JP2017132025A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 切削効率が高く、工具剛性が高く、且つ寿命が長い切削工具の提供。【解決手段】 横断面が回転対称形の超硬合金製の工具本体Ａを備え、工具本体Ａの外面に外周軸線方向に走る４本以上の外刃２を備え、前記外刃２の回転方向にすくい面２ｂを有する切削工具であって、前記外刃２のすくい面２ｂは、０．０１５ｍｍ以上であって且つ前記工具本体Ａの直径の１５％以下の高さに設定されている切削工具。【選択図】 図１

Description

本発明は、超硬合金の直彫り加工を高効率に行える切削工具に関するものである。

超硬合金の直彫りを行う切削工具は、工作機械のチャックに保持されて対象品に直接接触し精密に削る機能を果たす。
この様に、精密な切削が行われることによって、例えば、ベベルギヤなどの複雑な形状の製品であっても削り出すことが可能となる。
超硬合金に用いられる切削工具の母材となる超硬合金は、例えば、タングステンと炭化タングステンに、コバルトやニッケルなどの結合材とチタンやタンタルなどを適宜混合してプレスし、それを１４５０℃から１５００℃で焼結処理を行うことにより製造される。

超硬合金は、上記のように粉末金属を焼結して製造するため、超硬合金製の加工対象に対する切削は、溶解して製造する金属製の加工対象と比較して加工効率が低下することが否めない。
殊に、φ２０ｍｍを超える比較的大型の冷間鍛造用超硬合金金型の直彫り加工などについては、加工量が必然的に増大するため、高価な超硬合金製切削工具の消耗が激しく、工具費が嵩み高コストであることが実用化及び普及の阻害要因となっている。

そもそも、切削理論は、加工対象よりも切削工具が２倍程度以上硬いという前提で成り立っている。
その様な前提の下、超硬合金製の加工対象を同じ超硬合金製切削工具で加工する場合は、切削条件が少しでも低下すれば、切削工具自体が加工対象によって加工されるという現象が生じる。

その様な実情において、従来、例えば、下記特許文献に示す様に、高硬度材を高速で切削する用をなす種々のエンドミルが紹介され、なかには、超硬合金を母材とした上で、耐摩耗性や潤滑性の向上を目的としたコーティングが施されているものも存在する（例えば下記特許文献２参照）。

特開平１０−１１３８０８号公報 特開２０１５−０８５４６２号公報

しかしながら、従来の工具は、切込量を高めるためにすくい面を大きくする傾向があり、工具剛性を低下させ、割れや欠けが生じる原因となっている。
また、前記の如くコーティングが施された超硬合金製の切削工具は、比較的高価であるにも関わらず、すくい面のコーティングの剥離が切削能率に大きな影響を与えるために、当該すくい面及び逃げ面のコーティングの剥離をもって、早期に工具の寿命が到来するという実態があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、切削効率が高く、工具剛性が高く、且つ寿命が長い切削工具の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による切削工具は、横断面が回転対称形の超硬合金製の工具本体を備え、工具本体の外面に外周軸線方向に走る４本以上（好ましくは６本以上）の外刃を備え、前記外刃の回転方向にすくい面を有する切削工具であって、前記外刃のすくい面は、０．０１５ｍｍ以上であって且つ前記工具本体の直径の１５％以下（好ましくは１０％以下）の高さに設定されていることを特徴とする。

上記課題を解決するための作用効果をより高めるべく、本発明による切削工具は、上記構成に、前記外刃を、前記軸からの最短距離に比例した刃幅に設定し、前記すくい面は、前記軸からの最長距離の位置において軸直交方向に切り立たせ又は前記外刃に挟まれた領域を粗面とする構成を加えることができる。
また、本発明による切削工具は、先端部の軸方向断面を円弧状とし且つ前記外刃の先端部に前記工具本体の先端部に沿う円弧状の底刃を備える構成、前記工具本体の軸方向後部に軸方向前部より小径の逃げ部を備える構成又は前記工具本体の先端に凹部を備える構成を加えることもできる。

本発明による切削工具によれば、本発明による切削工具は、横断面が回転対称形の超硬合金製の工具本体を備え、工具本体の外面に外周軸線方向に走る４本以上の外刃を備えているので、加工効率の向上と耐用期間の長期化（従来の数倍）を図ることができる。
また、前記外刃のすくい面は、０．０１５ｍｍ以上であって且つ前記工具本体の直径の１５％以下（好ましくは１０％以下）の高さに設定されているので、切削工具の剛性を高めることが出来る。

