JP4876650B2

JP4876650B2 - 穴加工工具

Info

Publication number: JP4876650B2
Application number: JP2006072737A
Authority: JP
Inventors: 正治滝口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP2007245297A

Description

本発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、下穴の内壁面を切削加工して所定の内径の加工穴を形成するリーマ等の穴加工工具に関する。

この種の穴加工工具としては、例えば特許文献１に記載されているように、軸線回りに回転される概略円柱状をなす工具本体を有し、この工具本体の先端側に切刃部が設けられ、該切刃部の外周に軸線方向後端側に向かって延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面の外周側辺稜部に外周刃が形成されるとともに前記壁面の先端面外周側の辺稜部に切刃が形成されたリーマが知られている。

このリーマは、例えば特許文献２に開示されているような切削工具に装着されて使用されるものであり、この切削工具が工作機械等の主軸端に装着されて、軸線回りに回転されるとともに、被切削材の下穴、例えば、ステムガイド穴やエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴等に挿入され、この下穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。
特開２０００−２６３３２８号公報特開２００２−５９３１３号公報

ところで、前述したリーマにおいては、最初の１〜２穴を加工した時点で加工穴内径の変化が大きく、その後、加工穴内径が安定することが知られている。つまり、加工初期段階においては、一つ前に切削加工した加工穴内径と次に切削加工した加工穴内径との差が大きく、その後、加工穴内径の差が小さくなって略一定の内径の加工穴が形成されることになる。

ここで、リーマ等の穴加工工具の寿命は、切刃の摩耗によって加工穴内径が一定以下となったことで判断されるため、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることにより、穴加工工具の寿命を延長させることができる。特に、前述のようにシリンダーヘッドのバルブ穴等を加工する場合には、通常の切削加工よりも高い寸法精度が要求されるため、穴加工工具の寿命が短くなる傾向にあり、寿命延長が強く望まれていた。

切刃の摩耗防止対策として、切刃に硬質被膜を被覆することによって耐摩耗性を向上させることが考えられるが、硬質被膜を被覆する際に膜厚を寸法精度良く調整することは非常に困難であるため、切刃外径を寸法精度良く形成することができない。このため、従来、高い寸法精度が要求される加工穴の切削に使用される穴加工工具においては、硬質被膜を被覆したものは提供されていなかった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることにより、寿命の延長を図ることができる穴加工工具を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、この発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する穴加工工具であって、軸線回りに回転される工具本体を有し、前記工具本体の先端側には、外周に切屑排出溝を備えた切刃部が形成され、前記切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面と前記切屑排出溝の工具回転方向後方側に連なる外周面との交差稜線部に外周刃が形成されるとともに、前記壁面と前記切刃部の先端面外周部分との交差稜線部に前記外周刃に連なる切刃が形成され、前記壁面がすくい面とされ、前記外周刃の工具回転方向後方側に連なる外周面が外周逃げ面とされており、前記すくい面の工具本体先端側部分には、硬質被膜が被覆され、前記外周逃げ面には、前記硬質被膜が被覆されておらず、前記切刃部の先端面には、前記工具本体の軸線に直交する平面状の平面部１９と、該平面部の外周側に配置されて前記切刃の工具回転方向後方側に連なる先端逃げ面とが形成され、前記平面部１９には、硬質被覆が被膜され、該先端逃げ面には、前記硬質被膜が被覆されていないことを特徴とする。

この構成の穴加工工具においては、すくい面に硬質被膜が被覆されているので、すくい面の耐摩耗性が向上して、切刃の初期摩耗を抑制することができる。これにより、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることができ、この穴加工工具の寿命延長を図ることができる。
また、外周逃げ面に硬質被膜が被覆されていないため、切刃及び外周刃の外径を精度良く形成することができ、加工穴内径の寸法精度を確保することができる。したがって、高い寸法精度が要求されるバルブ穴等の切削加工にも、この穴加工工具を使用することができる。

また、前記切刃の工具回転方向後方側に連なる先端面を先端逃げ面とし、該先端逃げ面に前記硬質被膜を被覆しないことにより、切刃の外径をさらに精度良く形成することができ、加工穴内径の寸法精度を確実に向上させることができる。さらに、先端逃げ面を削り取ることによって切刃を再研磨して使用することができ、この穴加工工具のさらなる寿命延長を図ることができる。

なお、硬質被膜としては、例えば、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等を適用することができる。また、膜厚としては、２から６μｍ程度とすることが好ましい。

本発明によれば、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることにより、寿命の延長を図ることができる穴加工工具を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態である穴加工工具について添付した図面を参照にして説明する。図１から図４に本発明の実施形態である穴加工工具としてのリーマを示す。また、図５にこのリーマが装着される切削工具を示す。
リーマは、超硬合金で構成され、軸線Ｏを中心とする概略多段円柱状をなす工具本体１０を有しており、この工具本体１０の後端側（図１において上側）がシャンク部１１とされ、工具本体１０の先端側（図１において下側）が切刃部１２とされている。
この工具本体１０には、図示しないクーラント供給孔が軸線Ｏに沿って工具本体１０の先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。

