JP4412706B2

JP4412706B2 - 高硬度材加工用ブローチ工具

Info

Publication number: JP4412706B2
Application number: JP2003323823A
Authority: JP
Inventors: 宗一角谷; 康弘村井; 明志林
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2005088116A

Description

本発明は花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴加工用ブローチ工具に関する。

硬度３５〜５５相当の高硬度材の加工用ブローチとしては、例えば、特許文献１においては、ブローチ工具の切れ刃を粉末高速度鋼製、又は超硬合金製とし、硬質被膜のコーティングを施した高硬度材の加工用ブローチ工具が開示されている。また、特許文献２においては、荒切削刃の切れ刃形状を波形状にし、かつ切削方向において、前刃に対し該波形状をシフトさせ、かつ荒切削刃と中間仕上刃との間に、荒切削刃による切削面を平滑にする中間刃を数枚設けたブローチ工具が開示されている。しかしながら花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴加工については開示が無く、従来はかかる花弁状の小さい曲率半径のＲ形状の内径穴加工は、図５に示すような、Ｒ形状に沿った取り分を切削する軸方向に連続したＲ形状切れ刃を使用していた。かかる従来の図５に示すようなブローチでは、Ｒ形状切れ刃全体に逃げ角を付けるため、通常は、フォームリリーフとしている。

一方、高硬度材のブローチ加工では切削速度は速い方が好ましいが、１０ｍ／ｍｉｎ以上といった高速で切削すると、Ｒ形状切れ刃で切削する切り屑が互いにＲ形状の中心に向かって巻こうとするため、切り屑が巻きにくくなる。また、高硬度材の加工では、切り屑が硬いため、図６に示す切り屑のように、自由度が小さい縮んだ状態に折れ曲がり、流れにくい切り屑が発生してブローチ工具の寿命を縮めていた。このため、最終的なフォームを加工する仕上刃以外の切れ刃は、直線刃の組み合わせで切り屑を分断する手法がとられることがある。例えば、非特許文献１においては、鍛造はだや鋳はだの丸穴の内面ブローチ加工方法として、図７に示す「進行性形の切削方式」が提案されている。この方法では、Ｎｏ１刃〜Ｎｏ１８刃までは、偶数刃と奇数刃とが切削位置を異にし、かつ半径方向と横方向とを交互に切削するよう刃を並べるブローチ加工方法である。
特開平７−１９５２２８号公報特開平６−３１５８２０号公報精機学会編、「新訂（第８版）精密工作便覧」コロナ社、昭和４５年６月１０日発行、第３５４頁

しかしながら、前述した図５のように、切れ刃の逃げ面全体をフォームリリーフとすると、逃げ面の加工時に研削加工砥石が軸方向に隣接する切れ刃と干渉しないようにするためには、切れ刃と切れ刃の間隔すなわちピッチを大きくする必要があり、ブローチ全長が長くなるという問題があった。また、非特許文献１のように、荒刃を複数の直線の組み合わせ切れ刃、仕上刃をＲ形状切れ刃とした場合、ブローチ切れ刃が損耗し、再研削を繰り返した場合、荒刃と仕上刃の逃げ角の大きさ、方向が異なるため、荒刃から仕上刃のつなぎの部分で削りしろが当初の設定に比べ、部分的に大きくなったり、アンバランスになったりするため、再研削回数を多くとれないという問題があった。

本発明の第一の課題は、かかる問題点に鑑みて、花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴加工用ブローチ工具において、フォームリリーフとしても、切れ刃と切れ刃の間隔すなわちピッチを小さくでき、ブローチ全長が短くすることである。さらに本発明の第二の課題は、再研削を繰り返しても、荒刃から仕上刃のつなぎの部分で削りしろが大きくなったり、アンバランスになったりせず、再研削回数が多くできる経済的なブローチ工具を提供することにある。

請求項１に記載の発明においては、花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴の前記Ｒ形状を仕上げ加工するブローチ工具において、前記Ｒ形状に仕上げる仕上刃は、すくい面と、該すくい面に隣接する第一の逃げ面と、前記すくい面と前記第一の逃げ面とで前記Ｒ形状に仕上げ加工できるように形成されたＲ形状の切れ刃と、前記第一の逃げ面に隣接する前記第一の逃げ面の逃げ角より大きい逃げ角を有する第二の逃げ面と、を有しており、前記第二の逃げ面は複数の平面または曲面で構成された逃げ面群で構成されている高硬度材加工用ブローチ工具を提供することにより前述した第一の課題を解決した。

