WO2021141116A1 - ボールエンドミル - Google Patents

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WO2021141116A1
WO2021141116A1 PCT/JP2021/000500 JP2021000500W WO2021141116A1 WO 2021141116 A1 WO2021141116 A1 WO 2021141116A1 JP 2021000500 W JP2021000500 W JP 2021000500W WO 2021141116 A1 WO2021141116 A1 WO 2021141116A1
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WO
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end mill
chisel
bottom blade
tip
axis
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PCT/JP2021/000500
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English (en)
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Inventor
有輝 居原田
Original Assignee
株式会社Moldino
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Priority to EP21738707.5A priority patent/EP4088845A4/en
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
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    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B23C5/1009—Ball nose end mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2200/00—Details of milling cutting inserts
    • B23C2200/32—Chip breaking or chip evacuation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/04—Angles
    • B23C2210/0407—Cutting angles
    • B23C2210/0421—Cutting angles negative
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23C2220/00—Details of milling processes
    • B23C2220/64—Using an endmill, i.e. a shaft milling cutter, to generate profile of a crankshaft or camshaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23C2228/10—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a ball end mill.
  • two chip discharge grooves that open to the tip flank surface of the end mill body and extend to the rear end side are rotationally symmetric with respect to the axis on the outer periphery of the tip of the end mill body that is rotated in the direction of rotation of the end mill around the axis.
  • a convex hemispherical cut whose rotation locus around the axis has a center on the axis at the intersecting ridge of the wall surface of these chip discharge grooves facing the end mill rotation direction and the tip flank of the end mill body. It relates to a ball end mill in which a blade is formed.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-002442 filed in Japan on January 9, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 includes a pair of spiral outer peripheral blades on the outer periphery of an end mill main body (tool main body) rotated around an axis, and a circular circle at the tip of the tool main body in a front view.
  • a ball end mill having a pair of bottom blades (R cutting blades) formed in an arc shape and having the outer end connected to the outer peripheral blade, and a chisel edge provided between the central ends of the tool body in each R cutting blade.
  • the lead-up thickness on the center side of the tool body of the R cutting blade is 1.5% to 8.0% of the tool radius, and the chisel angle of the chisel edge is 30 ° to 90 °.
  • the one provided with a small relief in which the angle is set to 2 ° to 7 ° and the clearance width is set to 0.3% to 4.0% of the tool radius is described.
  • Patent Document 1 also describes that a CBN sintered body or a diamond sintered body is used as the material of the base material of the end mill body in addition to the general cemented carbide.
  • a ball end mill using a CBN sintered body or a diamond sintered body as a base material has high hardness and long life, but is expensive.
  • Stable cutting is possible when the hard film is firmly covered on the surface of the tip of the end mill body.
  • the end mill body is suddenly worn from the exposed portion of the base material and reaches the end of its life.
  • the rotation speed of the bottom blade becomes small and the cutting load becomes high, resulting in a hard film. Peeling is likely to occur.
  • the ball end mill is a ball end mill including an end mill body that is rotated in the direction of rotation of the end mill around an axis and a hard film that covers the surface of at least the tip of the end mill body.
  • On the outer periphery of the tip of the end mill body two chip discharge grooves that open to the tip flank surface of the end mill body and extend toward the rear end are formed rotationally symmetrically with respect to the axis.
  • a convex hemispherical bottom blade whose rotation locus around the axis has a center on the axis is provided at the intersecting ridges of the wall surface of the two chip discharge grooves facing the end mill rotation direction and the tip flank. It is formed.
  • the diameter D (mm) of the convex hemisphere formed by the bottom blade in the rotation locus around the axis is 2 mm or less.
  • the ratio W / D of the width W (mm) of the chisel portion left between the misaligned chip discharge grooves to the diameter D (mm) is in the range of 0.020 to 0.060.
  • the ratio L / D of the amount of misalignment L (mm) between the chip discharge grooves to the diameter D (mm) is in the range of 0.014 to 0.090.
  • the rake angle of the bottom blade in the range where the chisel edge is formed in the chisel portion is set to be within the range of ⁇ 15 ° to ⁇ 30 °.
  • the chip discharge groove is seen from the tip side in the axial direction, and crosses the opposite side without overlapping each other with the axis in between.
  • the ratio W / D of the width W (mm) of the chisel portion left between the misaligned chip discharge grooves to the above diameter (bottom blade diameter) D (mm) is within the range of 0.020 to 0.060. It is said that.
  • the ratio L / D of the amount of misalignment L (mm) between the chip discharge grooves to the diameter D (mm) is in the range of 0.014 to 0.090.
  • the ratio W / D of the width W (mm) of the chisel portion to the diameter D (mm) is less than 0.020, the width of the chisel portion becomes too narrow and the hard film cannot be coated with a sufficient thickness. .. Chipping due to cutting load may occur. Further, when the ratio W / D exceeds 0.060, the hard film becomes too thick in the chisel portion and the rotation locus protrudes from the convex hemisphere having the center on the axis, so that the accuracy of the machined surface of the work material is lowered. May lead to. Since the capacity of the chip discharge groove becomes small, the chip discharge property may be impaired.
  • the ratio L / D is suppressed to a certain size so that the chisel portion, which is left between the two misaligned chip discharge grooves and becomes thin, does not become too long, and the film is formed as a mother. It suppresses the rapid peeling from the material. Moreover, by increasing the ratio L / D to some extent, the chip evacuation property near the chisel edge can be obtained, and the peeling of the film due to the accumulation of chips near the chisel portion can be suppressed. As a result, chipping and chipping of the chisel portion can be suppressed.
  • the ratio L / D of the amount of misalignment L (mm) between the chip discharge grooves, which is the length of the chisel portion, to the above diameter D (mm) is less than 0.014, the capacity of the chip discharge groove becomes small and the chips are discharged. There is a risk of impairing sex. Further, when the ratio L / D exceeds 0.090, the chisel portion that is left between the two misaligned chip discharge grooves and becomes thin becomes long. Even if the hard film is coated, the strength of the base material portion of the end mill body is lowered and defects are likely to occur.
  • the blade angle can be increased, the strength of the chisel portion having a rotation speed close to 0 and a large cutting resistance can be improved, and peeling of the film can be suppressed.
  • the rake angle of the bottom blade is set to be within the range of ⁇ 15 ° to ⁇ 30 ° and on the negative angle side.
  • the blade angle of the bottom blade including the periphery of the chisel portion can be increased. It is possible to coat a hard film having a sufficient thickness on the bottom blade, which is the intersection ridgeline portion between the wall surface (rake surface) facing the end mill rotation direction of the chip discharge groove and the tip flank surface. It is possible to improve the strength of the bottom blade itself and prevent chipping, chipping, and the like from occurring.
  • the rake angle of the bottom blade is larger than -15 ° on the conformal side, it will not be possible to secure a sufficient blade angle.
  • the rake face is worn by the cutting process for a short time, and the rake angle becomes an extremely negative angle, which causes an increase in cutting resistance.
  • the rotational driving force of the end mill body also increases. Further, if the rake angle of the bottom blade is larger on the negative angle side than ⁇ 30 °, the cutting resistance from the beginning of the cutting process becomes too large, and the rotational driving force of the end mill body increases.
  • the tip flank surface has a plurality of flank angles in which the clearance angle increases from the bottom blade toward the opposite side in the end mill rotation direction. It is desirable that it is formed by a flank.
  • the present invention it is possible to suppress the occurrence of peeling of the hard film in the chisel portion even in a ball end mill having a small diameter with a bottom blade diameter of 2 mm or less. Even for high-hardness work materials, it is possible to prevent chipping, chipping, etc. from occurring on the cutting edge, and to reliably and stably perform cutting over a long period of time.
  • FIG. 1 It is a side view which shows the outline of one Embodiment of this invention. It is an enlarged side view of the tip part of the embodiment shown in FIG. It is an enlarged front view when the tip portion of the embodiment shown in FIG. 1 is viewed from the tip side in the axial direction. It is a further enlarged front view around the chisel part of the enlarged front view shown in FIG.
  • the end mill of the present embodiment has an end mill main body 1 shown in FIG. 1 and a hard film formed on the surface of the end mill main body 1.
  • the end mill main body 1 is integrally formed from a base material made of a hard material such as cemented carbide in a multi-stage schematic columnar shape centered on the axis O as shown in FIG.
