JP2021058941A

JP2021058941A - 回転切削工具

Info

Publication number: JP2021058941A
Application number: JP2019183013A
Authority: JP
Inventors: 匠諸冨; Takumi Morotomi; 博規中; Hironori Naka
Original assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: JP7023263B2; WO2021066046A1

Abstract

【課題】刃先形状を変えることなく切粉を微細化することができ、かつ切削性能や加工精度を維持することができる回転切削工具を提供する。【解決手段】回転切削工具１は、軸状のシャンク２の先端にチップ３が固着された回転切削工具１である。チップ３は、切刃３１と、切刃３１から延びるすくい面３２と、を有し、すくい面３２における切刃３１の近傍に、粗面化された粗面領域３４が形成されている。この回転切削工具１では、すくい面３２における切刃３１の近傍に粗面領域３４が形成されていることで、切粉が微細化される。これにより、刃先形状を変えることなく切粉を微細化することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、軸状のシャンクの先端に超硬質材料からなるチップが固着された回転切削工具に関する。

従来から、軸状のシャンクの先端に超硬質材料からなるチップが固着された回転切削工具が知られている。このような回転切削工具を用いて被加工物を加工すると、切刃により切削された切粉は、すくい面から離れる方向にカールして延びていく。しかしながら、切粉が長く延びると、切粉が回転切削工具に絡みついたり、切粉が切刃に噛み込んで加工面が荒れたりする。このため、切粉の微細化が求められる。特に、アルミ合金の被加工物を加工する際は、切粉の微細化が強く求められる。そこで、特許文献１には、刃先に丸め処理を施した回転切削工具が記載されている。この回転切削工具では、刃先の部分に生成される切粉は、その丸められた部分の作用によって、生成すると直ぐに、即ち極めて短いうちに折られる。これにより、切粉が微細化される。

特開２００６−２８１４１１号公報

特許文献１に記載された回転切削工具は、切粉を微細化することができる反面、刃先に丸め処理を施すことにより刃先形状が変わってしまい、切れ味が悪くなるという問題がある。これにより、加工速度の低下や加工精度の低下を招くという問題がある。

そこで、本発明は、刃先形状を変えることなく切粉を微細化することができ、かつ切削性能や加工精度を維持することができる回転切削工具を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、すくい面における切刃の近傍に粗面領域を形成することで、切粉が微細化されるとの知見を得た。本発明は、このような知見に基づきなされたものである。

すなわち、本発明に係る回転切削工具は、軸状のシャンクの先端にチップが固着された回転切削工具であって、チップは、切刃と、切刃から延びるすくい面と、を有し、すくい面における切刃の近傍に、粗面化された粗面領域が形成されている。

この回転切削工具では、回転させて被加工物を切削すると、切刃により切削された切粉は、すくい面から離れる方向にカールしつつ、粗面領域に圧接される。このとき、切粉に、粗面領域との間に大きな摩擦抵抗が発生して、切粉の生成速度と粗面領域上を流れる切粉の速度とに差を生じさせ、切粉に歪を生じさせることにより、切粉が折れて微細化される。これにより、刃先形状を変えることなく切粉を微細化することができ、かつ切削性能や加工精度を維持することができる。しかも、切粉が粗面領域に圧接されることにより切粉の一部が粗面領域に溶着されることで、切粉と粗面領域との間に発生する摩擦抵抗が大きくなる。これにより、切粉の微細化が更に促進される。

粗面領域の算術平均高さＳａは、０．１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。この回転切削工具では、粗面領域の算術平均高さＳａは、０．１μｍ以上５μｍ以下であるため、切粉と粗面領域との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができるとともに、切粉と粗面領域との間に発生する摩擦抵抗及び粗面領域に溶着した切粉の溶着物が過大になるのを抑制することができる。

切刃から粗面領域の切刃側の先端までの距離は、１０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。この回転切削工具では、切刃から粗面領域の切刃側の先端までの距離が、１０μｍ以上１００μｍ以下であるため、粗面領域が刃先形状に影響を与えるのを抑制しつつ、適切に切粉を粗面領域に圧接させることができる。

粗面領域は、切刃と平行な方向に延びていてもよい。この回転切削工具では、粗面領域が、切刃と平行な方向に延びているため、容易に粗面領域を形成することができるとともに、適切に切粉を粗面領域に圧接させることができる。

粗面領域は、すくい面の端縁まで延びていなくてもよい。この回転切削工具では、粗面領域が、すくい面の端縁まで延びていないため、例えば、すくい面の端縁にランドが形成されている場合等、粗面領域が被加工物に直接当接されるのを抑制して、加工精度が低下するのを抑制することができる。