シャンク部１１の後端側部分には、このリーマを切削工具３０に装着するための装着部１３が設けられており、この装着部１３には軸線Ｏに平行に延びる平坦面１４が形成されている。
シャンク部１１の先端側は後端側に比べて一段小径とされており、その先端面には、中央部分がシャンク部１１後端側に向けて凹んだＶ字溝１５が、その溝底部を軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。

切刃部１２は、軸線Ｏを中心とする概略円柱状をなしており、その後端面には、シャンク部１１先端面に形成されたＶ字溝１５に嵌合可能な断面凸Ｖ字の凸状部１６が、そのＶ字の稜線をやはり軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。
切刃部１２の先端外周部には、工具本体１０後端側に向けて延びて工具回転方向Ｔ前方側に所定の角度で捩れる複数の切屑排出溝１７が、周方向に等間隔で軸線Ｏに対して所定角度ずつ回転対称に配置されている。本実施形態では、図２に示すように、６条の切屑排出溝１７が、軸線Ｏに対して６０°ずつ回転対称に配置されている。
また、切刃部１２には、前記クーラント供給孔に連通されるとともにそれぞれの切屑排出溝１７の溝底部に向けて開口された吐出孔（図示せず）が設けられている。

切刃部１２の先端面は、軸線Ｏ近傍部分が軸線Ｏに直交する平面状とされた平面部１９と、該平面部１９の外周側部分に配置され、径方向外側に向かうにしたがい漸次工具本体１０後端側へと後退するテーパ部２０とを備えている。そして、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面１８と、この切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面先端部分の交差稜線部に外周刃２１が形成されている。また、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面１８と切刃部１２のテーパ部２０との交差稜線部には、前記外周刃２１に連なる切刃２２が形成されている。

このように外周刃２１及び切刃２２を形成することにより、このリーマは、６つの切刃２２及び外周刃２１を有することになる。また、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面１８がすくい面２３とされ、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面が外周逃げ面２４とされ、前記切刃２２の工具回転方向Ｔ後方側に連なるテーパ部２０が先端逃げ面２５とされる。

外周逃げ面２４の工具回転方向Ｔ後方側には、工具本体１０径方向内側に一段凹んだ二番取り面２６が形成されている。また、先端逃げ面２５は、工具回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい工具本体１０径方向内側に向けて傾斜するように構成されている。
なお、外周刃２１が軸線Ｏ回りになす回転軌跡は、本実施形態においては軸線Ｏを中心とした略円筒面状とされている。

そして、このすくい面２３の工具本体１０先端側部分には、硬質被膜２７が被覆されている。この硬質被膜の膜厚ｔは、２μｍ≦ｔ≦６μｍの範囲内となるように設定されている。なお、本実施形態では、硬質被膜２７として、ＴｉＡｌＮ膜を採用している。また、すくい面２３のみではなく二番取り面２６にも硬質被膜２８が被覆されている。

ここで、外周逃げ面２４には硬質被膜２７が被覆されておらず、工具本体１０を構成する超硬合金が表面に露呈されている。この外周逃げ面２４は、軸線Ｏを中心として円筒研磨されており、切刃２２の外径が寸法精度良く形成されている。
また、本実施形態においては、先端逃げ面２５においても硬質被膜２７が被覆されておらず、工具本体１０を構成する超硬合金が表面に露呈されている。

このようなリーマは次のようにして製作される。超硬合金によって所定の切刃外径よりも一段大きくした切刃部を備えた素材を成形する。この素材の前記凸状部１６を除いた表面全体に硬質被膜２７を被覆した後に、外周逃げ面２４に対して軸線Ｏ中心とした円筒研磨を施すことにより硬質被膜２７を剥離して、超硬合金を露呈させる。同様に、先端逃げ面２５についても研磨を施すことにより硬質被膜２７を剥離して超硬合金を露呈させ、切刃２２の外径を寸法精度良く形成する。

このような構成とされたリーマは、図５に示す切削工具３０に装着されて使用される。切削工具３０は、軸線Ｍ回りに回転される多段円柱状の本体部３１を有し、本体部３１の先端部外周には切削インサート３２が配備されている。
この本体部３１の先端面３３には、軸線Ｍに沿うように延びる装着孔３４が穿設されている。本体部３１には、この装着孔３４の後端側に連通するとともに本体部３１後端側に設けられた取付部３５に開口されたクーラント孔３６が形成されており、このクーラント孔３６には位置調整ボルト３７が挿入されている。
また、本体部３１の側面には、装着孔３４に連通するネジ孔３８が穿設されており、このネジ孔３８にクランプネジ３９が螺着されている。

リーマは、本体部３１の先端面３３に穿設された装着孔３４に挿入され、シャンク部１１の後端面が位置調整ボルト３７の先端面に当接させられるとともにシャンク部１１の平坦面１４が本体部３１のネジ孔３８が穿設された方向に向くように、かつ、リーマの軸線Ｏと本体部３１の軸線Ｍとが一致するように配置される。そして、本体部３１のネジ孔３８に螺着されたクランプネジ３９をねじ込んで平坦面１４を押圧することにより、リーマが本体部３１に固定される。

