JP2016013586A - 切削工具の製造方法及び切削工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の切削工具1の製造方法は、切削工具1の基となる母材に対して、すくい面5を形成する「すくい面形成ステップ」と、切削工具1の基となる母材に対して、逃げ面4を形成する「逃げ面形成ステップ」と、形成された逃げ面4とすくい面5とが交差した部位に、チャンファー2を形成する「チャンファー形成ステップ」と、チャンファー2と逃げ面4との間に、R面3を形成する「R面形成ステップ」と、を有し、R面形成ステップにて形成されるR面3の半径の値であるR値を算出する「R値算出ステップ」を備える。
【選択図】図2
Description
ところで、このような切削加工においては、切削工具の摩耗状況によって、製造される製品の品質が低くなる虞がある。例えば、被加工材との摩擦により、切削工具の先端部(刃先)が欠損してしまい、加工面の寸法精度が低下してしまう虞がある。また、切削工具の先端部が欠損したことを知らずに、被加工材を切削加工してゆくと、切削工具の先端部に過剰に負荷を与えるようになり、切削工具全体に過大な負荷がかかって損傷してしまう虞がある。
先端部にR面が形成された切削工具を製造する技術としては、例えば、特許文献1〜特許文献3に開示されているようなものがある。
特許文献1には、1つ又は複数の歯を具備し、各歯がすくい面が形成された先端と2つの側面と主切刃と2つの側刃とを有し、各刃が刃の半径を有している、金属切削用工具であって、主切刃が研摩処理によりつくり出された大きな半径を有し、側刃が前記研摩処理に続く主切刃に最も近い側面の少なくとも一部の平滑な研削によってつくり出された小さな半径を有している金属切削用工具が開示されている。
すなわち、特許文献1、2の技術には、先端部(刃先)に、規定のR面を形成した切削工具及びその製造方法が開示されているが、R面を形成するにあたっては、切削加工時の
切削条件や被加工材の材質などが考慮されておらず、切削条件や被加工材の材質が異なると切削加工が良好に行えない虞がある。
本発明の切削工具の製造方法は、切削工具の基となる母材に対して、すくい面を形成する「すくい面形成ステップ」と、前記切削工具の基となる前記母材に対して、逃げ面を形成する「逃げ面形成ステップ」と、前記すくい面と前記逃げ面との間に、R面を形成する「R面形成ステップ」と、を有し、前記R面形成ステップにて形成される前記R面の半径の値であるR値を算出する「R値算出ステップ」を備えることを特徴とする。
好ましくは、前記R面形成ステップでは、噴射型ラップ装置を用いて前記R面を形成するとよい。
本発明の切削工具は、上記の切削工具の製造方法により製造されることを特徴とする。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、切削工具1のうち、回転切削工具のドリルを例に挙げて説明するが、ドリルは一つの例であり、被加工材に対して研磨又は研削する切削工具1(切削バイトやフライスなど)であれば、特に限定しない。
図1は、ドリル1を模式的に示した図であり、図2は、本発明の切削工具1の製造方法で製造されたドリル1のチャンファー2(刃先面)を拡大して示した図である。また、図3は、本発明の切削工具1の製造方法を示すフローチャートである。図4は、切削工具1の切削長さと摩耗幅との関係(切削予備実験の結果)を示した図である。
図1に示すように、切削加工用のドリル1は、被加工材に対して切削加工を行う刃先(切刃部)が先端に形成され、切削加工を行ったあとの切り屑を外部に排出する螺旋状の溝部6が先端〜中途部にかけての外周面に形成されている。また、螺旋状の溝部6の両端に、マージン部7が形成され、ドリル1の中途部から基端部にかけて、工具ホルダに取付可能とされるシャンク部8が形成されている。
本発明は、図1に示すような切削工具1の製造方法に関するものであり、その製造方法は、ドリル1(切削工具)の基となる母材に対して、すくい面5を形成する「すくい面形成ステップ」と、ドリル1の基となる母材に対して、逃げ面4を形成する「逃げ面形成ステップ」と、形成された逃げ面4とすくい面5とが交差した部位に、チャンファー2を形成する「チャンファー形成ステップ」と、チャンファー2と逃げ面4との間に、R面3を形成する「R面形成ステップ」と、を有し、R面形成ステップにて形成されるR面3の半径の値であるR値を算出する「R値算出ステップ」を備える。
