JP4728256B2 - 高品位高能率加工用切削工具およびそれを用いた切削加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、被削材（金属）の高品位、高能率切削加工を可能にする切削工具、詳しくは、焼き入れ鋼の切削加工において特に顕著な効果を期待できる切削工具と、その工具を使用する切削加工方法に関する。

被削材（ワーク）の高品位、高能率加工に対応した切削工具として、例えば、下記特許文献１、２に開示されるものなどがある。

特許文献１が開示している切削工具は、焼き入れ鋼の加工を行うものであって、主たる加工を行う主切れ刃と、それに続く副切れ刃を有し、主切れ刃で必要な切削の殆どを行い、その後、主切れ刃による切削で被削材の表面に生じた変質層を副切れ刃で除去し、この副切れ刃で仕上げ寸法まで加工する。

また、特許文献２が開示している切削工具（スローアウェイチップ）は、荒削り用切れ刃と仕上げ用切れ刃を有し、荒削り用切れ刃で切削した面に残る送りマークを仕上げ用切れ刃で除去して仕上げ面の面粗度を向上させる。なお、荒削り用切れ刃と仕上げ用切れ刃を有する工具としては、ワイパー刃（サラエ刃）を備える市販のワイパーチップなどもある。

特許文献１が開示している切削工具は、主切れ刃による加工によって仕上げ面に発生した加工変質層（所謂白層）をノーズＲのついた副切れ刃で切削して除去する。ところが、この方法によると、仕上げ面に副切れ刃の刃形が転写されて波打った送りマークが形成され、仕上げ面の面粗度に悪影響が出る。仕上げ面の面粗度は、副切れ刃の切り込み量と工具の送り量を小さくして高めることができるが、その方法を採ると加工能率が低下する。

また、被削材の仕上げ面は、疲労強度向上の観点から、加工変質層のない面や圧縮応力を残留させた面が望まれる。この要求に対して、加工変質層は副切れ刃によって除去できるが、特許文献１の工具には圧縮応力を付与する機能が殆どない。このため、被削材の表面（仕上げ面）に圧縮応力を残留させることが要求される場合には、バニシング工具を使用して仕上げ加工後にさらにバニシング加工を施す必要がある。

特許文献２が開示している切削工具の仕上げ用切れ刃や市販のワイパーチップのワイパー刃も、切削を前提にして形成されたものである。これらの刃は、荒削り用切れ刃が切り残した部分、即ち、送りマークの波の部分を切削する。従って、荒削り用切れ刃の切り込み量をｄとした場合、仕上げ用切れ刃やワイパー刃が、ｄを越えて被削材に切り込まれることはなく、加工変質層の除去ができない。また、バニシングの機能も殆どなく、被削材の表面に圧縮応力を残留させることが要求される場合には、特許文献１の工具と同様、バニシング加工が別途必要になる。
特開昭５９−４２２０１号公報 実開昭６３−１１０３０４号公報

この発明は、焼き入れ鋼などの被削材の高品位高能率加工を可能ならしめることを課題としている。なお、ここでの高品位加工とは、仕上げ面を、加工変質層が少なく、面粗さが良好で、圧縮残留応力も付与された状態にする加工を言う。

上記の課題を解決するため、この発明においては、切削に関与する部位が硬質材で形成された切削工具に、先行して被削材に切り込ませる仕上げ刃と、その仕上げ刃によって加工された面の加工変質層を除去しながら仕上げ面のバニシングを行う超仕上げ刃を備えさせる。
また、加工変質層を除去する機能と仕上げ面をバニシングする機能を付与するために、超仕上げ刃を仕上げ刃の位置から切込み量を増加させる方向に所定量突出させ、この超仕上げ刃に、工具送り方向に延びる所定の刃幅（好ましくは切削時の送り量の３倍以上）を有したバニシング部と、仕上げ刃からその仕上げ刃とバニシング部との間に段部を生じさせて前記バニシング部に至るさらえ部を備えさせる。
そしてさらに、超仕上げ刃のバニシング部を、直線又はＲ半径２ｍｍ以上の円弧で形成し、そのバニシング部の刃幅Ｌを０．２ｍｍ≦Ｌ≦１．０ｍｍに設定し、さらに、超仕上げ刃の仕上げ刃からの突出量Ｂを０．０１ｍｍ≦Ｂ≦０．１ｍｍ、より好ましくは、０．０２ｍｍ≦Ｂ≦０．０７ｍｍに設定する。

この切削工具の好ましい形態を以下に列挙する。
（１）仕上げ刃と超仕上げ刃に刃先強化用のチャンファをそれぞれ設け、超仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ２を仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ１よりも小さくしたもの。より好ましくは、超仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ２を、０．００５ｍｍ≦Ｗ２≦０．０４ｍｍに設定したもの。
（２）仕上げ刃をコーナ部に形成し、その仕上げ刃の左右にそれぞれ超仕上げ刃を設けたもの。
（３）仕上げ刃を、切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、各段の刃で仕上げ刃の切削負担域を分担切削するようにしたもの。
（４）超仕上げ刃を切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、仕上げ刃からの切り込み方向突出量Ｂが小さい刃で先行して仕上げ面を加工し、前記突出量が次ぎに小さい刃で再度仕上げ加工するようにしたもの。
（５）前記硬質材として、ｃＢＮ（立方晶形窒化硼素）粒子を体積比で６５％以上、８５％以下含有した熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のｃＢＮ基焼結体の表面を、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌの中から選ばれた少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、又は酸炭窒化物で形成される硬質膜で覆った材料を採用したもの。

