JP2021088008A - 高硬度切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切刃の切削性を向上させて切削抵抗を低減させることで、被削材の加工精度と加工面質を向上させる。【解決手段】ラジアスエンドミル１は、工具本体２の先端部にｃＢＮ焼結体からなる切刃部３が設けられている。切刃部３の先端側外周面に所定間隔を開けて形成された複数の外周刃８と、切刃部３の先端面４に形成されていて外周刃８に連続する複数の底刃５と、を有する。底刃５と外周刃８の交差部に凸Ｒ刃１３を形成し、底刃５は外周側から中心軸線Ｏ側に向けて基端側に傾斜させている。底刃５はアキシャル方向のすくい角が−５°超〜＋３０°の範囲に設定されている。底刃５のラジアル方向のすくい角は−５°超〜＋４５°の範囲に設定されている。底刃５の逃げ面の逃げ角は１０°〜２０°の範囲に設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ｃＢＮ焼結体（六方晶窒化ホウ素焼結体）やダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）等の高硬度焼結体からなる切刃部を備えた高硬度切削工具に関する。

一般に精密加工の分野では被削材に高硬度材が使用されている。高硬度材の切削加工に際しては高精度な加工や安定した加工面等が要求されている。小径の工具本体の先端に高硬度なｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を切刃部として設けた例えばエンドミル等の切削工具は、ＬＥＤの金型やコネクタの金型等の高硬度材を切削加工する際に用いられる。これらｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体の切れ刃は高硬度であり切れ刃の欠損やチッピングを防ぐために負角のすくい角に設定している。

例えば、特許文献１に記載されたｃＢＮラジアスエンドミルでは、切れ刃のすくい角を−３０°〜−５０°の範囲の負角に設定することで、切れ刃を強化し切れ刃の欠損やチッピングを防いでいる。また、特許文献２に記載の小径ＣＢＮエンドミルは先端切れ刃のアキシャルレーキ角を−５°〜−２５°に設定して切削加工時の摩耗やチッピングの発生を抑制している。

特開２００９−２４１１９０号公報 特開２０１０−１２５５９４号公報

しかしながら、上述したエンドミルでは、切れ刃のすくい角が負角になるため刃先角は高強度になるが、切れ刃の切削性が悪くなる上に切れ刃摩耗が増大し抵抗が大きくなるため、被削材の加工精度と加工面質が低下するという問題が生じる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、切刃の切削性を向上させて切削抵抗を低減させることで、被削材の加工精度と加工面質を向上させることができる高硬度切削工具を提供することを目的とする。

本発明による高硬度切削工具は、工具本体の先端部にｃＢＮ焼結体またはダイヤモンド焼結体からなる切刃部が設けられ、切刃部の先端側外周面に所定間隔を開けて形成された複数の外周刃と、切刃部の先端面に形成されていて外周刃に連続する複数の底刃と、を有する高硬度切削工具であって、底刃はアキシャル方向のすくい角が−５°超〜＋３０°の範囲に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、切刃部をｃＢＮ焼結体またはダイヤモンド焼結体で形成したため高硬度であり、被削材の切削加工時に底刃のチッピングや欠損を生じ易いが、底刃のアキシャル方向のすくい角を正角方向の−５°超〜＋３０°の範囲に設定したため、切削性が向上して切削抵抗が低減し、底刃の摩耗を抑制して被削材の加工精度と加工面質を向上させることができる。

また、底刃はラジアル方向のすくい角が−５°超〜＋４５°の範囲に設定されていることが好ましい。
底刃のラジアル方向のすくい角を−５°超〜＋４５°の範囲に設定したため、切削性をを向上させて切削抵抗を低減できる。

また、底刃の逃げ角は１０°〜２０°の正角に設定されていることが好ましい。
本発明の高硬度切削工具では、アキシャル方向のすくい角が−５°超〜＋３０°の範囲に設定され、逃げ角が１０°〜２０°の正角に設定されているため、底刃の刃先角を適切な範囲に設定でき、刃先強度を適正に設定できて工具摩耗を抑制できる。

本発明に係る切削工具によれば、底刃のアキシャル方向のすくい角を−５°超〜＋３０°の範囲に設定したことで、切削性を良くして切削抵抗を低減させて工具摩耗を低減できると共に刃先強度を確保することができる。

