JP4896117B2

JP4896117B2 - 切削工具

Info

Publication number: JP4896117B2
Application number: JP2008306888A
Authority: JP
Inventors: 勉山寄
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: JP2009078353A

Description

本発明は、主に金属材料からなる各種部品を切削加工する場合に使用される切削工具に関するものである。

従来より、超硬合金製のシャンク部と該シャンク部と鋼製の首部とをロウ付け接合した構成のエンドミルやボーリングバー等、各種切削工具が知られている。ここで前記シャンク部と前記首部とを別体の構造としているのは、工具本体となる前記シャンク部には防振性能が高いことが要求されるとともに、前記首部にはチップ取付座やチップポケットを形成する必要があるため加工性のよいことが要求されるためである。

特に金型加工等の三次元曲面加工に用いられるボールエンドミルについては、近年、加工能率を高めるために回転数や送り速度の高速化が進んでいるとともに、金型形状が多様化し、複雑な形状の加工に適した工具の需要が高まっている。中でも特に深く狭い場所の加工には、従来からチップ取付部である首部を鋼で製作し、それを剛性に優れた超硬合金製のシャンクにロウ付け等で接合したボールエンドミルが用いられてきた。このようなボールエンドミルの接合部位に関しては、単純な平面形状からなるものや、２面以上の平面からなる楔状のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１５８２２０号公報

しかしながら、鋼製首部と超硬製シャンク部をロウ付け接合した切削工具においては、加工中に発生する切削負荷が前記接合部位にかかる。特にボールエンドミル等の各種エンドミルにおいては、切削抵抗や横送りに伴う抵抗により、切削中、トルクや曲力が前記接合部位に集中的に加わる。接合の強度は接合面積が広いほど強くなるが、接合部位が平面あるいは楔状では、十分な面積が得られず、ロウ付け部から剥がれが生じ易いという問題があった。

また接合部位が軸線に対して斜めの平面あるいは楔状のものでは、回転した場合にねじれの力がかかり、これが接合部位の斜面の影響で互いに離れる方向へ引っ張りの応力として作用するので、接合部位の剥がれを生じさせ易いという恐れがあった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、材質の異なる首部とシャンク部との接合構造を改善することによって、ロウ付け接合部の剥がれを起こさず、長寿命で且つ高能率の加工を可能とした切削工具を提供することを目的とする。

前記課題を達成するため、本発明の切削工具は、シャンク部と該シャンク部と異なる材質からなる首部とをロウ付けにより接合してなる切削工具であって、前記シャンク部および前記首部の一方はテーパー面を有した凸部を備え、他方は前記テーパー面に接合された内壁面を有する凹部を備えており、前記凸部の頂面と前記凹部の底面との間に空所が設けられ、断面視において、該空所は、径方向の両端部に対して該径方向の中央部が軸線方向に突出しているとともに、前記軸線方向において、前記凹部の底面は、前記凹部の内壁面の仮想延長面の交差部よりも前記凸部の頂面側に位置していることを特徴とする。

また、前記空所は、前記凹部の内壁面の仮想延長面よりも外方に拡がっていることが好ましい。

また、軸線方向における前記空所の長さは、前記径方向の中間において最大であることが好ましい。

また、前記空所の前記凹部側に位置する領域は、当該領域の直径が前記凹部の底面に向かうにつれて小さくなるテーパー形状をなしていることが好ましい。

また、前記空所の前記凹部側に位置する領域のテーパー角度は、前記凸部のテーパー面のテーパー角度よりも大きい。

また、前記首部が前記凹部を備え、前記シャンク部が前記凸部を備えていることが好ましい。
また、前記課題を達成するため、本発明の他の切削工具は、シャンク部と該シャンク部と異なる材質からなる首部とをロウ付けにより接合してなる切削工具であって、前記シャンク部および前記首部の一方はテーパー面を有した凸部を備え、他方は前記テーパー面に接合された内壁面を有する凹部を備えており、前記凸部の頂面と前記凹部の底面との間に空所が設けられ、該空所は、前記凸部の頂面側に位置しており直径が軸線方向において略一定である第１領域と、前記凹部の底面側に位置しており直径が前記軸線方向に沿って前記凹部の底面に向かうにつれて小さくなるテーパー形状をなしている第２領域と、を有していることを特徴とする。
また、前記空所は、前記凹部の内壁面の仮想延長面よりも外方に拡がっていることが好
ましい。
また、
前記第２領域のテーパー角度は、前記凸部のテーパー面のテーパー角度よりも大きいことが好ましい。
また、前記首部が前記凹部を備え、前記シャンク部が前記凸部を備えていることが好ましい。