すくい面に、切刃と垂直な方向に複数の粗面領域が形成されていてもよい。この回転切削工具では、すくい面に、切刃と垂直な方向に複数の粗面領域が形成されているため、切粉を複数回に分けて粗面領域に圧接させることができる。これにより、切粉の溶着物が局所的に増大するのを抑制しつつ、切粉と粗面領域との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができる。

複数の粗面領域の間隔は、８μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。この回転切削工具では、複数の粗面領域の間隔が、８μｍ以上１００μｍ以下であるため、切粉と粗面領域との間に発生する摩擦抵抗が過大となるのを抑制しつつ、切粉を、一つの粗面領域だけでなく複数の粗面領域に圧接させることができる。

粗面領域の切刃と垂直な方向の幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。この回転切削工具では、粗面領域の切刃と垂直な方向の幅が、１０μｍ以上２００μｍ以下であるため、切粉と粗面領域との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができるとともに、切粉と粗面領域との間に発生する摩擦抵抗及び粗面領域に溶着した切粉の溶着物が過大になるのを抑制することができる。

粗面領域は、すくい面に形成された溝により形成されていてもよい。この回転切削工具では、粗面領域が、すくい面に形成された溝により形成されているため、粗面領域を容易に形成することができる。しかも、溝に切粉の溶着物が溜まることで、切粉と粗面領域との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができる。

溝の深さは、１μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。この回転切削工具では、溝の深さが、１μｍ以上２０μｍ以下であるため、切粉と粗面領域との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができるとともに、切粉と粗面領域との間に発生する摩擦抵抗及び粗面領域に溶着した切粉の溶着物が過大になるのを抑制することができる。

本発明によれば、刃先形状を変えることなく切粉を微細化することができ、かつ切削性能や加工精度を維持することができる。

本実施形態に係る回転切削工具の一例を示す正面図である。チップの一例を示す斜視図である。図２に示すチップの一部を示す正面図である。図２に示すチップの一部を拡大した拡大図である。変形例のチップの一部を示す正面図である。変形例のチップの一部を示す正面図である。変形例のチップの一部を示す正面図である。図４に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における一例の断面図である。切削工具の一例を示す斜視図である。実施例１及び比較例１の計測結果を示す表である。実施例１において送り量ｆを０．０５［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。実施例１において送り量ｆを０．１［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。実施例１において送り量ｆを０．２［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。実施例１において送り量ｆを０．４［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。比較例１において送り量ｆを０．０５［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。比較例１において送り量ｆを０．１［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。比較例１において送り量ｆを０．２［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。比較例１において送り量ｆを０．４［ｍｍ／ｒｅｖ］とした場合の切粉の写真である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る回転切削工具を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、本実施形態に係る回転切削工具１は、リーマ、ドリル、エンドミル等の、回転駆動されることにより被加工物に穴あけ加工やミーリング加工を行うための切削工具である。以下では、一例として、回転切削工具１はリーマであるものとして説明する。

回転切削工具１は、軸状のシャンク２と、シャンク２先端に固着された１又は複数のチップ３と、を備える。

シャンク２は、先端が平らな平頭型のシャンクである。シャンク２には、シャンク２の軸線Ａ方向に延びる１又は複数本の切粉排出溝４が形成されている。図面では、シャンク２に２本の切粉排出溝４が形成された場合を示している。

図１〜図３に示すように、チップ３は、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ：Polycrystalline Diamond）、単結晶ダイヤモンド（例えば、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド）、立方晶窒化ホウ素焼結体（ＰＣＢＮ：Polycrystalline Cubic Boron Nitride）等の、極めて高強度でかつ耐摩耗性のある超硬質材料からなっている。チップ３は、シャンク２の先端から突出するように切粉排出溝４に固着されている。切粉排出溝４が複数形成されている場合は、複数の切粉排出溝４のそれぞれにチップ３が固着されている。

チップ３は、被加工物の切削を行うための切刃３１と、切刃３１から延びるすくい面３２と、切刃３１からシャンク２の外周面に沿ってシャンク２の軸線Ａ方向に延びるランド３３と、を有している。切刃３１は、チップ３の先端縁に形成されている。なお、本実施形態では、切刃３１は、チップ３の先端の、シャンク２の半径方向における外側の部分に、シャンク２の軸線Ａに対して傾斜する方向に延びている。

