JPH08502213A - エンドミル工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ドリル工作とフライス工作の両方を実行するエンドミルが主切刃（４）と底切刃（５）並びに両者間の補強チアンファを有している。このエンドミルは工具鋼や高速度鋼のコアと硬質材料の外層とから成り、当該外層はFe，Co及び／或いはNi基の金属母材にTi，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo及び／或いはＷの炭化物、窒化物及び／或いは炭窒化物の構成のサブミクロン硬質構成物質を30−70Vol.％含有しているものであり、該外層の外面がTiN，Ti（C，N）及び／或いは（Ti，Ａl）Nの薄層で少なくとも部分的に被覆されている。工具のピッチ角は４０±５゜で工具のすくい角は１２±５゜である。

Description

【発明の詳細な説明】 エンドミル工具 本発明は工具材質と切削外形寸法が改良された成果をもたらすエンドミル工具 に関する。 本発明に係るエンドミルはドリル工作とフライス工作の両方が可能な進歩した 工具グループに属するものである。この種の工具は頻繁に変化する工作条件を１ 度に且つ同時に処理する。最も顕著な特徴は、切削速度がゼロに近づく回転中心 において切粉を生成して切削工具として機能することが出来ると共に、外周辺で 、即ち完全に名目的尺度で高温度に耐抗する能力と摩耗抵抗としての良好な切削 特性を要求することである。中心と外周辺との間で切削速度の連続的変化が全て の可能な構成切刃領域等を通じて達成される。 エンドミルは切削工作面の平滑性に関する要求が非常に高い難しい工作操作に おいてしばしば使用される。これは例えば、航空工業における翼の桁等のフライ ス工作において使用される。この場合、工作面が平坦性に欠けたり、ノッチが形 成されていては、これらが製品の損傷の原因になりかねないので製品として合格 しない。用途のもう１つの重要な分野は金型成形工具の精密ならい工作の分野で ある。この工作では、工作表面の高円滑度と形状精度とが高生産性と予測可能な 長工具寿命と共に特別厳しく要求される。更に連続工作作業中に工具の取替えが 許されないので、従って工具の或るものは工作品の精度不良をもたらす。 ステンレス鋼の工作のためには、工具は切粉が切刃を滑って離脱し得るだけの 充分に大きな切粉スペースを有し、且つ柔軟な工作（ソフトマシーニング）を可 能にする正の切削角を有し、しかも工具 損傷が防止されるだけの工作時の安全性が確保されていることが肝要である。 今日存在するエンドミル（底フライス）はHSS製や超硬質焼結合金（セメンテ ッドカーバイド）製のものが多い。この種の工具は幾つかの用途で満足に機能す るものであるが、多くの欠陥のあることでその価値が損なわれている。ちなみに 、高速度鋼（HSS）は、多くの場合に所謂「構成切刃」を生成する原因になって おり（即ち、切刃に切粉が付着する）、エンドミルは比較的に工具寿命が短い。 セメンテッドカーバイドは、周知のように前者より脆性の材料であり、それ故に 安全性は高くない。 SE-B-392482には、金属バインダ相に30-70Vol.％のサブミクロン硬質構成物質 が含有されている材料が開示されている。この材料は進歩した高速度鋼と較べ秀 れた摩耗抵抗を有し、それ故に物性的にはセメンテッドカーバイドと高速度鋼の 間に位置するものである。更に、SE-B-440753には、複合工具、なかんづく高切 削速度にさせられる領域が上記材料で作られ、そして中心部が高速度鋼で作られ ている斯ゝるドリル用途の複合工具が如何に有利であるかが開示されている。こ の開示された発明の目的は、一方では一層強靭なコアによって一層良好なマクロ タフネスを発揮する工具を得ることにあり、他方では研磨工作の経済性を一層高 めることにある。それは硬質構成物質に富んだ材料は例えは高速度鋼よりも研磨 （グラインド）工作を非常に困難なものにするからである。更に、30-70Vol.％ の硬質構成物質を含有するサブミクロン（１μｍより小さい）硬質材料にとって 不都合な事態は、ゼロスピード問題と、構成切刃が生成する領域があることに伴 って生じた。上記のスウェーデン（SE）の特許文献は参考として引用される。 US-A-5026227には、主としてNaC−TiC−TiN基組成物から 成る所謂サーメット材の固形物から全体的に形成されているエンドミルを開示し ている。