JPH05277809A

JPH05277809A - 管ねじ切り用チップ及びその製造装置

Info

Publication number: JPH05277809A
Application number: JP7136692A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Motoda; 邦昭元田; Hidekazu Komori; 英一小森; Yasuhiro Tanaka; 康浩田中; Masao Yamaguchi; 正男山口; Iwashiro Sugimoto; 巖城杉本; Hironobu Sakakibara; 廣信榊原
Original assignee: KAWATETSU CHIYUUBITSUKU KK; Kawasaki Steel Corp; Kawatetsu Techno Research Corp
Current assignee: KAWATETSU CHIYUUBITSUKU KK; JFE Steel Corp; JFE Techno Research Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】切れ味、耐チッピング性、耐摩耗性のすぐれ
た管ねじ切り用チップを提供する。【構成】すくい面３との逃げ面４の交差部は、すくい
面３側の幅ａが１７０〜２２０μｍ、逃げ面４側の幅ｂ
が６５〜１１５μｍに亘る滑らかな面取り面６を形成
し、この面取り面６はすくい面３と逃げ面４の交線５か
らの最短距離が３５〜５５μｍで最短距離を結ぶ線はす
くい面３に対して下向きに４０〜５０°の傾きθを有す
るようにホーニングする。そして、すくい面、逃げ面、
刃上面に下層からＴｉＣ層Ａｌ₂ Ｏ₃ 層、ＴｉＮ層の３
層からなるコーティングを施こす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、刃先をホーニング処理
して強化した、超硬合金製の複数のねじ山形状の刃形を
持つねじ切り用チップ及びその製造方法に関する。特に
ツール回転型のねじ切機に装着するチップとして耐チッ
ピング性に優れた管ねじ切り用チップ及びその製造装置
を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】油井管用の鋼管、これ等を互いに接続す
るカップリング（継手）、又はこれ等の搬送中にそのね
じを保護するために取付けられるプロテクターなどのね
じ切りには、その生産性の良さから複数のねじ山形状の
刃形をもつ、コーティングされた超硬合金製チップが使
用されている。一般に超硬合金製の切削用チップは刃先
が尖鋭であると欠け易く、従ってホーニング処理によっ
て刃先をまるめる等によって、ある程度刃先を鈍化さ
せ、欠け（チッピング）に対してあらかじめ強化してお
いてコーティングを施すことが多い。

【０００３】ホーニング処理を行うに際して、チップの
切れ味を損うことなく、かつ、耐チッピング性を向上さ
せるには、ホーニング処理によるすくい面方向の除去幅
が逃げ面方向のそれよりも大となるようにした方がよい
ことが知られており（例えば特公昭５３−２５３９２号
公報）、通常の切削工具として使用する四角或いは三角
の単純な切刃線をもつスローアウェイチップ（特公昭５
３−２５３９２号公報、特開平２−３０４０７号公報）
あるいはエンドミル（特開昭５９−１１５１５０号公
報、実公昭６２−８１２号公報）に対しては、すくい面
方向の除去幅を逃げ面方向のそれよりも大とするホーニ
ング方法の提案がなされている。しかし、複数のねじ山
形状の複雑な切刃線を持つねじ切り用チップに対して
は、上記の提案されている技術では、全切刃線に亘って
均一なホーニングを施すことはできない。

