(57)【要約】【課題】難削材を切削加工する場合に、切削加工が比較的に高速（毎分２０ｍ以上）でも対応できるサーフェスブローチおよびそれを用いた切削加工方法を提供することを目的とする。【解決手段】ブローチ本体と前記ブローチ本体に設けた切れ刃を備えたサーフェスブローチであって、前記切れ刃の刃先はＲ＝５μｍを超える面取り加工が施されたＲ形状部に形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブローチ本体と前記ブローチ本体に設けた切れ刃を備えたサーフェスブローチであって、
前記切れ刃の刃先はＲ＝５μｍを超える面取り加工が施されたＲ形状部に形成されていることを特徴とするサーフェスブローチ。
【請求項２】
前記Ｒ形状部の面取り量は５０μｍ以上であって、１００μｍ未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のサーフェスブローチ。
【請求項３】
前記切れ刃は、逃げ面と前記逃げ面の両側に形成された側面とを有し、前記逃げ面と前記側面とが成す稜線は、面取り加工が施されたＲ形状稜線部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のサーフェスブローチ。
【請求項４】
前記切れ刃はＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金であって、Ｃｏの含有量は質量％にて１２％を超え、１５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーフェスブローチ。
【請求項５】
前記切れ刃は、前記ブローチ本体にロウ付けされていることを特徴とする請求項４記載のサーフェスブローチ。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかに記載のサーフェスブローチを用いた難削材の切削加工方法であって、
切削加工速度が１０ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定されていることを特徴とする難削材の切削加工方法。
【請求項７】
前記切れ刃の切り込み量は、前記切れ刃の前記面取り量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項６に記載の難削材の切削加工方法。
【請求項８】
前記難削材は、ニッケル基超合金であることを特徴とする請求項６又は７記載の難削材の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にニッケル基超合金など難削材の切削加工を行うのに適したサーフェスブローチおよびそれを用いた切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機エンジンの中心部を構成するタービンは、円盤状のタービンディスクの外周側に設けられた多数の凹溝に翼状のタービンブレードが嵌め込まれることで形成されている。
このタービンディスクの外周側に凹溝を加工する場合には、これまで特許文献１ないし４に開示されている専用のサーフェスブローチによる溝加工が行われてきた。
【０００３】
つまり、このタービンディスクの外周側にツリー状の溝加工をサーフェスブローチにより行い、同時にタービンブレードの結合部（凸部）をツリー状に形成することで、互いの凹凸が嵌り込むことでタービンディスクとタービンブレードが一体化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１５９１２３号公報
【特許文献２】実開昭６２−１５４２３号公報
【特許文献３】実開昭６２−６１４１９号公報
【特許文献４】特開平０１−１８８２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年になってタービンディスクは燃費向上等の観点から高温に対する並外れた強度と耐酸化性を有する超合金が採用されるようになっている。
超合金は切削抵抗が高く、切削時に加工硬化がしやすく、熱伝導性も悪いことから難削材としても知られている。
一方、サーフェスブローチは、前記タービンディスク等の被削材の外面を所要の形状に仕上げる際に、粗，中仕上げ，仕上げ等の複数の工程要素を組み込むことができる切削工具であり、生産性に優れる。
しかし、このような難削材にサーフェスブローチを用いて、精密形状に切削加工する場合に、切れ刃にチッピング（欠け）が発生しやすく、毎分２〜４ｍ程度の低速でしか加工することができず、その加工効率の低さが問題となっている。
【０００６】
