JP4972967B2

JP4972967B2 - 穴加工工具

Info

Publication number: JP4972967B2
Application number: JP2006072736A
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: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP2007245296A

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。

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、該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、前記切刃部には、複数の前記切刃が形成されており、これら複数の前記切刃のうち一部の切刃は、チャンファホーニング部が形成されたホーニング切刃とされ、該ホーニング切刃は、ホーニング幅方向に沿って工具本体先端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向後方側へと後退するように傾斜し、他の切刃は、前記チャンファホーニング部が形成されていないエッジ切刃とされ、前記切刃部には、複数の前記ホーニング切刃が設けられており、これら複数の前記ホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のチャンファ角度は、他のホーニング切刃のチャンファ角度と異なるように構成されていることを特徴としている。

この構成の穴加工工具においては、切刃にチャンファホーニング部が形成されているので、下穴の内壁面に切り込んでいく切刃の強度が増し、切刃の欠損や初期摩耗を防止することができる。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、前記切刃部に複数の前記切刃が形成され、これら複数の前記切刃のうち一部の切刃が前記チャンファホーニング部が形成されたホーニング切刃とされ、他の切刃が前記チャンファホーニング部が形成されていないエッジ切刃とされているので、エッジ切刃によって下穴の内壁面を良好に切削することができるとともに、ホーニング切刃によって加工穴内径が大きく変化することを防止できる。さらに、エッジ切刃が形成されているので、ホーニング切刃のみで構成されている場合よりも切削抵抗を小さくすることができ、穴加工工具の振れやビビリ等を防止することができる。
また、前記切刃部に複数の前記ホーニング切刃を設けて、これら複数の前記ホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のチャンファ角度を、他のホーニング切刃のチャンファ角度と異なるように構成することにより、一のホーニング切刃と他のホーニング切刃との間でも切削抵抗が変化することになり、工具本体にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのを防止することができる。また、チャンファ角度を変更することにより、刃先強度も変化することになり、一のホーニング切刃が欠損や摩耗した場合でも他のホーニング切刃によって加工穴内径の変化を防止でき、穴加工工具のさらなる寿命延長を図ることができる。

ここで、前記切刃部に複数の前記ホーニング切刃を設けて、これら複数の前記ホーニング切刃を工具回転方向において不等間隔に配置することにより、被切削材に切り込む際の切削抵抗が工具本体の軸線中心に対して非対称に作用することになり、工具本体にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのを防ぐことができ、このような共振に起因するビビリ振動が惹起されるのを防止することができる。

また、前記切刃部に複数の前記ホーニング切刃を設けて、これら複数の前記ホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のホーニング幅を、他のホーニング切刃のホーニング幅と異なるように構成することにより、一のホーニング切刃と他のホーニング切刃との間でも切削抵抗が変化することになり、工具本体にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのをさらに確実に防止することができる。また、ホーニング幅を変更することにより、刃先強度も変化することになり、一のホーニング切刃が欠損や摩耗した場合でも他のホーニング切刃によって加工穴内径の変化を防止でき、穴加工工具のさらなる寿命延長を図ることができる。

ここで、前述した作用効果をさらに確実に奏功せしめるためには、前記チャンファ角度を１°から１５°の範囲内に設定することが好ましい。チャンファ角度を１°以上とすることにより切刃の強度を確実に向上させて切刃の欠損を防止できるとともに、チャンファ角度を１５°以下とすることにより切削抵抗を小さく抑えることができる。
なお、ここで前記チャンファ角度とは、切刃に直交する断面におけるすくい面とホーニングチャンファ部との交差角のことである。

同様に、前記ホーニング切刃のホーニング幅についても０．０２ｍｍから０．２ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。ホーニング幅を０．０２ｍｍ以上とすることにより切削抵抗が大きくなりすぎることを防止できるとともに、ホーニング幅を０．２ｍｍ以下とすることにより刃先強度を確実に確保して切刃の欠損を防止できる。
なお、ここでホーニング幅とは、切刃に直交する断面におけるチャンファホーニング部のすくい面に沿った方向の長さのことである。

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、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。また、切刃部１２の後端側では、その外径は前記円筒面より一段小径とされて、シャンク部１１先端側と同径とされている。

そして、６つの切刃２２のうちの４つの切刃２２は、工具本体１０先端側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔ後方側に向けて後退するチャンファホーニング部２７が形成されたホーニング切刃２２Ａとされている。
このチャンファホーニング部２７のチャンファ角α、すなわち、すくい面２３とチャンファホーニング部２７との交差角αは、１°≦α≦１５°の範囲内に設定されており、本実施形態ではα＝５°に設定されている。