この発明の工具、或いは、上記（１）〜（５）の中の少なくともどれかひとつの条件をさらに満たす工具は、仕上げ刃の切り込み量ｄ１が超仕上げ刃の切り込み量ｄ２よりも大きく、さらに、送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）が、２≦Ｌ（：ｍｍ）／ｆ≦８、かつ、０．０８≦ｆ≦０．３の条件で使用すると好ましく、この発明においては、その条件を満たした切削加工方法も併せて提供する。

この発明の切削工具は、切削機能とバニシング機能を併せ持つ超仕上げ刃を備えており、その超仕上げ刃が、仕上げ刃による加工で発生した加工変質層を除去しながら表面のバニシング加工を行って仕上げ面に圧縮残留応力を付与する。

また、超仕上げ刃は、特許文献１が開示している工具の主切れ刃と同様、加工変質層を除去するために仕上げ刃の切り込み量を越える位置まで被削材に切り込まれるが、この超仕上げ刃は工具送り方向に延びるバニシング部を有しており、そのバニシング部の刃幅も大きい。従って、超仕上げ刃によって仕上げ面に形成される送りマークは特許文献１の工具に比べて小さくなる。また、それによって超仕上げ刃の切り込み量や送り量を大きくして加工能率を高めること、仕上げ刃の切削負担（切り込み量）を小さくして加工変質層の生成を抑えることも可能になる。
これらの作用効果によって能率的でバランスの良い加工が可能になり、加工面を、面粗度が良くて加工変質層も十分に除去され、圧縮残留応力も付与された高品位な表面性状を有する面に仕上げることが可能になる。

この発明は、アルミニウムやアルミニウム合金を加工する切削工具にも適用できるが（その場合は、切削に関与する部位の硬質材としてダイヤモンド焼結体を使用するとよい）、焼き入れ鋼の加工を行う切削工具に適用するとその有効性が特に顕著に発揮される。

焼き入れ鋼の切削に用いる工具は、仕上げ刃からの超仕上げ刃の突出量Ｂが０．０１ｍｍより小さいときには、被削材の弾性変形の影響を受けて超仕上げ刃による切削量が０．００５ｍｍ以下となり、バニシングで圧縮残留応力は付与されるものの、仕上げ刃による加工で生成される加工変質層の厚みが０．００５ｍｍを越えたときにその加工変質層の除去が不十分になる。

一方、超仕上げ刃の突出量Ｂが０．１ｍｍよりも大きいときは、超仕上げ刃による加工での発熱が無視できなくなり、超仕上げ刃による加工でも加工変質層が生成され易くなる。その加工変質層の生成によりバニシングによる効果が低下して圧縮残留応力の付与状態が悪くなる。また、切り込み量が十分に大きいために、被削材に対する超仕上げ刃の喰い付きが良くって超仕上げ刃によるバニシングの作用が殆ど生じなくなり、圧縮応力の付与がさらに悪くなる。それが原因で加工面の疲労強度が高まらない。なお、押し付け力を大きくしてバニシング効果を発揮させようとすると発熱が大きくなって残留応力が緩和され、状況によっては引張り方向の応力が加わるようになる。その不具合を回避するために、超仕上げ刃の突出量Ｂは、０．０１ｍｍ≦Ｂ≦０．１ｍｍ、より好ましくは、０．０２ｍｍ≦Ｂ≦０．０７ｍｍに設定する。この条件を満たすと、加工能率の高い仕上げ刃による加工で生成された加工変質層を超仕上げ刃で除去しながら発熱が大きくなるのを抑えてバニシングも確実に行うことができる。

超仕上げ刃のバニシング部の刃幅Ｌは、仕上げ刃の刃先形状が転写されて形成される送りマークを、３回以上繰り返し押しならすことで仕上げ面により高い圧縮応力を付与することができるので、１回転当たりの一般的な工具送り量（０．０５〜０．２ｍｍ）の３倍以上にするのがよく、これから計算すると、０．２ｍｍ≦Ｌ≦１．０ｍｍが適当である。バニシング部の刃幅Ｌを１．０ｍｍ以下に抑えると、そのバニシング部による送りマークの押しならし回数が多くなりすぎることがなく、超仕上げ刃による加工部での発熱が抑えられ、超仕上げ刃による加工で加工変質層が生成されること、それによりバニシング効果が低下して圧縮残留応力が付与され難くなることを回避することができる。

工具の外側に向かって凸となる方向に湾曲したバニシング部は、Ｒ半径が２ｍｍ以上の円弧形状の切れ刃にする。そのようにすれば、仕上げ刃によって形成された送りマークを２回以上繰り返し押しならすことができる。

