JP4610129B2

JP4610129B2 - Ball end mill

Info

Publication number: JP4610129B2
Application number: JP2001195235A
Authority: JP
Inventors: 勉山寄
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003011016A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属加工作業におけるエンドミル加工用のボールエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンドミルはフライス工具の一種で、外周に切れ刃があって底面削り、輪郭倣い削り、溝削りなど広い範囲の用途をもっている。そのうち、チップの切れ刃がＲ形状のボールエンドミルは、金型などの３次元加工で突き加工を含むあらゆる方向に加工ができる工具である。
【０００３】
かかるボールエンドミルには、チップを固定保持するチップ取付部と刃物台に取り付けるシャンク部とが一体となったものと、チップ取付部としての切削用インサートを別体となし、その後端部に備える連結式シャンクにより工具ホルダに螺合固定する分割型とがあった。
【０００４】
一体型のボールエンドミルには、鋼製のもの、或いは、超硬合金製のものがあった。また、分割型のボールエンドミルは、切削用インサートと工具ホルダーを同じ鋼材により構成したもの、両者を同じ超硬合金により構成したもの、或いは、切削用インサートに超硬合金を用い、工具ホルダーに鋼材を用いたものがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ボールエンドミルにおいて、小径のものはシャンクの径に比してその突き出し量が多い。そのため、鋼製のものでは加工条件を厳しくすると加工面粗度が悪化する。また、切削用インサートのみを超硬合金製にした上記分割型のものを含めて、超硬合金製のものでは欠損しやすくなる傾向が大きいため、加工条件を上げることができず、加工効率が悪いという問題があった。
【０００６】
このような従来技術の問題に鑑みて、本発明は、欠損し難く、且つ、加工面粗度が良好な小径のボールエンドミルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意検討の結果、加工径が１０ｍｍ以下の分割型のボールエンドミルにおいて、切削用インサートと工具ホルダーの硬度をそれぞれ所定範囲にすることで、鋼製であっても、超硬合金製のボールエンドミルに近い加工面粗度を実現することができることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明のボールエンドミルは、一方端部に切刃を備えた加工径１０ｍｍ以下の切削用インサートの他方端部に雄ねじ部を有する連結式シャンクを形成し、該連結式シャンクの雄ねじ部を工具ホルダーの先端部に設けた雌ねじ部に螺合することにより、上記切削用インサートを上記工具ホルダーに固定してなり、上記切削用インサートが硬度４０ＨＲＣ以下の鋼製であり、且つ、上記工具ホルダーが硬度５０〜６０ＨＲＣの鋼製であることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、チップ取付部とシャンク部の硬度の関係が同じ一体型のボールエンドミルと比べて面粗度が良くなり、しかも、超硬合金でチップ取付部とシャンク部とを一体に構成したボールエンドミルに近い加工面粗度となる。
【００１０】
なお、加工径が１０ｍｍより大きい場合、上記硬度の関係が同じ場合の面粗度は、分割型よりも一体型のボールエンドミルの方が上回るが、加工径が１０ｍｍより小さいときに、工具ホルダの硬度が５０ＨＲＣ以上の場合、上記硬度の関係が同じ場合の面粗度は、分割型が一体型のボールエンドミルを上回る。
【００１１】
ただし、切削用インサートの硬度が４０ＨＲＣを超えると、切削用インサートに欠損が生じやすくなる。また、工具ホルダーの硬度が６０ＨＲＣを超えると、工具ホルダーが欠損し易くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は本発明に係るボールエンドミルを示し、これらの図中、2は雄ねじ部、3はねじ連結式シャンク、4は切削用ヘッド、5はヘッド本体、6はポケット、7は超硬切刃、8は柱状胴部、9は上記切削用インサート1を工具ホルダー１１から取り外すための道具との係合部としてのフラットカット面を示す。
上記切削用インサート1は、雄ねじ部2を有するねじ連結式シャンク３を備える。このねじ連結式シャンク３は、一方の端部が切削用ヘッド４に隣接し、他方の端部に雄ねじ部２を備えている。また、上記切削用ヘッド４のヘッド本体５に備える略半球状をした先端部分にポケット６を形成し、このポケット６に超硬切刃７をロウ付けするとともに、上記ポケット６の後端側に前記ねじ連結式シャンク３よりも大径の柱状胴部８を備えた構成となている。さらに、上記柱状胴部８の周囲には相互平行な二つのフラットカット面９，９が形成されている。
【００１３】
図２及び図３に示すように、この切削用インサート１は、工具ホルダー１１に形成された長さ方向に伸びている円孔１２内に連結する。円孔１２の先端側の開口近傍は、前記切削用インサート１のねじ連結式シャンク３に対応する形状となっており、ねじ連結式シャンク３の雄ねじ部２に対応する箇所には、雌ねじ部１３を備える。
【００１４】
切削用インサート１のねじ連結式シャンク３は工具ホルダー１１の円孔１２内に差し込まれ、その雄ねじ部２は円孔１２の雌ねじ部分１３にねじ連結される。工具の回転作動中、ねじ連結式シャンク３を工具ホルダー１１に確実に効果的に保持するために、ねじの螺旋は工具の回転方向と同じ方向に向けられる。