ところで、本発明者らは、切粉の微細化について鋭意検討した結果、すくい面における切刃の近傍に粗面領域を形成することで、切粉が微細化されるとの知見を得た。その理由は定かではないが、本発明者らは、以下のように推察している。

すなわち、穴あけ加工を行った回転切削工具のチップを顕微鏡で観察したところ、チップのすくい面に切粉の一部が溶着しており、この切粉の溶着物は、すくい面における切刃の近傍に集中していた。これは、切粉が、切刃の近傍において一旦すくい面に圧接され、その後、すくい面から離れて行くことを意味している。そこで、本発明者らは、切粉が圧接される切刃の近傍における摩擦抵抗を大きくして、切粉の生成速度とすくい面上を流れる切粉の速度とに差を生じさせ、切粉に歪を生じさせることにより、切粉が折れて微細化されるのではないかと考えた。このような考えの下、すくい面における切刃の近傍を粗面化して穴あけ加工を行ったところ、切刃により切削された切粉が細かく折れて微細化された。その後、更にチップを顕微鏡で観察したところ、切粉の溶着物が、すくい面を粗面化していない場合に比べて増加していた。このような結果から、すくい面における切刃の近傍を粗面化することで、切粉の溶着が促進されて摩擦抵抗が更に大きくなるため、これによっても切粉の微細化が促進されたのではないかと考えた。

このような知見に基づき、本実施形態では、すくい面３２における切刃３１の近傍に、粗面化された粗面領域３４が形成されている。粗面領域３４は、すくい面３２を粗面化した領域であり、すくい面３２の粗面領域３４以外の領域よりも面粗さが粗くなっている。すくい面３２における切刃３１の近傍とは、切刃３１を含まない領域である。つまり、切刃３１には、粗面領域３４が形成されていない。

粗面領域３４の面粗さである算術平均高さＳａは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。すくい面３２における粗面領域３４以外の領域の算術平均高さＳａは、例えば、０．０２μｍ以上０．１μｍ未満である。粗面領域３４の算術平均高さＳａが０．１μｍ以上であることで、切粉と粗面領域３４との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができる。一方、粗面領域３４の算術平均高さＳａが５μｍ以下であることで、切粉と粗面領域３４との間に発生する摩擦抵抗が過大になるのを抑制することができるとともに、粗面領域３４に溶着した切粉の溶着物が過大になるのを抑制することができる。なお、粗面領域３４は切刃３１の近傍に形成されているため、溶着物が過大になると、溶着物が切刃３１まで延びて、切刃３１の切れ味を低下させる可能性がある。このため、粗面領域３４に切粉が溶着するのは好ましいが、この溶着物が過大とならないようにすることも好ましい。

図２〜図４に示すように、すくい面３２における切刃３１の近傍に粗面領域３４が形成されるとは、例えば、粗面領域３４の切刃３１側の先端が、切刃３１から１００μｍまでの位置にあることをいう。この場合、切刃３１から粗面領域３４の切刃３１側の先端までの距離Ｂは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。切刃３１から粗面領域３４の切刃３１側の先端までの距離Ｂが１０μｍ以上であることで、粗面領域３４が切刃３１の形状に影響を与えるのを抑制することができる。一方、切刃３１から粗面領域３４の切刃３１側の先端までの距離Ｂが１００μｍ以下であることで、適切に切粉を粗面領域３４に圧接させることができる。

粗面領域３４は、切刃３１と平行な方向に延びている。つまり、粗面領域３４は、切刃３１と平行な方向に直線状に延びている。粗面領域３４が、切刃と平行な方向に延びていることで、容易に粗面領域３４を形成することができるとともに、適切に切粉を粗面領域３４に圧接させることができる。但し、粗面領域３４は、直線状に延びていなくてもよく、また、切刃３１に対して傾斜する方向に延びていいてもよい。粗面領域３４の切刃３１と平行な方向における長さＦは、特に限定されるものではないが、例えば、切刃３１の長さＧと実質的に同じとしてもよく、切刃３１の長さＧよりも短くしてもよい。実質的に同じとは、全く同じである場合だけでなく、３％程度の違いを許容することを意味する。

粗面領域３４は、すくい面３２の端縁まで延びていない。つまり、粗面領域３４は、ランド３３まで延びていない。粗面領域３４が、すくい面３２の端縁まで延びていないことで、ランド３３に粗面領域３４が形成されないため、被加工物の加工精度が低下するのを抑制することができる。但し、図５に示すチップ３Ａのように、粗面領域３４は、すくい面３２の端縁まで延びていてもよい。なお、図５に示すチップ３Ａは、粗面領域３４がすくい面３２の端縁まで延びていることを除き、チップ３と同じである。