また、仕上げ刃と超仕上げ刃に刃先強化用のチャンファを設けたものは、刃先のチッピングが起こり難くなる。超仕上げ刃の切削負荷は仕上げ刃よりも小さいので、超仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ２は仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ１より小さくてもよい。超仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ２を０．００５ｍｍ以上とすることで超仕上げ刃の切れ味が良くなりすぎることを防止できる。超仕上げ刃の切れ味が良くなりすぎると、加工変質層の除去はできるがバニシングによる圧縮残留応力の付与が不十分になる。また、超仕上げ刃のチャンファの幅Ｗ２を０．０４ｍｍ以下とすることで、超仕上げ刃による加工部での発熱を抑えて超仕上げ刃による加工部で加工変質層が生成されることを防止することができる。

仕上げ刃をコーナ部に形成し、その仕上げ刃の左右にそれぞれ超仕上げ刃を設けたものは、工具の左右の勝手違いがなくなる。

また、仕上げ刃を、切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、各段の刃で仕上げ刃の切削負担域を分担切削するようにしたものや、超仕上げ刃のバニシング部を切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、仕上げ刃からの切り込み方向突出量Ｂが小さい刃で先行して仕上げ面を加工し、前記突出量が次ぎに小さい刃で再度仕上げ加工するようにしたものは、仕上げ刃や超仕上げ刃の切り込み量が大きいときに、切れ刃に加わる負荷を軽減することができ、加工変質層の抑制とバニシング効果の維持が図れる。

このほか、焼き入れ鋼の切削に用いる工具の場合、切削に関与する部位の硬質材は、耐久性に優れる上記（６）に記載の材料が適している。

また、この発明の切削工具は、焼き入れ鋼の切削では、仕上げ刃の切り込み量ｄ１が超仕上げ刃の切り込み量ｄ２よりも大きく、さらに、送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）が、２≦Ｌ（ｍｍ）／ｆ≦８、かつ、０．０８≦ｆ≦０．３の条件で使用すると好ましく、この条件を満たすと、仕上げ刃による加工での送りマークＲｆ（図１３参照）が２．４μｍ≦Ｒｆ≦４．８μｍ、超仕上げ刃による加工での送りマークＲｓｆ（図１４参照）が０．０１μｍ≦Ｒｓｆ≦０．８μｍ、となり、超仕上げ刃によるバニシング作用で理論面粗度０．８μｍ以下の良好な面粗さを有し、また、加工変質層が除去され、なおかつ、高い圧縮残留応力が付与された高品位の仕上げ面が得られる。

（ａ）この発明の切削工具の一例を示す斜視図と（ｂ）同上の工具の平面図 図１の切削工具の刃先の拡大平面図 図２のIII−III線に沿った位置の拡大断面図 図２のIV−IV線に沿った位置の拡大断面図 この発明の切削工具の他の例を示す斜視図 図５の切削工具の側面の一部を拡大して示す図 この発明の切削工具のさらに他の例の刃先の拡大平面図 この発明の切削工具のさらに他の例の刃先の拡大平面図 この発明の切削工具のさらに他の例の刃先の拡大平面図 工具送り方向に対する超仕上げ刃のバニシング部の傾きを表す面 平面のチャンファが逃げ面と交差する位置のＲを示す拡大断面図 実施例における工具の使用姿勢の説明図 仕上げ刃による加工での送りマークＲｆの説明図 超仕上げ刃による加工での送りマークＲｓｆの説明図

符号の説明

１、１Ａ 刃先交換式チップ
２ 超硬合金製基材
３ 座
４ バックメタル
５ ｃＢＮ基焼結体
６ 仕上げ刃
７ 超仕上げ刃
７ａ バニシング部
７ｂ さらえ部
８ すくい面
９ 逃げ面
１０、１１ チャンファ

以下、添付図面の図１〜図７に基づいて、この発明の切削工具の実施の形態を説明する。図１は、この発明を、ノーズＲ部頂角（鋭角コーナのコーナ角）αが８０°の菱形ネガティブ型刃先交換式チップに適用したものである。この刃先交換式チップ１は、超硬合金製の基材（台金）２の鋭角コーナ部に座３を設け、その座３に、超硬合金製のバックメタル４を有するｃＢＮ基焼結体５を鑞付け接合して構成されている。

ｃＢＮ基焼結体５は、ｃＢＮ粉末を体積比で６５％以上、８５％以下含有する、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のｃＢＮ基焼結体の表面に、４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌの中から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選ばれた少なくともひとつの元素の化合物、例えば、Ｔｉなどの酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物又は酸炭窒化物の被膜を形成したものを採用している。

この刃先交換式チップ１の刃先部の平面視形状を、図２に拡大して示す。ｃＢＮ基焼結体５は、すくい面８と逃げ面９の交差稜で形成される切れ刃を有する。その切れ刃は、仕上げ刃６と、その仕上げ刃６に連なる超仕上げ刃７とからなる。

