JP5403480B2

JP5403480B2 - 小径ｃｂｎエンドミル

Info

Publication number: JP5403480B2
Application number: JP2008328673A
Authority: JP
Inventors: 猛史赤松
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: JP2010125594A

Description

本発明は、少なくとも刃部の一部がＣＢＮ焼結部から構成され、超硬合金部分と一体焼結された構造を有するものであり、刃径が３ｍｍ以下の小径ＣＢＮエンドミルに関する。

立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）切削工具は、ダイヤモンドに次ぐ硬さを有する窒化硼素（ＢＮ）を、超高圧で焼結した切削工具である。鉄系材料の切削にはダイヤモンドが向かないため、ＣＢＮは鉄系高硬度材料や難削材の切削、または低硬度鉄系材料の高速切削、断続切削などに用いられる。しかし、ＣＢＮ切削工具は、超硬工具に比べて極めて脆く、切削中にチッピングや欠損を起こしやすいという欠点があり、切削ボリュームを大きくした高能率切削は不可能であり、制約された環境化で超仕上げ加工として使われているにすぎない。特に小径ＣＢＮエンドミルの場合は、少なくとも刃部はＣＢＮ焼結材で構成されており、刃部の後方の逃げ面、及びバックメタルの部分もＣＢＮ焼結材である。このことから、切削中に横方向の力が加わると、強度不足でチッピングを起こしてしまう。従って、刃径が３ｍｍ以下の小径エンドミルでは、ＣＢＮ焼結材に比べて靭性に優れた超硬エンドミルを用いて精度の低い加工を余儀なくされており、場合によっては、極めて加工能率の低い放電加工が依然として採用されている。

非特許文献１には、小径ＣＢＮラジアスエンドミルが記載されており、工具のカケ防止として、エンド切れ刃およびコーナ切れ刃を含むエンドミル先端切れ刃から外周切れ刃にかけてチャンファーリング、すなわち、切れ刃全体に大きな負のすくい角を有したエンドミルが提案されている。
また別の特許文献１には少なくとも先端部が超高圧ＣＢＮ焼結体で構成され、シャンク側からみて切削回転方向に対して反対方向にねじれを有した外周刃をもつＣＢＮエンドミルを用いて、加工能率を向上させることができると提案されている。
特開２００８−１１０４１１号公報「型技術」第２１巻第８号２００６年７月号（Ｐ．３８−３９）

近年、家電製品や機械製品の小型精密化は目を見張るものがあり、電子部品関係や半導体関連の部品も精密かつ複雑化している。例えばコネクタ関連の金型では６０ＨＲＣを越える高硬度鋼材の加工に小径エンドミルを用いて切削する必要がでてきている。また近年、携帯電話の厚みは年々薄くなってきており、薄くてもフレームの強度を持たせるためにリブの構造が変わってきている。つまり微細なリブのプレス加工のために、従来よりも、より硬い金型材料が必要とされており、切削加工も、微細加工の必要性から特に刃径が３ｍｍ以下の小径エンドミルが要請されている。しかしながら前記のような高硬度鋼材は切削工具による加工では、工具の摩耗に問題があり、長時間における高能率・高精度な加工が困難である。このため、極めて加工能率の低い放電加工が依然として採用されている。

放電加工を用いないでこれら高硬度材の材料を加工する場合、一般的には超硬合金製のコーティング被覆工具が用いられている。高硬度材の材料を長時間において高精度な加工を行うためには、工具の材質そのものの硬度を上げ、耐摩耗性を向上させる必要がある。そのような背景の中で近年、切れ刃がＣＢＮ焼結体で形成されたＣＢＮ焼結工具が用いられるケースが増えてきた。しかしながらＣＢＮ焼結工具は、超硬工具に比べて極めて脆く、切削中にチッピングや欠損を起こしやすいという欠点があり、切削ボリュームを大きくした高能率切削は不可能であり、制約された環境化で超仕上げ加工として使われているにすぎない。ここで刃先にボール刃を有するボールエンドミルの場合、ピッチを細かくしないと形状が仕上がらないため高能率な切削ができない。すなわち超硬合金製のエンドミルであっても高能率な仕上げ加工をすることは困難である。ましてや切れ刃がＣＢＮ焼結体で形成されたＣＢＮボールエンドミルの場合は、無理に高能率な加工を行って切削条件を上げると欠損してしまい、用途的に採用されない。ＣＢＮ焼結材特有の問題点を解決するためにＣＢＮボールエンドミルの形状を改善した提案が前述した非特許文献１や特許文献１で提案されているが、上述に示すように高能率な加工を行う上で問題があり、無理に高能率な加工を行って切削条件を上げると欠損してしまうという課題が残っている。

