JPS61100302A - ウルツ鉱型窒化硼素焼結体切削工具刃先のランド形成方法 - Google Patents

ウルツ鉱型窒化硼素焼結体切削工具刃先のランド形成方法

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JPS61100302A
JPS61100302A JP22061784A JP22061784A JPS61100302A JP S61100302 A JPS61100302 A JP S61100302A JP 22061784 A JP22061784 A JP 22061784A JP 22061784 A JP22061784 A JP 22061784A JP S61100302 A JPS61100302 A JP S61100302A
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JP
Japan
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land
cutting
boron nitride
cutting tool
width
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JP22061784A
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Hiroshi Eda
弘 江田
Toru Kamiya
徹 神谷
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NOF Corp
Original Assignee
Nippon Oil and Fats Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/005Geometry of the chip-forming or the clearance planes, e.g. tool angles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/141Specially shaped plate-like cutting inserts, i.e. length greater or equal to width, width greater than or equal to thickness
    • B23B27/145Specially shaped plate-like cutting inserts, i.e. length greater or equal to width, width greater than or equal to thickness characterised by having a special shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2200/00Details of cutting inserts
    • B23B2200/24Cross section of the cutting edge
    • B23B2200/242Cross section of the cutting edge bevelled or chamfered
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2226/00Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/12Boron nitride
    • B23B2226/125Boron nitride cubic [CBN]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はウルツ鉱型窒化硼素を含有する焼結体チップ
を切削工具刃部に付けて、ロックウェル硬度Cスケール
(以下HRCと記す) 40〜7゜の鋼材を切削速度2
00 m/m以下、送り量0.2m/回転以下、切込み
1.0禦以下で切削する場合のチップ刃先のランド形成
方法に関するものである。
(従来技術) 従来、高圧相窒化硼素を使った切削工具としては、立方
晶型窒化硼素(CBN )を含有する焼結体、ウルツ鉱
型窒化硼素い■N)を含有する焼結体およびCBN (
!: WBNとを含有する焼結体がある。このうちCB
N含有焼結体は硬くて切れ味は良いが、もろく欠は易い
難点がある。WBN含有焼結体はCBN含有焼結体よシ
靭性に優れている。更にWBNとCBNとを含有する焼