また、「R値算出ステップ」においては、切削予備試験を行ってR値を算出するものとし、切削予備試験に用いるドリル(切削工具)は、予め用意しておいた、R面未形成のドリルを用いる。
なお、以降の本実施形態の説明において、R面形成前のドリルをベースドリル1aと呼び、R面形成後のドリルを加工ドリル1b(本願発明のドリル)と呼び、切削予備試験に用いるドリルを切削予備試験用ドリル1c(単に、試験用ドリル1c)と呼ぶこととする。
次に、逃げ面形成ステップ(S2)において、溝部6が形成された母材の先端を、所定の角度(例えば、先端角が118°,130°など)を有した先細るテーパ形状に加工する。このように、母材の先端に形成されたテーパ状の傾斜面が、逃げ面4とされる。
図1に示すように、ここまでの3ステップにて、ベースドリル1aの概要となる形状(チャンファー2、逃げ面4、すくい面5(溝部6)、マージン部7など)が母材に形成される(図1及び図2上側のB拡大断面図参照)。
続いて、チャンファー2の端部に対して研磨加工する、すなわち本発明の特徴であるチャンファー2と逃げ面4との間にR面3を形成する「R面形成ステップ」及び、そのR面形成ステップに必要な目標R値を算出する「R値算出ステップ」について説明する。
R値算出ステップ(S4)においては、別に用意した試験用ドリル1c(R面形成前の切削工具1)を用いて切削予備試験を行う。切削予備試験として、例えば、未研磨、未コーティング且つ未切削のベースドリル1aを、切削予備試験用に一つ用意し、所定の切削条件にて被加工材を切削する。なお、切削予備試験時の被加工材及び切削条件は、以降に製造する加工ドリル1bが適用可能とされるものと同じ条件とすることが望ましい。
図4は、切削予備試験の結果、すなわち所定の切削長さ毎に摩耗幅を測定した値(●印)をまとめたものを示した図であり、予備試験における切削工具1の切削長さと摩耗幅との関係を示したものである。
ここで、「定常摩耗」の判断方法について、説明する。
これら測定値より、切削長さは増加しているが、摩耗幅が増加せず一定の範囲内を推移する測定値、例えば図4に示す測定値の(A+1)点以降の数点(A点〜A+5点)を抽出する。抽出したA点〜A+5点のデータでは、摩耗幅が増加しないため、少なくとも(A+1)点以降は、「定常摩耗」に移行したと判断することができる。
以上より、測定点のA点〜B点の間の摩耗幅を「定常摩耗」の範囲と判断し、測定値のA点より前の摩耗幅を「初期摩耗」と判断する(原点〜A点の間)。
上記した試験用ドリル1cを用いて切削予備試験を行った摩耗幅の結果(R値算出ステップ)により、定常摩耗時にチャンファー2と逃げ面4との間に形成されるR面3の半径(R値)を算出する。
、最も切削長さの値が小さい箇所の摩耗幅である測定値のA点を抽出する。その抽出したA点における試験用ドリル1cに形成されるR面3の半径を算出し、その半径を加工ドリル1bに形成するR面3の目標R値とする。
なお、定常摩耗に移行した直後の測定値(A点)を用いてR値を求めることが好ましいが、摩耗幅がほぼ一定である定常摩耗の範囲内(例えば、A点〜A+5点)であれば、いずれの測定値を用いてR値を求めてもよい。
これら噴射型ラップ装置を用いることで、逃げ面4及びすくい面5における摩擦低減効果も期待できる。また、これら噴射型ラップ装置を用いるときは、噴射される研磨メディアがチャンファー2(切刃の部分)に当たるように噴射位置を調整することが好ましい。
なお、研磨された加工ドリル1bのR値の許容範囲は、目標R値の±20%の範囲内とする。さらに好ましくは、目標R値の±15%の範囲内であるとよい。
そして、成膜処理ステップ(S6)においては、チャンファー2と逃げ面4との間にR面3が形成された加工ドリル1bに対して、硬質皮膜の表面処理を行う。例えば、AIP装置(アークイオンプレーティング装置)を用いて表面処理を行う。
[実験例]
次に、以上述べた本発明の切削工具1の製造方法の実験例について、説明する。
図5に示すように、本発明の切削工具1の製造方法を用いて製造した加工ドリル1bを12本用意し(実施例1〜実施例12)、その比較例としてのドリルを8本用意した(比較例13〜比較例20)。
本実験例は、始めに試験用ドリル1cを用いて、切削予備試験(R値算出ステップ)を行い、その後ベースドリル1aのチャンファー2と逃げ面4と間にR面3を形成して加工ドリル1bとし(R面形成ステップ)、そのR面3が形成された加工ドリル1bの耐摩耗性を確認するための切削加工試験(本試験)を行った。
