JP4479266B2 - 内面ブローチ加工方法 - Google Patents

Description

本発明はブローチ工具にてワークの内面を加工する内面ブローチ加工方法、特にワークの硬度が４５〜６５ＨＲＣである高硬度材の内面を仕上げ加工する内面ブローチ加工方法に関する。

従来、硬度４５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール：以下同じ）を超える高硬度材をブローチ加工するブローチ工具として特許文献１のものが知られている。これは、切れ刃にねじれを有し、かつ硬質皮膜のコーティングを施し、少なくとも切れ刃部の工具材質に粉末高速度工具鋼又は超微粒子超硬合金を用いたブローチ工具としたものである。
特開平７−１９５２２８号公報

しかしながら、特許文献１のブローチ工具は切れ刃にねじれを有するため、ヘリカル刃溝ブローチを除く一般の内面加工用ブローチに適用できないばかりでなく、ねじれの構成を除いた特許文献１に記載の切れ刃を適用して、中空円筒状のワークを棒状のブローチ工具にて高硬度材の切削に通常行われる切削速度４０ｍ／ｍｉｎ以上にて内面ブローチ加工した場合、切れ刃の刃先にチッピングや欠けが発生しブローチ工具の寿命を短いものにし、ワークの加工精度も得られないという問題があった。

そこで、特許文献１に示された問題を解決するものとして、図３（ａ），（ｂ）に示す内面ブローチ工具が知られている。これは、超硬合金製の刃部５１の切れ刃５２先端が鈍角とされ、かつすくい角βが−３０°≦β≦−１０°（切れ刃が鈍角の場合にすくい角はマイナス符号とする）にされた内面ブローチ工具５０を用いて、ワークを切削速度４０〜６０ｍ／ｍｉｎにて内面仕上げ加工するものである。このすくい角βが鈍角にされた内面ブローチ工具５０により、ブローチ加工しても切れ刃の刃先に欠けやチッピングが発生しないことが期待されている。

しかしながら、この内面ブローチ工具５０を用いて硬度４５ＨＲＣを超える高硬度材を切削速度４０ｍ／ｍｉｎ以上にてブローチ加工しても、その数は少なくなるがブローチ工具の切れ刃の刃先にチッピングや欠けが依然として発生し、前述したワークの加工精度やブローチ工具の寿命についての問題がなくならないものとして存在する。

本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものであり、硬度４５〜６５ＨＲＣの高硬度材を４０ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削にて内面ブローチ加工しても、ブローチ工具の切れ刃の刃先にチッピング、欠けが発生することなく加工できる内面ブローチ加工方法を提供することにある。

本発明者等は前述した切れ刃の刃先に発生するチッピングや欠けについて、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すブローチ工具５を用いて、図４（ａ），（ｂ）に示すワーク３５をブローチ加工し研究した。ブローチ工具５はフォーム上がりの切れ刃を有し、刃部３のすくい角βが−１０°のものを使用した。ここでいうフォーム上がりの切れ刃とは、ブローチ加工形状と同一形状で切り込みを行う切れ刃の形状のことを指す。ワーク３５については、浸炭焼き入れで硬度６０ＨＲＣとされ、被加工部分であるインボリュート歯面１５は仕上げ代を残して先に別のブローチ工具にて前加工されたものであり、内面ブローチ仕上げ加工に通常用いられるものである。その結果、４０ｍ／ｍｉｎ以上のブローチ高速切削時に、ブローチ工具５のフォーム上がりとされた切れ刃９がワーク３５に最初に食いつく瞬間に大きな衝撃が発生し、加工時の振動全体を大きくしていることを見出した。つまり、４０ｍ／ｍｉｎ以上のブローチ高速切削時に、図７に示すように、すくい角が鈍角とされたフォーム上がりの切れ刃９と、ワーク３５のインボリュート歯面１５の端面３７とが、角度に差がない状態で接触することにより急激な荷重変動が生じ、図５の振動波形図に示すように、ブローチ加工時にＭＡＸ８９Ｇもの大きな加工振動が発生し、ブローチ工具５の切れ刃９の刃先に損傷を与えていることを知得した。

