JP2010201607A - Ball end mill, and cutting method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として工作機械等で使用されるボールエンドミルの形状に関するものであり、特に、溶着しやすくかつ材料硬度の高い被削性の悪い金型など、ボールエンドミルの先端を使用して加工するようなフラット部を含んだ３次元曲面加工等の切削加工に適した新規かつ高性能のボールエンドミルに関するものである。
また本発明は、前記ボールエンドミルを用いた３次元曲面加工等に好適な高効率の切削加工方法に関する。The present invention relates to the shape of a ball end mill mainly used in machine tools and the like, and in particular, machining using the tip of a ball end mill such as a mold that is easy to weld and has high material hardness and poor machinability. The present invention relates to a new and high performance ball end mill suitable for cutting such as three-dimensional curved surface processing including a flat portion.
The present invention also relates to a highly efficient cutting method suitable for three-dimensional curved surface processing using the ball end mill.
ボールエンドミルは、金型などの３次元曲面加工用工具として広く用いられているものであり、超硬合金を基材としたボールエンドミルが普及している。一方、削られる方の被削材に関しては、金型としての性能改良が進んでいる。例えば、プラスチック金型材料においては、射出成型の際に、ショット数が多くなってくると、金型に割れが発生し、金型に修正が必要になる。その金型割れの発生までの時間を延ばすための改良がなされており、今までの金型としての強度は保ちつつ、金属自体に靭性を持たせる傾向にある。つまり、硬度はある程度硬くかつ、溶着をおこし易いねばさを兼ね備えた金属材料が一般的になってきている。 The ball end mill is widely used as a tool for three-dimensional curved surface processing such as a mold, and a ball end mill based on a cemented carbide is widely used. On the other hand, with regard to the work material to be cut, performance improvement as a mold is progressing. For example, in the case of plastic mold materials, if the number of shots increases during injection molding, cracks occur in the mold, and the mold needs to be corrected. Improvements have been made to extend the time until the occurrence of cracking of the mold, and the metal itself tends to have toughness while maintaining the strength as a conventional mold. In other words, metal materials having a hardness that is somewhat hard and easy to weld are becoming common.
一般的に、ボールエンドミルによる切削加工においては、工具本体のボール刃先端部（以後、チゼル近傍ともいう。）における切削速度よりもボール刃の外周側（回転軸より４５°〜９０°の範囲をいう。）の切削速度は極めて大であるため、ボール刃の外周側における負荷は大きく、チッピングや摩耗が著しく進行し、大幅に工具寿命を短くしてしまう。特に先述したような近年開発されたプラスチック金型材料の切削においては、硬度が高く、摩耗進行が早くなる問題と、生成された切屑が刃先からうまく排出されず切屑詰まりを起こしやすくなるといった問題が発生する。
特許文献１には、非鉄金属材料を切削するために切屑排出性を向上させたボールエンドミルが開示されている。従来、ボールエンドミルの刃底丸みの半径は、刃径に対して０．１５〜０．３０倍に形成されていた。しかしながら、本発明者が検討したところ、従来構成のボールエンドミルでは、本発明の対象とするプラスチック金型材料等の高速切削等において、前記問題が顕在化していることがわかった。In general, in cutting by a ball end mill, the outer peripheral side of the ball blade (in the range of 45 ° to 90 ° from the rotation axis) is higher than the cutting speed at the tip of the ball blade of the tool body (hereinafter also referred to as the chisel). )) Is extremely high, the load on the outer peripheral side of the ball blade is large, chipping and wear significantly progress, and the tool life is greatly shortened. Especially in the cutting of recently developed plastic mold materials as described above, there are problems that the hardness is high and wear progresses quickly, and that the generated chips are not discharged well from the cutting edge and are likely to cause chip clogging. appear.
一方、近年、等高線加工を行うための切削工具として、超硬合金を基材としたボールエンドミルが種々提案され、実用化されている。しかしながら、従来実用化されているものは、ある程度の工具寿命の確保ができるものの、プラスチック金型材料などの難加工性の金型材料の加工に際して切屑排出性が悪く、問題になっていた。
即ち、近年の金型加工では、高能率かつ安定した高精度切削が要求されるため、荒加工から仕上げ加工までを等高線加工で彫り込む加工方法が実用性の点から採用されている。そうなると、従来主として切削性や切屑排出性について検討され、改良がなされてきたボール刃の外周側における切削だけでなく、ボールエンドミルのチゼル近傍でも切削を行うことが必要になる。しかし、従来のものでは、特にチゼル近傍における切り屑排出性と切削性が極めて不十分であり、この問題の解決が望まれている。On the other hand, in recent years, various ball end mills based on cemented carbide have been proposed and put into practical use as cutting tools for performing contour processing. However, what has been put into practical use has been problematic because it can secure a certain tool life but has poor chip dischargeability when processing difficult-to-work mold materials such as plastic mold materials.
That is, in recent metal mold processing, highly efficient and stable high-precision cutting is required, and therefore, a processing method of engraving from roughing to finishing by contour processing is adopted from the viewpoint of practicality. In this case, it is necessary to perform cutting not only on the outer peripheral side of the ball blade, which has been mainly studied and improved, but also near the chisel of the ball end mill. However, the conventional ones have extremely insufficient chip dischargeability and machinability particularly near the chisel, and a solution to this problem is desired.
