JPH09262714A - ボールエンドミル - Google Patents

ボールエンドミル

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Publication number
JPH09262714A
JPH09262714A JP9760296A JP9760296A JPH09262714A JP H09262714 A JPH09262714 A JP H09262714A JP 9760296 A JP9760296 A JP 9760296A JP 9760296 A JP9760296 A JP 9760296A JP H09262714 A JPH09262714 A JP H09262714A
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JP
Japan
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end mill
ball end
tip
tool
embedded
Prior art date
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Pending
Application number
JP9760296A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidetoshi Sakae
英利 寒河江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP9760296A priority Critical patent/JPH09262714A/ja
Publication of JPH09262714A publication Critical patent/JPH09262714A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B23C5/1009Ball nose end mills
    • B23C5/1018Ball nose end mills with permanently fixed cutting inserts

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最先端刃部の異常磨耗を抑制し、工具の寿命
を向上させる。 【解決手段】 超硬合金を母材とするボールエンドミル
本体1には、長方形,正方形,円柱,球形等の断面を有
するチップ2が埋め込まれている。このチップ2は平均
粒径1μm程度の極微粒なタングステンカーバイド粒に
平均粒径3μm程度のCNB粒を体積比で25%程度混
合し焼成したものである。チップ形状は、ボールエンド
ミルの刃先半径(R)によって若干異なるが、R5を例
とすると、長方形の場合、チップ高さは1〜2mm、長
さLは約1.5mm、厚さは0.2mmである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールエンドミ
ル、より詳細には、鋼材またはAl合金材の、平面また
は曲面加工に用いるボールエンドミルに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】金型製作における切削工程での仕上げ
は、通常、先端刃が円弧状を有するボールエンドミルで
行われている。ボールエンドミルは工具本体の先端部
に、その軸線周りの回転軸跡において略半球形状をなす
切れ刃が形成されたものである。円弧頂点付近の先端刃
は、刃物の回転中心に近く切削速度がかせげないため、
正常な切削がおこなわれにくく被削材と刃先とのコスレ
が強くなり、この部位に磨耗が生じやすく、工具寿命を
延ばす上での障害となっていた。
【0003】図15は、従来のボールエンドミルの側面
図、図16は、図15に対して直交方向の側面図、図1
7は、上面図、図18は、上面図のチゼル部拡大図で、
図18は、ボールエンドミル1が鋼材の加工において摩
耗した状態を示し、図中、斜線部Aが摩耗領域、クロッ
クハッチング部Bが特に大きく摩耗する領域を示す。図
18より工具逃げ面磨耗が概ね三角形をしており工具先
端ほど磨耗の度合いが大きいことが見て分る。また、チ
ゼル部にはウエブ厚さよりわずかに小さい直径で円形の
エグレが発生する。本発明はこれらの最先端刃部の異常
磨耗を抑制し、工具寿命の向上をもたらすものである。
【0004】特開平4−310310号公報および特開
平7−1218号公報などに記載のボールエンドミルは
いずれもこの先端刃部の形状に工夫を加え、先端部の異
常磨耗を低減することを図っている。この他、同様の特
許として特公平1−12893号公報、特開昭61−1
