JP4721644B2

JP4721644B2 - ミーリング工具およびその検査方法

Info

Publication number: JP4721644B2
Application number: JP2004050562A
Authority: JP
Inventors: 義秀小島; 宰榎木園
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: JP2005238367A

Description

本発明は、切刃にホーニング部を形成したミーリング工具およびその検査方法に関するものである。

最近のミーリング工具に用いられる超硬合金、サーメット、セラミック（ダイヤ、立法晶窒化硼素（ｃＢＮ）を含む）等の超硬質材料は硬度が高い反面靭性が低いため、切削中に欠損が多発する傾向がある。そこで、これら超硬質材料からなるミーリング工具においては、欠損を防止する目的で切刃にホーニングを施すことが多用されている。

従来、この切刃におけるホーニングについて、特許文献１や特許文献２にはコーナー部におけるすくい面側のホーニング幅と逃げ面側のホーニング幅とを制御して、工具の欠損を防止することが開示されている。
特開昭６１−２１９５０３号公報特開平２−７１９０７号公報

しかしながら、上記のようなホーニング部を有する工具においては全体的に工具の欠損が低減できるものの、これを正面フライスやエンドミル等の交差稜全体を切刃として機能させるミーリング工具においては早期に欠損してしまうものが混在してしまう等、各々の工具によって寿命がまちまちであり、一般的な工具の使用方法である一定数量の加工を終えた時点で工具を交換するような定数交換で工具を使用するような場合には必ずしも工具の長寿命化にはつながっていないのが現状であった。

また、ホーニング加工の関係上、直線切刃部よりもコーナー部が加工されやすいため、コーナー部中央でのホーニング幅を制御しても最も境界摩耗が発生しやすい直線切刃部のホーニング幅は前記コーナー部でのホーニング幅よりも小さいことが多く、結果的に直線切刃部の耐摩耗性および耐欠損性は改善されず、早期摩耗につながって工具寿命が短いという問題があった。

従って、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、切刃にホーニング部を形成するミーリング工具において、早期に欠損するような寿命の短い工具が混在することなく、安定して耐欠損性および耐摩耗性が高く寿命に対する信頼性の高いミーリング工具およびその検査方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために、ホーニング部の寸法に着目し、ミーリング加工において最も摩耗が進行しやすいのは主切刃における境界摩耗であること、この境界摩耗を抑制するためには副切刃から３ｍｍ離れた位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆと比率を適正な範囲に制御することが効果的であること、この部分でのホーニング幅を制御することによって欠損状態が各々の工具によってばらつくことなく安定して欠損しにくい長寿命の工具となることを知見し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明のミーリング工具は、すくい面と逃げ面との交差稜線がコーナー切刃
を挟んで主切刃および副切刃を具備した切刃をなすとともに、該切刃にホーニング面がＲホーニングのホーニング部が形成されるミーリング工具において、前記主切刃において、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比をａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）とし、前記コーナー切刃中央部におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒｃと、前記コーナー切刃中央における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆｃとの比をｂ（ｈ_ｒｃ／ｈ_ｆｃ）としたとき、１．２≦ａ≦２でかつ０．５≦ｂ／ａ＜１であることを特徴とする。

これにより、切刃全体にわたって耐欠損性と耐磨耗性を最適化して工具寿命を長くすることができる。

また、前記ミーリング工具が工具本体にスローアウェイチップを装着したスローアウェイ工具であることが、コスト面および製造における上記ホーニング形状制御の容易性の点で望ましい。

さらに、本発明のミーリング工具の検査方法は、すくい面と逃げ面との交差稜線がコーナー切刃を挟んで主切刃および副切刃を具備した切刃をなすとともに、該切刃にホーニング面がＲホーニングのホーニング部が形成されるミーリング工具の検査方法において、
少なくとも前記主切刃において、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比をａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）とし、前記コーナー切刃中央におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒｃと、前記コーナー切刃中央における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆｃとの比をｂ（ｈ_ｒｃ／ｈ_ｆｃ）としたとき、１．２≦ａ≦２でかつ０．５≦ｂ／ａ＜１であるかどうかを検査する工程を含む。

