JP4344524B2

JP4344524B2 - エンドミルの製造方法

Info

Publication number: JP4344524B2
Application number: JP2003078634A
Authority: JP
Inventors: 浩志大畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004283951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高速度鋼、超硬合金またはサーメットからなる母材表面にＴｉＡｌＮ等の硬質被覆層を被覆した硬質被覆エンドミルなどが知られており、例えば特許文献１では、エンドミル側面の外周刃を含む逃げ面（マージン部）における硬質被覆層をＴｉＡｌＮとし、切屑の通り道である溝底面（フルート部）における硬質被覆層をＴｉＮとすることによって、外周刃における耐摩耗性を向上できるとともに切屑の排出で熱を伴う摩耗にも強い硬質被覆層の構成とすることができることが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２では、溝底面と逃げ面とが交わる外周刃に向かって硬質被覆層の膜厚を漸減させることによって外周刃の欠損やチッピングを低減できることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−４１６２４号公報
【特許文献２】
特開平１−２４０２１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたエンドミルのように、溝底面と逃げ面との膜質を変える方法ではマスキングを用いなければならないために複雑な工程が必要であり、また溝底面と逃げ面との境界部分に位置する外周刃における膜構成を制御することが困難で切削性能のバラツキが大きくなる等の問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載されるように、溝底面と逃げ面とが交わる外周刃に向かって硬質被覆層の膜厚を漸減させると、欠損やチッピングは低減するものの、外周刃における硬質被覆層が早期に摩滅して急激に摩耗が進行することから、工具寿命の延命には限界があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、容易に精度良く製造することができるとともに、耐欠損性および耐摩耗性をともに向上でき、かつ切屑排出性も良好で優れた切削性能を発揮するエンドミルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンドミルの溝部における硬質被覆層の特性および製造上の最適な条件を検討した結果、溝底面と逃げ面を含む溝部表面を同じ材質の硬質被覆層にて形成するとともに、溝底面の硬質被覆層の膜厚ｔ₁が逃げ面の硬質被覆層の膜厚ｔ₂に対してｔ₁／ｔ₂比で０．２〜０．８となるように形成することによって、硬質被覆層を容易に精度良く形成することができるとともに、外周刃における耐欠損性および耐摩耗性をともに向上でき、さらに切屑排出性も良好な優れた切削性能を発揮するエンドミルとなるとの知見に基づくものである。
【０００９】
すなわち、本発明のエンドミルの製造方法は、先端に配設される先端切刃と、該先端切刃に続く逃げ面と溝底面との間に外周刃を形成した溝部と、該溝部に続くシャンク部とを具備し、少なくとも前記先端切刃と前記溝部の表面に硬質被覆層を被着形成してなるものであって、エンドミル基体を試料回転治具にセットして装置内に載置し、アークイオンプレーティング法によってバイアス電圧３０〜１００Ｖ、成膜温度５００〜６００℃の条件で、エンドミル基体の回転速度が２〜１０ｒｐｍとなるように試料回転治具回転させながら成膜することによって、前記溝底面の硬質被覆層と前記逃げ面の硬質被覆層とを同じ材質にて形成するとともに、前記溝底面の硬質被覆層の膜厚ｔ_１が前記逃げ面の硬質被覆層の膜厚ｔ_２に対してｔ_１／ｔ_２比で０．２〜０．８となるように形成することを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、前記溝底面の算術平均粗さ（Ｒａ）が逃げ面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さいことが切屑排出性を高めることができ、エンドミルの温度上昇を抑制してエンドミルの外周刃および溝底面における耐摩耗性を高めることができる。
