JP4582735B2

JP4582735B2 - ブローチ加工方法

Info

Publication number: JP4582735B2
Application number: JP2000107418A
Authority: JP
Inventors: 宗一角谷; 諭小林; 恭史野川
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP2001287116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置したブローチカッタを使用したブローチ加工方法、特に被加工材料の被加工部のロックウェルかたさが５０ＨＲｃ以上の高硬度材のブローチ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブローチ加工は、油性・水溶性クーラント、微量ミストのセミドライにて硬度が２０〜３０ＨＲｃ（ロックウェルかたさＣスケール：以下同じ）以下の加工物を対象に行っている。このため加工物はブローチ加工後、硬度を上げるための熱処理をされる物が多い。例えば、自動車のミッション部品は、インボリュートスプライン穴をブローチ加工された後、インボリュートスプライン部を浸炭焼き入れされる。このときの焼き入れ部の硬度は６０ＨＲｃ以上であり、浸炭深さは約１ｍｍである。しかし、浸炭焼き入れすると熱処理歪みが発生し、インボリュートスプライン部の精度（径寸法、歯筋、ピッチなど）が悪化する。従って、加工精度の高いブローチ加工を行ってもその後の焼き入れのため加工精度が低下し、ブローチ加工の優位性を維持することができない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、焼き入れ後にさらに精度の高いブローチ加工を行いたいのであるが、従来の高速度工具鋼材料をその切刃に用いたハイスブローチでは、５０ＨＲｃ以上の高硬度材（熱処理後の加工物）の加工は不可能であり、仮に加工しても、刃先の摩耗やチッピングなどにより刃具の寿命が極端に短くなり実用的ではない。
また、ダイヤモンド等を電着させた超砥粒電着ブローチに軸方向に微少振動与えながら加工を行う振動ブローチ加工が行われているが、加工代が限られており、機械構造も複雑で、加工速度も低く、一般化していない。また、熱処理歪み量は０．０７ｍｍ以上の加工物が多いのであるが、現在の振動ブローチ加工の取り代は径で０．０７ｍｍ以下と小さく熱処理歪みを完全に除去できない部品が多く又加工能率が悪いという問題があった。一方、切削時における振動の防止及び切屑詰まりをなくし、切削速度を上げるために実開昭６１−４６１２３号公報においては、ブローチの切刃をねじれ溝に沿って形成した内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタが記載されている。しかし高硬度加工材料の加工については示唆も開示もされていない。その他、超硬合金材料の切刃を有する超硬ブローチ等種々のブローチがあるが熱処理後の高硬度材のブローチ加工については示唆も開示もされていない。
【０００４】
本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、熱処理等によって硬くされたあるいは硬い、かたさが５０ＨＲｃ以上の高硬度材料等の被削物を精度よく、また加工取り代も大きく加工効率がよく、振動ブローチのように機械の制御を複雑にすることのないブローチ加工方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明においは、本体の外周に軸方向に多数の超硬合金からなる切刃を配置したブローチカッタであって、かつ、切刃が本体の外周面に形成されたねじれ溝に沿って配設された内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタを使用し、内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタで加工される被加工部のロックウェルかたさが５０〜６８ＨＲｃの被削物の被加工部のブローチ加工時の切削速度を４０〜６０ｍ／ｍｉｎにしたブローチ加工方法を提供することによって上記課題を解決した。
【０００６】
切刃を超硬合金とし、さらに切刃を本体の外周面に形成されたねじれ溝に沿って配設することにより、高硬度材を高速切削すると同時に切刃への衝撃を小さくできるので、切刃のチッピングや破損が少ない。また、実切削荷重が減少し省エネとなる。また、荷重変動が少なく加工面粗度が良い。ブローチ速度が４０ｍ／ｍｉｎ未満では、加工面粗度が悪くまた刃の摩耗が早く実用的でなく、４０〜６０ｍ／ｍｉｎがよい。なお、上限を６０ｍ／ｍｉｎとしたのは、発明者等が実験に使用できるブローチ盤の送り速度が６０ｍ／ｍｉｎでほぼ限界の為であり、これ以上の速度でも同様な効果が期待できることは言うまでもない。特に本発明においては、高硬度材料のブローチ加工にあたって顕著な性能を発揮でき、内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタを用いて加工する被削物の被加工部のロックウェルかたさが５０〜６８ＨＲｃのものに適している。