結体は硬度と靭性とを適度に制御することができる。
そのためこのような焼結体のチップは、従来研削加工に
頼っていたHRC硬度40〜70の焼入鋼の切削加工用
として大量に使われるようになってきた。
しかし、靭性を高めたWBN工具でも、窒化硼素粉末の
焼結体であるから比較的脆弱でおることは否めない。旋
盤やフライス盤等の工作機械の精度の低いものや、何ら
かの作用で外乱を受けやすい環境で稼働している場合、
あるいは作業者の技能に問題がある場合などに、時々刃
先のチッピングや、塑性的摩耗等による工具損傷を生じ
、切削精度や能率の著しい低下がもたらされることがあ
る。
本発明者らは経験上1、上記のような精度、能率の低下
も、恐らくは刃先先端のチャンファの改善により防げる
ものが多いのではないかと考えた。
チャンファとは、刃先が欠けるのを防ぐため刃先稜線を
1覇以内の幅で細く研ぎ落した所をい\、その加工を一
般にチャンファ・ホーニングと呼んでいるが、正式名称
ではない。JIS規格では、すくい面ランド、逃げ面ラ
ンドという呼び名だけ決められておシ、その寸法、角度
の表示法もない現状である。
従来技術を示す図書としては株式会社大河出版発行、悔
涙、管野両氏編著「超硬工具のカントコロ」59頁に「
ホーニングの目やす」として第8図の絵に添えて、「角
度」は「超硬20°、サーメット25°、セラミックス
30°」とし、「幅」はいずれも送り量をfとして「f
×0.5〜0.8」としている。この程度の目やすて、
作業に当る  !□現場技術者が、思い思いに「ホーニ
ング」しているのが一般である。その「ホーニング」の
目的は上記文献に「”鋼削シには、ホーニングを2とい
われていますが、微小の刃こぼれをふせぐとともに、断
続的な切刃への衝撃に対しても切刃採掘に効果があシま
す。」とあるように刃先保護が唯一の目的であった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明者等は新しいWBN焼結工具の切削性能試験のた
め、刃先形状、角度、ランド寸法を種々に変えた実験を
行った。この実験によシ、本発明者等が考えたとおシ、
刃先のランド形成は単なる刃先寿命の延伸策でなく、切
削加工の精度、能率を左右する重要要件である事を見出
した。また、−個のチップで寿命も精度も能率もよいも
のを求めることは難しい事も分った。
こうして本発明者等は、窒化硼素系刃先チップで焼入鋼
、特殊鋼を切削する場合、加工精度に重点をおくチップ
と、加工能率に重点をおくチップとをはつきシ分け、夫
々に対するランド形成方法を明示することを発明の目的
としたのである。
(問題点を解決するための手段) 多くの実験の結果として得られたこの発明は、ウルツ鉱
型窒化硼素粉末を含有する焼結体チップを切削工具刃部
に付けて、ロックウェル硬度Cスケール40〜70の鋼
材を、切削速度200 m/=以下、送り量0.20 
m /回転以下、切込み1.0醪以下で切削する場合に
使用する切削工具において、 上記チップ刃先のランド形成は、すくい面に対するラン
ド傾斜角18°−58°、ランド幅0.15〜0.35
 m  とすることを特徴とするウルシ鉱型窒化硼素焼
結体切削工具刃先のランド形成方法である。
特に加工精度に重点をおく場合は、すくい面に対するラ
ンド傾斜角18°〜28°、ランド幅0.15〜0.2
5 mとし、加工能率に重点をおく場合は、すくい面に
対するランド傾斜角28°〜68°、ランド幅0.25
〜0.35■とするのである。
(作用) この発明は従来、もっばら研削加工に頼っていたHRC
40〜70の焼入鋼、特殊鋼の加工を切削加工に変える
ため、wBN系焼結体チップの使い方を示すものとい\
得る。チップの使い方といっても、これをバイト、カッ
ター等の切削工具刃部に付け、所要のすくい角、逃げ角
を与えて用いる事は従来と全く変らない。その切削条件
として、切削速度2CJOm/m以下、送り量0.20
餌/回転以下、切込み1.0簡以下としたのも、高硬度
仔を対象とした場合、比較的妥当な範囲である。
この発明の特徴は、WBN焼結体チップによシHRC4
0〜70という高硬度鋼を切削加工する場合、粗削シ用
チップと中仕上用チップとを使い分け、夫々専用チップ
として、そのランド角、幅を指定したところにある。予
めランド形成を済ました使い捨てチップも、そうでない
ものも、粗削シ用と中仕上用とのランド寸法を上述のよ
うに違えて仕上げるのである。熱論、粗削シ用は加工能
率に重点をおくものでアシ、中仕上用は加工精度に重点
をおくものとなる。概していえば、前者はランド傾斜角
、ランド幅共に大きく、後者は共に小さい。どうして前
者が能率的で、後者が精度に勝るかけ、理論でなく、多
くの実験結果から導かれた。