【００１５】
切削用インサート１の雄ねじ部２の解放は、上記切削用インサート１の切削用ヘッド４に備える柱状胴部８を利用して行うことができる。すなわち、この柱状胴部８のフラットカット面９に対して、スパナやモンキーレンチを作用させて切削インサート１を短時間で容易に取り外すことができる。
【００１６】
このボールエンドミルにおいて、切削用インサート１は硬度が４０ＨＲＣ（Ｃスケールのロックウェル硬度）以下である鋼からなり、工具ホルダー１１は硬度が５０〜６０ＨＲＣの鋼製である。また、このボールエンドミルの加工径は１０ｍｍ以下である。ここで加工径は、超硬切刃７の刃先の加工回転軌跡における最大径である。
【００１７】
硬度を変えていくため、材質として例えばＳＫＤ１１（工具鋼）でもって切削用インサート１と工具ホルダー１１を構成し、焼き入れ工程によって一様にＨＲＣ６０の硬度とした後、次にバーナ火炎、高周波加熱等の手段でもって５００〜６００℃程度に加熱し、適宜徐冷して焼なますことによって所望の硬度を得ることができる。また、異なる種類の異なる硬さを持った工具鋼材（炭素工具鋼鋼材、高速度工具鋼鋼材、合金工具鋼鋼材などから選ぶ）を用い、異なる硬さの工具鋼材を上記手段により硬さの調整を行うことにより、上記切削用インサート１と工具ホルダー１１の硬さを所望のレベルにすることができる。
【００１８】
なお、本実施形態において工具ホルダー１１は先細のテーパー形状となっているが、工具ホルダー１１は先端側と後端側で径が同じストレート型のものであっても構わない。
【００１９】
【実施例】
図１〜図３に示すボールエンドミルの切削用インサート１と工具ホルダー１１をＳＫＤ１１（工具鋼）でもって構成し、上述の方法で適宜、所望の硬度とし、表１に示すような加工径、硬度の組み合わせによる分割型の試料１〜１５を作製した。また、比較例として、同様な外形状を持つ一体型のボールエンドミルのチップ取付部とシャンク部に対して、上述の方法で適宜、所望の硬度とし、表１に示すような工具ホルダーの径、硬度の組み合わせによる一体型の試料１〜１５を作製した。ここで、実施例と比較例の同一番号試料は、硬度の関係を同一に設定した。
【００２０】
さらに、別の比較例として、同様な外形状を持つ一体型の超硬合金製ボールエンドミルを作製した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１に示す試料のボールエンドミルと上記一体型の超硬合金製ボールエンドミルを用いて以下の条件で切削加工を行い、加工後の被削面における送り方向の面粗度（最大粗さＲｙ）を測定した。それらの結果を表１に示す。
（切削条件）
Ｎ＝４２００ｒｐｍ（最大加工径境界部分：Ｖ＝５８ｍ／ｍｉｎ）
Ｆ＝８４０ｍｍ／ｍｉｎ（ｆ＝０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）
切込み（深さ）×ピック（幅）＝０．５ｍｍ×０．５ｍｍ
突き出し長さ＝５０ｍｍ
被削材ＳＫＤ１１
乾式切削
加工径が８ｍｍの試料１〜５について、工具ホルダーの硬度が５０ＨＲＣ以上の試料３〜５では、同じ硬度の組み合わせ（同試料番号）で比べると分割型の面粗度が一体型を上回る結果であった。しかも、分割型の試料３〜５では面粗さの最大高さＲｙが１０μｍ〜１１μｍと超硬合金一体型のものに比較的近い値を得ることができた。ちなみに、上記超硬合金製一体型のボールエンドミルは工具径が８ｍｍ，１０ｍｍ，１２ｍｍいずれの場合も面粗さの最大高さＲｙが８μｍであった。
【００２３】
次に、加工径が１０ｍｍの試料６〜１０について、工具ホルダーの硬度が５０ＨＲＣ以上の試料８〜１０では、同じ硬度の組み合わせ（同試料番号）で比べると分割型の面粗度が一体型を上回る結果であった。しかも、分割型の試料８〜１０では面粗さの最大高さＲｙが９μｍ〜１１μｍと超硬合金一体型のものの８μｍに比較的近い値を得ることができた。
【００２４】
これに対して、加工径が１２ｍｍの試料１１〜１５は、同じ硬度の組み合わせ（同試料番号）で比べるとすべて一体型の面粗度が分割型を上回る結果であった。
【００２５】
これらの結果をまとめると次のようになる。
【００２６】
加工径が１０ｍｍより小さいとき、工具ホルダの硬度が５０ＨＲＣ以上である場合、上記硬度の関係が同じ場合の面粗度は、分割型が一体型のボールエンドミルを上回り、しかも、超硬合金からなる一体型のものに近い良好な面粗度を達成することができる。他方、工具ホルダの硬度が５０ＨＲＣを下回ると、面粗度は一体型が分割型を上回る。
【００２７】
また、加工径が１０ｍｍより大きい場合、上記硬度の関係が同じ場合の面粗度は、分割型よりも一体型のボールエンドミルの方が上回る。
【００２８】
なお、表１からは明らかでないが、切削用インサートの硬度が４０ＨＲＣを超えると、切削用インサートに欠損が生じやすくなる傾向があった。また、工具ホルダーの硬度が６０ＨＲＣを超えると、工具ホルダーが欠損し易くなる傾向があった。
【００２９】
したがって、加工径が１０ｍｍ以下の鋼製の分割型ボールエンドミルにおいて、切削用インサートの硬度を４０ＨＲＣ以下とし、上記工具ホルダの硬度を５０〜６０ＨＲＣとすることで、良好な加工面粗度と耐欠損性を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、小径のボールエンドミルにおいて、耐欠損性が高く、且つ、加工面粗度が良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールエンドミルを構成する切削用インサートを示す斜視図である。
【図２】図１の切削用インサートを備えたボールエンドミルの分解斜視図である。
