JP2004351609A

JP2004351609A - ブローチ工具及びブローチ加工方法

Info

Publication number: JP2004351609A
Application number: JP2004123157A
Authority: JP
Inventors: Soichi Sumiya; 宗一角谷; Yasuhiro Murai; 康弘村井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度材の中空穴の仕上げ加工用のブローチ加工に用いられ、切れ刃材質が超硬合金の場合でも、刃先のチッピング、異常摩耗が少なく、長寿命なブローチ加工ができるブローチ工具及びブローチ加工方法を提供。
【解決手段】多数の切れ刃２を寸法順に長手方向へ配列した中空穴の仕上げ加工用ブローチ工具であって、切れ刃２の少なくとも仕上げ部は、切れ刃２の材料が超硬合金とされ、切れ刃２の１刃当たりの切り込み量が切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ、丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満にされている。
【選択図】図３

Description

本発明は硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）相当の高硬度材の中空穴の仕上げ加工用のブローチ加工に用いられるブローチ工具及びブローチ加工方法に関する。

従来、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度材を仕上げ加工するブローチとしては、例えば特許文献１に開示され、このブローチでは、仕上げ切れ刃を構成する工具材質を超硬合金とし、さらに、各切れ刃を硬質被膜でコーティングし、各切れ刃のすくい角を−１０〜−３０°とすることにより、高硬度材の切削で良好な加工面が得られるとしている。また同ブローチを用いて速度４０〜６０ｍ／ｍｉｎで加工することにより、工具摩耗量が抑制されるとしている。
特開２００１−２３９４２５号公報要約

しかしながら、特許文献１のブローチの各切れ刃については、仕上げ代、ブローチの切れ刃の１刃当たりの切り込み量については記述が無く、従来、熱処理前の加工で用いられるブローチ工具では、ブローチの切れ刃の１刃当たりの切り込み量は、それぞれ炭素鋼、合金鋼の、スプライン穴では２５μｍ〜３０μｍ、丸ブローチ穴では９μｍ〜２０μｍ程度の切り込み量に設定するのが普通である。これは、スプライン穴又はボール溝などの溝穴では２０μｍ未満、丸ブローチ穴では９μｍ未満では、切れ刃とワークとのこすりにより、切れ刃が摩耗し、工具寿命が短くなったからである。また従来、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度材を仕上げ加工するブローチ加工においては、切り込み量の定説はない。逆に、１刃の切り込み量を減らすと、ブローチ長さが長くなり工具費が高くなるという課題があった。

本発明の課題は、かかる従来の課題を解決した、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度材の中空穴の仕上げ加工用のブローチ加工に用いられ、切れ刃材質が超硬合金の場合でも、刃先のチッピング、異常摩耗が少なく、長寿命なブローチ加工ができるブローチ工具及びブローチ加工方法を提供することにある。

このため本発明の第１発明は、多数の切れ刃を寸法順に長手方向へ配列した中空穴の仕上げ加工用ブローチ工具であって、前記切れ刃のうちの少なくとも仕上げ部は、前記切れ刃の材料が超硬合金とされ、１刃の切り込み量が切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ、丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満、であることを特徴とするブローチ工具によって、上述した課題を解決した。なお、各切れ刃のすくい面以外の切れ刃表面にＴｉＡｌＮの硬質被膜のコーティングを施したので、より摩耗に強く、より長寿命な工具を提供するものとなった。
本発明の第２発明は、中空穴の仕上げ加工において、完成品寸法に対して仕上げ加工の切り込み方向で０．０１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の仕上げ削り代を残して前加工され、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度の中空穴被削面を、請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載のブローチ工具を用いて、完成品寸法に仕上げ加工することを特徴とするブローチ加工方法によっても上述した課題を解決した。