仕上げ刃６は、コーナ部に形成して半径Ｒ１のノーズＲを付している。また、超仕上げ刃７は、仕上げ刃６の位置から工具の切り込み方向に所定量Ｂ突出させている。その突出量Ｂは、既述の理由により、０．０１ｍｍ≦Ｂ≦０．１ｍｍ、より好ましくは０．０２ｍｍ≦Ｂ≦０．０７ｍｍに設定するのがよい。

超仕上げ刃７は、工具送り方向に延びるバニシング部７ａと、仕上げ刃６の終端からバニシング部７ａに至るさらえ部７ｂを備える刃にしている。この超仕上げ刃７のバニシング部７ａは、直線又は半径Ｒ２が２ｍｍ以上の円弧形状の刃にする。また、バニシング部７ａの刃幅Ｌは、０．２ｍｍ≦Ｌ≦１．０ｍｍに設定する。その理由も既に述べた。さらえ部７ｂは、図示の円弧刃に限定されず、仕上げ刃６とバニシング部７ａとの間を斜めに直線的につなぐ刃であってもよい。また、仕上げ刃６とさらえ部７ｂの間にぬすみ部を形成してもよい。

仕上げ刃６と超仕上げ刃７には、刃先の強化処理を施しておくことができる。その処理は、周知のチャンファ（図３、図４参照）を設ける方法で行える。超仕上げ刃７に設けるチャンファ１１は、その幅Ｗ２を仕上げ刃６に設けるチャンファ１０の幅Ｗ１よりも小さくしている。チャンファ１１の幅Ｗ２は、既述の理由により、０．００５ｍｍ≦Ｗ２≦０．０４ｍｍに設定するのがよい。チャンファは、平面のチャンファ（すくい面や逃げ面とのつながり部は微小なＲをつけるとよい）、丸ホーニングのチャンファを問わない。

図５及び図６に、この発明の他の実施形態を示す。この工具も刃先交換式チップである。この刃先交換式チップ１Ａは、切れ刃の耐欠損性向上を目的として刃先部のすくい面８に２０°〜３５°程度の傾斜角δをもつネガランド１２を形成している。この部分を除く構成は図１のチップとほぼ同じであるので、説明を省く。

図７は、さらに他の実施形態である。図１や図５の刃先交換式チップは、超仕上げ刃７を、仕上げ刃６の両側に、コーナ角の２等分線Ｃ（図２参照）を基準にして対称形状をなすように設けており、右勝手、左勝手のどちらの使用も許容されるものになっているが、超仕上げ刃７は、図７に示すように、仕上げ刃６の片側だけに設けてもよい。

仕上げ刃６は、図８に示すように、２段或いはそれ以上の段差を有する刃にしてもよい。このようにすると、仕上げ刃の切削負担域が各段の刃（図のそれは６_−１と６_−２）によって分担切削され、仕上げ刃６の全切り込み量が大きいときに切れ刃の保護、発熱抑制、加工変質層の抑制などの面で有利になる。

超仕上げ刃７も、図９に示すように、２段或いはそれ以上の段差を有する刃にすることができる。この場合も、超仕上げ刃の全切り込み量が大きくなるときに超仕上げ刃による切削負担域が各段の刃（図のそれは７_−１と７_−２）によって分担切削され、超仕上げ刃の保護、発熱抑制、加工変質層の抑制の効果が期待できる。なお、この発明の適用範囲は、刃先交換式チップに限定されない。

以下に、実施例を挙げる。

表１Ａ及び表１Ｂの試料No.１〜No.４２の切削工具を用意し、それらの工具の切削性能を評価した。試料No.１〜No.４２の切削工具は、切削に関与する部位が形状の異なるｃＢＮ基焼結体で形成されている。
各工具のｃＢＮ基焼結体は、ｃＢＮ粉末と、ＴｉＮとＡｌからなる結合材粉末を超硬合金製のボールミル装置で混合し、これを、超高圧装置を用いて５ＧＰａ、１５００℃の条件で焼結したものであって、平均粒径３μｍのｃＢＮ粒子を体積比で６０％含有し、残部がＴｉＮを主成分とするＴｉ化合物とＡｌの窒化物、硼化物、酸化物などのＡｌ化合物、及び微量のＷやＣｏ化合物からなる焼結体を使用した。

この評価試験に採用した切削工具は、いずれも、厚み１．８ｍｍ、ノーズＲ部頂角α＝８０°、底辺長さ４ｍｍの超硬合金製バックメタル付きｃＢＮ焼結体を、超硬合金製基材（台金）のコーナの座に鑞付け接合して構成された、ＩＳＯ型番：ＣＮＭＡ１２０４０４、ＣＮＭＡ１２０４０８、ＣＮＭＡ１２０４１２に分類されるチップ形状の工具をベースにして、数種類の従来形状のノーズＲやワイパー刃、この発明を特徴付ける超仕上げ刃を刃先に備えさせたものである。ｃＢＮ焼結体の鑞付けは、７２ｗｔ％Ａｇ−２５ｗｔ％Ｃｕ−３ｗｔ％Ｔｉの活性鑞材を使用して行った。

