JP4947635B2

JP4947635B2 - 同期式タップ

Info

Publication number: JP4947635B2
Application number: JP2006261689A
Authority: JP
Inventors: 真二郎堺; 稚通左野
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: JP2008080424A

Description

本願発明は、工作機械によって回転と同期して送り移動されてめねじの加工を行う切削タップに関する。

切削タップは更なる高能率化のため、工作機械を使用して回転と完全同期して送り移動させて高速切削することがアルミ等の延削材のめねじ加工に適用されている。また、近年、上記高速切削を鋼に応用することが行われており、そのような切削タップとして、タップの振れを極力抑え、高速加工に適用させたもの（特許文献１参照）がある。タップ母材の超硬合金の表面に耐摩耗性の膜を被覆して高速加工に適用させたもの（特許文献２参照）がある。
特表２００６−５１９１１３号公報特表２００６−５１９１１４号公報

切削タップは、回転と送りにより切削速度が決まるため、高速加工を行うと切れ刃に負担が大きく、構造用鋼やＨＲＣ５０以上の高硬度鋼等の鋼のめねじ加工ではチッピングや欠損に対して不十分であった。高速加工を行うと切り屑が溝の中で延びやすく、切り屑が詰まりやすく、それにより折損や欠損を生ずるという問題があった。本願発明は以上のような背景のもとになされたものであり、工作機械を使用して回転と送りが完全同期して高速切削する同期式タップの鋼加工において、切れ刃のチッピングや摩耗を抑制しつつ、切り屑処理を向上させ、安定したねじ立てを行うことを目的とする。

本願発明は、工作機械によって回転と同期して送り移動されねじ部の切れ刃で切削加工を行う同期式タップにおいて、前記ねじ部の溝は、軸直角断面で、切れ刃から、すくい面、溝底曲面、背面と構成され、前記すくい面のすくい角は０°〜−２０°とし、前記溝底曲面は、その曲率半径がタップ径の１０％〜１５％とし、すくい面長さの端より、８０°〜１２０°の円弧面を設け、前記背面は、溝幅比０．６〜０．８で設けたヒールに向かい、その曲率半径がタップ径の３０％〜５０％、としたことを特徴とする同期式タップである。本願発明を適用することにより、安定したねじ立てを行うことができる。更に、前記ねじ部のすくい角は、食い付き部から完全ねじ部へ向かうに従って、５°の範囲内で、０°側へ変化させた同期式タップであり、前記すくい面長さは、前記食付き部の先端に位置する山でタップ径の８％〜１２％、前記完全ねじ部の山でタップ径の１０％〜１５％とし、前記食付き部の山数を３〜５、前記ねじ部に硬さがＨＶ３０ＧＰａ以上の高硬度膜を被覆した同期式タップである。

本願発明によれば、構造用鋼やＨＲＣ５０以上の高硬度鋼等の鋼加工で切れ刃のチッピングや摩耗を抑制し、切り屑処理を向上させて寿命を向上させた高速加工用の同期式タップを提供できた。

図１より、本願発明のタップは、シャンク１の一端にねじ部２を有し、ねじ部２に回転軸と平行に溝３が複数設けられ、ねじ部２の後端側に完全ねじ山部４、先端側に食付き部５を有する。完全ねじ山部４と食付き部５は切れ刃６を持ち、食付き部５の切れ刃が主にねじ山形状を形成する。更に、溝３は、図２に示すように、回転中心軸に直角断面視で、、切れ刃６から、すくい面７、溝底曲面８、背面９と構成する。
先ず、食付き部５のすくい角は、０°〜−２０°に設ける。これにより、切れ刃強度を高め、鋼の切削においてチッピングを抑制することができる。一方すくい角が０°より大きいと、切れ刃強度が低下し、チッピングや欠損を招く。すくい角が−２０°より小さいと切削トルクが過大となり、折損の可能性が高くなる。更に、すくい面７は、切り屑を溝底曲面８へ最短距離で流すため、直線状が好ましい。
次に、溝底曲面８の溝底曲率半径Ｒ１は、タップ径の１０％〜１５％に設け、溝底曲面８は、角度Ａ１で示す８０°〜１２０°に設ける。これにより、切れ刃６で生成された切り屑は、被削材により、例えば、アルミ等の延性の切り屑では、溝底曲率半径Ｒ１をタップ径の１１％、角度Ａ１は１００°前後に設け、ブリハードン鋼等の比較的切り屑が分断されやすい被削材では、溝底曲率半径Ｒ１をタップ径の１５％、角度Ａ１は８０°前後に設けて、溝底曲面８に到達してカールし、細かく分断されるので、切り屑長さを短くでき、切り屑詰まりを抑制し、折損や欠損、皮膜の剥離といった問題を回避できる。ここで、溝底曲率半径Ｒ１がタップ径の１０％未満であると、切り屑が急激に屈曲するため、切り屑の流れが悪化して切り屑詰まりを招く。溝底曲率半径Ｒ１が１５％を超えると、切り屑を十分にカールさせることができず、切り屑詰まりを抑制できない。更に、角度Ａ１が８０°未満であると、切り屑が十分カールせずに溝内に溜まり、切り屑詰まりを抑制できない。角度Ａ１が１２０°を超えると、切り屑が溝底曲面と擦過する距離が長くなり、切り屑流れを阻害するため、切削トルクが増大し、折損の危険が高まる。