そこで、本発明は難削材を切削加工する場合に、切削加工が比較的に高速（毎分２０ｍ以上）でも対応できるサーフェスブローチおよびそれを用いた切削加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るサーフェスブローチは、ブローチ本体と前記ブローチ本体に設けた切れ刃を備えたサーフェスブローチであって、前記切れ刃の刃先はＲ＝５μｍを超える面取り加工が施されたＲ形状部に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、サーフェスブローチのブローチ本体に設けた切れ刃と表現したのは、切れ刃がブローチ本体に一体的に設けられたもの及び別部材としての切れ刃がブローチ本体に取り付けられたものを含む趣旨である。
切れ刃の数には制限が無く、少なくとも１つ以上の切れ刃にＲ＝５μｍを超える面取り加工が施されていれば本発明に含まれる。
本発明において、面取り加工が施されたＲ形状部とはカット面からなるＣ面取り形状を除く趣旨であり、曲面形状に面取り加工された曲面に対して近似された円の半径Ｒをもって面取り量を表現する。
【０００９】
本発明において、前記Ｒ形状部の面取り量は５０μｍ以上であって、１００μｍ未満の範囲であるのが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記切れ刃は、逃げ面と前記逃げ面の両側に形成された側面とを有し、前記逃げ面と前記側面とが成す稜線は、面取り加工が施されたＲ形状稜線部に形成されていてもよい。
【００１１】
本発明において、前記切れ刃はＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金であって、Ｃｏの含有量は質量％にて１２％を超え、１５％以下であってもよい。
ここでＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金は、タングステンカーバイトの粉末をバインダー金属としてコバルトを用いた焼結合金であり、高温下においても高硬度と高強度を維持することができる。
ＷＣ−Ｃｏ系超合金には少量のＴｉＣ，ＴａＣ等を添加したものも含まれる。
バインダー金属であるＣｏの含有量により、靭性，引張強度，硬度等が変化し、詳細は後述するがＣｏの含有量が質量％にて１２％を超えたものが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記切れ刃は、前記ブローチ本体にロウ付けされていてもよい。
このようにすると、切れ刃がブローチ本体に対して取り替え可能になる。
【００１３】
本発明に係るサーフェスブローチは、難削材の切削加工に適しており、切削加工速度は従来よりも速い１０ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎに設定することができる。
また、前記切れ刃の切り込み量は、前記切れ刃の前記面取り量よりも大きく設定することもできる。
本発明における難削材の代表例には、ニッケル基超合金が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るサーフェスブローチは、切れ刃の刃先に面取り加工されたＲ形状部を有しているので、難削材を切削加工する際に切れ刃にチッピング（欠け）が生じるのを抑えることができる。
これにより難削材に対しても、切削速度を２０ｍ／ｍｉｎ以上の高速に設定することが可能になり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態であるサーフェスブローチ１の正面図である。
【図２】図１に示すサーフェスブローチ１の平面図である。
【図３】図１に示すサーフェスブローチ１の左側面図である。
【図４】本発明の別の実施形態であるサーフェスブローチ２の正面図である。
【図５】図４に示すサーフェスブローチ２の左側面図である。
【図６】図１に示すサーフェスブローチ１を構成する切れ刃２０の拡大斜視図である。
【図７】実施例１の切削加工試験の総切削長と切れ刃の摩耗量の変化を示すグラフである。
【図８】実施例１の切削加工試験における本発明品の切れ刃の摩耗状態（試験開始前：総切削長０ｍ）を示す写真である。
【図９】実施例１の切削加工試験における本発明品の切れ刃の摩耗状態（総切削長２．５ｍ）を示す写真である。
【図１０】実施例１の切削加工試験における本発明品の切れ刃の摩耗状態（総切削長５ｍ）を示す写真である。
【図１１】実施例１の切削加工試験における本発明品の切れ刃の摩耗状態（総切削長１０ｍ）を示す写真である。
【図１２】実施例１の切削加工試験における本発明品の切れ刃の摩耗状態（総切削長２０ｍ）を示す写真である。
【図１３】実施例１の切削加工試験における比較品の切れ刃の摩耗状態（試験開始前：総切削長０ｍ）を示す写真である。
【図１４】実施例１の切削加工試験における比較品の切れ刃の摩耗状態（総切削長２．５ｍ）を示す写真である。
【図１５】実施例１の切削加工試験における比較品の切れ刃の摩耗状態（総切削長５ｍ）を示す写真である。
【図１６】実施例２の切削加工試験で使用したサーフェスブローチ（本発明品）の切れ刃側面のＲ面取り形態の模式図である。
【図１７】実施例２の切削加工試験で使用したサーフェスブローチ（比較品）の切れ刃側面のＣ面取り形態の模式図である。
