JP4884742B2

JP4884742B2 - 穴加工工具

Info

Publication number: JP4884742B2
Application number: JP2005289710A
Authority: JP
Inventors: 正治滝口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-10-03
Also published as: CN101282809A; JP2007098496A; CN101282809B

Description

本発明は、例えば被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、下穴の内壁面を切削加工するリーマ等の穴加工工具に関する。

この種の穴加工工具としては、例えば特許文献１に記載されているように、軸線回りに回転される長尺円柱状のシャンク部と、このシャンク部の先端側に形成された刃先部とを有し、刃先部外周部に軸線方向後端側に向かって延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面の先端外周側の稜線部に切刃が形成されたリーマが知られている。

この穴加工工具は、例えば特許文献２に開示されているような切削工具に装着されて使用されるものであり、この切削工具が工作機械等に主軸端に装着されて、軸線回りに回転されるとともに、被切削材の下穴、例えば、ステムガイド穴やエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴等に挿入され、この下穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。

このようなリーマにおいては、シャンク部に、切削油剤を刃先部へと供給するためのクーラント供給孔がシャンク部を貫通するように形成されており、刃先部に、前記クーラント供給孔に連通する連通孔と、この連通孔から切屑排出溝の溝底部に向けて延びる吐出孔とが形成されている。
切削油剤を、クーラント供給孔及び連通孔を介して吐出孔から吐出することにより、被切削材の下穴に切削油剤が供給され、刃先部に形成された切刃が下穴の内壁面に切り込む際の切削抵抗を小さくなり、リーマのビビリが抑えられて加工穴を精度良く形成することができるとともに、切刃の早期摩耗が抑制され、このリーマの寿命延長を図ることができる。

また、切刃が形成される刃先部を硬質な超硬合金で構成し、この超硬合金製の刃先部を、鋼材で構成したシャンク部の先端にろう付けにて接合したリーマや、シャンク部を超硬合金製として前記刃先部とともに一体焼結によって成形したリーマが提供されている。（特許文献１参照）

これらのリーマでは、硬質な超硬合金で構成された刃先部によって被切削材に形成された下穴の内壁面を切削加工するため、耐摩耗性が向上してこのリーマの寿命延長を図ることができるものである。
特開２０００−２６３３２８号公報特開２００２−５９３１３号公報

しかしながら、超硬合金製の刃先部を、鋼材で構成されたシャンク部先端にろう付けにて接合したリーマにおいては、超硬合金の熱膨張率が約５．０×１０^６／℃であり、鋼材の熱膨張率が約１２．１×１０^６／℃であって大きく異なるため、刃先部とシャンク部とをろう付けした際に大きなひずみが発生して、リーマが湾曲してしまうことがあった。また、ろう付けした部分において、ろう付け時の熱影響により鋼材の強度が低下し、リーマ全体の剛性が不足してしまい、高速回転時に振れが生じてしまうことがあった。このため、この構成のリーマでは、加工穴を精度良く形成できないといった問題があった。
さらに、径が１０ｍｍ以下である小径のリーマでは、鋼材で構成された長尺のシャンク部に貫通したクーラント供給孔を形成することは非常に困難であり、リーマを安定して製造することができないことがあった。

一方、シャンク部及び刃先部をともに超硬合金で構成して一体焼結により成形するものでは、超硬合金原料の押し出し成形により刃先部からシャンク部まで一体にリーマ形状とした後に焼結するので、小径のリーマであってもクーラント供給孔を形成することが比較的容易である。しかし、超硬合金原料に押し出し加工等を行うことによりリーマ形状を成形しているので、シャンク部及び刃先部とを貫通する同一径の貫通孔が形成されることになる。よって、シャンク部のクーラント供給孔と刃先部の連通孔とが同一径のものしか製造できないため、切削油剤を被切削材に向けて十分供給できないことがあった。

