JP6477015B2 - ラジアスエンドミル - Google Patents

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Description

本発明は、セラミックからなるラジアスエンドミルに関するものである。
従来、例えば下記特許文献1に示されるような、セラミックからなるラジアスエンドミルが知られている。このラジアスエンドミルは、軸状をなすエンドミル本体を有しており、該エンドミル本体には、切屑排出溝、外周刃、底刃(先端刃)及びコーナ刃が形成されている。
切削加工時においてラジアスエンドミルは、エンドミル本体の軸線回りに沿う周方向のうち、工具回転方向に回転させられつつ、軸線に交差する方向に送りを与えられて被削材に切り込んでいく。
詳しくは、ラジアスエンドミルには、エンドミル本体の外周に、該エンドミル本体の先端から基端側へ向けて延びる切屑排出溝が周方向に間隔をあけて複数条形成されている。また、切屑排出溝において工具回転方向を向く壁面と、エンドミル本体の外周面との交差稜線には、外周刃が形成されている。また、切屑排出溝の前記壁面と、エンドミル本体の先端面との交差稜線には、底刃が形成されている。また、切屑排出溝の前記壁面の先端外周部(コーナ部)には、底刃の外端(径方向外側の端縁)と外周刃の先端とを繋いで凸曲線状をなすコーナ刃が形成されている。
ところで一般に、この種のラジアスエンドミルにおいては、切削の加工速度を高めるため、外周刃のラジアルレーキ角(外周すくい角)を正(ポジティブ)の角度に設定することが行われている。具体的には、外周刃のラジアルレーキ角が大きな正の角度に設定されるほど、該外周刃が被削材に鋭く切り込んで、切れ味が高められる。切れ味が高められることにより切削抵抗が低減するため、切削速度を高めて加工効率を向上できる。
一方、特許文献1のラジアスエンドミルにおいては、外周刃のラジアルレーキ角が−4°〜0°とされていて、正角に近い負(ネガティブ)の角度に設定されている。これは、特許文献1のラジアスエンドミルがセラミックで構成されているためであり、外周刃のラジアルレーキ角を負の角度とすることによって、刃物角を大きくし、刃先強度を確保している。
米国特許第8647025号明細書
しかしながら、特許文献1のラジアスエンドミルは、外周刃が早期に摩耗(摩滅)してしまい、工具寿命が短かった。このような外周刃の摩耗を抑えるには、加工時の切削抵抗を低減することが好ましい。つまり上述したように、外周刃のラジアルレーキ角を正角側に大きくして、切れ味を高める対策が考えられる。
しかしながら、特許文献1のラジアスエンドミルはセラミックからなるため、外周刃のラジアルレーキ角を正角側に大きくすると、刃物角が小さくなって刃先強度を確保することができない。
また、この種のラジアスエンドミルに対しては、より切削速度を高めて、加工効率を向上することが求められていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エンドミル本体がセラミックで形成されながらも、外周刃の刃先強度や耐摩耗性を十分に確保しつつ、切削速度を高めて加工効率を向上でき、かつ工具寿命も延長できるラジアスエンドミルを提供することを目的としている。
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明のラジアスエンドミルは、軸状をなし、セラミックからなるエンドミル本体と、前記エンドミル本体の外周に形成され、該エンドミル本体の軸線方向に沿う先端から基端側へ向かうに従い漸次前記軸線回りの周方向のうち工具回転方向とは反対側へ向けて延びる切屑排出溝と、前記切屑排出溝における前記工具回転方向を向く壁面と、前記エンドミル本体の外周面との交差稜線に形成された外周刃と、前記切屑排出溝における前記壁面と、前記エンドミル本体の先端面との交差稜線に形成された底刃と、前記エンドミル本体の先端外周部に位置するとともに、前記底刃の外端と前記外周刃の先端を繋ぎ、前記エンドミル本体の先端外周側へ向けて凸となる凸曲線状をなすコーナ刃と、を備え、前記外周刃、前記底刃及び前記コーナ刃のうち、少なくとも前記外周刃のラジアルレーキ角が、負の角度に設定されており、前記外周刃のラジアルレーキ角は、−20°〜−10°であり、前記外周刃のねじれ角は、30°〜40°であることを特徴とする。
