WO2007039944A1

WO2007039944A1 - 高品位高能率加工用切削工具およびそれを用いた切削加工方法

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Publication number: WO2007039944A1
Application number: PCT/JP2006/306438
Authority: WO
Inventors: Yoshihiro Kuroda; Satoru Kukino; Katsumi Okamura; Tomohiro Fukaya
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp.
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-04-12
Also published as: JP4728256B2; EP1886749A4; US20080292415A1; EP1886749A1; JPWO2007039944A1; CA2567077C; CA2567077A1; EP1886749B1; US7765902B2

Abstract

焼き入れ鋼などの被削材の高品位高能率加工を可能にすることを課題としている。先行して被削材に切り込ませる仕上げ刃６と、その仕上げ刃６に続いて被削材を仕上げ加工する超仕上げ刃７を有し、超仕上げ刃７は、仕上げ刃６の位置から切込み量を増加させる方向に所定量Ｂ突出しており、さらに、工具送り方向に延びる所定の刃幅Ｌを有したバニシング部７ａとさらえ部７ｂを備えており、この超仕上げ刃７が仕上げ刃によって加工された面の加工変質層を除去しながら仕上げ面のバニシングを行うものにした。

Description

明細書

高品位高能率加工用切削工具およびそれを用いた切削加工方法技術分野

[0001] この発明は、被削材 (金属）の高品位、高能率切削加工を可能にする切削工具、詳しくは、焼き入れ鋼の切削加工において特に顕著な効果を期待できる切削工具と、その工具を使用する切削加工方法に関する。

背景技術

[0002] 被削材 (ワーク）の高品位、高能率加工に対応した切削工具として、例えば、下記特許文献 1、 2に開示されるものなどがある。

[0003] 特許文献 1が開示している切削工具は、焼き入れ鋼の加工を行うものであって、主たる加工を行う主切れ刃と、それに続く副切れ刃を有し、主切れ刃で必要な切削の殆どを行い、その後、主切れ刃による切削で被削材の表面に生じた変質層を副切れ刃で除去し、この副切れ刃で仕上げ寸法までカ卩ェする。

[0004] また、特許文献 2が開示している切削工具 (スローァウェイチップ）は、荒削り用切れ刃と仕上げ用切れ刃を有し、荒削り用切れ刃で切削した面に残る送りマークを仕上げ用切れ刃で除去して仕上げ面の面粗度を向上させる。なお、荒削り用切れ刃と仕上げ用切れ刃を有する工具としては、ワイパー刃（サラエ刃）を備える市販のワイパーチップなどもある。

[0005] 特許文献 1が開示している切削工具は、主切れ刃による加工によって仕上げ面に発生した加工変質層（所謂白層）をノーズ Rのついた副切れ刃で切削して除去する。ところが、この方法によると、仕上げ面に副切れ刃の刃形が転写されて波打った送りマークが形成され、仕上げ面の面粗度に悪影響が出る。仕上げ面の面粗度は、副切れ刃の切り込み量と工具の送り量を小さくして高めることができる力その方法を採ると加工能率が低下する。

[0006] また、被削材の仕上げ面は、疲労強度向上の観点から、加工変質層のない面や圧縮応力を残留させた面が望まれる。この要求に対して、加工変質層は副切れ刃によつて除去できるが、特許文献 1の工具には圧縮応力を付与する機能が殆どない。このため、被削材の表面 (仕上げ面）に圧縮応力を残留させることが要求される場合には、バニシング工具を使用して仕上げカ卩ェ後にさらにバニシンダカ卩ェを施す必要がある。

[0007] 特許文献 2が開示している切削工具の仕上げ用切れ刃や市販のワイパーチップのワイパー刃も、切削を前提にして形成されたものである。これらの刃は、荒削り用切れ刃が切り残した部分、即ち、送りマークの波の部分を切削する。従って、荒削り用切れ刃の切り込み量を dとした場合、仕上げ用切れ刃やワイパー刃力 dを越えて被削材に切り込まれることはなぐ加工変質層の除去ができない。また、ノ -シングの機能も殆どなぐ被削材の表面に圧縮応力を残留させることが要求される場合には、特許文献 1の工具と同様、バニシング加工が別途必要になる。

特許文献 1 :特開昭 59— 42201号公報

特許文献 2：実開昭 63— 110304号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] この発明は、焼き入れ鋼などの被削材の高品位高能率加工を可能ならしめることを課題としている。なお、ここでの高品位加工とは、仕上げ面を、加工変質層が少なぐ面粗さが良好で、圧縮残留応力も付与された状態にする加工を言う。

課題を解決するための手段

[0009] 上記の課題を解決するため、この発明においては、切削に関与する部位が硬質材で形成された切削工具に、先行して被削材に切り込ませる仕上げ刃と、その仕上げ刃によってカ卩ェされた面の加工変質層を除去しながら仕上げ面のバニシングを行う超仕上げ刃を備えさせる。

また、加工変質層を除去する機能と仕上げ面をバニシングする機能を付与するために、超仕上げ刃を仕上げ刃の位置から切込み量を増加させる方向に所定量突出させ、この超仕上げ刃に、工具送り方向に延びる所定の刃幅 (好ましくは切削時の送り量の 3倍以上）を有したバニシング部と仕上げ刃力そのバニシング部に至るさらえ部を備えさせる。