従来工具（試料No.１〜No.１２）については、すくい面、側辺及びノーズＲ、ワイパー刃を研削して付与した後、切れ刃部に所望の角度を有するチャンファをつけた。また、発明品（試料No.１３〜No.４２）については、バックメタル付きｃＢＮ焼結体を基材に鑞付けした後、刃先部のすくい面を研削し、仕上げ刃と超仕上げ刃をワイヤー放電加工（ＷＥＤＭ）によって形成した。また、その後にさらに、仕上げ刃と超仕上げ刃にチャンファをつけた。

従来工具のワイパー刃は、ノーズＲ部からの切り込み方向突出量がゼロであり、ノーズＲ部の切れ刃の切り込みを越えて被削材に切り込まれることはない。従って、ノーズＲ部の切れ刃による加工で発生した加工変質層（送りマークの谷よりも深い位置の加工変質層）を除去する機能がない。この従来工具のワイパー刃と、発明品の超仕上げ刃のバニシング部は、工具送り方向とのなす角θ（図１０参照）を０°２０′≦θ≦０°４０′に設定した。
その他の諸元は表１Ａ、表１Ｂにまとめて示す。試料No.５、６以外は、幅Ｗ１のチャ
ンファが逃げ面と接する位置にＲ０．０１ｍｍの丸み（図１１参照）がつけられている。チャンファ角度の欄のＲは、丸ホーニングのチャンファを示す。また、表中のＲ１０、Ｒ１００の数値は、円弧の半径を示す。

これらの切削工具をホルダに装着し、使用時の切れ刃傾き角λ、横すくい角γｎ、前逃げ角αｏｆ、横逃げ角αｏｓ、前切れ刃角κｆ、横切れ刃角κｓ（角度は図１２参照）が、それぞれ、上から順に−５°、−５°、５°、５°、５°、５°の同一諸元となる姿勢にして以下の切削条件で使用した。

−切削条件−
被 削 材：ＪＩＳ型番：ＳＣＲ４１５Ｈ外周加工（ＤＩＮ型番：１５Ｃｒ３相当品）、
硬度ＨＲｃ５８〜６０
切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：ｄ＝０．２ｍｍ
送 り 量：ｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
加工形態：丸棒の外径部の連続加工、クーラントなし
加工時間：６０分

評価試験の結果を表１Ａ、表１Ｂに併せて示す。評価は、仕上げ面に残存した加工変質層の厚み、仕上げ面の圧縮残留応力、仕上げ面の面粗さの３項目について行った。

試料No.１〜No.４の切削工具は、従来のノーズＲ形状のチップであり、それぞれＲ半径０．４〜１．６ｍｍのノーズＲを有し、かつ、刃先稜線部に、刃先稜線と平行な一定幅（Ｗ１＝０．１３ｍｍ）の角度β１＝２５°のチャンファ（逃げ面との交差部はＲ０．０１ｍｍの丸みがある。試料No.７〜No.４２も同じ）を有する。
試料No.５、６の切削工具は、従来のノーズＲ形状のチップであり、それぞれＲ半径０
．８ｍｍ、１．６ｍｍのノーズＲを有し、かつ、刃先稜線部に幅Ｗ１＝０．０２ｍｍの丸ホーニングのチャンファを有する。
試料No.７〜No.１２の切削工具は、刃先稜線部に、幅Ｗ１＝０．１３ｍｍ、角度β１＝２５°の一定幅のチャンファを有し、さらに、０．８ＲのノーズＲに加えて、刃幅がＬのワイパー刃を有する。
試料No.１３〜No.４２の切削工具は、仕上げ刃と、この仕上げ刃の位置から工具の切り込み方向に突出した超仕上げ刃を有する。その超仕上げ刃は、工具の送り方向に延びる刃幅Ｌのバニシング部を有する。超仕上げ刃の突出量Ｂとバニシング部の刃幅Ｌの具体的な数値は表１参照。試料No.４１、４２は、幅Ｗ２のチャンファと逃げ面との交差部もＲ０．０１の丸みがある。

仕上げ面の面粗さ（以下では単に面粗さと言う）と、仕上げ面の残留応力（以下では単に残留応力と言う）及び仕上げ面の加工変質層厚み（以下、変質層厚みと言う）の測定は、切削開始から６０分経過時点で、欠損していない工具で加工面について実施した。

面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠した十点平均粗さ（Ｒｚ）であり、カットオフ０．８μｍ、基準長さ４ｍｍの条件で被削材の軸方向で測定した。

残留応力は、Ｃｕ−ＫαのＸ線をＶフィルターに通して使用するＸ線回折装置を用いて、３０ｋＶ、２０ｍＡの励起条件でｓｉｎ２Ψ法（並傾法）によりα−Ｆｃ（２１１）格子面のＸ線回折線を被削材の円周方向に測定し、ヤング率２１４ＧＰａ、ポアソン比０．２７９として算出した。表１中の−記号は圧縮応力が残留していることを表す。

変質層厚みは、加工後の被削材を加工面が切断面に現れるようにワイヤー放電加工（ＷＥＤＭ）法で切り出し、研磨にてワイヤー放電加工による変質層を除去した後、切断面に５％ナイタールを用いたエッチングを行い、仕上げ面の表面に現れた変質層の厚みを金属顕微鏡による組織観察を行って測定した。