  • the rear end portion (the right portion in FIGS. 1 and 2) of the end mill main body 1 is a large-diameter columnar shank portion 2.
  • the tip portion (the left portion in FIGS. 1 and 2) of the end mill main body 1 is a substantially columnar cutting edge portion 3 having a diameter smaller than that of the shank portion 2.
  • the shank portion 2 and the cutting edge portion 3 are connected by a tapered truncated cone-shaped tapered neck portion 4 centered on the axis O.
  • the shank portion 2 is gripped by the spindle of the machine tool and is rotated around the axis O in the direction of rotation of the end mill indicated by reference numeral T in the drawing, and is sent out in a direction intersecting the axis O.
  • the work material is cut by the cutting edge 5 formed on the cutting edge portion 3.
  • two chip discharge grooves 7 which are opened in the tip flank surface 6 which is the tip surface of the end mill main body 1 and extend to the rear end side are formed rotationally symmetrically with respect to the axis O.
  • the chip discharge groove 7 is formed by spirally twisting toward the rear end side of the end mill main body 1 and toward the side opposite to the end mill rotation direction T around the axis O.
  • the end mill body 1 is formed in a 180 ° rotationally symmetric shape with respect to the axis O.
  • a concave groove-shaped gash 8 having a substantially V-shaped cross section is formed so as to extend toward the inner peripheral side of the end mill main body 1 toward the tip side.
  • the wall surface 8a of the gash 8 is a wall surface of the chip discharge groove 7 facing the end mill rotation direction T.
  • a bottom blade 5a is formed at the intersecting ridge line portion between the wall surface 8a facing the end mill rotation direction T of the gash 8 and the tip flank surface 6.
  • the bottom blade 5a has a convex hemispherical shape in which the rotation locus around the axis O has a center on the axis O as shown in FIG.
  • the diameter D (mm) of the convex hemisphere formed by the rotation locus of the bottom blade 5a is 2 mm or less.
  • the diameter D (mm) of the bottom blade 5a becomes too small, it becomes difficult to control the width W of the chisel portion 10 and the amount of misalignment L between the chip discharge grooves 7 which are the lengths of the chisel portion 10, which will be described later. Become. Therefore, it is desirable that the diameter D (mm) of the bottom blade 5a is 0.2 mm or more.
  • An outer peripheral relief surface 9 is formed on the outer peripheral surface of the cutting edge portion 3 so as to be connected to the side opposite to the end mill rotation direction T of the chip discharge groove 7.
  • the outer peripheral blade 5b of the cutting blade 5 is formed at the intersecting ridge line portion between the outer peripheral flank surface 9 and the wall surface of the chip discharge groove 7 on the rear end side of the gash 8 facing the end mill rotation direction T.
  • the outer peripheral blade 5b has a cylindrical surface shape centered on the axis O having a diameter whose rotation locus around the axis O is equal to the diameter D (mm) of the convex hemisphere formed by the rotation locus of the bottom blade 5a.
  • the outer peripheral blade 5b of the cutting blades 5 is formed so as to be continuous with the rear end of the bottom blade 5a.
  • the two gashes 8 at the tips of the two chip discharge grooves 7 go to opposite sides without overlapping each other with the axis O in between when viewed from the tip side in the direction of the axis O. Are different. Therefore, as shown in FIG. 2, the inner peripheral portion of the wall surface 8a facing the end mill rotation direction T of the gash 8 extends beyond the axis O in the side view seen from the direction facing the wall surface 8a.
  • the tip inner peripheral portion of the cutting edge portion 3 is formed so that the chisel portion 10 is left between the two gashes 8 that have crossed each other in this way.
  • the chisel portion 10 is formed with a chisel edge 10a that intersects the axis O.
  • the chisel edge 10a is defined as an intersecting ridge line in which two tip flanks 6 connected to each other on the side opposite to the end mill rotation direction T of the two bottom blades 5a intersect.
  • the tip flank surface 6 is a plurality (two) of the first flank surface portion 6a and the second flank surface portion 6b in which the clearance angle gradually increases from the bottom blade 5a toward the side opposite to the end mill rotation direction T. It is formed by the flank of the.
  • a chisel edge 10a is formed on the intersecting ridgeline between the first flanks 6a of the two flanks.
  • the width W (mm) of the chisel portion 10 left between the gashes 8 of the two chip discharge grooves 7 is the diameter D (mm) of the chisel portion 10.
  • the misalignment amount L (mm) between the gashes 8 of the two chip discharge grooves 7 which is the length of the chisel portion 10 has a ratio L / D of the misalignment amount L to the diameter D (mm) of 0.014 to 0. The length is set to be within the range of 090.
  • the width W (mm) of the chisel portion 10 is between the wall surfaces 8a facing the end mill rotation direction T in the gash 8 of the two chip discharge grooves 7 that have crossed each other. It is said to be the width of the thinnest part of.
  • the amount of misalignment L (mm) between the gashes 8 of the two chip discharge grooves 7 is perpendicular to the bottom blade 5a on the chisel portion 10 side and two, as shown in FIG. 4 when viewed from the tip side in the O-direction of the axis.
  • the distance between two straight lines M that are parallel to each other and are in contact with the gash 8 from the outer peripheral side of the end mill main body 1 is set.
  • the wall surface 8a of the gash 8 facing the end mill rotation direction T is an inclined surface that moves away from the bottom blade 5a toward the center of the convex hemisphere formed by the rotation locus of the bottom blade 5a and toward the end mill rotation direction T side.
  • a negative rake angle is given to the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10.
  • the rake angle of the bottom blade 5a in the present specification means the true rake angle of the bottom blade 5a in a cross section perpendicular to the bottom blade 5a.
  • the rake angle of the bottom blade 5a is within the range of -15 ° to -30 °.
  • the surface of the cutting edge portion 3 at the tip of the end mill main body 1 is coated with a hard film, although the reference numeral is omitted.
  • the entire surface of the end mill main body 1 including the shank portion 2 and the tapered neck portion 4 is coated with a hard film.
  • the hard film of the present embodiment is coated by a physical vapor deposition method having a relatively low coating temperature. Further, it is desirable to coat by the arc ion plating method, which has excellent film adhesion among the physical vapor deposition methods.
  • a nitride or carbonitride of a metal (including a metalloid) which is a film type having excellent heat resistance and wear resistance, is desirable.
  • a hard film made of nitride or carbonitride having the highest content ratio of Al which is a film type having excellent heat resistance and wear resistance, and a total content ratio of Al and Cr of 90 atomic% or more. It is desirable to cover it. Further, it is desirable to coat a hard film having a finely divided film structure among the hard films. The hardness of this hard film is higher than that of the base material forming the end mill body 1.
  • the hard film described in Japanese Patent No. 6410797 is preferably used.
  • the hard film described in the above document has an aluminum (Al) content ratio of 50 atomic% or more and 68 atomic% or less, and a chromium (Cr) content ratio with respect to the total amount of metal (including metalloid) elements. It is composed of a nitride or a carbonitride having a content of 20 atomic% or more and 46 atomic% or less and a silicon (Si) content ratio of 4 atomic% or more and 15 atomic% or less.
  • the atomic ratio of the metal (including semi-metal) element (atomic%) A and the atomic ratio of nitrogen (atomic%) when the total of the metal (including semi-metal) element, nitrogen, oxygen and carbon is 100 atomic%. ) B satisfies the relationship of 1.03 ⁇ B / A ⁇ 1.07.
  • the peak intensity due to the (200) plane or the (111) plane of the face-centered cubic lattice structure indicates the maximum intensity.
  • the film thickness of the hard film is preferably 1.0 ⁇ m or more, and more preferably 2.0 ⁇ m or more.
  • the film thickness of the hard film is preferably 3.0 ⁇ m or less.
  • a protective film may be coated on the hard film.
  • the protective film is a nitride or carbonitride having a Ti content of 50 atomic% or more and a Si content of 1 atomic% or more and 30 atomic% or less with respect to the total amount of metal (including metalloid) elements. It is a film made of things. By coating with a protective film, wear resistance can be further enhanced even for a work material having a high hardness.
  • the hard film can be coated on the surface of the end mill main body 1 by the coating method described in Japanese Patent No. 6410797.