従って、本発明の目的は、高硬度でかつ高靭性なプラスチック金型材料等、高硬度でかつ高靭性な難削性の金属材料の切削加工に適した新規かつ高性能なボールエンドミル及びそれを用いた高効率の切削加工方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a new and high-performance ball end mill suitable for cutting a hard metal material having high hardness and high toughness, such as a plastic mold material having high hardness and high toughness. It is to provide a highly efficient cutting method used.
本発明のボールエンドミルは、略半球状のボール刃を有し、チゼル端部すくい角が−４５〜−１５°であり、ボール刃先端部でのすくい面曲率半径がエンドミル刃径Ｄの３％以下であり、及びギャッシュ深さが刃径Ｄの０．５〜１％の範囲にあることを特徴とするものである。ここで、ボール刃先端部はチゼル近傍ともいう。特に限定しない限り、ボール刃先端部は当該ボールエンドミルの工具先端から刃径Ｄの１０％までの範囲をいう。
本発明のボールエンドミルの構成を採用したことにより、特にボール刃先端部での切屑排出性が改善され、長寿命のボールエンドミルが得られる。The ball end mill of the present invention has a substantially hemispherical ball blade, the chisel end rake angle is −45 to −15 °, and the rake face curvature radius at the ball blade tip is 3% of the end mill blade diameter D. And the gash depth is in the range of 0.5 to 1% of the blade diameter D. Here, the tip of the ball blade is also referred to as the vicinity of the chisel. Unless specifically limited, the ball blade tip refers to a range from the tool tip of the ball end mill to 10% of the blade diameter D.
By adopting the configuration of the ball end mill according to the present invention, the chip discharging property at the tip of the ball blade is improved, and a long-life ball end mill can be obtained.
本発明のボールエンドミルにおいて、上記すくい面曲率半径とは、ボールエンドミルのボール刃すくい面とギャッシュ面境界部のギャッシュ溝に直角な断面での、すくい面とギャッシュ面の間の接続部の曲率半径をいう。
上記ギャッシュ深さとは、ギャッシュ溝直角断面における二番逃げ面とすくい面との交差部とギャッシュ面との距離をいう。
また、上記チゼル端部すくい角とは、ギャッシュ溝直角断面でのすくい面と回転軸とのなす角度をいう。In the ball end mill of the present invention, the rake face radius of curvature is the radius of curvature of the connection portion between the rake face and the gash face in a cross section perpendicular to the ball edge rake face of the ball end mill and the gash face boundary portion. Say.
The gash depth refers to the distance between the intersection of the second flank and the rake face and the gash face in the cross section perpendicular to the gash groove.
The chisel end rake angle refers to an angle formed by a rake face and a rotation axis in a cross section perpendicular to the gash groove.
本発明のボールエンドミルを用いた切削加工方法は、略半球状のボール刃を有し、チゼル端部すくい角が−４５〜−１５°であり、ボール刃先端部でのすくい面曲率半径がエンドミル刃径Ｄの３％以下であり、及びギャッシュ深さが刃径Ｄの０．５〜１％の範囲にあるボールエンドミルを用いた切削加工方法であって、
被削材を前記ボールエンドミルにより切削加工するにあたり、前記ボールエンドミルの刃先端部において切り屑排出性及び切削性を具備しつつ切削加工を行うことを特徴とする。
本発明の切削加工方法によれば、高効率かつ安定に高精度加工ができるとともにボール刃先端部での最大逃げ面磨耗幅を従来に比べて顕著に抑制することができる。The cutting method using the ball end mill of the present invention includes a substantially hemispherical ball blade, a chisel end rake angle of −45 ° to −15 °, and a rake face radius of curvature at the tip end of the ball blade. A cutting method using a ball end mill that is 3% or less of the blade diameter D and the gash depth is in the range of 0.5 to 1% of the blade diameter D,
When the work material is cut by the ball end mill, the cutting end of the ball end mill has a chip discharging property and a cutting property while being cut.
According to the cutting method of the present invention, high-precision machining can be performed efficiently and stably, and the maximum flank wear width at the tip of the ball blade can be remarkably suppressed as compared with the conventional one.
（１）本発明のボールエンドミルによれば、プラスチック金型材料等の難削性金属材料の高速切削時、高切り込み切削時、または高速切削時及び高切り込み切削時において、チゼル端部すくい角、上記のすくい面の曲率半径及びギャッシュ深さというボールエンドミルにおける３つの主要な構成要件を最適範囲に特定したことにより、ボール刃先端部に発生する切屑がチップポケットへ順次収容され、さらに収容後の切屑が円滑に排出されるため、切屑排出性が著しく向上するとともに、当該ボールエンドミルの摩耗の進行を抑制することができる。特にボール刃先端部の熱摩耗の進行を抑えられ、工具寿命を著しく向上することができる。
（２）本発明の切削加工方法によれば、高効率かつ高精度加工を安定に行うことができるとともに、使用したボールエンドミルが長寿命になり、トータルの切削加工コストを低減することができる。(1) According to the ball end mill of the present invention, at the time of high-speed cutting, high-cutting cutting, or high-speed cutting and high-cutting cutting of difficult-to-cut metal materials such as plastic mold materials, By specifying the three main components in the ball end mill, namely the radius of curvature of the rake face and the depth of the gash, in the optimum range, chips generated at the tip of the ball blade are sequentially accommodated in the chip pocket. Since the chips are discharged smoothly, the chip discharge performance is remarkably improved and the progress of wear of the ball end mill can be suppressed. In particular, the progress of thermal wear at the tip of the ball blade can be suppressed, and the tool life can be significantly improved.