【０００７】
より好ましくは、切刃にＴｉＣＮ系、又はＴｉＡｌＮ系のコーティングを被膜した内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタを使用するとよい（請求項２）。
【０００８】
さらに、内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタにおいては、ねじれ溝に沿ってクーラントが流れやすいので、請求項３においては、ブローチカッタのねじれ溝を複数条のねじれ溝とし、この複数条のねじれ溝の条数と同数以上のノズルを設け、ブローチ静止時においてぞれぞれのノズルが相対するねじれ溝にクーラントが供給されるように配置し、さらに、ねじれ溝にクーラントを供給しながら加工するようにした。クーラントの方法は、湿式（油性・水溶性クーラント）、ミスト、セミドライ（微量ミスト）の各手段があるが、特にセミドライ加工では、本請求項３に係る発明においては、微量ミストであってもねじれ溝に沿って微量ミストが浸透していくので従来の軸直角刃溝ブローチよりもクーラント効果が優れている。
【０００９】
なお、クーラントは、前述した油性、水溶性、微量ミストのセミドライ（微量ミスト供給量２ｃｃ〜１２ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズル）の他、切削剤を用いない完全ドライ、空冷によるドライ等の条件のいずれにも適用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図１の（ａ）は本発明の実施の形態を示すブローチ盤の部分説明図、（ｂ）は（ａ）の被削物のＡ矢視図である。図１において、ブローチ盤本体２０上に固定されたジグ６上に被削物２を設置して、本体の外周にねじれ溝が設けられ、このねじれ溝に沿って軸方向に多数の切刃１１を配置したねじれ刃溝ブローチカッタ１を使用する。ねじれ刃溝ブローチカッタ１には２条のねじれ溝１２ａ，１２ｂが形成され、このねじれ溝に沿って切刃１１が設けられている。切刃部は超硬合金材料を基材とし、超硬ねじれ刃溝ブローチカッタにされている。さらに、切刃１１にＴｉＣＮ系、又はＴｉＡｌＮ系の多層コーティングが被膜されている。超硬ねじれ刃溝ブローチカッタのねじれ溝１２ａ，１２ｂに向かってねじれ溝の条数に合わせて２本のミストノズル１３ａ，１３ｂがブローチ静止時にそれぞれねじれ溝１２ａ，１２ｂにミストがかかるように配置されている。
【００１１】
被削物２は焼き入れ前に前加工として、最終仕上げ寸法よりやや小さめな結合歯２ａを有するインボリュートスプライン穴２ｂがブローチ加工され、その後熱処理が施されている。インボリュートスプライン部の硬度は６０±２ＨＲｃになるよう浸炭焼き入れ処理がされている。被削物２のインボリュートスプライン穴２ｂとブローチカッタの案内部１ａとの位相が合うように、ブローチカッタ１を、図１に図示しないブローチ昇降装置を介し被削物２に挿入する。ついで、ブローチ盤本体２０に設けたブローチ引っ張り装置２１によりブローチカッタ１を回転させることなく真っ直ぐ下方向へ引っ張る事により、ブローチ刃形状が被削物２に転写されることになる。なお、図１では、被削物２は、ジグ６上に設置されているが、これに限らず、被削物２にブローチカッタ１を挿入後、被削物２をクランプにより固定してブローチ加工する等種々の方法がある。
【００１２】
【実施例】
上述した装置を用いて加工した結果について述べる。ブローチカッタの切刃の基材はＪＩＳＰ３０相当の超硬合金材料を用い、ＴｉＣＮの３層コーティングのものを用いた。前述したように被削物の加工形状は図１（ｂ）に示すような結合歯２ａを有するインボリュートスプライン２ｂであり、その材質はＳＣＭ４１５であり、熱処理後のインボリュートスプライン部の硬度は５８〜６２ＨＲｃである。インボリュートスプライン諸元（完成時）は、モジュールｍ＝１．２、圧力角ＰＡ＝３０°、歯数Ｚ＝３６である。本実施例での仕上げ加工部はインボリュートスプラインの大径部２ｃである。ブローチ盤はメカニカル式の５トン高速ブローチ盤を用いた。
【００１３】
まず、ブローチカッタ１の切刃１１に、ミストノズルにより加工箇所に向け、４ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストをかけ、ブローチ速度６０ｍ／ｍｉｎでブローチを引き抜き仕上げ加工をおこなった。その結果を表１に示す。表１は熱処理前の前加工、熱処理後、及び本発明のブローチ加工後の結合歯の外径２ｈの寸法及び真直度を示したものである。表１によれば、熱処理変形により結合歯の外径の真直度が３倍程度悪化したのが本発明のブローチ加工によれば、熱処理変形前の値に戻っている。また、本発明による削り代は径で約０．２５ｍｍであるにもかかわらず切刃のチッピングや欠けは発生しなかった。
【００１４】
【表１】