・ 被加工材:S50C、SCM440(2種類の鋼材)
・ 板厚:60mm
・ ベースドリル:住友電工ハードメタル(株)製、マルチドリル(登録商標)、
型番:MDS085SG、直径φ8.50、材質Al、ノンコート
・ 切削速度:35m/min、75m/min(2種類の速度)
・ 刃送り:0.24mm/REV
・ 孔深さ:23mm(ドリル1の先端から)
以上の切削条件より、試験用ドリル1cを用いた切削加工実験、すなわち切削予備試験(R値算出ステップ)を行った。
そして、測定した摩耗幅が変動しなくなった、すなわち摩耗幅が一定となったとされるときの測定値(例えば、図4の(A+1)の点)と、その直前の測定値(図4のA点)から、摩耗幅が一定となったとされる直前の測定値(図4のA点)を、試験用ドリル1cの定常摩耗の開始点とし、その開始点のR値を加工ドリル1bのチャンファー2と逃げ面4と間に形成されるR面3の目標R値とする。
詳しくは、本実験例においては、光学顕微鏡の倍率を200倍に設定し、且つその光学顕微鏡の対物レンズを、チャンファー2(刃先)近傍の逃げ面4と略平行になるように設置する。その試験用ドリル1cに形成されているチャンファー2(刃先)近傍の逃げ面4(両刃)を撮像し、その逃げ面4の画像から、最大摩耗幅を計測してそれらの平均を算出し、その平均値を摩耗幅とする。なお、摩耗はチャンファーではなく、切れ刃に近い逃げ面上で生じる。
以下に、本実験例におけるR値の測定方法の概要を示す。
[R値の測定方法]
・ 観察装置:alicona社製、InfiniteFocus(全焦点3D表面形状測定装置)
・ 測定倍率:20倍
・ 撮像位置:試験用ドリル1cのチャンファー2と平行な位置から、チャンファー2・逃げ面4・すくい面5・マージン部7の4箇所を測定する。
・ 測定方法:チャンファー2を約40μm含んだ矩形範囲での平均プロファイルを表示し、チャンファー2(刃先)と逃げ面4のなす角度から、R値を測定する。マージン部7側2箇所のチャンファー2の平均を求め、その平均値から加工ドリル1bの目標R値とする。
[切削予備試験]
・ 切削予備試験1
被加工材:S50C
切削速度:35m/min
定常摩耗に移行したときの穿孔数:900孔
測定したR値(目標R値):18μm
・ 切削予備試験2
被加工材:S50C
切削速度:75m/min
定常摩耗に移行したときの穿孔数:500孔
測定したR値(目標R値):27μm
・ 切削予備試験3
被加工材:SCM440
切削速度:35m/min
定常摩耗に移行したときの穿孔数:700孔
測定したR値(目標R値):24μm
・ 切削予備試験4
被加工材:SCM440
切削速度:75m/min
定常摩耗に移行したときの穿孔数:300孔
測定したR値(目標R値):29μm
そして、目標R値を基に、ベースドリル1aのチャンファー2と逃げ面4と間にR面3を形成して加工ドリル1bに加工する(R面形成ステップ)。チャンファー2と逃げ面4と間に目標R値のR面3を形成するにあたっては、噴射型ラップ装置にて、30秒間チャンファー2の端部を研磨し、その後3次元表面形状測定装置でチャンファー2と逃げ面4と間に形成されたR面3のR値を測定する。そして、上記したチャンファー2の研磨と研磨後のR値の測定を、R面3のR値が目標R値になるまで繰り返す。
[R面形成方法]
・ 噴射型ラップ装置:(株)ヤマシタワークス製、AEROLAP(登録商標)
型番:YT−100
・ 使用メディア:マルチコーン(研磨砥粒を複合させた研磨材)、粗さ:♯3000
・ コンベア速度:100m/min
・ R面形成条件:チャンファー2が、メディア噴射口に対して垂直な方向、且つそのメディア噴射口から10mm離れた位置に配備する。
続いて、目標R値となったR値を有するR面3が形成された加工ドリル1bの表面に対して、AIP装置にてコーティングを行った(成膜処理ステップ)。
以下に、本実験例の成膜処理ステップに用いられる成膜条件の概要を示す。
[成膜条件]
・ 成膜処理装置:(株)神戸製鋼所製、アークイオンプレーティング装置
(型番)AIP−SS002
・ 使用ターゲット:Ti50Al50、1枚
・ 成膜時間:30分
・ アーク電流:150A
・ バイアス電圧:−30V
そして、表面処理された加工ドリル1bの切削試験(本試験)を行った。
図5の実施例1〜実施例12は、本発明の切削工具1の製造方法を用いて製造した加工ドリル1bである。
