(57)【要約】【課題】切削刃が欠損することなく長寿命にして、地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を適切に行うことができる切削刃、切削工具、スラブの手入れ方法及び鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】切削刃１０は、地金Ｗ１の表面側に硬い表層Ｗ２があるワークＷの平面切削を行うものであり、ワークＷの表層Ｗ２から地金Ｗ１に向かう切削深さ方向に変化するスクイ角を有するスクイ面１３を有し、スクイ面１３の地金側端部１７ａにおける地金側スクイ角α１を正、スクイ面１３の、ワークＷの表層Ｗ２の表面と主切刃１７とが交差する境界部１７ｃにおける境界部スクイ角α３を負としてある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を行う切削刃であって、
前記ワークの表層から地金に向かう切削深さ方向に変化するスクイ角を有するスクイ面を有し、該スクイ面の地金側端部における地金側スクイ角を正、前記スクイ面の、前記ワークの表層の表面と主切刃とが交差する境界部における境界部スクイ角を負としたことを特徴とする切削刃。
【請求項２】
前記地金側スクイ角が、０°より大きく２０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の切削刃。
【請求項３】
前記境界部スクイ角が、−１５°以上０°未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削刃。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の切削刃と、該切削刃を取り付けるカッターボディ本体と、該カッターボディ本体を取り付けるアーバーとを備え、該アーバーは回転軸に着脱自在に取り付けられることを特徴とする切削工具。
【請求項５】
正面フライス工具で構成され、前記切削刃は前記カッターボディ本体に前記ワークに対する切込み角が６０°以下となるように取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の切削工具。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の切削工具の前記切削刃により前記ワークの表層を含む地金の一部分を平面切削する工程を含むことを特徴とするスラブの手入れ方法。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の切削工具の前記切削刃により前記ワークの表層を含む地金の一部分を平面切削する工程を含むことを特徴とする鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地金の表面側に酸化スケール等の硬い表層があるワークの平面切削に使用される切削刃、切削工具、切削刃及び切削工具を用いたスラブの手入れ方法及び鋳片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワークの平面切削には、フライス工具やエンドミル等の切削工具が用いられる。この切削工具は、工作機械の主軸に装着され、主軸の回転により切削刃に回転力を与えてワークを平面切削する。
例えば、フライス工具では、切削刃として高速度工具鋼（通称ハイス鋼）や超硬等を用い、複数の切削刃をカッターボディに取付ける。近年では、各切削刃はカッターボディに簡便に着脱できるようになっており、いわゆるスローアエウェイチップとするものが主流となっている。
【０００３】
この切削工具によりワークを平面切削する場合において、地金の表面側に酸化スケール等の硬い表層があるワークの表層側を平面切削する場合には、その硬い表層により切削刃の特定部分でいわゆる境界摩耗と呼ばれる局所的な摩耗が進行することがある。
このため、地金の表面側に酸化スケール等の硬い表層があるワークの表層側を平面切削する場合には、切削刃としてより硬い超硬工具を用いることが多い。
しかしながら、この切削刃としてより硬い超硬工具を用いた場合、硬さがある反面、靱性が低い。このため、切削刃のエッジ（切刃）がピッチング（刃こぼれ、欠損）することがあり、地金の表面側に酸化スケール等の硬い表層があるワークの表層側を平面切削する場合には、切削刃のエッジとワークの表層とが接触する部分で境界摩耗やピッチングが始まり、そこを起点に刃先まで折損してしまうことがある。
【０００４】
一方、高硬度の鋼材に対して粗加工のような大きな軸方向切り込み量でも、仕上げ加工のように高精度な三次元形状に走査線加工し得るボールエンドミルを用いた加工方法として、例えば、特許文献１に示すものが知られている。この加工方法は、特にビッカース硬さがＨｖ４００以上の鋼材を加工するのに有効とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−５８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に示すボールエンドミルを用いた走査線加工方法は、高硬度の鋼材に対して高精度に三次元形状に走査線加工し得るものであって、ワークの平面切削をするものではない。