この知得により、本発明においては、すくい角が鈍角とされた複数のフォーム上がりの切れ刃が外周の軸方向に配設されたブローチ工具を使用して、ブローチ加工される被加工部分の表面近傍の硬度が４５〜６５ＨＲＣである略中空円筒状のワークの軸方向にブローチ工具を通過させることにより、ワークの内面に所定の加工を行う内面ブローチ加工方法において、ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を形成した内面ブローチ加工方法を提供することにより前述した課題を解決した（請求項１）。

即ち、ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を設けることにより、ブローチ加工時にワークにブローチ工具の切れ刃が接触する際、ワークの面取りが浅い部位からブローチ工具の切れ刃が徐々に接触するようにする。ここでいう切れ刃食いつき部とは、ワークをブローチ加工するときにブローチ工具の切れ刃が最初に切り込むワークの部位のことをいう。つまり、図８に示すように、従来例と同じくすくい角が鈍角とされたフォーム上がりの切れ刃９を有するブローチ工具５にて、硬度４５〜６５ＨＲＣとされたワーク１２を内面ブローチ加工するにあたり、切れ刃食いつき部を図８に示す面取り部１のように形成することにより、ブローチ工具５の切れ刃９が切れ刃食いつき部において一定時間に切り込む体積を少なくする。これにより、硬度４５〜６５ＨＲＣの高硬度材を４０ｍ／ｍｉｎ以上のブローチ高速切削加工する際、ワークの切れ刃食いつき部にブローチ工具の切れ刃が徐々に接触するので、切れ刃の刃先に損傷を与えるような大きな衝撃振動の発生を抑えることができる。面取り部の形状については平面形状や曲面形状でもよく、ブローチ工具の切れ刃がワークの切れ刃食いつき部と接触する際、ワークに切れ刃が同時に切り込む面積が少なくなる形状であれば良い。

ここでいうフォーム上がりの切れ刃とは、ブローチ加工形状と同一形状で切り込みを行う切れ刃の形状のことを指し、本発明においてはインボリュートスプライン溝、ボールスプライン溝等の様々な形状のブローチ加工をこのフォーム上がりの切れ刃により加工する。

また、面取り部の形状がワークの内面に向かって縮径するテーパー形状とされ、面取り部の面取り角をα、切れ刃のすくい角をβとしたとき、面取り角αとすくい角βとの差γが、２０°≦γ≦６０°とされたブローチ加工方法とした（請求項２）。これにより、ワークの面取り部の面取り角αとブローチ工具の鈍角とされたすくい角βとが角度に差がない状態で接触することはない。ここでいう面取り角αとすくい角βとの差γとは、γ＝α−（−β）とあらわすことができる。ここでいう面取り角とは、ワークの切れ刃食いつき部に設けられた面取り部がワークの内面に向かうテーパー形状であるときに、ワークの軸直角面と面取り部とのなす角度のことをいう。ここで、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γを２０°以上としたのは、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γが２０°未満であると面取り角αとすくい角βの差が少なく、ワークの面取り部にブローチ工具の切れ刃が食いつく瞬間の衝撃を緩和する効果が十分でないからである。また、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γを６０°以内としたのは、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り角αとの差γが６０°超であるとワークの加工部分の切削有効長さが短くなり、実用的でないからである。

また、加工されるワークの加工部位がインボリュート歯面である内面ブローチ加工方法とした（請求項３）。即ち、図２（ｃ）示すように、インボリュートスプライン溝６６を加工する場合は、大径４２の両側に位置するインボリュート歯面１５を二点鎖線で示す取りしろ４４まで加工すればよいが、特に本発明のようにフォーム上がりとされた切れ刃を有するブローチ工具にて切れ刃食いつき部であるインボリュート歯面１５に面取りを施して加工する場合、面取りがない場合に比べブローチの切れ刃がワークに同時に切り込む面積を著しく小さくすることができ、ブローチの切れ刃とワークの面取り部とが接触する際の衝撃振動の減少効果が大きい。