【００１５】
さらに、本発明の超硬ねじれ刃溝の場合と、ねじれのない他は同様諸元である超硬軸直刃溝ブローチカッタとの切削速度６０ｍ／ｍｉｎ時の比較を行った。表２は実最大切削荷重（ブローチの引っ張り力）、表３は治具（ジグ）６上に振動計をあて、治具上の最大振幅、表４は結合歯の大径部２ｃの切削方向のうねりをそれぞれ測定したものである。
【００１６】
【表２】

【００１７】
【表３】

【００１８】
【表４】

【００１９】
表２に示すように、実最大切削荷重は超硬軸直刃溝に対し、本発明の超硬ねじれ刃溝ブローチの方が２０％減であり、省エネ効果が大きく振動もすくない。従って、当然、表３に示すように治具上の最大振幅は本発明においては１／４以下の振動となり、切削方向のうねりも表４に示すように超硬軸直刃溝が最大うねり３．０μｍであるのに対し、本発明の超硬ねじれ刃溝ブローチでは１．５μｍと良好な結果を得た。また、加工後のブローチ刃の最大逃げ面摩耗量も減少していた。さらに、切刃の寿命も超硬ねじれ刃溝ブローチの方が約２０％向上した。なお、本発明のねじれ刃溝ブローチは、被加工形状が軸方向に真っ直ぐであり、ブローチ加工時にブローチの回転を伴うことなく直線に加工するものであり、ブローチ加工時にブローチの回転を伴い、被加工形状が軸方向に対し斜め方向に加工するヘリカル溝形状のブローチとは異なる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、切刃を超硬合金とし、かつ、ねじれ刃溝ブローチカッタを使用し、さらに切削速度を４０〜６０ｍ／ｍｉｎの高速としたので、取り代も例えば径で０．０５〜０．５ｍｍと大きくとることができ、振動が小さく、切削荷重も小さくなり、高速化と同時に省エネがはかれ、効率のよいブローチ加工方法を提供するものとなった。さらには、摩耗を減らし、ブローチ加工寸法精度をあげることが可能となった。特に、本発明によれば、加工する被削物の被加工部のロックウェルかたさが５０〜６８ＨＲｃであってもブローチ加工が可能となったので、簡単で、加工精度、加工効率がよい高硬度材を加工できるブローチ加工方法を提供するものとなった。また、切刃にＴｉＣＮ系、又はＴｉＡｌＮ系のコーティングを被膜することにより、より高速加工に適し、摩耗の少ないものとなった。
【００２１】
さらに、複数のねじれ溝の条数と同数以上のノズルからねじれ溝にミストが供給されるようにし、ねじれ溝に沿って微量ミストを浸透させ優れたクーラント効果を得られるので、クーラント消費も減り、省エネ、省資源、環境にも優しいものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態を示すブローチ盤の部分説明図、（ｂ）は（ａ）に示す被削物のＡ矢視図である。
【符号の説明】
１超硬ねじれ刃溝ブローチカッタ
２被削物
２ａ被加工部（結合歯）
２ｂ被加工部（インボリュートスプライン歯）
２ｃ被加工部（結合穴外径面）
１１ブローチカッタの切刃
１２ａ，１２ｂねじれ溝
１３ａ、１３ｂノズル（ミストノズル）

Claims

本体の外周に軸方向に多数の超硬合金からなる切刃を配置したブローチカッタであって、かつ、前記切刃は前記本体の外周面に形成されたねじれ溝に沿って配設された内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタを使用し、前記内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタで加工される被加工部のロックウェルかたさが５０〜６８ＨＲｃの被削物の前記被加工部のブローチ加工時の切削速度を４０〜６０ｍ／ｍｉｎにしたことを特徴とするブローチ加工方法。
前記切刃にＴｉＣＮ系、又はＴｉＡｌＮ系のコーティングを被膜した内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタであることを特徴とする請求項１記載のブローチ加工方法。
前記内面加工用超硬ねじれ刃溝ブローチカッタのねじれ溝は複数条のねじれ溝であって、該複数条のねじれ溝の条数と同数以上のノズルを設け、ブローチ静止時においてぞれぞれの前記ノズルが相対する前記ねじれ溝にクーラントが供給されるように配置し、さらに、前記ねじれ溝にクーラントを供給しながら加工することを特徴とする請求項１又は２記載のブローチ加工方法。