本発明のラジアスエンドミルは、エンドミル本体がセラミックにより形成されている。そして、外周刃、底刃及びコーナ刃のうち、少なくとも外周刃のラジアルレーキ角(外周すくい角)が負の角度に設定されており、具体的には、外周刃のラジアルレーキ角が、−20°〜−10°とされている。
ここで、本明細書でいう「外周刃のラジアルレーキ角」とは、図4に示されるエンドミル本体2の横断面視(エンドミル本体2の軸線Oに垂直な断面視)において、軸線Oに直交する径方向のうち、外周刃6を通る所定の径方向D(いわゆる「基準面」に相当)と、該外周刃6のすくい面4a(該外周刃6に隣接する切屑排出溝4の工具回転方向Tを向く壁面部分)との間に形成される鋭角及び鈍角のうち、鋭角の角度αを指している。
また、ラジアルレーキ角が「−(マイナス)」、つまり負(ネガティブ)の角度であるとは、図4に示されるエンドミル本体2の横断面視において、外周刃6のすくい面4aが、径方向の外側に向かうに従い工具回転方向Tとは反対側へ向かって傾斜して延びているときの、角度αである。この場合、上記所定の径方向D(基準面)に対して、外周刃6のすくい面4aが、工具回転方向Tに配置される。
なお、特に図示していないが、ラジアルレーキ角が「+(プラス)」、つまり正(ポジティブ)の角度であるとは、エンドミル本体2の横断面視において、外周刃6のすくい面4aが、径方向の外側に向かうに従い工具回転方向Tへ向かって傾斜して延びているときの、角度αである。この場合、上記所定の径方向D(基準面)に対して、外周刃6のすくい面4aが、工具回転方向Tとは反対側に配置される。
そして本発明において、外周刃のラジアルレーキ角(上記角度α)は、負の角度であり、しかも−20°〜−10°と負角側に大きく設定されている。このため、切削加工時には、被削材に対するラジアスエンドミルの外周刃の切削抵抗が大きくなり、これに応じて、切削熱(せん断領域での塑性変形による発熱や摩擦熱等)も高くなる。
切削熱が高くなると、セラミックからなり耐熱性の高いラジアスエンドミルの外周刃に比べて、被削材の切削面(被加工部)は軟化する。つまり、外周刃に対して、被加工部の硬度が著しく低下する。
これにより外周刃は、被削材を削り取る(掻き取る)ように、高速で切削することが可能になる。また、軟化した被削材に比べてラジアスエンドミルの硬度が相対的に高められるため、外周刃の摩耗(摩滅)が顕著に抑制されて、工具寿命が延長する。
すなわち、本発明の発明者は、セラミックからなるラジアスエンドミルについて鋭意研究を重ねた結果、外周刃のラジアルレーキ角を上記数値範囲に設定することにより、切削加工時の切削熱を意図的に高め、これにより、ラジアスエンドミルの硬度は維持しつつ被削材を軟化させて、これらの硬度差により被削材を掻き落とすように切削加工することで、切削速度を飛躍的に高めることができる、という知見を得るに至ったのである。
つまり、本発明のラジアスエンドミルによる切削モード(加工形態)は、従来の一般的なラジアスエンドミルの切削モードとは、大きく異なっている。
具体的に、本発明のラジアスエンドミルによれば、被削材として例えばINCONEL(登録商標)等の耐熱合金を切削加工した場合、一般的な超硬合金からなるラジアスエンドミル(従来品)に比べて、10倍以上の加工能率を実現できることが確認された。
しかも、本発明のラジアスエンドミルの外周刃は、ラジアルレーキ角が上記数値範囲とされていることにより、刃物角が十分に確保されて、刃先強度が向上している。従って、刃先のチッピング等も生じにくくなっている。
なお、外周刃のラジアルレーキ角が、−20°よりも小さい場合、つまり負角側に大きい場合には、該外周刃の切れ味が低下し過ぎてしまい、切削熱により被削材が軟化したとしても、切削速度を高めることが難しくなる。
また、外周刃のラジアルレーキ角が、−10°を超える場合には、ラジアルレーキ角が正角側に近づき過ぎて、所期する切削熱が得られなくなる。つまり、切削熱が十分に高められないので被削材が軟化せず、本発明の上述した作用効果が得られなくなるばかりか、外周刃が早期に摩耗して工具寿命に達するおそれがある。
従って、本発明において外周刃のラジアルレーキ角は、−20°〜−10°である。
