JP3847016B2 - 円形穴の仕上加工方法および一枚刃リーマ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム製品に形成された円形穴の仕上加工方法およびその方法の実施に好適なリーマに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム製品に形成された円形穴を、高い真円度および良好な面粗度で仕上げることがしばしば必要になる。そのために従来は、直径方向に隔たった２個所に切れ刃を備え、それら切れ刃と９０度位相を異にする２個所にガイドパッドを備えた二枚刃リーマや、９０度の等角度間隔で４つの切れ刃を備えた四枚刃リーマ等が使用されていた。しかし、例えば、真円度７μｍ、面粗度６ｚ等の厳しい要求を安定して満たすことはできなかった。なお、銃身などの深穴の仕上げには従来からガンリーマと称される一枚刃のリーマが使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用および効果】
本発明は、アルミニウム製品の円形穴を高い真円度および良好な面粗度で仕上加工し得る方法およびその方法の実施に好適なリーマを得ることを課題として成されたものであり、本発明によって、下記各態様の仕上加工方法および一枚刃リーマが得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせの理解を容易にするためである。なお、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下のものに限定されると解釈されるべきではない。
（１）アルミニウム製品に形成された円形穴の内周面を仕上加工する方法であって、超硬合金から成る円柱状部の外周面に、その円柱状部の軸線に平行な成分を有する方向に延びる溝を１本形成し、その溝の側面の先端角部に超高温高圧焼結体製の切れ刃を設けてボデーとするとともに、そのボデーの前記外周面の２４０度以上の中心角で連続した部分を案内面とした一枚刃リーマによりリーマ加工する仕上加工方法（請求項１）。
案内面を超硬合金で形成し、切れ刃を超高温高圧焼結体で形成し、かつ、案内面の中心角を２４０度以上とした一枚刃リーマを用いて、アルミニウム製品の円形穴を仕上加工すると、真円度および面粗度の優れた内周面が得られる。案内面の中心角を２４０度以上とすることにより、切削時のリーマの半径方向移動を２４０度以上の方向から押え込むことが可能となり、円形穴の真円度，円筒度を向上させることができる。案内面の中心角は２５５度以上とすることが望ましく、２７０度以上とすることがさらに望ましい。本仕上加工方法には、後述の (3)項ないし (10) 項の一枚刃リーマが一層好適である。
（２）超硬合金から成る円柱状部の外周面に、その円柱状部の軸線に平行な成分を有する方向に延びる溝を１本形成し、その溝の側面の先端角部に超高温高圧焼結体製の切れ刃を設けてボデーとするとともに、そのボデーの前記外周面の２４０度以上の中心角で連続した部分を案内面とした一枚刃リーマ（請求項２）。
本リーマは、上記溝は円柱状部の軸線に平行な直刃リーマでも、溝が円柱状部の軸線まわりにねじれたねじれ刃リーマでもよい。超高温高圧焼結体としては、ダイヤモンド粉末（例えば、天然ダイヤモンドの成形品と人造ダイヤモンドとの混合物）の焼結体や、立方晶型窒化ほう素を超高温高圧で合成したＣＢＮ焼結体等が採用可能である。本一枚刃リーマは、上述のようにアルミニウム製品の円形穴を仕上げるために案出されたものであり、アルミニウム製品の仕上加工に特に適しているが、用途はそれに限定されるわけではない。
（３）前記円柱状部の外周面に、前記１本の溝である主溝に隣接して別の溝である副溝を形成し、その副溝の主溝側の側面の少なくとも一部を、すくい面と共同して前記切れ刃のうちの副切れ刃を形成する副逃げ面とするとともに、副溝の主溝から遠い側の側面を、前記外周面にほぼ直角としてスクレーパを形成した (2)項に記載の一枚刃リーマ（請求項３）。