  • the coating method described in the above document has the following steps.
  • the content ratio of aluminum (Al) is 55 atomic% or more and 70 atomic% or less
  • the content ratio of chromium (Cr) is 20 atomic% or more and 35 atomic% or less with respect to the total amount of metal (including semi-metal) elements.
  • An alloy target having a silicon (Si) content of 7 atomic% or more and 20 atomic% or less is installed at the cathode.
  • the condition that the bias voltage applied to the base material is -220V or more and -60V or less and the cathode voltage is 22V or more and 27V or less, or the bias voltage applied to the base material is -120V or more and -60V or less and the cathode voltage is A hard film is formed on the surface of the base material by coating the surface of the base material with nitride or carbonitride by the arc ion plating method under the condition of 28 V or more and 32 V or less.
  • the gash 8 of the chip discharge groove 7 crosses the end mill main body 1 on the opposite side without overlapping with each other with the axis O in between when viewed from the tip side in the axis O direction.
  • the ratio W / D to the diameter (diameter of the bottom blade 5a) D (mm) of the width W (mm) of the chisel portion left between the misaligned chip discharge grooves is within the range of 0.020 to 0.060. It is said that.
  • the ratio L / D of the amount of misalignment L (mm) between the gashes 8 of the chip discharge groove 7 to the diameter D (mm) is in the range of 0.014 to 0.090.
  • a sufficient size is secured between the width W of the chisel portion 10 and the misalignment amount L, which is the length of the chisel portion 10, within a range that does not become excessively large. be able to.
  • the diameter of the cutting edge 5 (bottom blade 5a) is as small as 2 mm or less, and it is possible to suppress the peeling of the hard film around the chisel portion 10 in which the cutting load becomes large due to the slow rotation speed. .. Therefore, it is possible to prevent chipping, chipping, etc. from occurring in the cutting edge 5 (bottom blade 5a) even for a high-hardness work material, and it is possible to reliably and stably perform cutting over a long period of time. It will be possible.
  • the ratio W / D of the width W (mm) of the chisel portion 10 to the diameter D (mm) is too large or too small, the hard film is likely to peel off. Therefore, it is important to set the ratio W / D to an appropriate range in order to extend the tool life.
  • the ratio W / D is increased to some extent to appropriately secure the extension distance (depth) of the hard film behind the end mill rotation direction T of the chisel edge 10a, so that the end mill of the hard film in the chisel portion 10 Adhesion to the main body 1 (base material) is maintained. As a result, it is possible to prevent the hard film from being rapidly peeled off from the base material.
  • the ratio L / D of the amount of misalignment L (mm) between the gashes 8 to the diameter D (mm) is too large or too small, the hard film is likely to peel off. Therefore, in addition to the above-mentioned ratio W / D, it is also important to set the ratio L / D in an appropriate range in order to extend the tool life.
  • the ratio L / D is suppressed to a certain size so that the chisel portion 10 which is left between the two misaligned chip discharge grooves 7 and becomes thin is not too long. It suppresses the rapid peeling of the hard film from the base material.
  • the rake angle of the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10 is too large or too small, the hard film is likely to peel off. Therefore, in addition to the above-mentioned ratio W / D and ratio L / D, it is also important to set the rake angle of the bottom blade 5a within an appropriate range in order to extend the tool life.
  • the rake angle of the bottom blade 5a is increased in the negative direction to increase the blade angle, the rotation speed is close to 0, the strength of the chisel portion having a large cutting resistance is improved, and the peeling of the film can be suppressed.
  • the rake angle (true rake angle) of the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10 is within the range of -15 ° to -30 ° and on the negative angle side. It is set large. Therefore, it is possible to secure a large blade angle of the bottom blade 5a in the chisel portion 10.
  • the chisel portion 10 is an intersecting ridge line portion between the wall surface 8a (rake face) facing the end mill rotation direction of the gash 8 of the chip discharge groove 7 and the tip flank surface 6.
  • a hard film having a sufficient thickness can be coated on the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10, and the strength of the bottom blade 5a itself can be improved. It is possible to prevent chipping, chipping, and the like from occurring on the bottom blade 5a.
  • the rake angle of the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10 is larger on the conformal side than ⁇ 15 °, the blade angle of the bottom blade 5a cannot be sufficiently secured.
  • the wall surface 8a (rake face) is worn by a short-time cutting process, and the rake angle becomes an extremely negative angle, which leads to an increase in cutting resistance and an increase in the rotational driving force of the end mill body 1.
  • the rake angle of the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10 is larger on the negative angle side than ⁇ 30 °, the cutting resistance from the beginning of the cutting process becomes too large.
  • the rake angle of the bottom blade 5a may gradually change from the chisel portion 10 toward the outer peripheral blade 5b side.
  • the rake angle of the bottom blade 5a on the outer peripheral blade 5b side may be a negative angle or a positive angle.
  • the tip flank surface 6 is formed by a plurality of (two) first and second flank surface portions 6a and 6b whose clearance angles increase toward the opposite side of the end mill rotation direction T from the bottom blade 5a. Has been done. Therefore, the cutting resistance can be surely reduced by the second flank surface portion 6b having a large flank angle, while the blade angle of the bottom blade 5a is further secured by the first flank surface portion 6a to further improve the strength. If the clearance angle of the first flank surface portion 6a is too small, the roughness of the machined surface decreases. Therefore, the clearance angle of the first flank surface portion 6a is preferably in the range of 5 ° to 10 °. The clearance angle of the first flank surface portion 6a is preferably in the range of 7 ° to 10 °. Further, it is desirable that the clearance angle of the second flank surface portion 6b is within the range of 10 ° to 20 °.
  • a ball end mill having a ratio W / D of 0.023 and a ratio of L / D of 0.075 and a ball end mill having a ratio of W / D of 0.045 and a ratio of L / D of 0.077 are manufactured. did. These are referred to as Examples 1 and 2 in order.
  • the rake angle of the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10 is ⁇ 25 °.
  • a ball end mill with a ratio W / D of 0.040 and a ratio of L / D of 0.052 is a ball end mill with a ratio W / D of 0.040 and a ratio of L / D of 0.052, and the rake angle of the bottom blade 5a in the range where the chisel edge 10a is formed in the chisel portion 10 is ⁇ 15 °.
  • a ball end mill having a ratio W / D of 0.040 and a ratio of L / D of 0.052 was manufactured. These are referred to as Examples 3 and 4 in order.
  • the clearance angle of the first flank surface portion 6a was 6 °
  • the clearance angle of the second flank surface portion 6b was 14 °.
  • the diameter D (mm) of the bottom blade is 0.6 mm as in Examples 1 and 2, and the rake angle of the bottom blade in the range where the chisel edge is formed in the chisel portion is-.
  • Six 20 ° ball end mills were manufactured.
  • the ball end mills of the comparative example are a ball end mill having a specific W / D of 0.007 smaller than 0.020 and a specific L / D of 0.067, and a ball end mill having a specific W / D of 0.070 larger than 0.060.
  • the ball end mill has a ratio W / D of 0.008, which is smaller than 0.020, and a ratio of L / D of 0.022.
  • Comparative Example 7 Further, as a comparative example with respect to Examples 1 to 4, a chisel edge was formed at the chisel portion in a ball end mill having a bottom blade diameter D (mm) of 0.6 mm as in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6. A ball end mill was also manufactured in which the rake angle of the bottom blade in the range was ⁇ 5 °, the ratio W / D was 0.040, and the ratio L / D was 0.052. This is referred to as Comparative Example 7. In the ball end mills of Comparative Examples 1 to 7, the clearance angle of the first flank portion 6a was 6 ° and the clearance angle of the second flank surface portion 6b was 14 °.
  • a hard film having a common composition was formed on the surface of the end mill body.
  • the hard film the one described in Japanese Patent No. 6410797 (AlCrSiN) described above is coated with an average film thickness of 2 ⁇ m, and the hard film (TiSiN) also described in Japanese Patent No. 6410797 as a protective film is used. It was coated with an average film thickness of 1 ⁇ m.
  • Example 5 (Examples 5 and 6)
  • a ball end mill having a clearance angle of the first flank 6a of 3 ° and a ball end mill having a flank angle of the first flank 6a of 9 ° were manufactured. These are referred to as Examples 5 and 6 in order.