以上より、本発明によれば、エンドミル本体がセラミックで形成されながらも、外周刃の刃先強度や耐摩耗性を十分に確保しつつ、切削速度を高めて加工効率を向上でき、かつ工具寿命も延長できるのである。
本発明によれば、外周刃のねじれ角が、30°〜40°に設定されている。
ここで、本明細書でいう「ねじれ角」とは、図2に示されるエンドミル本体2の側面視(エンドミル本体2を軸線Oに直交する径方向から見た側面視)において、軸線O(又は軸線Oに平行な直線)と、外周刃6(ねじれのつる巻き線)との間に形成される鋭角及び鈍角のうち、鋭角の角度βを指している。
一般に、例えば超硬合金からなるラジアスエンドミル(従来品)においては、外周刃のねじれ角は40°よりも大きく設定される。このように、ねじれ角が大きな正の角度に設定されることにより、外周刃が被削材に鋭く切り込んで、切れ味が高められるからである。
一方、本発明の上記構成においては、外周刃のねじれ角を30°〜40°と小さく設定して、被削材に対する外周刃の切削抵抗を意図的に高めている。これにより切削加工時には、被削材に対するラジアスエンドミルの外周刃の切削抵抗が大きくなって、切削熱(せん断領域での塑性変形による発熱や摩擦熱等)も高くなる。
切削熱が高くなると、セラミックからなり耐熱性の高いラジアスエンドミルの外周刃に比べて、被削材の切削面(被加工部)は軟化する。つまり、外周刃に対して、被加工部の硬度が著しく低下する。
これにより外周刃は、被削材を削り取る(掻き取る)ように、高速で切削することが可能になる。また、軟化した被削材に比べてラジアスエンドミルの硬度が相対的に高められるため、外周刃の摩耗(摩滅)が顕著に抑制されて、工具寿命が延長する。
つまり上記構成によれば、本発明の上述した作用効果を、さらに格別顕著なものとすることができる。
具体的には、外周刃のねじれ角が、30°よりも大きくされていることで、外周刃において、切削熱により軟化した被削材を削り取るのに十分な切れ味を確保することができる。
また、外周刃のねじれ角が、40°よりも小さくされていることで、被削材を軟化させるのに十分な切削熱を得ることが可能な程度に、外周刃の切削抵抗を高めることができる。
また、本発明のラジアスエンドミルにおいて、前記外周刃のラジアルレーキ角が、−17.5°〜−12.5°であることが好ましい。
この場合、本発明による上述した作用効果が、より確実に、かつ安定的に得られやすくなる。なお、外周刃のラジアルレーキ角が−15°に設定された場合に、最も顕著な効果を奏する。
また、本発明のラジアスエンドミルにおいて、前記外周刃のねじれ角が、30°〜35°であることが好ましい。
また、本発明のラジアスエンドミルにおいて、前記エンドミル本体は、サイアロンからなることが好ましい。
この場合、エンドミル本体が、セラミック材料のサイアロン(SiAlON)からなるので、耐熱性、耐熱衝撃性、高温環境下での機械的強度、耐摩耗性等に優れたものとなる。従って、本発明の上述した作用効果がさらに格別顕著なものとなり、かつ安定的に奏功される。
本発明のラジアスエンドミルによれば、エンドミル本体がセラミックで形成されながらも、外周刃の刃先強度や耐摩耗性を十分に確保しつつ、切削速度を高めて加工効率を向上でき、かつ工具寿命も延長できる。
本発明の一実施形態に係るラジアスエンドミルを示す斜視図である。 図1のラジアスエンドミルを示す側面図である。 図1のラジアスエンドミルを示す正面図である。 図2のX−X断面を示す図である。 本発明の実施例と従来の比較例を対比するグラフであり、外周刃のラジアルレーキ角と切削長の関係を表している。
以下、本発明の一実施形態に係るラジアスエンドミル1について、図面を参照して説明する。
〔ラジアスエンドミルの概略構成、及びエンドミル本体〕
図1〜図3に示されるように、本実施形態のラジアスエンドミル1は、軸状をなし、セラミックからなるエンドミル本体2を有している。具体的に、エンドミル本体2は、セラミック材料のサイアロン(SiAlON)からなる。
エンドミル本体2は概略円柱状をなしており、該エンドミル本体2の軸線O方向に沿う少なくとも先端部に刃部3aが形成され、該刃部3a以外の部位がシャンク部3bとされている。
ラジアスエンドミル1は、エンドミル本体2において円柱状をなすシャンク部3bが工作機械の主軸等に把持され、軸線O回りのうち工具回転方向Tに回転させられることで、金属材料等からなる被削材の切削加工(転削加工)に使用される。また上記回転とともに、軸線Oに交差する方向に送りを与えられて、刃部3aにより被削材に対して肩削り加工、溝加工、R削り加工、倣い加工等を行う。