[0010] この切削工具の好ましい形態を以下に列挙する。 (1)超仕上げ刃のバニシング部を、直線又は R半径 2mm以上の円弧で形成し、そのバニシング部の刃幅 Lを 0. 2mm≤L≤l. Ommに設定し、さらに、超仕上げ刃の仕上げ刃力の突出量 Bを 0. 01mm≤B≤0. lmm、より好ましくは、 0. 02mm≤B≤ 0. 07mmに設定したもの。

(2)仕上げ刃と超仕上げ刃に刃先強化用のチャンファをそれぞれ設け、超仕上げ刃のチャンファの幅 W2を仕上げ刃のチャンファの幅 W1よりも小さくしたもの。より好ましくは、超仕上げ刃のチャンファの幅 W2を、 0. 005mm≤W2≤0. 04mmに設定したもの。

( 3)仕上げ刃をコーナ部に形成し、その仕上げ刃の左右にそれぞれ超仕上げ刃を設けたもの。

(4)仕上げ刃を、切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、各段の刃で仕上げ刃の切削負担域を分担切削するようにしたもの。

(5)超仕上げ刃を切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、仕上げ刃からの切り込み方向突出量 Bが小さい刃で先行して仕上げ面を加工し、前記突出量が次ぎに小さ、刃で再度仕上げカ卩ェするようにしたもの。

(6)前記硬質材として、 cBN (立方晶形窒化硼素)粒子を体積比で 65%以上、 85% 以下含有した熱伝導率が 70WZm'K以下の cBN基焼結体の表面を、周期律表の 4a、 5a、 6a族元素及び A1の中力も選ばれた少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、又は酸炭窒化物で形成される硬質膜で覆った材料を採用したもの。

[0011] 上記（1)の条件を満たす工具、或いは、（2)〜（6)の中の少なくともどれかひとつの条件をさらに満たす工具は、仕上げ刃の切り込み量 dlが超仕上げ刃の切り込み量 d 2よりも大きく、さらに、送り量 f (mmZrev)が、 2≤L (： mm) /f≤8,かつ、 0. 08≤f ≤0. 3の条件で使用すると好ましぐこの発明においては、その条件を満たした切削加工方法も併せて提供する。

発明の効果

[0012] この発明の切削工具は、切削機能とバニシング機能を併せ持つ超仕上げ刃を備えており、その超仕上げ刃が、仕上げ刃による加工で発生した加工変質層を除去しな力表面のバニシング加工を行って仕上げ面に圧縮残留応力を付与する。

[0013] また、超仕上げ刃は、特許文献 1が開示している工具の主切れ刃と同様、加工変質層を除去するために仕上げ刃の切り込み量を越える位置まで被削材に切り込まれる力この超仕上げ刃は工具送り方向に延びるバニシング部を有しており、そのバニシング部の刃幅も大きい。従って、超仕上げ刃によって仕上げ面に形成される送りマークは特許文献 1の工具に比べて小さくなる。また、それによつて超仕上げ刃の切り込み量や送り量を大きくして加工能率を高めること、仕上げ刃の切削負担 (切り込み量)を小さくして加工変質層の生成を抑えることも可能になる。

これらの作用効果によって能率的でバランスの良い力卩ェが可能になり、加工面を、面粗度が良くて加工変質層も十分に除去され、圧縮残留応力も付与された高品位な表面性状を有する面に仕上げることが可能になる。

[0014] この発明は、アルミニウムやアルミニウム合金をカ卩ェする切削工具にも適用できるが

(その場合は、切削に関与する部位の硬質材としてダイヤモンド焼結体を使用するとよい）、焼き入れ鋼の加工を行う切削工具に適用するとその有効性が特に顕著に発揮される。

[0015] 焼き入れ鋼の切削に用いる工具は、仕上げ刃からの超仕上げ刃の突出量 Bが 0. 0 lmmより小さいときには、被削材の弾性変形の影響を受けて超仕上げ刃による切削量が 0. 005mm以下となり、バニシングで圧縮残留応力は付与されるものの、仕上げ刃による加工で生成される加工変質層の厚みが 0. 005mmを越えたときにその加ェ変質層の除去が不十分になる。

[0016] 一方、超仕上げ刃の突出量 Bが 0. lmmよりも大きいときは、超仕上げ刃による加ェでの発熱が無視できなくなり、超仕上げ刃による加工でも加工変質層が生成され易くなる。その加工変質層の生成によりバニシングによる効果が低下して圧縮残留応力の付与状態が悪くなる。また、切り込み量が十分に大きいために、被削材に対する超仕上げ刃の喰い付きが良くって超仕上げ刃によるバニシングの作用が殆ど生じなくなり、圧縮応力の付与がさらに悪くなる。それが原因で加工面の疲労強度が高まらない。なお、押し付け力を大きくしてバニシング効果を発揮させようとすると発熱が大きくなつて残留応力が緩和され、状況によっては引張り方向の応力が加わるようになる。その不具合を回避するために、超仕上げ刃の突出量 Bは、 0. 01mm≤B≤0. 1 mm、より好ましくは、 0. 02mm≤B≤0. 07mmに設定するのがよぐこの条件を満たすと、加工能率の高!、仕上げ刃による加工で生成された加工変質層を超仕上げ刃で除去しながら発熱が大きくなるのを抑えてバニシングも確実に行うことができる。