図２〜図４に示すように、すくい面３２には、切刃３１と垂直な方向に、２つの粗面領域３４が形成されている。但し、すくい面３２には、切刃３１と垂直な方向に、１つの粗面領域３４が形成されていてもよく、２以上の複数の粗面領域３４が形成されていてもよい。図６は、すくい面３２に、切刃３１と垂直な方向に１つの粗面領域３４が形成されたチップ３Ｂを示しており、図７は、すくい面３２に、切刃３１と垂直な方向に４つの粗面領域３４が形成されたチップ３Ｃを示している。なお、図６に示すチップ３Ｂ及び図７に示すチップ３Ｃは、粗面領域３４の数が異なることを除き、チップ３と同じである。すくい面３２に、切刃３１と垂直な方向に１つの粗面領域３４が形成されている場合は、粗面領域３４を容易に形成することができる。一方、すくい面３２に、切刃３１と垂直な方向に複数の粗面領域３４が形成されている場合は、切粉を複数回に分けて粗面領域３４に圧接させることができる。これにより、切粉の溶着物が局所的に増大するのを抑制しつつ、切粉と粗面領域３４との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができる。

図２〜図４に示すように、すくい面３２に、切刃３１と垂直な方向に複数の粗面領域３４が形成されている場合、複数の粗面領域３４の間隔Ｃは、例えば、８μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。複数の粗面領域の間隔が８μｍ以上であることで、切粉と粗面領域との間に発生する摩擦抵抗が過大となるのを抑制することができる。一方、複数の粗面領域の間隔が１００μｍ以下であることで、切粉を、一つの粗面領域だけでなく複数の粗面領域に圧接させることができる。

粗面領域３４の切刃３１と垂直な方向の幅Ｄは、例えば、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。すくい面３２に、切刃３１と垂直な方向に複数の粗面領域３４が形成されている場合、この幅Ｄは、一つの粗面領域３４の切刃３１と垂直な方向の幅となる。粗面領域３４の切刃３１と垂直な方向の幅Ｄが１０μｍ以上であることで、切粉と粗面領域との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができる。一方、粗面領域３４の切刃３１と垂直な方向の幅Ｄが２００μｍ以下であることで、切粉と粗面領域３４との間に発生する摩擦抵抗が過大になるのを抑制することができるとともに、粗面領域３４に溶着した切粉の溶着物が過大になるのを抑制することができる。

図８に示すように、粗面領域３４は、例えば、すくい面３２に形成された溝により形成されている。このような溝は、例えば、放電加工、レーザー加工等により形成することができる。但し、粗面領域３４は、このような溝により形成されているものに限定されず、例えば、サンドブラスト等の粗面化処理により形成されていてもよい。

粗面領域３４が溝により形成されている場合、この溝の深さＥは、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。溝の深さＥが１μｍ以上であることで、切粉と粗面領域３４との間に十分な摩擦抵抗を発生させることができる。一方、溝の深さＥが２０μｍ以下であることで、切粉と粗面領域３４との間に発生する摩擦抵抗が過大になるのを抑制することができるとともに、粗面領域３４に溶着した切粉の溶着物が過大になるのを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回転切削工具１では、回転切削工具１を回転させて被加工物を切削すると、切刃３１により切削された切粉は、すくい面３２から離れる方向にカールしつつ、粗面領域３４に圧接される。このとき、切粉に、粗面領域３４との間に大きな摩擦抵抗が発生して、切粉の生成速度と粗面領域３４上を流れる切粉の速度とに差を生じさせ、切粉に歪を生じさせることにより、切粉が折れて微細化される。これにより、刃先形状を変えることなく切粉を微細化することができ、かつ切削性能や加工精度を維持することができる。しかも、切粉が粗面領域３４に圧接されることにより切粉の一部が粗面領域３４に溶着されることで、切粉と粗面領域３４との間に発生する摩擦抵抗が大きくなる。これにより、切粉の微細化が更に促進される。

本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、シャンクの先端が平らな平頭型であるものとして説明したが、シャンクの先端が尖った尖頭型であってもよい。また、上記実施形態では、切粉排出溝がシャンクの軸線方向に延びるものとして説明したが、切粉排出溝がシャンクの軸線方向に沿って螺旋状に延びるものとしてもよい。