以上のように本発明によれば、すくい角が鈍角とされた複数のフォーム上がりの切れ刃が外周の軸方向に配設されたブローチ工具を使用して、ブローチ加工される被加工部分の表面近傍の硬度が４５〜６５ＨＲＣである略中空円筒状のワークの軸方向にブローチ工具を通過させることにより、ワークの内面に所定の加工を行う内面ブローチ加工方法において、ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を形成した内面ブローチ加工方法としたので、ワークの切れ刃食いつき部に形成した面取り部とブローチ工具の切れ刃とがブローチ加工により接触する際の大きな衝撃振動の発生を抑えることができた。それにより、４５〜６５ＨＲＣの高硬度材を４０ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削にてブローチ加工しても、ブローチ工具の切れ刃の刃先にチッピング、欠けが発生することなく加工することができた（請求項１）。

また、面取り部の形状がワークの内面に向かって縮径するテーパー形状とされ、面取り部の面取り角をα、切れ刃のすくい角をβとしたとき、面取り角αとすくい角βとの差γが、２０°≦γ≦６０°とされているブローチ加工方法としたので、ブローチ工具のすくい角βとワークの面取り部の面取り角αとが同一となることがなくなり、ブローチ加工時にワークの切れ刃食いつき部とブローチ工具の切れ刃の刃先とが接触した際の衝撃振動をより効果的に抑えることができた（請求項２）。

また、加工されるワークの加工部位がインボリュート歯面である内面ブローチ加工方法としたので、ブローチの切れ刃とワークの面取り部とが接触する際の衝撃振動の減少に大きな効果を生じることとなった（請求項３）。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態で使用するブローチ工具の側面図、（ｂ）は（ａ）の切れ刃の拡大側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線拡大矢視断面図、図２（ａ）は本発明の実施の形態で使用するワークの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のインボリュート溝の模式図、図８は本発明のブローチ加工方法を示す模式断面図である。

図１（ａ）に示すように、本発明に用いられる組立式内面ブローチ工具５の外周８の軸周り及び軸方向に設けられた切れ刃９は超硬合金製とされ、図２（ａ）に示すワーク１２を加工するための切れ刃９の形状はフォーム上がりとされ、インボリュート歯面１５を加工する。ここでいうフォーム上がりの切れ刃９とは、ブローチ加工形状と同一形状で切り込みを行う切れ刃の形状のことを指し、本実施の形態においてはインボリュートスプライン歯面１５をこのフォーム上がりの切れ刃９により加工する。また、刃部３について、図１（ｂ）に示すように、切れ刃９からひいた垂線２２とすくい面２１とのなす角であるすくい角βは−１０°とされている。加工されるワーク１２については仕上げ代を残して通常ブローチ工具にて前加工されたものを浸炭焼き入れで硬度６０ＨＲＣとしたものである。

特に本発明においては、図２に示すように、ブローチ工具５により加工されるワーク１２の切れ刃食いつき部に面取り部１を形成することに特徴を有する。ここでいう切れ刃食いつき部とは、ワークをブローチ加工するときにブローチ工具の切れ刃が最初に切り込むワークの部位のことをいう。本実施の形態では、大径部４２をも含むようにしてワーク１２の内面１３まで続くテーパー状の面取り部１を形成した。これにより、ワークの切れ刃食いつき部にブローチ工具５の切れ刃９が徐々に接触するので、ブローチ加工時に切れ刃５の刃先に損傷を与えるような大きな衝撃振動の発生を抑えることができる。面取り部１のような面取り形状は旋盤により容易に加工することができる。このテーパー状とされた面取り部１とワーク１２の軸２６の軸直角面４８とのなす角である面取り角αは４５°とした。これにより、図８に示すように、前述したブローチ工具５の刃部３のすくい角βとワーク１２の面取り角αとの差γは、γ＝α−（−β）の関係式から、４５°−（−（−１０°））＝３５°となり、面取り角αとすくい角βとの差γが２０°≦γ≦６０°の範囲内となり、ワークの面取り部の面取り角αとブローチ工具のすくい角βとが角度に差がない状態で接触することはない。これにより、ブローチ工具５の切れ刃９はワーク１２の面取り部１に徐々に食いつくことになり、切れ刃９が食いつく瞬間の衝撃振動が緩和される。