本発明の実施形態によるラジアスエンドミルの切刃部を示す側面図である。 図１に示すラジアスエンドミルの先端面図である。 ラジアスエンドミルの底刃のすくい角と逃げ角を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。 実施例と従来例によるラジアスエンドミルの切刃形状と切削後の摩耗状態を示す図である。 実施例と従来例について切刃のＸ、Ｙ、Ｚ方向の切削抵抗の大きさを示す図である。

以下、本発明の実施形態によるエンドミルについて添付図面に基づいて説明する。
図１乃至図５は本発明の実施形態による切削工具としてのラジアスエンドミル１を示すものである。このラジアスエンドミル１(以下、単にエンドミルということがある)は例えば４枚刃のエンドミルである。図１において、実施形態によるエンドミル１は、略円柱状に形成されていて中心軸線Ｏを中心に回転される工具本体２とその先端部に形成された切刃部３とを備えている。
なお、本明細書では工具本体２の中心軸線Ｏに沿った切刃部３側を先端側といい、主軸に連結される反対側を基端側、後方というものとする。

ここで、工具本体２は例えば超硬合金製であり、切刃部３はｃＢＮ焼結体で形成されている。切刃部３はろう付け等によって工具本体２の先端に固定されている。
このエンドミル１は切刃部３の先端面４における先端切刃として底刃５を有しており、底刃５の最大外径Ｄが例えば０．１ｍｍ〜６ｍｍの範囲に形成された小径のエンドミルである。エンドミル１はＬＥＤやコネクタ、燃料電池等の金型等を切削加工する。或いは、このエンドミル１は外径Ｄが０．１ｍｍ以下でもよいし、６ｍｍを超えた外径Ｄを有していてもよい。このエンドミル１は高硬度材の切削加工に好適である。

切刃部３の外周面には、先端側から基端側に向けて中心軸線Ｏ回りに所定角度で捩れたまたはストレートの切り屑排出溝７が周方向に所定間隔を開けて複数条、例えば４条形成されている。切刃部３の外周面に形成された各切り屑排出溝７において、回転方向を向く壁面とその回転方向後方に連なる外周面との交差稜線部に外周刃８が形成されている。切り屑排出溝７の回転方向を向く壁面が外周刃８の外周すくい面９とされ、外周刃８を介して回転方向後方を向く外周面が外周逃げ面１０とされている。

図２に示す切刃部３の先端面４には、その回転中心をなす中心軸線Ｏを含む中心部１２が形成され、４本の外周刃８から中心軸線Ｏの近傍の中心部１２に向けて４枚の底刃５が例えば直線状に延びている。これらの底刃５は回転対称に形成されている。底刃５と外周刃８とが交差する角部に例えば略１／４円弧状をなす凸Ｒ刃１３が形成されている。先端面４において、凸Ｒ刃１３の部分が最も先端側に突出しており、底刃５は凸Ｒ刃１３との接続部から中心軸線Ｏ側の中心部１２に向けて基端側に引っ込む傾斜形状を有している。そのため、中心部１２は底刃５よりも基端側に落ち込んで位置している。

中心軸線Ｏと底刃５及び凸Ｒ刃１３の接続部とを結ぶ仮想線Ｌに対して、底刃５は凸Ｒ刃１３から中心軸線Ｏに近づくにつれて仮想線Ｌから回転方向後方側に後退する傾斜角を有する芯下がり形状を有している。底刃５と仮想線Ｌとのなす径方向のすくい角αは−５°超〜＋４５°、好ましくは−５°超〜＋１０°の範囲に設定されており、角度αはラジアルレーキ角とされている。

また、底刃５の回転方向前方側はギャッシュ溝１５が形成されたすくい面１６とされ、底刃５の回転方向後方側における先端面４側の面が逃げ面１７とされている。逃げ面１７の回転方向後方側に壁面１８が形成され、壁面１８は逃げ面１７より逃げ角が大きく設定されている。そのため、図３に示す底刃５のＡ−Ａ線断面図において、切り屑排出溝７の先端側に形成されたすくい面１６と逃げ面１７の交差稜線部が底刃５となる。
また、中心軸線Ｏと平行な仮想線Ｏ´に対するすくい面１６が交差するすくい角βは中心軸線Ｏ方向のすくい角であり、アキシャルレーキ角βとされている。アキシャルレーキ角βは−５°より大きい−５°超〜＋３０°の範囲、好ましくは−５°超〜＋１０°の範囲に設定されており、図３では例えば＋５°に設定されている。