また、比較的硬質な被切削材を切削する場合には、刃先部をさらに硬質な超硬合金で構成する必要があるが、一体焼結する場合には、シャンク部までさらに硬質な超硬合金で構成されることになるため、このリーマの製作コストが高くなってしまうといった問題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、被切削材の硬度等に応じた超硬合金で構成された刃先部を備え、十分な剛性を有するとともに切削油剤を被切削材に向けて確実に供給して、被切削材を精度良く効率的に切削でき、しかも、低コストで製作することができる穴加工工具を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、この発明は、シャンク部の先端に、切刃を有する刃先部が備えられた穴加工工具であって、超硬合金により構成された前記シャンク部の先端に、前記シャンク部を構成する超硬合金よりも硬質な超硬合金で構成された前記刃先部がろう付けにて接合され、しかも、前記シャンク部を構成する超硬合金の平均粒径が前記刃先部を構成する超硬合金の平均粒径よりも大に設定されていることを特徴としている。

この構成の穴加工工具では、シャンク部と刃先部とがともに超硬合金で構成されているので、これらの熱膨張係数が略同一であり、ろう付けの際に大きなひずみが発生することがなく、穴加工工具の湾曲を防止することができる。また、ろう付けした部分において、ろう付け時の熱影響による強度低下がないために、この穴加工工具の剛性を確保できるしたがって、この穴加工工具を高速回転した際の振れが抑えられ、加工穴を精度良く形成することができる。

また、シャンク部と刃先部とが別々に成形されているので、シャンク部のクーラント供給孔及び刃先部の連通穴をそれぞれ所望の径とすることができ、これらクーラント供給孔及び連通穴を介して、切削油剤を確実に被切削材へと供給したりすることができる。
さらに、刃先部の超硬合金とシャンク部の超硬合金とをそれぞれの用途に合わせたものを適用することができる。

例えば、前記刃先部を、前記シャンク部を構成する超硬合金よりも硬質な超硬合金で構成することにより、比較的硬質な被切削材を切削することができるとともに、この穴加工工具の寿命延長を図ることができる。また、シャンク部を通常の超硬合金とすることで、この穴加工工具を低コストで製作することができる。
なお、超硬合金の基材である炭化タングステン粉末の粒径を小さくした超微粒合金やバインダー（コバルト等）の使用量を低減した超硬合金では、その硬度が向上することが知られており、刃先部を構成するものとして使用することができる。

このように本発明によれば、被切削材の硬度等に応じた超硬合金で構成された刃先部を備え、十分な剛性を有するとともに切削油剤を被切削材に向けて確実に供給して、被切削材を精度良く効率的に切削でき、しかも、低コストで製作することができる穴加工工具を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態である穴加工工具について添付した図面を参照にして説明する。図１及び図２に本発明の実施形態である穴加工工具としてのリーマを示す。また、図３にこのリーマが装着される切削工具を示す。
リーマ１は、長尺円柱状をなすシャンク部２と、このシャンク部２の先端側（図１において下側）に配置された刃先部３とで構成されている。

シャンク部２は、軸線Ｏを中心とする概略多段円柱状をなしており、後端側（図１において上側）には、このリーマ１を切削工具１０に装着するための装着部４が設けられている。この装着部４には、軸線Ｏに平行に延びる平坦面５が設けられている。
シャンク部２の先端側は、後端側に比べて一段小径とされており、先端面に中央部分がシャンク部２後端側に向けて凹んだＶ字溝６が、その溝底部を軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。ここで、Ｖ字溝６が有する２つの側壁面のなす角度αは、６０°〜１２０°の範囲内とされ、本実施形態では９０°に設定されている。

また、このシャンク部２には図示しないクーラント供給孔が、軸線Ｏに沿ってシャンク部２の先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。
そして、このシャンク部２は、炭化タングステン粉末を基材とした超硬合金にて構成されている。この超硬合金は、平均粒径１．０μｍ程度の組織を有するものであり、焼結後の硬さは、ロックウェルＡ硬さ（ＪＩＳＺ２２４５）で９１．０ＨＲＡである。また、熱膨張係数は５．１×１０^６／℃である。

刃先部３は、やはり軸線Ｏを中心とする概略円柱状をなしており、その後端面には、シャンク部２先端面に形成されたＶ字溝６に嵌合可能な断面凸Ｖ字の凸状部７が、そのＶ字の稜線をやはり軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。なお、刃先部３の軸線Ｏ方向の長さは、シャンク部２の軸線Ｏ方向の長さに比べて小さくされている。
刃先部３の先端外周部には、軸線Ｏ方向後端側に向けて延びて工具回転方向Ｔ前方側に所定の角度で捩れる複数の切屑排出溝８が、周方向に等間隔で軸線Ｏに対して所定角度ずつ回転対称に配置されている。本実施形態では、図２に示すように、６条の切屑排出溝８が、軸線Ｏに対して６０°ずつ回転対称に配置されている。