なお、前述した本発明の実施の形態では、切れ刃食いつき部であるインボリュート大径４２をも含むようにしてワーク１２の内面１３まで続くテーパー状の面取り部１を形成したが、図９に示すように、面取り部１を切れ刃食いつき部であるインボリュート歯面１５の全てを面取りしないように面取り部１を形成しても、ある程度の衝撃振動効果が得られることはいうまでもない。なお、前述した本発明の実施の形態では、ワークを固定し、内面ブローチ工具を移動してワークの内面を加工するブローチ工具移動式のブローチ加工としたが、本発明のブローチ加工方法は、内面ブローチ工具を固定し、ワークを移動してワークの内面を加工するワーク移動式のブローチ加工にも適用できることはいうまでもない。なお、前述した本発明の実施の形態では、硬度６０ＨＲＣのワークを使用し、また特許請求の範囲でも硬度４５〜６５ＨＲＣ、いわゆる高硬度材に対してのブローチ加工方法としたが、本発明のブローチ加工方法は前述した高硬度材以外のワークに対しても同様に適用できるブローチ加工方法であることはいうまでもない。

かかる本発明の実施の形態で述べた図１に示す組立式内面ブローチ工具５を用いて図２に示すワーク１２を切削速度６０ｍ／ｍｉｎで加工した。なお、ワーク１２の面取り角αを６０°とし、ブローチ工具５のすくい角βを２０°とした。これにより、ブローチ工具５の刃部３のすくい角βとワーク１２の面取り角αとの差γは、γ＝α−（−β）の関係式から、６０°−（−（−２０°））＝４０°となる。結果、図６の振動波形図に示すように、面取りがない場合（図５）に比べブローチ加工時の加工振動は小さいものとなり、ブローチ工具５の切れ刃９とワーク１２の切れ刃食いつき部であるインボリュートスプライン歯面１５とが接触しても大きな衝撃振動は発生せず、切れ刃９の刃先にもチッピングや欠けが生じることがなくなった。また、ブローチ寿命もワークに面取りを設ける前と比べて約２倍以上の加工数を加工できることとなった。

（ａ）は本発明の実施の形態を示す組立式内面ブローチ工具の側面図、（ｂ）は（ａ）の切れ刃の拡大側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視拡大断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態で使用するワークの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のインボリュート溝の模式図である。 （ａ）は従来例のブローチ工具の側面図、（ｂ）は（ａ）の切れ刃の拡大側面図である。 （ａ）は従来例のブローチ工具による加工されるワークの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。 従来例のブローチ加工方法にてワークを加工したときの加工振動を示す振動波形図である。 本発明のブローチ加工方法によりワークを加工したときの加工振動を示す振動波形図である。 従来例のブローチ加工方法を示す模式断面図である。 本発明のブローチ加工方法を示す模式断面図である。 本発明のブローチ加工方法の別例を示すワークの平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。

符号の説明

１ 面取り部
５ ブローチ工具
８ 外周
９ 切れ刃
１２ ワーク
１３ 内面
１５ 切れ刃食いつき部
α 面取り角
β すくい角
γ 面取り角αとすくい角βとの差

Claims (3)

1. すくい角が鈍角とされた複数のフォーム上がりの切れ刃が外周の軸方向に配設されたブローチ工具を使用し、ブローチ加工される被加工部分の表面近傍の硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）である略中空円筒状のワークの軸方向に前記ブローチ工具を通過させることにより、前記ワークの内面に所定の加工を行う内面ブローチ加工方法において、前記ワークの切れ刃食いつき部に面取り部を形成したことを特徴とする内面ブローチ加工方法。
2. 前記面取り部の形状が前記ワークの内面に向かって縮径するテーパー形状とされ、前記面取り部の面取り角をα、前記切れ刃のすくい角をβとしたとき、前記面取り角αと前記すくい角βとの差γが、２０°≦γ≦６０°とされていることを特徴とする請求項１に記載の内面ブローチ加工方法。
3. 請求項１又は２に記載のブローチ加工方法により加工される前記ワークの加工部位がインボリュート歯面であることを特徴とする内面ブローチ加工方法。
   

Images