[0017] 超仕上げ刃のバニシング部の刃幅 Lは、仕上げ刃の刃先形状が転写されて形成される送りマークを、 3回以上繰り返し押しならすことで仕上げ面により高い圧縮応力を付与することができるので、 1回転当たりの一般的な工具送り量 (0. 05-0. 2mm) の 3倍以上にするのがよぐこれから計算すると、 0. 2mm≤L≤l. Omm程度が適当である。バニシング部の刃幅 Lを 1. Omm以下に抑えると、そのバニシング部による送りマークの押しならし回数が多くなりすぎることがなぐ超仕上げ刃による加工部での発熱が抑えられ、超仕上げ刃による加工で加工変質層が生成されること、それによりバニシング効果が低下して圧縮残留応力が付与され難くなることを回避することができる。

[0018] 工具の外側に向力つて凸となる方向に湾曲したバニシング部は、 R半径が 2mm以上の円弧形状の切れ刃にするのがよぐそのようにすれば、仕上げ刃によって形成された送りマークを 2回以上繰り返し押しならすことができる。

[0019] また、仕上げ刃と超仕上げ刃に刃先強化用のチャンファを設けたものは、刃先のチッビングが起こり難くなる。超仕上げ刃の切削負荷は仕上げ刃よりも小さいので、超仕上げ刃のチャンファの幅 W2は仕上げ刃のチャンファの幅 W1より小さくてもよい。超仕上げ刃のチャンファの幅 W2を 0. 005mm以上とすることで超仕上げ刃の切れ味が良くなりすぎることを防止できる。超仕上げ刃の切れ味が良くなりすぎると、加工変質層の除去はできるがバニシングによる圧縮残留応力の付与が不十分になる。また、超仕上げ刃のチャンファの幅 W2を 0. 04mm以下とすることで、超仕上げ刃による加工部での発熱を抑えて超仕上げ刃による加工部で加工変質層が生成されることを防止することができる。

[0020] 仕上げ刃をコーナ部に形成し、その仕上げ刃の左右にそれぞれ超仕上げ刃を設けたものは、工具の左右の勝手違いがなくなる。

[0021] また、仕上げ刃を、切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、各段の刃で仕上げ刃の切削負担域を分担切削するようにしたものや、超仕上げ刃のバニシング部を切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、仕上げ刃からの切り込み方向突出量 B 力 S小さい刃で先行して仕上げ面を加工し、前記突出量が次ぎに小さい刃で再度仕上げ加工するようにしたものは、仕上げ刃や超仕上げ刃の切り込み量が大きいときに、切れ刃に加わる負荷を軽減することができ、加工変質層の抑制とバニシング効果の維持が図れる。

[0022] このほか、焼き入れ鋼の切削に用いる工具の場合、切削に関与する部位の硬質材は、耐久性に優れる上記（6)に記載の材料が適している。

[0023] また、この発明の切削工具は、焼き入れ鋼の切削では、仕上げ刃の切り込み量 dl が超仕上げ刃の切り込み量 d2よりも大きぐさらに、送り量 f (mmZrev)力 2≤L (m m) Zf≤8、かつ、 0. 08≤f≤0. 3の条件で使用すると好ましぐこの条件を満たすと、仕上げ刃による加工での送りマーク Rf (図 13参照）が 2. 4 ^ πι≤Κί≤4. 8 m、超仕上げ刃による加工での送りマーク Rsf (図 14参照）が 0. 01 /ζ πι≤Ι¾ί≤0. 8 m、となり、超仕上げ刃によるバニシング作用で理論面粗度 0. 8 m以下の良好な面粗さを有し、また、加工変質層が除去され、なおかつ、高い圧縮残留応力が付与された高品位の仕上げ面が得られる。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1] (a)この発明の切削工具の一例を示す斜視図と (b)同上の工具の平面図

[図 2]図 1の切削工具の刃先の拡大平面図

[図 3]図 2の III III線に沿った位置の拡大断面図

[図 4]図 2の IV— IV線に沿った位置の拡大断面図

[図 5]この発明の切削工具の他の例を示す斜視図

[図 6]図 5の切削工具の側面の一部を拡大して示す図

[図 7]この発明の切削工具のさらに他の例の刃先の拡大平面図

[図 8]この発明の切削工具のさらに他の例の刃先の拡大平面図

[図 9]この発明の切削工具のさらに他の例の刃先の拡大平面図

[図 10]工具送り方向に対する超仕上げ刃のバニシング部の傾きを表す面

[図 11]平面のチャンファが逃げ面と交差する位置の Rを示す拡大断面図圆 12]実施例における工具の使用姿勢の説明図

[図 13]仕上げ刃による加工での送りマーク Rfの説明図

[図 14]超仕上げ刃による加工での送りマーク Rsfの説明図

符号の説明

1、 1A 刃先交換式チップ

2 超硬合金製基材

3 座

4 ノックメタノレ

5 cBN基焼結体

6 仕上げ刃

7 超仕上げ刃

7a バニシング部

7b さらえ部

8 すくい面

9 逃げ面

10、 11 チャンファ

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、添付図面の図 1〜図 7に基づいて、この発明の切削工具の実施の形態を説明する。図 1は、この発明を、ノーズ R部頂角（鋭角コーナのコーナ角） aが 80° の菱形ネガティブ型刃先交換式チップに適用したものである。この刃先交換式チップ 1は、超硬合金製の基材 (台金） 2の鋭角コーナ部に座 3を設け、その座 3に、超硬合金製のノックメタル 4を有する cBN基焼結体 5を鎩付け接合して構成されている。

