(57)【要約】【課題】ＨＲＣ５５以上の高硬度材加工では、切れ刃の食い付き時の衝撃によるチッピングが課題となり、ボール刃全体のチッピングを抑制し、長寿命なＣＢＮ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】ＣＢＮ焼結体からなるボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルは、シャンクの先端にシャンクより縮径する首部を設け、その先端に立方晶窒化硼素を含有する焼結体を接合し、ボール刃と外周刃とを設け、該ボール刃の法線方向すくい角は、Ｒ１０度で−５度〜−１５度、Ｒ５０度〜Ｒ７０度で−５度〜＋３度、且つ、ピークを示し、Ｒ９０度で−１０度〜０度とし、Ｒ１０度よりＲ５０度〜Ｒ７０度に向け漸次プラス方向、ピークよりＲ９０度に向け漸次マイナス方向に設けたことを特徴とするＣＢＮ製ボールエンドミルである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化硼素を含有する焼結体からなるボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルは、シャンクの先端にシャンクより縮径する首部を設け、その先端に立方晶窒化硼素を含有する焼結体を接合し、ボール刃と外周刃とを設け、該ボール刃の法線方向すくい角は、Ｒ１０度で−５度〜−１５度、Ｒ５０度〜Ｒ７０度で−５度〜＋３度、且つ、ピークを示し、Ｒ９０度で−１０度〜０度とし、Ｒ１０度よりＲ５０度〜Ｒ７０度に向け漸次プラス方向、ピークよりＲ９０度に向け漸次マイナス方向に設けたことを特徴とするＣＢＮ製ボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、立方晶窒化硼素（以下、ＣＢＮと称する。）を含有する焼結体のボールエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ＣＢＮ製ボールエンドミルで、ＣＢＮ焼結体とシャンク部との接合に関して記載されている。特許文献２は、超硬合金製のボールエンドミルにおいて、ボール刃の法線方向すくい角を外周側から先端側へ−２０度から０度に変化させて、工具寿命を延ばした例が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１４４１３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１３８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＣＢＮは脆性材料で脆く、小径では、ＣＢＮ焼結体が通常用いられている旋削工具や刃先交換式のエンドミルでは、切削速度を調整でき、比較的高速切削ができ、比切削抵抗を減少させることができるのに対し、比較的、低速切削では、チッピングを生じやすく、特に、ＨＲＣ５５以上の高硬度材加工では、切れ刃の食い付き時の衝撃によるチッピングが課題となる。本願発明は、ボール刃全体のチッピングを抑制し、長寿命なＣＢＮボールエンドミル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】
【０００４】
本願発明は、立方晶窒化硼素を含有する焼結体からなるボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルは、シャンクの先端にシャンクより縮径する首部を設け、その先端に立方晶窒化硼素を含有する焼結体を接合し、ボール刃と外周刃とを設け、該ボール刃の法線方向すくい角は、Ｒ１０度で−５度〜−１５度、Ｒ５０度〜Ｒ７０度で−５度〜＋３度、且つ、ピークを示し、Ｒ９０度で−１０度〜０度とし、Ｒ１０度よりＲ５０度〜Ｒ７０度に向け漸次プラス方向、ピークよりＲ９０度に向け漸次マイナス方向に設けたことを特徴とするＣＢＮ製ボールエンドミルである。本願発明を適用することにより、高硬度材加工でも切れ刃の食い付き時の衝撃を緩和してチッピングを減少させることができる。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明は、ＨＲＣ５５以上の高硬度材の加工において、エンドミルの振動を抑制してチッピングを抑制でき、長時間に亘って安定した切削が可能なＣＢＮボールエンドミルを提供できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本願発明は、図１より、シャンク１の先端にシャンク１より縮径する首部を設け、その先端にＣＢＮ焼結体からなる外周刃２、ボール刃３を設けている。