なお、上述した技術は、回転切削工具のみに適用されるものではなく、図９に示すようなバイトやスローアウェイチップ等の一般的な切削工具にも適用することができる。図９に示すバイト１１０は、シャンク１２０の先端に刃先部１３０が固着されており、刃先部１３０は、切刃１３１と、切刃１３１から延びるすくい面１３２と、を有している。そして、すくい面１３２における切刃１３１の近傍に、粗面化された粗面領域１３４が形成されている。刃先部１３０、切刃１３１、すくい面１３２、及び粗面領域１３４は、上記実施形態のチップ３、切刃３１、すくい面、及び粗面領域３４に対応し、粗面領域１３４の形状等、切刃１３１に対する粗面領域１３４の位置関係等は、上記実施形態と同様である。

次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１として、シャンクの先端に２つのチップが固着されたリーマを作製した。実施例１では、各チップのすくい面に、切刃と平行な方向に直線状に延びる粗面領域を、切刃と垂直な方向に２つ形成した。そして、実施例１のリーマを回転させて、アルミ合金の加工対象物に穴あけ加工を行った。穴あけ加工では、リーマの送り量ｆを、０．０５［ｍｍ／ｒｅｖ］、０．１［ｍｍ／ｒｅｖ］、０．２［ｍｍ／ｒｅｖ］、０．４［ｍｍ／ｒｅｖ］とした。そして、各送り量ｆでの穴あけ加工により生成された切粉の長さを計測した。計測結果を図１０に示す。また、０．０５［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１１に示し、０．１［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１２に示し、０．２［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１３に示し、０．４［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１４に示す。

（比較例１）
比較例１として、各チップのすくい面に粗面領域を形成しなかった点を除き、実施例１と同じリーマを作製した。そして、比較例１のリーマを回転させて、アルミ合金の加工対象物に穴あけ加工を行った。穴あけ加工では、リーマの送り量ｆを、０．０５［ｍｍ／ｒｅｖ］、０．１［ｍｍ／ｒｅｖ］、０．２［ｍｍ／ｒｅｖ］、０．４［ｍｍ／ｒｅｖ］とした。そして、各送り量ｆでの穴あけ加工により生成された切粉の長さを計測した。計測結果を図１０に示す。また、０．０５［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１５に示し、０．１［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１６に示し、０．２［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１７に示し、０．４［ｍｍ／ｒｅｖ］の送り量ｆで穴あけ加工により生成された切粉の写真を図１８に示す。

（評価）
図１０〜図１８に示すように、比較例１では、何れの送り量ｆであっても、切粉が６ｍｍ以上に長く延びたが、実施例１では、何れの送り量ｆであっても、切粉が６ｍｍ未満に微細化された。このような結果から、チップのすくい面に粗面領域を形成することで、切粉を微細化することができることが分かった。

１…回転切削工具、２…シャンク、３…チップ、３Ａ…チップ、３Ｂ…チップ、３Ｃ…チップ、４…切粉排出溝、３１…切刃、３２…すくい面、３３…ランド、３４…粗面領域、１１０…バイト、１２０…シャンク、１３０…刃先部、１３１…切刃、１３２…すくい面、１３４…粗面領域。

Claims

軸状のシャンクの先端にチップが固着された回転切削工具であって、
前記チップは、切刃と、前記切刃から延びるすくい面と、を有し、
前記すくい面における前記切刃の近傍に、粗面化された粗面領域が形成されている、
回転切削工具。
前記粗面領域の算術平均高さＳａは、０．１μｍ以上５μｍ以下である、
請求項１に記載の回転切削工具。
前記切刃から前記粗面領域の前記切刃側の先端までの距離は、１０μｍ以上１００μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の回転切削工具。
前記粗面領域は、前記切刃と平行な方向に延びている、
請求項１〜３の何れか一項に記載の回転切削工具。
前記粗面領域は、前記すくい面の端縁まで延びていない、
請求項１〜４の何れか一項に記載の回転切削工具。
前記すくい面に、前記切刃と垂直な方向に複数の前記粗面領域が形成されている、
請求項１〜５の何れか一項に記載の回転切削工具。
複数の前記粗面領域の間隔は、８μｍ以上１００μｍ以下である、
請求項６に記載の回転切削工具。
前記粗面領域の前記切刃と垂直な方向の幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下である、
請求項１〜７の何れか一項に記載の回転切削工具。
前記粗面領域は、前記すくい面に形成された溝により形成されている、
請求項１〜８の何れか一項に記載の回転切削工具。
前記溝の深さは、１μｍ以上２０μｍ以下である、
請求項９に記載の回転切削工具。