(2) According to the cutting method of the present invention, high-efficiency and high-accuracy machining can be performed stably, and the used ball end mill has a long life, and the total cutting cost can be reduced.
＜ボールエンドミル＞
特に限定されないが、本発明のボールエンドミルの基材は超硬合金製とするのが好ましい。またＣＢＮ製のボールエンドミルとした場合にも本発明の有利な効果を奏することができる。さらにその他の公知の基材製としてもよい。
特に限定されないが、本発明のボールエンドミルに被覆する硬質皮膜として、ＡｌＣｒＳｉＮ系、ＣｒＳｉＮ系、ＴｉＳｉＮ系、ＴｉＢＯＮ系、ＴｉＣ系、ＴｉＮ系、ＴｉＣＮ系、ＴｉＡｌＮ系及びＡｌ２Ｏ３系皮膜のうちの１種または２種以上から構成される単層皮膜若しくは積層皮膜が例示される。
本発明のボールエンドミルは略半球状のボール刃を有する。図２に例示するように、略半球状とは、半径方向に突出した最外周部１０、１１等の部分を含むことが許容されるものをいう。即ち、全体としてはボールエンドミルの軸方向にボール刃３が突出し、もって本発明に係る略半球状のボール刃が構成される。<Ball end mill>
Although not particularly limited, the base material of the ball end mill of the present invention is preferably made of cemented carbide. The advantageous effects of the present invention can also be obtained when a ball end mill made of CBN is used. Furthermore, it may be made of other known base materials.
Although not particularly limited, as a hard film to be coated on the ball end mill of the present invention, among AlCrSiN-based, CrSiN-based, TiSiN-based, TiBON-based, TiC-based, TiN-based, TiCN-based, TiAlN-based and Al 2 O 3- based films Examples thereof include a single layer film or a laminated film composed of one type or two or more types.
The ball end mill of the present invention has a substantially hemispherical ball blade. As illustrated in FIG. 2, the substantially hemispherical shape means that it is allowed to include portions such as the outermost
本発明のボールエンドミルにおいて、チゼル端部すくい角（図５の１９等）は−４５〜−１５°であり、−４０〜−１５°とするのが好ましい。チゼル端部すくい角が−４５°より負側により大きな角度の場合、交差部（図５の１６等）直下において切屑がスムーズに流れるための空間が確保できずに切屑排出性が低下し、欠損や損傷を起こす。逆にチゼル端部すくい角が−１５°より正側に過大の場合、刃先が鋭角に近づくために切れ味はよくなるが、充分な刃先剛性が得られなくなり、容易に刃先の損傷を招く。したがって、本発明の目的を達成するために最適なチゼル端部すくい角の範囲は−４５〜−１５°である。このように構成することで、例えばプラスチック金型材料などを底面切削する際に、従来切屑詰まりを起こしやすかったチゼル近傍の切屑がギャッシュ面側へスムーズに流れるために、安定した加工が可能になり、高速切削や高送り加工時に切屑詰まりを起こすことなく加工することができる。 In the ball end mill of the present invention, the chisel end rake angle (such as 19 in FIG. 5) is −45 to −15 °, preferably −40 to −15 °. If the chisel edge rake angle is larger than -45 ° on the negative side, a space for smooth flow of chips immediately below the intersection (such as 16 in FIG. 5) cannot be secured and chip discharge performance is reduced, resulting in defects. Cause damage. Conversely, if the chisel edge rake angle is excessively larger than −15 ° on the positive side, the cutting edge becomes close to an acute angle, but the sharpness is improved, but sufficient cutting edge rigidity cannot be obtained, and the cutting edge is easily damaged. Therefore, the optimum chisel end rake angle range to achieve the objectives of the present invention is −45 to −15 °. With this configuration, for example, when cutting the bottom surface of plastic mold materials, etc., chips near the chisel that have been easy to cause chip clogging flow smoothly to the gash surface side, enabling stable processing. It is possible to process without causing chip clogging during high-speed cutting or high-feed processing.
本発明のボールエンドミルにおいて、すくい面曲率半径（図５の１８等）はエンドミル刃径Ｄの３％以下であり、０．８〜３％とするのが好ましい。すくい面曲率半径は、刃径Ｄの３％以下で形成される。ボール刃先端部でのすくい面曲率半径が３％を超えると、チゼル直下での切屑排出のための空間（チップポケット）が確保できなくなるため、結果的にチゼル近傍での切屑排出性が悪くなり欠損や折損を起こす。すくい面曲率半径が０．８％未満のものは工業生産性に乏しい。ボール刃先端部でのすくい面曲率半径が１〜２％の範囲の場合に切屑排出性が顕著に安定するのでさらに好ましい。このように、本発明のボールエンドミルは、特に底面切削時の切屑排出性を改良した点が特長であり、すくい面曲率半径をチゼル近傍において上記範囲に特定することが極めて重要である。
特に限定されないが、本発明による有利な効果を奏するために、刃径Ｄは１〜２０ｍｍであり、１．５〜１６ｍｍとするのが好ましい。刃径Ｄが１ｍｍ未満のものは工業生産性に乏しく、２０ｍｍ超のものは被削材の加工仕様の小寸法化、複雑形状化に適合しない。In the ball end mill of the present invention, the radius of curvature of the rake face (such as 18 in FIG. 5) is 3% or less of the end mill blade diameter D, preferably 0.8 to 3%. The rake face radius of curvature is 3% or less of the blade diameter D. If the radius of curvature of the rake face at the tip of the ball blade exceeds 3%, it will not be possible to secure a space (chip pocket) for chip discharge directly under the chisel, resulting in poor chip discharge near the chisel. Causes loss and breakage. Those having a rake radius of curvature of less than 0.8% have poor industrial productivity. In the case where the radius of curvature of the rake face at the tip of the ball blade is in the range of 1 to 2%, it is more preferable because the chip discharging property is remarkably stabilized. As described above, the ball end mill of the present invention is particularly characterized in that the chip discharging property at the time of bottom cutting is improved, and it is extremely important to specify the radius of curvature of the rake face within the above range in the vicinity of the chisel.