[0027] cBN基焼結体 5は、 cBN粉末を体積比で 65%以上、 85%以下含有する、熱伝導率が 70WZm.K以下の cBN基焼結体の表面に、 4a、 5a、 6a族元素及び A1の中から選ばれる少なくとも 1種の元素と、 C、 N、 Oの中力選ばれた少なくともひとつの元素の化合物、例えば、 Tiなどの酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物又は酸炭窒化物の被膜を形成したものを採用して、る。

[0028] この刃先交換式チップ 1の刃先部の平面視形状を、図 2に拡大して示す。 cBN基焼結体 5は、すくい面 8と逃げ面 9の交差稜で形成される切れ刃を有する。その切れ刃は、仕上げ刃 6と、その仕上げ刃 6に連なる超仕上げ刃 7とからなる。

[0029] 仕上げ刃 6は、コーナ部に形成して半径 R1のノーズ Rを付している。また、超仕上げ刃 7は、仕上げ刃 6の位置から工具の切り込み方向に所定量 B突出させている。その突出量 Bは、既述の理由により、 0. 01mm≤B≤0. lmm、より好ましくは 0. 02m m≤B≤0. 07mmに設定するのがよい。

[0030] 超仕上げ刃 7は、工具送り方向に延びるバニシング部 7aと、仕上げ刃 6の終端からバニシング部 7aに至るさらえ部 7bを備える刃にしている。この超仕上げ刃 7のバニシング部 7aは、直線又は半径 R2が 2mm以上の円弧形状の刃が好ましい。また、バニシング部 7aの刃幅 Lは、 0. 2mm≤L≤l . Ommに設定するとよい。その理由も既に述べた。さらえ部 7bは、図示の円弧刃に限定されず、仕上げ刃 6とバニシング部 7aとの間を斜めに直線的につなぐ刃であってもよい。また、仕上げ刃 6とさらえ部 7bの間にぬすみ部を形成してもよ、。

[0031] 仕上げ刃 6と超仕上げ刃 7には、刃先の強化処理を施しておくことができる。その処理は、周知のチャンファ（図 3、図 4参照）を設ける方法で行える。超仕上げ刃 7に設けるチャンファ 11は、その幅 W2を仕上げ刃 6に設けるチャンファ 10の幅 W1よりも小さくしてヽる。チャンファ 11の幅 W2iま、既述の理由【こより、 0. 005mm≤W2≤0. 0 4mmに設定するのがよい。チャンファは、平面のチャンファ（すくい面や逃げ面とのつながり部は微小な Rをつけるとよい）、丸ホーユングのチャンファを問わない。

[0032] 図 5及び図 6に、この発明の他の実施形態を示す。この工具も刃先交換式チップである。この刃先交換式チップ 1Aは、切れ刃の耐欠損性向上を目的として刃先部のすくい面 8に 20° 〜35° 程度の傾斜角 δをもつネガランド 12を形成している。この部分を除く構成は図 1のチップとほぼ同じであるので、説明を省く。

[0033] 図 7は、さらに他の実施形態である。図 1や図 5の刃先交換式チップは、超仕上げ刃 7を、仕上げ刃 6の両側に、コーナ角の 2等分線 C (図 2参照）を基準にして対称形状をなすように設けており、右勝手、左勝手のどちらの使用も許容されるものになっているが、超仕上げ刃 7は、図 7に示すように、仕上げ刃 6の片側だけに設けてもよい。

[0034] 仕上げ刃 6は、図 8に示すように、 2段或いはそれ以上の段差を有する刃にしてもよ V、。このようにすると、仕上げ刃の切削負担域が各段の刃（図のそれは 6 と 6 )に

- 1 -2 よって分担切削され、仕上げ刃 6の全切り込み量が大きいときに切れ刃の保護、発熱抑制、加工変質層の抑制などの面で有利になる。

[0035] 超仕上げ刃 7も、図 9に示すように、 2段或いはそれ以上の段差を有する刃にすることができる。この場合も、超仕上げ刃の全切り込み量が大きくなるときに超仕上げ刃による切削負担域が各段の刃（図のそれは 7 と 7 )によって分担切削され、超仕

-1 -2

上げ刃の保護、発熱抑制、加工変質層の抑制の効果が期待できる。なお、この発明の適用範囲は、刃先交換式チップに限定されない。

[0036] 以下に、実施例を挙げる。

実施例 1

[0037] 表 1A及び表 1Bの試料 No. l〜No.42の切削工具を用意し、それらの工具の切削性能を評価した。試料 No.l〜No.42の切削工具は、切削に関与する部位が形状の異なる cBN基焼結体で形成されて、る。