更に、前記外刃を前記軸からの最短距離に比例した刃幅に設定することによって、前記外刃に、同回転量に対する周速の相違に応じた剛性を負荷することが出来、前記すくい面を、前記軸からの最長距離の位置において軸直交方向に切り立たせることによって、良好な切削効率を維持しつつすくい面の劣化を抑制することができる。
殊に、精密加工における超硬合金の前記外刃一条単位切削当たりの切削が、一般的なコーティング膜圧の０．０１５〜０．０２０ｍｍで行われ、その際の前記外刃一条単位切削当たりの送り量が０．０２ｍｍ程度である場合には、その効果は顕著である。

加えて、本発明による切削工具における前記外刃に挟まれた領域を粗面とすれば、切削くずの付着を抑制することができる他、消耗した工具を電着により人口ダイヤモンドパウダーを接着させることで、電着砥石として再生することが出来る。
また、本発明による切削工具は、先端部の軸方向断面を円弧状とし且つ前記外刃の先端部に前記工具本体の先端部に沿う円弧状の底刃を備える構成、前記工具本体の軸方向後部に軸方向前部より小径の逃げ部を備える構成又は前記工具本体の先端に凹部を備える構成を採ることによって、切削工具の加工に寄与しない領域と加工対象との干渉を回避することができる。

本発明による切削工具の一例を示す要部斜視図である。 本発明による切削工具の工具本体一例を示す写真である。 本発明による切削工具の工具本体一例を示す写真である。 本発明による切削工具の一例を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図及び（Ｃ）Ａ−Ａ矢視断面図である。 本発明による切削工具の一例を示す（Ａ）正面図（９０°回転）、（Ｂ）平面図及び（Ｃ）Ｂ−Ｂ矢視断面図である。 本発明による切削工具の一例を示す図５の（Ａ）Ｃ−Ｃ矢視断面図、（Ｂ）Ｄ−Ｄ矢視断面図、（Ｃ）Ｅ−Ｅ矢視断面図、（Ｄ）Ｆ−Ｆ矢視断面図及び（Ｅ）背面図である。 本発明による切削工具の例を示す正面図である。 本発明による切削工具の一例を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。 本発明による切削工具の一例を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。 本発明による切削工具での切削痕の一例を示す写真である。 本発明による切削工具での切削痕の一例を示す写真である。

以下、本発明による切削工具の実施の形態であるエンドミルを、図面に基づき詳細に説明する。
図１乃至図６に示す例は、横断面が回転対称形（この例では球状）の工具本体Ａと、切削装置の回転チャックに装着されるシャンクＢを備える超硬合金製の切削工具である。

この例の工具本体Ａは、工具本体Ａの幹となるボディー１と、当該ボディー１の表面に凸設された外刃２を備える。
この例の前記ボディー１は、全体として球状であり、軸方向後方に前記シャンクＢの先端が一体的に連続する。
この例の前記ボディー１は、全長にわたって横断面が円形状であり且つ軸方向先端部を含む前部及びその後方に連続する後部の軸方向断面が略対称的な円弧状となるように成形された結果、前記軸方向後部は、軸方向前部より小径の後方逃げ部１ｃとして機能する。

本発明による切削工具は、前記工具本体Ａの全面にわたって略均一に０．０１５ｍｍから０．０２５ｍｍのコーティング層（図示省略）を備える構成としてもよい。
コーティング層は、例えば、TiN（窒化チタン）、TiAlN（窒化アルミニウムチタン）、CrN（窒化クロム）、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）、TiCN（炭窒化チタン）、TiSiN（窒化チタンシリコン）、DIA（ダイヤモンドコーティング）などの薄膜を、真空蒸着などで形成したものが挙げられる。
この様な薄膜を前記工具本体Ａの表面につけることで、前記工具本体Ａの加工対象との接触部の硬度、耐久力、切削速度、寿命、切れ味、面精度をより高い水準で維持することができる。

前記外刃２は、前記工具本体Ａの外面に、前記ボディー１の表面及び軸線に沿って等間隔（等角度間隔）に６本配置されている。
前記外刃２の先端部は、前記ボディー１の先端部に沿い軸方向前方に向かって円弧状を呈する底刃２ａとなり、当該工具本体Ａの先端は、前記底刃２ａが除かれて陥没した先端逃げ部１ｂが形成される。
この例の外刃２は、各外刃２の全長にわたって０．１ｍｍの均等な高さを有し、回転方向に面するすくい面２ｂ、回転の遠心方向に面する逃げ面２ｃ及び半回転方向に面する送り面２ｄをもって、台形状の断面が与えられている。
尚、前記外刃２の高さは、前記工具本体Ａの直径の１０％以下の高さに設定することが望ましい。