Although not particularly limited, the blade diameter D is 1 to 20 mm, preferably 1.5 to 16 mm, in order to achieve the advantageous effects of the present invention. Those with a blade diameter D of less than 1 mm have poor industrial productivity, and those with a blade diameter of more than 20 mm are incompatible with the reduction in size and complexity of the work specifications of the work material.
本発明のボールエンドミルにおいて、ギャッシュ深さ（図５の１７等）は刃径Ｄの０．５〜１％であり、０．５０〜１％とするのが好ましい。０．５％未満であれば、底面切削の際の切屑流れが悪くなり、チゼル部の欠損や折損を起こす原因となる。また、逆に１％を超える大きさであれば、切屑の流れは安定したスムーズな流れになるが、工具剛性が不足するために、工具が振動を起こしやすくなり、振動による欠損を起こしやすくなる。そのため、特にチゼル近傍における切屑流れをスムーズにして、工具剛性も確保するためには、ボール刃先端部でのギャッシュ深さを刃径に対して０．５〜１％とする必要がある。 In the ball end mill of the present invention, the gash depth (17 in FIG. 5 and the like) is 0.5 to 1% of the blade diameter D, and preferably 0.50 to 1%. If it is less than 0.5%, the chip flow at the time of bottom face cutting becomes worse, which causes the chipel to be broken or broken. On the other hand, if the size exceeds 1%, the chip flow becomes a stable and smooth flow. However, since the tool rigidity is insufficient, the tool is liable to vibrate and is liable to be broken due to vibration. . Therefore, in order to smooth the chip flow particularly in the vicinity of the chisel and to secure the tool rigidity, it is necessary to set the gash depth at the tip of the ball blade to 0.5 to 1% with respect to the blade diameter.
＜ボールエンドミルを用いた切削加工方法＞
本発明のボールエンドミルを用いた切削加工方法において、被削材である金型材料等の難削性の金属材料としては、例えばＪＩＳＧ４０５１〜４０５３に規定されるＳ５５Ｃ、ＳＣＭ４４０及びＳＮＣＭ４３９など、及びＪＩＳＧ４２０２等に規定されるＳＡＣＭ６４５など、インコネルまたはハステロイ等の鉄鋼材料、チタン合金、またはアルミニウム合金のうちのいずれかが挙げられる。
前記の難削性金属材料のロックウェル硬さ（ＨＲＣ）として、２５以上であり、好ましくは３０〜６０であり、より好ましくは３２〜６０のものが例示される。前記の難削性金属材料のシャルピー衝撃値として、１０Ｊ／ｃｍ２以上であり、好ましくは２０〜８０Ｊ／ｃｍ２であり、より好ましくは３０〜８０Ｊ／ｃｍ２のものが例示される。
前記特定範囲のロックウェル硬さ及びシャルピー衝撃値を有する被削材に対し、特に本発明の切削加工方法による有利な効果を奏することができる。<Cutting method using ball end mill>
In the cutting method using the ball end mill of the present invention, difficult-to-cut metal materials such as mold materials as work materials include, for example, S55C, SCM440 and SNCM439 defined in JISG4051 to 4053, JISG4202 and the like. SACM645 specified in the above, steel materials such as Inconel or Hastelloy, titanium alloys, or aluminum alloys.
The Rockwell hardness (HRC) of the hard-to-cut metal material is 25 or more, preferably 30 to 60, more preferably 32 to 60. As Charpy impact value of said difficult-to-cut metallic material, and at 10J / cm 2 or more, preferably 20~80J / cm 2, more preferably exemplified those 30~80J / cm 2.
For the work material having the Rockwell hardness and Charpy impact value in the specific range, particularly advantageous effects by the cutting method of the present invention can be obtained.
本発明のボールエンドミルを用いた切削加工方法に係る高速切削の条件として、乾式切削において、被削材の送り速度が２０００ｍｍ／ｍｉｎ以上であり、好ましくは３０００〜８００００ｍｍ／ｍｉｎであり、より好ましくは４０００〜８００００ｍｍ／ｍｉｎである場合が例示される。
また本発明のボールエンドミルを用いた切削加工方法に係る高切り込み切削の条件として、乾式切削において、軸方向切り込み量が０．２ｍｍ以上及びピッチ方向切り込み量が０．１ｍｍ以上であり、好ましくは軸方向切り込み量が０．３〜１０ｍｍ及びピッチ方向切り込み量が０．１５〜５ｍｍであり、より好ましくは軸方向切り込み量が０．４〜１０ｍｍ及びピッチ方向切り込み量が０．２〜５ｍｍである場合が例示される。As conditions for high-speed cutting according to the cutting method using the ball end mill of the present invention, in dry cutting, the feed rate of the work material is 2000 mm / min or more, preferably 3000 to 80000 mm / min, more preferably The case where it is 4000-80000 mm / min is illustrated.