即ち、仕上刃の逃げ面は、Ｒ形状の切れ刃に続く第一の逃げ面と第二の逃げ面とを設け、第一の逃げ面はＲ形状の切れ刃に沿って形成されているので、すくい面を再研削してもＲ形状が確保され、加工物の仕上げ寸法形状が保証される。第一の逃げ面は、研削砥石をＲ形状に成形して、リリーフ研削する必要があるが、第一の逃げ面の逃げ角より大きな第二の逃げ面を設けているので、第二の逃げ面の範囲は、第一の逃げ面の研削加工する際に加工範囲から除外できる。したがって、第一の逃げ面を加工する際の砥石干渉範囲は少なくなり、ブローチの切れ刃ピッチが短くできるものとなる。さらに、第二の逃げ面は、複数の平面又は曲面という単純形状の組み合わせからなる逃げ面群としているので、研削砥石の外周面や端面で加工することが可能であり、前述したようなリリーフ加工時のようなブローチ切れ刃のピッチを大きくする必要はない。

また、請求項２に記載の発明においては、前記仕上刃の前に、中仕上刃、荒刃を有しており、前記中仕上刃のすくい面に隣接する逃げ面形状は前記仕上刃の前記第一の逃げ面を含む前記第二の逃げ面群と略同形状であり、前記荒刃の最終刃のすくい面に隣接する逃げ面形状は前記仕上刃のすくい面と平行な面で前記第一及び第二の逃げ面が混在する範囲を少なくとも一部含む前記第二の逃げ面群と略同形状であり、前記荒刃の最前刃のすくい面に隣接する逃げ面形状は前記仕上刃のすくい面と平行な面で前記第一の逃げ面を含まない前記第二の逃げ面群と略同形状である高硬度材加工用ブローチ工具を提供することにより前述した第二の課題を解決した。

即ち、中仕上刃及び荒刃の逃げ面形状は、仕上刃のすくい面を順次再研削して（追い込んで）いったとしたときに現れてくる形状であり、特に荒刃を予めこうした仕上げ刃の第一及び第二の逃げ面形状、第二逃げ面形状としておくことにより、ブローチ切れ刃が摩耗して再研削を繰り返した場合でも、荒刃から仕上刃にかけて形状が常に連続的に変化するものとなり、荒刃から中仕上刃、あるいは、中仕上刃から仕上刃のつなぎの部分で削りしろが大きく変化したり、アンバランスになったりすることはない。また、荒刃は、複数の面が不連続な曲率で接続された形状となっているので、切り屑が分断され良好な切削が行われる。なお、切れ刃がＲ形状であり、第一の逃げ面がフォームリリーフであり、第二の逃げ面が曲面または平面からなる多角形面となるので、第一の逃げ面と第二の逃げ面とはすくい面と平行な面では、幾何学的に第一の逃げ面と第二の逃げ面とが混在する。さらに、中仕上刃及び荒刃の逃げ面形状にさらに逃げ面等を加えてもよい。また、逃げ面のすくい面と平行な面形状は切削に直接関与するので略同一であるが、逃げ方向の長さは必ずしも同一でなくてもよいことはいうまでもない。

さらに、請求項３に記載の発明においては、前記ブローチ工具の切れ刃は粉末高速度工具鋼製、又は超硬合金製で、硬質被膜のコーティングを施した請求項１又は２に記載の高硬度材加工用ブローチ工具とした。これにより、ＣＶＴ用ボール溝等の花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴の前記Ｒ形状を仕上げ加工するブローチ工具を提供するものとなった。

請求項１に記載の発明によれば、ブローチの切れ刃のピッチを短くできない要因となっているフォームリリーフは、第一の逃げ面の範囲に限定されるので、仕上刃の逃げ面全体をフォームリリーフとする場合に比べピッチ短縮が可能となり、ブローチ全長が短くでき、コストパフォーマンスの高いブローチ工具となった。