前記外刃２は、前記軸からの最長距離にある０．０１５ｍｍから０．０２５ｍｍ領域において軸直交方向に切り立った前記すくい面２ｂを備えると共に、当該すくい面２ｂの内縁から前記ボディー１の表面に向って同じ傾きの対向傾斜面又は湾曲した対向傾斜面を備える。
また、前記外刃２は、逃げ角が２０度以下の前記逃げ面２ｃを備えると共に、当該逃げ面２ｃの後縁から前記ボディー１の表面に向って反回転方向へ同じ傾きで傾斜する前記送り面２ｄ又は湾曲した送り面２ｄとして備える。

前記外刃２は、前記軸からの最短距離に比例した刃幅を有する。
即ち、当該切削工具の軸から軸直交方向への距離が遠いほど広い刃幅を有し、それに合わせて、前記すくい面２ｂ、逃げ面２ｃ及び送り面２ｄの幅を広く取り、当該切削工具の軸から軸直交方向への距離が近いほど狭い刃幅を有し、それに合わせて、前記すくい面２ｂ、逃げ面２ｃ及び送り面２ｄの幅を狭くする。
前記外刃２の刃高（ボディー１の表面からすくい面２ｂの最高位までの高さ）も、それらの面と同様に、前記軸からの最短距離に比例した刃高とすることができ、最も刃高が低い前記工具本体Ａの先端から前記外刃２及び前記ボディー１を切欠してなる平坦部（例えば図７（Ａ）参照）又は凹部（例えば図７（Ｂ），（Ｃ）参照）を設けることもできる。

この例は、前記外刃２，２に挟まれた凹部領域（この例では前記ボディー１の表面）１ａを備える。
前記凹部領域１ａは、例えば、平坦（図２参照）に仕上げることもできる他、不均一な切削や摩擦が施されたような粗面（図３参照）に仕上げることができる。
この様な粗面加工を施すことによって、切削くずの付着が抑制される他、当該切削工具の前記外刃２が磨耗した後に球状の前記ボディー１が残ることを利用して、当該凹部領域１ａの粗面に対して電着等の手段でダイヤモンドパウダーを付着させ、電着砥石として利用することも出来る。

上記例の変形例として、円周状の底刃を設けない構成（図８参照）や、後方逃げ部を設けない構成（図８及び図９参照）を採ることができる。
その際、ボディー形状の選択によっては、円筒状などの回転体ボディーを採用し且つ比較的刃高の低い外刃を採用することによって、磨耗後に残るボディーを、前記電着砥石等のベースとして利用することができる。

前記工具本体Ａが球状であって、当該工具本体Ａの表面に略均一な高さの非螺旋形状の外刃２を備え、先端部に切り屑を排出するための先端逃げ部１ｂを備える図２に示す切削工具を使用して実際に切削を行った例を図１０及び図１１に示す。
図１０は切削後に生じる溝の状態を、当該溝の長手方向に向けて立体的に撮影した写真である。
加工箇所の表面を仔細に見ると、この例によれば、加工時において、工具の回転に沿ったツールマーク（加工痕）が生成される切削状態となっていることがわかる。

図１１は、連続して溝加工を行った超硬合金ブロックの一部を工学的に撮影したものである。
加工は、写真上位から順に進めていったが、この様に超硬合金に対し比較的広範囲にわたる連続加工を行った際にも、上下溝の切削状態に変化が観られないことから、当該切削工具の切削状態が高い水準で安定していることがわかる。

Ａ 工具本体，Ｂ シャンク，
１ ボディー，１ａ 凹部領域，１ｂ先端逃げ部，１ｃ 後方逃げ部，
２ 外刃，２ａ 底刃，２ｂ すくい面，２ｃ 逃げ面，２ｄ 送り面，

Claims (7)

1. 横断面が回転対称形の超硬合金製の工具本体を備え、
   工具本体の外面に外周軸線方向に走る４本以上の外刃を備え、
   前記外刃の回転方向にすくい面を有する切削工具であって、
   前記外刃のすくい面は、０．０１５ｍｍ以上であって且つ前記工具本体の直径の１５％以下の高さに設定されている切削工具。
2. 前記工具本体の軸方向後部に、軸方向前部より小径の逃げ部を備えることを特徴とする前記請求項１に記載の切削工具。
3. 前記外刃は、前記軸からの最短距離に比例した刃幅に設定されていることを特徴とする前記請求項１又は請求項２のいずれかに記載の切削工具。
4. 前記外刃に挟まれた領域を粗面とすることを特徴とする前記請求項１乃至請求項３に記載の切削工具。
5. 前記すくい面は、前記軸からの最長距離の位置において軸直交方向に切り立っていることを特長とする前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の切削工具。
6. 前記工具本体の先端に凹部を備えることを特徴とする前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の切削工具。
7. 前記工具本体は、先端部の軸方向断面が円弧状であり、
   前記外刃の先端部に前記工具本体の先端部に沿う円弧状の底刃を備えることを特徴とする前記請求項１乃至請求項６に記載の切削工具。