先ず、法線方向すくい角４は、Ｒ１０度で−５度〜−１５度に設ける。これにより、ボール刃３の強度を高め、回転中心軸方向の切削抵抗がボール刃３に大きく作用した場合でもチッピングや欠損に耐えることができる。法線方向すくい角４が−５度よりもプラス側へ大きいと、ボール刃３の強度が弱く、チッピングを引き起こす。−２０度よりも小さいと、ボール刃３の被削材への食い付き性が悪化し、切削抵抗が増大する。Ｒ１０度とは、図２より、エンドミルの左側面図で、ボール刃の回転軌跡５がなす半球の中心６を通り、且つ、エンドミル回転中心軸と成す角度が１０度となる直線がボール刃３と交わる位置である。
次に、法線方向すくい角４は、Ｒ１０度からＲ５０度又はＲ７０度へ向かって漸次プラス方向へ大きく設け、ボール刃の先端からＲ５０度〜Ｒ７０度の位置に最もプラス方向へ大きくなるピークを持つように設ける。Ｒ５０度〜Ｒ７０度において、ボール刃３の切削性を向上させ、切削抵抗を減じ、ボール刃全体のチッピングを抑制し、安定した加工が可能となる。そのピークがＲ５０度未満の位置にあると、ピークは最もボール刃強度の低いため、エンドミル回転中心軸方向の切削抵抗が作用してチッピングしやすい。また、ピークがＲ７０度を超える位置にあると、ボール刃３の外周側が被削材に食い込みすぎて、エンドミルがたわみやすくなる。法線方向すくい角４のピークは、−５度〜＋３度の範囲に設ける。法線方向すくい角４のピークを、−５度よりマイナス側に大きいと、切削抵抗が増大してチッピングを起こしやすく、＋３度を超えると、鋭利になりすぎ、被削材に食い付き時の衝撃により、チッピングを抑制できない。
更に、本願発明は、法線方向すくい角４をピークの位置よりＲ９０度へ向かって漸次マイナス方向に設けることにより、切削速度が最も高く、エンドミルの振動の影響を最も受ける外周側のボール刃３の強度を高め、チッピングを抑制できる。以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【０００７】
（実施例１）
本発明例１として、ＣＢＮ焼結体を、超硬合金製シャンク１、直径４ｍｍの一端に、首部をストレート形状で、その直径を０．９４ｍｍに設けた孔部に差し込み固定した。ＣＢＮ焼結体は、刃径が１ｍｍ、刃数２で、ボール刃は、チゼル刃を有するため、法線方向すくい角４は、Ｒ１０度で−１０度、Ｒ６０度で０度、且つ、ピークを示し、Ｒ９０度で−５度とし、Ｒ１０度よりＲ６０度に向け漸次プラス方向、Ｒ６０度よりＲ９０度に向け漸次マイナス方向に設け、外周刃、ねじれ角が２０度、有効刃長１．８ｍｍに設けた。ボール刃、外周刃に、ＨＶ３０ＧＰａのＡｌＣｒＳｉＮ膜を被覆した。尚、漸次プラス方向は、ボールの回転軌跡上１０度毎に、一定の角度変化させて行い、ピーク前後では、前記変化の半分程度とした。本発明例１では、Ｒ１０度〜Ｒ５０度の漸次プラス方向では、ボールの回転軌跡上１０度毎に２度、Ｒ５０度〜Ｒ６０度の漸次プラス方向では、１度、Ｒ６０度〜Ｒ７０度の漸次マイナス方向では、１度、Ｒ７０度〜Ｒ９０度の漸次マイナス方向では、ボールの回転軌跡上１０度毎に２度に設けた。
切削試験に用いるワークは、被削材にＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）で、角部をボール刃の径と同じＲ０．５ｍｍの曲面に仕上げる加工を行い、次いで、Ｒ１．０ｍｍに拡げ、最後にその仕上げ加工を行った。前記角部からＲ０．５ｍｍの曲面加工は、スタート時、Ｒ９０度のみで切削し、仕上げ加工は、Ｒ０度〜Ｒ９０度のボール刃全体が接触し、１加工が完了する。