切れ刃を形成するためには、すくい面と逃げ面とが必要である。切れ刃はそれら両面の交線として形成されるからである。そして、主切れ刃と共に切れ刃を成す副切れ刃を形成するための副逃げ面は、副切れ刃の旋回軌跡である円筒面（副切れ刃に後述のバックテーパが付けられる場合には、厳密にはテーパ面となるが、テーパはごく小さいため円筒面と見なすことができる）に、副切れ刃上において接する接平面に対して、内側へ傾斜して形成されることが必要である。副逃げ面は、第一副逃げ面とそれより傾斜角が大きい第二副逃げ面とにより構成されることもある。いずれにしても、副逃げ面をそのまま案内面と交差させれば、理論的にはエッジが形成されるが、実際には副逃げ面と案内面との交差角が１８０度に近いため明確なエッジは形成されず、また、副逃げ面のエッジ近傍の部分と円形穴内周面との間に角度の小さいくさび状の隙間が形成される。そのため、万一、副逃げ面と円形穴内周面との間の隙間に切屑が侵入すれば、その切屑はくさび作用によって、案内面と円形穴内周面との間に引き込まれ、円形穴内周面に擦り傷を生じさせたり、案内面に凝着して案内面の面粗度や寸法精度を低下させる。これを防止するためには、切屑排出用の溝である主溝に隣接して副溝を形成し、その副溝の副切れ刃に近い側の側面を副逃げ面とし、副切れ刃から遠い側の側面を案内面にほぼ直角とすることが有効である。このほぼ直角な溝側面は、円形穴内周面に付着した切屑をすくい取るスクレーパの機能を果たすからである。
このようにスクレーパを設ければ、万一、副溝内に切屑が侵入しても、その切屑が案内面と円形穴内周面との間に侵入することを良好に防止し得るため、円形穴内周面に擦り傷が生じたり、案内面に切屑が凝着したりすることを回避することができ、円形穴の真円度や面粗度を一層向上させることができる。
（４）前記副溝に開口するクーラント噴射口を形成した (3)項に記載の一枚刃リーマ（請求項４）。
クーラント噴射口から副溝に噴射されたクーラントは、副溝内の切屑を洗い流して案内面と穴内周面との間に侵入することを防止するとともに、案内面と穴内周面との潤滑および冷却を行う。それによって、一層良好な仕上げ加工が可能となる。クーラント噴射口は、主溝にも設けることが望ましい。
（５）前記案内面の半径を前記切れ刃のうちの副切れ刃の旋回半径より３〜２０μｍ小さくした (2)項ないし (4)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ（請求項５）。
案内面の半径は、副切れ刃の旋回半径より小さくすることが必要であるが、副切れ刃の旋回半径と案内面の半径との差が過小であれば、案内面の面積が大きいがゆえにバニッシュ作用が高すぎ、案内面に溶着が発生する。逆に、過大であれば、案内面と円形穴内周面との間に切屑が侵入して案内面に溶着し、円形穴内周面の面粗度を低下させる。さらに案内性に劣るため、円形穴の真円度も低下させる。
副切れ刃の旋回半径と案内面の半径との差は、一般的には、３〜２０μｍの範囲から選定されることが望ましく、３〜１２μｍの範囲から選定されることがさらに望ましい。また、加工用途に応じて、３〜７μｍ、８〜１２μｍの範囲から選定することも可能である。
（６）前記円柱状部の、軸方向において前記切れ刃のうちの副切れ刃より基端側でかつ前記溝（主溝，副溝）とは直径方向に隔たった位置に、溝の形成によって生じる動的アンバランスを打ち消すバランス用切欠を形成した (2)項ないし (5)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ（請求項６）。
バランス用切欠を形成して動バランスをとれば、高速で回転させても心振れが生じることがなく、高精度の円形穴を高能率で仕上加工することができる。動バランスを取る上では、溝と軸方向が同じである部分にバランス用切欠を形成することが望ましいが、副切れ刃と軸方向の位置が同じである部分には、案内面の中心角をできる限り大きくするために、バランス用切欠を形成することは望ましくない。
（７）前記案内面に、その案内面の直径を先端側から基端側に向かって僅かに減少させるバックテーパを付けた (2)項ないし (6)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。