一方、図5の比較例13、比較例14は、本発明の切削工具1の製造方法を用いて製造した加工ドリル1bではあるが、比較のために意図的にR面3のR値(目標R値との差が大)を変化させてコーティングを施したものである。
以下に、加工ドリル1bと比較対象のドリルの切削試験における切削条件の概要を示す
。
[切削条件(耐摩耗性確認)]
・ 被加工材:S50C、SCM440(2種類の鋼材)
・ 板厚:60mm
・ ドリル(実施例、比較例の基となる):住友電気工業(株)製、マルチドリル(登録商標)、型番:MDS085SG、直径φ8.50、材質Al、ノンコート
・ 切削速度:35m/min、75m/min(2種類の速度)
・ 刃送り:0.24mm/REV
・ 孔深さ:23mm(ドリル1の先端から)
・ 評価条件:1500孔を穿孔した後のドリル1の逃げ面4における超硬の最大露出幅(二つのR面3の平均)
図5の実施例1において、切削予備試験1より目標Rを20μmとし、チャンファー2と逃げ面4との間にR面3を形成した。そして、実施例1の加工ドリル1bの切削速度を35m/minとし、S50Cの被加工材に対して切削試験を行った。1500孔穿孔後の最大摩耗幅が13μmと少なく、良好の結果が得られた(○印)。また、図5の実施例2,3の加工ドリル1bも、実施例1と同様な手順を経て切削試験を行った結果、最大摩耗幅が15μm,14μmと少なく、良好の結果が得られた(○印)。
とが分かった(×印)。
以上述べたように、試験用ドリル1cを用いて、チャンファー2と逃げ面4との間に形成するR面3の基となる目標R値を算出する切削予備試験を行い、得られた目標R値を基に最適なR値を設定することで、切削加工に良好なR面3を加工ドリル1bに形成することができる。そして、このように製造された加工ドリル1bは、最大摩耗幅が極めて小さく、且つ長寿命とされるものである。
例えば、本実施形態においては、一定の平面を有するチャンファー2と逃げ面4との間にR面3を形成するものとして説明したが、チャンファー2がペン先のように鋭利に尖った形状、すくい面5と逃げ面4とが直接接する形状であっても本願発明は適用可能である。すなわち、すくい面5と逃げ面4との間にR面3を形成してもよい。
1a ベースドリル(R面形成前)
1b 加工ドリル(R面形成後)
1c 切削予備試験用ドリル
2 チャンファー
3 R面
4 逃げ面
5 すくい面
6 溝部
7 マージン部
8 シャンク部
Claims (6)
- 切削工具の基となる母材に対して、すくい面を形成する「すくい面形成ステップ」と、
前記切削工具の基となる前記母材に対して、逃げ面を形成する「逃げ面形成ステップ」と、
前記すくい面と前記逃げ面との間に、R面を形成する「R面形成ステップ」と、を有し、
前記R面形成ステップにて形成される前記R面の半径の値であるR値を算出する「R値算出ステップ」を備えることを特徴とする切削工具の製造方法。 - 切削工具の基となる母材に対して、すくい面を形成する「すくい面形成ステップ」と、
前記切削工具の基となる前記母材に対して、逃げ面を形成する「逃げ面形成ステップ」と、
形成された前記逃げ面と前記すくい面とが交差した部位に、チャンファーを形成する「チャンファー形成ステップ」と、
前記チャンファーと前記逃げ面との間に、R面を形成する「R面形成ステップ」と、を有し、
前記R面形成ステップにて形成される前記R面の半径の値であるR値を算出する「R値算出ステップ」を備えることを特徴とする切削工具の製造方法。 - 前記R値算出ステップにおいては、切削予備試験を行って前記R値を算出するものとし、
前記切削予備試験に用いる切削工具は、R面未形成のものを用いる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の切削工具の製造方法。 - 前記R面形成ステップでは、噴射型ラップ装置を用いて前記R面を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の切削工具の製造方法。
- 前記R面形成ステップの後に、前記切削工具に対して表面処理を行う「成膜処理ステップ」を備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の切削工具の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載された切削工具の製造方法により製造された切削工具。
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