  • the cutting process is performed for 60 minutes under the same conditions as the above-mentioned cutting conditions, and the work material at that time is performed. The roughness of the machined surface on the bottom surface of the recess was measured.
  • the processed surface roughness Rz ( ⁇ m) of the work material after 60 minutes of processing was about 0.3 ⁇ m.
  • the clearance angle of the first flank portion 6a is 3 °
  • the clearance angle of the first flank portion 6a is 9 °
  • the clearance angle of the first flank surface portion 6a is preferably in the range of 5 ° to 10 °.
  • the clearance angle of the first flank portion 6a is in the range of 7 ° to 10 °, the quality of the machined surface can be further improved.
  • two pocket-shaped recesses having a concave curved surface of 4 mm in length, 73 mm in width, 1.5 mm in depth and a radius of 0.5 mm at the corners of the bottom surface are finished on a work material made of ASP23 having a hardness of 64 HRC.
  • the cutting process was performed, and the processing accuracy of the work material at that time was evaluated by comparing the first and second recesses.
  • the wear amount was measured by measuring the flank wear of the ball end mill after cutting.
  • the cutting conditions are the same as the cutting conditions of the first embodiment, that is, the rotation speed of the end mill main body 1 is 40,000 min -1 , the rotation speed is 75 m / min, the cutting speed is 800 mm / min, and the feed amount per blade is 0.01 mm / t. Cutting was performed by blowing mist as a coolant at an axial depth of cut of 0.005 mm and a radial depth of cut of 0.01 mm.
  • the amount of scraping of the vertical wall portion of the recess was 0.012 mm for the first and 0.014 mm for the second.
  • the amount of scraping of the vertical wall portion of the recess was 0.012 mm for the first and 0.016 mm for the second.
  • the difference in the amount of uncut portion on the bottom surface of the first and second recesses was 0.001 mm between the straight portion and the corner portion in the ball end mill of Example 1.
  • the difference in the amount of uncut bottom surface of the first and second recesses was 0.002 mm in the straight portion and 0.003 mm to 0.005 mm in the corner portion.
  • the machined surface roughness of the bottom surface in the ball end mill of Example 1, the first machined surface roughness Rz ( ⁇ m) is 0.5 ⁇ m, and the second machined surface roughness Rz ( ⁇ m) is 0. It was 69 ⁇ m.
  • the machined surface roughness of the bottom surface was 0.62 ⁇ m for the first machined surface roughness Rz and 2.20 ⁇ m for the second machined surface roughness Rz.
  • the flank wear width was 0.017 mm for the ball end mill of Example 1 and 0.029 mm for the CBN ball end mill. From these results, it can be seen that the ball end mill of Example 1 according to the present invention is comparable to the CBN ball end mills on the market, or has excellent processing accuracy and wear resistance. I understand.

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Abstract

凸半球面状の底刃５ａを有するエンドミル本体と、エンドミル本体１の少なくとも先端部の表面に被覆される硬質皮膜とを有するエンドミル。底刃５ａの直径Ｄ（ｍｍ）が２ｍｍ以下である。チゼル部１０の幅Ｗ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０～０．０６０の範囲内とされる。切屑排出溝７同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４～０．０９０の範囲内とされる。チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角が－１５°～－３０°の範囲内とされる。

Description

ボールエンドミル
　本発明は、ボールエンドミルに関する。
　本発明の実施形態は、軸線回りにエンドミル回転方向に回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、エンドミル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる２つの切屑排出溝が軸線に関して回転対称に形成され、これらの切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面と、エンドミル本体の先端逃げ面との交差稜線部に、軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する凸半球面状の切刃が形成されたボールエンドミルに関するものである。
　本願は、２０２０年１月９日に、日本に出願された特願２０２０－００２４４２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　このようなボールエンドミルとして、例えば特許文献１には、軸線回りに回転されるエンドミル本体（工具本体）の外周に一対の螺旋状の外周刃を備えるとともに、工具本体の先端部に正面視で円弧状に形成され外端部を外周刃に連絡された一対の底刃（Ｒ切削刃）を備え、各Ｒ切削刃における工具本体の中心側の端部間にチゼルエッジを設けたボールエンドミルにおいて、各Ｒ切削刃の工具本体の中心側における芯上がり厚さを工具半径の１．５％～８．０％、チゼルエッジのチゼル角度を３０°～９０°とし、各Ｒ切削刃の逃げ面に、逃げ角を２°～７°、逃げ幅を工具半径の０．３％～４．０％に設定したスモールリリーフを設けたものが記載されている。
特開２００６－０８８２３２号公報
　ところで、特許文献１には、エンドミル本体の母材の材質として、一般的な超硬合金のほかに、ＣＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を使用することも記載されている。ところが、このようなＣＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を母材とするボールエンドミルは、高硬度であって長寿命な反面、高価である。