上記本発明のミーリング工具は、ミーリング加工で最も摩耗が進行しやすい主切刃において、副切刃から３ｍｍの位置においてすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が、１．２≦ａ≦２となるように制御することによって、確実に切刃の耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具に仕上げることができて、早期に欠損するような寿命の短い工具が混在することなく、安定して耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具となる。

本発明のミーリング工具について、その好適例であるスローアウェイチップ（以下、単にチップと略す。）を装着したスローアウェイ式ミーリング工具Ａの先端部概略斜視図である図１、および装着されるスローアウェイチップの（ａ）概略斜視図、（ｂ）平面図である図２、図２のスローアウェイチップについて（ａ）ａ−ａライン、（ｂ）ｂ−ｂラインについての断面図である図３を基に説明する。

図１〜３によれば、チップ１は、主面が略平板状を呈する母材２のすくい面３をなす主面および逃げ面４をなす側面との交差稜線がコーナー切刃５を挟んで主切刃６および副切刃７を具備した切刃８をなし、かつ母材２表面にコーティング層９を被覆し、切刃８のすくい面３から逃げ面４にわたってホーニング部１０を設けてなる。そして、スローアウェイ式ミーリング工具Ａはホルダ２０のチップポケット２１にチップ１を装着してなる。なお、チップ１は中央部に形成されているねじ穴２３にねじ２２を挿入してホルダ２０にねじ２２を螺合することによりクランプされている。

本発明によれば、図２（ｂ）に示すように、副切刃７から３ｍｍの位置（以下、単に３ｍｍ位置と略す。）１２におけるすくい面３方向のホーニング幅ｈ_ｒと前記３ｍｍ位置１２における逃げ面４方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が、１．２≦ａ≦２、特に１．２≦ａ≦１．５であることが大きな特徴であり、これによって、ミーリング加工において最も境界摩耗が進行しやすい主切刃６の副切刃７から３ｍｍ位置１２におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとを確実に切刃６の耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具となるように最適な範囲に制御することができて、早期に欠損するような寿命の短い工具が混在することなく、安定して耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具Ａとなる。

ここで、切刃８のコーナー切刃中央１１におけるすくい面３方向のホーニング幅ｈ_ｒｃとコーナー切刃中央１１における逃げ面４方向のホーニング幅ｈ_ｆｃとの比ｂ（ｈ_ｒｃ／ｈ_ｆｃ）と前記３ｍｍ位置１２における前記比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が、０．５≦ｂ／ａ＜１、特に０．７≦ｂ／ａ≦０．９５、さらに０．７５≦ｂ／ａ≦０．９であることが、切刃８全体にわたって耐欠損性と耐摩耗性を最適化して工具寿命を長くすることができる点で望ましい。

また、図１にはミーリング工具としての好適例である、工具本体２０に図１のスローアウェイチップ１を装着したスローアウェイ工具を示したが、本発明においては、チップ１の前記ホーニング部の制御によって、コスト面および製造における上記ホーニング形状制御の容易性の点で望ましい。

さらに、図３に示すように、逃げ面４のポジ角θが０〜２０°、特にコーナー切刃中央１１から３ｍｍ位置１２の間については０〜１０°であることが、切刃８の強度、研磨加工の容易性およびホーニング比率の制御の点で望ましい。

さらに、図２によれば、チップ１は、母材２の少なくとも切刃８表面に、物理蒸着法によって膜厚０．２〜２μｍのコーティング層９を被覆した構成からなり、より長期間にわたって鋭い切れ味を保つことができ、かつ切刃８の耐摩耗性が向上する。なお、コーティング層９としては、(Ｔｉ_ｘ，Ｍ１−ｘ)（Ｃ_ｙＮ_１−ｙ）ただし、ＭはＴｉ以外の周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉのうちの１種以上、０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）が好適に使用可能である。