従来のノーズＲ形状をもつ試料Ｎｏ．５、６の切削工具は、刃先強度が不足して加工初期に欠損した。また、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の切削工具は、変質層厚みが７．９μｍ〜９．１μｍ、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１２の切削工具は、変質層厚みが１０．５μｍ〜１６．４μｍであった。
これに対し、発明品（試料Ｎｏ．１３〜１７，１９〜４２）は、変質層厚みが０．６μｍ〜７．６μｍに減少しており、超仕上げ刃によって変質層の除去がなされたことが伺える。

発明品のうち試料Ｎｏ．１３〜１７と発明品でない試料Ｎｏ．１８は、刃先形状を同等にし、超仕上げ刃の仕上げ刃からの突出量Ｂのみを変化させたものである。これらの工具は、仕上げ面の面粗さがほぼ同等であるが、試料Ｎｏ．１８で加工した面は、試料Ｎｏ．１３〜１７で加工した面に比べると変質層の厚みが７．６μｍと大きかった。これは、超仕上げ刃による切り込み（＝突出量Ｂ）が０．１２ｍｍと大きかったために、超仕上げ刃による加工での発熱が大きくなり、超仕上げ刃による加工で新たに変質層が発生したためと考えられる。超仕上げ刃の突出量Ｂが０．０１〜０．１ｍｍの試料Ｎｏ．１３〜１７は、変質層厚みが５μｍ以下に抑えられており、仕上げ面の品位向上の効果が大きい。なお、試料Ｎｏ．１３は超仕上げ刃の突出量Ｂが０．０１ｍｍと小さいのに突出量Ｂが０．０２ｍｍの試料Ｎｏ．１４よりも変質層厚みが大きくなっている。これは、切り込み（突出量Ｂ）が０．０１ｍｍでは被削材に対する超仕上げ刃の喰い付きが悪くなり、仕上げ刃によって生成された変質層の超仕上げ刃による除去性が低下したからであると考えられる。超仕上げ刃の突出量Ｂが０．０１ｍｍより小さくなると喰い付きがさらに悪くなって変質層の除去が難しくなる。

変質層厚みが最も小さいのは、超仕上げ刃の突出量Ｂが０．０５ｍｍの試料No.１５であり、突出量Ｂが０．０２ｍｍの試料No.１４とその突出量Ｂが０．０７ｍｍの試料No.１６の変質層厚みには大差がない。この結果から、超仕上げ刃の突出量Ｂは、０．０１〜０．１ｍｍ、より好ましくは０．０２〜０．０７ｍｍが適当であることがわかる。

試料No.１９、２０は、超仕上げ刃のさらえ部の円弧半径を０．４ｍｍと１．２ｍｍに変化させたものである。試料No.１５と比べて変質層厚み、残留応力、面粗さとも大差がなく、さらえ部のＲ寸法は仕上げ面の品位に大きな影響を及ぼさないことがわかる。

試料No.２１〜２６は、超仕上げ刃のバニシング部の形状と刃幅（長さ）を変化させた
ものである。試料No.１５、２１、２２の比較から、バニシング部の刃幅が大きくなれば
、仕上げ面の面粗さは良くなる傾向にあり、また一方で、圧縮残留応力と変質層厚みも増加する傾向にあることがわかる。これは、バニシング部で表面を押しならす回数が多くなるためである。

試料No.２３〜２６は、超仕上げ刃のバニシング部を円弧形状の刃にしたものであるが、性能は直線形状のバニシング部と差のないものになっている。これから、バニシング部は直線、円弧のいずれであってもよいことがわかる。

試料No.２７〜３０は、超仕上げ刃のチャンファの幅を変化させたものである。チャン
ファは全てＲ面のチャンファとしている。試料No.２７は、チャンファの幅が０．００３
ｍｍと最も小さく、そのために、刃先強度が低く、加工の初期に刃先にチッピングが発生した。超仕上げ刃のチャンファの幅を大きくするほど圧縮残留応力が高まり、変質層厚みも厚くなる傾向にある。これは、チャンファの幅が大きいほどバニシング部の切れ味が悪くなって押し付け力が大きくなるため残留圧縮応力が高まるが、一方で切削温度も高くなるため、超仕上げ刃による加工で変質層が生成されるようになる。チャンファの幅を０．０５ｍｍにした試料No.３０は、変質層の厚みが５μｍを越えている。

試料No.３３〜４２は、超仕上げ刃のチャンファの角度β２を１５°〜４５°の間で変
化させ、さらに、そのチャンファの幅Ｗ２を０．０３〜０．０５ｍｍの間で変化させたものである。チャンファの角度β２が違っても、チャンファの幅Ｗ２が０．０５ｍｍあるものは全て変質層厚みが５μｍを越えている。これらのデータから、超仕上げ刃のチャンファの幅は、０．００５ｍｍ〜０．０４ｍｍに設定するのが好ましいことがわかる。

また、試料No.５、６のように、仕上げ刃のチャンファの幅が小さいと切れ刃が早期に
欠損する。このため、仕上げ刃のチャンファの幅を超仕上げ刃のチャンファの幅よりも大きくすることが有効である。