従来、熱処理前の加工で用いられるブローチ工具では、ブローチの切れ刃の１刃当たりの切り込み量は、それぞれ炭素鋼、合金鋼の、スプライン穴又はボール溝などの溝穴では２５μｍ〜３０μｍ、丸ブローチ穴では９μｍ〜２０μｍ程度の切り込み量に設定するのが普通である。これは、スプライン穴又はボール溝などの溝穴では２０μｍ未満、丸ブローチ穴では９μｍ未満では、切れ刃とワークとのこすりにより、切れ刃が摩耗し、工具寿命が短くなったからである。熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度の被削材を、これと同等の切り込み量で加工すると、刃先にチッピングを生じ、工具寿命が短くなる。これは被削材が硬く、これを加工する切れ刃はさらに硬いので、チッピングを生じやすく、もろい性質を有するためである。
本発明では、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度の被削材を加工する際は、切れ刃のこすりよりも、まずチッピングを減らすことが工具寿命延長に重要であると考え、ブローチ工具の、１刃の切り込み量を切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ、丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満に限定した。これにより、切れ刃先端にかかる応力を一定レベルに押さえ、刃先のチッピングを抑制することができた。また、切れ刃の材質を超硬合金としたので、耐熱性、耐摩耗性が強化され、摩耗に対しても強い工具となった。１刃の切り込み量を切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴で５μｍ未満、丸ブローチ穴で３μｍ未満では切れ刃とワークとのこすりにより、切れ刃が摩耗し、工具寿命が短くなり、また、切り込みを小さくした際に、ブローチ全長が長くなり、ブローチコストが高くなるのを防止する。１刃の切り込み量を切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴で１５μｍを越え、丸ブローチ穴で９μｍ以上であると刃先のチッピングが生じる。また、切り込みを小さくした際に、ブローチ全長が長くなり、ブローチコストが高くなるのを防止するため、中空穴の仕上げ加工において、完成品寸法に対して仕上げ加工の切り込み方向で０．０１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の仕上げ削りしろを残して前加工するものとした。０．０１ｍｍ以上の仕上げ削りしろとしたのは、多くの場合、前加工寸法が最終仕上がり寸法であっても、中空部品の内面加工においては、通常、熱処理変形で穴径が小さくなるので、前加工ブローチの加工ばらつきを考慮しても、削り代が無くなることがない点に着目したからである。内面ブローチ加工はバランス切削であり、前加工に倣う性質があるため、削りしろが小さくても、削りしろの偏りがでにくく、黒皮のこりが生じにくいため、０．０１ｍｍ程度の非常に少ない削り代の設定が可能である。又、０．１５ｍｍ以下の仕上げ削りしろとしたのは、ワーク形状によっては、熱処理変形がいびつとなり、部分的に穴径が拡大する場合があり、ブローチ工具が長くなり不経済とならない範囲で取り代に余裕を持たせる必要があるためであるが、対象ワークの熱処理変形の状態を観察して、できるだけ小さく設定するのが好ましい。

本発明の第１発明及び本発明の第２発明の構成により、硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度材の中空穴の仕上げ加工用のブローチ加工に用いられ、切れ刃材質が超硬合金の場合でも、刃先のチッピング、異常摩耗が少なく、長寿命なブローチ加工ができるブローチ工具及びブローチ加工方法を提供するものとなった。

好ましくは、前記ブローチ工具は、中空穴被削面が仕上げ代を残して前加工され、熱処理された後、硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）相当の高硬度の前記中空穴被削面を、完成品寸法に仕上げ加工するブローチであることにより、摩擦係数を下げ、発熱を押さえるとともに、摩耗を抑制し、工具寿命を延ばすことができる。
さらに好ましくは、前記超硬合金は、ＷＣの平均粒径が０．４〜０．８μｍで、Ｃｏ含有量が５〜１５ｗｔ％としたので、切り込み量が少なく、こすりが多い条件でも耐摩耗性に優れたものとなった。ＷＣの平均粒径が０．４未満は製造しにくいし、０．８μｍを越えると欠け易くなるからである。またＣｏ含有量は、５ｗｔ％未満では欠け易く、１５ｗｔ％を越えると耐摩耗性が低くなるからである。

図１は本発明の実施の形態の熱処理された後の仕上げ加工に使用するブローチの側面立面図、図２は図１のブローチ工具の加工対象スプライン穴ワークの平面図、図３は図１のブローチ工具の加工対象スプライン穴ワークの加工溝部の拡大説明図、図４は図２の加工対象スプライン穴ワークの、熱処理される前ブローチ加工、熱処理された後、及び、仕上げブローチ加工後のワーク加工部の、それぞれの大径寸法を示す説明図である。図２に示す本発明の実施の形態のブローチの加工対象ワークは、内径に４カ所の角スプラインのあるワーク６のスプライン大径部溝７〜１０である。完成品の大径寸法はφｄ１＝４０．０ｍｍとし、熱処理される前に、前加工用ブローチにてスプライン大径をφｄ２＝３９．９ｍｍに加工する。即ち、完成品寸法に対して、径で０．１ｍｍの仕上げしろを残して前加工する。次に、ワークを浸炭焼き入れし、表面硬度を６０ＨＲＣとした。浸炭深さは約１ｍｍである。このとき、ワークは熱処理変形により内径が縮径され、熱処理された後のスプライン大径寸法はφｄ３＝３９．８〜３９．８５（φｄ３の最小値：φｄ３ｍｉｎ＝３９．８）となった。ｄ１、ｄ２、ｄ３の関係を図４に示す。

