JP2009241190A - Ｃｂｎラジアスエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＢＮラジアスエンドミルの底刃とラジアス刃の境界部を強化して同エンドミルの寿命を向上させることを課題としている。
【解決手段】本体部２の先端にＣＢＮ焼結体１を接合してそのチップに切れ刃３を形成したＣＢＮラジアスエンドミルに、すくい角が−３０°〜−５０°に設定され、かつ、くさび角が切れ刃３の各部で一定しているネガランド７をすくい面４上に切れ刃の全域に沿って形成し、さらに、底刃３ａとラジアス刃３ｃとの間に、すきま角γ０が底刃のすきま角γ１よりも小さく、かつ、０．５°≦γ０≦２°の条件を満たす繋ぎ刃３ｂを形成した。
【選択図】図５

Description

この発明は、焼入れ鋼等の中硬度材から高硬度材の加工や金型表面などの仕上げ加工に利用する寿命を向上させたＣＢＮラジアスエンドミルに関する。ここでいうＣＢＮラジアスエンドミルとは、切れ刃をＣＢＮ焼結体（立方晶窒化硼素焼結体）で構成したエンドミルを指す。

ＣＢＮラジアスエンドミルの従来技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。同文献に開示されたラジアスエンドミルは、切れ刃を底面視において軸対称形のねじれた刃にし、その切れ刃に沿ってすくい面に負の角度のチャンファ（この発明で言うネガランド）を形成している。

上記のチャンファは、刃先を強化するものであって、ＣＢＮ焼結体を切れ刃材料として用いた工具では、その有効性が顕著である。また、チャンファによる刃先強化を施しても、切削時の切り込み量を大きくとることができず、ねじれ刃にする効果があまり見られない。表面に硬質被膜を設けた超硬合金製のエンドミルでの高硬度材の加工では低切り込みにおいても寿命が短く、切れ刃の損傷により加工面が粗くなりがちであることから、その対策としてＣＢＮエンドミルが開発されてきたが、底刃の外端に１／４円弧のラジアス刃（コーナ刃）を連ならせ、さらに、ラジアス刃の外端に外周刃を連ならせたＣＢＮラジアスエンドミルについては、上記のチャンファによる刃先強化を施しても、期待するほどの寿命が得られないことがある。
特開２００５−１１８９６０号公報

ＣＢＮラジアスエンドミルによる加工、中でも平面の加工では特に、切れ刃のラジアス刃と底刃の境界部が損傷しやすく、それが寿命向上の妨げとなっている。平面の加工ではラジアス刃と底刃の境界部に負荷が集中し、そのために、境界部に擦り摩耗やチッピングが発生し、それが起点になって切れ刃が損傷してエンドミルの寿命が短縮される。

そこで、切れ刃部に付すネガランド（チャンファ）のすくい角について最適化を試みたが、ネガランドの設置による刃先強化の効果には限界があり、ネガランドすくい角の最適化だけでは境界部の損傷を抑制することができなかった。

この発明は、ＣＢＮラジアスエンドミルの底刃とラジアス刃の境界部の耐欠損性と耐摩耗性を高めて同エンドミルの寿命を向上させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、本体部の先端にＣＢＮ焼結体を接合し、そのＣＢＮ焼結体に切れ刃を形成したＣＢＮラジアスエンドミルにおいて、すくい角θｎが−３０°≦θｎ≦−５０°に設定され、かつ、くさび角θｔが切れ刃の各部で一定しているネガランドをすくい面上に切れ刃の全域に沿って形成し、さらに、前記切れ刃の底刃とラジアス刃との間に、すきま角γ０が底刃のすきま角γ１よりも小さく、かつ、０．５°≦γ０≦２°の条件を満たす繋ぎ刃を形成した。

このＣＢＮラジアスエンドミルは、前記繋ぎ刃の幅Ｗを０．０２５Ｄ≦Ｗ≦０．３Ｄ（Ｄはエンドミルの有効部径）の範囲に設定したものや、切れ刃をねじれのない切れ刃として構成したものが好ましい。また、繋ぎ刃は、直線形状、円弧形状或いは複数の直線と円弧が組み合わされた形状の刃として構成されていても構わない。

また、前記くさび角θｔを、１００°≦θｔ≦１２５°の範囲の一定値に設定したものが好ましい。

この発明のラジアスエンドミルは、切れ刃の全域に沿ってすくい面上に設けるネガランドのすくい角θｎを−３０°〜−５０°の範囲に設定しており、このネガランドの適正化により、切れ刃が強化される。また、ネガランドすくい角の適正化のみによる対応では底刃とラジアス刃の境界部の損傷に問題が残るが、この発明では、底刃とラジアス刃の間に底刃のすきま角γ１よりも小さいすきま角γ０を有する繋ぎ刃を形成したので、平面の加工で負荷の集中し易い領域の面積が広がり、負荷が分散されて底刃とラジアス刃の境界部の損傷抑制が期待できる。

また、ねじれのない切れ刃にしたことと、くさび角θｔを切れ刃の各部で一定させたことによって底刃とラジアス刃と外周刃が連続的に滑らかにつながり、ラジアス精度（ラジアス刃の形状精度）が向上する。