これについては以下の実施例によって説明する。
(実施例) 第1.2図にウルツ鉱型窒化硼素い■N)含有焼結体の
切削用チップCの二側を示す。そのWBN (一部は焼
結中にCBNに変化)部分を/、その合材を−としてい
る。WBN微粉末を焼結と同時に超硬合金の台材λに接
合したもので、窒化硼素(BN)部分/の寸法は厚み1
簡、−辺の長さ4.5++m、台材コの厚み5咽、その
−辺の長さ12露である。
第5図は第1図のチップCの先端部を拡大したもので、
この発明によシ刃先のランド3を形成している。第4図
にそのランド3を含む刃先   1゜断面を示す。チッ
プのWBN系焼結体部分/の上面lαがすくい面、側面
/bが逃げ面となシ、両面が交る稜線を研ぎ落してラン
ド3が作られている。上面/aと側面/bとは直角をな
している。
すくい面/αに対するランド傾斜角をθ、ランド幅をL
としている。
このチップCはバイト、ミリングカッター等の切削工具
刃部に取付けて使うことは従来と変りない。第5.6図
にこれをクランプオン式バイトホルダ弘に取付けた状態
を示す。このホルダグはJIS規格のF’N11R−5
5で、これを水平に固定すると、刃先のすくい面/cL
がすくい角γ、この例では角5°、逃げ面/bが逃げ角
α、この例では角5°だけ傾斜し、アプローチ角W、こ
の例では角15°を生ずる。
第7図はこれによる切削中の状態の説明図で、バイトホ
ルダグの軸を被切削材Mの軸に直角に向けると切込み角
には75°となる。切込み(深さ)はαで示す。
従来の技術の項で挙げた図書からとった第8図は、付は
刃Cのすくい面ランドを手持ちのホーニング砥石Hでも
って形成するところを示している。
次に第1図のチップCを第5.6図のホルダダにつiて
、第7図のように丸棒試料を旋削した場合、刃先ランド
3の角度、幅が切削抵抗、切削面精度、刃先摩耗にどの
ように影響するかを調べた実験結果を述べる。
実験は多岐にわたって行ったが、こ\には合金工具鋼5
KD11(主要元素Cr 11.95、Mo O,91
、Vo、25、C1,52)に対するもののみ示す。な
お機械構造用炭素鋼S 40C,S 50CXSK5及
び7、軸受鋼SUJ 2〜4、ダイス鋼SKD 1及び
11、高速度鋼SKH4,9,55,57等、熱処理に
よシHRC40〜70にしたものも、はy同様な傾向を
示している。
さて、上記試料5KD−11は熱処理によυHRC60
にし、これを削る第1図のチップCの刃先ランド形状は
、第4図の角θを15.20.25.60.35と変え
、ランド幅りを0.1.0.2.0.3と変えたものを
用意した。
実験の切削条件は、切削速度50〜200m/=+、送
り量0.02〜0.1611W/回転、切込み0.1〜
0.5嘔の湿式、乾式で行ったが、その典型的な一例を
と\に示す。
この例の切削条件は終始、切削速度100 f’rL/
m、送り量0.081w/回転、切込み0.2■、乾式
切削である。第9図以下はその実験結果の一部である。
第9図は切削抵抗の送り分力を縦軸、ランド角θを横軸
にしている。第10図は主分力を縦軸にしただけ異る。
線図の丸はL=Q、iw、三角はL = 0.’l w
t+ 、四角はL = 0.5wsのランド幅のものを
表わす。
非常に微妙な実験で、被剛材のくわえ方、焼入鋼材の表
皮と内部との硬度差等の影響もひソいていると思われる
が、第9.10図その他の実験結果を総合して、θ=2
0°〜25°付近で切削抵抗は両分力ともに低く、ラン
ド幅りの影響は少いことが確かめられた。
第11図は同じ切削条件で、切削面粗さとランド形状の
関係を示す一例である。三角の線図つまりL=0.2m
のものがθの変動に対して安定しておシ、そのθは20
°の時、表面粗さが最も低い。つまり、きれいな切削面
になる。
第12.13図は摩耗量とランドの関係を示す。
第12図はL = 0.2の場合、第16図はL = 
0.3の場合、夫々のランド角θが15°(白丸)、2
0゜(黒丸)、25°(白黒丸)、30°(三角)、5
5゜(四角)の時の摩耗量増大傾向を示す。
総合的には、工具摩耗量はランド角θが60゜よシ増大
するあたりから、いずれのランド幅りに対しても摩耗量
が少なく、例えば切削時間、45分において、ランド角
θが15°、20°、25°のものに比して、約1/2
の摩耗である。従って、切削面精度をゆるくシ、切削抵
抗の変動に耐え振動を抑制できる加工設備で使えば、チ
ップ寿命は二倍となる。
以上、第9〜15図に例示したものをはじめ多くの実験
データから得られた傾向をまとめると、〒 次のようになる。
まず切削抵抗は、ランドθが18°〜28°、ランド幅
りが0.2m+を中心に0.15〜0.25m  の範
囲で最小である。
