JP4653744B2 - 高品位・高能率加工用cbn切削工具 - Google Patents
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Description
2 超硬合金製基材
2a 上面
2b 下面
2c 側面
2d クランプ穴
3 座
4 刃先チップ
4a cBN基焼結体
4b バックメタル
5 ノーズR
6 すくい面
7 前逃げ面
8 横逃げ面
9 ネガランド
9a、9b 相反する方向に傾斜した面
10 切れ刃稜線
11 ネガランドとすくい面との間の稜線
12 従来のサラエ刃
13 チャンファー部
20 被削材
するTi化合物とAlの窒化物、硼化物、酸化物などのAl化合物、及び微量のWやCo化合物からなる。
切削速度:V=150m/min
切り込み:d=0.2mm
送り量:f=0.3mm/rev
加工形態:丸棒の外径部の連続加工、クーラントなし
・No.1〜No.10の工具は、従来形状のcBN基焼結体を刃先部に鑞付けしたチップ(
従来のノーズR工具)であり、それぞれ0.4R〜2.0RのノーズRを有し、かつ、刃先稜線部に、幅CW:0.15〜0.4mm、チャンファー角γ:25°〜45°の刃先稜線と平行な一定幅のチャンファーを有する。
・No.11、12は、従来形状のcBN基焼結体を刃先部に使用した鑞付けチップ(従来のワイパー工具)であり、0.8RのノーズRと、No.10までの工具と同一仕様のチャンファーを有し、そのチャンファーに加えてさらにワイパー幅WW:0.5mmのサラエ刃を有する。
・No.1〜38は、切削に関与する部分にcBN基焼結体を用いた刃先交換式チップを、一辺の寸法が25mmの角柱状鋼製ホルダにピンロック方式のクランプ機構で固定した工具。試料No.39は、切削に関与する部分にcBN基焼結体を用いた刃先チップを一辺の寸法が25mmの角柱状鋼製シャンクに直接鑞付けした工具である。旋盤タレット部からの刃先までの突き出し量は、全試料とも40mmにした。
・cBN基焼結体の鑞付けは、72wt%Ag−25wt%Cu−3wt%Tiの組成の活性鑞材を使用して行った。
・加工面の面粗度(以下単に面粗度という)と加工面の残留応力(以下単に残留応力という)の測定は、切削開始から5分後の時点で、欠損を生じていない工具で加工した面について行った。
・面粗度は、JIS B0601に準拠した十点平均粗さ(Rz)であり、カットオフ0.8μm、基準長さ4mmの条件で被削材の軸方向で測定した。
・残留応力は、微小部X線応力測定装置と化学処理を用いたエッチングにより、表面から20μmの深さの残留応力を測定し、表1中の−記号は圧縮応力が残留していることを表す。
−総評―
ネガランドを設けたNo.13〜No.39の工具の中でも、前述の芯下がり量hを0.5mm以上、1.5mm以下に設定して使用するこの発明のCBN切削工具(No.13〜17、
19〜21、24〜28、32〜35、37〜39)は、従来のCBN切削工具(No.1〜No.12)と比較すると欠損までの工具寿命、面粗度、残留応力のいずれにおいても優れるが、芯下がり量hを0.7〜1.2mmとして使用したものが特に良好な面粗度を達成している。
稜線によって創成されるサラエ刃と被削材の加工面との間の隙間が大きく、そのために、面粗度が悪い。
切削速度:V=120m/min
切り込み:d=0.25mm
送り量:f=0.1〜0.6mm/rev
加工形態:円盤端面部の断続切削、クーラントなし
・No.41〜No.47の工具は、cBN基焼結体を刃先部に鑞付けしたチップであり、それぞれ0.8R〜2.0RのノーズRを有し、かつ、刃先稜線部に、幅CW:0.15m
m、チャンファー角γ:25°の刃先稜線と平行な一定幅のチャンファーを有する(従来のノーズR工具)。
・No.48の工具は、cBN基焼結体を刃先部に使用した鑞付けチップであり、1.2
RのノーズRと、No.41〜No.47の工具と同一仕様のチャンファーを有し、そのチャンファーに加えてさらにワイパー幅WW:0.5mmのサラエ刃を有する(従来のワイパー
工具)。
・No.49〜No.55の工具は、切削に関与する部分にcBN基焼結体を用いた刃先交換式チップを、実施例1と同様に一辺の寸法が25mmの角柱状鋼製ホルダにピンロック方式のクランプ機構で固定した工具であり、旋盤タレット部からの刃先までの突き出し量は、全試料とも40mmにした。
・加工面の面粗度の測定は、切削開始から2個を加工した時点で、切れ刃に欠損を生じていない工具について行った。測定値は実施例1と同じRz表示である。
高硬度の焼き入れ鋼の切削では、工具の刃先に極めて大きな配分力が負荷される。特に、本実施例のような高送り、大切り込み条件での断続切削加工では、大きな背分力が衝撃として刃先に負荷されるため、工具のすくい面にフレーキング欠損(貝殻状の欠け)を生じやすくなり、表2のNo.41〜No.56までの工具で欠損を生じたものは、いずれもそのフレーキング欠損であった。
比較し、面粗度も悪い。これは、送り量が0.6mm/revと極めて過酷であったためである。
No.49の工具では、切削初期からのビビリ発生により、従来工具よりも面粗度が劣る
結果となったが、これは送り量が0.08mm/revと小さい低送り条件では、この発明の工具形状の場合固有振動が発生しやすくなったためと推定される。従って、この発明の工具は、送り量を0.1〜0.5mm/revとする加工条件が適しており、0.12〜0.5mm/revでの使用がより好ましく、加工能率を重視した場合には、0.15〜0.5mm/revにするとさらに好ましい。