本発明者は特に小径のＣＢＮエンドミルの刃先からシャンクまでの全体の構成と刃先の形状を詳しく検討した。その結果、特に直径が３ｍｍ以下の小径ＣＢＮエンドミルの場合は、少なくとも刃部がＣＢＮ焼結材で構成されていると、刃部の後方の逃げ面、及びバックメタルの部分もＣＢＮ焼結材であるので、切削中に横方向の力が加わると、刃径が細いこともあって強度不足でチッピングを起こしてしまうことが分かった。

刃先にボール刃を有するボールエンドミルの場合、精密部品加工や携帯電話のリブ構造と異なるフレーム部分の金型加工など３次元の形状を有さない加工、すなわち２次元もしくは２．５次元の加工においては、ピッチを細かくしないと形状が仕上がらないため高能率な加工ができず、根本的にその用途に全く合わない。すなわち対象のエンドミル形状にはなり得ない。

ここで、精密部品や携帯電話のリブ構造と異なるフレーム部分の金型加工などの加工においては、刃先にボール刃を有するボールエンドミルよりも、刃先がフラットであるスクエアエンドミルや丸コーナを持つラジアスエンドミルの方が、底刃フラット部分が広いために高能率な加工が可能である。しかし、底面部の加工において、図１に示すように、ボールエンドミル１とラジアスエンドミル２ともに同じ切込み量３で切削すると、ラジアスエンドミル２は底刃フラット部分が広いがゆえに、その分被削材４に接触する切れ刃の接触面積５が広くなるため抵抗が上がりやすいという欠点を抱えている。図１には被削材４に接触する切れ刃の接触面積５の部分が太い線で比較して描かれているが、両者を比較するとラジアスエンドミル２の方が切れ刃の接触面積５が大きいことが分かる。

これに対して非特許文献１には、小径ＣＢＮラジアスエンドミルであって、カケ防止のために切れ刃全体に大きな負のすくい角をもったエンドミルが提案されているが、この提案のエンドミルでは、切削抵抗がさらに大きくなり、その抵抗に耐えられず、より大きな欠損につながってしまう。つまり刃先がフラットであるスクエアエンドミルや丸コーナを持つラジアスエンドミルの場合、工具の材質がＣＢＮ焼結材で形成されると、より欠損を引き起こしやすく、安定した加工が望めない。

また特許文献１には、少なくとも先端部が超高圧ＣＢＮ焼結体で構成され、シャンク側からみて切削回転方向に対して反対方向にねじれを有した外周切れ刃をもつＣＢＮエンドミルが提案されている。これによってコーナ切れ刃の刃先角が大きくなって刃先強度が増し、ラップやホーニング等によるチャンファー処理で刃先を丸くする必要がなく、刃カケが抑制されるとしている。しかし、この提案のエンドミルでは、図２に示すように、コーナ切れ刃のすくい面２７と外周切れ刃のすくい面２８が違う面で形成されることになる。すなわち精密部品加工や携帯電話のリブ構造と異なるフレーム部分の金型加工などの底面部の加工、特に金型のコーナ部の加工において、コーナ切れ刃が接触したときの抵抗と外周切れ刃が接触したときの抵抗が変化するため、底刃の接触面積が広くあたって発生する振動と相まって、大きな抵抗が発生する。特に高能率な加工を行うと刃先の強度が耐えられずに欠損し、安定した加工は望めない。

さらに切り屑排出時のチップポケットを形成するコーナ切れ刃のすくい面２７と外周切れ刃のすくい面２８が違う面で形成されているため、すくい面境界部２９に段差が生じやすく、切削加工時に生成された切り屑がチップポケット内で噛みこみやすく、仕上げ面に傷をつけることや、噛みこみが原因で抵抗が増大し、欠損することもある。
またこのエンドミルの提案によれば、外周切れ刃のすくい角は負のすくい角になるほど良いとされているが、負のすくい角では食い付き性が悪化し、抵抗の増大に伴う振動が極めて大きく発生しやすく、安定した加工は望めない。
本発明は係る従来の事情に鑑み、精密部品加工のような高硬度材の切削加工を高精度、高能率で長時間にわたって加工ができる、刃部の刃径が３ｍｍ以下の小径ＣＢＮエンドミル、特にその中で高能率切削加工を達成できる３ｍｍ以下の小径ＣＢＮスクエアエンドミル及び小径ＣＢＮラジアスエンドミルを提供するものである。