【図１８】実施例２の切削加工試験後における本発明品の第１切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図１９】実施例２の切削加工試験後における本発明品の第２切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２０】実施例２の切削加工試験後における本発明品の第３切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２１】実施例２の切削加工試験後における本発明品の第４切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２２】実施例２の切削加工試験後における比較品の第１切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２３】実施例２の切削加工試験後における比較品の第２切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２４】実施例２の切削加工試験後における比較品の第３切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２５】実施例２の切削加工試験後における比較品の第４切れ刃の摩耗状態を示す写真である。
【図２６】実施例３の切削加工試験に用いたサーフェスブローチの切れ刃のすくい角を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のサーフェスブローチの実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の実施形態であるサーフェスブローチ１の正面図を図１、平面図を図２、左側面図を図３にそれぞれ示す。
図１に示すサーフェスブローチ１は、ブローチ本体１０の凹溝に交換式の切れ刃２０をロウ付けすることで固定したサーフェスブローチである。
【００１７】
図１ないし図３に示すサーフェスブローチ１は１個の交換式の切れ刃２０を用いた場合であるが、本発明のサーフェスブローチに使用する交換式の切れ刃の個数は特に限定されない。
例えば、複数の交換式の切れ刃を使用したサーフェスブローチの例としては、４個の交換式の切れ刃３０をブローチ本体１１に設けられた４箇所の凹溝にロウ付けして固定したサーフェスブローチ２の正面図を図４、左側面図を図５にそれぞれ示す。
【００１８】
次に、図１に示すサーフェスブローチ１に使用される交換式の切れ刃２０の形態について説明する。
本発明のサーフェスブローチにおける交換式の切れ刃２０の拡大斜視図を図６に示す。
この交換式の切れ刃２０には、通常の切れ刃と同様に切れ刃の刃先２３に隣接して逃げ面２１とすくい面２２が設けられている。
すくい面２２とは逆側（サーフェスブローチの移動方向とは逆側）には、ヒール２６を介して背面２７が形成されている。
【００１９】
また、逃げ面２１、すくい面２２および背面２７の各面により三方向から囲まれる形態で、切れ刃２０の左右両側には２つの側面２４ａ、２４ｂが形成されている。
これらの側面２４ａ、２４ｂは、図６に示すように稜線２５ａ、２５ｂを介して逃げ面２１と隣接している。
【００２０】
本発明のサーフェスブローチは、この切れ刃２０の刃先２３にＲ形状の面取り加工（Ｒ形状部）が施されている。
加えて、切れ刃２０の逃げ面２１と両側の側面２４ａ、２４ｂとの境界である稜線２５ａ、２５ｂにもＲ面取りが施されている。
稜線２５ａ，２５ｂのＲ面取りを刃先２３のＲ面取りと区別するために、必要に応じてＲ形状稜線部と表現する。
【実施例１】
【００２１】
交換式の切れ刃の刃先部分におけるＲ面取り量が異なるサーフェスブローチをそれぞれ用いて切削加工試験（以下、「本試験」という）を行ったので、その試験結果について図面を用いて説明する。
本試験には、交換式の超硬合金製（Ｃｏ含有量：１３質量％）切れ刃を備えた図１ないし図３に示すサーフェスブローチ１を用いた。
【００２２】
また、その切れ刃の刃先部分には０．０５ｍｍ（５０μｍ）のＲ面取りを研削加工により施したサーフェスブローチ（以下、「本発明品」という）と、本発明品と同じ形態のサーフェスブローチの切れ刃の刃先部分に０．００５ｍｍ（５μｍ）のＲ面取りを施したサーフェスブローチ（以下、「比較品」という）の２種類のサーフェスブローチを用いた。
【００２３】
さらに、本発明品および比較品ともにサーフェスブローチの切れ刃における左右両側の稜線（図６に示す稜線２５ａ、２５ｂ）には０．８ｍｍ（８００μｍ）のＲ面取り加工（Ｒ形状稜線部）を施した。
なお、本試験は下記の試験条件で行ったが、試験中において切れ刃に欠け（チッピング）が確認された場合には、その時点で試験を終了した。
・加工方法：直線加工
・使用設備：直交３軸マシニングセンタ
・被削材：インコネル（登録商標）７１８
・切削油：塩素１７％含有油性切削油
・切削速度：２０ｍ／ｍｉｎ
・切込量：６０μｍ（１切れ刃当り）