本発明の切削工具は、ロウ付け面積を広くすることが出来るので前記シャンク部と前記首部との接合強度を高めることが出来るとともに、前記穴部へ余分なロウ材が流れ込むようにしてロウ付け層が不必要に厚くなることを防ぎ、接合強度の低下を抑制することが出来る。

以下、本発明の実施形態を添付図面により説明する。図１は本発明によるスローアウェイ式ボールエンドミルとしての実施例を示す概略図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本発明によるスローアウェイ式エンドミルとしての実施例を示す概略図、図４は本発明によるソリッドボールエンドミルとしての実施例を示す概略図、図５は本発明によるボーリングバーとしての実施例を示す概略図である。

従来の単純な平面形状や楔形の接合部形状に比べて円錐台形状とするとロウ付け面積を広くすることが出来るので首部とシャンク部との接合強度を高めることが出来る。ここでロウ付け接合部の面積について、以下に説明する。

接合面が軸線に垂直な平面の場合、接合面積は首部半径をｒとするとπｒ^２となる。また、接合面が楔状の場合では、接合面積は、前記軸線に垂直な平面に対して楔を構成する斜平面の角度をθ_１とすると、πｒ^２／ｃｏｓθ_１となる。例としてｒ＝４ｍｍ，θ_１＝４５°とした場合、前記軸線に垂直な平面の場合の接合面積は約５０ｍｍ^２，楔状の場合は約７１ｍｍ^２となり、明らかに楔状の接合部位の方が面積が広いことが分かる。ちなみに従来より楔を構成する斜平面の角度は９０°とされているものが多く、ここでもθ_１＝４５°のものを比較例として引用している。一方、図２に示すような本発明の実施形態における円錐台形状の接合面積は、πｒ√（ｒ^２＋ｈ^２）−πｒ_１√（ｒ_１ ^２＋ｈ_１ ^２）・・・(１)となる。テーパー角度γを５０°としたとき軸線に垂直な平面と円錐のテーパー面との角度θ_２は６５°となり、ｈ＝ｒ・ｔａｎθ_２なので、ｒ＝４，ｒ_１＝１．５のときｈ＝８．５８，ｈ_１＝３．２２となり、これを(１)式に代入すると接合面積は１０２ｍｍ^２となり、接合面の面積が前述した平面の場合の約２倍、楔状の場合の約１．４倍広くなることが分かる。同様にテーパー角度γを変化させた場合の接合面積算出結果を表１に示す。表１からも明らかなように、テーパー角度γが大きくなるにつれて円錐台の接合面積は小さくなり、７０°としたとき、接合面積は前述した従来の楔状の場合とほとんど変わらなくなり、７５°を超える範囲では楔状の接合面積の方が広くなる。逆にテーパー角度γが小さくなると接合面積は広くなるが、テーパー角度が４０°より小さいとホルダー製作時のロウ付け工程で余分なロウ材が穴に流れ込みにくくなり、好ましくない。以上のことから、前記円錐台形状のテーパー角度は４０〜７０°の範囲にあることが好ましい。

また、この際、接合部位が円錐台形状であるため、単純な円錐状の凹凸の接合部であれば、ホルダー製作時のロウ付け工程において中心付近にある余分なロウ材が外に流れ出にくいためロウ付け層が不必要に厚くなり、適正な接合強度を得ることが出来ない。そこで図２に示すように、円錐台形状凹形の奥端面側に穴部を設けることにより、そこに余分なロウ材が流れ込むようにして接合部位のロウ付け層が不必要に厚くなるのを防ぎ、接合強度の低下を抑制することが出来る。

さらに、接合部位の形態としては、前記首部の接合部を円錐台形状の凹形とし前記シャンク部の接合部を円錐台形状の凸形とすることが、超硬合金製である前記シャンク部の加工容易性の観点から好ましい。また逆に超硬合金製であるシャンク部を円錐台形状の凹型とした場合、その先端部は鋭角状の外周壁面が形成されることになり、硬く脆い超硬合金の性質上、そのような形状では製造時に損傷し易いため好ましくない。