なお、本実施形態のラジアスエンドミル1は、被削材として例えばINCONEL(登録商標)等の耐熱合金(難削材)の切削加工に、特に適している。
また、このラジアスエンドミル1により被削材を切削加工する際には、該ラジアスエンドミル1の刃部3a及び被削材の切削面(被加工部)に向けて、クーラントが噴出される。このクーラントとしては、ドライアイスパウダーを用いることが好ましい。
〔本明細書で用いる向き(方向)の定義〕
本明細書においては、エンドミル本体2の軸線O方向のうち、シャンク部3bから刃部3aへ向かう方向を先端側、刃部3aからシャンク部3bへ向かう方向を基端側という。
また、軸線Oに直交する方向を径方向といい、径方向のうち、軸線Oに接近する向きを径方向の内側といい、軸線Oから離間する向きを径方向の外側という。
また、軸線O回りに周回する方向を周方向といい、周方向のうち、切削加工時にエンドミル本体2が回転させられる方向を工具回転方向Tといい、これとは反対へ向かう方向を工具回転方向Tとは反対側という。
〔切屑排出溝〕
刃部3aの外周には、複数条の切屑排出溝4が周方向に間隔をあけて形成されている。切屑排出溝4は、エンドミル本体2の先端面に開口しており、該先端面から基端側へ向かうに従い漸次工具回転方向Tとは反対側へ向けてねじれて延びている。切屑排出溝4は、刃部3aの基端側の端部において、エンドミル本体2の外周に切り上がっている。
本実施形態のラジアスエンドミル1では、4条の切屑排出溝4が、互いに周方向に間隔(等間隔又は不等間隔)をあけて形成されている。
各切屑排出溝4は、工具回転方向Tを向く壁面を有しており、この壁面のうち、切れ刃に隣接する部分がすくい面とされている。具体的には、切れ刃のすくい面のうち、該切れ刃の後述する外周刃6、底刃9、及びコーナ刃10に隣接する部分がそれぞれ、外周刃6のすくい面4a、底刃9のすくい面4b、及びコーナ刃10のすくい面4cとされている。
切屑排出溝4の先端部には、該先端部を径方向へ向けて溝状に切り欠くようにして、ギャッシュ7が形成されている。具体的に、本実施形態のギャッシュ7は、切屑排出溝4の先端部において径方向に沿うように延びる断面台形の溝状に形成されており、その径方向内側の端部は、軸線Oに達している。
本実施形態では、4条の切屑排出溝4に対応して4条のギャッシュ7が形成されており、これらのギャッシュ7同士が、径方向内側の端部(エンドミル本体2の先端面における径方向の中央、つまり軸線O上)で互いに連通している。
〔切れ刃〕
刃部3aは、周方向に間隔をあけて複数の切れ刃を有している。切れ刃はそれぞれ、外周刃6、コーナ刃10及び底刃9を有しており、これらがL字状をなす1つの切れ刃を形成して、滑らかに連続している。
本実施形態のラジアスエンドミル1は、4枚刃(4つの切れ刃)の刃部3aを有している。ただし、ラジアスエンドミル1の切れ刃の数(L字状に連続する外周刃6、コーナ刃10及び底刃9の組数)は、本実施形態で説明する4枚刃に限定されるものではなく、例えば3枚刃以下であってもよく、又は5枚刃以上であってもよい。なお、切れ刃の数は、切屑排出溝4の数に対応している。
〔外周刃〕
切屑排出溝4における工具回転方向Tを向く壁面と、エンドミル本体2の外周面との交差稜線には、外周刃6が形成されている。外周刃6は、切屑排出溝4の前記壁面の外周端縁に沿って、つる巻き線状(螺旋状)に延びている。
具体的に、外周刃6は、切屑排出溝4の工具回転方向Tを向く壁面のうち、径方向外側の端部に位置するすくい面4aと、刃部3aの外周面のうち、該切屑排出溝4の工具回転方向Tとは反対側に隣接する外周逃げ面5と、の交差稜線に形成されている。
刃部3aの外周面には、周方向に隣り合う切屑排出溝4同士の間に、外周逃げ面5がそれぞれ形成されている。外周逃げ面5の幅(外周刃6に直交する向きの長さ)は、外周刃6の延在方向に沿って略一定とされている。
詳しくは、刃部3aに、切屑排出溝4の数(4条)に対応する数(4条)の外周刃6が、互いに周方向に間隔をあけて形成されている。外周刃6は、切屑排出溝4と等しいリードで、エンドミル本体2の先端から基端側へ向かうに従い漸次工具回転方向Tとは反対側へ向けてねじれて延びている。