（８）前記切れ刃のうちの副切れ刃に、その副切れ刃の旋回半径を前記ボデーの先端側から基端側に向かって僅かに減少させるバックテーパを付けた (2)項ないし (7)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。
（９）前記１本の溝である主溝にチップ取付座を形成し、そのチップ取付座に、超硬合金台に超高温高圧焼結体を固着して成るチップを取り付け、そのチップに前記切れ刃のうちの副切れ刃を形成した (2)項ないし (8)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。
ボデーはそれ自体超硬合金製であるため、ボデーに直接超高温高圧焼結体を固着させてもよいが、超高温高圧焼結体を固着させた別体のチップを製造し、ボデー本体に取り付ける方が、超高温高圧焼結体の形成が容易であり、製造コストを低減させ得る。
（１０）前記ボデーより直径の小さいシャンクを設けた (2)項ないし (9)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である一枚刃リーマを図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２において、１０は概して段付円柱状を成すリーマであり、超硬合金製のボデー１２と、ボデー１２より小径のシャンク１４とを備えている。リーマ１０の中心部には、クーラント穴１６が軸方向に形成されている。リーマ１０は、シャンク１４において図示しないリーマホルダに保持されるようになっており、このリーマホルダを介してリーマ１０が主軸（図示省略）に取り付けられるようになっている。主軸は、図示しない主軸台に回転可能に保持されており、主軸台は図示しない送り装置により主軸の軸方向に移動させられる。これらリーマホルダおよび主軸等の構成は、一般に知られたものであり、本発明とは直接関係がないため、説明を省略する。
【０００５】
ボデー１２は比較的短い円柱状をなし、外周面にはリーマ１０の軸線に平行に延びる主溝２０が形成されている。この主溝２０の一方の側面２２には、クーラント穴２４の先端開口であるクーラント噴射口２６が形成されている。クーラント穴２４は、後端側ほど軸線に接近する向きに傾斜しており、前記クーラント穴１６に連通している。したがって、図示しないクーラント供給装置からクーラント穴１６を通って供給されるクーラントは、このクーラント穴２４のクーラント噴射口２６から噴射される。
【０００６】
ボデー１２の溝２０の他方の側面２８の先端角部には、チップ取付座としての切欠３０が形成され、ダイヤモンド焼結体（超硬合金台の上に人造ダイヤモンドを超高温高圧で焼結したもの）のチップ３２が嵌合され、ろう付けにより固着されている。チップ３２は、溝２０の側面２８と同一平面上にあるすくい面３４を有している。図３に示すように、チップ３２は、ボデー１２の先端面より僅かに軸方向に突出し、その突出部に第一主切れ刃３６および第二主切れ刃３８が形成されている。また、チップ３２は、すくい面３４と交差する第一副逃げ面４０を有し、すくい面３４と第一副逃げ面４０との交線により副切れ刃４２が形成されている。第一主切れ刃３６は、副切れ刃４２につながるコーナ側に形成され、第一主切れ刃３６の副切れ刃４２から遠い側の端に第二主切れ刃３８がつながっている。第一主切れ刃３６は、リーマ１０の軸線に直交する平面に対する傾斜角度が第二主切れ刃３８より大きくされている。
【０００７】
ボデー１２の外周面において、第一副逃げ面４０に周方向において隣接する位置には、主溝２０と同様に軸方向に延び、主溝２０よりも浅い副溝５０が形成されている。この副溝５０の主溝２０に近い側の溝側面は、上記第一副逃げ面４０とそれにつながる第二副逃げ面５２とにより構成されている。第二副逃げ面５２は、第一副逃げ面４０からすくい面３４より遠ざかる方向に延びている。第一副逃げ面４０および第二副逃げ面５２は、副切れ刃４２の旋回軌跡である円筒面に副切れ刃４２の位置において接する接平面に対して、ボデー１２の内側へ傾斜して形成されており、第二副逃げ面５２の傾斜角度は第一副逃げ面４０のそれより大きくされている。第二副逃げ面５２には、クーラント穴２４と同じ傾斜角度でかつ周方向に異なる位相でクーラント穴１６に連通するクーラント穴５６のクーラント噴射口５８が開口している。また、副溝５０の第二副逃げ面５２とは反対側の溝側面６０は、ボデー１２の外周面に対して直角に形成されている。