本発明は、図３、図４に示すように、少なくとも刃部２６がＣＢＮ焼結部６からなり、前記ＣＢＮ焼結部６に一体焼結された超硬合金部分１７の後端部７がシャンク孔部に差し込まれて固定されている構造であり、前記刃部２６は刃径が３ｍｍ以下の先端切れ刃１１及び外周切れ刃８を有した２枚刃の小径ＣＢＮエンドミルであって、外周切れ刃８の６０％以上がギャッシュ９で形成されており、前記先端切れ刃１１及び前記外周切れ刃８のうちのギャッシュのみで形成された外周切れ刃９が全て同じすくい面で形成されており、前記刃部２６の外周切れ刃８は右刃左ねじれで形成され、前記エンドミル先端切れ刃１１のアキシャルレーキが−２５°〜−５°であり、前記エンドミル先端切れ刃１１のラジアルレーキが０°〜５°であることを特徴とする小径ＣＢＮエンドミルである。外周切れ刃８はギャッシュ９と刃溝で形成された外周切れ刃１０からなる。ここでエンドミル先端切れ刃１１は、エンド切れ刃１２とコーナ切れ刃１３および外周切れ刃８を合わせたものとし、エンド切れ刃１２、コーナ切れ刃１３および外周切れ刃８のアキシャルレーキがすべて同じとする。また、刃部２６とはエンドミル先端切れ刃を総称的に指す語句であり、刃径３０とはこの刃部の最大径部を指す。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルはボールエンドミルでも実現可能であるが、ボールエンドミルでは難しい高能率な切削を目的とする場合には、本発明の特徴を大きく生かせるスクエアエンドミルまたはラジアスエンドミルが望ましい。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルは、該外周切れ刃の後方に干渉回避部分が設けられており、図３、図４で示される刃溝で形成された外周切れ刃１０は無く、外周切れ刃８は図の符号１０まで延長されたギャッシュ９のみからなる。またこの場合には、該外周切れ刃の後方に工具回転時の干渉回避部分が設けられるのが特徴である。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、エンド切れ刃１２のラジアルレーキと外周切れ刃８のラジアルレーキがほぼ同一の角度であることが望ましい。前記のほぼ同一の角度とは具体的には±１゜以内の角度の差異を言う。この発明の場合には、図５に示すようにコーナ切れ刃のすくい面２７と外周切れ刃のすくい面２８がほぼ同一であることになり、図６に示すような従来例に発生するすくい面段差３１が発生しない。すなわち、エンドミル先端切れ刃１１内に刃溝で形成されたすくい面３６が存在しない。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、エンドミル先端切れ刃のラジアルレーキは０°〜５°であることが望ましい。また、本発明の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、刃部の形状はエンドミル先端切れ刃両端にコーナＲを有したラジアスエンドミルであることが望ましい。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルは、シャンク部から刃部までの全体の構成として、シャンク孔部内に差し込まれている超硬合金部分の後端部７は、その底面１９と少なくとも外周面部１８の一部が接合材を介してシャンク部２３に固定され、前記の少なくとも外周面部１８の工具軸方向の長さ２０は刃径の１倍以上とするのが良い。本発明の小径ＣＢＮエンドミルは、ＣＢＮ焼結部と超硬合金部が一体焼結されて製造されるが、その超硬合金部の後端部はシャンク部にろう材などの接合剤を用いて接合される。前記の外周面とは、超硬合金部分の後端の外周面を指す。

本発明は、６０％以上の外周切れ刃がギャッシュのみで形成されているので、エンド切れ刃近傍にすくい面段差がない。その効果で、生成された切り屑が段差によって噛みこむことも抑制でき従来例のような切り屑の噛みこみに対する問題を解決できる。

また仕上げ工程の前工程で取りしろが不均一な加工の場合においても、本発明の小径ＣＢＮエンドミルは、外周切れ刃の６０％以上をギャッシュのみで形成し、該エンドミル先端切れ刃のアキシャルレーキを−２５°〜−５°としているので、従来の小径ＣＢＮエンドミルの最大の問題点である工具の振動および強度不足から生じるＣＢＮ粒子の脱落、チッピングや欠損、不安定性を防止できる効果がある。

本発明では外周切れ刃の６０％以上をギャッシュのみで形成できるため、従来のような刃溝で剛性が低下する部分がなくなる。この工具剛性の確保の効果は、本発明が対象とする刃径が３ｍｍ以下で、ＣＢＮという脆性工具を小径エンドミルで実現するためにとても大切な効果である。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、先端切れ刃１１のアキシャルレーキは−２５°〜−５°とすることが望ましい。外周切れ刃は右刃左ねじれで形成される。この効果によって該エンドミルは工作機械の主軸側へ引っ張られる方向に力が加わるため、切削工具の保持剛性が上がり、工作物側への振動が軽減できる。また切れ刃剛性が上がり、チッピングを抑制する効果もある。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、先端切れ刃１１のラジアルレーキが０°〜５°であることにより、十分な食い付き性を確保できるので、より安定した加工が実現できる効果がある。