【図３】図２のボールエンドミルの連結状態を示す図である。
【符号の説明】
１切削用インサート
２雄ねじ部
３ねじ連結式シャンク
４切削用ヘッド
５ヘッド本体
６ポケット
７超硬切刃
８柱状胴部
９フラットカット面
１１工具ホルダー
１２円孔
１３雌ねじ部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball end mill for end mill processing in metal processing operations.
[0002]
[Prior art]
An end mill is a kind of milling tool, and has a wide range of applications such as cutting the bottom, contouring, and grooving with a cutting edge on the outer periphery. Among them, a ball end mill having an R-shaped cutting edge is a tool capable of machining in all directions including thrusting by three-dimensional machining such as a mold.
[0003]
In such a ball end mill, a tip mounting portion for fixing and holding the tip and a shank portion to be attached to the tool post are integrated with a cutting insert as a tip mounting portion as a separate body, and a connection provided at the rear end portion. There was a split type that was screwed and fixed to the tool holder by a type shank.
[0004]
Some of the integrated ball end mills are made of steel or made of cemented carbide. In addition, the split type ball end mill has a cutting insert and a tool holder made of the same steel material, both made of the same cemented carbide, or a cemented carbide for the cutting insert and a steel material for the tool holder. There was a thing using.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a ball end mill, a small diameter has a larger protruding amount than a shank diameter. For this reason, in the case of steel, when the processing conditions are strict, the roughness of the processed surface deteriorates. In addition, since the cemented carbide products, including the above-mentioned split type made only of the cutting insert made of cemented carbide, tend to be easily broken, the machining conditions cannot be raised, and the machining efficiency is improved. There was a problem of being bad.
[0006]
In view of such a problem of the prior art, an object of the present invention is to provide a ball end mill having a small diameter which is not easily damaged and has a good machined surface roughness.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventor has determined that the hardness of the cutting insert and the tool holder in the split ball end mill with a machining diameter of 10 mm or less is within a predetermined range, so that even if it is made of steel, it is made of cemented carbide. It has been found that a machined surface roughness close to that of a ball end mill can be realized.