【０００８】
上記すくい面３４，第一，第二主切れ刃３６，３８，第一，第二副逃げ面４０，５２および副切れ刃４２等が刃部７０を構成している。また、ボデー１２の主溝２０および副溝５０が形成されていない部分は、案内部７２とされ、その案内部７２の外周面が案内面７４とされている。案内面７４は、その中心角が２７０度以上となる範囲に形成されている。
【０００９】
チップ３２は、リーマ１０の半径方向においても僅かに突出しており、副切れ刃４２のリーマ軸線からの距離（以下、これを副切れ刃４２の旋回半径と称する）は、ボデー１２の案内面７４の半径より大きくされている。なお、本実施形態においては、副切れ刃４２には、軸方向に逃げを与えるためのバックテーパが付されており、副切れ刃４２の旋回半径は、後端側ほど僅かに小さくなるのであるが、その副切れ刃４２の後端においても、副切れ刃４２の旋回半径は案内面７４の半径よりもδだけ大きく形成されている。本実施形態においては、この差δが３．５μｍ〜５．５μｍとされている。また、案内部７２にもごく僅かではあるが軸方向にバックテーパが付されている。
【００１０】
ボデー１２のシャンク１４側である基端部であって、主溝２０および副溝５０が形成された部分とは直径方向に隔たった部分には、ボデー１２の外周部が平面により切り欠かれた切欠８０が形成されている。この切欠８０は、主溝２０および副溝５０の形成によるリーマ１０の動的アンバランスを打ち消すためのものである。
【００１１】
以上のように構成されたリーマ１０は、アルミニウム製品に形成された円形穴の内周面（例えば、車両用エンジンにおけるシリンダヘッドのリフタ穴）の仕上加工に使用される。リーマ１０が主軸に取り付けられ、主軸により回転させられつつ送り装置により前進させられることにより、リーマ１０のボデー１２が円形穴に挿入され、主として第一主切れ刃３６と副切れ刃４２との互いに隣接する部分により内周面が仕上げ加工される。このときリーマ１０は案内面７４に良好に案内されつつ加工を行う。また、切削加工中には、クーラント噴射口２６，５８からクーラントが供給されることにより、ボデー１２と円形穴の内周面との間に生じる摩擦が軽減され、かつ、両部材間に発生した熱が運び去られる。したがって、本仕上加工方法によれば、高い真円度かつ良好な面粗度の内周面を有する円形穴を得ることができる。
【００１２】
本実施形態のリーマ１０においては、加工中に切りくずが副切れ刃４２の第一，第二副逃げ面４０，５２側にまわり込んでも、副溝５０の直角に形成された溝側面６０によりすくい取られ、案内面７４と円形穴の内周面との隙間に切りくずが入り込むことが良好に回避される。溝側面６０がスクレーパとして機能するのである。また、加工中は、クーラント噴射口５８から副溝５０内へクーラントが供給されるため、このクーラントにより副溝５０内の切りくずが洗い流され、案内面７４と円形穴の内周面との間に入り込むことが防止される。したがって、一層高い真円度かつ良好な面粗度の円形穴を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る一枚刃リーマにより、従来と比較して高い真円度および良好な面粗度で仕上げ加工することができることは、以下の実験結果から明らかである。図４には、従来の等角度間隔で４つの切れ刃を備えた四枚刃リーマと、本発明の一枚刃リーマとによって、同一条件でシリンダヘッドのリフタ穴を仕上げ加工した際の各穴（本実験の場合、インテイクバルブ側８個およびエキゾーストバルブ側８個）の真円度がそれぞれ示されている。図４（ａ）に示すように、従来の四枚刃リーマにおいては、真円度７μｍ以下の要求を満たすことができない場合が生ずるのに対し、図４（ｂ）に示すように、本発明における一枚刃リーマにおいては、全ての穴において真円度７μｍ以下の要求が余裕を持って満たされている。
【００１４】
図５に別の実験結果を示す。