切削面粗さは、°ランドθ=18°〜28°においてラ
ンド幅L = 0.15〜0.25 fiで最も変動少
く、安定した精度を示す。つまシ、切削抵抗と切削面粗
さでは、同じランド形状が好ましい結果となった。説明
をはふいたが、切り屑の状態も良かった。このランド角
、幅では工具の振動が少く、安定した切削が行われるが
、工具摩耗が若干速いため、高精度加工に適したものと
い\得る。  一つぎに、切削抵抗が若干高く、切削面
粗さの変動も大きく、切シ屑処理など、いわゆる切削性
能は上記範囲のランド形状のものに劣るが、工具摩耗量
く寿命が長いため加工能率が増大するランド角θ、ラン
ド幅りの範囲が、θ=28°〜38°、L = 0.2
5〜0.55簡に存在することが確認された。加工能率
を上げる過酷な使用に耐えるランド形状といってもよい
上の結果から、この発明はチップ刃先のランド角θ、ラ
ンド幅りを、精度重点の場合と、能率重点の場合とに分
けた。好都合なことに双方の好ましいθ、Lの範囲はθ
=28°、L = 0.25間の上下に分かれた。前者
にはθ=18°〜28°、L=0.15〜0.25咽、
後者にはθ=28°〜38°、L=0.25〜0.35
雪が好ましいθとLの範囲である。
もつともθ=28°、L=0.2511111が精度と
能率の分かれ目というほど画然と分かれる訳でない。
精度の山と能率の谷との遷移点といった目安である。ま
た実験のランド角θは角度5°おきで行ったのに、指定
範囲に18°、28°、58°といった半ばな値が出た
のは、角度5°の違いで良と不良が隣接した場合、その
中間値を限界値としたためである。
(発明の効果) この発明はダイヤモンドに近い硬度をもつ窒化硼素系工
具により、従来、研削加工に限られた焼入鋼等を旋削加
工する場合に有効な刃先となすべきランド形成方法を確
立し、特定する目的を達した。
この発明は、従来、単に刃こぼれを防ぐだめのものであ
った刃先ランドが、切削面精度、能率に重要な役割をし
ている事を実験でもって確かめた。そして、一般バイト
に粗削り用、中仕上用、仕上用の区別があるように、チ
ップ刃先のランド形状にも、少くとも粗削シ用(能率重
点)、中仕上用(精度重点)の区別が必要なことを明ら
かにし、夫々のすくい面に対するランド傾斜角、ランド
幅の数値範囲を特定した。
この発明は、靭性を増した窒化硼素系焼結チップが各種
焼入鋼の旋削に広く使用される道を開いたものとい\得
る。
【図面の簡単な説明】
第1.2図はこの発明に使用するチップ二側の斜視図、
第3図はその刃先拡大斜視図、第4図は同じく断面図、
第5.6図は実験に使用したバイトホルダの立面図、平
面図、第7図は切削状況を示す平面図、第8図は従来の
ランド形成方法を示す斜視図、第9.10図はランド形
状とバイトの送り分力、主分力との関係を示す線図、第
11図はランド形状と切削面精度(粗さ)との関係を示
す線図、第12.13図はランド幅0.2m+、[1,
3mm夫々の場合のランド角、使用時間と摩耗量との関
係を示す線図である。 /・・−WBN系焼結体部、/α・・・すくい面、コ・
・・台材、3・・・ランド、C・・・チップ、θ・・・
ランド傾斜角、L・・・ランド幅。 特許出願人  江   1)     弘箪7図 M 笥9図 □e。 第8m = θ0

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ウルツ鉱型窒化硼素粉末を含有する焼結体チップ
    を切削工具刃部に付けて、ロックウェル硬度Cスケール
    40〜70の鋼材を、切削速度200m/mm以下、送
    り量0.20mm/回転以下、切込み1.0mm以下で
    切削する場合に使用する切削工具において、 上記チップ刃先のランド形成は、すくい面 に対するランド傾斜角18°〜38°、ランド幅0.1
    5〜0.35mmとすることを特徴とするウルツ鉱型窒
    化硼素焼結体切削工具刃先のランド形成方法。
  2. (2)特許請求の範囲(1)記載のランド形成方法にお
    いて、加工精度に重点をおく場合は、すくい面に対する
    ランド傾斜角18°〜28°、ランド幅0.15〜0.
    25mmとするウルツ鉱型窒化硼素焼結体切削工具刃先
    のランド形成方法。
  3. (3)特許請求の範囲(1)記載のランド形成方法にお
    いて、加工能率に重点をおく場合は、すくい面に対する
    ランド傾斜角28°〜58°、ランド幅0.25〜0.
    35mmとするウルツ鉱型窒化硼素焼結体切削工具刃先
    のランド形成方法。
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