　その一方で、近年では、硬質皮膜の改良が行われている。高硬度材の切削加工においてＣＢＮ焼結体工具に匹敵する耐摩耗性を有する硬質皮膜が被覆された超硬合金を母材とする被覆切削工具が開発されてきている。耐摩耗性に優れる硬質皮膜をボールエンドミルのエンドミル本体の底刃が形成された少なくとも先端部の表面に被覆することによって、高硬度の被削材に対しても比較的長期に亙って安定した切削加工を行うことが可能となる。
　硬質皮膜は、エンドミル本体の先端部表面にしっかりと被覆されている状態では、安定した切削加工が可能である。しかし、硬質皮膜が表面から剥離して母材が露出すると、母材が露出した部分から一気にエンドミル本体が摩耗して寿命を迎えてしまう。特に、軸線回りの回転軌跡において底刃がなす凸半球面の直径Ｄ（ｍｍ）が例えば２ｍｍ以下の小径のボールエンドミルでは、底刃の回転速度が小さくなるため切削負荷が高くなり、硬質皮膜に剥離が発生し易い。
　底刃の直径が２ｍｍ以下の小径のボールエンドミルのうちでも、エンドミル本体の軸線がエンドミル本体先端部でチゼル部に交差するボールエンドミルでは、チゼル部に交差した軸線の周辺において回転速度が０になる。そのため、チゼル部の形状や寸法を硬質皮膜が剥離し難いものにしなければ、長期に亙って安定した切削加工を行うことが困難となる。
　本発明は、底刃の直径が２ｍｍ以下の小径のボールエンドミルにおいても、特にチゼル部における硬質皮膜の剥離の発生を抑制することができ、確実に長期に亙って安定した切削加工を行うことが可能なボールエンドミルを提供することを目的としている。
　本発明の一態様によるボールエンドミルは、軸線回りにエンドミル回転方向に回転させられるエンドミル本体と、前記エンドミル本体の少なくとも先端部の表面に被覆される硬質皮膜とを備えるボールエンドミルである。前記エンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる２つの切屑排出溝が上記軸線に関して回転対称に形成される。前記２つの切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面と、上記先端逃げ面とのそれぞれの交差稜線部に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する凸半球面状の底刃が形成される。上記軸線回りの回転軌跡において上記底刃がなす凸半球面の直径Ｄ（ｍｍ）が２ｍｍ以下である。上記切屑排出溝は、上記軸線方向先端側から見て、該軸線を間にして互いに重なり合うことなく反対側に行き違っている。行き違った上記切屑排出溝同士の間に残されたチゼル部の幅Ｗ（ｍｍ）の上記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０～０．０６０の範囲内とされる。上記切屑排出溝同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の上記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４～０．０９０の範囲内とされる。上記チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における上記底刃のすくい角が－１５°～－３０°の範囲内とされる。
　このように構成されたボールエンドミルでは、切屑排出溝が軸線方向先端側から見て、軸線を間にして互いに重なり合うことなく反対側に行き違っている。行き違った切屑排出溝同士の間に残されたチゼル部の幅Ｗ（ｍｍ）の上記直径（底刃の直径）Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０～０．０６０の範囲内とされる。切屑排出溝同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の上記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４～０．０９０の範囲内とされる。これらの構成により、チゼル部の幅Ｗとチゼル部の長さである行き違い量Ｌとに、必要以上に大きくなりすぎることのない範囲で、十分な大きさを確保することができる。このため、チゼル部における硬質皮膜の剥離を抑制することが可能となり、高硬度な被削材に対しても切刃のチッピングや欠損等を防いで長期に亙って確実に安定した切削加工を行うことができる。
　上記構成では、比Ｗ／Ｄをある程度大きくして、チゼルエッジの回転方向後方への皮膜の延在距離（奥行）を適度に確保することで、チゼル部の皮膜の母材への密着が保たれ、皮膜が母材から早急に剥離することを抑制できる。かつ、比Ｗ／Ｄを所定の範囲に抑え、チゼルエッジの回転方向後方への皮膜の延在距離（奥行）を適度に抑えることで、チゼル部の皮膜にかかる切削負荷が増大することを緩和し、チゼル部の皮膜が母材からの剥離に十分に耐えるようにする。その結果、チゼル部のチッピングや欠損を抑制することができる。
　チゼル部の幅Ｗ（ｍｍ）の上記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０を下回ると、チゼル部が幅狭となりすぎて硬質皮膜を十分な厚さで被覆することができなくなる。切削負荷によるチッピングが生じるおそれがある。また、比Ｗ／Ｄが０．０６０を上回ると、チゼル部において硬質皮膜が厚くなりすぎて回転軌跡が軸線上に中心を有する凸半球面から突出してしまい、被削材の加工面精度の低下を招くおそれがある。切屑排出溝の容量が小さくなるために切屑排出性が損なわれてしまうおそれがある。
　上記構成では、比Ｌ／Ｄをある程度の大きさに抑えることで、行き違った２つの切屑排出溝同士の間に残されて薄肉となるチゼル部が長くなり過ぎないようにして、皮膜が母材から早急に剥離することを抑制している。かつ、比Ｌ／Ｄをある程度大きくすることで、チゼルエッジ付近の切屑排出性も得られ、チゼル部付近に切屑が滞留することによる皮膜の剥離も抑制することができる。その結果、チゼル部のチッピングや欠損を抑制することができる。
　チゼル部の長さとなる切屑排出溝同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の上記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４を下回っても、切屑排出溝の容量が小さくなるために切屑排出性を損なうおそれがある。また、比Ｌ／Ｄが０．０９０を上回ると、行き違った２つの切屑排出溝同士の間に残されて薄肉となるチゼル部が長くなる。硬質皮膜が被覆されていてもエンドミル本体の母材部分の強度が低下して欠損等を生じ易くなる。
　上記構成によれば、底刃のすくい角をネガ方向に大きくすることで刃物角を大きくし、回転速度が０に近く切削抵抗の大きなチゼル部の強度を向上させ、皮膜の剥離を抑制できる。かつ、底刃のすくい角を、ネガ方向において、ある程度の大きさ以下に抑えることで、切削抵抗が過大となることも抑えて、皮膜の剥離を抑制できる。
　上記構成のボールエンドミルでは、チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における底刃のすくい角が－１５°～－３０°の範囲内と負角側に大きく設定されている。これにより、チゼル部周辺を含めた底刃の刃物角を大きくすることができる。切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面（すくい面）と先端逃げ面との交差稜線部である底刃の上にも十分な厚さの硬質皮膜を被覆することが可能となる。底刃自体の強度を向上させてチッピングや欠損等が発生するのを防止することができる。
　底刃のすくい角が－１５°よりも正角側に大きいと、刃物角を十分に確保することができなくなる。短時間の切削加工によりすくい面が摩耗してすくい角が極端な負角となるために切削抵抗の増大を招くことになる。エンドミル本体の回転駆動力も増大する。また、底刃のすくい角が－３０°よりも負角側に大きいと、切削加工の当初からの切削抵抗が大きくなりすぎてしまい、エンドミル本体の回転駆動力が増大する。
　なお、このように底刃の刃物角を確保しつつ、切削抵抗の低減を図るには、上記先端逃げ面は、上記底刃からエンドミル回転方向の反対側に向かうに従い逃げ角が大きくなる複数の逃げ面部によって形成されていることが望ましい。
　以上説明したように、本発明によれば、底刃の直径が２ｍｍ以下の小径のボールエンドミルにおいても、チゼル部における硬質皮膜の剥離の発生を抑制することが可能となる。高硬度な被削材に対しても切刃にチッピングや欠損等が発生するのを防いで長期に亙って確実に安定した切削加工を行うことができる。
本発明の一実施形態の概略を示す側面図である。 図１に示す実施形態の先端部の拡大側面図である。 図１に示す実施形態の先端部を軸線方向先端側から見たときの拡大正面図である。 図３に示す拡大正面図のチゼル部周辺をさらに拡大した正面図である。
　図１～図４は、本発明の一実施形態を示す図である。本実施形態のエンドミルは、図１に示すエンドミル本体１と、エンドミル本体１の表面に形成される硬質皮膜とを有する。本実施形態において、エンドミル本体１は、超硬合金等の硬質材料によりなる母材から軸線Ｏを中心とした図１に示すような多段の概略円柱状に一体形成されている。エンドミル本体１の後端部（図１および図２において右側部分）は大径円柱状のシャンク部２とされる。エンドミル本体１の先端部（図１および図２において左側部分）はシャンク部２よりも小径の略円柱状の切刃部３とされている。また、シャンク部２と切刃部３との間は、軸線Ｏを中心とする先細りの円錐台状のテーパーネック部４によって繋がれている。