更に、溝幅比は、図２より、ヒール１０の位置は、切れ刃６とヒール１０とが回転軸を中心として成す角を溝幅角度Ａ２、切れ刃６と切れ刃６より回転方向前方に位置する切れ刃１１とが回転軸を中心として成す角を切れ刃間角度Ａ３としたとき、溝幅比Ａ２／Ａ３であり、溝幅比０．６〜０．８となるように設ける。これにより、切り屑収容スペースを大きく設けることができる。溝幅比率が０．６未満であると、切り屑収容スペースが小さく、溝幅比が０．８を超えると、食付き部５のランドの強度が弱くなり、欠損を起こしやすい。更に、前記溝底曲面８の終端とヒールとを結んだ背面９は、図２より、曲率半径Ｒ２でタップ回転方向前方側に凸状に設けることにより、切り屑収容スペースをより大きく設けることができる。曲率半径Ｒ２はタップ径の３０％〜５０％とし、曲率半径Ｒ２が３０％未満であると、切り屑収容スペースを拡げることができず、曲率半径Ｒ２が５０％を超えると、隣合う切れ刃のすくい面との距離が小さくなる。食付き部５における曲率半径Ｒ２は、先端側から後端へ向かうに従って変化させず、背面の長さは、長くなるように設けることが好ましい。曲率半径Ｒ２が回転中心軸方向で変化しないため、タップが下穴の中へ入るに従って切り屑が溝内に溜まっても、切り屑は回転軸方向への移動を妨げられず、切り屑が下穴の奥へ落ちやすい。背面長さがタップ後端へ向かって長くなっているため、下穴の壁面とタップの逃げ面の間に切り屑が詰まるのを抑制でき、切り屑詰まりによる欠損や折損を抑制できる。

本願発明の実施態様として、本願発明の同期式タップにおいて、前記ねじ部のすくい角は、食い付き部から完全ねじ部へ向かうに従って、５°の範囲内で、０°側へ変化させたことにより、タップが下穴に入る際、不安定な先端側の切れ刃強度を高めることができ、チッピングを抑制できる。タップが下穴に入り、食付き部５の山が複数切削に関与すると切削トルクが大きくなるので、後端側のすくい角は０°側へ変化させると良い。また、剛性を高めるため、タップの溝底の径はタップの外径の４５％〜５５％の範囲に設ける。溝底の径が４５％未満であると、剛性が不足し、高速加工では、振動、ビビリ等様々なトラブルを生じる。溝底の径が５５％を超えると、溝３の深さが不足する。
次に、前記すくい面長さは、前記食付き部の先端に位置する山でタップ径の８％〜１２％、前記完全ねじ部の山でタップ径の１０％〜１５％に設けることにより、切り屑を溝底へ向かって良好に流すことができ、溝底曲面を同じ状態にでき、切り屑をカールさせ、切り屑詰まりを抑制できる。すくい面長さが１０％未満であると、切り屑収容スペースが小さくなり、すくい面長さが１５％を超えると、タップ溝底の径が減少し、剛性が不足するので、すくい面長さは、前記の通りとした。
更に、前記食付き部の山数を３〜５としたのは、切れ刃の負担を軽減し、ねじ立ての能率を向上して高速でタップ立てを行うことができる。食付き部の山数が３未満であると、１山当たりの切れ刃の負担が増加し、摩耗が進行しやすく、切り屑が繋がって生成されて切り屑詰まりを起こしやすい。また、前記ねじ部に硬さがＨＶ３０ＧＰａ以上の高硬度膜を被覆することにより、切れ刃６を摩耗や欠損から保護する。以下、本願発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
本願発明の特性を評価するため、本発明例１〜２０、比較例２１〜３１は、呼び寸法Ｍ８（外径８ｍｍ）、ピッチ１．２５ｍｍ、溝数５、食付き部の山数５、溝は直溝のタップを用いて、溝底の径、食付き部のすくい角、すくい面長さＬ１、曲率半径Ｒ１、角度Ａ１、曲率半径Ｒ２、溝幅比Ａ２／Ａ３を表１に示すものを作成した。基材は、組成がＣｏ１０重量％、ＷＣ平均粒径が０．８μｍの超硬合金を用い、ねじ部の表面を、硬さＨＶ３５ＧＰａのＴｉＳｉＮ膜で被覆した。