また、請求項２に記載の発明によれば、工具切れ刃が摩耗して再研削した場合でも、部分的に削りしろが大きくなったり、アンバランスになったりすることはないため、再研削回数を増やしても安定した切り込みが行われ、結果としてブローチ寿命を延ばし、コストパフォーマンスの高いブローチ工具となった。

特に、切れ刃は粉末高速度工具鋼製、又は超硬合金製で、硬質被膜のコーティングを施したことを高硬度材加工用ブローチ工具で前記効果が大きい（請求項３）。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のブローチで加工される花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴を有するワークの平面図、図２（ａ）はＲ形状を加工する本発明のブローチ工具の部分断面側面図（中心線より右側が側面図、中心線の左側が断面図）、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３図２に示すブローチ工具の（ａ）は仕上刃、（ｂ）は荒刃の最終刃、（ｃ）は荒刃の最前刃の概略を示す斜視図である。図１に示すようにワーク５１は貫通穴５２の周に沿って３カ所に花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有するボール溝５３が設けられている。ワーク５１の材質は鋼であり、ワークはあらかじめ内面ブローチ等により貫通穴、ボール溝等を所定寸法に加工された後、熱処理され、斜線で示すボール溝５３の加工部の硬度は６０ＨＲＣ（ロックウェルＣスケール）前後にされている。このボール溝５３加工部には削り代が残されており、この加工部を本発明ブローチで仕上げ加工する。図２に示すように、本発明ブローチ１は、前つかみ部５を有するブローチ本体２の円周上に切れ刃を有する３本のブレード３，３，３が配置され、ブレードの前つかみ部側に設けられた前案内１０とともに本体２の縦溝２ａにボルト６で固定されている。ブレード３には、それぞれ、前つかみ部方向（図で下方向）に仕上刃７、中仕上刃８，荒刃９が順次設けられている。

ブレード３に設けられた各刃において、図３（ａ）に示す仕上刃７は、すくい面１１に隣接してＲ形状に沿ったフォームリリーフとされた第一の逃げ面１２が形成され、加工物の最終形状を加工する。すくい面１１と第一の逃げ面１２で形成される切れ刃１９の寸法がすくい面を再研削して使用できる範囲２１（点線で示す）まで第一の逃げ面のみが形成されている。第一の逃げ面に続いて第一の逃げ面の逃げ角より大きな逃げ角を有し、複数の平面１３，１４，１５からなる逃げ面群からなる第二の逃げ面が設けられている。第一の逃げ面がフォームリリーフの曲面を有するのに対し、第二の逃げ面が平面の逃げ面群からなるので、第一の逃げ面と第二の逃げ面はすくい面と平行な面では周方向に混在する部分（点線で示す２２を含み、２１と２３の間）が形成され、波状の境界線２０となる。第二の逃げ面１３，１４，１５のみの部分は図でみて点線２３より後方の範囲となる。

中仕上刃８の切れ刃は、仕上刃７とほぼ同形状であって、隣接する仕上刃及び仕上刃の切れ刃に切削代を残した寸法にされ、第一の逃げ面のみの範囲、切れ刃１９から点線で示す２１までの範囲と同形状にされる。かかる仕上刃７及中仕上刃においては、ブローチの切れ刃のピッチを短くできない要因となっているフォームリリーフは、第一の逃げ面の範囲に限定されるので、仕上刃、中仕上刃の逃げ面全体をフォームリリーフとする場合に比べ、２０％〜４０％程度のピッチ短縮が可能となる。

次に、荒刃について述べると図３（ｂ）に示す荒刃最終刃９ｂのすくい面２４に隣接する逃げ面形状は、図３（ａ）の点線２２で示す第一の逃げ面と第二の逃げ面とが混在する範囲から第二の逃げ面のみまでの部分と同様の形状とされている。図３（ｂ）に示す、すくい面２４と第１の逃げ面３０，３１の境界２８，２９は、Ｒ形状の一部であり、すくい面２４と第２の逃げ面３２，３３，３４の境界２５，２６，２７は、直線となるようにされ、境界２５，２６，２７，２８，２９が切れ刃とされている。

