JP2004223633A

JP2004223633A - 小径ボールエンドミル

Info

Publication number: JP2004223633A
Application number: JP2003012460A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Akamatsu; 猛史赤松
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】小径ボールエンドミルにおいてビビリ、振動を抑制し、切屑処理を適切に行い、切屑の噛み込みを抑制し安定した加工ができる小径ボールエンドミルを提供することを目的とする。
【解決手段】刃径が３ｍｍ以下のボールエンドミルにおいて、該エンドミルのヒール段差を刃径１の５％〜１２．５％、該エンドミル外周逃げ面の落ち量を同一軸直角断面における該ヒール段差の５０％以下、としたことを特徴とする小径ボールエンドミルである。態様として、該ヒール段差をエンドミル先端側から刃元側に向かって漸次小さくし、該ヒール段差面が、エンドミル軸直角断面視で、該エンドミルの中心と該外周刃３の刃先を通る基準線に対し３０°以下の角度、とし小径ボールエンドミルであり、該エンドミル外周刃のバックテーパを片角で３°〜２０°、とした小径ボールエンドミルである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、隅部加工、削り残し部の加工等に用いる小径ボールエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型の加工においては、３次元形状の加工は多く存在し、ボールエンドミルが多く用いられ、特に、最終加工に当たるリブ溝加工や深い部分の隅部加工、削り残し加工等の仕上げ加工においては、エンドミル刃径が３ｍｍ以下の小径ボールエンドミルが用いられている。小径ボールエンドミルは、小径ゆえに工具突き出し量が長く、又、被加工物とのクリアランスが狭い閉鎖域で使用するため、切削中の切屑詰まり、たわみ、ビビリ、振動等によってチッピングや欠損を引き起こし、最終的には折損に至ってしまうことが多々あった。
【特許文献１】特開平１１−１１４７１７号公報（第３頁、図１）
【０００３】
特許文献１記載のボールエンドミルは、ボールエンドミルのボール部の切屑排出性を、切屑ポケットを大きくとりながらも工具剛性の低下を招かないように工夫し、Ｕ溝加工のように切屑が詰まりやすい加工に対しても効果的である、と記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
小径ボールエンドミルを用い、リブ溝加工や深い部分の隅部加工、削り残し部の加工を行う場合の課題は以下の通りである。
１）切り込み量、送り量が小さいので、切屑自体が非常に細かい。
２）工具突出し量が長いので、エンドミルのたわみが大きく、切削中にビビリ、振動を生じやすく、更に、他の要因により切削抵抗等が増大するとビビリ、振動を誘発する。
３）他の要因の一つは、細かい切屑のため、エンドミルと被加工物とのクリアランスが狭く、切削中の切屑の逃げ場が少なく、切屑がエンドミルと被加工物との間で噛み込みやすい。
４）切屑が噛み込むと、ビビリ、振動が誘発され、更なるビビリ、振動を生じ、刃先がチッピングしやすく、ひいては折損を引き起こす。
【０００５】
【本発明の目的】
本願発明は、小径ボールエンドミルにおいてビビリ、振動を抑制し、切屑の噛み込みを抑制し安定した加工ができる小径ボールエンドミルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、刃径が３ｍｍ以下のボールエンドミルにおいて、該エンドミルのヒール段差を刃径の５％〜１２．５％、該エンドミル外周逃げ面の落ち量を同一軸直角断面における該ヒール段差の５０％以下、としたことを特徴とする小径ボールエンドミルである。態様として、該ヒール段差をエンドミル先端側から刃元側に向かって漸次小さくし、該ヒール段差面が、エンドミル軸直角断面視で、該エンドミルの中心と該外周刃の刃先を通る基準線に対し３０°以下の角度、とし小径ボールエンドミルであり、該エンドミル外周刃のバックテーパを片角で３°〜２０°、とした小径ボールエンドミルである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本願発明は、上記課題で説明した切屑の噛み込みを減少させるため、ボールエンドミルの外周刃の切屑排出溝のヒール部に着目した。第１に、ヒール段差を刃径の５％〜１２．５％、とし、切屑の流動を抑制する。隅部加工、削り残し部の加工等では、一度排出した切屑がエンドミルと被加工物との間に噛み込む現象が起こるが、ヒール段差を刃径の５％〜１２．