図１に図２に示すようなスプライン穴ワーク（ボール溝などの溝穴ワークであってもよい）、スプライン大径部を仕上げ加工する本発明の実施の形態のブローチ工具を示す（丸ブローチ穴を仕上げ加工するブローチ工具も丸穴用の類似した形状のものが使用される）。図１のブローチ工具は、多数の切れ刃２を寸法順に切れ刃部５の軸線方向ないし長手方向へ配列した中空穴の仕上げ加工用ブローチ工具であって、切れ刃２のうちの少なくとも仕上げ部は、切れ刃２の材料が超硬合金とされ、１刃の切り込み量が切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ（丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満）にされている。図１のブローチ工具は、つかみ部１に続き、切れ刃２を多数有する。切れ刃２は、ＷＣ平均粒径は０．７μｍ、Ｃｏ含有量は１１ｗｔ％の超硬合金製とし、５は切れ刃部で、各切れ刃２のすくい面以外の切れ刃表面にＴｉＡｌＮの硬質被膜のコーティングが施されている。切れ刃部５の前半部３は切れ刃１刃あたりの切り込み量を１５μｍとし、切れ刃部５の仕上げ加工する仕上げ部４である後半部４は切れ刃１刃あたりの切り込み量を１０μｍとした。すなわち、このようなブローチによる切り込みは図３に示すように、総切り込み量Ｌ１＝（ｄ１−ｄ３ｍｉｎ）／２＝０．１ｍｍとなり、切れ刃部５の前半部切り込み量Ｌ２＝１５μｍ、後半切り込み量Ｌ３＝１０μｍとしたとき、切れ刃部５の前半部３切れ刃数を４枚、後半部４の切れ歯数を４枚とした。また、切れ刃部５のブローチ刃のピッチは１５ｍｍとし、ブローチ切れ刃部全長は１２０ｍｍ程度としたので、コンパクトで経済的なブローチとなった。

こうしたブローチで図２に示すようなワークの熱処理後のスプライン大径を加工したところ、切り込み量２５μｍとした場合に比べ、刃先のチッピングの発生が大幅に少なく、２倍以上の工具寿命となった。
本発明は、１刃の切り込み量が切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ（丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満）にすることが特徴であるが、例えば、粗加工用切れ刃と仕上げ加工用切れ刃で切り込み量を変える場合に、仕上げ加工切れ刃の１刃の切り込みを１５μｍ以下とするようにしても、ある程度の効果は得られる。粗加工切れ刃の寿命が先に来ても、仕上げ歯のチッピングを遅らせることができるからである。
また、この実施例に限らず、インボリュートスプラインの大径加工、歯面加工、内径加工、またはそのいずれかの組み合わせ、ＣＶＴボール溝加工、内径加工、またはその組み合わせ等でも同様に適用できるものである。
〔発明を実施するための最良の形態の効果〕

本発明の実施の形態のブローチ工具の構成により、高硬度材の中空穴の仕上げ加工において、熱処理後に切れ刃の１刃の切り込み量が切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ（丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満）のブローチで仕上げ加工するようにしたので、刃先のチッピング、異常摩耗が少なく、長寿命なブローチ加工ができるようになった。特に、切れ刃材質が超硬合金の場合でも、チッピングなく長寿命となる。また、前加工は完成品寸法に対して仕上げ加工の切り込み方向で０．０１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の仕上げ削り代としたので、未加工の黒皮が残ることはなく、１刃の切り込み量が１５μm 以下の超硬ブローチであってもブローチ全長が短く、経済性に優れるものとなった。さらに、各切れ刃２のすくい面以外の切れ刃表面にＴｉＡｌＮのコーティングを施したので、より摩耗に強く、より長寿命な工具を提供するものとなった。
好ましくは、また、ＷＣの平均粒径が０．４〜０．８μｍで、Ｃｏ含有量が５〜１５ｗｔ％としたので、切り込み量が少なく、こすりが多い条件でも耐摩耗性に優れる。

本発明の実施の形態の熱処理された後の仕上げ加工に使用するブローチ工具の立面側面図。図１のブローチ工具の加工対象スプライン穴ワークの平面図。図１のブローチ工具の加工対象スプライン穴ワークの加工溝部の拡大説明図。図２の加工対象スプライン穴ワークの、熱処理される前ブローチ加工、熱処理された後、及び、仕上げブローチ加工後のワーク加工部の、それぞれの大径寸法を示す説明図。

符号の説明

２・・切れ刃６・・スプライン穴ワーク７〜１０・・スプライン大径部溝

Claims

多数の切れ刃を寸法順に長手方向へ配列した中空穴の仕上げ加工用ブローチ工具であって、前記切れ刃のうちの少なくとも仕上げ部は、前記切れ刃の材料が超硬合金とされ、１刃の切り込み量が切り込み方向でスプライン穴又はボール溝などの溝穴では５μｍ〜１５μｍ、丸ブローチ穴では３μｍ〜９μｍ未満、であることを特徴とするブローチ工具。
前記ブローチ工具は、中空穴被削面が仕上げ代を残して前加工され、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）相当の高硬度の前記中空穴被削面を、完成品寸法に仕上げ加工するブローチであることを特徴とする請求項１に記載のブローチ工具。
前記超硬合金は、ＷＣの平均粒径が０．４μｍ〜０．８μｍで、Ｃｏ含有量が５ｗｔ％〜１５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブローチ工具。
中空穴の仕上げ加工において、完成品寸法に対して仕上げ加工の切り込み方向で０．０１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の仕上げ削り代を残して前加工され、熱処理された後の硬度が４５〜６５ＨＲＣ相当の高硬度の中空穴被削面を、請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載のブローチ工具を用いて、完成品寸法に仕上げ加工することを特徴とするブローチ加工方法。