【００１１】
また、前記溝底面の表面粗さを小さくして平滑な表面とするためには、前記溝底面の硬質被覆層の膜厚ｔ₁が２μｍ以下であることが望ましい。
【００１２】
さらに、前記外周刃の硬質被覆層の膜厚ｔ₃が前記逃げ面の硬質被覆層の膜厚ｔ₂に対してｔ₃／ｔ₂比で０．３〜０．９となるように形成されていることが、切れ刃強度の向上を促し、エンドミルのような断続加工において発生しやすいコーティングの剥離や切れ刃のチッピングといった切れ刃の損傷を抑制し、安定した金属加工を行う点で望ましい。
【００１３】
さらには、前記先端切刃の硬質被覆層の膜厚ｔ₄が前記外周刃の硬質被覆層の膜厚ｔ₃に対してｔ₄／ｔ₃比で０．５〜０．９となるように形成されていることが、硬質被覆層の付着力を増大させ、外周刃に対して切削速度が遅くなる先端切刃における切れ刃の損傷を抑制する点で望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の硬質被覆エンドミルを図１および図２にもとづいて詳細に説明する。
【００１５】
図１によれば、エンドミル１は、先端に配設される先端切刃２と、先端切刃２に続く逃げ面４と溝底面５との間に外周刃６を形成した溝部７と、溝部７に続くシャンク部８とを具備し、少なくとも先端切刃２と溝部７の表面に硬質被覆層を被着形成してなるものである。
【００１６】
本発明によれば、図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、溝部７における溝底面５の硬質被覆層５ａと逃げ面４の硬質被覆層４ａとを同じ材質にて形成するとともに、溝底面５の硬質被覆層５ａの膜厚ｔ_１が逃げ面４の硬質被覆層４ａの膜厚ｔ_２に対してｔ_１／ｔ_２比で０．２〜０．８、特に０．４〜０．７となるように形成されていることが大きな特徴である。
【００１７】
これによって、マスキング等を用いて部分的に異なる膜質となるように成膜する必要がないことから、硬質被覆層４ａ、５ａを容易に精度良く形成することができるとともに、外周刃６のすくい面をなす溝底面５の硬質被覆層５ａの膜厚ｔ₁を薄くして外周刃６の耐欠損性を向上できるとともに、外周刃６に続く逃げ面４の硬質被覆層４ａの膜厚ｔ₂を確保して耐摩耗性も高く維持することができ、耐欠損性および耐摩耗性をともに向上でき、さらに溝底面５の硬質被覆層５ａの膜厚ｔ₁が薄いことから溝底面５の硬質被覆層５ａの表面を平滑な面とすることができ、切屑排出性も良好な優れた切削性能を発揮するエンドミル１となる。
【００１８】
なお、溝底面５の硬質被覆層５ａの膜厚ｔ_１が逃げ面４の硬質被覆層４ａの膜厚ｔ_２に対してｔ_１／ｔ_２比で０．２よりも小さいと、外周刃６により生成した切りくずが溝底面５を擦過しながら通過する際に、摩滅等の物理的摩耗・酸化、拡散摩耗などの化学的摩耗により硬質被覆層５ａが摩滅して素材が露出し、溶着等の理由により切削抵抗が増大し、最悪の場合、エンドミルが折損することとなり、逆に溝底面５の硬質被覆層５ａの膜厚ｔ_１が逃げ面４の硬質被覆層４ａの膜厚ｔ_２に対してｔ_１／ｔ_２比で０．８よりも大きいと、外周刃６の耐欠損性と耐摩耗性をともに向上させることができず、外周刃６が欠損やチッピングや摩耗によって工具寿命が短くなる。
【００１９】
ここで、溝底面５の算術平均粗さ（Ｒａ）が逃げ面４の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さいと、切屑排出性を高めることができ、エンドミル１の温度上昇を抑制して外周刃６および切屑と接触する溝底面５における耐摩耗性を高めることができる。なお、溝底面５の算術平均粗さ（Ｒａ）は切屑処理性および耐摩耗性の点で０．００５〜０．３μｍ、特に０．０２〜０．１５μｍであることが望ましい。
【００２０】
また、溝底面５の表面粗さを小さくして平滑な表面とするためには、溝底面５における硬質被覆層５ａの膜厚ｔ₁が２μｍ以下、特に１〜２μｍであることが望ましい。
【００２１】
さらに、外周刃６における硬質被覆層６ａの膜厚ｔ₃が逃げ面４における硬質被覆層４ａの膜厚ｔ₂に対してｔ₃／ｔ₂比で０．３〜０．９となるように形成されていること、すなわち外周刃６における硬質被覆層６ａの表面から所定の厚み領域をホーニング加工や研磨することによって外周刃６における硬質被覆層６ａに残存する残留応力を低減して硬質被覆層６ａが剥離することを抑制し、外周刃６の耐欠損性を向上させることができる。なお、本発明における外周刃６における硬質被覆層６ａの膜厚ｔ₃とは図２に示すように外周刃６（コーナー部）における硬質被覆層６ａの膜厚を指す。
