すくい面の曲率半径が刃径の0.0025倍以上0.015倍以下となることを特徴とするCBNエンドミル。
  3. 請求項1または2に記載のエンドミルにおいて、R刃の第一逃げ面の曲率半径が、R刃の第一すくい面の曲率半径の2倍以上3倍以下となることを特徴とするCBNエンドミル。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載のエンドミルにおいて、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の第一逃げ面とR刃の第一すくい面の幅が刃径の0.0005倍以上0.003倍以下となることを特徴とするCBNエンドミル。
  5. 請求項2から4のいずれかに記載のエンドミルにおいて、R刃について、R刃の法線方向で切断した断面を見たときに、R刃の刃物角が162°以上180°以下であることを特徴とするCBNエンドミル。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015182196A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 三菱日立ツール株式会社 ボールエンドミル
JP2018158443A (ja) * 2018-07-20 2018-10-11 三菱日立ツール株式会社 ボールエンドミル

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