このため、特許文献１に示すボールエンドミルを用いた走査線加工方法によって、地金の表面側に酸化スケール等の硬い表層があるワークの平面切削を適切に行うことはできない。
従って、本発明はこの従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、切削刃が欠損することなく長寿命にして、地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を適切に行うことができる切削刃、切削工具、切削刃及び切削工具を用いたスラブの手入れ方法及び鋳片の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る切削刃は、地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を行う切削刃であって、前記ワークの表層から地金に向かう切削深さ方向に変化するスクイ角を有するスクイ面を有し、該スクイ面の地金側端部における地金側スクイ角を正、前記スクイ面の、前記ワークの表層の表面と主切刃とが交差する境界部における境界部スクイ角を負としたことを要旨とする。
また、本発明の別の態様に係る切削工具は、前述の切削刃と、該切削刃を取り付けるカッターボディ本体と、該カッターボディ本体を取り付けるアーバーとを備え、該アーバーは回転軸に着脱自在に取り付けられることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の別の態様に係るスラブの手入れ方法は、前述の切削工具の前記切削刃により前記ワークの表層を含む地金の一部分を平面切削する工程を含むことを要旨とする。
更に、本発明の別の態様に係る鋳片の製造方法は、前述の切削工具の前記切削刃により前記ワークの表層を含む地金の一部分を平面切削する工程を含むことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る切削刃、切削工具、スラブの手入れ方法及び鋳片の製造方法によれば、切削刃がワークの表層から地金に向かう切削深さ方向に変化するスクイ角を有し、スクイ面の地金側端部における地金側スクイ角を正、スクイ面の、ワークの表層の表面と主切刃とが交差する境界部における境界部スクイ角を負としたので、切削刃が欠損することなく長寿命にして、地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を適切に行うことができる、切削刃、切削工具、スラブの手入れ方法及び鋳片の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る切削刃を備えた切削工具の斜視図である。
【図２】図１に示す切削工具に適用される切削刃を説明するための図である。
【図３】図１に示す切削工具に適用される切削刃を説明するための別の図である。
【図４】参考例に係る切削刃を説明するための図である。
【図５】参考例に係る切削刃を説明するための別の図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る切削刃を説明するための図である。
【図７】鋼材の表層（表面）からの深さとビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図８】境界部スクイ角を−１５°〜１５°まで変化させたときの切削刃のせん断応力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の切削刃及び切削工具の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態に係る切削刃を備えた切削工具が示されており、切削工具１は、地金Ｗ１（図２参照）の表面側に硬い表層Ｗ２（図２参照）があるワークＷの平面切削を行う正面フライス工具で構成される。切削工具１は、複数の切削刃１０と、複数の切削刃１０を取り付けるカッターボディ本体２０と、カッターボディ本体２０を取り付けるアーバー３０とを備えている。カッターボディ本体２０は、複数の切削刃１０を取り付ける円板状取付部２０ａと、アーバー３０に取り付けられる軸部２０ｂとを備えている。そして、アーバー３０は工作機械の回転軸（主軸）４０に着脱自在に取り付けられている。複数の切削刃１０は、工作機械の回転軸４０が回転することにより、アーバー３０及びカッターボディ本体２０とともに矢印Ａ方向に周速Ｖｃで回転しつつ、矢印Ｂ方向に送り速度Ｖｆで送られ、ワークＷの表層Ｗ２を含む地金Ｗ１の一部分を平面切削する。