・切削長：２８ｍｍ／ｐａｓｓ
・総切削長：２０ｍ（７１２ｐａｓｓ）
・切れ刃のすくい角：５°
・切れ刃の逃げ角：３°
【００２４】
本試験では、本発明品および比較品の切れ刃の左右両側の稜線における摩耗量の変化を測定すると同時に、総切削長が２．５ｍ、５ｍ、１０ｍおよび２０ｍの各段階に達するごとに切れ刃の摩耗状態を写真撮影した。
本試験の総切削長と切れ刃の左右両側の稜線における摩耗量の変化を図７、本発明品の切れ刃の稜線における摩耗状態を図８ないし図１２、比較品の切れ刃の稜線における摩耗状態を図１３ないし図１５にそれぞれ示す。
【００２５】
本発明品の切れ刃の左右両側における摩耗量は、図７に示すように総切削長の変化に応じて増加した。
本試験が終了する総切削長が２０ｍに達した時点で左側の稜線における摩耗量は約２５０μｍであり、右側の稜線における摩耗量は約３５０μｍであった。
また、切れ刃の摩耗状態は図８ないし図１２に示すように切れ刃の刃先部分に若干の焼き付き痕が見られたものの、刃先部分は欠けていなかった。
【００２６】
これに対して、比較品の摩耗量は切れ刃の左側の摩耗量は切削長が５ｍに達するまで本発明品と同じ量であった。
しかし、切れ刃の右側の摩耗量は切削長が２．５ｍに達した時点で３００μｍを超えた。
また、切削長が５ｍに達して時点で切れ刃の刃先部分に欠け（チッピング）が発生したので、その時点で本試験を中止した。
【００２７】
本試験において切削長が５ｍに達した時点の比較品の切れ刃の状態は、図１５に示すように切れ刃の刃先部分から右側の側面に至るまでチッピングが発生していた。
以上の試験結果より、サーフェスブローチの切れ刃の刃先部分におけるＲ面取りは、０．０５ｍｍ（５０μｍ）を施すことで、切削加工速度が毎分２０ｍ以上の高速切削であっても切れ刃のチッピングを防止し、切削性能が向上した。
【実施例２】
【００２８】
次に、サーフェスブローチの切れ刃における側面の面取り（図６に示す２本の稜線２５ａ、２５ｂの面取り）の形状を変えて実施例１と同様に切削加工試験を行い、切削性能の変化を確認したので、その試験結果について図面を用いて説明する。
本実施例で使用したサーフェスブローチは図４に示すサーフェスブローチ２である４個の切れ刃３０を備えたものとした（切れ刃間のピッチ＝１２．５ｍｍ）。
また、その切れ刃３０の側面のＲ面取り形態の模式図を図１６、切れ刃の側面におけるＣ面取りの形態を図１７に示す。
【００２９】
本実施例では、図１６に示す０．８ｍｍのＲ面取りからなるＲ形状稜線部（Ｒ１＝０．８ｍｍ）を施した切れ刃のサーフェスブローチを本発明品、図１７に示す２段構成のＣ面取り形態を施した切れ刃のサーフェスブローチを比較品とする。
なお、比較品のＣ面取りの形態は、図１７に示すθ１＝θ２＝３０°、ｄ１＝ｄ２＝０．４３ｍｍとした。また、切れ刃３０の刃先部分には、本発明品および比較品ともに０．０５ｍｍ（５０μｍ）のＲ面取りを施した。
【００３０】
本実施例の切削加工試験の条件は実施例１と同じ条件で行ったので、詳細な試験条件の説明は省略する。
本実施例では総切削長が２０ｍに達した後、本発明品および比較品の切れ刃の状態を観察した。
試験後における本発明品の４枚の切れ刃の状態を切削方向の前方側より順に第１ないし第４切れ刃として図１８ないし図２１、比較品の４枚の切れ刃の状態を切削方向の前方側より順に第１ないし第４切れ刃として図２２ないし図２５にそれぞれ示す。
【００３１】
本発明品は総切削長が２０ｍに達した時点においても、各切れ刃には焼き付き痕が若干見られたものの、図１８ないし図２１に示すようにチッピングの発生には至らなかった。
しかし、比較品は図２４に示すように総切削長が２０ｍに達した時点で前方側より３枚目の切れ刃（第３切れ刃）にチッピングの発生が確認された。
【００３２】
以上の試験結果より、サーフェスブローチの切れ刃の側面部分における面取り形状は、Ｃ面取りを施す場合に比べてＲ面取りを施す方が切れ刃のチッピング防止の観点から効果があることを確認できた。
【実施例３】
【００３３】
次に、サーフェスブローチの切れ刃のすくい角を種々変更して切削加工試験を行ったので、その試験結果について説明する。
本実施例で使用したサーフェスブローチは図１に示すものを用いて、その切れ刃のすくい角は、８°、５°および−（マイナス）３°の計３水準とした。
また、本実施例の切削加工試験は、実施例１に示す切削加工試験の試験条件に準じて行った。
本実施例の切削加工試験における切れ刃の形態、試験条件および試験結果を表１に示す。
【００３４】
なお、本実施例で用いたサーフェスブローチの切れ刃のすくい角に関する説明図を図２６に示す。
図２６は、図６に示す切れ刃２０を側面２４ａ側から見た場合の切れ刃２０の形態を示している。
切れ刃２０の刃先２３におけるすくい角αは、刃先２３における接線Ｌとサーフェスブローチの切削加工時の移動方向に対して垂直な方向の線（垂線）Ｆとが成す角度である。