なお、ネガランドのすくい角θｎは、刃先部の耐欠損性と切れ味のバランスを考えて設定した値である。そのネガランドの負のすくい角を−３０°よりも大きくすることでネガランドによる刃先強化の効果を十分に得ることができ、また、その負のすくい角を−５０°よりも小さくすることで切れ味の悪化を抑制することができる。

また、繋ぎ刃のすきま角γ０を０°より若干大きくすることにより、繋ぎ刃と底刃の接続を滑らかにすることができ、さらに、繋ぎ刃によるワイパー効果が期待でき、加工面の面粗さを向上させることができる。繋ぎ刃のすきま角γ０は０．５°〜２°に設定するのが好ましい。
境界部の損傷は、底刃のすきま角（図５のγ１）を、０．５°≦γ１≦２°にする方法でも抑制することができるが、この方法では切削付加が過大になり、加工時にいわゆるビビリ振動が生じて工具の寿命低下につながる。繋ぎ刃

前記繋ぎ刃の幅Ｗを０．０２５Ｄ≦Ｗ≦０．３Ｄに設定したものは、仕上げ加工で一般的に採用される１刃当たりの送り量よりも幅Ｗが大の条件を維持でき、その条件を維持することで繋ぎ刃によるワイパー効果が得られるため、加工面の面粗さの向上も期待できる。０．０２５Ｄ≦Ｗ≦０．３Ｄの数値範囲は、一般的に採用される加工条件から求まる数値である。

切れ刃をねじれのない切れ刃として構成したものは、ネガランドをつけるときの加工性に優れ、ラジアス精度の確保が容易である。

また、くさび角θｔを１００°以上とすることで刃先部の強度を不足なく確保することができ、くさび角θｔを１２５°以下とすることで刃先部の適切な切れ味を確保することができる。

以下、添付図面の図１〜図６に基づいて、この発明のＣＢＮラジアスエンドミルの実施の形態を説明する。図１〜図４の１は、ＣＢＮ焼結体である。このＣＢＮ焼結体１は、素材製造時にＣＢＮと一体化した超硬合金の台金１ａを有しており、その台金１ａが本体部２の先端に鑞付けされてＣＢＮ焼結体１が本体部２に接合されている。本体部２は、その本体部よりも大径のシャンク（図示せず）を後部に有する。なお、ＣＢＮ焼結体１は、ＣＢＮ含有率が４０〜９５％で残部結合層の組成のものを使用した。

ＣＢＮ焼結体１には、中心対称形状の底面視（図４参照）でねじれの無い２枚の切れ刃３と、各切れ刃のすくい面４と、切屑ポケット５と、逃げ面６と、ネガランド７が設けられている。

切れ刃３は、底刃３ａ、繋ぎ刃３ｂ、１／４円のラジアス刃３ｃ、外周刃３ｄの４つの部位によって構成されている。繋ぎ刃３ｂはこの発明を特徴づける要素のひとつであって、底刃３ａとラジアス刃３ｃとの間に形成されている。この繋ぎ刃３ｂの図５に示したすきま角γ０は、底刃３ａのすきま角γ１よりも小さく、０．５°〜２°の範囲に設定される。また、図５に示した繋ぎ刃３ｂの幅Ｗは、０．０２５Ｄ≦Ｗ≦０．３Ｄ（Ｄ＝エンドミルの有効部径）の条件を満たすように設定される。

外周刃３ｄは、ラジアス刃３ｃの外端に連なっている。この外周刃３ｄには、必要に応じてバックテーパがつけられる。

ネガランド７は、すくい面４上に切れ刃３の全域に沿って形成されている。このネガランド７の図６に示したすくい角θｎは−３０°〜−５０°の範囲の一定値に設定されており、また、くさび角θｔも、切れ刃の全域において一定した値に設定されている。このくさび角θｔは、逃げ面６の逃げ角をθｒとすると、θｔ＝（９０°−θｒ＋θｎ）の式で求まる。図６のＮｔは、すくい面の芯上がり量である。逃げ角θｒの最適値は、１５°〜２０°である。

切れ刃３の刃先、すなわち、ネガランド７と逃げ面６が交わった位置の稜線は工具底面視（図４）でほぼ工具中心Ｏを通る線上にあり、ラジアス刃３ｃの工具正面図（図２）における形状がワークにそのまま転写される。従って、３次元加工ではラジアス精度（ラジアス刃３ｃの形状精度）が高いことが要求される。

その要求に応えるために、ネガランド７のすくい角θｎと、くさび角θｔを一定させている。こうすることで、底刃３ａ、繋ぎ刃３ｂ、ラジアス刃３ｃ及び外周刃３ｄが滑らかにつながって形状精度が高まる。

平面加工では、１刃当たりの工具送り量を繋ぎ刃３ｂの幅Ｗよりも小さく設定することで繋ぎ刃３ｂによるワイパー効果（ラジアス刃３ｃの加工で生じた送りマークの山を繋ぎ刃３ｂが削り取る）を得て加工面の面粗さを向上させることができる。