５％と設定することにより、ヒール段差の面が壁となり、切屑が外周逃げ面へ流動することを抑制することができ、切屑の噛み込みが低減できる。ヒール段差が刃径の５％未満では切屑が逃げ面側へ流動する量が多くなり、噛み込みを引き起こし易く、１２．５％を越えると、外周刃の強度不足から切削中に欠損を引き起こす恐れがあると共に、エンドミルの剛性面で重要な心厚が小さく設定せざる得ないからである。第２に、切屑の移動を低減するには、該ヒール段差面を、エンドミル軸直角断面視で、該エンドミルの中心と該外周刃の刃先を通る基準線に対し３０°以下の角度に設ける。３０°以下の角度とすることにより、ヒール段差の面による壁の効果を向上させ、切屑が外周逃げ面へ流動することを抑制することができ、切屑の噛み込みが抑制できる。３０°よりも大きくなるとヒール段差の面による壁の効果が小さくなり、５°よりも小さい角度では切れ刃の強度が懸念されることから、好ましくは５°〜３０°、更に好ましくは５°〜２５°である。
【０００８】
第３に、外周刃のヒール段差がエンドミル軸方向刃元側に向かって、漸次小さくなるようにしたのは、先端側のヒール段差は大きい方がチップポケットが大きく確保でき、刃元側のヒール段差は、刃元部付近で切屑が生成されることはほとんどないため、ヒール段差をあえて大きくする必要はなく、小さい方がエンドミル軸直角断面積が得られることから、剛性面を考慮したものである。更に、ヒール段差のエンドミル先端側と刃元側の差は、刃径の１．５％以上である。１．５％未満では、外周刃のバックテーパにより、刃元側の断面積が小さくなり、断面剛性が小さくなるためであり、更に好ましくは、ヒール段差の最大と最小の差は刃径の３％以上である。
【０００９】
第４に、外周逃げ面の落ち量をヒール段差の５０％以下、としたのは、切屑が広く分散することになり、集中的に逃げ面側へ流動することを防ぎ、ヒール段差を大きく設定したこととの相乗効果で、切屑の噛み込みが格段に減少できる。好ましくは３５％以下である。ここで、外周逃げ面の落ち量とは、エンドミル軸直角断面におけるエンドミル刃径円と、外周逃げ面の終点、即ち、ヒール部との幅のことである。
【００１０】
第５に、外周刃のバックテーパを片角で３°〜２０°とし、エンドミルと被加工物との間のクリアランスを拡げ、又、加工中に被加工物と接触する外周刃の長さを短くし、切削抵抗を減少させ、ビビリ、振動の発生を抑制することができる。バックテーパの片角が３°よりも小さいと、外周刃が被加工物の加工面と接触する長さが長くなり、切削抵抗の減少効果が少なく、ビビリ、振動が発生し易く、２０°を越えると、エンドミルと被加工物との間のクリアランスが大きくなり、一度排出された切屑を噛み込み易く、更には、刃径と比較して首径が小さくなりすぎ、折損の起点となり易いと共に、たわみが増大し、ビビリ、振動がかえって大きくなるため、３°〜２０°とした。好ましくは、３°〜１０°である。以下、実施例により本願発明を具体的に説明する。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
図１〜図３は本発明例１を示し、図１より、本発明例１は、超硬合金製の刃径１が１．０ｍｍ、シャンク径が６ｍｍ、刃数が２枚、外周ねじれ角が３０°、刃長０．８ｍｍで、首部２が片角１°のテーパとなった首下長１６ｍｍのペンシルネックタイプの小径ボールエンドミルである。図２より、ヒール段差５は、エンドミル刃径１の７．５％の０．０７５ｍｍ、図３より、ヒール段差５が４％の０．０４ｍｍである。
【００１２】
本発明例１を用いて、被削材にＳＫＤ６１（ＨＲＣ５２）を用い、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、深さ１６ｍｍ、側壁に１°の傾斜を有するポケット形状の底面隅部の削り残し及び一般に「玉ぶち加工」と呼ばれる半径０．５ｍｍの円弧溝の加工を、回転数１３０００ｍｉｎ^−１、送り速度７８０ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量はエンドミル軸方向に０．０１５ｍｍ／回とし、水溶性の切削液を用いて湿式による等高線切削を行い、加工状態と工具摩耗の観察を行った。その結果、本発明例１は、隅部から「玉ぶち加工」まで、極めて安定した加工状態であり、切削加工後の工具摩耗も僅かで、正常な摩耗形態であった。隅部及び「玉ぶち加工」の面とも、切屑の凝着、ビビリ、振動による面性状の荒れもなく、極めて良好な加工面であった。
【００１３】
（実施例２）