アキシャルレーキ角βが−５°超〜＋３０°の範囲であれば、従来の底刃と比較して切削性がよくなり切削抵抗を低減し工具摩耗を抑制できる。他方、アキシャルレーキ角βが−５°以下であると底刃５は負角が大きくなり、切削性が悪くなる上に切れ刃摩耗が増大し抵抗が大きくなるため、被削材の加工精度と加工面質が低下する。また、アキシャルレーキ角βが＋３０°より大きいと底刃５が欠損し易くなるという欠点がある。
また、逃げ面１７の逃げ角γは＋１０°〜＋２０°の範囲に設定されている。逃げ角γがこの範囲内であれば刃先角θ＝９０°−γ−βとなり、刃先強度を確保して底刃５の切削性を良くすると共に摩耗を低減させて底刃５の欠損を抑制できる。

本実施形態によるｃＢＮ製のラジアスエンドミル１は上述した構成を有しており、次にその使用方法について説明する。
金型を形成するための被削材の表面にラジアスエンドミル１を中心軸線Ｏ周りに回転させながら中心軸線Ｏ方向前方に切り込んで加工する。その際、被削材はラジアスエンドミル１の先端面４の各底刃５及び凸Ｒ刃１３で切削加工しながら被削材に切り込んでゆく。各底刃５のアキシャルレーキ角βは−５°超〜＋３０°の範囲であり、従来のエンドミルと比較してすくい角βが正角の方向に設定されているため、切削性がよく小さい切削抵抗で被削材に切削加工する。

しかも、底刃５は外側の凸Ｒ刃１３側に対して中心軸線Ｏ側が基端側に後退した傾斜面を形成しており、高速回転する凸Ｒ刃１３の近傍で被削材に食い付くためスムーズに切削を開始し、周速の小さい中心軸線Ｏ側では切削をしない。そして、切刃部３が被削材内に食い込んでいくに従って底刃５の中心軸線Ｏ側でも徐々に切削加工を行う。
底刃５で切除された切り屑はすくい面１６を走行して切り屑排出溝７を基端側に送られ、加工形状の外部に排出される。その際、ｃＢＮ焼結体で形成された切刃部３の底刃５はアキシャルレーキ角βが−５°超〜＋３０°の範囲であるため切削抵抗が小さく切削性が良く、底刃５の摩擦も小さいためチッピングしずらく工具摩耗を抑制できる。

切刃部３を被削材内の所定深さまで切り込んだ後、工具本体２を横送りしてポケット加工を行う。その際の切削は高速回転する凸Ｒ刃１３と外周刃８によって行われる。底刃５のラジアルレーキ角αは−５°超〜＋４５°に形成されているため、凸Ｒ刃１３と外周刃８の切削性がよく切削抵抗が小さいためチッピングしずらく工具摩耗も小さい。切削された切り屑は切り屑排出溝７を走行して外部に排出される。ラジアスエンドミル１のポケット加工において、底刃５で仕上げ加工を行う。
しかも、底刃５の刃先角θは所定の大きさ（θ＝９０°−γ−β）が確保されているため刃先強度が確保され、切削抵抗で刃先を欠損することを抑制できる。

上述したように、本実施形態によるラジアスエンドミル１において、底刃５のアキシャルレーキ角β及びラジアルレーキ角αを従来例より正角側に設定することで、底刃５の切削性が良く切削抵抗を低減させて底刃５及び逃げ面１７の摩耗を抑制することができる。しかも、底刃５のアキシャルレーキ角βを−５°〜＋３０°の範囲に設定し、逃げ面１７の逃げ角γを１０°〜２０°の範囲に設定することで刃先角θの強度を確保して工具摩耗を低減させることができる。