【００１２】
ここで、ワークＷは、鋳造されたスラブ（鋼材）であり、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼である。そして、ワークＷの表層Ｗ２は酸化スケールであり、図７に示すように、表面から約１．４ｍｍ程度の厚さを有し、ビッカース硬さＨｖ約６４０となっている。
また、地金Ｗ１は、表層Ｗ２と地金Ｗ１との境界から裏面側に４ｍｍ以上の厚さを有し、図７に示すように、ビッカース硬さ約２５０Ｈｖである。このように、表層Ｗ２の方さは地金Ｗ１の硬さよりも硬い。
そして、切削工具１の複数の切削刃１０によりワークＷの表層Ｗ２を含む地金Ｗ１の一部分を平面切削することで、スラブの手入れがなされるとともに、鋳片が製造される。製造された鋳片は、後工程に供される。
【００１３】
ここで、複数の切削刃１０は、図１に示すように、カッターボディ本体２０の円板状取付部２ａの外周面に均等間隔に取り付けられる。そして、各切削刃１０は、図２及び図３に示すように、逃げ面１１、逃げ面１１と平行に延びる取付面１２、逃げ面１１と取付面１２とを連結するスクイ面１３、逃げ面１１と取付面１２とをスクイ面１３と反対側で連結する連結面１４、逃げ面１１と取付面１２とスクイ面１３と連結面１４とを連結する第１端面１５、及び逃げ面１１と取付面１２とスクイ面１３と連結面１４とを第１端面１５と反対側で連結する第２端面１６とを有する四角柱で構成されている。各切削刃１０は、高速度工具鋼や超硬等で製作される。そして、各切削刃１０は、図３に示すように、第１端面１５を地金Ｗ１側、第２端面１６を表層Ｗ２側とし切込み角θでカッターボディ本体２０の円板状取付部の外周面に取り付けられる。切込み角θは、６０°以下とすることが好ましい。
【００１４】
ここで、各切削刃１０において、逃げ面１１とスクイ面１３とが交差する角部をワークＷを切削する主切刃１７とする。そして、スクイ面１３は、そのスクイ角がワークＷの表層Ｗ２から地金Ｗ１に向かう切削深さ方向に連続的に変化するように形成されており、図２及び図３に示すように、スクイ面１３の地金側端部（主切刃１７の地金側端部１７ａ）における地金側スクイ角α１を正、スクイ面１３の、ワークＷの表層Ｗ２の表面と主切刃１７とが交差する境界部１７ｃにおける境界部スクイ角α３を負としている。また、スクイ面１３の表層側端部（主切刃１７の表層側端部１７ｂ）における表層側スクイ角α２は、境界部スクイ角α３よりも大きな負となっている。
【００１５】
また、各切削刃１０において、逃げ面１１のなす逃げ角βは、図２に示すように、切削深さ方向に一定となっている。このため、主切刃１７の地金側端部１７ａにおける切刃角δ１は、地金側スクイ角α１が正であることから、９０°より小さい鋭角となっている。一方、主切刃１７の境界部１７ｃにおける切刃角δ３は、境界部スクイ角α３が負であることから、切刃角δ１よりも大きい角度（逃げ角βよりも負側への境界部スクイ角α３の大きさが大きい場合は鈍角）となっている。また、主切刃１７の表層側端部１７ｂにおける切刃角δ２は、表層側スクイ角α２が境界部スクイ角α３よりも大きな負であることから、切刃角δ３よりも大きい角度となっている。
【００１６】
ここで、一般的にスクイ角を負にすると、ワークＷに対する切削抵抗が増加する。地金Ｗ１の切削抵抗は大きいため、地金Ｗ１を切削するところのスクイ角は正とすることが望ましい。一方、硬い表層Ｗ２においては、硬さは高いが脆いため切削抵抗は小さい。このため、表層Ｗ２においては、スクイ角を負とすることが可能である。表層Ｗ２おいて、スクイ角を正とすると、切刃角が鋭角になるため、切削刃のせん断応力が大きくなり切削刃が欠損してしまうことがある。このため、表層Ｗ２おいてはスクイ角を負として切刃角を鈍角とし欠損を防止することが望ましい。
【００１７】
従って、スクイ面１３を、そのスクイ角がワークＷの表層Ｗ２から地金Ｗ１に向かう切削深さ方向に変化するように形成し、スクイ面１３の地金側端部（主切刃１７の地金側端部１７ａ）における地金側スクイ角α１を正とすることにより、切削抵抗を抑制することができる。また、スクイ面１３の、ワークＷの表層Ｗ２の表面と主切刃１７とが交差する境界部１７ｃにおける境界部スクイ角α３を負とすることにより、切削刃のせん断応力が低下し、切削刃が欠損することなく長寿命にして、地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を適切に行うことができる。
【００１８】
なお、地金側スクイ角α１は、切削抵抗を抑制するため、０°より大きく２０°以下であることが好ましい。
また、境界部スクイ角α３は、切刃におけるせん断応力を抑制するため、−１５°以上０°未満であることが好ましい。
ここで、一般的な参考例に係る切削刃について図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５において、図２及び図３に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００１９】
