JP2014161933A

JP2014161933A - シェービング工具およびこれを用いた鋼線材のシェービング方法

Info

Publication number: JP2014161933A
Application number: JP2013033204A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Ozaki; 勝彦尾崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-08
Also published as: US20150352616A1; CN105073320A; WO2014129334A1

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら刃先の欠けおよび摩耗が抑制され寿命に優れたシェービング工具、および、これを用い鋼線材表面の平滑性も確保可能な鋼線材のシェービング方法を提供することを目的とする。
【解決手段】被削材としての鋼線材の表面層を削り取るためのシェービングダイス２を備えたシェービング工具であって、このシェービングダイス２の刃先２ａは、超硬、高速度工具鋼およびセラミックスのいずれかの材質からなり、鋼線材１の表面層から削り取る所定の削り取り量と削り取った後に許容される鋼線材１の表面粗さおよび刃先２ａに要求される所定寿命に応じて、刃先２ａのすくい角θｓが０〜−３０度の範囲に形成されたことを特徴とするシェービング工具。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼線材の表面層を削り取るためのシェービングダイスを備えたシェービング工具およびこれを用いた鋼線材のシェービング方法に関するものである。

熱間圧延工程終了後の線材の表面層にはスケールや圧延疵などの欠陥が残留し、表面に凸凹が存在することが多い。このような線材の表面を滑らかにして表面品質を改良するために、シェービングダイスを備えたシェービング工具を用いて、線材の表面層を削り取る加工方法（シェービング方法）が採用されることが一般的である。このような技術として、特許文献１、２に開示されたものが知られている。

上記特許文献１に開示された技術は、ノズルの向きが調整されうる複数の噴射装置を互いに異なる位置に固定し、これら複数の噴射装置からシェービングダイスの刃先に冷却液を噴射しながら刃先の発熱を抑えるものである。これにより、シェービングダイスの刃先の損傷を抑制している。

上記特許文献２に開示された技術は、銅または銅合金等の比較的軟質の線材のシェービングを行なうために、シェービングダイスの刃先を粉末高速度工具鋼製とし、刃先のすくい角θｓが４０〜５０度、逃げ角θｎが３〜１０度となるように構成したものである。

特開２００７−２８３４３２号公報特開平５−２２８７２９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、シェービングダイスの刃先を冷却するための強制冷却装置を設置しなければならず、極めて煩雑であるという問題点があった。

また、特許文献２に記載の技術は、銅または銅合金等の比較的軟質の線材のシェービングを行なうためのものであるため、シェービングダイスの刃先のすくい角θｓが４０〜５０度であっても、刃先の欠けを抑制可能である。しかし、銅または銅合金よりも硬質な鋼線材のシェービングを行なう場合は、圧延後の残留スケールや表面の凸凹の影響により、刃先の欠けを抑制できないという問題点があった。さらに、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、刃先に作用する加工力（切削力）が大きくなり、刃先の磨耗が著しく進行し、シェービング工具としての寿命が短くなるという問題点もあった。また、この技術は、刃先の磨耗対策を主眼においているため、シェービング後の被切削面の平滑性については何ら考慮されていない。

本発明の目的は、簡易な構成でありながら刃先の欠けおよび摩耗が抑制され寿命に優れたシェービング工具、および、これを用い鋼線材表面の平滑性も確保可能な鋼線材のシェービング方法を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
鋼線材の表面層を削り取るためのシェービングダイスを備えたシェービング工具であって、このシェービングダイスの刃先は、超硬、高速度工具鋼およびセラミックスのいずれかの材質からなり、前記鋼線材の表面層から削り取る所定の削り取り量と削り取った後に許容される前記鋼線材の表面粗さおよび前記刃先に要求される所定寿命に応じて、前記刃先のすくい角θｓが０〜−３０度の範囲に形成されたことを特徴とするシェービング工具である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記刃先のすくい角θｓが−２〜−３０度であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記刃先のすくい角θｓが−５〜−３０度であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記刃先の逃げ角θｎが０〜５度であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記シェービングダイスが前記鋼線材の送り方向に複数設置され、この複数のシェービングダイスの互いの軸心が共通になるように構成され、前記複数のシェービングダイスの刃先の内径ｄが、前記鋼線材の送り方向に向かって漸次減少することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のシェービング工具を用いて、鋼線材の表面層を削り取るシェービング方法であって、前記鋼線材の表面層を削り取った後の表面粗さが許容値内となるとともに、シェービングダイスの刃先に要求される所定寿命を満足するように、シェービングダイスの刃先を前記鋼線材の表面層に対して所定量切り込むように制御したことを特徴とする。

以上のように、本発明に係るシェービング工具は、
鋼線材の表面層を削り取るためのシェービングダイスを備えたシェービング工具であって、このシェービングダイスの刃先は、超硬、高速度工具鋼およびセラミックスのいずれかの材質からなり、前記鋼線材の表面層から削り取る所定の削り取り量と削り取った後に許容される前記鋼線材の表面粗さおよび前記刃先に要求される所定寿命に応じて、前記刃先のすくい角θｓが０〜−３０度の範囲に形成されたことを特徴とする。