各工具の cBN基焼結体は、 cBN粉末と、 TiNと A1からなる結合材粉末を超硬合金製のボールミル装置で混合し、これを、超高圧装置を用いて 5GPa、 1500°Cの条件で焼結したものであって、平均粒径 3 mの cBN粒子を体積比で 60%含有し、残部が TiNを主成分とする Ti化合物と A1の窒化物、硼化物、酸化物などの A1化合物、及び微量の Wや Co化合物カゝらなる焼結体を使用した。

[0038] この評価試験に採用した切削工具は、いずれも、厚み 1. 8mm,ノーズ部頂角 α

= 80° 、底辺長さ 4mmの超硬合金製バックメタル付き cBN焼結体を、超硬合金製基材 (台金）のコーナの座に鎩付け接合して構成された、 ISO型番： CNMA12040 4、 CNMA120408, CNMA120412に分類されるチップ形状の工具をベースにして、数種類の従来形状のノーズ Rやワイパー刃、この発明を特徴付ける超仕上げ刃を刃先に備えさせたものである。 cBN焼結体の鎩付けは、 72wt% Ag - 25wt%Cu 3wt%Tiの活性鎩材を使用して行った。

[0039] 従来ェ具(試料 .1〜 .12)については、すくい面、側辺及びノーズ、ワイパー刃を研削して付与した後、切れ刃部に所望の角度を有するチャンファをつけた。また、発明品（試料 Νο.13〜Νο.42)については、ノックメタル付き cBN焼結体を基材に鎩付けした後、刃先部のすくい面を研削し、仕上げ刃と超仕上げ刃をワイヤー放電加工 (WEDM)によって形成した。また、その後にさらに、仕上げ刃と超仕上げ刃にチャンファをつけた。

[0040] 従来工具のワイパー刃は、ノーズ部からの切り込み方向突出量がゼロであり、ノーズ R部の切れ刃の切り込みを越えて被削材に切り込まれることはない。従って、ノーズ R部の切れ刃による加工で発生したカ卩ェ変質層（送りマークの谷よりも深い位置の加ェ変質層）を除去する機能がない。この従来工具のワイパー刃と、発明品の超仕上げ刃のバニシング部は、工具送り方向とのなす角 Θ (図 10参照）を 0° 20' ≤ Θ≤0

° 4c に設定した。

その他の諸元は表 1A、表 IBにまとめて示す。試料 No.5、 6以外は、幅 W1のチヤンファが逃げ面と接する位置に RO. Olmmの丸み（図 11参照）がつけられている。チヤンファ角度の欄の Rは、丸ホー-ングのチャンファを示す。また、表中の R10、 RIO 0の数値は、円弧の半径を示す。

[0041] これらの切削工具をホルダに装着し、使用時の切れ刃傾き角 λ、横すくい角 γ η、前逃げ角 a of、横逃げ角 a os、前切れ刃角 κ ί、横切れ刃角 _K s (角度は図 12参照 )力、それぞれ、上力ら順に一 5° 、一5° 、 5° 、 5° 、 5° 、 5° の同一諸元となる姿勢にして以下の切削条件で使用した。

[0042] 一切削条件

被削材: JIS型番： SCR415H外周加工（DIN型番： 15Cr3相当品）、硬度 HRc58〜60

切削速度： V = 150m/min

切り込み： d=0. 2mm

送り量： f=0. 15mm/rev

加工形態:丸棒の外径部の連続加工、クーラントなし

加工時間： 60分

[0043] 評価試験の結果を表 1A、表 IBに併せて示す。評価は、仕上げ面に残存した加工変質層の厚み、仕上げ面の圧縮残留応力、仕上げ面の面粗さの 3項目について行つた o

[VI挲] 濯]

8£ 90£/900Zd /13d V V 66£0/ム00 OAV

[0045] [表 IB] .$6w-,

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半径 0. 4〜1. 6mmのノーズ Rを有し、かつ、刃先稜線部に、刃先稜線と平行な一定幅（W1 = 0. 13mm)の角度 j8 1 = 25° のチャンファ（逃げ面との交差部は RO. 0 lmmの丸みがある。試料 No.7〜No.42も同じ）を有する。

試料 No.5、 6の切削工具は、従来のノーズ R形状のチップであり、それぞれ R半径 0 . 8mm、 1. 6mmのノーズ Rを有し、かつ、刃先稜線部に幅 W1 = 0. 02mmの丸ホ一ユングのチャンファを有する。

試料 Νο.7〜Νο.12の切削工具は、刃先稜線部に、幅 W1 = 0. 13mm,角度 j8 1 = 25° の一定幅のチャンファを有し、さらに、 0. 8Rのノーズに加えて、刃幅力のヮィパー刃を有する。

試料 Νο.13〜Νο.42の切削工具は、仕上げ刃と、この仕上げ刃の位置から工具の切り込み方向に突出した超仕上げ刃を有する。その超仕上げ刃は、工具の送り方向に延びる刃幅 Lのバニシング部を有する。超仕上げ刃の突出量 Bとバニシング部の刃幅 Lの具体的な数値は表 1参照。試料 No.41、 42は、幅 W2のチャンファと逃げ面との交差部も R0. 01の丸みがある。

[0047] 仕上げ面の面粗さ（以下では単に面粗さと言う）と、仕上げ面の残留応力（以下では単に残留応力と言う)及び仕上げ面の加工変質層厚み (以下、変質層厚みと言う）の測定は、切削開始力も 60分経過時点で、欠損していない工具でカ卩工面について実施した。