本発明例１と同仕様で、比較例２として刃先側のヒール段差が刃径の２．５％の０．０２５ｍｍ、本発明例３として同５％の０．０５ｍｍ、本発明例４として同１０％の０．１ｍｍ、本発明例５として同１２．５％の０．１２５ｍｍ、比較例６として同１５％の０．１５ｍｍを製作した。尚、所定のヒール段差を得るために、比較例６のみ、心厚が刃径の６５％になり、外周逃げ面の落ち量は０．０２５ｍｍとしているから、各試料の落ち量は、ヒール段差の１００％、５０％、２５％、２０％、１６．７％である。上記試料を実施例１と同様の切削テストを行った。その結果、本発明例３〜５は、隅部から「玉ぶち加工」までの加工終了後も、切削可能な状態であり、特に本発明例４、５は、本発明例１と同様、安定した加工状態であり、隅部及び「玉ぶち加工」の面も、切屑の凝着及びビビリ、振動による面性状の荒れもなく、極めて良好な加工面であり、本発明例３は、加工面に切屑の噛み込みによる切屑の凝着が僅かに認められた。比較例２は、切屑の噛み込みによりビビリ、振動を生じ、底面隅部の削り残し加工終了時点で、ボール刃と外周刃との繋ぎ部付近の外周刃側にに切屑のこすれによる異常摩耗、チッピングが認められ、「玉ぶち加工」終了時点では、すでに切削できる状態ではなかった。比較例６は、剛性不足によりビビリ、振動を生じ、外周刃の剛性が弱く、隅部の削り残し加工終了時点で、ボール刃と外周刃との繋ぎ部付近の外周刃側が大きく欠損しており、寿命となった。
【００１４】
（実施例３）
本発明例１と同仕様で、本発明例７として、ヒール段差の面の角度が５°、本発明例８として同１０°、本発明例９として同１５°、本発明例１０として同２０°、本発明例１１として同２５°、本発明例１２として同３０°、本発明例１３として同３５°であるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様の切削テストを行った。その結果、本発明例７〜１３は、隅部から「玉ぶち加工」までの加工終了後も、切削可能な状態であり、本発明例７〜１２は、本発明例１と同様、安定した加工状態である。隅部及び「玉ぶち加工」の面は、切屑の凝着、ビビリ、振動による面性状の荒れもなく、極めて良好な加工面であったが、本発明例１１では加工面に切屑の噛み込みによる切屑の凝着が僅かに認められ、本発明例１２では切屑の凝着が増加していた。
【００１５】
（実施例４）
本発明例１と同仕様で、エンドミル先端側のヒール段差が刃径の７％の０．０７ｍｍとし、本発明例１４としてヒール段差をエンドミル先端側から刃元側へ漸次小さく変化させず一定とし、刃元側のヒール段差が０．０７ｍｍでヒール段差の最大と最小の差が刃径の０％、本発明例１５としてヒール段差をエンドミル先端側から刃元側に向かって漸次小さくし、刃元側のヒール段差が０．０６５ｍｍでヒール段差の最大と最小の差が刃径の０．５％、本発明例１６として同０．０６ｍｍで１％、本発明例１７として同０．０５５ｍｍで１．５％、本発明例１８として同０．０５ｍｍで２％、本発明例１９として同０．０４ｍｍで３％、本発明例２０として同０．０２ｍｍで５％の小径ボールエンドミルを製作し、実施例１と同様の切削テストを行った。その結果、本発明例１４〜２０は、隅部から「玉ぶち加工」までの加工終了後も、切削可能な状態であり、特に本発明例１９、２０は、本発明例１と同様、安定した加工状態であり、隅部及び「玉ぶち加工」の面も、切屑の凝着及びビビリ、振動による面性状の荒れもなく、極めて良好な加工面であった。本発明例１７、１８では隅部コーナ部で僅かにビビリ、振動が発生し、本発明例１５、１６では、このビビリ、振動が若干大きくなり、本発明例１４では、隅部コーナ部以外でもビビリ、振動が発生した。
【００１６】
【発明の効果】
本願発明を適用することにより、小径ボールエンドミルにおいて、ビビリ、振動を抑制しつつ、切屑処理を適切に行い、切屑の噛み込みを抑制し、安定した加工ができる小径ボールエンドミルを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例の側面図を示す。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示す。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ断面図を示す。
【符号の説明】
１刃径
２首部
３外周刃
４バックテーパの片角
５ヒール段差
６外周刃のすくい角
７外周逃げ面の落ち量
８ヒール段差の面
９ヒール段差の面の角度
１０背面
１１心厚
１２肉厚

Claims

刃径が３ｍｍ以下の小径ボールエンドミルにおいて、該エンドミルのヒール段差を刃径の５％〜１２．５％、該エンドミル外周逃げ面の落ち量を同一軸直角断面における該ヒール段差の５０％以下、としたことを特徴とする小径ボールエンドミル。
請求項１記載の小径ボールエンドミルにおいて、該ヒール段差をエンドミル先端側から刃元側に向かって漸次小さくし、該ヒール段差面が、エンドミル軸直角断面視で、該エンドミルの中心と該外周刃の刃先を通る基準線に対し３０°以下の角度、としたことを特徴とする小径ボールエンドミル。
請求項１又は２記載の小径ボールエンドミルにおいて、該エンドミル外周刃のバックテーパを片角で３°〜２０°、としたことを特徴とする小径ボールエンドミル。