また、前記ロウ材溜まりとなる穴部の直径は、軸径の３０〜５０％であることが好ましい。穴部の直径が軸径の３０％より小さいとホルダー製作時のロウ付け工程で余分なロウ材が流れ込むのに十分な広さが得られず、５０％より大きいと接合面の面積が狭くなり十分な接合強度が得られなくなってしまうためである。

尚、他の実施例として、図３にはスローアウェイ式エンドミル、図４にはソリッドボールエンドミル、図５にはボーリングバーへの適用例を示している。特に図４のソリッドボールエンドミルの場合、シャンク部は超硬合金製で切刃を含む首部はサーメットからなる仕上げ加工用のソリッドボールエンドミルとして実施可能である。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることは云うまでもない。

本発明によるスローアウェイ式ボールエンドミルとしての実施例を示す概略図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明によるスローアウェイ式エンドミルとしての実施例を示す概略図である。本発明によるソリッドボールエンドミルとしての実施例を示す概略図である。本発明によるボーリングバーとしての実施例を示す概略図である。

符号の説明

１：シャンク部
２：首部
３：切れ刃
４：ロウ材溜まり穴部（空所）
５：スローアウェイチップ
６：クランプネジ
７：円錐台形状部（ロウ付け接合部）
８：軸線
γ：円錐台形状のテーパー角度
θ_１：軸線に垂直な平面に対して楔を構成する斜平面の角度
θ_２：軸線に垂直な平面と円錐のテーパー面との角度
ｈ，ｈ_１：仮想頂点までの円錐台高さ
ｒ，ｒ_１：円錐台形状基部半径

Claims

シャンク部と該シャンク部と異なる材質からなる首部とをロウ付けにより接合してなる切削工具であって、
前記シャンク部および前記首部の一方はテーパー面を有した凸部を備え、他方は前記テーパー面に接合された内壁面を有する凹部を備えており、
前記凸部の頂面と前記凹部の底面との間に空所が設けられ、
断面視において、該空所は、径方向の両端部に対して該径方向の中央部が軸線方向に突出しているとともに、
前記軸線方向において、前記凹部の底面は、前記凹部の内壁面の仮想延長面の交差部よりも前記凸部の頂面側に位置していることを特徴とする切削工具。
前記空所は、前記凹部の内壁面の仮想延長面よりも外方に拡がっていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
断面視において、前記軸線方向における前記空所の長さは、前記径方向の中間において最大であることを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具。
前記空所の前記凹部側に位置する領域は、当該領域の直径が前記凹部の底面に向かうにつれて小さくなるテーパー形状をなしている、請求項１乃至３のいずれかに記載の切削工具。
前記空所の前記凹部側に位置する領域のテーパー角度は、前記凸部のテーパー面のテーパー角度よりも大きい、請求項４に記載の切削工具。
前記首部が前記凹部を備え、前記シャンク部が前記凸部を備えている、請求項１乃至５のいずれかに記載の切削工具。
シャンク部と該シャンク部と異なる材質からなる首部とをロウ付けにより接合してなる切削工具であって、
前記シャンク部および前記首部の一方はテーパー面を有した凸部を備え、他方は前記テーパー面に接合された内壁面を有する凹部を備えており、
前記凸部の頂面と前記凹部の底面との間に空所が設けられ、
該空所は、前記凸部の頂面側に位置しており直径が軸線方向において略一定である第１
領域と、前記凹部の底面側に位置しており直径が前記軸線方向に沿って前記凹部の底面に向かうにつれて小さくなるテーパー形状をなしている第２領域と、を有していることを特徴とする切削工具。
前記空所は、前記凹部の内壁面の仮想延長面よりも外方に拡がっていることを特徴とする請求項７に記載の切削工具。
前記第２領域のテーパー角度は、前記凸部のテーパー面のテーパー角度よりも大きい、請求項８に記載の切削工具。
前記首部が前記凹部を備え、前記シャンク部が前記凸部を備えている、請求項７乃至９のいずれかに記載の切削工具。