また、図３（ｃ）の荒刃最前刃９ａはすくい面３５に隣接する逃げ面形状は、図３（ａ）の点線２３より図で見て後方の第二の逃げ面のみの部分と同様の形状とされている。図３（ａ）で示すすくい面１１と第一の逃げ面の境界２０はなく、すくい面３５と第２の逃げ面３６，３７、３８で構成され、その境界４８，４９，５０が切れ刃とされている。

かかる構成のブローチを用いて前述したボール溝５３を加工する。図４は本発明のブローチの切り込み説明図である。図４に示すように、４０は仕上刃７による加工形状を示し、４１は荒刃最終刃２５，２６，２７，２８，２９による加工形状を示す。４１から４０への加工は中仕上刃８により行われる。４２は荒刃最前刃を示し、直線切れ刃４８，４９，５０による切り込みが行われる。荒刃最終刃９ｂでの切り込みは、直線部分４３，４４，４５の範囲は少なく、Ｒ形状４６，４７の領域が多くなる。このような切れ刃のブローチ工具では、荒刃９と仕上刃７の切れ刃形状が異なるにもかかわらず、連続した切り込みが設定でき、工具切れ刃が摩耗して再研削して場合でも、切り込みの状態は変化せず、削りしろが大きくなったり、アンバランスになったりすることはない。

本発明のブローチで加工される花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴を有するワークの平面図である。（ａ）はＲ形状を加工する本発明のブローチ工具の部分断面側面図（中心線より右側が側面図、中心線の左側が断面図）、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すブローチ工具の（ａ）は仕上刃、（ｂ）は荒刃の最終刃、（ｃ）は荒刃の最前刃の概略を示す斜視図である。本発明のＲ形状を加工するブローチの切り込み説明図である。従来のＲ形状を加工するブローチの切り込み説明図である。従来の高硬度材のブローチ加工で生じる切り屑の模式図である。従来の進行性切削方式のブローチの切り込み説明図である。

符号の説明

１高硬度材加工用ブローチ工具。
７仕上刃
８中仕上刃
９荒刃
９ａ荒刃の最終刃
９ｂ荒刃の最前刃
１１すくい面
１２第一の逃げ面
１３、１４、１５第二の逃げ面（群）
１９切れ刃
２０第一及び第二の逃げ面が混在する範囲（境界）
２４荒刃の最終刃のすくい面
３５荒刃の最前刃のすくい面
５１高硬度材
５２内径穴
５３Ｒ形状（ボール溝）

Claims

花弁状の小さい曲率半径のＲ形状を有する高硬度材の内径穴の前記Ｒ形状を仕上げ加工するブローチ工具において、前記Ｒ形状に仕上げる仕上刃は、すくい面と、該すくい面に隣接する第一の逃げ面と、前記すくい面と前記第一の逃げ面とで前記Ｒ形状に仕上げ加工できるように形成されたＲ形状の切れ刃と、前記第一の逃げ面に隣接する前記第一の逃げ面の逃げ角より大きい逃げ角を有する第二の逃げ面と、を有しており、前記第二の逃げ面は複数の平面または曲面で構成された逃げ面群で構成されていることを特徴とする高硬度材加工用ブローチ工具。
前記仕上刃の前に、中仕上刃、荒刃を有しており、前記中仕上刃のすくい面に隣接する逃げ面形状は前記仕上刃の前記第一の逃げ面を含む前記第二の逃げ面群と略同形状であり、前記荒刃の最終刃のすくい面に隣接する逃げ面形状は前記仕上刃のすくい面と平行な面で前記第一及び第二の逃げ面が混在する範囲を少なくとも一部含む前記第二の逃げ面群と略同形状であり、前記荒刃の最前刃のすくい面に隣接する逃げ面形状は前記仕上刃のすくい面と平行な面で前記第一の逃げ面を含まない前記第二の逃げ面群と略同形状であることを特徴とする請求項１に記載の高硬度材加工用ブローチ工具。
前記ブローチ工具の切れ刃は粉末高速度工具鋼製、又は超硬合金製で、硬質被膜のコーティングを施したことを特徴とする請求項１又は２に記載の高硬度材加工用ブローチ工具。