試料No.３１、３２は、仕上げ刃のチャンファの角度を異ならせたものである。仕上げ
刃のチャンファの角度を大きくすると、仕上げ刃による切削で生成される変質層は増加すると推測されるが、超仕上げ刃の突出量Ｂやバニシング部の刃幅が適切に設定されていると超仕上げ刃による変質層の除去がなされる。従って、仕上げ刃のチャンファの角度は、残存する変質層の厚みや仕上げ面の残留応力、面粗さには殆ど影響を及ぼさないことがわかる。

表２に示す試料No.５１〜６９の切削工具を準備した。本実施例で用いた切削工具は、いずれも、厚み１．８ｍｍ、ノーズＲ部頂角α＝８０°、底辺長さ４ｍｍの超硬合金製バックメタル付きｃＢＮ焼結体を、ノーズＲ部頂角α＝８０°の超硬合金製基材（台金）のコーナの座に鑞付け接合して構成された、ＩＳＯ型番：ＣＮＭＡ１２０４０８、ＣＮＭＡ１２０４１２、ＣＮＭＡ１２０４１６に分類されるチップ形状の工具をベースにして、ノーズＲ形状の仕上げ刃とこの発明を特徴付ける超仕上げ刃を刃先に備えさせたものである。ｃＢＮ基焼結体は実施例１と同じものを用いた。

仕上げ刃のチャンファは、全てチャンファ角２５°、チャンファ幅０．１３ｍｍ（逃げ面との交差部のＲは０．０１ｍｍ）とした。また、超仕上げ刃のチャンファはＲ０．０２ｍｍの丸ホーニングのチャンファとし、超仕上げ刃のバニシング部の刃形は直線、超仕上げ刃の仕上げ刃からの突出量Ｂは０．０５ｍｍに設定した。

基材にバックメタル付きｃＢＮ基焼結体を鑞付けした後、刃先部のすくい面を研削し、試料No.５１〜６７の工具については仕上げ刃と超仕上げ刃をワイヤー放電加工（ＷＥＤＭ）によって形成した。また、試料No.６８は、仕上げ刃と超仕上げ刃を総型砥石による研磨によって形成し、一方、試料No.６９は、仕上げ刃と超仕上げ刃をレーザー加工機によって形成した。また、すべての工具について、仕上げ刃と超仕上げ刃に前述のチャンファをつけた。

超仕上げ刃のバニシング部は、工具送り方向とのなす角θ（図１０参照）を０°２０′≦θ≦０°４０′に設定した。また、試料No.６１の工具には、全ての加工が終わった後に、基材を含めた表面に（Ｔｉ０．５Ａｌ０．５）Ｎの組成の硬質膜をＰＶＤ法で被覆した。

この試料No.５１〜６９をホルダに装着し、使用時の切れ刃傾き角λ、横すくい角γｎ
、前逃げ角αｏｆ、横逃げ角αｏｓ、前切れ刃角κｆ、横切れ刃角κｓ（角度は図１２参照）が、それぞれ、上から順に−５°、−５°、５°、５°、５°、５°の同一諸元となる姿勢にして以下の切削条件で使用した。

−切削条件−
被 削 材：ＪＩＳ型番：ＳＣＲ４１５Ｈ外周加工（ＤＩＮ型番：１５Ｃｒ３相当品）、
硬度ＨＲｃ５８〜６０
切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：ｄ＝０．２〜０．７ｍｍ
送 り 量：ｆ＝０．０５〜０．７ｍｍ／ｒｅｖ
加工形態：丸棒の外径部の連続加工、試料No.６２のみクーラントあり、他はクーラン
トなし
加工時間：６０分
この実施例では、仕上げ面に残存した変質層の厚み、仕上げ面の圧縮残留応力及び工具の逃げ面の摩耗量を調べた。変質層の厚みと圧縮残留応力は実施例１と同じ方法で測定した。

評価結果を表２に併せて示す。

試料No.５１〜５７、６５〜６７は、超仕上げ刃のバニシング部の刃幅が０．５ｍｍと０．２ｍｍのときに、送り条件のみを変化させて加工した結果である。加工時の送りが大きいほど圧縮残留応力が小さくなる傾向にあることがわかる。これは、同一形状の工具の場合、送りが小さいほうが、発熱が小さく、超仕上げ刃のバニシング部で押し潰す回数も多くなって圧縮応力が付与され易くなるためと考えられる。ただし、送りを小さくし過ぎると押しならしの回数が過剰になって（例えば、試料No.５１はその回数が１０回）バニシング部の刃幅が大きすぎるときと同じ状況になって変質層の生成量が増加する。また、送り量を０．５ｍｍ／ｒｅｖにすると切削抵抗が大きくなりすぎ、仕上げ刃の負荷が過大になって加工初期に切れ刃の欠損が発生する（試料No.５７）。そのため、送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）は、０．０８≦ｆ≦０．３程度とすることが推奨される。