　このようなボールエンドミルは、シャンク部２が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りに図中に符号Ｔで示すエンドミル回転方向に回転させられつつ、軸線Ｏに交差する方向に送り出されることにより、切刃部３に形成された切刃５によって被削材に切削加工を施す。
　切刃部３の外周部には、エンドミル本体１の先端面である先端逃げ面６に開口して後端側に延びる２つの切屑排出溝７が軸線Ｏに関して回転対称に形成されている。切屑排出溝７は、エンドミル本体１の後端側に向かうに従い、軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔとは反対側に向かうように螺旋状に捩れて形成されている。なお、エンドミル本体１は、軸線Ｏに関して１８０°回転対称形状に形成されている。
　また、これらの切屑排出溝７の先端部には、先端側に向かうに従いエンドミル本体１の内周側に延びるように、断面略Ｖ字の凹溝状のギャッシュ８が形成されている。ギャッシュ８の壁面８ａは、切屑排出溝７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面である。ギャッシュ８のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面８ａと先端逃げ面６との交差稜線部には、底刃５ａが形成されている。底刃５ａは、軸線Ｏ回りの回転軌跡が図２に示すように軸線Ｏ上に中心を有する凸半球面状をなす。底刃５ａの回転軌跡がなす凸半球面の直径Ｄ（ｍｍ）は、２ｍｍ以下とされている。ただし、底刃５ａの直径Ｄ（ｍｍ）が小さくなりすぎると、後述するチゼル部１０の幅Ｗ、およびチゼル部１０の長さとなる切屑排出溝７同士の行き違い量Ｌを制御することが困難になる。そのため、底刃５ａの直径Ｄ（ｍｍ）は、０．２ｍｍ以上とされるのが望ましい。
　切刃部３の外周面には、切屑排出溝７のエンドミル回転方向Ｔとは反対側に連なるように外周逃げ面９が形成されている。外周逃げ面９と、ギャッシュ８よりも後端側の切屑排出溝７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面との交差稜線部には、切刃５のうちの外周刃５ｂが形成されている。外周刃５ｂは、軸線Ｏ回りの回転軌跡が、底刃５ａの回転軌跡がなす凸半球面の直径Ｄ（ｍｍ）と等しい直径の軸線Ｏを中心とした円筒面状をなす。切刃５のうちの外周刃５ｂは、底刃５ａの後端に連なるように形成されている。
　図３および図４に示すように、２つの切屑排出溝７の先端部の２つのギャッシュ８同士は、軸線Ｏ方向先端側から見て、軸線Ｏを間にして互いに重なり合うことなく反対側に行き違っている。従って、ギャッシュ８のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面８ａの内周部は、図２に示すように、壁面８ａに対向する方向から見た側面視において、軸線Ｏを越えて延びている。
　切刃部３の先端内周部には、こうして行き違った２つのギャッシュ８の間にチゼル部１０が残されるように形成されている。チゼル部１０には、軸線Ｏに交差するチゼルエッジ１０ａが形成される。チゼルエッジ１０ａは、２つの底刃５ａのエンドミル回転方向Ｔとは反対側に連なる２つの先端逃げ面６同士が交差した交差稜線として規定される。
　先端逃げ面６は、本実施形態では底刃５ａからエンドミル回転方向Ｔとは反対側に向かうに従い逃げ角が段階的に大きくなる第１逃げ面部６ａと第２逃げ面部６ｂの複数（２つ）の逃げ面部により形成されている。２つの逃げ面部のうち第１逃げ面部６ａ同士の交差稜線にチゼルエッジ１０ａが形成される。
　軸線Ｏ方向先端側から見て図４に示すように、２つの切屑排出溝７のギャッシュ８同士の間に残されたチゼル部１０の幅Ｗ（ｍｍ）は、チゼル部１０の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０～０．０６０の範囲内となる長さに設定されている。また、チゼル部１０の長さである２つの切屑排出溝７のギャッシュ８同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）は、行き違い量Ｌの直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４～０．０９０の範囲内となる長さに設定されている。
　チゼル部１０の幅Ｗ（ｍｍ）は、軸線Ｏ方向先端側から見て図４に示すように、行き違った２つの切屑排出溝７のギャッシュ８におけるエンドミル回転方向Ｔを向く壁面８ａ同士の間の最も薄い部分の幅とされる。また、２つの切屑排出溝７のギャッシュ８同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）は、軸線Ｏ方向先端側から見て図４に示すように、チゼル部１０側の底刃５ａに垂直で、２つのギャッシュ８にエンドミル本体１の外周側から接する互いに平行な２本の直線Ｍ同士の間隔とされる。
　ギャッシュ８のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面８ａは、底刃５ａから離れて底刃５ａの回転軌跡がなす凸半球面の中心側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔ側に向かう傾斜面とされている。これにより、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａには負のすくい角が与えられている。本明細書における底刃５ａのすくい角は、底刃５ａに垂直な断面における底刃５ａの真のすくい角を意味する。底刃５ａのすくい角は－１５°～－３０°の範囲内とされている。
　さらにまた、エンドミル本体１の先端部の少なくとも切刃部３の表面には、符号は略するが硬質皮膜が被覆されている。本実施形態では、シャンク部２やテーパーネック部４も含めたエンドミル本体１の全体の表面に、硬質皮膜が被覆されている。本実施形態の硬質皮膜は、被覆温度が比較的低い物理蒸着法を用いて被覆されている。また、物理蒸着法の中でも皮膜の密着性が優れるアークイオンプレーティング法で被覆することが望ましい。硬質皮膜の膜種としては、耐熱性と耐摩耗性に優れる膜種である金属（半金属を含む）の窒化物または炭窒化物が望ましい。具体的には、耐熱性と耐摩耗性に優れる膜種であるＡｌの含有比率が最も多く、ＡｌとＣｒの合計の含有比率が９０原子％以上の窒化物または炭窒化物よりなる硬質皮膜を被覆することが望ましい。また、硬質皮膜の中でも皮膜組織を微細化した硬質皮膜を被覆することが望ましい。なお、この硬質皮膜は、エンドミル本体１を形成する母材よりも硬度が高い。
　硬質皮膜としては、例えば特許第６４１０７９７号公報に記載されている硬質皮膜が好適に用いられる。上記文献に記載の硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上６８原子％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上４６原子％以下であり、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下である窒化物又は炭窒化物からなる。かつ、金属（半金属を含む）元素、窒素、酸素および炭素の合計を１００原子％とした場合の金属（半金属を含む）元素の原子比率（原子％）Ａと窒素の原子比率（原子％）Ｂとが１．０３≦Ｂ／Ａ≦１．０７の関係を満たす。Ｘ線回折パターンまたは透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、面心立方格子構造の（２００）面または（１１１）面に起因するピーク強度が最大強度を示す。
　なお、硬質皮膜の膜厚は、１．０μｍ以上であることが望ましく、２．０μｍ以上であることがより望ましい。また、硬質皮膜の膜厚は、３．０μｍ以下であることが望ましい。さらに、特許第６４１０７９７号公報に記載されているように、硬質皮膜の上には、保護皮膜が被覆されていてもよい。保護皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、Ｔｉの含有比率が５０原子％以上であり、Ｓｉの含有比率が１原子％以上３０原子％以下である窒化物又は炭窒化物からなる膜である。保護皮膜を被覆することで、高硬度な被削材に対しても耐摩耗性をより高めることができる。
　また、硬質皮膜は、特許第６４１０７９７号公報に記載されている被覆方法によってエンドミル本体１の表面に被覆することができる。上記文献に記載の被覆方法は以下の工程を有する。金属（半金属を含む）元素の総量に対して、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５５原子％以上７０原子％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上３５原子％以下であり、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が７原子％以上２０原子％以下である合金ターゲットをカソードに設置する。基材に印加するバイアス電圧が－２２０Ｖ以上－６０Ｖ以下、かつ、カソード電圧が２２Ｖ以上２７Ｖ以下である条件、または、基材に印加するバイアス電圧が－１２０Ｖ以上－６０Ｖ以下、かつ、カソード電圧が２８Ｖ以上３２Ｖ以下である条件にて、アークイオンプレーティング法により、窒化物又は炭窒化物を基材の表面に被覆することで、基材の表面に硬質皮膜を形成する。
　本実施形態のボールエンドミルでは、切屑排出溝７のギャッシュ８がエンドミル本体１の軸線Ｏ方向先端側から見て、軸線Ｏを間にして互いに重なり合うことなく反対側に行き違っている。行き違った切屑排出溝同士の間に残されたチゼル部の幅Ｗ（ｍｍ）の直径（底刃５ａの直径）Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０～０．０６０の範囲内とされる。切屑排出溝７のギャッシュ８同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４～０．０９０の範囲内とされる。本実施形態のボールエンドミルによれば、チゼル部１０の幅Ｗとチゼル部１０の長さである行き違い量Ｌとに、必要以上に大きくなりすぎることのない範囲において、十分な大きさを確保することができる。