[0008]
That is, the ball end mill of the present invention forms a connecting shank having a male threaded portion at the other end of a cutting insert having a cutting diameter of 10 mm or less and having a cutting edge at one end, and the male threaded portion of the connecting shank is The cutting insert is fixed to the tool holder by screwing into a female thread portion provided at the tip of the tool holder, the cutting insert is made of steel having a hardness of 40 HRC or less, and the tool holder Is made of steel having a hardness of 50-60 HRC.
[0009]
According to such a configuration, the surface roughness is improved compared to an integrated ball end mill in which the hardness relationship between the tip mounting portion and the shank portion is the same, and the tip mounting portion and the shank portion are integrally formed of cemented carbide. The machined surface roughness is close to that of a ball end mill.
[0010]
When the machining diameter is larger than 10 mm, the surface roughness when the hardness relationship is the same is higher in the integrated ball end mill than in the split mold, but when the machining diameter is smaller than 10 mm, When the hardness is 50 HRC or more, the surface roughness when the hardness relationship is the same is higher than that of the ball end mill in which the split mold is integrated.
[0011]
However, when the hardness of the cutting insert exceeds 40 HRC, the cutting insert tends to be damaged. Moreover, when the hardness of the tool holder exceeds 60 HRC, the tool holder is likely to be broken.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3 show a ball end mill according to the present invention, in which 2 is a male screw part, 3 is a screw-coupled shank, 4 is a cutting head, 5 is a head body, 6 is a pocket, 7 is a super A hard cutting edge, 8 is a columnar body, and 9 is a flat cut surface as an engagement portion with a tool for removing the cutting insert 1 from the tool holder 11.
The cutting insert 1 includes a screw connection type shank 3 having a male screw portion 2. The screw connection type shank 3 has one end adjacent to the cutting head 4 and the other end provided with a male thread 2. Further, a pocket 6 is formed in a substantially hemispherical tip portion provided in the head body 5 of the cutting head 4, and a carbide cutting blade 7 is brazed to the pocket 6, and on the rear end side of the pocket 6. The columnar body portion 8 has a larger diameter than the screw connection type shank 3. Further, two flat cut surfaces 9 and 9 are formed around the columnar body 8 so as to be parallel to each other.
[0013]
As shown in FIGS. 2 and 3, the cutting insert 1 is connected to a circular hole 12 formed in the tool holder 11 and extending in the length direction. The vicinity of the opening on the distal end side of the circular hole 12 has a shape corresponding to the screw connection shank 3 of the cutting insert 1, and a female screw portion 13 is provided at a position corresponding to the male screw portion 2 of the screw connection shank 3. Is provided.
[0014]
The threaded shank 3 of the cutting insert 1 is inserted into the circular hole 12 of the tool holder 11, and the male threaded portion 2 is threadedly coupled to the female threaded portion 13 of the circular hole 12. In order to ensure that the screw-coupled shank 3 is held effectively in the tool holder 11 during the rotation of the tool, the screw helix is oriented in the same direction as the direction of rotation of the tool.
[0015]
Release of the male thread portion 2 of the cutting insert 1 can be performed using the columnar body portion 8 provided in the cutting head 4 of the cutting insert 1. That is, the cutting insert 1 can be easily removed in a short time by applying a spanner or a monkey wrench to the flat cut surface 9 of the columnar body 8.
[0016]
In this ball end mill, the cutting insert 1 is made of steel having a hardness of 40 HRC (C scale Rockwell hardness) or less, and the tool holder 11 is made of steel having a hardness of 50-60 HRC. Moreover, the processing diameter of this ball end mill is 10 mm or less. Here, the machining diameter is the maximum diameter in the machining rotation locus of the cutting edge of the carbide cutting blade 7.
[0017]
In order to change the hardness, the cutting insert 1 and the tool holder 11 are made of, for example, SKD11 (tool steel) as a material, and the hardness of the HRC 60 is made uniform by a quenching process, then burner flame, high-frequency heating The desired hardness can be obtained by heating to about 500 to 600 ° C. by means of the above, etc., and appropriately annealing and annealing. Also, use different types of tool steels with different hardness (choose from carbon tool steel, high speed tool steel, alloy tool steel, etc.) and adjust the hardness of tool steels of different hardness by the above means By performing this, the hardness of the cutting insert 1 and the tool holder 11 can be set to a desired level.
[0018]
In this embodiment, the tool holder 11 has a tapered shape, but the tool holder 11 may be a straight type having the same diameter on the front end side and the rear end side.