これらの切屑排出溝８の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面と、工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面との交差稜線部、つまり前記壁面の外周側辺稜部には、その先端側に切刃９が、また、前記壁面と刃先部３の先端面との交差稜線部の外周側に、切刃９の先端に連なる食いつき部９ａが形成されている。
このように切刃９を形成することにより、切屑排出溝８の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面がすくい面とされ、工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面が逃げ面とされる。そして、この切刃９は、切屑排出溝８と同じく後端側に向かうにしたがい軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔ前方側に所定の捩れ角で捩れるらせん状に形成されている。なお、この切刃９が軸線Ｏ回りになす回転軌跡は、本実施形態においては軸線Ｏを中心とした略円筒面状とされている。また、刃先部３の後端側では、その外径は前記円筒面より一段小径とされて、シャンク部２先端側と同径とされている。

また、刃先部３には、その先端から若干後端側に離れた位置から軸線Ｏに沿って延びて後端側に開口された連通孔（図示せず）が形成されており、この連通孔から先端外周側に延びてそれぞれの切屑排出溝８の溝底部に向けて開口された吐出孔が設けられている。
そして、この刃先部３は、超硬合金の一種である超微粒合金にて構成されている。この超微粒合金は、前記シャンク部２を構成する超硬合金より小さな平均粒径０．６μｍ程度の組織を有するものであり、焼結後の硬さは前記シャンク部２を構成する超硬合金よりも硬く、ロックウェルＡ硬さ（ＪＩＳＺ２２４５）で９４．０ＨＲＡである。また、熱膨張係数は５．０×１０^６／℃である。

これらシャンク部２及び刃先部３は、それぞれ個別に炭化タングステン粉末を基材とした超硬合金原料を所定形状とした後に焼結して成形される。したがって、シャンク部２のクーラント供給孔及び刃先部３の連通孔を、それぞれに最も適した径のものとすることができる。
このようにして、成形されたシャンク部２及び刃先部３は、シャンク部２のＶ字溝６と刃先部３の凸状部７とが嵌合されて同軸とされた状態でろう付けされてリーマ１となる。

このリーマ１は、図３に示す切削工具１０に装着されて使用される。切削工具１０は、軸線Ｍ回りに回転される多段円柱状の工具本体１１を有し、工具本体１１の先端部外周には切削インサート１２が配備されている。
この工具本体１１の先端面１１Ａには、軸線Ｍに沿うように延びる装着孔１３が穿設されている。この装着孔１３の後端側に連通するように位置調整ボルト１４が挿入されたクーラント孔１５が設けられており、このクーラント孔１５は工具本体１１後端側に設けられた取付部１６に開口されている。
また、工具本体１１の側面に開口して装着孔１３に連通されたネジ孔１７が形成され、クランプネジ１８が螺着されている。

リーマ１は、工具本体１１の先端面１１Ａに穿設された装着孔１３に挿入され、シャンク部２の後端面が位置調整ボルト１４の先端面に当接させられるとともにシャンク部２の平坦面５が工具本体１１のネジ孔１７が設けられた方向に向くように、かつ、リーマ１の軸線Ｏと工具本体１１の軸線Ｍとが一致するように配置される。そして、工具本体１１のネジ孔１７に螺着されたクランプネジ１８をねじ込んで平坦面５を押圧することにより、リーマ１が工具本体１１に固定される。

このようにリーマ１が装着された切削工具１０は、工作機械の主軸端に取付部１６を介して取り付けられ、リーマ１の軸線Ｍ方向の位置調整を行った後、軸線Ｍ（軸線Ｏ）回りに回転されるとともに軸線Ｍ（軸線Ｏ）先端方向に向けて送られ、リーマ１が例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴（被切削材に形成された下穴）に挿入され、このバルブ穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するとともに、工具本体１１の先端部外周に配備された切削インサート１２によって、このバルブ穴の開口部にバルブヘッドが当接されるバルブシート面を切削加工するものである。