本発明の小径ＣＢＮエンドミルは、ＣＢＮ刃部に一体焼結された超硬合金部分の後端部がシャンク孔部に差し込まれ、前記後端部の外周面部と底面部がろう付け等で固定されているので、前記後端部の挿入部分の機械強度が確保され、首部取り付け部近傍の強度が大きくなり、たわみによる振動等にも強くなり、工具形状の効果と相まって、極めて安定した加工を実現することができる。

本発明を適用することにより、例えば刃径が３ｍｍ以下のＣＢＮ小径エンドミルを使用する精密部品や携帯電話のリブ構造と異なるフレーム部分の金型加工などの加工において、たとえ金型材が高硬度材であっても、チッピングを引き起こすことなく、安定して長時間の高精度加工が実現でき、精密部品加工などのコスト削減に有効である。

本発明は、少なくとも刃部がＣＢＮ焼結部からなり、前記ＣＢＮ焼結部に一体焼結された超硬合金部分の後端部がシャンク孔部に差し込まれて固定されている構造であり、前記刃部は刃径が３ｍｍ以下の先端切れ刃及び外周切れ刃を有した２枚刃の小径ＣＢＮエンドミルであって、前記外周切れ刃の６０％以上がギャッシュで形成されており、前記先端切れ刃及び前記外周切れ刃のうちのギャッシュのみで形成された外周切れ刃が全て同じすくい面で形成されており、前記刃部の外周切れ刃は右刃左ねじれで形成され、前記刃部の先端切れ刃のアキシャルレーキが−２５°〜−５°であり、前記刃部の先端切れ刃のラジアルレーキが０°〜５°であることを特徴とする小径ＣＢＮエンドミルである。実施例で後述するが、７５％以上の外周切れ刃がギャッシュのみで形成されているのが望ましいことを確認している。

高硬度の材料において、２次元もしくは２．５次元の形状加工を行う場合、刃部がＣＢＮ焼結材で構成された小径ＣＢＮスクエアエンドミルや小径ＣＢＮラジアスエンドミルの場合、底面部の加工において切れ刃の接触面積が広くなるため抵抗が上がりやすく、先端切れ刃のチッピングを誘発し、大きな欠損につながってしまう。すなわち切削抵抗を下げる必要があるが、切れ刃のすくい角を鋭角にすると切れ刃の剛性が不足し、かえって大きな欠損を引き起こしてしまう。

本発明は刃の形状として、外周切れ刃８の６０％以上をギャッシュのみで形成したことを大きな特徴としている。これによって図７に示すように、エンド切れ刃１２とコーナ切れ刃１３およびギャッシュのみで形成された外周切れ刃９がすべて同じすくい面で形成される。この外周切れ刃の特徴は精密部品や携帯電話のリブ構造と異なるフレーム部分の金型加工などの、高硬度材加工のコーナ部加工において大きな効果として発揮される。例えば、図８に示すように、コーナ部加工では、エンド切れ刃１２、コーナ切れ刃１３に抵抗が加わると共に、ギャッシュのみで形成された外周切れ刃９と刃溝で形成された外周切れ刃１０も接触するが、刃溝で形成された外周切れ刃１０以外は同一のすくい面で形成されるため抵抗が一定である。逆に言えば刃溝で形成された外周切れ刃１０のみが切削抵抗が変化し、振動を誘発する原因になるが、本発明者は６０％以上の外周切れ刃がギャッシュでのみ形成すれば振動抑制に大きな効果があることを発見した。さらに、６０％以上の外周切れ刃がギャッシュのみで形成されていれば図７のようにエンド切れ刃１２近傍にはすくい面段差３１がないため、生成された切り屑がその段差によって噛みこむことも抑制でき、従来例の図６に示すようにエンド切れ刃１２近傍にすくい面段差３１が存在する切り屑の噛みこみに対する問題が解決できる。

また、該エンドミル先端切れ刃１１のアキシャルレーキを−２５°〜−５°としたことによって外周切れ刃８は右刃左ねじれで形成されることになるが、この効果によって該エンドミルは工作機械の主軸側へ引っ張られる方向に力が加わるため、保持剛性が上がり、工作物側への振動が軽減できる。またエンドミル先端切れ刃１１のアキシャルレーキを−２５°〜−５°としたことにより切れ刃剛性が上がり、チッピングを抑制することができる。ここで先端切れ刃のアキシャルレーキが−５°よりも大きいと、切れ刃剛性が不足し、ＣＢＮ焼結材の強度が持たず、ＣＢＮの粒子が脱落して、最終的にはチッピングを起こしてしまい、−２５°よりも小さいと刃先剛性は上がるものの、抵抗が増大してしまい、逆にＣＢＮ粒子の脱落が進行し、大きな欠損につながってしまう。