このようにリーマが装着された切削工具３０は、工作機械の主軸端に取付部３５を介して取り付けられ、リーマの軸線Ｍ方向の位置調整を行った後、軸線Ｍ（軸線Ｏ）回りに回転されるとともに軸線Ｍ（軸線Ｏ）先端方向に向けて送られ、リーマが例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴（被切削材に形成された下穴）に挿入され、このバルブ穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するとともに、本体部３１の先端部外周に配備された切削インサート３２によって、このバルブ穴の開口部にバルブヘッドが当接されるバルブシート面を切削加工するものである。

リーマによる切削加工を行う際には、切削油剤が工作機械からパイプを通じて工具本体１０のクーラント孔３６に供給される。クーラント孔３６に供給された切削油剤は、リーマの工具本体１０に形成されたクーラント供給孔を通じて切刃部１２へ供給され、吐出孔を通じて切屑排出溝１７の溝底部から下穴の内壁面に向けて吐出されるのである。

本実施形態であるリーマによれば、すくい面２３に硬質被膜２７が被覆されているので、すくい面２３の耐摩耗性が向上して、切刃２２の初期摩耗を抑制することができる。これにより、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることができ、このリーマの寿命延長を図ることができる。
また、外周逃げ面２４には硬質被膜２７が被覆されておらず、特に本実施形態では、外周逃げ面２４は軸線Ｏを中心とした円筒研磨が施された研磨面とされているので、切刃２２及び外周刃２１の外径を精度良く形成することができ、加工穴内径の寸法精度を確保することができる。したがって、高い寸法精度が要求されるバルブ穴等の切削加工にこのリーマを使用することができる。

また、先端逃げ面２５にも硬質被膜２７が被覆されていないので、この先端逃げ面２５に連なる切刃２２の外径をさらに精度良く形成することができ、加工穴内径の寸法精度を向上させることができる。また、先端逃げ面２５において超硬合金が露呈されているので、この先端逃げ面２５を比較的簡単に研磨することができ、切刃を再研磨して使用することができる。

以上、本発明の実施形態であるリーマについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、リーマを図５に示す切削工具に装着して使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の切削工具やアダプタ等に装着して使用するものであっても良い。

また、硬質被膜として、ＴｉＡｌＮ膜を採用したもので説明したが、これに限定されることはなく、例えば、ＴｉＮ，ＴｉＣＮ等であっても良いし、これらの多層膜であっても良い。さらには、チタン系以外の硬質被膜であっても良い。

また、切刃部を形成した素材に硬質被膜を被覆した後に外周逃げ面を研磨することにより製作したリーマとして説明したが、これに限定されることはなく、他の方法によって外周逃げ面に硬質被膜が被覆されないようにしたものであってもよい。例えば、外周逃げ面や先端逃げ面を予め所定の精度で形成しておいて、これらにマスキングを施すことにより、すくい面に硬質被膜を被覆するようにしてもよい。

さらに、切刃及び外周刃を６つ備えたものとして説明したが、切刃及び外周刃の数に限定はない。
また、切屑排出溝を工具本体後端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向前方側に向かうようにねじれたものとして説明したが、ねじれがないものであっても良いし、工具本体後端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向後方側に向かうようにねじれたものであっても良い。

本発明の実施形態であるリーマの側面図である。図１に示すリーマの正面図である。本発明の実施形態であるリーマの切刃部側面拡大図である。図１に示すリーマの切刃部分の正面拡大図である。図１に示すリーマを装着して使用する切削工具の側面部分断面図である。

符号の説明

１０工具本体
１２切刃部
１７切屑排出溝
１８工具回転方向前方側を向く壁面
２１外周刃
２２切刃
２３すくい面
２４外周逃げ面
２５先端逃げ面
２７硬質被膜

Claims

被切削材に予め形成された下穴に挿入されて下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する穴加工工具であって、
軸線回りに回転される工具本体を有し、前記工具本体の先端側には、外周に切屑排出溝を備えた切刃部が形成され、前記切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面と前記切屑排出溝の工具回転方向後方側に連なる外周面との交差稜線部に外周刃が形成されるとともに、前記壁面と前記切刃部の先端面外周部分との交差稜線部に前記外周刃に連なる切刃が形成され、
前記壁面がすくい面とされ、前記外周刃の工具回転方向後方側に連なる外周面が外周逃げ面とされており、
前記すくい面の工具本体先端側部分には、硬質被膜が被覆され、前記外周逃げ面には、前記硬質被膜が被覆されておらず、
前記切刃部の先端面には、前記工具本体の軸線に直交する平面状の平面部と、該平面部の外周側に配置されて前記切刃の工具回転方向後方側に連なる先端逃げ面とが形成され、
前記平面部には、硬質被覆が被膜され、該先端逃げ面には、前記硬質被膜が被覆されていないことを特徴とする穴加工工具。