図４及び図５に示す切削刃１０は、基本構成は図２及び図３に示す切削刃１０と同一であるが、スクイ角が相違している。
即ち、図４及び図５に示す切削刃１０において、スクイ面１３のスクイ角は、ワークＷの表層Ｗ２から地金Ｗ１に向かう切削深さ方向に一定となるように形成されており、スクイ面１３の地金側端部（主切刃１７の地金側端部１７ａ）における地金側スクイ角α１が正、スクイ面１３の、ワークＷの表層Ｗ２の表面と主切刃１７とが交差する境界部１７ｃにおける境界部スクイ角α３が地金側スクイ角α１と同一で正、スクイ面１３の表層側端部（主切刃１７の表層側端部１７ｂ）における表層側スクイ角α２が地金側スクイ角α１及び境界部スクイ角α３と同一で正となっている。
【００２０】
また、各切削刃１０において、逃げ面１１のなす逃げ角βは、図４に示すように、切削深さ方向に一定となっている。このため、主切刃１７の地金側端部１７ａにおける切刃角δ１、主切刃１７の境界部１７ｃにおける切刃角δ３及び主切刃１７の表層側端部１７ｂにおける切刃角δ２は、同一で９０°より小さい鋭角となっている。
この参考例に係る切削刃１０においては、ワークＷの地金Ｗ１を切削するところのスクイ角は正であるので、切削抵抗を抑制することができる。
その一方、表層Ｗ２を切削するところのスクイ角も正であるので、切刃角が鋭角になっており、切削刃のせん断応力が大きく切削刃が欠損してしまうことがある。
従って、図２及び図３に示す切削刃１０のように、表層Ｗ２おいてはスクイ角を負として切刃角を鈍角とし欠損を防止することが望ましい。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る切削刃について図６を参照して説明する。
図６に示す切削刃１００は、図２及び図３に示す切削刃１０と同様に、高速度工具鋼や超硬等で製作されるが、図２及び図３に示す切削刃１０と異なり、２つのスクイ面１１３ａ，１１３ｂを点対称に配置している。
ここで、切削刃１００において、一方の逃げ面１１１ａと一方のスクイ面１１３ａとが交差する角部をワークＷを切削する主切刃１１７ａとする。そして、スクイ面１１３ａは、そのスクイ角がワークＷの表層Ｗ２（図２参照）から地金Ｗ１（図２参照）に向かう切削深さ方向に連続的に変化するように形成されており、スクイ面１１３ａの地金側端部（主切刃１１７ａの地金側端部１１７ａａ）における地金側スクイ角α１ａを正、スクイ面１１３ａの表層側端部（主切刃１１７ａの表層側端部１１７ａｂ）における表層側スクイ角α２ａを負としている。なお、スクイ面１１３ａの、ワークＷの表層Ｗ２の表面と主切刃１１７ａとが交差する境界部における境界部スクイ角は、表層側スクイ角α２ａよりも小さな負としてある。
【００２２】
また、各切削刃１００において、逃げ面１１1ａのなす逃げ角βａは、切削深さ方向に一定となっている。このため、主切刃１１７ａの地金側端部１１７ａａにおける切刃角は、地金側スクイ角α１ａが正であることから、９０°より小さい鋭角となっている。一方、主切刃１１７ａの境界部における切刃角は、境界部スクイ角が負であることから、主切刃１１７ａの地金側端部１１７ａａにおける切刃角よりも大きい角度となっている。また、主切刃１１７ａの表層側端部１１７ａｂにおける切刃角は、表層側スクイ角α２ａが境界部スクイ角よりも大きな負であることから、主切刃１１７ａの境界部における切刃角よりも大きい角度となっている。
【００２３】
一方、切削刃１００において、他方の逃げ面１１１ｂと他方のスクイ面１１３ｂとが交差する角部をワークＷを切削する主切刃１１７ｂとする。そして、スクイ面１１３ｂは、そのスクイ角がワークＷの表層Ｗ２（図２参照）から地金Ｗ１（図２参照）に向かう切削深さ方向に連続的に変化するように形成されており、スクイ面１１３ｂの地金側端部（主切刃１１７ｂの地金側端部１１７ｂａ）における地金側スクイ角α１ｂを正、スクイ面１１３ｂの表層側端部（主切刃１１７ｂの表層側端部１１７ｂｂ）における表層側スクイ角α２ｂを負としている。なお、スクイ面１１３ｂの、ワークＷの表層Ｗ２の表面と主切刃１１７ｂとが交差する境界部における境界部スクイ角は、表層側スクイ角α２ｂよりも小さな負としてある。
【００２４】
また、各切削刃１００において、逃げ面１１1ｂのなす逃げ角βｂは、切削深さ方向に一定となっている。このため、主切刃１１７ｂの地金側端部１１７ｂａにおける切刃角は、地金側スクイ角α１ｂが正であることから、９０°より小さい鋭角となっている。一方、主切刃１１７ｂの境界部における切刃角は、境界部スクイ角が負であることから、主切刃１１７ｂの地金側端部１１７ｂａにおける切刃角よりも大きい角度となっている。また、主切刃１１７ｂの表層側端部１１７ｂｂにおける切刃角は、表層側スクイ角α２ｂが境界部スクイ角よりも大きな負であることから、主切刃１１７ｂの境界部における切刃角よりも大きい角度となっている。