外周切れ刃８は刃の長さの６０％以上をギャッシュのみで形成するのが、本発明の特徴の一つであるが、本発明のさらに好ましい形態としては、図９に示すように、外周切れ刃８はギャッシュのみで形成する方が望ましい。これによって図８に示した加工時においても接触する切れ刃はすべて同一のすくい面で形成されるから抵抗の変化がなく安定した加工が望める。さらに図５の本発明例と図６の従来例で対比して示すように、エンドミル先端切れ刃１１にすくい面段差３１が存在しないため、段差による切り屑の噛みこみが全く発生せず、切り屑の噛みこみによる切削抵抗の変化やチッピング等をより確実に抑制できる。また刃溝が必要なくなるので、刃溝をつける場合の図３、図４に示される刃溝長さ１４のような剛性が低下する部分が必要なくなる。すなわち発明者は図９のように不必要な刃溝を削除し、工具の回転軌跡の干渉部分を必要最低限だけ除去した干渉回避部分２５を外周切れ刃後方に設けた。これによってむだな工具剛性の低下を抑制でき、つまり全体の剛性が向上し、より安定した加工を実現する。ここで干渉回避部分２５の形状は凹状、凸状、多角形状などでよく、必要最低限の干渉部分を除去できればどのような形状でも効果を発揮する。

本発明においては、該エンドミル先端切れ刃１１のラジアルレーキが０°〜５°である。ラジアルレーキを前記範囲にすることで、十分な食い付き性を確保し、より安定した加工を実現する。

本発明のさらに好ましい形態としては、該エンドミル先端切れ刃エッジにコーナＲを有したラジアスエンドミルであることが望ましい。先端切れ刃エッジにコーナＲを有することで先端切れ刃エッジの強度がさらに増し、チッピング等の抑制効果がさらに上がる。

本発明のより好ましい態様は、本発明の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、シャンク孔部内に差し込まれている超硬合金部分の後端部７は、その底面１９と少なくとも外周面１８の一部が接合剤を介してシャンク２３に固定され、前記少なくとも外周面の一部の工具軸方向の長さ２０は刃径の１倍以上であることが望ましい。工具軸方向の長さ２０は刃径の１倍以上とするのは、接合剤によるシャンクへの固定を確実にするためである。ＣＢＮ焼結部に一体焼結された超硬合金部分の後端部７をシャンク孔部に差し込む手段として、該孔部内に差し込まれている超硬合金部分はテーパ部１５の途中の差し込みスタート位置１６から固定され、一体焼結された超硬合金材部分１７のうちの孔部内に差し込まれた超硬合金材の一部７の外周面部１８と底面部１９をろう付け等で固定するのが望ましい。これにより該孔部先端から挿入部分の機械強度が確保され、首部取り付け部近傍の強度が大きくなり、たわみによる振動等にも強くなり、工具形状の効果と相まって、極めて安定した加工を実現する。

次に、本発明の刃部を形成するＣＢＮとシャンク孔部に差し込まれる超硬合金の一体焼結体の素材の製造について説明する。
ＣＢＮ焼結材とその下部に構成する超硬合金材とが一体焼結されたディスク上の素材から必要な大きさに切断し、その超硬合金材の１部をシャンク部の孔部に固定して製造する。固定する方法としては、ろう付け、圧着、嵌合等があるが、ろう付けが固定後の精度と信頼性及び経済的利便性が高く好ましい。ろう材にはＮｉ−Ｃｒ系ろう材やＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系ろう材が用いられていることが好ましい。例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材やＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系ろう材では８９０〜１１７３°Ｋ、Ｎｉ−Ｃｒ系ろう材では１２００〜１４９０°Ｋと、より高温で超高硬度焼結材をろう付けすることが出来、切削時に刃先温度が上がった場合にも、ろう付け強度が落ちることなく、より信頼性の高い小径エンドミルが実現できる。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
図７、図１０は本発明に係る小径ＣＢＮラジアスエンドミルの実施例の形状を示す。本発明例１として、ＣＢＮ含有量が６５％、平均粒径が３μｍのＣＢＮ焼結材に一体焼結された超硬合金材の一部７を刃径の０．３倍とした０．３ｍｍの長さだけシャンク孔部に差し込んで、外周面部１８と底面部１９をろう付けで固定した。図１０に示されるように実施例１はＣＢＮ焼結材で構成されたＣＢＮ焼結部６と超硬合金材で構成された超硬合金部２１からなるＣＢＮラジアスエンドミルである。この工具の先端からエンド切れ刃１２とコーナ切れ刃１３、外周切れ刃８、首部２２、テーパ部１５、シャンク部２３を設け、刃数は２枚刃、外周切れ刃８のねじれ角が−２０°とした。すなわちエンドミル先端切れ刃１１のアキシャルレーキが−２０°であり、エンドミル先端切れ刃１１のラジアルレーキが０°とした。ＣＢＮラジアスエンドミルの刃径３０は１ｍｍ、コーナＲのサイズが０．２ｍｍ、ギャッシュのみで形成された外周切れ刃９の長さが０．３ｍｍ、刃溝で形成された外周切れ刃１０の長さが０．１ｍｍとし、つまりエンドミル先端切れ刃の長さ（以下、有効刃長と称する）を０．６ｍｍとした。首部はストレート形状で、首部直径を０．９４ｍｍ、首下長さを３ｍｍで刃径に対して３倍、シャンク径を４ｍｍにしたものを用意した。