【００２２】
さらには、先端切刃２の硬質被覆層２ａの膜厚ｔ_４が、外周刃６における硬質被覆層６ａの膜厚ｔ_３に対してｔ_４／ｔ_３比で０．５〜０．９となるように形成されていることが先端切刃２の欠損と損傷の抑制の点で望ましい。
【００２３】
また、図１のエンドミル１によれば、逃げ面４の延長には逃げを有して凹曲線状の溝壁面１０が形成され、この溝壁面１０は溝底面５へと続くように形成される。溝壁面１０は外周刃６の剛性を高めるとともに切屑の排出方向を安定化する効果がある。
【００２４】
なお、本発明のエンドミル１に用いられる母材としては、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは高速度鋼が使用可能であるが、特に強度、剛性、耐欠損性のバランスの点で超硬合金が望ましく、中でも平均粒径が０．１〜１．５μｍのＷＣ粒子を６〜１５質量％のＣｏからなる結合金属で結合し、所望によってＶ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの炭化物、窒化物を含有した超硬合金が耐摩耗性及び高温特性の点で好適に使用可能である。
【００２５】
また、硬質被覆層２ａ、４ａ、５ａ、６ａとしてはＴｉおよびＴｉを除く４ａ、５ａ、６ａ族金属とＡｌ、Ｓｉから選ばれた１種または２種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、およびＡｌ₂Ｏ₃から選ばれることが好適であり、２層以上の多層としてもよいが、本発明によれば、逃げ面４の硬質被覆層４ａと溝底面５の硬質被覆層５ａとは同じ膜構成にて形成され、それら硬質被覆層４ａ、５ａの膜厚が上述した範囲となるように制御される。
【００２６】
さらに、図１ではスクエアタイプのエンドミルについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラジアスエンドミルやボールエンドミルへの適用も可能である。また、ソリッドタイプのみならずスローアウェイタイプにも応用できる。
【００２７】
（製造方法）
上述した本発明のエンドミルを製造する方法の一例について説明する。
【００２８】
まず、公知の成形、焼成を行う粉末冶金法によって上述した母材となる焼結体を準備し、所定の円柱形状に加工した後、上述した逃げ面４、溝底面５および溝壁面１０を有する溝部の加工を行う。
【００２９】
次に、加工されたエンドミル基体１を図３に示すような試料回転治具にセットして装置内に載置し、アークイオンプレーティング法によってバイアス電圧３０〜１００Ｖ、成膜温度５００〜６００℃の条件で成膜する。
【００３０】
本発明によれば、上記成膜条件として、上記バイアス電圧および成膜温度内に制御することに加えて、エンドミル基体の回転速度が２〜１０ｒｐｍ、特に３〜５ｒｐｍとなるように試料回転治具を回転させながら成膜することが重要であり、この条件でエンドミル基体を回転させながら成膜することにより溝部の逃げ面４および溝底面５における硬質被覆層４ａ、５ａの膜厚ｔ_１、ｔ_２を上述した所定の範囲内に制御することが可能である。
【００３１】
すなわち、上記バイアス電圧が３０Ｖより低いか、成膜温度が５００℃より低いか、またはエンドミル基体の回転速度が２ｒｐｍより遅いと、上記ｔ₁／ｔ₂比が０．８よりも大きくなり、逆に上記バイアス電圧が１００Ｖより高いか、成膜温度が６００℃より高いか、またはエンドミル基体の回転速度が１０ｒｐｍより速いと、上記ｔ₁／ｔ₂比が０．２よりも小さくなる。
【００３２】
なお、エンドミル基体の回転速度は図３に示す硬質被覆層を成膜する際の冶具を用いてエンドミル基体を公転および自転させることによって制御する。
【００３３】
そして、所望により、外周刃６および先端切刃２における硬質被覆層６ａ、２ａの表面から一部の領域を研磨することにより本発明のエンドミルを作製することができる。
【００３４】
【実施例】
平均粒径０．９μｍのＷＣ粒子を主体としＣｒおよびＶを総量で１質量％とＣｏが１０質量％とからなる超硬合金を直径６ｍｍの円柱状に加工した後、所定形状の先端切刃および溝部形状に加工したエンドミル基体を用意し、イオンプレーティング法により表１に示す条件で硬質被覆層を形成し、さらに先端切刃および外周刃における硬質被覆層を表面から０．５μｍ以下の厚み領域についてブラシにてホーニング加工して試料Ｎｏ．１〜７のエンドミルを作製した。