【０００４】従来、このような複数のねじ山形状の切刃
線をもつチップのホーニングに対しては、十分な検討が
なされていない。図２は、従来の技術を説明するもの
で、図２（ａ）に平面図形を示すチップ１の切刃線２の
山頂部のＥ−Ｅ断面の例を図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
に、谷部のＦ−Ｆ断面を図２（ｅ）に示した。図２
（ｂ）はチップ１のすくい面３と逃げ面４との交差部
に、単に刃先を１／４円周形に面取りしたものである。
図２（ｃ）はすくい面の除去幅ａより逃げ面の除去幅ｂ
を大きくして刃先に曲率をつけたものである。また、ね
じ山形状の刃先のうち、図２（ｄ）に示す山頂部分の刃
先の曲率半径Ｒ₂ を図２（ｅ）に示す谷底部分の刃先の
曲率半径Ｒ₁ より著しく大きくしたものなど全刃線に亘
って均一なホーニングが施されていないものなどがあ
る。これらはねじ切り加工に際して、耐チッピング性能
が劣り、工具寿命が短く、ビビリを起しやすい等の欠点
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高速切削で鋼管にねじ
切り加工を行うのに複数のねじ山形状の切刃線を有する
チップを使用することにより生産性は非常に向上する
が、このようなチップは切粉によるハンマリングを受け
チッピングを生じ易い。チッピングを生ずるとねじ不良
の原因となるだけでなくチップ交換のために加工作業を
中断せねばならず生産性低下をも招く。このためには切
れ味を落すことなく、刃部のホーニング形状を厳重に管
理して耐チッピング性能を向上させる必要がある。

【０００６】また、複数のねじ山形状の切刃線は、凸部
の山頂部分や凹部の谷底部分があり複雑な曲線をなして
いるが、この切刃線全線に亘って均一な断面形状とする
ホーニングを施さなければ、ビビリ、ねじ不良、チッピ
ングの原因となる。本発明は、この複雑な曲線をなす切
刃線全線に亘って均一な断面形状を有し、かつ切れ味が
よく、耐チッピング性の優れたチップとその製造方法を
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は管ねじ切り用チ
ップに関するものであって、管ねじ切り用チップにおい
て、すくい面との逃げ面の延長線の交差部は、すくい面
側の幅１７０〜２２０μｍ、逃げ面側の幅６５〜１１５
μｍに亘る滑らかな面取り面を形成し、この面取り面は
すくい面と逃げ面の延長の交線からの最短距離が３５〜
５５μｍで、この最短距離を結ぶ線はすくい面に対して
下向き４０〜５０°の傾きを有し、かつ、すくい面、逃
げ面、刃上面に下層からＴｉＣ層、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層、Ｔｉ
Ｎ層の互層から成る厚さ１．５〜３．０μｍのコーティ
ングを施したことを特徴とする管ねじ切り用チップであ
る。

【０００８】上記形状を有するチップを製造するための
本発明の装置は、次の（イ）〜（ハ）を備えたことを特
徴とする管ねじ切り用チップの製造装置である。（イ）チップ保持部：チップを刃先を半径方向外方に向
けてすくい面を上にして上面に保持し、自ら水平回転す
るものである。（ロ）回転ブラシ砥石：チップ保持部上を覆ってチップ
を研磨するフィラメントを下向に植設したもので、チッ
プ保持部より大径で水平回転するものである。（ハ）回転ブラシ砥石を上下動及び正逆転させる駆動装
置。

【０００９】

【作用】図１に本発明の管ねじ切り用チップの実施例を
示した。（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ，Ｂ−
Ｂ，Ｃ−Ｃ，又はＤ−Ｄ矢視図である。本発明によるチ
ップ１の刃先の断面形状において、すくい面３と逃げ面
４の交差部をすくい面側の除去幅ａが１７０〜２２０μ
ｍでかつ、逃げ面方向の除去幅ｂを６５μｍ〜１１５μ
ｍと限定した理由は、各々の除去幅ａ，ｂがこれより大
きいと刃先は鈍化し切れ味が著しく劣化するからであ
る。また各々除去幅がこれより小であると、刃先は鋭す
ぎて耐チッピング性に劣る。また、すくい面３方向の除
去幅ａが１７０μｍ〜２２０μｍの範囲にあっても逃げ
面４方向の除去幅ｂが６５μｍより小であると、被削材
に最初接する部分は鋭角となって耐チッピング性に劣
る。また逃げ面４方向の除去幅ａが１１５μｍを越える
とすくい面３方向の除去幅ｂとの差が小となり、やはり
耐チッピング性が劣ってくると共に切れ味も劣化する。
逃げ面４方向の除去幅ｂが６５μｍ〜１１５μｍの範囲
にあっても、すくい面３方向の除去幅ａが１７０μｍ未
満であると、逃げ面方向除去幅ｂとすくい面方向の除去
幅ａの差が小となり、また刃先は鋭角となりやすく、耐
チッピング性が劣る。また、すくい面３方向の除去幅ａ
が２２０μｍを越えると刃先は鈍化しすぎビビリの原因
となりすぐにチッピングを起すようになる。