41014号報などがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらはいずれも先端
刃にv形状の切り欠きをもうけ、切削速度が零近傍とな
る切れ刃を除去したものである。しかしながら、先端球
面刃とVノッチで形成されるシャープな角部によって、
加工面に切削痕を生じやすいという欠点を有している。
このVノッチ形成によって生じた、シャープな角度を丸
めた(R部とした)場合でも、初期磨耗がすぎると丸め
の効果はほとんどなくなり、加工の初期を除くと、前記
と同様に切削痕が生じ易くなってしまう。また、このR
部では耐磨耗性のコート層も容易に磨滅しやすくコート
膜としての耐磨耗の効果が減少しやすい欠点がある。ま
た、これらの刃先形状を精度良くつくり込むには多大な
工数増加となり、工具製作コストの大幅な増加を必要と
していた。
【0006】耐磨耗性を向上し工具寿命を延ばすため
に、工具材料面では、超硬合金を母材として数μmのT
i系化合物をコーティングした刃物が実用化されてい
る。コートなしの工具に比べ、寿命は向上した。しか
し、コートした工具切れ刃であっても、先端刃が他の切
れ刃部に比べ磨耗が生じてひとたび工具母材が露出する
と、そこからま加速的に磨耗が進行してしまう。高価な
コーティング工具であれども先端部の磨耗によって工具
寿命が決定されてしまう問題は依然残されていた。
【0007】本発明は、以上の問題に鑑みて、工具材料
面で、先端切れ刃部の耐磨耗性を他の切れ刃部より高め
ることで、従来の先端切れ刃部の選択的な磨耗のしやす
さを低減させ、他の切り刃部と同レベルの寿命を持たせ
ることによって、トータルとしての工具寿命を向上させ
るものである。
【0008】本発明の第1の特徴は、工具先端刃のチゼ
ル近傍に、工具母材に比較して耐磨耗性に優れる部材を
インサートした、概ね2層構層を持つことである。本発
明の第2の特徴は、インサートする部材の形状および寸
法を規定することで、より多くのセラミックス等の硬脆
部材をも適用可能とすることである。本発明の第3の特
徴は、工具材料面での耐磨耗性の向上であり、従来の発
明である刃先にVノッチを付与する等の、刃先形状の改
良も合わせて実施できることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、軸線
周りに回転される工具本体の先端部に、工具本体の軸方
向からみて円弧形状の切れ刃が、少なくとも一つ以上形
成されてなるボールエンドミルにおいて、軸方向からみ
て前記円弧切り刃の近傍に硬質チップを回転中心を包含
しつつ円弧切れ刃上に埋め込んだ構成を特徴としたもの
である。
【0010】請求項2の発明は、前記硬質チップは、鉄
鋼材料との接触において、磨耗強さが工具母材よりも大
であることを特徴としたものである。
【0011】請求項3の発明は、前記工具母材としては
タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金であ
り、埋め込みチップの材質としてはタングステンカーバ
イドとCBNまたはSiCの粉体を混合した成分からな
る複合部材であることを特徴としたものである。
【0012】請求項4の発明は、前記埋め込みチップは
CBN,SiC,TiCまたはTiNのうちいずれか一
種を含有するセラミックス部材であることを特徴とした
ものである。
【0013】請求項5の発明は、前記埋め込みチップ
は、TiC,Al23,TiNいずれかを少なくとも1
層に含んでいる多層膜コーティングが施され、その膜厚
が4μm以上であることを特徴としたものである。
【0014】請求項6の発明は、前記埋め込みチップの
配置は、工具回転軸に直交する断面での重心に工具回転
軸が概ね一致することを特徴としたものである。
【0015】請求項7の発明は、前記埋め込みチップの
大きさは、回転軸に直交する断面形状が回転中心におけ
る刃厚(ウエブ厚さ)を直径とする円を包含するもので
あることを特徴としたものである。
【0016】請求項8の発明は、前記埋め込みチップ
は、回転軸に直交する断面形状がボールエンドミル曲率
半径の30%の長さを直径とする円に包含される大きさ
であることを特徴としたものである。
【0017】請求項9の発明は、前記埋め込みチップ
は、使用により磨耗が進行した時点で、新品と交換して
使用が可能であることを特徴としたものである。
【0018】請求項10の発明は、前記埋め込みチップ
は球形状として、使用により磨耗が進行した時点で、磨
耗部位を球チップの回転により先端よりずらし使用可能
とすることを特徴としたものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
(実施例1)図1〜4は、本発明の実施例1を説明する
ための図で、図1は側面図、図2は図1と直交方向の側
面図、図3は上面図、図4は上面図のチゼル部拡大図