この工具は比較的に脆性のものであり、原則として仕上加工の用途での み使用されている。この工具は工具のタフネスが強く要求されるエンドミル粗削 りのためには不適当である。 最新の金属工作機械により、高生産性、非常に微細な表面、高工具寿命及び良 好な工作経済性という有利性のあるエンドミル製作が可能であることは今や判明 した。これは請求項１に係る形状構成（ジオメトリ）と複合材料のエンドミルを 製造することにより実現された。その上、構成切刃の生成は非常に広範囲の切削 速度に亘って回避される。その結果、切刃は工作物の形状精度を良好にし且つ工 作面を非常に良好にする摩耗性が低く且つ耐久性のある鋭度（シャープ）を有す る切刃となる。伝統的に工作が難しいものと考えられている工作物材料に対して 適用しても、これは間違いない事実である。 工具は最も多用される被覆方法である所謂PVD法で被覆された状態で以って使 用に供された。この被覆物はTiN，Ti（C，N），（Ti，Al）N等のチタン基硬質材 料で主として形成されている。特に、良好な特性は２−４μｍのTi（C，N）の被 覆物を適用した場合に得られる。 従って、本発明により、今や長尺の細い中実エンドミルがFe，Co及び／或いは Ni基の金属母材（マトリックス）にTi，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo及び／或い はＷの炭化物、窒化物及び／或いは炭窒化物の形態になる30−70Vol.％のサブミ クロン硬質構成物質が含有されている硬質材料の被覆物を具備した形態で存在す ることになった。好ましくは、硬質材料は高速度鋼タイプの母材に含有された30 −70Vol.％の主としてTiNの硬質構成物質から成る。その中で集結した硬質構成 物質は＜１μｍ、好ましくは＜0.5μｍのグレンサイ ズを有している。工具材料と工具形態の均衡の良くとれた組合せにより、優れた 性能のユニークな工具が得られた。硬質構成物質とバインダ相の間の良好な分散 と該物質の微細グレンサイズとのお蔭で、PVD法によって施された純粋な硬質構 成物質の層に関し、驚異的に良好な接着力が得られた。このPVD法は多くの場合 に、このようなことにならず、所謂CVD法を適用したときに生じる金属結合と較 べて接着力が劣る。その理由は第１にCVD法がPVD法に較べて相対的に高い温度で 行われることにある。施された被覆層はチタン基のものであり、特に良好な特性 はTi（C，N）から得られるが、（Ti，Al）Nも大いに有利である。 本発明に係る工具は、通常のスチール工作物だけでなく、工具鋼、ステンレス 鋼等の粘着性のある材料、アルミ合金或いはチタン合金等の250−500HBの範囲に ある硬質材料の工作物に対し非常に有効に機能する。 硬質材料がそれよりも強靭なコア材料に冶金学的に結合するという事実により 、エンドミルにとって非常に有利な摩耗抵抗とタフネス強度の組合せが実現した 。 本発明は以下の図面で説明されている。 図１は３つの切刃を有するエンドミルを側面視で示している。 図２は図１の線Ａ−Ａにおける工具の断面図である。 図３は３つの切刃を有する工具の端面図である。 図４は図１の線Ｂ−Ｂにおける中心軸線から半径方向に見た拡大断面図である 。 図５は図４の線Ｃ−Ｃにおける断面図である。 工具はSE-B-440753に係る複合材料から成る概して長尺の円柱形体から成り、 これはこの特許文献に記述の方法で製作される。その結果、工具のコアは高速度 鋼或いは工具鋼と、工具直径の概して 15％の層厚（しかし、少なくとも0.5 mm）で上述の具体的に特定された硬質材料 から成る外側の被覆物とから成る。通常２個或いは３個の数の突出ランド２が工 具の中央軸に沿って螺旋状に形成されている。突出ランド２はフルート３によっ て限界付けられている。本発明によれば、これらの螺旋状に形成された突出ラン ドとフルートが40±５゜、適切な値としては40±３゜、好適例としては40±２゜ のヘリックス、即ちピッチ角で以って形成されると、工具が驚くほどに有益であ ることが証明された。 各突出ランドは回転方向に見て、正のレーキ（すくい）角βの主切刃４を具備 した工具の前端縁全体に沿って延在している。本発明によれば、この主切刃を12 ±５゜、より正確には12±３゜、好ましくは12± ２゜の正のレーキ角を有する ように配設すると、工具が驚くほどに有益であった。 主切刃４のクリアランス（逃げ）角αは工具の直径に依存して変化している。 