　このため、切刃５（底刃５ａ）の直径が２ｍｍ以下と小さく、特に回転速度が遅くなるために切削負荷が大きくなるチゼル部１０の周辺において硬質皮膜の剥離を抑制することが可能となる。従って、高硬度な被削材に対しても切刃５（底刃５ａ）にチッピングや欠損等が発生するのを防ぐことができ、長期に亙って確実に安定した切削加工を行うことが可能となる。
　チゼル部１０の幅Ｗ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄは、大きすぎても小さすぎても硬質皮膜の剥離が生じやすくなる。そのため、比Ｗ／Ｄを適切な範囲とすることが工具寿命を高める上で重要である。本実施形態では、比Ｗ／Ｄをある程度大きくして、チゼルエッジ１０ａのエンドミル回転方向Ｔ後方への硬質皮膜の延在距離（奥行）を適度に確保することで、チゼル部１０における硬質皮膜のエンドミル本体１（母材）への密着が保たれる。これにより、硬質皮膜が母材から早急に剥離することを抑制できる。かつ、比Ｗ／Ｄを所定の範囲に抑え、チゼルエッジ１０ａのエンドミル回転方向Ｔ後方への硬質皮膜の延在距離（奥行）を適度な範囲に抑えることで、チゼル部１０の硬質皮膜にかかる切削負荷が増大することを緩和し、チゼル部１０の硬質皮膜が母材からの剥離に十分に耐えるようにしている。その結果、チゼル部１０のチッピングや欠損を抑制することができる。
　チゼル部１０の幅Ｗ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０を下回ると、チゼル部１０が幅狭となりすぎて硬質皮膜を十分な厚さで被覆することができなくなる。エンドミル本体１の母材が早期に露出して切削負荷によるチッピングが生じるおそれがある。一方、比Ｗ／Ｄが０．０６０を上回ると、チゼル部１０において硬質皮膜が厚くなりすぎる。軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏ上に中心を有する半凸球面から突出してしまい、被削材の加工面精度の低下を招くおそれがある。また、切屑排出溝７の容量が小さくなるので、切屑排出性が損なわれて切屑詰まりが発生するおそれも生じる。
　さらに、ギャッシュ８同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄも、大きすぎても小さすぎても硬質皮膜の剥離が生じやすくなる。そのため、上記した比Ｗ／Ｄに加えて、比Ｌ／Ｄを適切な範囲とすることも工具寿命を高める上で重要である。本実施形態では、比Ｌ／Ｄをある程度の大きさに抑えることで、行き違った２つの切屑排出溝７同士の間に残されて薄肉となるチゼル部１０が長くなり過ぎないようにして、硬質皮膜が母材から早急に剥離することを抑制している。かつ、比Ｌ／Ｄをある程度大きくすることで、チゼルエッジ１０ａ付近において良好な切屑排出性も得られ、チゼル部１０付近に切屑が滞留することによる硬質皮膜の剥離も抑制することができる。その結果、チゼル部１０のチッピングや欠損を抑制することができる。
　チゼル部１０の長さである切屑排出溝７のギャッシュ８同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４を下回っても、切屑排出溝の容量が小さくなるために切屑排出性を損なうおそれがある。一方、比Ｌ／Ｄが０．０９０を上回ると、行き違った２つの切屑排出溝７のギャッシュ８同士の間に残されて薄肉となるチゼル部１０が長くなる。硬質皮膜が被覆されていてもエンドミル本体１の母材部分の強度が低下して欠損等を生じ易くなる。
　本実施形態において、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角も、大きすぎても小さすぎても硬質皮膜の剥離が生じやすくなる。そのため、上記した比Ｗ／Ｄおよび比Ｌ／Ｄに加えて、底刃５ａのすくい角を適切な範囲とすることも工具寿命を高める上で重要である。本実施形態では、底刃５ａのすくい角をネガ方向に大きくすることで刃物角を大きくし、回転速度が０に近く切削抵抗の大きなチゼル部の強度を向上させ、皮膜の剥離を抑制できる。かつ、底刃のすくい角を、ネガ方向において、ある程度の大きさ以下に抑えることで、切削抵抗が過大となることも抑えて、皮膜の剥離を抑制できる。
　また、上記構成のボールエンドミルにおいては、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角（真のすくい角）が－１５°～－３０°の範囲内と負角側に大きく設定されている。このため、チゼル部１０における底刃５ａの刃物角を大きく確保することができる。チゼル部１０は、切屑排出溝７のギャッシュ８のエンドミル回転方向を向く壁面８ａ（すくい面）と先端逃げ面６との交差稜線部である。チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａの上にも十分な厚さの硬質皮膜を被覆することが可能となるとともに、底刃５ａ自体の強度を向上させることができる。底刃５ａにチッピングや欠損等が発生するのを防止すること可能となる。
　ここで、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角が－１５°よりも正角側に大きいと、底刃５ａの刃物角を十分に確保することができなくなる。短時間の切削加工によって壁面８ａ（すくい面）が摩耗してすくい角が極端な負角となるために切削抵抗の増大を招くことになり、エンドミル本体１の回転駆動力も増大する。また、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角が－３０°よりも負角側に大きいと、切削加工の当初からの切削抵抗が大きくなりすぎてしまう。エンドミル本体１の回転駆動力が増大する結果となる。なお、底刃５ａのすくい角は、チゼル部１０から外周刃５ｂ側に向けては漸次変化していてもよい。外周刃５ｂ側の底刃５ａのすくい角は負角でもよいし、正角でもよい。
　さらに、本実施形態では、先端逃げ面６が、底刃５ａからエンドミル回転方向Ｔの反対側に向かうに従い逃げ角が大きくなる複数（２つ）の第１、第２逃げ面部６ａ、６ｂによって形成されている。このため、第１逃げ面部６ａによって底刃５ａの刃物角をさらに大きく確保して強度を一層向上させつつ、逃げ角の大きな第２逃げ面部６ｂによって切削抵抗の確実な低減を図ることができる。なお、第１逃げ面部６ａの逃げ角が小さすぎると加工面粗さが低下するので、第１逃げ面部６ａの逃げ角は５°～１０°の範囲内であることが好ましい。第１逃げ面部６ａの逃げ角は７°～１０°の範囲内であることが望ましい。また、第２逃げ面部６ｂの逃げ角は、１０°～２０°の範囲内であることが望ましい。
［第１実施例］
　（実施例１，２）
　次に、本発明の実施例を挙げて、特に本発明におけるチゼル部１０の幅Ｗ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄと、切屑排出溝７（ギャッシュ８）同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄの効果について実証する。本実施例では、上述した実施形態に基づいた底刃５ａの直径Ｄ（ｍｍ）が０．６ｍｍ、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角が－２０°のボールエンドミルにおいて、比Ｗ／Ｄを０．０２３、比Ｌ／Ｄを０．０７５としたボールエンドミルと、比Ｗ／Ｄを０．０４５、比Ｌ／Ｄを０．０７７としたボールエンドミルとを製造した。これらを順に実施例１、２とする。
　（実施例３，４）
　また、上述した実施形態に基づいた底刃５ａの直径Ｄ（ｍｍ）が０．６ｍｍのボールエンドミルにおいて、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角が－２５°であり、比Ｗ／Ｄを０．０４０、比Ｌ／Ｄを０．０５２としたボールエンドミルと、チゼル部１０においてチゼルエッジ１０ａが形成された範囲における底刃５ａのすくい角が－１５°であり、比Ｗ／Ｄを０．０４０、比Ｌ／Ｄを０．０５２としたボールエンドミルとを製造した。これらを順に実施例３、４とする。なお、これら実施例１～４のボールエンドミルでは、第１逃げ面部６ａの逃げ角は６°、第２逃げ面部６ｂの逃げ角は１４°であった。
　（比較例１～６）
　一方、これら実施例１～４に対する比較例として、実施例１、２と同じく底刃の直径Ｄ（ｍｍ）が０．６ｍｍ、チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における底刃のすくい角が－２０°のボールエンドミルを６本製造した。比較例のボールエンドミルは、比Ｗ／Ｄを０．０２０よりも小さい０．００７として比Ｌ／Ｄは０．０６７としたボールエンドミルと、比Ｗ／Ｄを０．０６０よりも大きい０．０７０として比Ｌ／Ｄは０．０５２としたボールエンドミルと、比Ｗ／Ｄは０．０４０として比Ｌ／Ｄを０．０１４よりも小さい０．０１０としたボールエンドミルと、比Ｗ／Ｄは０．０４０として比Ｌ／Ｄを０．０９０よりも大きい０．１００としたボールエンドミルと、比Ｗ／Ｄを０．０２０よりも小さい０．０１２として比Ｌ／Ｄは０．０４８としたボールエンドミルと、比Ｗ／Ｄを０．０２０よりも小さい０．００８として比Ｌ／Ｄは０．０２２としたボールエンドミルである。これらを順に比較例１～６とする。
　（比較例７）