材種のcBN基焼結体と超硬合金製バックメタルが一体焼結された刃先チップを超硬合金製基材に超硬バックメタルを鑞付けして接合したISO型番のD(頂角α=55°)、T(頂角α=60°)、C(頂角α=80°、及びS(頂角α=90°)の菱形の刃先交換式チップをベースにしてそのチップのcBN基焼結体に数種類のチャンファーと、図1、図5、び図6に示す形状のネガランドを付加したものである。
切削速度:V=100m/min
切り込み:d=1.0mm
送り量:f=0.2mm/rev
加工形態:外径と端面の面積の割合が1:1の複合加工(浸炭層除去加工)、外径と端面の境界は0.8R以下のR面にする必要がある。エマルジョンタイプ20倍希釈のクーラント使用
・No.61、63、65、70の工具は、従来形状のcBN基焼結体を刃先部に使用した鑞付けチップであり、それぞれが0.8RのノーズRを有し、かつ刃先稜線部に幅CW:0.15mm、チャンファー角γ:25°のチャンファーを設けた(従来工具と比較例)。
・No.67の工具は、刃先諸元はNo.66の工具と同じであるが、基材を含めた表面に、(Ti0.5Al0.5)Nの組成の硬質膜をPVD法で被覆している。
・表3の各工具は実施例1と同様、切削の関与する部分にcBN基焼結体を用いた刃先交換式のチップを、一辺の寸法が25mmの角柱状の鋼製ホルダにピンロック方式で固定した工具であり、旋盤タレット部からの工具刃先までの突き出し量はいずれの工具も40mmとした。
・面粗度Rzの測定は、切削開始後15分の時点で実施例1と同様にして行った。逃げ面の摩耗量については、切削開始後15分の時点で、実態顕微鏡で観察しながら測定した。また、切り屑の長さについては、切削開始後5分の時点での切り屑を回収してその長さを測定した。
本実施例では、被削材の外径と端面の境界部の形状の制約により、0.8R以下のノーズRを有する工具での加工が必須であるが、高送りでの高能率加工であるために、No.61、63、65、70の従来工具は送り分力の上昇に起因する欠損が発生して短寿命になっている。
性が向上している。実施例2と同様に、ネガランドの作用によって、主分力方向、工具送り方向のいずれにおいても、切り屑生成の反作用として大きな圧縮応力が刃先に負荷され、前記背分力による引っ張り応力をキャンセルすることが耐欠損性の向上に寄与していると推測される。
能が向上している。
Claims (9)
- 切削に関与する部位がcBN基焼結体によって形成された切削工具であって、前記cBN基焼結体が、前逃げ面、横逃げ面、ノーズR、すくい面、及びノーズR部近傍のすくい面に形成されるネガランドを有し、前記ネガランドとすくい面との間に形成される稜線が前記前逃げ面、すくい面及びネガランドの3者が交わるQ1点から横逃げ面、すくい面及びネガランドの3者が交わるQ2点に至り、前逃げ面と前記ネガランドとの間及び横逃げ面と前記ネガランドとの間にそれぞれ形成される切れ刃稜線の位置がノーズR部の頂点Pにおいてすくい面から最大に低下し、その低下量が、頂点Pから前記Q1点とQ2点に向かって次第に小さくなっており、さらに前記頂点Pと前記Q1点を結んだ直線P−Q1のすくい面に対する傾斜角β´が20°以上、35°以下に設定されていることを特徴とする高品位・高能率加工用CBN切削工具。
- ノーズR寸法を0.4mm以上、1.6mm以下、ノーズR部の頂角αを55°〜90°に設定した請求項1に記載の高品位・高能率加工用CBN切削工具。
- ネガランドの幅Wを0.5mm以上、2.0mm以下に設定した請求項1又は2に記載の高品位・高能率加工用CBN切削工具。
- ノーズR寸法を0.8mm以上、1.2mm以下、前記ネガランドの傾斜角β´を25°以上、32°以下、前記ネガランドの幅Wを0.5mm以上、1.5mm以下にそれぞれ設定したcBN基焼結体が超硬合金製基材のコーナに保持され、そのcBN基焼結体を保持したコーナが複数あり、全体が刃先交換式チップとして構成された請求項2又は3に記載の高品位・高能率加工用CBN切削工具。
- 刃先がノーズR部の頂角αの2等分線を基準にして対称形状をなす請求項1乃至4のいずれかに記載の高品位・高能率加工用CBN切削工具。
- 前記ネガランドを、頂角αの2等分線を基準にして対称形状、かつ、相反する方向に傾く面で構成した請求項5に記載の高品位・高能率加工用CBN切削工具。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載のCBN切削工具を、使用状態における切れ刃傾き角と横すくい角が共に負、前逃げ角、横逃げ角、前切れ刃角が共に正となり、さらに、ノーズR部の頂点から前記Q1点に至る前切れ刃のすくい面に対する芯下がり角βが20°〜35°でネガランドと逃げ面との間に形成される切れ刃稜線のノーズ頂点Pでの位置が、工具のすくい面と平行な面かつ被削材の回転軸を含む面から0.5mm以上、1.5mm以下芯下がりとなる状態に配置し、この工具を被削材に切り込ませ、0.1mm/rev以上、0.5mm/rev以下の送りをかけて切削を行う旋削加工方法。
- 切れ刃稜線のノーズ頂点Pでの芯下がり量を0.7mm以上、1.2mm以下に設定し、さらに工具の送り量を0.15mm/rev以上、0.5mm/rev以下に設定して外径加工を行う請求項7に記載の旋削加工方法。
- 焼き入れ鋼を被削材としてその焼き入れ鋼の旋削加工を行う請求項7又は8に記載の旋削加工方法。
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