[0048] 面粗さは、 JIS B0601に準拠した十点平均粗さ（Rz)であり、カットオフ 0. 8 /ζ πι、基準長さ 4mmの条件で被削材の軸方向で測定した。

[0049] 残留応力は、 Cu-K aの X線を Vフィルターに通して使用する X線回折装置を用いて、 30kV、 20mAの励起条件で sin2¥法（並傾法）により α— Fc (211)格子面の X線回折線を被削材の円周方向に測定し、ヤング率 214GPa、ポアソン比 0. 279 として算出した。表 1中の記号は圧縮応力が残留して、ることを表す。

[0050] 変質層厚みは、加工後の被削材を加工面が切断面に現れるようにワイヤー放電カロェ (WEDM)法で切り出し、研磨にてワイヤー放電加工による変質層を除去した後、切断面に 5%ナイタールを用いたエッチングを行い、仕上げ面の表面に現れた変質層の厚みを金属顕微鏡による組織観察を行って測定した。 [0051] 従来のノーズ R形状をもつ試料 No.5、 6の切削工具は、刃先強度が不足して加工初期に欠損した。また、試料 No.l〜No.4の切削工具は、変質層厚みが 7. 9 m〜9 . l /z m、試料 Νο.7〜Νο.12の切削工具は、変質層厚みが 10. 5 /ζ πι〜16. でめつに。

これに対し、発明品（試料 Νο.13〜42)は、変質層厚みが 0. 6 /ζ πι〜7. に減少しており、超仕上げ刃によって変質層の除去がなされたことが伺える。

[0052] 発明品のうち試料 Νο.13〜18は、刃先形状を同等にし、超仕上げ刃の仕上げ刃からの突出量 Bのみを変化させたものである。これらの工具は、仕上げ面の面粗さがほぼ同等であるが、試料 No.18でカ卩ェした面は、試料 Νο.13〜17でカ卩ェした面に比べると変質層の厚みが 7. と大き力つた。これは、超仕上げ刃による切り込み（= 突出量 B)が 0. 12mmと大きかったために、超仕上げ刃による加工での発熱が大きくなり、超仕上げ刃による加工で新たに変質層が発生したためと考えられる。超仕上げ刃の突出量 Bが 0. 01〜0. 1mmの試料 Νο.13〜17は、変質層厚みが 5 m以下に抑えられており、仕上げ面の品位向上の効果が大きい。なお、試料 No.13は超仕上げ刃の突出量 Bが 0. 01mmと小さいのに突出量 Bが 0. 02mmの試料 No.14よりも変質層厚みが大きくなつている。これは、切り込み (突出量 B)が 0. 01mmでは被削材に対する超仕上げ刃の喰い付きが悪くなり、仕上げ刃によって生成された変質層の超仕上げ刃による除去性が低下した力であると考えられる。超仕上げ刃の突出量 B が 0. 01mmより小さくなると喰い付きがさらに悪くなつて変質層の除去が難しくなる。

[0053] 変質層厚みが最も小さいのは、超仕上げ刃の突出量 Bが 0. 05mmの試料 No.15 であり、突出量 Bが 0. 02mmの試料 No.14とその突出量 Bが 0. 07mmの試料 No.16 の変質層厚みには大差がない。この結果から、超仕上げ刃の突出量 Bは、 0. 01〜0 . 1mm、より好ましくは 0. 02〜0. 07mmが適当であることがわかる。

[0054] 試料 Νο.19、 20は、超仕上げ刃のさらえ部の円弧半径を 0. 4mmと 1. 2mmに変ィ匕させたものである。試料 No.15と比べて変質層厚み、残留応力、面粗さとも大差がなぐさらえ部の R寸法は仕上げ面の品位に大きな影響を及ぼさないことがわ力る。

[0055] 試料 No.21〜26は、超仕上げ刃のバニシング部の形状と刃幅 (長さ）を変化させたものである。試料 Νο.15、 21、 22の比較力ら、バニシング部の刃幅が大きくなれば、仕上げ面の面粗さは良くなる傾向にあり、また一方で、圧縮残留応力と変質層厚みも増加する傾向にあることがわかる。これは、バニシング部で表面を押しならす回数が多くなるためである。

[0056] 試料 No.23〜26は、超仕上げ刃のバニシング部を円弧形状の刃にしたものである力性能は直線形状のバニシング部と差のないものになっている。これから、バニシング部は直線、円弧の、ずれであってもよ!/、ことがわかる。

[0057] 試料 No.27〜30は、超仕上げ刃のチャンファの幅を変化させたものである。チャンファは全て R面のチャンファとしている。試料 No.27は、チャンファの幅が 0. 003 mmと最も小さぐそのために、刃先強度が低ぐ加工の初期に刃先にチッビングが発生した。超仕上げ刃のチャンファの幅を大きくするほど圧縮残留応力が高まり、変質層厚みも厚くなる傾向にある。これは、チャンファの幅が大きいほどバニシング部の切れ味が悪くなつて押し付け力が大きくなるため残留圧縮応力が高まるが、一方で切削温度も高くなるため、超仕上げ刃による加工で変質層が生成されるようになる。チヤンファの幅を 0. 05mmにした試料 No.30は、変質層の厚みが 5 mを越えている。