【００３５】
得られたエンドミルについてＡ−Ａ研磨断面にて走査型電子顕微鏡観察を行い、逃げ面、溝底面、外周刃および先端切刃における硬質被覆層の膜厚ｔ₁〜ｔ₄を測定した。また、逃げ面および溝底面における算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。さらに、同じ条件で作製したエンドミルを用いて下記条件で切削試験を行った。結果は表１に示した。
（切削条件）
被削材：Ｓ４５Ｃ、
切削速度：４５ｍ／ｍｉｎ．
深さ方向切り込み：３ｍｍ
切り込み幅：０．１ｍｍ
一刃あたりの送り：０．０１５ｍｍ／刃
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１の結果より、硬質被覆層の成膜条件が所定範囲から外れて前記ｔ₁／ｔ₂比が０．８より大きい試料Ｎｏ．６では切屑が詰まりやすく切削抵抗が大きくなった。また、前記ｔ₁／ｔ₂比が０．２より小さい試料Ｎｏ．７では切削途中で、溝底面の硬質被覆層が摩滅し、切削抵抗が急上昇し折損した。
【００３８】
これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ１〜５では、いずれも耐欠損性および耐摩耗性に優れ工具寿命の長いものであった。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明のエンドミルの製造方法によれば、溝底面と逃げ面を含む溝部表面を同じ材質の硬質被覆層にて形成するとともに、上記溝底面表面の硬質被覆層の膜厚ｔ_１が上記逃げ面表面の硬質被覆層の膜厚ｔ_２に対してｔ_１／ｔ_２比で０．２〜０．８となるように形成することによって、容易に、かつ精度良く硬質被覆層を形成することができるとともに、外周刃における耐欠損性および耐摩耗性をともに向上でき、さらに切屑排出性も良好な優れた切削性能を発揮するエンドミルとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンドミルの一例を示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明のエンドミルの硬質被覆層の成膜方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１エンドミル
２先端切刃
２ａ先端切刃における硬質被覆層
４逃げ面
４ａ逃げ面における硬質被覆層
５溝底面
５ａ溝底面における硬質被覆層
６外周刃
６ａ外周刃における硬質被覆層
７溝部
８シャンク部
１０溝壁面

Claims

先端に配設される先端切刃と、該先端切刃に続く逃げ面と溝底面との間に外周刃を形成した溝部と、該溝部に続くシャンク部とを具備し、少なくとも前記先端切刃と前記溝部の表面に硬質被覆層を被着形成してなるエンドミルの製造方法であって、エンドミル基体を試料回転治具にセットして装置内に載置し、アークイオンプレーティング法によってバイアス電圧３０〜１００Ｖ、成膜温度５００〜６００℃の条件で、エンドミル基体の回転速度が２〜１０ｒｐｍとなるように試料回転治具を回転させながら成膜することによって、前記溝底面の硬質被覆層と前記逃げ面の硬質被覆層とを同じ材質にて形成するとともに、前記溝底面の硬質被覆層の膜厚ｔ_１が前記逃げ面の硬質被覆層の膜厚ｔ_２に対してｔ_１／ｔ_２比で０．２〜０．８となるように形成することを特徴とするエンドミルの製造方法。
前記溝底面の算術平均粗さ（Ｒａ）を逃げ面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載のエンドミルの製造方法。
前記溝底面の硬質被覆層の膜厚ｔ_１を２μｍ以下とすることを特徴とする請求項１または２記載のエンドミルの製造方法。
前記外周刃の硬質被覆層の膜厚ｔ_３を前記逃げ面の硬質被覆層の膜厚ｔ_２に対してｔ_３／ｔ_２比で０．３〜０．９となるように形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のエンドミルの製造方法。
前記先端切刃の硬質被覆層の膜厚ｔ_４を前記外周刃の硬質被覆層の膜厚ｔ_３に対してｔ_４／ｔ_３比で０．５〜０．９となるように形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のエンドミルの製造方法。