(実施例)
次に上述した実施形態によるｃＢＮ製のラジアスエンドミル１の実施例について図４及び図５により説明する。実施例と従来例を１種ずつ設けた。従来例の切刃部の各部分についても実施例と同一の部材名と符号を用いて説明する。
本実施例と従来例において、ラジアスエンドミル１は工具本体２が超硬合金製で、切刃部３はｃＢＮ焼結体からなっており、切刃部３はろう付けによって工具本体２の先端に固定されている。実施例の底刃５のアキシャル方向のすくい角βは５°、逃げ角γは１５°、刃先角θは８０°とした。一方、従来例の底刃５のアキシャル方向のすくい角βは−３０°、逃げ角γは１０°、刃先角θは１１０°とした。

切削条件として、被削材の素材はＤＣ５３（６０ＨＲＣ）、加工方法は等高線荒加工とした。切刃部３の底刃５の半径Ｒは０．１ｍｍ、切刃部３の直径Ｄは１ｍｍとした。
実施例と従来例によるラジアスエンドミルの回転速度ｎは４００００ｍｉｎ^−１、送り速度Ｖｆは１６００ｍｍ／ｍｉｎ、ａｐ(Ｚ軸方向の切り込み量)は０．０１ｍｍ、ａｅ（横方向の切り込み量)は０．０５ｍｍとした。クーラントはオイルミストを使用した。

図４において、実施例と従来例の各ラジアスエンドミル１を用いて１時間３０分等高線荒加工を行った。被削材加工後の工具先端の底刃５と凸Ｒ刃１３の摩耗状態は写真で示すようになった。
実施例では底刃５と凸Ｒ刃１３が僅かに摩耗した程度であった。逃げ面１７も僅かに摩耗した程度であった。一方、従来例では凸Ｒ刃１３と底刃５との境界部分から底刃５の領域が大きく摩耗し、底刃５の外周側部分の欠けも大きかった。逃げ面１７は摩耗と欠損が大きかった。
また、図５において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の切削抵抗は実施例の方が従来例よりも小さかった。特にＸ軸方向とＹ軸方向の切削抵抗が、実施例は従来例と比較して小さかった。

そのため、ｃＢＮ製の切刃部３において、同一条件で切削加工しても、本実施例の方が底刃５の摩耗や欠損が小さく切削抵抗も小さいことを確認できた。
実施例について同じｃＢＮ製の切刃部３を用いながらも従来例と比較して工具寿命を延長することができた。

以上、本発明の実施形態によるｃＢＮ製のラジアスエンドミル１について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の異なる形態や態様を採用できることはいうまでもない。これらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
以下に本発明の変形例等について説明するが、上述した実施形態の部分や部品と同一または同様なものについては同一の符号を用いて説明を行うものとする。

例えば、上述した実施形態では４枚刃のラジアスエンドミル１について説明したが、底刃５の刃数は２枚または３枚でもよいし、５枚以上でもよい。
また、上述の実施形態ではｃＢＮ製の切刃部３を有するラジアスエンドミル１について説明したが、本発明はｃＢＮに限定されるものではなく、ｃＢＮより高硬度のダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）も切刃部３として採用できる。これらｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体の切刃部３を備えたラジアスエンドミルは高硬度切削工具に含まれる。

上述した実施形態や変形例では、エンドミル１としてラジアスエンドミルについて説明したが、これに代えてスクエアエンドミルやボールエンドミルやドリル等の各種の切削工具にも本発明を適用できる。

１ ラジアスエンドミル
２ 工具本体
３ 切刃部
５ 底刃
７ 切り屑排出溝
８ 外周刃
９ 外周すくい面
１３ 凸Ｒ刃
１５ ギャッシュ溝
１６ すくい面
１７ 逃げ面
Ｏ 中心軸線

Claims (3)

1. 工具本体の先端部にｃＢＮ焼結体またはダイヤモンド焼結体からなる切刃部が設けられ、前記切刃部の先端側外周面に所定間隔を開けて形成された複数の外周刃と、前記切刃部の先端面に形成されていて前記外周刃に連続する複数の底刃と、を有する高硬度切削工具であって、
   前記底刃はアキシャル方向のすくい角が−５°超〜＋３０°の範囲に設定されていることを特徴とする高硬度切削工具。
2. 前記底刃はラジアル方向のすくい角が−５°超〜＋４５°の範囲に設定されている請求項１に記載された高硬度切削工具。
3. 前記底刃の逃げ角は１０°〜２０°の正角に設定されている請求項１または２に記載された高硬度切削工具。

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