この場合に、接線Ｌが垂線Ｆを中心として反時計回りの方向に存在する場合を正（＋）のすくい角、接線Ｌが時計回りの側に存在する場合を負（マイナス）のすくい角として定義した。
【００３５】
【表１】
2020001111.tif 000003
【００３６】
表１中には、Ｒ形状稜線部の面取り量を側面面取り量と表現した。
表１に示すように切れ刃のすくい角が８°（本発明品１）、５°（本発明品２）および−（マイナス）３°（本発明品３）のいずれであっても、切れ刃にはチッピングが発生せずに総切削長２０ｍを切削加工することができた。
また、総切削長が１０ｍの時点で切れ刃の摩耗量は本発明品１〜３すべてにおいて３００μｍ未満であり、総切削長が２０ｍに達した際の切れ刃の摩耗量は切れ刃のすくい角の如何に関わらず３００〜３５０μｍの範囲内であった。
【００３７】
以上の試験結果より、毎分２０ｍの高速切削加工であっても本発明のサーフェスブローチはその切れ刃のすくい角の大きさに関わらず、切れ刃のチッピングを防止することがわかった。
【実施例４】
【００３８】
次に、サーフェスブローチの超硬合金製切れ刃に含有されるＣｏ量を種々変化させて切削加工試験を行ったので、その試験結果について説明する。
本実施例で使用したサーフェスブローチは実施例１と同様に図１に示すものを用いた。
本実施例で使用したサーフェスブローチの切れ刃（超硬製）のＣｏ含有量は、１３質量％（本発明品）、１２質量％（比較品１）および１０質量％（比較品２）の計３水準とした。
【００３９】
また、本実施例の切削加工試験も実施例１に示す切削加工試験の試験条件に準じて行った（但し、総切削長は１０ｍとした）。
なお、本実施例では本発明品と同じＣｏ含有量（１３質量％）であるが、切れ刃の刃先に１００μｍ（０．１ｍｍ）のＲ面取りを施したサーフェスブローチ（比較品３）も使用して同様に切削加工試験を行った。本実施例の切削加工試験の結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
2020001111.tif 000004
【００４１】
まず、表２に示すように超硬製の切れ刃に含有するＣｏ量については、１３質量％である本発明品は総切削長が１０ｍに達した時点での摩耗量は３００μｍ程度であった。
しかし、Ｃｏ含有量が１０質量％（比較品１）および１２質量％（比較品２）の摩耗量については、比較品１では試験中に切れ刃側面にクラックが発生したので、その時点で試験を中止した。
また、比較品２は総切削長が１０ｍの時点で３００μｍを大幅に超えていた。
さらに、切れ刃の刃先部分に０．１ｍｍ（１００μｍ）のＲ面取りを施した比較品３の試験結果は、表２に示すように総切削長が１０ｍの時点で３００μｍを大幅に超えていた。
【００４２】
以上の試験結果より、サーフェスブローチの切れ刃に含有するＣｏ量は１３質量％にすることで、１２質量％の場合に比べてニッケル基合金を切削加工した時の切れ刃の摩耗量を低減することが確認できた。
また、切れ刃の刃先部分のＲ面取り量は１００μｍ未満とすることで同様に切れ刃の摩耗を抑制することも確認できた。
【符号の説明】
【００４３】
１，２              サーフェスブローチ
１０，１１          ブローチ本体
２０，３０          切れ刃
２１                逃げ面
２２                すくい面
２３                切れ刃の刃先
２６                ヒール
２７                背面
２４ａ，２４ｂ      側面
２５ａ，２５ｂ      逃げ面と側面との稜線
【図１】
2020001111.tif 000005
【図２】
2020001111.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020001111.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2020001111.tif 000015
【図１２】
2020001111.tif 000016
【図１３】
2020001111.tif 000017
【図１４】
2020001111.tif 000018
【図１５】
2020001111.tif 000019
【図１６】
2020001111.tif 000020
【図１７】
2020001111.tif 000021
【図１８】
2020001111.tif 000022
【図１９】
2020001111.tif 000023
【図２０】
2020001111.tif 000024
【図２１】
2020001111.tif 000025
【図２２】
2020001111.tif 000026
【図２３】
2020001111.tif 000027
【図２４】
2020001111.tif 000028
【図２５】
2020001111.tif 000029
【図２６】
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