Further, as conditions for high cutting according to the cutting method using the ball end mill of the present invention, in dry cutting, the axial cutting depth is 0.2 mm or more and the pitch cutting depth is 0.1 mm or more, preferably the shaft When the direction cut amount is 0.3 to 10 mm and the pitch direction cut amount is 0.15 to 5 mm, more preferably when the axial direction cut amount is 0.4 to 10 mm and the pitch direction cut amount is 0.2 to 5 mm. Is exemplified.
本発明のボールエンドミルを用いた切削加工方法によれば、従来と同等以上の加工精度を保持しながら、加工効率を少なくとも１．２倍以上、好ましくは１．２〜１０倍程度向上することができる。そして、本発明のボールエンドミルを用いた切削加工の加工長として、前記の切削条件下で、２０００ｍ以上、好ましくは２０００〜１００００ｍを例示することができる。 According to the cutting method using the ball end mill of the present invention, it is possible to improve the machining efficiency by at least 1.2 times or more, preferably about 1.2 to 10 times while maintaining the machining accuracy equivalent to or higher than the conventional one. it can. And as processing length of the cutting process using the ball end mill of this invention, 2000 m or more, Preferably 2000-10000m can be illustrated on the said cutting conditions.
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例であるボールエンドミルの概略構成を示す正面図である。本発明によるボールエンドミル１は切れ刃２とシャンク部５からなり、切れ刃２はボール刃３と外周刃４から構成される。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a ball end mill according to an embodiment of the present invention. The
図２は、図１のボールエンドミル１の左側面図であり、回転方向に９０度回転させた図で切れ刃２は二枚の刃から構成されたボールエンドミルである。前記ボールエンドミル１は、二枚の切れ刃２をつなぐチゼル刃６、切れ刃２に沿って切屑を逃がすためのギャッシュ面７（説明の便宜上、図面には、二つのギャッシュ面をそれぞれ７ａ、７ｂとして示す。）、そして二番逃げ面８と三番逃げ面９とを有する。 FIG. 2 is a left side view of the
図３は、図２において二枚の切れ刃２の最外周部１０、１１をむすんだ直線１２に垂直であり、かつ回転軸Ｏに垂直な矢印Ａの方向から見た構成の説明図である。図３に示すように、ギャッシュ面７ａとすくい面１３との境界部分がギャッシュ底部１４となる。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration as viewed from the direction of the arrow A perpendicular to the straight line 12 that forms the outermost
図４は、図３において直線Ｂ−Ｂで示す位置での断面を矢印Ｃの方向から見た断面図である。断面部分を斜線で示す。なお、直線Ｂ−Ｂは以下の条件を満たす。（１）工具先端１５を通る。（２）回転軸Ｏとなす角度αが４５°である。 4 is a cross-sectional view of the cross section at the position indicated by the straight line BB in FIG. The cross section is shown with diagonal lines. The straight line BB satisfies the following condition. (1) Pass through the
図５は、図４において、領域Ｅで示したボール刃先端部におけるギャッシュ底部１４を拡大して示した概略構成図である。断面部分を斜線で示す。ボールエンドミル１による底面切削時には、ボール刃先端部（チゼル近傍ともいう。）におけるすくい面１３と二番逃げ面８との交差部１６で切屑が生成し、部分的ないし全体に曲率を持ったすくい面１３に沿って流れ、ギャッシュ面７ａ側に排出される。ここで図５はギャッシュ溝直角断面を示す図である。したがって、本発明においては、図５における交差部１６とギャッシュ面７ａとの距離を、前述したように、ギャッシュ深さ１７とする。 FIG. 5 is an enlarged schematic configuration diagram showing the gash bottom portion 14 at the tip of the ball blade indicated by the region E in FIG. The cross section is shown with diagonal lines. When the bottom surface is cut by the
前述したように、本発明において、すくい面曲率半径は、ボールエンドミル１のボール刃３のすくい面１３とギャッシュ面７の境界部分であるギャッシュ底部１４のギャッシュ溝に直角な断面での、すくい面１３、ギャッシュ面７の間の接続部の曲率半径のことであり、図５においてはすくい面曲率半径１８として示してある。 As described above, in the present invention, the rake face radius of curvature is the rake face in a cross section perpendicular to the gash groove of the gash bottom 14 which is the boundary between the
また、本発明において、チゼル端部すくい角は、前述したように、ボールエンドミル１のボール刃３のすくい面１３とギャッシュ面７の境界部分であるギャッシュ底部１４のギャッシュ溝に直角な断面でのすくい面１３と回転軸Ｏとのなす角度である。したがって、図５においては、すくい面１３の交差部１６での接線と回転軸Ｏとのなす角度がチゼル端部すくい角１９として示される。 Further, in the present invention, the chisel end rake angle is a cross section perpendicular to the gash groove of the gash bottom 14 which is the boundary between the
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples, but the present invention is not limited thereto.