[0019]
【Example】
The ball insert mill cutting insert 1 and tool holder 11 shown in FIGS. 1 to 3 are made of SKD11 (tool steel), and the desired hardness is appropriately obtained by the above-described method. Split-type samples 1 to 15 were prepared by combining the above. In addition, as a comparative example, with respect to the tip mounting portion and the shank portion of an integrated ball end mill having the same outer shape, the tool holder diameter as shown in Table 1, Integrated samples 1 to 15 having a combination of hardnesses were produced. Here, the samples having the same numbers in the examples and the comparative examples have the same hardness relationship.
[0020]
Furthermore, as another comparative example, an integrated cemented carbide ball end mill having the same outer shape was produced.
[0021]
[Table 1]

[0022]
Using the sample ball end mill shown in Table 1 and the above-mentioned integrated cemented carbide ball end mill, cutting was performed under the following conditions, and the surface roughness (maximum roughness Ry) in the feed direction on the machined surface after processing was determined. It was measured. The results are shown in Table 1.
(Cutting conditions)
N = 4200 rpm (maximum machining diameter boundary part: V = 58 m / min)
F = 840 mm / min (f = 0.1 mm / tooth)
Cutting depth (depth) x pick (width) = 0.5mm x 0.5mm
Protrusion length = 50mm
Work material SKD11
For samples 1 to 5 with a dry cutting diameter of 8 mm, the surface roughness of the split type is higher than that of the integrated type in samples 3 to 5 having a tool holder hardness of 50 HRC or more compared with the same combination of hardness (same sample number) It was a result. Moreover, in the divided samples 3 to 5, the maximum height Ry of the surface roughness was 10 μm to 11 μm, which was relatively close to that of the cemented carbide integrated type. Incidentally, the above-mentioned cemented carbide integrated ball end mill had a maximum surface roughness height Ry of 8 μm when the tool diameter was 8 mm, 10 mm, or 12 mm.
[0023]
Next, with respect to samples 6 to 10 having a processing diameter of 10 mm, in the case of samples 8 to 10 having a tool holder hardness of 50 HRC or more, the surface roughness of the split type is an integral type compared with the combination of the same hardness (same sample number). The result was higher. In addition, in the divided samples 8 to 10, the maximum height Ry of the surface roughness was 9 μm to 11 μm, which was relatively close to 8 μm of the cemented carbide integrated type.
[0024]
On the other hand, the samples 11 to 15 having a machining diameter of 12 mm all had a result that the surface roughness of the integrated type exceeded that of the divided type as compared with the combination of the same hardness (same sample number).
[0025]
These results are summarized as follows.
[0026]
When the machining diameter is smaller than 10 mm, when the hardness of the tool holder is 50 HRC or more, the surface roughness in the case where the hardness relationship is the same is higher than that of the ball end mill in which the split mold is integrated, and is made of cemented carbide. Good surface roughness close to that of an integrated type can be achieved. On the other hand, when the hardness of the tool holder is less than 50 HRC, the surface roughness of the integrated type exceeds that of the split type.
[0027]
When the machining diameter is larger than 10 mm, the surface roughness when the hardness relationship is the same is higher in the integrated ball end mill than in the split type.
[0028]
In addition, although it is not clear from Table 1, when the hardness of the cutting insert exceeded 40 HRC, the cutting insert tended to be easily damaged. Further, when the hardness of the tool holder exceeds 60 HRC, the tool holder tends to be easily broken.
[0029]
Therefore, in a split ball end mill made of steel with a machining diameter of 10 mm or less, the cutting insert has a hardness of 40 HRC or less, and the tool holder has a hardness of 50-60 HRC. Sex can be obtained.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a small-diameter ball end mill can have high fracture resistance and good surface roughness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a cutting insert constituting a ball end mill of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a ball end mill provided with the cutting insert of FIG.
FIG. 3 is a view showing a connected state of the ball end mill of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting insert 2 Male thread part 3 Screw connection type shank 4 Cutting head 5 Head main body 6 Pocket 7 Carbide cutting blade 8 Columnar body part 9 Flat cut surface 11 Tool holder 12 Circular hole 13 Female thread part

Claims

An internal thread in which a connecting shank having a male threaded portion is formed at the other end of a cutting insert having a cutting diameter of 10 mm or less provided with a cutting edge at one end, and the male threaded portion of the connecting shank is provided at the tip of the tool holder The cutting insert is fixed to the tool holder by being screwed into a part, the cutting insert is made of steel having a hardness of 40 HRC or less, and the tool holder is made of steel having a hardness of 50-60 HRC. A ball end mill characterized by being.