【００１０】また面取り面６のすくい面と逃げ面の延長
の交線からの最短距離の寸法とその方向の条件が必要な
のは以下の理由による。すなわち、すくい面３と逃げ面
４の延長の交線５から面取り面６までの最短距離（以下
これを単に最短距離と称す。）が３５μｍより小である
と刃先は鋭くなりすぎ耐チッピング性が低下する。逆に
最短距離が５５μｍを越えると刃先は鈍化し、切れ味が
劣り、ビビリの原因となる。またこの最短距離の位置に
ついては最短距離線の方向がすくい面３の延長面に対し
てなす方向の角度θが下向４０°未満であると、すくい
面３側の面取り除去深さが浅すぎ、刃先が鋭角をなして
耐チッピング性が低下する。この角度が５０°を越える
と切味が低下する。

【００１１】本発明のチップを製造する装置を、図３，
４に示した。チップ保持部２０は水平回転円板であっ
て、チップを保持する凹部２１を上面に有する。チップ
はすくい面を上にして刃先を半径方向外方に向けてチッ
プ保持部２０の上に固定される。チップ保持部２０は回
転軸を中心として矢印２２の方向に水平回転する。多数
のチップ保持部２０は、その中心を１つの円周２３上に
配列して並べられている。その円周２３と同心に回転す
るブラシ砥石４０がチップ保持部２０の上方に位置して
いる。ブラシ砥石４０は回転円板４２の下面に、チップ
保持部２０の上を覆ってチップ１を研磨するフィラメン
ト４３が植毛されている。フィラメント４３はダイヤモ
ンド砥粒又はＳｉＣ砥粒を含む研磨フィラメントであ
る。ブラシ砥石４０は回転軸４１を中心として回転方向
４５のように正逆回転する。これによって、チップ１の
曲線状の切刃線は山頂部、山稜部、谷底部いずれも均一
にあらゆる方向からフィラメント４３の研磨作用を受け
る。この均一性は円板状ブラシ砥石４０の回転方向４５
を正逆切り換えることにより一層保証される。これによ
って、複雑な曲線状をなすチップの切刃線全線にわたっ
て均一なホーニングが可能となる。

【００１２】チップの刃先断面形状を所定の形にするに
は次のようにする。（１）逃げ面側を優先的に研磨するためには、図５に示
すように、チップ１をチップ保持部２０から上方への突
出量５０を大とし、短い毛足のフィラメント４３を用
い、ブラシ切込量５１を小さくする。（２）図６に示すように、すくい面側を優先的に研磨す
るためには、チップ１の突出量５３を小とし、長い毛足
のフィラメント４３を用い、ブラシ切込量５２を大きく
する。（３）すくい面側の面取部と逃げ面側の面取り部の接点
をなめらかにするために上記（１）と（２）の中間的位
置を選んで研磨する。

【００１３】以上の（１），（２），（３）の３通りの
研磨の組合せにより切刃部の断面形状を所定の形にする
ことができる。以上の方法によって、ホーニングされた
チップのすくい面、逃げ面の耐摩耗性を向上させ工具寿
命をさらに向上させるためには、コーティングを施す必
要がある。