[0058] 試料 No.33〜42は、超仕上げ刃のチャンファの角度 j8 2を 15° 〜45° の間で変ィ匕させ、さらに、そのチャンファの幅 W2を 0. 03〜0. 05mmの間で変化させたものである。チャンファの角度 j8 2が違っても、チャンファの幅 W2が 0. 05mmあるものは全て変質層厚みが 5 mを越えている。これらのデータから、超仕上げ刃のチャンファの幅は、 0. 005mm〜0. 04mmに設定するのが好ましいことがわかる。

[0059] また、試料 No.5、 6のように、仕上げ刃のチャンファの幅が小さいと切れ刃が早期に欠損する。このため、仕上げ刃のチャンファの幅を超仕上げ刃のチャンファの幅よりも大きくすることが有効である。

[0060] 試料 No.31、 32は、仕上げ刃のチャンファの角度を異ならせたものである。仕上げ刃のチャンファの角度を大きくすると、仕上げ刃による切削で生成される変質層は増加すると推測される力超仕上げ刃の突出量 Bやバニシング部の刃幅が適切に設定されていると超仕上げ刃による変質層の除去がなされる。従って、仕上げ刃のチャンファの角度は、残存する変質層の厚みや仕上げ面の残留応力、面粗さには殆ど影響を及ぼさな、ことがわかる。実施例 2

[0061] 表 2に示す試料 No.51〜69の切削工具を準備した。本実施例で用いた切削工具は、いずれも、厚み 1. 8mm、ノー R部頂角 α = 80° 、底辺長さ 4mmの超硬合金製バックメタル付き cBN焼結体を、ノー R部頂角 a = 80° の超硬合金製基材 (台金）のコーナの座に鎩付け接合して構成された、 ISO型番： CNMA120408、 CNM A120412, CNMA120416に分類されるチップ形状の工具をベースにして、ノーズ R形状の仕上げ刃とこの発明を特徴付ける超仕上げ刃を刃先に備えさせたものである。 cBN基焼結体は実施例 1と同じものを用いた。

[0062] 仕上げ刃のチャンファは、全てチャンファ角 25° 、チャンファ幅 0. 13mm (逃げ面との交差部の Rは 0. 01mm)とした。また、超仕上げ刃のチャンファは RO. 02mmの丸ホー-ングのチャンファとし、超仕上げ刃のバニシング部の刃形は直線、超仕上げ刃の仕上げ刃からの突出量 Bは 0. 05mmに設定した。

[0063] 基材にバックメタル付き cBN基焼結体を鎩付けした後、刃先部のすくい面を研削し、試料 No.51〜67の工具については仕上げ刃と超仕上げ刃をワイヤー放電カ卩ェ (W EDM)によって形成した。また、試料 No.68は、仕上げ刃と超仕上げ刃を総型砲石による研磨によって形成し、一方、試料 No.69は、仕上げ刃と超仕上げ刃をレーザー加工機によって形成した。また、すべての工具について、仕上げ刃と超仕上げ刃に前述のチャンファをつけた。

[0064] 超仕上げ刃のバニシング部は、工具送り方向とのなす角 0 (図 10参照）を 0° 20' ≤ Θ≤0° 40' に設定した。また、試料 No.61の工具には、全ての加工が終わった後に、基材を含めた表面に (TiO. 5A10. 5) Nの組成の硬質膜を PVD法で被覆した

[0065] この試料 No.51〜69をホルダに装着し、使用時の切れ刃傾き角 λ、横すくい角 γ η 、前逃げ角 a of、横逃げ角 a os、前切れ刃角 κ ί、横切れ刃角 _K s (角度は図 12参照）が、それぞれ、上力ら順に一 5° 、一5° 、 5° 、 5° 、 5° 、 5° の同一諸元となる姿勢にして以下の切削条件で使用した。

[0066] 一切削条件

切削速度： V = 150m/min

切り込み： d=0. 2〜0. 7mm

送り量： f=0. 05〜0. 7mm/rev

加工形態:丸棒の外径部の連続加工、試料 No.62のみクーラントあり、他はクーラントなし

加工時間： 60分

この実施例では、仕上げ面に残存した変質層の厚み、仕上げ面の圧縮残留応力及び工具の逃げ面の摩耗量を調べた。変質層の厚みと圧縮残留応力は実施例 1と同じ方法で測定した。

[0067] 評価結果を表 2に併せて示す。

[0068] [表 2]

[0069] 試料 No.51〜57、 65〜67は、超仕上げ刃のバニシング部の刃幅が 0. 5mmと 0.