なお、上記図２においては、ホーニング面をＲホーニングとしているが、これに限る必要はなく、チャンファーホーニングでもよく、この場合においても、３ｍｍ位置１２におけるすくい面のホーニング幅と逃げ面方向のホーニング幅との比を上記範囲に制御することにより安定した耐欠損性および耐摩耗性を有するミーリング工具を作製することができる。

（製造方法）
上記本発明のミーリング工具に好適なスローアウェイチップの製造方法について説明する。

まず、略平板状を呈する焼結体（母材）を粉末冶金による原料粉末の混合、成形および焼成の手順にて作製する。

具体的には、平均粒径が３μｍ以下、特に１μｍ以下の硬質粒子形成用原料粉末と、結合金属原料粉末に対して、炭素粉末や有機バインダを添加してボールミルやアトライタミルを用いて混合した後、プレス成形や冷間静水圧プレス成形により所定形状に成形する。そして、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中、所定の温度にて焼成する。続いて、得られた焼結体のすわり面となる主面を所望により研磨加工する。

そして、焼結体の交差稜部を含む表面を、図４に示すように研磨材を備えた外周砥石またはブラシ３０を用いてチップ１を研磨加工する。この時、外周砥石またはブラシに対するチップ１の傾き具合を調整することによって、ホーニング寸法を上述した範囲に制御することができる。なお、上記外周砥石またはブラシの種類はホーニング寸法を制御するため、生産性およびホーニング面の面粗度を制御する点でブラシ３０の番定が６００番〜１０００番の範囲のものを用いることが望ましい。また、所望により、すくい面の切刃８近傍に研磨ブレーカを形成してもよい。

さらに、本発明によれば、前記研磨加工した後、少なくとも切刃８表面に物理蒸着法によって膜厚０．２〜２μｍの硬質被覆層９を被着形成することが、より長期間にわたって鋭い切れ味を保つことができ、かつ切刃の耐摩耗性が向上する点で望ましく、この場合であっても、副切刃６からの３ｍｍ位置１２においてすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が、１．２≦ａ≦２となるように制御することによって、確実に切刃の耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具に仕上げることができて、早期に欠損するような寿命の短い工具が混在することなく、安定して耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具となるとともに、切れ味および被削材の面粗度を満足させることができる。

そして、本発明によれば、上記工程にて製造・加工されたミーリング工具を、少なくとも前記主切刃の副切刃から３ｍｍ位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと該３ｍｍ位置における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が、１．２≦ａ≦２となっているかを検査し、範囲外のものを確実に取り除くことによって工具寿命の信頼性の高いミーリング工具を提供することができる。なお、前記主切刃の副切刃から３ｍｍ位置については、チップの寸法や使用用途に応じて変動する場合があり、かつ多少ずれていてもａの値が大幅にずれることはないので、検査する際にはａの値が上記範囲を満たす領域であれば検査する位置が３ｍｍからずれていても本発明の効果は失われない。

平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．５質量％、ＮｂＣ粉末を５質量％の割合で添加、混合して、プレス成形によりスローアウェイ式エンドミル形状に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１４５０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。

そして、上記超硬合金に対して表１に示す番定のブラシを用いて、コーナー中央から３ｍｍ位置におけるホーニング幅を確認しながらホーニング処理をした後、ＣＶＤ法によりＴｉＡｌＮを１μｍ成膜して試料Ｎｏ．１〜６のミーリング工具を作製した（コーナー切刃中央１１から３ｍｍ位置１２の間における逃げ面のポジ角θ＝０〜１０°）。得られた工具６個について、金属顕微鏡を用いてコーナー中央および副切刃から３ｍｍ位置（表１中は単に３ｍｍ位置と記載）におけるホーニング幅を測定し、検査・選別した。各試料のホーニング幅については表１に示した。なお、ホーニング幅が上述した規定（副切刃から３ｍｍ位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が１．２≦ａ≦２）から外れる試料Ｎｏ．５と６については比較例として表１に＊印を記した。