切削試験は、被削材、硬さＨＲＣ５０のＳＫＤ６１を用い、予め径が６．９ｍｍ、深さが８ｍｍの下穴（通り穴）を設け、タップの回転数を８００ｍｉｎ^−１（切削速度２０ｍ／ｍｉｎ）、送り速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、同期送り機能付き縦型マシニングセンタにてねじ立てを行った。クーラントは、極圧添加剤入り油剤を外部給油にて用いた。切削試験は、ねじ部にチッピング、欠損、剥離等の不具合が生じた時の穴数を、表１に併記する。
表１より、本発明例１〜２０は、いずれも５０穴以上加工ができ、チッピングや欠損等を抑制して切り屑処理が良好に行われたと推察される。特に、すくい角が−５°〜−１５°で、先端から後端へ向かって５°の範囲内で変化させたもの、すくい面長さＬ１が１０％〜１５％のもの、角度Ａ１が９０°〜１２０°の範囲のものである、本発明例２〜３、本発明例７〜８、本発明例１４〜２０は加工数が７０を超え、良好な結果を示した。

図１は、本発明例の同期式タップの正面図を示す。図２は、図１の軸直角断面の要部拡大図を示す。

符号の説明

１シャンク
２ねじ部
３溝
４完全ねじ山部
５食付き部
６切れ刃
７すくい面
８溝底曲面
９背面
１０ヒール
１１回転方向前方に位置する切れ刃
Ｒ１溝底の曲率半径
Ｒ２背面の曲率半径
Ａ１溝底の曲率半径Ｒ１を設けた角度
Ａ２溝幅の角度
Ａ３切れ刃７と切れ刃１１のなす角度
Ｌ１すくい面長さ

Claims

工作機械によって回転と同期して送り移動されねじ部の切れ刃で切削加工を行う同期式タップにおいて、前記ねじ部の溝は、軸直角断面で、切れ刃から、すくい面、溝底曲面、背面と構成され、前記すくい面のすくい角は０°〜−２０°とし、前記溝底曲面は、その曲率半径がタップ径の１０％〜１５％とし、すくい面長さの端より、８０°〜１２０°の円弧面を設け、前記背面は、溝幅比０．６〜０．８で設けたヒールに向かい、その曲率半径がタップ径の３０％〜５０％、としたことを特徴とする同期式タップ。
請求項１記載の同期式タップにおいて、前記ねじ部のすくい角は、食い付き部から完全ねじ部へ向かうに従って、５°の範囲内で、０°側へ変化させたことを特徴とする同期式タップ。
請求項１又は２記載の同期式タップにおいて、前記すくい面長さは、前記食付き部の先端に位置する山でタップ径の８％〜１２％、前記完全ねじ部の山でタップ径の１０％〜１５％としたことを特徴とする同期式タップ。
請求項１乃至３いずれかに記載の同期式タップにおいて、前記食付き部の山数を３〜５としたことを特徴とする同期式タップ。
請求項１乃至４いずれかに記載の同期式タップにおいて、前記ねじ部に硬さがＨＶ３０ＧＰａ以上の高硬度膜を被覆したことを特徴とする同期式タップ。