この発明の効果を確認するために、表１に示す試料１No.〜試料No.５のＣＢＮラジアスエンドミルを試作して性能評価試験を行なった。各試料は、有効部径：φ２ｍｍ、ラジアス径Ｒ０．５ｍｍ、首下長：６ｍｍ、シャンク直径：φ４ｍｍ、底刃すきま角γ１＝５°であり、以上の諸元は共通し、ネガランドすくい角と、逃げ角と、繋ぎ刃の有無などが異なったものになっている。試料No.１〜３は、すきま角γ０＝０．５°、幅Ｗ＝０．１ｍｍの繋ぎ刃を有する。また、試料No.４，５にはその繋ぎ刃がない。

これらの試料をマシニングセンターの主軸に装着して被削材を加工した。加工条件は、
被削材：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）
切削条件 最大実切削速度：Ｖｃ１２６ｍ／ｍｉｎ（回転数ｎ＝２０，０００ｍｉｎ^{− １}）、
１刃当たりの送りｆｚ：０．０１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ（送り速度Ｖｆ＝４００
ｍｍ／ｍｉｎ）、軸方向切り込み量ａｐ＝０．０３ｍｍ、ピックフィードａ ｅ＝０．７ｍｍ、オイルミスト使用。
加工形態：平面加工
である。

評価は、切削長３．５ｍおよび１０．５ｍの時点で切れ刃の損傷状況を確認して行なった。その結果、試料No.１，２の発明品は、切削長３．５ｍ時、１０．５ｍ時とも切れ刃が健在で切れ刃の摩耗量は少なかった。特に、試料No.２は、１０．５ｍ切削時も切れ刃は初期状態に近い性状を保っていた。

これに対し、試料No.３は、切削長３．５ｍでは特に問題はなかったが、切削長１０．５ｍの段階ではラジアス刃と繋ぎ刃との境界部近傍のすくい面にクレータ摩耗が発生していた。その摩耗は、ネガランドの負のすくい角が過大であることが原因であると考えられる。また、試料No.４は、切削長１０．５ｍの段階でラジアス刃と繋ぎ刃との境界部の切れ刃が大きく欠けていた。その原因は、繋ぎ刃が無いからである。さらに、試料No.５は、切削長７ｍで切れ刃が大きく破損して切削を中止せざるを得なかった。これは繋ぎ刃が無いことに加えて逃げ角が試料No.４よりも大きくて逃げ面側の強度が不足しており、それが原因であると考えられる。

この試験結果からわかるように、この発明のラジアスエンドミルは、切れ刃の全域に沿ってすくい面上に設けるネガランドの適正化と繋ぎ刃の設置によって切れ刃の耐欠損性が向上し、寿命が長くなる。また、繋ぎ刃によるワイパー効果によって加工面の面粗さも向上する。

この発明のＣＢＮラジアスエンドミルの実施形態の要部を示す斜視図 図１のラジアスエンドミルの要部の正面図 図１のラジアスエンドミルの要部の側面図 図１のラジアスエンドミルの底面図 繋ぎ刃を模式化して示す図 図２のＸ−Ｘ線に沿った部分の拡大断面図

符号の説明

１ ＣＢＮ焼結体
１ａ 台金
２ 本体部
３ 切れ刃
３ａ 底刃
３ｂ 繋ぎ刃
３ｃ ラジアス刃
３ｄ 外周刃
４ すくい面
５ 切屑ポケット
６ 逃げ面
７ ネガランド
γ０、γ１ すきま角
Ｏ 工具中心
θｎ ネガランドのすくい角
θｔ くさび角
θｒ 逃げ角
Ｗ 繋ぎ刃の幅
Ｒ ラジアスサイズ

Claims (4)

1. 本体部（２）の先端にＣＢＮ焼結体（１）を接合し、そのＣＢＮ焼結体（１）に切れ刃（３）を形成したＣＢＮラジアスエンドミルにおいて、すくい角θｎが−３０°≦θｎ≦−５０°に設定され、かつ、くさび角θｔが切れ刃の各部で一定しているネガランド（７）をすくい面（４）上に切れ刃（３）の全域に沿って形成し、さらに、前記切れ刃（３）の底刃（３ａ）とラジアス刃（３ｃ）との間に、すきま角γ０が底刃（３ａ）のすきま角γ１よりも小さく、かつ、０．５°≦γ０≦２°の条件を満たす繋ぎ刃（３ｂ）を形成したことを特徴とするＣＢＮラジアスエンドミル。
2. 前記切れ刃（３）を、ねじれのない切れ刃として構成した請求項１に記載のＣＢＮラジアスエンドミル。
3. 繋ぎ刃（３ｂ）の幅Ｗを、０．０２５Ｄ≦Ｗ≦０．３Ｄ（Ｄ＝エンドミルの有効部径）の範囲に設定した１又は２に記載のＣＢＮラジアスエンドミル。
4. 前記くさび角θｔを、１００°≦θｔ≦１２５°の範囲の一定値に設定した請求項１又は２に記載のＣＢＮラジアスエンドミル。

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