　さらに、実施例１～４に対する比較例として、実施例１～４および比較例１～６と同じく底刃の直径Ｄ（ｍｍ）が０．６ｍｍのボールエンドミルにおいて、チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における底刃のすくい角が－５°であり、比Ｗ／Ｄを０．０４０として比Ｌ／Ｄは０．０５２としたボールエンドミルも製造した。これを比較例７とする。なお、これら比較例１～７のボールエンドミルにおいても、第１逃げ面部６ａの逃げ角は６°、第２逃げ面部６ｂの逃げ角は１４°であった。
　（切削試験および損傷観察）
　実施例１～４および比較例１～７のボールエンドミルにより、硬度６４ＨＲＣのＡＳＰ２３よりなる被削材に８ｍｍ×８ｍｍの正方形の底面を有する凹部を切削する切削加工を３０分間行い、その際のボールエンドミルの切削状況と損傷状況を観察した。切削条件は、エンドミル本体１の回転数４００００ｍｉｎ－１、回転速度７５ｍ／ｍｉｎ、切削速度８００ｍｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送り量０．０１ｍｍ／ｔ、軸方向切り込み深さ０．００５ｍｍ、半径方向切り込み深さ０．０１ｍｍで、クーラントとしてミストをブローして切削加工を行った。
　実施例１～４および比較例１～７のボールエンドミルでは、エンドミル本体の表面に共通組成の硬質皮膜を形成した。硬質皮膜としては、上述した特許第６４１０７９７号公報に記載されたもの（ＡｌＣｒＳｉＮ）を平均膜厚２μｍで被覆し、その上に保護皮膜として同じく特許第６４１０７９７号公報に記載されたもの（ＴｉＳｉＮ）を平均膜厚１μｍで被覆した。
　損傷観察の結果、比Ｗ／Ｄが０．０２０よりも小さい０．００７であった比較例１のボールエンドミル、比Ｗ／Ｄが０．０２０よりも小さい０．０１２であった比較例５のボールエンドミル、比Ｗ／Ｄが０．０２０よりも小さい０．００８であった比較例６のボールエンドミルでは、底刃の特にチゼル部にチッピングが生じていた。また、比Ｗ／Ｄが０．０６０よりも大きい０．０７０であった比較例２のボールエンドミルでは、切屑排出性が低下してエンドミル本体の回転駆動力が増大するとともに、被削材に形成された凹部の底面の加工面精度が悪化していた。
　比Ｌ／Ｄが０．０１４よりも小さい０．０１０であった比較例３のボールエンドミルでも、切屑排出性の低下によるエンドミル本体の回転駆動力の増大が認められた。比Ｌ／Ｄが０．０９０よりも大きい０．１００であった比較例４のボールエンドミルでは、底刃の特にチゼル部周辺における強度の低下によってエンドミル本体に欠損が発生しているのが認められた。
　また、チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における底刃のすくい角が－５°の比較例７のボールエンドミルでは、刃先強度が低下したために早期にチッピングが生じた。これら比較例１～７のボールエンドミルに対して、実施例１～４のボールエンドミルでは、底刃５ａを含めた切刃５のチッピングや欠損は認められず、安定した正常摩耗であった。
　（実施例５，６）
　次に、実施例１のボールエンドミルを基本として、第１逃げ面部６ａの逃げ角を３°としたボールエンドミルと、第１逃げ面部６ａの逃げ角を９°としたボールエンドミルとを製造した。これらを順に実施例５、６とする。実施例５、６のボールエンドミルと実施例１のボールエンドミルとにより、仕上げ加工における加工面粗さの評価として、上述した切削条件と同じ条件で切削加工を６０分行い、その際の被削材の凹部の底面の加工面粗さを測定した。
　その結果、実施例１、５、６のいずれのボールエンドミルでも、６０分加工後の被削材の加工面粗さＲｚ（μｍ）は０．３μｍ程度であった。第１逃げ面部６ａの逃げ角が３°の実施例５のボールエンドミルでは、送り速度が低くなる箇所で第１逃げ面部６ａが長く擦れて加工面が部分的に荒れている箇所があるのが認められた。一方、第１逃げ面部６ａの逃げ角が９°の実施例６のボールエンドミルでは、均一な加工面が形成されているのが認められた。従って、上述したように、第１逃げ面部６ａの逃げ角は５°～１０°の範囲内であることが望ましいことが分かる。第１逃げ面部６ａの逃げ角が７°～１０°の範囲であれば、加工面の品位をさらに高めることができる。
［第２実施例］
　（市販品との比較）
　さらに、実際の金型の加工を想定して、市場で流通している底刃の直径Ｄ（ｍｍ）が０．６ｍｍ、チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における底刃のすくい角が－１８°であり、比Ｗ／Ｄが０．０３５、比Ｌ／Ｄが０．０７０とされたＣＢＮボールエンドミルと、実施例１のボールエンドミルとを用いた切削試験と、摩耗量測定を行った。切削試験は、硬度６４ＨＲＣのＡＳＰ２３よりなる被削材に縦４ｍｍ、横７３ｍｍ、深さ１．５ｍｍで底面の隅部に半径０．５ｍｍの凹曲面を有するポケット形状の凹部を２つ仕上げ加工する切削加工を行い、その際の被削材の加工精度を１つ目と２つ目の凹部で比較する評価を行った。摩耗量測定は、切削加工後のボールエンドミルの逃げ面摩耗を測定した。
　なお、切削条件は、第１実施例の切削条件と同じく、エンドミル本体１の回転数４００００ｍｉｎ－１、回転速度７５ｍ／ｍｉｎ、切削速度８００ｍｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送り量０．０１ｍｍ／ｔ、軸方向切り込み深さ０．００５ｍｍ、半径方向切り込み深さ０．０１ｍｍで、クーラントとしてミストをブローして切削加工を行った。
　その結果、凹部の縦壁部の削り量は、実施例１のボールエンドミルでは、１つ目が０．０１２ｍｍであり、２つ目が０．０１４ｍｍであった。これに対し、ＣＢＮボールエンドミルでは、凹部の縦壁部の削り量は、１つ目が０．０１２ｍｍであり、２つ目は０．０１６ｍｍであった。また、１つ目と２つ目の凹部の底面の削り残し量の差は、実施例１のボールエンドミルでは、直線部と隅部で０．００１ｍｍであった。これに対し、ＣＢＮボールエンドミルでは、１つ目と２つ目の凹部の底面の削り残し量の差は、直線部で０．００２ｍｍ、隅部では０．００３ｍｍ～０．００５ｍｍであった。
　さらに、底面の加工面粗さは、実施例１のボールエンドミルでは、１つ目の加工面粗さＲｚ（μｍ）は０．５μｍ、２つ目の加工面粗さＲｚ（μｍ）が０．６９μｍであった。これに対し、ＣＢＮボールエンドミルでは、底面の加工面粗さは、１つ目の加工面粗さＲｚが０．６２μｍ、２つ目の加工面粗さＲｚが２．２０μｍであった。なお、逃げ面摩耗幅は、実施例１のボールエンドミルが０．０１７ｍｍであり、ＣＢＮボールエンドミルは０．０２９ｍｍであった。これらの結果より、本発明に係わる実施例１のボールエンドミルでは、市場に流通しているＣＢＮボールエンドミルと比べても遜色がない、あるいは優れた加工精度と耐摩耗性が得られていることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　１　エンドミル本体
　２　シャンク部
　３　切刃部
　４　テーパーネック部
　５　切刃
　５ａ　底刃
　５ｂ　外周刃
　６　先端逃げ面
　６ａ　第１逃げ面部
　６ｂ　第２逃げ面部
　７　切屑排出溝
　８　ギャッシュ
　８ａ　切屑排出溝７（ギャッシュ８）のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面（底刃５ａの
すくい面）
　９　外周逃げ面
　１０　チゼル部
　１０ａ　チゼルエッジ
　Ｏ　エンドミル本体１の軸線
　Ｔ　エンドミル回転方向
　Ｄ　軸線Ｏ回りの回転軌跡において底刃５ａがなす凸半球面の直径
　Ｗ　チゼル部１０の幅
　Ｌ　切屑排出溝７（ギャッシュ８）同士の行き違い量

Claims (3)

  1. 　軸線回りにエンドミル回転方向に回転させられるエンドミル本体と、前記エンドミル本体の少なくとも先端部の表面に被覆される硬質皮膜とを備えるボールエンドミルであって、
    　前記エンドミル本体の先端部外周に、前記エンドミル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる２つの切屑排出溝が前記軸線に関して回転対称に形成され、
    　前記２つの切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面と、前記先端逃げ面とのそれぞれの交差稜線部に、前記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する凸半球面状の底刃が形成されており、
    　前記軸線回りの回転軌跡において前記底刃がなす凸半球面の直径Ｄ（ｍｍ）が２ｍｍ以下であり、
    　前記切屑排出溝は、前記軸線方向先端側から見て、該軸線を間にして互いに重なり合うことなく反対側に行き違っていて、行き違った前記切屑排出溝同士の間に残されたチゼル部の幅Ｗ（ｍｍ）の前記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｗ／Ｄが０．０２０～０．０６０の範囲内とされるとともに、前記切屑排出溝同士の行き違い量Ｌ（ｍｍ）の前記直径Ｄ（ｍｍ）に対する比Ｌ／Ｄが０．０１４～０．０９０の範囲内とされ、
    　前記チゼル部においてチゼルエッジが形成された範囲における前記底刃のすくい角が－１５°～－３０°の範囲内とされていることを特徴とするボールエンドミル。
  2. 　前記先端逃げ面は、前記底刃からエンドミル回転方向の反対側に向かうに従い逃げ角が大きくなる複数の逃げ面部によって形成されてい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. 　前記先端に外面は、前記底刃からエンドミル回転方向の反対側に向かって並ぶ第１逃げ面部と第２逃げ面部とを有し、
    　前記第１逃げ面部の逃げ角は、５°以上１０°以下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。
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