（実施例１）
本発明例１〜５および比較例１として、超硬合金を基材とした二枚刃のボールエンドミルで、すくい面曲率半径をそれぞれ変化させた以外は、刃径Ｄ６ｍｍ、全長９０ｍｍ、シャンク径６ｍｍ、ギャッシュ深さを刃径Ｄの０．７５％（０．０４５ｍｍ）、チゼル端部すくい角が−３０°であって、Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ系窒化物皮膜を施した状態に仕様を統一した工具を作製し、切削試験を行った。すくい面曲率半径は、本発明例１〜５において、刃径Ｄの０．８％（０．０４８ｍｍ）、刃径Ｄの１％（０．０６ｍｍ）、刃径Ｄの１．５％（０．０９ｍｍ）、刃径Ｄの２％（０．１２ｍｍ）、刃径Ｄの３％（０．１８ｍｍ）とし、比較例１においては、刃径Ｄの３．５％（０．２１ｍｍ）とした。
被削材はプラスチック用金型材料（日立金属株式会社製、商品名：ＨＰＭ−ＭＡＧＩＣ、ＨＲＣ＝４１、厚さ６５ｍｍにおける２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値＝６３Ｊ／ｃｍ２のもの）を用いた。
切削条件としては、軸方向切り込み量０．４ｍｍ、ピック方向切り込み量０．２ｍｍ、回転数２００００回転／ｍｉｎ、軸方向切り込み深さでの切削速度は１８８ｍ／ｍｉｎとなる。テーブル送り速度４０００ｍｍ／ｍｉｎ、冷却方法としてエアブローを用いた乾式切削で、底面切削加工を行った。
評価方法として、加工長２０００ｍ切削後に逃げ面摩耗幅を測定し、最大逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍ以下のものを評価良（表内では○印）、０．０５ｍｍを超えるものまたは欠損したものを評価不良（表内では×印）とした。各試料の仕様および評価結果を表１に示す。Example 1
Inventive Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, except that the radius of curvature of the rake face was changed with a two-blade ball end mill using a cemented carbide base material, the blade diameter D6 mm, the overall length 90 mm, and the shank diameter 6 mm. Gash depth is 0.75% (0.045 mm) of blade diameter D, chisel edge rake angle is -30 °, and specifications are unified to a state where an Al-Cr-Si nitride film is applied. A tool was prepared and a cutting test was performed. The rake face curvature radius is 0.8% (0.048 mm) of the blade diameter D, 1% (0.06 mm) of the blade diameter D, and 1.5% (0 of the blade diameter D) of Examples 1 to 5 of the present invention. 0.09 mm), 2% of the blade diameter D (0.12 mm), 3% of the blade diameter D (0.18 mm), and in Comparative Example 1, it was 3.5% (0.21 mm) of the blade diameter D. .
The work material used was a plastic mold material (made by Hitachi Metals, trade name: HPM-MAGIC, HRC = 41, 2 mm U notch Charpy impact value at a thickness of 65 mm = 63 J / cm 2 ).
Cutting conditions include an axial cutting depth of 0.4 mm, a pick cutting depth of 0.2 mm, a rotational speed of 20000 rpm, and a cutting speed at an axial cutting depth of 188 m / min. The bottom cutting process was performed by dry cutting using a table feed speed of 4000 mm / min and an air blow as a cooling method.
As an evaluation method, the flank wear width was measured after cutting a machining length of 2000 m, and the evaluation was good if the maximum flank wear width was 0.05 mm or less (circle in the table), more than 0.05 mm or missing Was evaluated as poor evaluation (× mark in the table). Table 1 shows the specifications and evaluation results of each sample.
表１より、本発明例１〜５は、最大逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍ以下の範囲にあり、チッピングすることなく安定した状態で切削が可能で、工具摩耗が抑えられていた。一方、図６に示すようなすくい面曲率半径が刃径Ｄの３．５％（０．２１ｍｍ）と過大である比較例１では、２０００ｍ切削時点で０．０６１ｍｍの逃げ面摩耗幅が観察された。
上記結果から、すくい面曲率半径は刃径Ｄの３％以下であることが好ましく、すくい面曲率半径が上記範囲よりも大きい場合には逃げ面摩耗が大きくなることが分かる。これは、すくい面曲率半径が大きいとチゼル近傍での切屑排出性が低下し、切屑つまりによって摩耗が進行しやすくなるためである。尚、図６中の斜線は断面を示す。From Table 1, Examples 1 to 5 of the present invention had a maximum flank wear width in the range of 0.05 mm or less, and could be cut in a stable state without chipping, and tool wear was suppressed. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the radius of curvature of the rake face is excessively 3.5% (0.21 mm) of the blade diameter D as shown in FIG. 6, a flank wear width of 0.061 mm was observed at the time of 2000 m cutting. It was.
From the above results, it is understood that the rake face radius of curvature is preferably 3% or less of the blade diameter D, and when the rake face radius of curvature is larger than the above range, the flank wear increases. This is because if the rake surface radius of curvature is large, the chip discharge performance near the chisel is reduced, and wear tends to progress due to chips. In addition, the oblique line in FIG. 6 shows a cross section.