【００１４】一般に超硬合金（硬さＨｖ≒１４００〜１
８００）製工具の耐摩耗性をさらに向上させるために、
より硬いＴｉＣ（Ｈｖ≒３２００），ＴｉＮ（Ｈｖ≒２
０００），Ａｌ₂ Ｏ₃ （Ｈｖ≒３０００）等の単層コー
ティングあるいはこれらの複層コーティングを施すこと
が行われる。本発明においては、下層からＴｉＣ，Ａｌ
₂ Ｏ₃ ，ＴｉＮの３層の積層コーティングを採用した。
超硬合金に接する第１層コーティングとしてＴｉＣを選
んだのは、この物質が超硬合金の主体をなすＷＣと同様
炭化物であるため、超硬合金との接着強度が優れている
ことによる。しかしＴｉＣのみの１層コーティングでは
ＴｉＣは硬いだけに靭性に劣り、切削加工時に微少な欠
けや亀裂を生じやすく、これが原因となってチッピング
を生じやすい。このため硬さは劣るが靭性の優れるＴｉ
ＮをＴｉＣの上にコーティングすることやあるいはＴｉ
Ｃの上にＴｉＣとＴｉＮの固溶体をコーティングするこ
と（例えば特公昭６０−５７９６４号公報）等がよく行
われる。しかし本発明者等は種々検討した結果ＴｉＣと
ＴｉＮの間に更にＡｌ₂ Ｏ₃ をはさみ、最外表面からＴ
ｉＮ／Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＣ／超硬合金基材の如く３層か
ら成るコーティングとすることにより耐摩耗性、耐チッ
ピング性共にもっとも優れることを見出した。この理由
の詳細は完全には明らかではないが、これらの物質の熱
膨張係数が、超硬合金は約６×１０^-6／℃であるのに対
し、ＴｉＣは７．６×１０^-6／℃，Ａｌ₂ Ｏ₃ は８．５
×１０^-6／℃，ＴｉＮは９．２×１０^-6／℃であり、従
って、ＴｉＣ上に接してＴｉＮをコーティングした場合
よりもその中間にＡｌ₂ Ｏ₃ をはさんだ場合、各層間の
熱膨張係数の差が小となり、切削時に発生する熱応力が
小さくなるものと考えられる。ＴｉＮとＴｉＣが直接接
している場合はその熱膨張係数の差が大となるため切削
加工時両者の間に大きな熱応力を生じ、微少亀裂が発生
しこれが切欠効果となってチップのチッピングを誘発す
るものと考えられる。このような現象は超硬合金に直接
Ａｌ₂ Ｏ₃ あるいはＴｉＮをコーティングした場合に
も、各々の熱膨張係数の超硬合金のそれとの差が大きい
ため、同様に発生することが考えられる。またＴｉＣと
Ａｌ₂ Ｏ₃ の２層だけであると、Ａｌ ₂ Ｏ₃ もＨｖ≒３
０００と硬く、靭性に劣るのでその上にＴｉＮをコーテ
ィングした場合よりも耐チッピング性に劣る。

【００１５】以上のように超硬合金に接する第１層をＴ
ｉＣ、次にＡｌ₂ Ｏ₃ 、最外層がＴｉＮからなる３層の
膜をコーティングするが、その際、全合計の膜厚が１．
５〜３．０μｍとなるようにする必要がある。全膜厚が
１．５μｍ未満であると、薄すぎて耐摩耗性向上に効果
がなく、また３．０μｍを越えると硬質物質からなるコ
ーティングはもろく靭性が劣り、切削加工時に微小亀裂
や微小欠損が生じやすくチップの耐チッピング性を劣化
させるからである。

【００１６】ＴｉＣ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＮの各々の膜厚
については特に規定はしないが、各々の膜がその機能を
発揮するためには１種又は２種の膜厚が極端に薄くなっ
てはならない。３種の膜がほぼ均等な厚さであるか、あ
るいは、対摩耗性に最も寄与するＴｉＣ膜を全体の厚さ
の約半分程度とし、残り半分程度をＡｌ₂ Ｏ₃ とＴｉＮ
でほぼ均等な厚さとするのが最もよい。