リーマ１による切削加工を行う際には、切削油剤が工作機械からパイプを通じて工具本体１１のクーラント孔１５に供給される。クーラント孔１５に供給された切削油剤は、リーマ１のシャンク部２に形成されたクーラント供給孔を通じて刃先部３へ供給され、刃先部３に形成された連通孔及び吐出孔を通じて、切屑排出溝８の溝底部から下穴の内壁面に向けて吐出されるのである。

本実施形態であるリーマ１によれば、シャンク部２及び刃先部３がともに超硬合金で構成されており、これらの熱膨張係数は５．０〜５．１×１０^６／℃と略同一であるため、ろう付けの際に大きなひずみが発生することがなく、リーマ１が湾曲することがない。また、ろう付けした部分での熱影響による強度低下がないので、このリーマ１の剛性を確保することができ、高速回転時の振れを防止することができる。

また、シャンク部２と刃先部３とがそれぞれ別々に焼結されて成形されているので、シャンク部２のクーラント供給孔と、刃先部３の連通孔をそれぞれ所定の径のものとでき、切削油剤をクーラント供給孔、連通孔及び吐出孔を介して下穴の内壁面へと確実に供給することができる。例えば、シャンク部２のクーラント供給孔の断面積を、刃先部３の連通孔の断面積や吐出孔の総断面積より大きくして、前記吐出口から高圧で切削油剤を吐出させたりすることができる。
したがって、こうして吐出させられた切削油剤により、切屑を確実に排出でき、また、刃先部３に形成された切刃９が下穴の内壁面に切り込む際の切削抵抗を小さくして、リーマ１のビビリを抑えて加工穴を精度良く形成することができるとともに、切刃９の摩耗を抑制してこのリーマ１の寿命延長を図ることができる。

また、刃先部３は、平均粒径０．６μｍ程度の組織を有する超微粒合金にて構成されており、そのロックウェル硬さが９４．０ＨＲＡとされているので、刃先部３に形成された切刃９の早期摩耗が防止され、リーマ１の寿命延長を図ることができるとともに、比較的硬質の被切削材であっても切削することができる。
また、シャンク部２は、平均粒径１．０μｍ程度の組織を有する超硬合金にて構成されており、そのロックウェル硬さが９１．０ＨＲＡとされているので、シャンク部２の変形等が防止され、このリーマ１の寿命延長を図ることができる。

さらに、このようなシャンク部２を構成する平均粒径の比較的大きな超硬合金は、刃先部３を構成する平均粒径の比較的小さな超微粒合金より安価で製造でき、このようなシャンク部２がリーマ１の大部分を占めているため、低廉な穴加工工具を提供することができる。すなわち、このように刃先部３とシャンク部２とでそれぞれ異なる超硬合金で構成しているので、一体焼結で成形する場合のようにシャンク部２を刃先部３と同じ超硬合金で構成する必要がなく、このリーマ１を低コストで製作することができるのである。

また、本実施形態では、シャンク部２のＶ字溝６が有する２つの側壁面がなす角度αが９０°とされ、刃先部３にこのＶ字溝６に嵌合する凸状部７が設けられているので、シャンク部２の回転トルクを刃先部３に伝達することができる。また、シャンク部２と刃先部３とのろう付け面積を確保することができ、これらを強固に接合することができる。

以上、本発明の実施形態であるリーマについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、リーマを図３に示す切削工具に装着して使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の切削工具やアダプタ等に装着して使用するものであっても良い。

また、刃先部を超微粒合金で構成したもので説明したが、超硬合金のバインダーとして使用されるコバルト等の含有量を低減したものや、その他の超硬合金であっても良い。
さらに、切屑排出溝を６条備えたものとして説明したが、切屑排出溝の数や配置に制限はなく、被切削材の材質等を考慮して適宜決定することが好ましい。

本発明の実施形態であるリーマの側面図である。図１に示すリーマの正面図である。図１に示すリーマを装着して使用する切削工具の側面部分断面図である。

符号の説明

１リーマ
２シャンク部
３刃先部
８切屑排出溝
９切刃

Claims

シャンク部の先端に、切刃を有する刃先部が備えられた穴加工工具であって、
超硬合金により構成された前記シャンク部の先端に、前記シャンク部を構成する超硬合金よりも硬質な超硬合金で構成された前記刃先部がろう付けにて接合され、
しかも、前記シャンク部を構成する超硬合金の平均粒径が前記刃先部を構成する超硬合金の平均粒径よりも大に設定されていることを特徴とする穴加工工具。