2mmのときに、送り条件のみを変化させてカ卩ェした結果である。加工時の送りが大きいほど圧縮残留応力が小さくなる傾向にあることがわかる。これは、同一形状の工具の場合、送りが小さいほうが、発熱が小さぐ超仕上げ刃のバニシング部で押し潰す回数も多くなつて圧縮応力が付与され易くなるためと考えられる。ただし、送りを小さくし過ぎると押しならしの回数が過剰になつて（例えば、試料 No.51はその回数が 10回 )バニシング部の刃幅が大きすぎるときと同じ状況になって変質層の生成量が増加する。また、送り量を 0. 5mmZrevにすると切削抵抗が大きくなりすぎ、仕上げ刃の負荷が過大になって加工初期に切れ刃の欠損が発生する（試料 No.57)。そのため、送り量 f (mmZrev)は、 0. 08≤f≤0. 3程度とすることが推奨される。

[0070] また、超仕上げ刃のバニシング部で押しならす回数は、 1回では圧縮残留応力を付与する効果が小さいので、 2回以上とするのが好ましい。押しならしの回数が 10回以上になると超仕上げ刃による変質層の生成が無視できなくなるので、バニシング部の刃幅 Lと送り量 fの関係は、 2≤ L (mm) /f≤8とするのが好まし!/、。

[0071] 試料 No.54と No.60の結果を比較すると、乾式加工、湿式加工では、変質層の厚みが湿式力卩ェのほうが僅かに小さい。

[0072] また、試料 No.54と No.61の結果を比較すると、工具の表面に T1A1N膜を設けたェ具 (試料 No.61)のほうが逃げ面の摩耗量が小さい。試料 No.61は同じ加工時間での切削温度が低ぐ変質層も抑制されている。

[0073] さらに、試料 No.54とNo.62〜No.64を比較すると、工具全体の切り込み量を変化させても、仕上げ刃と超仕上げ刃の位置関係 (超仕上げ刃の突出量 B)が同じであるため、変質層の厚み、残留応力に大差のない結果となっている。これから、切削時の工具全体の切り込み量は、仕上げ面の表面品位に影響を及ぼさな、ことがわかる。

[0074] 試料 No.54と No.68、 69を比較すると、仕上げ刃と超仕上げ刃の形成方法を変化させても、仕上げ刃と超仕上げ刃の位置関係 (超仕上げ刃の突出量 B)が同じであるため、変質層の厚み、残留応力、逃げ面摩耗量とも大差の無い結果となっている。このことから、仕上げ刃と超仕上げ刃の形成方法は仕上げ面の表面品位に影響を及ぼさないことがわ力る。

Claims

請求の範囲

[1] 切削に関与する部位が硬質材で形成された切削工具であって、

先行して被削材に切り込ませる仕上げ刃（6)と、その仕上げ刃（6)に続いて被削材を仕上げ加工する超仕上げ刃（7)を有し、

前記超仕上げ刃（7)が、仕上げ刃（6)の位置から切込み量を増加させる方向に所定量突出しており、さらに、工具送り方向に延びる所定の刃幅を有したバニシング部 (7a)と仕上げ刃力そのバニシング部に至るさらえ部（7b)を備えており、この超仕上げ刃（7)が仕上げ刃によって加工された面の加工変質層を除去しながら仕上げ面のバニシングを行うように構成された高品位高能率加工用切削工具。

[2] 前記バニシング部（7a)を直線又は R半径 2mm以上の円弧形状にし、さらに、そのバニシング部（7a)の刃幅 Lを 0. 2mm≤L≤l. Ommに、仕上げ刃（6)からの突出量 Bを 0. 01mm≤B≤0. 1mmにそれぞれ設定した請求項 1に記載の高品位高能率加工用切削工具。

[3] 超仕上げ刃（7)の仕上げ刃（6)からの突出量 Bを 0. 02mm≤B≤0. 07mmに設定した請求項 2に記載の高品位高能率加工用切削工具。

[4] 仕上げ刃（6)と超仕上げ刃（7)に刃先強化用のチャンファをそれぞれ設け、超仕上げ刃のチャンファ（11)の幅 W2を仕上げ刃のチャンファ（10)の幅 W1よりも小さくした請求項 1〜3のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削工具。

[5] 超仕上げ刃のチャンファ（11)の幅 W2を、 0. 005mm≤W2≤0. 04mmに設定した請求項 4に記載の高品位高能率加工用切削工具。

[6] 仕上げ刃（6)をコーナ部に形成し、その仕上げ刃（6)の左右にそれぞれ前記超仕上げ刃（7)を設けた請求項 1〜5のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削ェ具。

[7] 仕上げ刃（6)を、切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、各段の刃で仕上げ刃の切削負担域を分担切削するようにした請求項 1〜6のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削工具。

[8] 超仕上げ刃のバニシング部（7a)を切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、仕上げ刃（6)からの切り込み方向突出量 Bが小さい刃で先行して仕上げ面を力卩ェし、前記突出量が次ぎに小さい刃で再度仕上げ加工するようにした請求項 1〜7のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削工具。

[9] 前記硬質材として、 cBN粒子を体積比で 65%以上、 85%以下含有した熱伝導率力 S70WZm.K以下の cBN基焼結体（5)の表面を、周期律表の 4a、 5a、 6a族元素及び A1の中力選ばれた少なくとも 1種の元素の窒化物、炭化物、酸化物、炭窒化物又は酸炭窒化物で形成される硬質膜で覆ったものを採用した請求項 1に記載の高品位高能率加工用切削工具。

[10] 請求項 2〜9のいずれかに記載の切削工具を使用し、仕上げ刃（6)の切り込み量 d 1が超仕上げ刃（7)の切り込み量 d2よりも大きぐさらに、送り量 f (mmZrev)が、 2≤ L (超仕上げ刃のバニシング部の刃幅： mm) Zf≤8、かつ、 0. 08≤f≤0. 3の条件で被削材を切削する切削加工方法。