また従来例２として、エンドミル先端切れ刃１１のアキシャルレーキを０°でギャッシュを形成した後に、チャンファーリング２４で刃部２６全体に−４０°の大きな負のすくい角とラジアルレーキ−４０°を設け、その他の仕様は本発明例１と同様の仕様のものを用意した。従来例３として、図６のような刃溝で外周切れ刃を形成し、アキシャルレーキを−１０°、ラジアルレーキ−２０°、その他の仕様は本発明例１と同様の仕様のものを用意し、それぞれ切削テストを行った。

切削テストに用いるワークとして、被削材にＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）で、一部に高さ１ｍｍ、アール０．２ｍｍのコーナ部を有したＬ字形状の底面切削を行った。切削条件は回転数が４００００ｍｉｎ−１、送り速度が２．４ｍ／ｍｉｎ、一回当たりの工具軸方向の切込み量を０．０２ｍｍ、一回当たりの工具半径方向切込み量を０．３ｍｍとして、クーラントにミストを用いて行った。

評価方法としては、工具摩耗の推移及び、コーナ部における切削初期の切削抵抗の測定、それぞれ切削距離１００ｍ毎の仕上げ面の状態を観察した。工具摩耗に関しては走査型電子顕微鏡で２５０倍の倍率で観察し、逃げ面の摩耗幅が０．１ｍｍに達するもの、もしくはチッピング等により切削不可能となったものを寿命と判断し、最終的に５００ｍまで切削を行った。仕上げ面の状態の評価は、実用上から良好なものは◎印、若干のくすみは○印、びびり面は△印、むしれた光沢のない状態や工具の欠損に至ったものは判断した切削距離を示し、その距離において×印で示した。
各試料の仕様と結果を表１に示す。

その結果、本発明例１は、切削距離５００ｍ切削後もほとんど摩耗もなく安定した切削状態であった。さらに仕上げ面も光沢のある面であり、工具送り方向に直角方向の最大仕上げ面粗さはＲｚで０．９８μｍと非常に優れた結果となった。それに対して、従来例２は、切削距離１００ｍの時点でエンド切れ刃からコーナ切れ刃にかけてＣＢＮの脱落による大きな欠損が発生し、切削不可能となった。また仕上げ面もむしれた光沢のない極めて悪い結果であった。また切削初期のコーナ部における切削抵抗値も２２Ｎと大きな値を示した。これは、従来例２のエンドミルは、エンドミル先端切れ刃全体に−４０°の大きな負のすくい角をもったチャンファーリング２４を設けたため、底面切削時に特にエンド切れ刃の広い範囲が工作物に接触した際に切削抵抗が増大し、ＣＢＮ焼結材の強度が耐えられずに欠損したためと考えられる。ここで、図１１に５００ｍ切削時の本発明例１と１００ｍ切削時の従来例２の工具摩耗状態の比較を示す。同図からも従来例２はチャンファーリング２４の影響で抵抗が増大し、１００ｍ切削時にすでにエンド切れ刃１２とコーナ切れ刃１３の境界部分を起点に欠損している様子がわかる。
一方、本発明例１は先端切れ刃のアキシャルレーキを−２０°に設定したことによって切れ刃は右刃左ねじれで形成されることになり、該エンドミルは工作機械の主軸側へ引っ張られる方向に力が加わるため、保持剛性が上がり、工作物側への振動が軽減できたことで安定し、さらに切れ刃剛性も上がったことで極めて良好な結果を示したと考えられる。

また従来例３のエンドミルは、切削距離１００ｍの時点ではほとんど摩耗もなく安定していたが、切削初期からコーナ部における切削抵抗値が１４Ｎと高く、切削距離２００ｍの時点で仕上げ面の状態としてびびりが観察され、工具には微小チッピングの発生とすくい面段差３１の部分に溶着物が多く観察され、最終的に４００ｍ終了時に欠損した。