【００１７】なお、これらのコーティング膜形成は通常
のＣＶＤ方法で行うことができる。

【００１８】

【実施例】図３、４に本発明の製造装置の一例を示す。
図３は主要部の概略を示す。台座３０の上にはチップ保
持部２０が複数個水平に並べて設けられている。図４に
示すように、チップ保持部２０のそれぞれの回転軸は同
一円周上２３に位置するように等間隔に配置されてい
る。チップ保持部２０はいずれも同一径で、同一速度で
同一方向に同時に回転する。チップ保持部２０は上面に
１乃至複数個のチップをセットする溝２１を有する。チ
ップ保持部２０は保持するチップ１の上方への突出量を
変えるために交換可能となっている。この溝２１の中に
チップ１はすくい面を上にして刃先を半径方向外方に向
けてセットされる。チップ保持部２０上に設けた円板型
ブラシ砥石４０は回転軸４１が下のチップ保持部２０の
回転軸が位置する円２３の中心と一致する位置にある。
フィラメント４３はチップ保持部２０全てをカバーでき
るよう外径２４と内径２５の間にリング状に植毛されて
いる。円板型ブラシ砥石４０全体は切込量を任意に取れ
るよう上下方向４４に上下可能となっている。

【００１９】また、ブラシ砥石４０の円板４２とその回
転軸４１はネジで固定され毛足の長さの異なるフィラメ
ント４３を備えた円板４２を任意に交換できるようにな
っている。ブラシ砥石４０は矢印４５で示すように正
転、逆転切換可能で回転速度も可変である。このような
装置を用いてチップ１を装着したチップ保持部２０を回
転させながら、ブラシ砥石４０を押し当てて正逆回転を
行いチップの刃先のホーニングを行った。試験に用いた
のは超硬合金（ＪＩＳＰ１０相当品）製のＡＰＩラウ
ンドネジ切削用の３山の刃形をもつチップと５山の刃形
をもつチップである。

【００２０】ホーニング試験条件は以下の通りである。（ａ）第１ステップ：ブラシ毛足長；２５ｍｍブラシ切込み；１．５ｍｍチップ突出し；３．０ｍｍ（ｂ）第２ステップ：ブラシ毛足長；６０ｍｍブラシ切込み；１０ｍｍチップ突出し；０．５ｍｍ（ｃ）第３ステップ：ブラシ毛足長；３０ｍｍブラシ切込み；３．０ｍｍチップ突出し；１．５ｍｍ上記（ａ）〜（ｃ）の順に研磨した結果、ブラシの回転
速度と各ステップの研磨時間を調整することにより、２
種のチップとも切刃線にわたって均一な刃先断面形状と
することができた。

【００２１】これ等のチップにＣＶＤ法によってＴｉ
Ｃ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＮの３層コーティングを施した。
各々の層の厚さはＣＶＤ装置の運転条件を変えることに
より制御することができ、また、各々単層コーティング
あるいは２層コーティングも可能である。この試験では
ＴｉＣ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＮの３層コーティングは全膜
厚の約１／２がＴｉＣ，その上にＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＮを
各々全膜厚の１／４程度の厚さとした。ＴｉＣとＴｉＮ
の２層コーティングではほぼ１／２ずつの厚さとした。
コーティングを施したあとの刃先断面形状も本発明の形
状の範囲にあった。

【００２２】上記の方法で得た試作のネジ切りチップ及
び市販のＡＰＩ−ラウンドネジ切り用の３山及び５山の
刃形をもつチップを用いて管のねじ切り試験を行った。
被削材はＡＰＩグレードＮ−８０の外径１３９．７ｍｍ
（５．５インチ）の鋼管である。ねじ切削に用いた試験
材はツール回転型のねじ切り機で切削条件は切削速度１
５０ｍ／ｍｉｎ、鋼管１本につき、管端からねじ切り終
面までの長さ８８．９ｍｍ（３．５インチ）のねじ切削
を行い、チップ１ケで異常なく１５０本加工したものを
十分な寿命をもつものとして合格とした。