次いで、Ｒ０．５ｍｍからＲ１．０ｍｍの曲面加工を、前記条件を踏襲しつつ行ったが、Ｒ０．５ｍｍの曲面を水平方向、垂直方向にピックフィードを繰り返しつつ、拡げ、Ｒ１．０ｍｍの曲面加工を実施した。被削材の水平方向に拡げる場合には、主にＲ６０度〜Ｒ９０度のボール刃が切削し、被削材の垂直方向に拡げる場合には、主にＲ４０度以下のボール刃が切削している。但し、プログラム上、削り残し部が生じた時には、補完的に削り残し部の切削を行った。
切削条件は、角部からＲ０．５ｍｍの曲面加工は、回転数は４００００ｍｉｎ−１、送り速度が１ｍ／ｍｉｎ、軸方向の切込み量０．５ｍｍ、半径方向切り込み量を０．０１ｍｍとして、クーラントにミストを用いた。評価方法としては、１加工完了後、工具摩耗、仕上げ面状態を観察した。工具摩耗に関しては光学顕微鏡で１００倍の倍率で観察し、ボール刃の逃げ面の最大摩耗幅が０．１ｍｍを超えた時点、もしくはチッピングや折損等を生じた時点を工具寿命と判断した。また、仕上げ面状態を光学顕微鏡で１００倍の倍率で観察して評価した。次に、Ｒ０．５ｍｍからＲ１．０ｍｍの曲面加工は、基本的には、軸方向の切込み量を０．５ｍｍ、半径方向切り込み量を０．０１ｍｍとしたが、プログラム上、削り残し部を補完的に切削しつつ、試験を行った。
【０００８】
本発明例１は、角部からＲ０．５ｍｍの曲面加工で、５０回のツールパスで、切削長としては略１０ｍ切削したが、１加工後、チッピングもなく、正常な摩耗状態を示した。続いて、Ｒ０．５ｍｍからＲ１．０ｍｍの曲面加工では、切削長としては略４０ｍ切削したが、１加工後、チッピングもなく、正常な摩耗状態を示した。
更に、上記角部からＲ０．５ｍｍの曲面加工とＲ０．５ｍｍからＲ１．０ｍｍの曲面加工を繰り返して１０回行った結果、本発明例１は、チッピングもなく、正常な摩耗状態を示した。
【０００９】
本発明例２〜１０として、表１に示すように、法線方向すくい角をＲ１０度で−５度〜−１５度、Ｒ５０度〜Ｒ７０度で−５度〜＋３度、且つ、ピークを示し、Ｒ９０度で−１０度〜０度とし、Ｒ１０度よりＲ５０度〜Ｒ７０度に向け漸次プラス方向、ピークよりＲ９０度に向け漸次マイナス方向に設けた例を製作した。比較のため、比較例１１として、Ｒ１０度で−２０度、比較例１１として、漸次プラス方向を１０度毎に３度設けた例、比較例１２として、Ｒ１０度で０度の例を製作し、同様に試験を実施した。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
本発明例２、３のピークの位置をＲ５０度、Ｒ７０度に設けた例は、本発明例１同様に、角部からＲ０．５ｍｍの曲面加工、Ｒ０．５ｍｍからＲ１．０ｍｍの曲面加工で、チッピングもなく、仕上げ面状態はビビリの痕も見られず、安定した切削ができた。本発明例４〜６のは、法線方向すくい角をＲ１０度で−１５度とし、更に、漸次プラス方向を２．５度とやや急に変化させたので、被削材を水平方向に拡げる場合に、良好な切削性能を示した。本発明例７〜９は、法線方向すくい角をＲ１０度で−５度とし、更に、漸次プラス方向をやや緩やかに変化させたので、チッピングもなく、仕上げ面状態はビビリの痕も見られず、安定した切削ができた。
比較例１０は、Ｒ０．５ｍｍの曲面加工で、チッピングを生じて寿命となった。比較例１１は、Ｒ０．５ｍｍからＲ１．０ｍｍの曲面加工時に、特に、被削材の垂直方向に拡げる場合、振動からビビリが発生し、仕上げ面状態にビビリの痕を生じたので、１加工で試験を中止した。比較例１２は、Ｒ２０度付近でチッピングしたため、同様に試験を中止した。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明例の正面図を示す。
【図２】図２は、図１の左側面図を示す。
【図３】図３は、図２の直線Ｌに直角な断面図を示す。
【符号の説明】
【００１３】
１：シャンク
２：外周刃
３：ボール刃
４：法線方向すくい角
５：ボール刃の回転軌跡
６：ボール刃の回転軌跡の中心
７：ボール刃のすくい面
８：首下長さ
Ｌ：ボール刃の回転軌跡の中心とボール刃を結んだ直線
【図１】
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【図２】
2008110437.tif 000005
【図３】
2008110437.tif 000006