（実施例２）
本発明例６〜８および比較例２、３として、超硬合金を基材とした二枚刃のボールエンドミルで、ギャッシュ深さをそれぞれ変化させた以外は、すくい面曲率半径を刃径Ｄの１．５％（０．０９ｍｍ）として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。ギャッシュ深さは、本発明例６〜８において、刃径Ｄの０．５％（０．０３ｍｍ）、刃径Ｄの０．７５％（０．０４５ｍｍ）、刃径Ｄの１％（０．０６ｍｍ）とし、比較例２、３においてはそれぞれ刃径Ｄの０．３％（０．０１８ｍｍ）、刃径Ｄの１．５％（０．０９ｍｍ）とした。切削条件、被削材および評価は実施例１と同様で行った。各試料の仕様および評価結果を表２に示す。(Example 2)
As invention examples 6-8 and comparative examples 2, 3, the rake face curvature radius of the blade diameter D is the same as that of the two-blade ball end mill based on cemented carbide, except that the gash depth was changed. A tool having the same specifications as in Example 1 was prepared at 1.5% (0.09 mm), and a cutting test was performed. In the inventive examples 6 to 8, the gash depth is 0.5% (0.03 mm) of the blade diameter D, 0.75% (0.045 mm) of the blade diameter D, and 1% (0. In Comparative Examples 2 and 3, it was 0.3% (0.018 mm) of the blade diameter D and 1.5% (0.09 mm) of the blade diameter D, respectively. Cutting conditions, work material and evaluation were the same as in Example 1. Table 2 shows the specifications and evaluation results of each sample.
表２より、本発明例６〜８は、最大逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍ以下の範囲にあり、チッピングすることなく安定した状態で切削が可能で、工具摩耗が抑えられていた。一方、図７（ａ）に示すようなギャッシュ深さが刃径Ｄの０．３％（０．０１８ｍｍ）と過小である比較例２では、２０００ｍ切削時点で０．０８１ｍｍの逃げ面摩耗幅が観察された。また図７（ｂ）に示すようなギャッシュ深さが刃径Ｄの１．５％（０．０９ｍｍ）と過大である比較例３は加工長２０００ｍに達する前に欠損した。図７（ａ）、（ｂ）において、断面部分を斜線で示す。
上記結果から、ギャッシュ深さは刃径Ｄの０．５〜１％の範囲にあることが好ましく、ギャッシュ深さが上記範囲よりも小さい場合には逃げ面摩耗が大きくなり、上記範囲よりも大きい場合には欠損が発生することが分かる。これは、ギャッシュ深さが小さいとチゼル近傍での切屑排出性が低下し、切屑つまりによって摩耗が進行しやすくなり、またギャッシュ深さが大きすぎると工具剛性が低下してしまうためである。From Table 2, Examples 6 to 8 of the present invention had a maximum flank wear width of 0.05 mm or less, and could be cut in a stable state without chipping, and tool wear was suppressed. On the other hand, in Comparative Example 2 in which the gash depth is as small as 0.3% (0.018 mm) of the blade diameter D as shown in FIG. 7A, the flank wear width of 0.081 mm at the time of cutting 2000 m. Observed. Further, Comparative Example 3 in which the gash depth as shown in FIG. 7B is excessively 1.5% (0.09 mm) of the blade diameter D was lost before the processing length reached 2000 m. 7A and 7B, the cross-sectional portion is indicated by hatching.
From the above results, the gash depth is preferably in the range of 0.5 to 1% of the blade diameter D. When the gash depth is smaller than the above range, the flank wear increases and is larger than the above range. It can be seen that a defect occurs in some cases. This is because if the gash depth is small, the chip discharging performance near the chisel is reduced, and wear tends to progress due to the chips, and if the gash depth is too large, the tool rigidity is lowered.
（実施例３）
本発明例９〜１３および比較例４、５として、超硬合金を基材とした二枚刃のボールエンドミルで、チゼル端部すくい角をそれぞれ変化させた以外は、すくい面曲率半径を刃径Ｄの１．５％（０．０９ｍｍ）として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。チゼル端部すくい角は、本発明例９〜１３において、−１５°、−２０°、−３０°、−４０°、−４５°とし、比較例４、５においてはそれぞれ−１３°、−４７°とした。
切削評価は実施例１と同様の条件で行った。各試料の仕様および評価結果を表３に示す。(Example 3)
As invention examples 9 to 13 and comparative examples 4 and 5, with a two-blade ball end mill based on cemented carbide, the rake face radius of curvature was calculated with the exception of changing the rake angle of the chisel end. A tool having the same specifications as in Example 1 was prepared with 1.5% (0.09 mm) of D, and a cutting test was performed. The chisel end rake angles are −15 °, −20 °, −30 °, −40 °, and −45 ° in Examples 9 to 13 of the present invention, and −13 ° and −47 in Comparative Examples 4 and 5, respectively. °.
Cutting evaluation was performed under the same conditions as in Example 1. Table 3 shows the specifications and evaluation results of each sample.