(実施例２)
次に本発明例５〜８、１０、１１および比較例４、９、１２として、エンドミル先端切れ刃のアキシャルレーキの最適化をはかるためにテストを行った。テスト方法としては、本発明例１と同様の仕様でラジアルレーキが０°、エンドミル先端切れ刃１１のアキシャルレーキを比較例４は−２°、本発明例５〜８は−２５°〜−５°、比較例９は−３０°とした。
また、本発明例１０、１１と比較例１２のものは、アキシャルレーキが−２０°とし、有効刃長が０．５ｍｍで外周切れ刃後方に干渉回避部分２５を設け、外周切れ刃が１００％ギャッシュで形成された本発明例１０、有効刃長が０．７ｍｍの外周切れ刃の６０％がギャッシュで形成された本発明例１１、有効刃長が０．８ｍｍの外周切れ刃の５０％がギャッシュで形成された比較例１２を用いて、実施例１と同様の加工と評価を行った。結果を表２に示す。

その結果、本発明例５〜８および１０、１１の工具はすべて５００ｍまで切削しても安定した加工ができた。本発明例５、８の工具は５００ｍ切削後に微小チッピングと仕上げ面も若干のくすみが確認されたが、摩耗はほとんど確認されなかった。また本発明例１１の工具は５００ｍ切削後の仕上げ面状態に若干のびびり面が確認されたが、チッピング等もなく優れた性能を示した。特に、本発明例１０の工具は５００ｍ切削後も全く摩耗が見られず、仕上げ面も極めて良好な状態であった。

一方、比較例４は２００ｍ切削時に工具を確認したところエンド切れ刃のすくい面にチッピングが発生し、仕上げ面も非常に悪くむしれた光沢のない状態が確認された。これはエンドミル先端切れ刃の剛性が十分ではなく、ＣＢＮ焼結材の強度が持たず、ＣＢＮの粒子が脱落、最終的にはチッピングを引き起こしたためと考えられる。また比較例９も同様に１００ｍ切削時に工具を確認したところ、エンド切れ刃から大きなチッピングが発生し、このことによる仕上げ面も極めて悪い結果となった。これは、アキシャルレーキが大きな負のすくい角になりすぎて、抵抗が増大してしまい、逆にＣＢＮ粒子の脱落が進行し、大きなチッピングの発生につながったためと考えられる。また比較例１２の工具は１００ｍ切削時は若干のびびり面は確認されたが、チッピングもなく安定していた、しかし２００ｍ時に微小チッピングを引き起こし、仕上げ面の状態としてびびり面が観察され、３００ｍの途中で欠損した。これは有効刃長が長くなった分、刃溝長さが長くなってしまい、工具そのものの剛性が低下したことで振動により欠損したと考えられる。

ここで図１２に代表的な工具摩耗状態として、５００ｍ切削時の本発明例１０と比較例４の１００ｍ切削時の工具摩耗状態の比較を示す。同図からも比較例４の工具はエンドミル先端切れ刃の剛性が十分ではなく、エンド切れ刃１２とコーナ切れ刃１３の境界付近からＣＢＮ粒子の脱落が始まり、最終的にチッピングに繋がったと考えられる。一方本発明例１０の工具は全く摩耗していない様子がわかる。
実施例１および実施例２の結果より、７５％以上の外周切れ刃がギャッシュのみで形成されているのが望ましいことを確認した。

(実施例３)
次に本発明例１５、参考例１３、１４、１６、１７として、エンドミル先端切れ刃のラジアルレーキの最適な範囲を見いだすためにテストを行った。エンドミル先端切れ刃のアキシャルレーキは−２０°で一定とし、エンドミル先端切れ刃１１のラジアルレーキが−１０°から１５°を変化させ、他は本発明例１と同様の仕様で製作したものを使用した。評価方法としては、実施例１と同様の加工と評価を行った。結果を表３に示す。

その結果、本発明例１５、参考例１３、１４、１６、１７の工具はすべて５００ｍまで切削しても安定した加工ができた。参考例１３の工具は４００ｍ切削時に微小チッピングの確認と、仕上げ面が若干のくすみが観察されたが５００ｍ切削後もそこから大きなチッピングを引き起こすことはなく良好であった。また参考例１７の工具も４００ｍ切削時の仕上げ面に若干のびびり面が確認されたが、工具にチッピング等はなく５００ｍ切削時に微小な脱落摩耗が確認された。一方、本発明例１５は５００ｍ切削後もほとんど摩耗もなく、仕上げ面粗さも０．９６μｍと非常に優れた結果となった。エンドミル先端切れ刃のラジアルレーキの範囲は０°〜５°の範囲が最適な範囲と推察した。