また、超仕上げ刃のバニシング部で押しならす回数は、１回では圧縮残留応力を付与する効果が小さいので、２回以上とするのが好ましい。押しならしの回数が１０回以上になると超仕上げ刃による変質層の生成が無視できなくなるので、バニシング部の刃幅Ｌと送り量ｆの関係は、２≦Ｌ（ｍｍ）／ｆ≦８とするのが好ましい。

試料No.５４とNo.６０の結果を比較すると、乾式加工、湿式加工では、変質層の厚みが湿式加工のほうが僅かに小さい。

また、試料No.５４とNo.６１の結果を比較すると、工具の表面にＴｉＡｌＮ膜を設けた工具（試料No.６１）のほうが逃げ面の摩耗量が小さい。試料No.６１は同じ加工時間での切削温度が低く、変質層も抑制されている。

さらに、試料No.５４とNo.６２〜No.６４を比較すると、工具全体の切り込み量を変化
させても、仕上げ刃と超仕上げ刃の位置関係（超仕上げ刃の突出量Ｂ）が同じであるため、変質層の厚み、残留応力に大差のない結果となっている。これから、切削時の工具全体の切り込み量は、仕上げ面の表面品位に影響を及ぼさないことがわかる。

試料No.５４とNo.６８、６９を比較すると、仕上げ刃と超仕上げ刃の形成方法を変化させても、仕上げ刃と超仕上げ刃の位置関係（超仕上げ刃の突出量Ｂ）が同じであるため、変質層の厚み、残留応力、逃げ面摩耗量とも大差の無い結果となっている。このことから、仕上げ刃と超仕上げ刃の形成方法は仕上げ面の表面品位に影響を及ぼさないことがわかる。

Claims (9)

1. 切削に関与する部位が硬質材で形成された切削工具であって、
   先行して被削材に切り込ませる仕上げ刃（６）と、その仕上げ刃（６）に続いて被削材を仕上げ加工する超仕上げ刃（７）を有し、
   前記超仕上げ刃（７）が、仕上げ刃（６）の位置から切込み量を増加させる方向に所定量突出しており、さらに、工具送り方向に延びる所定の刃幅を有したバニシング部（７ａ）と、仕上げ刃からその仕上げ刃（６）とバニシング部（７ａ）との間に段部を生じさせて前記バニシング部に至るさらえ部（７ｂ）を備えており、前記バニシング部（７ａ）は直線又はＲ半径２ｍｍ以上の円弧形状をなし、さらに、そのバニシング部（７ａ）の刃幅Ｌが０．２ｍｍ≦Ｌ≦１．０ｍｍに、仕上げ刃（６）からの突出量Ｂが０．０１ｍｍ≦Ｂ≦０．１ｍｍにそれぞれ設定され、この超仕上げ刃（７）が仕上げ刃によって加工された面の加工変質層を除去しながら仕上げ面のバニシングを行うように構成された高品位高能率加工用切削工具。
2. 超仕上げ刃（７）の仕上げ刃（６）からの突出量Ｂを０．０２ｍｍ≦Ｂ≦０．０７ｍｍに設定した請求項１に記載の高品位高能率加工用切削工具。
3. 仕上げ刃（６）と超仕上げ刃（７）に刃先強化用のチャンファをそれぞれ設け、超仕上げ刃のチャンファ（１１）の幅Ｗ２を仕上げ刃のチャンファ（１０）の幅Ｗ１よりも小さくした請求項１又は２に記載の高品位高能率加工用切削工具。
4. 超仕上げ刃のチャンファ（１１）の幅Ｗ２を、０．００５ｍｍ≦Ｗ２≦０．０４ｍｍに設定した請求項３に記載の高品位高能率加工用切削工具。
5. 仕上げ刃（６）をコーナ部に形成し、その仕上げ刃（６）の左右にそれぞれ前記超仕上げ刃（７）を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削工具。
6. 仕上げ刃（６）を、切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、各段の刃で仕上げ刃の切削負担域を分担切削するようにした請求項１〜５のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削工具。
7. 超仕上げ刃のバニシング部（７ａ）を切り込み方向に段差を生じた刃として形成し、仕上げ刃（６）からの切り込み方向突出量Ｂが小さい刃で先行して仕上げ面を加工し、前記突出量が次ぎに小さい刃で再度仕上げ加工するようにした請求項１〜６のいずれかに記載の高品位高能率加工用切削工具。
8. 前記硬質材として、ｃＢＮ粒子を体積比で６５％以上、８５％以下含有した熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のｃＢＮ基焼結体（５）の表面を、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌの中から選ばれた少なくとも１種の元素の窒化物、炭化物、酸化物、炭窒化物又は酸炭窒化物で形成される硬質膜で覆ったものを採用した請求項１に記載の高品位高能率加工用切削工具。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の切削工具を使用し、仕上げ刃（６）の切り込み量ｄ１が超仕上げ刃（７）の切り込み量ｄ２よりも大きく、さらに、送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）が、２≦Ｌ（超仕上げ刃のバニシング部の刃幅：ｍｍ）／ｆ≦８、かつ、０．０８≦ｆ≦０．３の条件で被削材を切削する切削加工方法。

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