そして、このミーリング工具を用いて下記の条件により切削試験を行い、摩耗または欠損により切削不能となるまでに加工できた加工数を評価した。

被削材：ＳＫＤ１１
工具形状：ＢＤＭＴ１１Ｔ３０８
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１５ｍｍ／刃
切り込み：３ｍｍ
切削時間：２５分
その他：乾式切削
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定

表１に示すとおり、副切刃から３ｍｍ位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が２よりも大きい試料Ｎｏ．５では早期に境界損傷が進行して工具寿命が短いものであった。また、副切刃から３ｍｍ位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が１．２よりも小さい試料Ｎｏ．６では切れ味が悪く、被削材の溶着が激しくて早期に境界損傷、及び摩耗が進行してしまった。

これに対して、本発明に従い、副切刃から３ｍｍ位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比ａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）が１．２≦ａ≦２の試料Ｎｏ．１〜４ではいずれも優れた耐欠損性および耐摩耗性を有して工具寿命が長いものであった。したがって、上記検査によって安定した長寿命のミーリング工具を選別できることがわかった。

本発明の一実施例のミーリング工具の好適例であるスローアウェイ式ミーリング工具についての先端部概略斜視図である。図１のスローアウェイ式ミーリング工具に装着されるスローアウェイチップの（ａ）概略斜視図、（ｂ）平面図である。図２のスローアウェイチップの（ａ）ａ−ａ断面図、（ｂ）ｂ−ｂ断面図である。図１〜３のスローアウェイチップのホーニング加工方法を説明するための模式図である。

符号の説明

１スローアウェイチップ（チップ）
２母材
３すくい面
４逃げ面
５コーナー切刃
６主切刃
７副切刃
８切刃
９コーティング層
１０ホーニング部
１１コーナー切刃中央
１２副切刃から３ｍｍ位置
２０工具本体
２１チップポケット
２２ねじ
２３ねじ穴
３０ブラシ
θ ポジ角
ｈ_ｒ副切刃から３ｍｍ位置のすくい面方向のホーニング量
ｈ_ｆ副切刃から３ｍｍ位置の逃げ面方向のホーニング量
ｈ_ｒｃ切刃のコーナー部中央のすくい面方向のホーニング量
ｈ_ｆｃ切刃のコーナー部中央の逃げ面方向のホーニング量

Claims

すくい面と逃げ面との交差稜線がコーナー切刃を挟んで主切刃および副切刃を具備した切刃をなすとともに、該切刃にホーニング面がＲホーニングのホーニング部が形成されるミーリング工具において、
前記主切刃において、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比をａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）とし、
前記コーナー切刃中央部におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒｃと、前記コーナー切刃中央における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆｃとの比をｂ（ｈ_ｒｃ／ｈ_ｆｃ）としたとき、
１．２≦ａ≦２でかつ０．５≦ｂ／ａ＜１であることを特徴とするミーリング工具。
前記ミーリング工具が工具本体にスローアウェイチップを装着したスローアウェイ工具であることを特徴とする請求項１に記載のミーリング工具。
すくい面と逃げ面との交差稜線がコーナー切刃を挟んで主切刃および副切刃を具備した切刃をなすとともに、該切刃にホーニング面がＲホーニングのホーニング部が形成されるミーリング工具の検査方法において、
少なくとも前記主切刃において、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒと、前記副切刃から３ｍｍ離れた位置における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆとの比をａ（ｈ_ｒ／ｈ_ｆ）とし、
前記コーナー切刃中央におけるすくい面方向のホーニング幅ｈ_ｒｃと、前記コーナー切刃中央における逃げ面方向のホーニング幅ｈ_ｆｃとの比をｂ（ｈ_ｒｃ／ｈ_ｆｃ）としたとき、
１．２≦ａ≦２でかつ０．５≦ｂ／ａ＜１であるかどうかを検査する工程を含む、ミーリング工具の検査方法。