（実施例４）
次に本発明例１と同様の仕様で、本発明例１８として、コーナＲのないスクエアエンドミルを、本発明例１９としてコーナＲが０．２ｍｍで、ＣＢＮ焼結材に一体焼結された超硬合金部分の後端部７を１ｍｍの長さだけシャンク孔部に差し込んだものを用いて、実施例１と同様の加工と評価を行った。結果を表４に示す。

その結果、本発明例１８、１９ともに５００ｍまで切削しても安定した加工ができた。本発明例１８の工具は４００ｍ切削時にコーナ切れ刃に微小チッピングがみられ、仕上げ面も若干のくすんだ面となったが、５００ｍ切削時もチッピングが大きくなることはなかった。また、本発明例１９の工具は５００ｍ切削後も全く摩耗が見られず、仕上げ面も極めて良好な状態であった。これはＣＢＮ焼結材に一体焼結された超硬合金部分の後端部７をより深くまでシャンク孔部に差し込んだことによって孔部先端から挿入部分の機械強度が確保され、首部取り付け部近傍の強度が大きくなり、たわみによる振動等にも強くなったためと考えられる。

図１は、ボールエンドミルとラジアスエンドミルの切削抵抗の相違点を比較する図を示す。図２は、従来の小径ＣＢＮエンドミルのすくい面の一例を示す。図３は、本発明に係る小径ＣＢＮラジアスエンドミルの一例を示す。図４は、本発明に係る小径ＣＢＮスクエアエンドミルの一例を示す。図５は、本発明に係る小径ＣＢＮエンドミルのすくい面の拡大部ですくい面の段差がないことを示す。図６は、従来の小径ＣＢＮエンドミルの段差があるすくい面の拡大部を示す。図７は、本発明に係る別の小径ＣＢＮエンドミルのすくい面を示す。図８は、金型のコーナ部加工におけるラジアスエンドミルの切れ刃の抵抗を示す。図９は、外周切れ刃はギャッシュのみで形成され、外周切れ刃後方に干渉回避部分が設けられた本発明に係る小径ＣＢＮエンドミルを示す。図１０は、本発明に係る別の小径ＣＢＮラジアスエンドミルの一例を示す。図１１は、本発明例１と従来例２の工具摩耗状態の比較を示す。図１２は、本発明例１０と比較例４の工具摩耗状態の比較を示す。

符号の説明

１ボールエンドミル
２ラジアスエンドミル
３切込み量
４被削材
５切れ刃の接触面積
６ＣＢＮ焼結部
７ＣＢＮ焼結材に一体焼結された超硬合金部分の後端部
８外周切れ刃
９ギャッシュで形成された外周切れ刃
１０刃溝で形成された外周切れ刃
１１エンドミル先端切れ刃
１２エンド切れ刃
１３コーナ切れ刃
１４刃溝長さ
１５テーパ部
１６差し込みスタート位置
１７一体焼結された超硬合金部分
１８外周面部
１９底面部
２０差し込んだ一体焼結された超硬合金部分の後端部の長さ
２１超硬合金部
２２首部
２３シャンク部
２４チャンファーリング
２５干渉回避部分
２６刃部
２７コーナ切れ刃のすくい面
２８外周切れ刃のすくい面
２９すくい面境界部
３０刃径
３１すくい面段差
３２コーナ逃げ面
３３外周逃げ面
３４エンド切れ刃のすくい面
３５ギャッシュで形成されたすくい面
３６刃溝で形成されたすくい面

Claims

少なくとも刃部がＣＢＮ焼結部からなり、前記ＣＢＮ焼結部に一体焼結された超硬合金部分の後端部がシャンク孔部に差し込まれて固定されている構造であり、前記刃部は刃径が３ｍｍ以下の先端切れ刃及び外周切れ刃を有した２枚刃の小径ＣＢＮエンドミルであって、前記外周切れ刃の６０％以上がギャッシュで形成されており、前記先端切れ刃及び前記外周切れ刃のうちのギャッシュのみで形成された外周切れ刃が全て同じすくい面で形成されており、前記刃部の外周切れ刃は右刃左ねじれで形成され、前記刃部の先端切れ刃のアキシャルレーキが−２５°〜−５°であり、前記刃部の先端切れ刃のラジアルレーキが０°〜５°であることを特徴とする小径ＣＢＮエンドミル。
請求項１に記載の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、前記刃部の先端切れ刃のラジアルレーキと外周切れ刃のラジアルレーキがほぼ同一の角度であることを特徴とする小径ＣＢＮエンドミル。
請求項１または２に記載の小径ＣＢＮエンドミルにおいて、シャンク孔部内に差し込まれている超硬合金部分の後端部は、その底面と少なくとも外周面の一部が接合材を介してシャンク部に固定され、前記外周面の一部の工具軸方向の長さは刃径の１倍以上であることを特徴とする小径ＣＢＮエンドミル。