で、図中、1は超硬合金を母材とするボールエンドミル
本体、2は長方形断面を有する矩形チップで、該矩形チ
ップ2はボールエンドミル本体1に埋め込まれている。
このチップ2は平均粒径1μm程度の極微粒なタングス
テンカーバイド粒に平均粒径3μm程度のCNB粒を体
積比で25%程度混合し焼成したものである。チップ形
状は、ボールエンドミルの刃先半径によって若干異なる
が、R5を例とすると、チップ高さTは1〜2mm、長
さLは約1.5mm、厚さbは0.2mmである。特に、
長さLは実験的に求めたものであり、工具のRの30%
が目安となっている。
【0020】図5は、実施例1における長さLと工具寿
命の相関を求めた実験結果である。L/Rが30%を越
えた付近から寿命増大の効果は飽和してきている。30
%を越えた付近でも幾分寿命の向上がみられるがここま
でLを大とするのは、以下の欠点が生じてくるため望ま
しくない。これは植え込みチップが母材よりも硬質であ
る半面、靭性に劣ることが多いためLが長すぎて円弧刃
外周に及んでくるとかえってチッピングが生じやすくな
る点である。実験的には工具のRの5〜30%が適当で
あることがわかっている。厚さbは、図4に示す向きで
埋め込んだ際にチゼルを十分包含することが必要でウエ
ブ厚さよりも大であることが条件となっている。
【0021】図6〜8は、本発明の実施例2を説明する
ための図で、この実施例2は正方形断面を有する角柱チ
ップ2aを埋め込んだ例である。正方向断面の一辺の長
さb2は実施例1と同様にウエブ厚さと同等あるいはそ
れ以上とすることが、より寿命向上の効果を出すうえで
望ましい。
【0022】図9〜11は、本発明の実施例3を説明す
るための図で、この実施例は円形断面有する円柱チップ
2bを埋め込んだ例である。先と同様に円形断面の直径
dは、ウエブ厚さと同等あるいはそれ以上とすること
が、より寿命向上の効果を出すうえで望ましい。
【0023】図12〜14は、本発明の実施例4を説明
するための図で、この実施例は球状チップ2cを埋め込
んだ例である。このチップでは球体の直径d1をウエブ
と同等あるいはそれ以上とすることが望ましい。このチ
ップは磨耗が進行した時点で、球体チップを回転させ、
磨耗部位を工具先端からずらして連続使用することが可
能である。
【0024】
【発明の効果】
請求項1及び2の効果:工具を2層構造とすることによ
り、ボールエンドミルの外周刃は靭性値の高い耐チッピ
ング性に優れる材料をもちい、回転中心の先端刃には高
硬度の耐磨耗性に優れる材料を、といった適材適所の材
料構成が可能となり、結果として工具寿命の向上が容易
に実現できる。工具の材料構成面での発明であり、従来
技術で示した、工具先端刃のV溝等の刃先形状の改善と
合わせて実施することができる。
【0025】請求項3の効果:チップ材質を工具母材と
他の硬質粒子との混合体とすることで、工具本体とチッ
プの熱膨張係数やヤング率を比較的近いレベルにするこ
とができ、複合材としての熱歪み等を押さえ込むことが
できる。
【0026】請求項4の効果:従来は2〜3μmの磨耗
によってコート層がはがれ母地が露出してしまったが、
バルクなセラミックチップの埋め込みによって、母地の
露出なくコートを厚膜化するより安価に寿命の向上がは
かれる。
【0027】請求項5の効果:チップ部のみに、他の部
位よりも厚膜な多層コートを施すことにより先端刃の選
択的な磨滅を安価に抑制できる。
【0028】請求項6の効果:工具回転軸とチップの重
心を一致せることにより、工具母材とチップ間に比重の
違いがあった場合でも回転軸周りのアンバランスを生じ
ることなく、高速回転に対応可能である。
【0029】請求項7及び8の効果:埋め込みチップは
大きすぎても小さすぎても不具合があり、その大きさに
は適当な範囲が存在する。下限値としては埋め込みチッ
プの存在の効果そのものを確保するには少なくともウエ
ブ厚さ以上必要であり上限値してはボールエンドミルの
Rの30%以下が適当である。これを越えると、切り刃
のチッピングの増加による不具合が目立ってくることが
実験的に確認されている。
【0030】請求項9の効果:従来はボールエンドミル
頂点の先端刃のみが磨滅した場合でも工具寿命として使
い捨てられてきた工具が、磨滅しやすい部位を交換可能
とすることで切り刃が広いエリアにわたって磨滅する本
来の寿命まで使い切ることができ、工具のコストパフォ
ーマンスが飛躍的に向上する。
【0031】請求項10の効果:磨滅部位を交換可能と
する考えは、上記と同様であるが、球体をずらして磨滅
部位をさけて再使用する構成とすることで、より簡単に
先端部の交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるボールエンドミルの実施例1を
説明するための側面図である。
【図2】 本発明によるボールエンドミルの実施例1を