下記の値はこの変動を示している。 工具の切削径 逃げ角 25mm 11゜ 20mm 12゜ 10mm 14゜ 4mm 17゜ 工具の切刃は10−30μｍ、好ましくは10−20μｍの丸め縁部（エッジラウンデ イング）を有している。 工具は軸方向にドリル工作（穿孔加工）することが出来るので、突出ランド２ の数に対応する底切刃（エンド切刃）５，５′は工具の先端（チップ）に配設さ れている。これらの底切刃は中心線に直角な半径方向に延在する平面（ラジアル 平面）に対し約1.5゜の角度で内下方へ傾斜するように形成されている。底切刃 ５は中心を越 えて延在するが、残りの底切刃５′は研磨加工されたチップスペース（切粉空間 ）７によって限定されて、その長さが相対的に短い。 本発明によれば、補強チアンファ（面取り部）６が各主切刃４とそれに隣接し た底切刃５，５′の間のコーナに配設されている。この補強チアンファは、コー ナが工作物に接触したときに生じる歪を解消するために設けられている。チアン ファはエンドミルの中心軸線に対して20゜±10゜、好ましくは20゜±５゜の角度 γで適度に角度付けられている。一般に、補強チアンファのこのピッチ角は主切 刃４のヘリックス角の略半分の値である。更に、各補強チアンファはこれに隣接 する底切刃５，５′に対して角度δで傾斜している。この角度は概して０゜±10 ゜、好ましくは０゜±５゜であり得る。補強チアンファの最大軸方向幅は広範囲 に変化することが許容され、なかんずく工具の直径に依存する。この最大軸方向 幅は一般には0.05と1.5 mm）適切には0.10．と−1.0 mm、好ましくは0.15と0.50 mmの間の値である。これらの補強チアンファに起因して、コーナ部分の損傷とチ ッピング並びに工具振動等の多くの不都合を驚くほどに簡単な態様で克服するこ とが出来る。 エンドミル工具が長期寿命の条件と厳しい切削条件（高カッテイングデータ） においてさえ、寸法公差を維持することが出来るように、工具はTiN，Ti（C，N ）及び／或いはTi（Al）Nの薄層で被覆する。好ましくは、工具材に対して非常 に良好な接着性能を有していることから、TiCNを２μｍと４μｍの間の値の層厚 で用いる。硬質材を薄層で被覆することは、当業者に周知の所謂PVD法を用いて 実行される。 工具の全ての機能（具体的にはラテラルミリング、グルービング、ドリリング ）を容易に発揮させるために、具体的には切粉のジャム現象を回避する目的で実 質的なチップスペースを設けた。これは 図１と図２にフルート３のサイズによって表されている。 非限定目的の説明用として、幾つかの例を以下に呈示する。これらの例は本発 明に係るエンドミル工具の優れた特性を説明している。例１ 本例はどのように材料と新規の外形とを組合せると優れた特性の製品になり得 るかを示している。 SE-B-440753の例３に従って製造された複合材のロッドを9.6mmの寸法に押出成 形した。このロッドを熱処理してから、8mm寸法のエンドミルになるように研磨 加工された。得られたエンドミルは外形寸法の異なる２個或いは３個の切刃を含 む。 その後に、本発明工具とインハウスメイド工具と従来品のHSS工具とを用いて 、ステンレスオーステナイト鋼SS2343の工作物に対し側（ラテラル）フライス工 作の比較試験を実施した。全テスト工具はPVD法によるTi（C，N）薄層で被覆し た。 工具Ａ：発明品のエンドミルであって、これは３個の切刃を有し、 これはピッチ角が40゜であり、チップ角が＋12゜であり、 そして主切刃と底切刃の間に補強チアンファを有している 。 工具Ｂ：補強チアンファを具備していないことを除き、Ａに係る工 具である。 工具Ｃ：ピッチ角が45゜であることを除きＡに係る工具である。 工具Ｄ：本発明に係る材料のエンドミルであって、これは３個の切 刃を有しているが、ピッチ角が30゜であり、チップ角が＋ 12゜であり、主切刃と底切刃の間に補強チアンファが設け られている。 工具Ｅ：HSS製の工具であって、３個の切刃を有し、ピッチ角が35 ゜であり、チップ角が＋10゜であり、補強チアンファは一 切設けていない。 工具は8 mmの軸方向切込みと2 mmの半径方向切込みで以って、中間的粗フライ ス工作により試験された。 耐性判別基準は0.08mmの平均フランク摩耗或いはチッピングの発生とした。 切削データは製造者の勧めに従って選定された。切削データと結果は下記の表 に示される。 