【００２５】
このように、第２実施形態に係る切削刃１０においても、スクイ面１１３ａ，１１３ｂを、そのスクイ角がワークＷの表層Ｗ２から地金Ｗ１に向かう切削深さ方向に変化するように形成し、地金側スクイ角α１ａ，α１ｂを正とすることにより、切削抵抗を抑制することができる。また、スクイ面１３の境界部スクイ角を負とすることにより、切削刃のせん断応力が低下し、切削刃が欠損することなく長寿命にして、地金の表面側に硬い表層があるワークの平面切削を適切に行うことができる。
【００２６】
また、第２実施形態に係る切削刃１０によれば、２つのスクイ面１１３ａ，１１３ｂを点対称に配置しているので、切削刃１０を回転させてカッターボディ本体２０の円板状取付部２ａの外周面に取付けることができる。
なお、地金側スクイ角α１ａ，α１ｂは、切削抵抗を抑制するため、０°より大きく２０°以下であることが好ましく、１０°以上１５°未満であることがより好ましい。
また、境界部スクイ角は、切刃におけるせん断応力を抑制するため、−１５°以上０°未満であることが好ましく、−１０°以上−５°以下であることがより好ましい。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態に係る切削刃１０、１００において、表層側スクイ角α２、α２ａ、α２ｂは負となっているが、正としてもよい。
また、第１実施形態に係る切削刃１０において、スクイ面１３は、そのスクイ角がワークＷの表層Ｗ２から地金Ｗ１に向かう切削深さ方向に連続的に変化するように形成されているが、スクイ角が連続的に変化する必要性は必ずしもなく、地金側スクイ角α１が正、境界部スクイ角α３が負であれば、スクイ角が階段状に変化するように形成されていてもよい。
【実施例】
【００２８】
本発明の効果を検証すべく、図１に示す正面フライス工具で構成される切削工具１により、地金Ｗ１の表面側に硬い表層Ｗ２があるワークＷの平面切削を行い、切削刃１０における境界部１７ｃでのせん断応力を求めた。
ここで、被削材としてのワークＷはＳ４５Ｃであり、表層Ｗ２は、図７に示すように、表面から約１．４ｍｍ程度の厚さを有し、ビッカース硬さＨｖ約６４０となっている。また、地金Ｗ１は、表層Ｗ２と地金Ｗ１との境界から裏面側に４ｍｍ以上の厚さを有し、図７に示すように、ビッカース硬さ約２５０Ｈｖである。
【００２９】
そして、切削工具１による加工条件は次のとおりである。
・工具直径：７０ｍｍ、周速：１００ｍ／ｍｉｎ、一刃送り：０．８ｍｍ／刃、切込み深さ５ｍｍ
切削刃１０として、地金側スクイ角α１は切削抵抗を抑制するため＋１５°とし、境界部スクイ角α３を−１５°、−１０°、０°、＋５°、＋１５°と変えたときの切削刃における境界部のせん断応力を求めた。切削刃１０のける逃げ角βは５°で一定である。また、切込み角は４５°とした。その結果を図８に示す。図８において、切削刃のせん断応力を示す縦軸は、境界部スクイ角が０°における切削刃の境界部のせん断応力を基準として、境界部スクイ角を変えたときの切削刃の境界部のせん断応力の比を示している。
【００３０】
図８を参照すると、境界部スクイ角α３が−１５°以上０°未満のときに境界部におけるせん断応力が低く好適であることが理解されよう。
境界部スクイ角α３が０°以上であると、境界部における切刃角が鋭角（切刃角が８５°以下）となり、切削刃の境界部におけるせん断応力が大きくなり、刃が欠損しやすい。一方、境界部スクイ角α３が−１５°よりも負側に大きいと、切刃角が大きくなりこの部分における断面積が大きくなるが、切削抵抗が大きくなりすぎるため、せん断応力が増加するものと考えられる。
【符号の説明】
【００３１】
１  切削工具
１０  切削刃
１１  逃げ面
１２  取付面
１３  スクイ面
１４  連結面
１５  第１端面
１６  第２端面
１７  主切刃
１７ａ  地金側端部
１７ｂ  表層側端部
１７ｃ  境界部
１００  切削刃
１１１ａ，１１１ｂ  逃げ面
１１３ａ，１１３ｂ  スクイ面
１１７ａ，１１７ｂ  主切刃
１１７ａａ，１１７ｂａ  地金側端部
１１７ａｂ，１１７ｂｂ  表層側端部
Ｗ  ワーク
Ｗ１  地金
Ｗ２  表層
α１，α１ａ，α１ｂ  地金側スクイ角
α２，α２ａ，α２ｂ  表層側スクイ角
α３  境界部スクイ角
β，βａ，βｂ  逃げ角
δ１，δ２，δ３  切刃角
θ  切込み角
【図１】
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【図２】
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【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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