説明するための図1と直交する方向の側面図である。
【図3】 本発明によるボールエンドミルの実施例1を
説明するための上面図である。
【図4】 本発明によるボールエンドミルの実施例1を
説明するための上面図のチゼル部拡大図である。
【図5】 実施例1における矩形チップ2の長さLと工
具の寿命との相関を求めた実験結果を示す図である。
【図6】 本発明によるボールエンドミルの実施例2を
説明するための側面図である。
【図7】 本発明によるボールエンドミルの実施例2を
説明するための図6と直交する方向の側面図である。
【図8】 本発明によるボールエンドミルの実施例2を
説明するための上面図のチゼル部拡大図である。
【図9】 本発明によるボールエンドミルの実施例3を
説明するための側面図である。
【図10】 本発明によるボールエンドミルの実施例3
を説明するための図9と直交する方向の側面図である。
【図11】 本発明によるボールエンドミルの実施例3
を説明するための上面図のチゼル部拡大図である。
【図12】 本発明によるボールエンドミルの実施例4
を説明するための側面図である。
【図13】 本発明によるボールエンドミルの実施例4
を説明するための図11と直交する方向の側面図であ
る。
【図14】 本発明によるボールエンドミルの実施例4
を説明するための上面図のチゼル部拡大図である。
【図15】 従来のボールエンドミルの一例を示す側面
図である。
【図16】 従来のボールエンドミルの一例を示す図1
5と直交する方向の側面図である。
【図17】 従来のボールエンドミルの一例を示す上面
図である。
【図18】 従来のボールエンドミルの一例を示す上面
図のチゼル拡大図である。
【符号の説明】
1…ボールエンドミル本体、2,2a,2b,2c…チ
ップ、3…チゼル部。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸線周りに回転される工具本体の先端部
    に、工具本体の軸方向からみて円弧形状の切れ刃が、少
    なくとも一つ以上形成されてなるボールエンドミルにお
    いて、軸方向からみて前記円弧切り刃の近傍に硬質チッ
    プを回転中心を包含しつつ円弧切れ刃上に埋め込んだ構
    成を特徴とするボールエンドミル。
  2. 【請求項2】 前記硬質チップは、鉄鋼材料との接触に
    おいて、磨耗強さが工具母材よりも大であることを特徴
    とする請求項1に記載のボールエンドミル。
  3. 【請求項3】 前記工具母材としてはタングステンカー
    バイドを主成分とする超硬合金であり、埋め込みチップ
    の材質としてはタングステンカーバイドとCBNまたは
    SiCの粉体を混合した成分からなる複合部材であるこ
    とを特徴とする請求項2に記載のボールエンドミル。
  4. 【請求項4】 前記埋め込みチップはCBN,SiC,
    TiCまたはTiNのうちいずれか一種を含有するセラ
    ミックス部材であることを特徴とする請求項3に記載の
    ボールエンドミル。
  5. 【請求項5】 前記埋め込みチップは、TiC,Al2
    3,TiNいずれかを少なくとも1層に含んでいる多
    層膜コーティングが施され、その膜厚が4μm以上であ
    ることを特徴とする請求項3に記載のボールエンドミ
    ル。
  6. 【請求項6】 前記埋め込みチップの配置は、工具回転
    軸に直交する断面での重心に工具回転軸が概ね一致する
    ことを特徴とする請求項3に記載のボールエンドミル。
  7. 【請求項7】 前記埋め込みチップの大きさは、回転軸
    に直交する断面形状が回転中心における刃厚(ウエブ厚
    さ)を直径とする円を包含するものであることを特徴と
    する請求項3に記載のボールエンドミル。
  8. 【請求項8】 前記埋め込みチップは、回転軸に直交す
    る断面形状がボールエンドミル曲率半径の30%の長さ
    を直径とする円に包含される大きさであることを特徴と
    する請求項3に記載のボールエンドミル。
  9. 【請求項9】 前記埋め込みチップは、使用により磨耗
    が進行した時点で、新品と交換して使用が可能であるこ
    とを特徴とする請求項3に記載のボールエンドミル。
  10. 【請求項10】 前記埋め込みチップは球形状として、
    使用により磨耗が進行した時点で、磨耗部位を球チップ
    の回転により先端よりずらしを使用可能とすることを特
    徴とする請求項3に記載のボールエンドミル。
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Cited By (5)

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