テスト工具 切削速度 テーブル送り 工具寿命 ｍ／分 mm／分 ｍ Ａ 45 270 23±2 Ｂ 45 270 15±2 Ｃ 45 270 19±5 Ｄ 45 270 9±2 Ｅ 45 270 8±4 工具Ｂ，Ｃ，Ｅでは、工具コーナの突然に生じたチッピングのために寿命のバ ラツキが大きくなった。 この試験は、発明品の工具が工具寿命長さと信頼性に関して最良の成果を出す ことを示した。例２ ２個の切刃を有し、直径が8mmの本発明に係るエンドミルを例１の通りに製造 し、これを高速度鋼或いはセメンテッドカーバイド製の従来品の被覆工具と、ス テンレスオーステナイト鋼SS2343の工作物の溝工作（グルービング）により比較 試験を実施した。 工具Ａ：２個の切刃を有する発明品のエンドミルであって、これは 40゜のピッチ角と、＋12゜のチップ角と、主切刃と底切刃 の間の補強チアンファとを有している。 工具Ｂ：ソリッド、微細グレン化セメンテッドカーバイド製で、２ 個の切刃を有するエンドミルであって、これは40゜のピッ チ角と＋12゜のチップ角を有し、補強チアンファを一切有 していない。 工具Ｃ：ソリッド、高アロイ化高速度鋼製で２個の切刃を有するエ ンドミルであって、40゜のピッチ角と＋13゜のチップ角を 有し、補強チアンファを一切有していない。 工具を6 mmの軸方向切込みによる溝工作により試験した。 耐久性判別基準は0.06mmの平均フランク摩耗の発生或いはチッピング、工具損 傷或いは容認不可のノッチによるテスト続行不可である。 製造者の勧めに従った切削データと結果は下記の表に示される。 テスト工具 切削速度 テーブル送り 工具寿命 ｍ／分 mm／分 ｍ Ａ 40 140 9.5 Ｂ 35 120 6.0 Ｃ 30 90 0.5 工具Ｂ，Ｃでは、工具コーナのチッピングの割合が大きいことから工具寿命の バラツキが著しく大きくなった。 発明品の工具Ａは生産性、工具寿命及び安全性に関し鮮明な最良の成果を発揮 した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． コアと工具外層を形成する複合材から成る、複数の主切刃と底切刃を含 むエンドミルにおいて、 該コアが高速度鋼や工具鋼から成り、該外層はFe，Co及び／或いはNi基母材に Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo及び／或いはＷの炭化物、窒化物及び／或いは 炭窒化物の構成になるサブミクロンの硬質構成物質を30−70Vol.％含有した硬質 材料から成り、該外層の外面がTiN，Ti（C，N）及び／或いは（Ti，Al）Nの薄層 で少なくとも部分的に被覆されており、工具ピッチ角が40±５゜であり、すくい 角が12±５゜であり、該主切刃と該底切刃の間に補強チアンファ（６）が設けら れていることを特徴とする、エンドミル工具。 ２． ２個以上の切刃、好ましくは２個或いは３個の切刃がある、請求項１に 記載の工具。 ３． 該補強チアンファが該エンドミルの中心軸線に対して20±10゜（角度γ ）に角度付けられ、且つ隣接する底切刃（５，５′）に対して０±10゜（角度δ ）に角度付けられている、請求項１或いは２に記載の工具。 ４． 該切刃が10−30μｍ、好ましくは10−20μｍの丸め縁部を有する、請求 項１−３のいづれか１項に記載の工具。 ５． 工具直径が３−50mm、好ましくは４−25mmであり、周辺における逃げ角 が直径４mmのときには17±２゜であり、直径25mmのときには11±２゜に低減して いる、請求項１−４のいづれか１項に記載の工具。 ６． 該底切刃が工具中心軸線の方へ約1.5゜の逃げと、回転方向に対し接線 方向に約６゜の逃げとを有する、請求項１−５のいづれか１項に記載の工具。 ７． 該外層が少なくとも0.5 mmの肉厚を有している、請求項１−６のいづれ か１項に記載の工具。 ８． 該硬質材が高速度鋼タイプの母材に主としてTiNの硬質構成物質を30−7 0Vol.％含有したものであって、硬質構成物質に富んだグレンのサイズが＜１μ ｍ、好ましくは＜0.5μｍである、請求項１−７のいづれか１項に記載の工具。 ９． 該工具がTiN，Ti（C，N）、好ましくはTi（C，N）の２−４μｍ厚の薄 層で被覆されている、請求項１−８のいづれか１項に記載の工具。 10． 該補強チアンファの工具中心軸線に対する角度（β）が該主切刃のヘリ ックス角の値の約半分である、請求項１−３のいづれか１項に記載の工具。