また、チャンファホーニング部２７のホーニング幅Ｗ、すなわち、チャンファホーニング部２７のすくい面２３に沿った方向の長さＷは、０．０２ｍｍ≦Ｗ≦０．２ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態ではＷ＝０．１ｍｍに設定されている。
なお、本実施形態の前提となる参考例においては、４つのホーニング切刃２２Ａのチャンファ角度α及びホーニング幅Ｗをα＝５°、Ｗ＝０．１ｍｍと同一のものとした。

６つの切刃２２のうちホーニング切刃２２Ａとされた４つの切刃２２以外の２つの切刃２２は、前記チャンファホーニング部２７が形成されていないエッジ切刃２２Ｂとされている。
また、４つのホーニング切刃２２Ａは、一部が工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されており、本実施形態では、図２に示すように、１つのホーニング切刃２２Ａが２つのエッジ切刃２２Ｂ同士の間に位置するとともに、他の３つのホーニング切刃２２Ａが連続するように配置されている。

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、チャンファホーニング部２７が形成されて切刃強度が向上されたホーニング切刃２２Ａが備えられているので、加工初期段階におけるホーニング切刃２２Ａの欠損や摩耗を抑えることができる。このようなホーニング切刃２２Ａによって下穴の内壁面を切削することにより、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、リーマの寿命延長を図ることができる。

また、チャンファホーニング部２７が形成されていないエッジ切刃２２Ｂも備えられているので、このエッジ切刃２２Ｂによって下穴の内壁面を良好に切削できるとともに、ホーニング切刃２２Ａによって加工穴内径が変化することを防止できる。また、エッジ切刃２２Ｂで切削することで切削抵抗を小さく抑えることができ、工具本体１０のビビリや振れを防止して加工穴を精度良く形成することができる。

また、４つのホーニング切刃２２Ａが、工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されているので、この工具本体１０に作用する切削抵抗が軸線Ｏ中心に非対称となり、工具本体１０にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのを防ぐことができ、このような共振に起因するビビリ振動が惹起されるのを防止することができる。

さらに、チャンファ角度αを１°から１５°の範囲内に、具体的にはα＝５°に設定しているので、刃先強度を確実に確保してホーニング切刃２２Ａの欠損を防止できるとともに、このホーニング切刃２２Ａに作用する切削抵抗を抑えることができる。
また、ホーニング幅Ｗを０．０２ｍｍから０．２ｍｍの範囲内に、具体的にはＷ＝０．１ｍｍに設定しているので、切削抵抗をより小さく抑えることができるとともに、切刃強度を確保してホーニング切刃２２Ａの欠損を防止できる。

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、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。同様に、ホーニング切刃を４つ、エッジ切刃を２つ備えたものとして説明したが、複数のホーニング切刃を備えていればよい。ただし、ホーニング切刃がエッジ切刃よりも少ないと、寿命延長の効果が十分に奏功されなくなるおそれがあるので、ホーニング切刃の数はエッジ切刃の数よりも多くされるのが望ましい。

さらに、本実施形態の前提となる参考例として、４つのホーニング切刃のチャンファ角度及びホーニング幅をそれぞれ同一のものとして説明したが、本実施形態は、これら複数のホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のチャンファ角度を、他のホーニング切刃のチャンファ角度と異なるように構成するものである。また、本実施形態において、これら複数のホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のホーニング幅を、他のホーニング切刃のホーニング幅と異なるように構成してもよい。これにより、一のホーニング切刃と他のホーニング切刃とで切刃の強度が異なるため、一のホーニング切刃が欠損・摩耗した場合においても、他のホーニング切刃によって加工穴内径の変化を抑えることができる。

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３におけるＸ方向矢視図である。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
２２Ａホーニング切刃
２２Ｂエッジ切刃
２７チャンファホーニング部

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、該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、
前記切刃部には、複数の前記切刃が形成されており、これら複数の前記切刃のうち一部の切刃は、チャンファホーニング部が形成されたホーニング切刃とされ、該ホーニング切刃は、ホーニング幅方向に沿って工具本体先端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向後方側へと後退するように傾斜し、他の切刃は、前記チャンファホーニング部が形成されていないエッジ切刃とされ、
前記切刃部には、複数の前記ホーニング切刃が設けられており、これら複数の前記ホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のチャンファ角度は、他のホーニング切刃のチャンファ角度と異なるように構成されていることを特徴とする穴加工工具。
前記切刃部には、複数の前記ホーニング切刃が設けられており、これら複数の前記ホーニング切刃が、工具回転方向において不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の穴加工工具。
前記切刃部には、複数の前記ホーニング切刃が設けられており、これら複数の前記ホーニング切刃のうちの少なくとも一のホーニング切刃のホーニング幅は、他のホーニング切刃のホーニング幅と異なるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴加工工具。
前記チャンファ角度が、１°から１５°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の穴加工工具。
前記ホーニング幅が、０．０２ｍｍから０．２ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の穴加工工具。