図５には、本発明に係る一枚刃リーマであって、副切れ刃の旋回半径と案内面の半径との差が３種類に異なるリーマによって図４の場合と同様にシリンダヘッドのリフタ穴の仕上げ加工を行った際の、各穴の真円度および面粗度の測定結果が示されている。▲１▼のリーマは、上記差が５μｍ、▲２▼のリーマは１０μｍ、▲３▼のリーマは１５μｍである。本実験においては、上記３種類のリーマにより、インテイクバルブ側のリフタ穴８個とエキゾーストバルブ側のリフタ穴８個との仕上げ加工をリーマ毎に２回行い、各リフタ穴のうちそれぞれ奇数番目と偶数番目とのもの４個ずつについての真円度および面粗度を計測した。図５の結果から明らかなように、高い真円度および良好な面粗度を得るためには、副切れ刃の旋回半径と案内面の半径との差が１０μｍ以下であることが望ましく、特に、本実施形態と同様５μｍである場合に、より高い真円度と面粗度とが得られる。
【００１５】
以上本発明の一実施形態を詳細に説明したが、これは文字通り例示であり、例えば、チップ３２をろう付けによりボデー１２に固定する代わりに、クランプ装置により取り外し可能に取り付けたり、刃先位置調節装置により刃先位置を調節可能にしたりすることも可能であり、その他、いちいち例示することはしないが、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるリーマを示す正面図である。
【図２】上記リーマの左側面図である。
【図３】上記リーマのチップが設けられた部分を拡大して示す図である。
【図４】本発明に係るリーマと従来のリーマとにより円形穴の内周面の仕上げ加工を行った際の各穴の真円度をそれぞれ示す図表である。
【図５】本発明に係るリーマであって、副切れ刃の旋回半径と案内面の半径との差がそれぞれ異なる３つのリーマにより、円形穴の内周面の仕上げ加工を行った際の各穴の真円度および面粗度をそれぞれ示す図表である。
【符号の説明】
１０：リーマ １２：ボデー １４：シャンク ２０：主溝 ２６：クーラント噴射口 ２８：側面 ３２：チップ ３４：すくい面 ３６：第一主切れ刃 ３８：第二主切れ刃 ４０：第一副逃げ面 ４２：副切れ刃 ５０：副溝 ５２：第二副逃げ面 ５８：クーラント噴射口 ６０：溝側面 ７０：刃部 ７４：案内面 ８０：切欠

Claims (6)

1. アルミニウム製品に形成された円形穴の内周面を仕上加工する方法であって、超硬合金から成る円柱状部の外周面に、その円柱状部の軸線に平行な成分を有する方向に延びる溝を１本形成し、その溝の側面の先端角部に超高温高圧焼結体製の切れ刃を設けてボデーとするとともに、そのボデーの前記外周面の２４０度以上の中心角で連続した部分を案内面とした一枚刃リーマによりリーマ加工することを特徴とする仕上加工方法。
2. 超硬合金から成る円柱状部の外周面に、その円柱状部の軸線に平行な成分を有する方向に延びる溝を１本形成し、その溝の側面の先端角部に超高温高圧焼結体製の切れ刃を設けてボデーとするとともに、そのボデーの前記外周面の２４０度以上の中心角で連続した部分を案内面としたことを特徴とする一枚刃リーマ。
3. 前記円柱状部の外周面に、前記１本の溝である主溝に隣接して別の溝である副溝を形成し、その副溝の主溝側の側面の少なくとも一部を、すくい面と共同して前記切れ刃のうちの副切れ刃を形成する副逃げ面とするとともに、副溝の主溝から遠い側の側面を、前記外周面にほぼ直角としてスクレーパを形成したことを特徴とする請求項２に記載の一枚刃リーマ。
4. 前記副溝に開口するクーラント噴射口を形成したことを特徴とする請求項３に記載の一枚刃リーマ。
5. 前記案内面の半径を前記切れ刃のうちの副切れ刃の旋回半径より３〜２０μｍ小さくしたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。
6. 前記円柱状部の、軸方向において前記切れ刃のうちの副切れ刃より基端側でかつ前記溝とは直径方向に隔たった位置に、溝の形成によって生じる動的アンバランスを打ち消すバランス用切欠を形成したことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。

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