これにより、簡易な構成（刃先を冷却するための強制冷却装置を設置する必要なし）でありながら刃先の欠けおよび摩耗が抑制され、刃先に要求される所定寿命に優れたシェービング工具を提供することが可能である。また、刃先のすくい角θｓがゼロから負の範囲の角度で形成されているため、シェービング時の切削分力｛すなわち、鋼線材の送り方向に対して垂直方向（法線方向）に向く力｝がシェービングダイスの軸心方向に向かって作用する。これは、鋼線材に対する、一種の調心作用として働くため、シェービング時の鋼線材の振れが抑制され、シェービング後の鋼線材の凸凹が小さくなり、この点からも刃先の欠け発生を抑制する効果が向上する。また、凸凹が小さくなることは、当然、シェービング後の鋼線材表面の平滑性を確保する点からも有利に働く。

また、本発明に係るシェービング方法は、上述したシェービング工具を用いて、鋼線材の表面層を削り取るシェービング方法であって、前記鋼線材の表面層を削り取った後の表面粗さが許容値内となるとともに、シェービングダイスの刃先に要求される所定寿命を満足するように、シェービングダイスの刃先を前記鋼線材の表面層に対して所定量切り込むように制御したことを特徴とする。

これにより、鋼線材表面の平滑性も確保可能となる。特に、シェービングダイスが鋼線材の送り方向に複数設置され、この複数のシェービングダイスの互いの軸心が共通になるように構成され、複数のシェービングダイスの刃先の内径ｄが、鋼線材の送り方向に向かって漸次減少するシェービング工具を用いてシェービングを行なう場合は、鋼線材の表面の平滑性を確保可能であるばかりか、シェービング工具に鋼線材を高速な送り速度で１回通すだけで、鋼線材の表面層から所定量の大きな削り取り量を確保可能であるため、顕著な作業効率を齎す。

本発明のシェービング工具が備えたシェービングダイスでの鋼線材をシェービングしている状態を説明するための模式図である。同シェービングダイスの刃先の各部の構成を説明するための模式図である。同シェービングダイスの刃先のすくい角θｓと鋼線材の表面層を削り取った後の表面粗さＲａの許容値との関係を説明するための模式図である。

図１は、本発明のシェービング工具が備えたシェービングダイスでの鋼線材をシェービングしている状態を説明するための模式図である。図１において、１は鋼製の線材（以下、「鋼線材」という）、２はシェービング工具が備えたシェービングダイスである。図１において、鋼線材１をシェービングダイス２に対して左側から右側に向かって通すことにより、鋼線材１の表面層から切り粉を発生しながら所定量の削り取りが可能になる。

図２は、図１に示すシェービングダイス２の刃先２ａの各部の構成を説明するための模式図である。図２において、θｓはすくい角、θｎは逃げ角である。また、すくい角θｓ、逃げ角θｎの各々の正（プラス）負（マイナス）の方向の定義は、図２に示す通りである。また、ｄはシェービングダイス２の刃先２ａの内径である。

本発明において、鋼線材１の表面層から所定量の削り取り量を確保し、かつ、鋼線材１の表面の平滑性も確保するとともに、刃先２ａの欠けおよび摩耗が抑制され寿命に優れたシェービングダイス２を備えたシェービング工具を提供するためには、シェービングダイス２の刃先２ａの材質として、超硬、高速度工具鋼およびセラミックスのいずれかが好適である。

また、外径がφ８ｍｍでビッカース硬度Ｈｖ＝２３０の鋼線材１の表面層に対して、図３に示すように、鋼線材１の表面層を削り取った後の表面粗さＲａが許容値（約４μｍ）以内になる条件を検討した。この条件を見出すために、下記表１に示すようにシェービングダイス２の超硬製の刃先２ａのすくい角θｓを５〜−３０度の範囲で変化させるとともに、鋼線材１の表面層から削り取る削り取り量を１０〜１００μｍの範囲で変化させ（すなわち、鋼線材１の外径に合わせてシェービングダイス２の刃先２ａの内径ｄを制御し）、鋼線材１を図１に示すように左側から右側に向かって送り速度８０ｍ/ｍｉｎで通すことにより、シェービング実験を行なった。なお、逃げ角θｎは２．５度とした。

その結果、例えば、図３に示すように、鋼線材１の表面層から削り取る削り取り量を１０μｍに設定した場合、すくい角θｓが０〜−３０度の範囲で上記表面粗さＲａの許容値（ア線を参照）を満足する、イ線に示すような表面粗さＲａの計測値を得た。特に、すくい角θｓが−１５度近傍で最も良好な表面粗さＲａを示した。