表３より、本発明例９〜１３は、最大逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍ以下の範囲にあり、チッピングすることなく安定した状態で切削が可能で、工具摩耗が抑えられていた。一方、図８（ａ）に示すようなチゼル端部すくい角が−１３°と正側に過大である比較例４では、加工長２０００ｍに達する前に欠損した。また図８（ｂ）に示すようなチゼル端部すくい角が−４７°と負側により大きな角度である比較例５では、２０００ｍ切削時点で０．０６０ｍｍの逃げ面摩耗幅が観察された。図８（ａ）、（ｂ）において、断面部分を斜線で示す。
上記結果から、チゼル端部すくい角は−４５〜−１５°の範囲にあることが好ましく、チゼル端部すくい角が上記範囲よりも大きい場合には欠損が生じ、上記範囲よりも小さい場合には逃げ面摩耗が大きくなることが分かる。これは、チゼル端部すくい角が大きいと工具剛性が低下し、またチゼル端部すくい角が小さいとチゼル近傍での切屑排出性が低下し、切屑つまりによって摩耗が進行しやすくなるためである。From Table 3, Examples 9 to 13 of the present invention had a maximum flank wear width of 0.05 mm or less, and could be cut in a stable state without chipping, and tool wear was suppressed. On the other hand, in Comparative Example 4 in which the chisel end rake angle is excessively −13 ° as shown in FIG. 8A, the chip was lost before reaching the machining length of 2000 m. Further, in Comparative Example 5 in which the chisel end rake angle as shown in FIG. 8B is larger on the negative side than −47 °, a flank wear width of 0.060 mm was observed at the time of cutting 2000 m. 8A and 8B, the cross-sectional portion is indicated by hatching.
From the above results, it is preferable that the chisel end rake angle is in the range of −45 to −15 °. If the chisel end rake angle is larger than the above range, a defect occurs. It can be seen that flank wear increases. This is because if the chisel end rake angle is large, the tool rigidity is lowered, and if the chisel end rake angle is small, the chip discharging performance near the chisel is lowered, and the wear tends to progress due to the chips.
本発明のボールエンドミルの形状緒元として、上記のチゼル端部すくい角、すくい面の曲率半径、及びギャッシュ深さという３つの主要構成要件があるが、上記実施例の結果より、この３つの適正範囲を全て満足したときにプリハードン鋼の切削において、高速切削時及び高切り込み切削時における切れ刃への溶着が抑制でき、もって生成された切り屑もチゼル先端部のチップポケットへ収容され、収容された切り屑の停滞が低減されてうまく排出されることが分かった。その結果として、本発明の工具の切削・耐摩寿命を著しく延長させることができるのである。 As the shape specification of the ball end mill of the present invention, there are three main structural requirements of the chisel end rake angle, the radii of curvature of the rake face, and the gash depth. When cutting the pre-hardened steel when all the ranges are satisfied, welding to the cutting edge during high-speed cutting and high-cutting cutting can be suppressed, and the generated chips are also stored and stored in the chip pocket at the tip of the chisel. It was found that the stagnation of the chips was reduced and discharged well. As a result, the cutting and wear life of the tool of the present invention can be significantly extended.
本発明のボールエンドミルであれば、プラスチック金型材料などの切削で高速切削時及び高切り込み切削時において、ボール刃先端部の摩耗の進行が抑制され、切屑排出性が向上し、工具寿命を著しく向上させることができる。
具体的な適用分野は、例えば携帯電話及び自動車部品などのプラスチック金型材料の荒加工から仕上げ加工である。また、プラスチック金型に存在するような深リブ溝の加工においても適している。そして、本発明のボールエンドミルは、プラスチック金型材料に代表される高硬度でかつ高靭性な難削性の金属材料の底面切削加工に特に好適である。With the ball end mill of the present invention, the progress of wear at the tip of the ball blade is suppressed at the time of high-speed cutting and high-cutting cutting of plastic mold materials, etc., chip discharge performance is improved, and the tool life is remarkably increased. Can be improved.
Specific application fields are, for example, roughing to finishing of plastic mold materials such as mobile phones and automobile parts. It is also suitable for processing deep rib grooves that exist in plastic molds. The ball end mill of the present invention is particularly suitable for bottom cutting of a hard material with high hardness and toughness represented by plastic mold materials.
１ ボールエンドミル
２ 切れ刃
３ ボール刃
４ 外周刃
５ シャンク部
６ チゼル刃
７ ギャッシュ面
８ 二番逃げ面
９ 三番逃げ面
１０ 最外周部
１１ 最外周部
１２ 直線
１３ すくい面
１４ ギャッシュ底部
１５ 工具先端
１６ 交差部
１７ ギャッシュ深さ
１８ すくい面曲率半径
１９ チゼル端部すくい角
Ｄ 刃径
Ｏ 回転軸DESCRIPTION OF
Claims (2)
チゼル端部すくい角が−４５〜−１５°であり、ボール刃先端部でのすくい面曲率半径がエンドミル刃径Ｄの３％以下であり、及びギャッシュ深さが刃径Ｄの０．５〜１％の範囲にあることを特徴とするボールエンドミル。A ball end mill having a substantially hemispherical ball blade,
The chisel end rake angle is −45 to −15 °, the rake face radius of curvature at the tip of the ball blade is 3% or less of the end mill blade diameter D, and the gash depth is 0.5 to 0.5 of the blade diameter D. A ball end mill characterized by being in the range of 1%.
被削材を前記ボールエンドミルにより切削加工するにあたり、前記ボールエンドミルの刃先端部において切り屑排出性及び切削性を具備しつつ切削加工を行うことを特徴とするボールエンドミルを用いた切削加工方法。It has a substantially hemispherical ball blade, the chisel end rake angle is −45 to −15 °, the rake face radius of curvature at the tip of the ball blade is 3% or less of the end mill blade diameter D, and the gash depth Is a cutting method using a ball end mill whose length is in the range of 0.5 to 1% of the blade diameter D,
A cutting method using a ball end mill, characterized in that, when a workpiece is cut by the ball end mill, the cutting end portion of the ball end mill is cut while having chip discharge and cutting properties.
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