【００２３】試験結果を表１及び表２に示す。刃先の断
面のホーニング形状及びコーティング膜が本発明の範囲
にあるチップＮｏ．１〜９のチップはすべて異常なく１
５０本以上ねじ加工することができた。これに対し、す
くい面側面取り幅が小さいチップＮｏ．１０、逃げ面側
面取り幅が大きすぎるＮｏ．１３、及びθが大きすぎる
Ｎｏ．１５あるいは最短距離が小さすぎるＮｏ．１６
は、結果的に刃先が弱くなりチッピングを起した。ま
た、すくい面側面取り幅が大きいＮｏ．１１、あるいは
逃げ面側面取り幅が小さいＮｏ．１２及びθが小さいＮ
ｏ．１４あるいは最短距離が大きいＮｏ．１７は結果的
に刃先が鈍化し、ビビリを生じた。

【００２４】刃先の形状は適切であるがコーティング膜
が薄すぎるＮｏ．１８やコーティングのないＮｏ．２２
は、チップの摩耗が大で１５０本切削できなかった。ま
た、Ｎｏ．１９〜２１は同様に刃先の形状は適切である
がＮｏ．１９はコーティングの膜厚が厚すぎ、チッピン
グを生じた。また、Ｎｏ．２０，Ｎｏ．２１はコーティ
ングの種類が不適切なためチッピングを生じた。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の管ねじ切り用チッ
プは耐チッピング性及び耐摩耗性に優れ、寿命が長い。
その結果、ねじ切削作業中のチップ交換によるロスタイ
ムを大幅に低減することができ、ねじ切り作業の生産性
を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る複数の刃形を有するねじ
切り用チップの平面図、（ｂ）はその刃線の山頂部、谷
底部、稜線部の断面図である。

【図２】複数の刃形を有するねじ切り用チップの従来品
に見られる刃先断面形状の数例を示す説明図である。

【図３】本発明の形状に刃先をホーニングするための、
実施例の製造装置の斜視図である。

【図４】チップ保持部の配列を示す平面図である。

【図５】実施例装置の面取りの説明図である。

【図６】実施例装置の面取りの説明図である。

【符号の説明】

１管ねじ切り用チップ２切刃線３すくい面４逃げ面５交線６面取り
面２０チップ保持部２１凹部２２回転方向２３円２４外周円２５内周円４０回転ブラシ４１回転軸４２円板４３フィラ
メント４４上下方向４５回転方
向５１，５２切込量５０，５３
突出量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者元田邦昭千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社第３別館内 (72)発明者小森英一千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社第３別館内 (72)発明者田中康浩千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社第３別館内 (72)発明者山口正男半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者杉本巖城半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者榊原廣信半田市川崎町１丁目１番地川鉄チュービック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管ねじ切り用チップにおいて、すくい面
との逃げ面の交差部は、すくい面側の幅１７０〜２２０
μｍ、逃げ面側の幅６５〜１１５μｍに亘る滑らかな面
取り面を形成し、該面取り面はすくい面と逃げ面の交線
からの最短距離が３５〜５５μｍで該最短距離を結ぶ線
はすくい面に対して下向き４０〜５０°の傾きを有し、
かつすくい面、逃げ面、刃上面に下層からＴｉＣ層、Ａ
ｌ₂ Ｏ ₃ 層、ＴｉＮ層の３層から成る厚さ１．５〜３．
０μｍのコーティングを有することを特徴とする管ねじ
切り用チップ。
【請求項２】管ねじ切り用チップを半径方向外方に刃
先を向けすくい面を上にして上面に保持し、水平自転す
るチップ保持部と、該チップ保持部上を覆って該チップ
を研磨するチップ保持部より大径の水平回転ブラシ砥石
と、該回転ブラシ砥石を上下動及び正逆転させる駆動装
置とを備えたことを特徴とする管ねじ切り用チップの製
造装置。