また、上記実験の結果、削り取り量を１０μｍに設定した場合、すくい角θｓが０〜−３０度の範囲で上記表面粗さＲａの許容値を満足すると同時に、簡易な構成（刃先２ａを冷却するための強制冷却装置を設置する必要なし）でありながら刃先２ａの欠けおよび摩耗が抑制された｛すなわち、刃先に要求される所定寿命（工具寿命）に優れる｝。なお、上記表１において、両条件を満足するものを○印で示し、満足しないものを×印で示した。

削り取り量を２０μｍに設定した場合、上記両条件を満足するのは、すくい角θｓが−２〜−３０度の範囲という実験結果を得た。

削り取り量を４０μｍに設定した場合、上記両条件を満足するのは、すくい角θｓが−５〜−３０度の範囲という実験結果を得た。

削り取り量を６０μｍに設定した場合、上記両条件を満足するのは、すくい角θｓが−３０度のみという実験結果を得た。

削り取り量を１００μｍに設定した場合、上記両条件を満足する、すくい角θｓは存在しないという実験結果を得た。

上記表１の○印で示すような広範な領域で上記両条件を満足することが可能になったのは、刃先２ａのすくい角θｓがゼロから負の範囲の角度で形成されていることに起因すると考えられる。このような角度に刃先２ａのすくい角θｓを構成したため、シェービング時の切削分力｛すなわち、鋼線材１の送り方向に対して垂直方向（法線方向）に向く力｝がシェービングダイス２の軸心方向に向かって作用する。これは、鋼線材１に対する、一種の調心作用として働くため、シェービング時の鋼線材１の振れが抑制され、シェービング後の鋼線材１の凸凹が小さくなり、この点からも刃先２ａの欠け発生を抑制する効果が向上したものと考えている。また、凸凹が小さくなることは、当然、シェービング後の鋼線材１の表面の平滑性を確保する点からも有利に働く。また、上述したように、上記両条件を満足可能な削り取り量が広範囲に亘るため、所定の大きな削り取り量を達成させる作業効率が向上する。

なお、上記実験においては、シェービングダイス２の刃先２ａの材質として、超硬に関して説明したが、これに限定されるものではなく、高速度工具鋼やセラミックスも好適であり、上記同様の結果（上記両条件を満足する結果）が得られる。また、上記実験においては、シェービングダイス２の刃先２ａの逃げ角θｎが２．５度の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、逃げ角θｎは０〜５度の範囲において、上記同等の結果（上記両条件を満足する結果）が得られる。また、上記実験においては、鋼線材１の外径がφ８ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本願発明は鋼線材１の外径がφ０．５ｍｍ〜φ１０００ｍｍの広範囲に適用可能である。また、上記実験においては、鋼線材１の送り速度として、８０ｍ/ｍｉｎの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本願発明は１０ｍ/ｍｉｎ〜２００ｍ/ｍｉｎの広範囲に適用可能である。

また、上記実験においては、図１に示すように、シェービング時にシェービングダイス２が鋼線材１の送り方向に１個だけ設置され場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、シェービング工具として、シェービングダイス２が鋼線材１の送り方向に複数設置され、この複数のシェービングダイス２の互いの軸心が共通になるように構成し、この複数のシェービングダイス２の刃先２ａの内径ｄが、鋼線材１の送り方向に向かって漸次減少するように構成することも可能である。このようなシェービング工具を用いてシェービングを行なう場合は、鋼線材１の表面の平滑性を確保可能であるばかりか、シェービング工具に鋼線材１を高速な送り速度で１回通すだけで、鋼線材１の表面層から所定量の大きな削り取り量を確保可能であるため、顕著な作業効率を齎す。

１鋼線材
２シェービングダイス
２ａ刃先
θｓすくい角
θｎ逃げ角
ｄ刃先の内径

Claims

鋼線材の表面層を削り取るためのシェービングダイスを備えたシェービング工具であって、このシェービングダイスの刃先は、超硬、高速度工具鋼およびセラミックスのいずれかの材質からなり、前記鋼線材の表面層から削り取る所定の削り取り量と削り取った後に許容される前記鋼線材の表面粗さおよび前記刃先に要求される所定寿命に応じて、前記刃先のすくい角θｓが０〜−３０度の範囲に形成されたことを特徴とするシェービング工具。
前記刃先のすくい角θｓは、−２〜−３０度で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。
前記刃先のすくい角θｓは、−５〜−３０度で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。
前記刃先の逃げ角θｎは、０〜５度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシェービング工具。
前記シェービングダイスが前記鋼線材の送り方向に複数設置され、この複数のシェービングダイスの互いの軸心が共通になるように構成され、前記複数のシェービングダイスの刃先の内径ｄが、前記鋼線材の送り方向に向かって漸次減少することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシェービング工具。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のシェービング工具を用いて、鋼線材の表面層を削り取るシェービング方法であって、前記鋼線材の表面層を削り取った後の表面粗さが許容値内となるとともに、シェービングダイスの刃先に要求される所定寿命を満足するように、シェービングダイスの刃先を前記鋼線材の表面層に対して所定量切り込むように制御したことを特徴とする鋼線材のシェービング方法。