外周刃6が軸線O回りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Oを中心とする1つの円筒面となる。
そして、図4に示されるエンドミル本体2の横断面視(エンドミル本体2の軸線Oに垂直な断面視)において、外周刃6のラジアルレーキ角(角度α)は、負の角度に設定されている。具体的に、外周刃6のラジアルレーキ角は、−20°〜−10°である。好ましくは、外周刃6のラジアルレーキ角は、−17.5°〜−12.5°である。
ここで、本明細書でいう「外周刃6のラジアルレーキ角」とは、図4に示されるエンドミル本体2の横断面視において、軸線Oに直交する径方向のうち、外周刃6を通る所定の径方向D(いわゆる「基準面」に相当)と、該外周刃6のすくい面4a(該外周刃6に隣接する切屑排出溝4の工具回転方向Tを向く壁面部分)との間に形成される鋭角及び鈍角のうち、鋭角の角度αを指している。
また、ラジアルレーキ角が「−(マイナス)」、つまり負(ネガティブ)の角度であるとは、図4に示されるエンドミル本体2の横断面視において、外周刃6のすくい面4aが、径方向の外側に向かうに従い工具回転方向Tとは反対側へ向かって傾斜して延びているときの、角度αである。この場合、上記所定の径方向D(基準面)に対して、外周刃6のすくい面4aが、工具回転方向Tに配置される。
なお、特に図示していないが、ラジアルレーキ角が「+(プラス)」、つまり正(ポジティブ)の角度であるとは、エンドミル本体2の横断面視において、外周刃6のすくい面4aが、径方向の外側に向かうに従い工具回転方向Tへ向かって傾斜して延びているときの、角度αである。この場合、上記所定の径方向D(基準面)に対して、外周刃6のすくい面4aが、工具回転方向Tとは反対側に配置される。
本実施形態では、切れ刃を構成する外周刃6、底刃9及びコーナ刃10のうち、少なくとも外周刃6のラジアルレーキ角が、負の角度に設定されており、かつ、外周刃6のラジアルレーキ角が、上述した数値範囲とされている。
なお、外周刃6以外に、底刃9及びコーナ刃10のいずれか1つ以上のラジアルレーキ角が、負の角度に設定されていてもよい。
また、図2に示されるエンドミル本体2の側面視(エンドミル本体2を軸線Oに直交する径方向から見た側面視)において、外周刃6のねじれ角(角度β)は、30°〜40°である。好ましくは、外周刃6のねじれ角は、39°未満である。より望ましくは、外周刃6のねじれ角は、30°〜35°である。
ここで、本明細書でいう「ねじれ角」とは、図2に示されるエンドミル本体2の側面視において、軸線O(又は軸線Oに平行な直線)と、外周刃6(ねじれのつる巻き線)との間に形成される鋭角及び鈍角のうち、鋭角の角度βを指している。
〔底刃(先端刃)〕
図1〜図3に示されるように、切屑排出溝4における工具回転方向Tを向く壁面と、エンドミル本体2の先端面との交差稜線には、底刃(先端刃)9が形成されている。底刃9は、切屑排出溝4の前記壁面の先端縁に沿って、直線状に延びている。
具体的に、底刃9は、切屑排出溝4(ギャッシュ7)の工具回転方向Tを向く壁面のうち、先端側の端部に位置するすくい面4bと、刃部3aの先端面のうち、該切屑排出溝4の工具回転方向Tとは反対側に隣接する先端逃げ面8と、の交差稜線に形成されている。
刃部3aの先端面には、周方向に隣り合う切屑排出溝4同士の間に、先端逃げ面8がそれぞれ形成されている。先端逃げ面8の幅(底刃9に直交する向きの長さ)は、底刃9の延在方向に沿って略一定とされている。
詳しくは、刃部3aに、切屑排出溝4の数(4条)に対応する数(4条)の底刃9が、互いに周方向に間隔をあけて形成されている。
本実施形態では、図3に示されるエンドミル本体2の正面視において(エンドミル本体2の先端面を軸線O方向から正面に見て)、底刃9は、径方向に沿うように延びており、該底刃9の内端(径方向内側の端縁)は、軸線O上よりも径方向外側に配置されている。
また、図2に示されるエンドミル本体2の側面視において、底刃9は、その外端(径方向外側の端縁)から径方向内側に向かうに従い漸次僅かに基端側へ向けて延びている。従って、底刃9が軸線O回りに回転して形成される回転軌跡は、該底刃9の外端から径方向内側に向かうに従い漸次基端側へ向けて傾斜する円錐面(テーパ面)となる。
なお、底刃9は、軸線Oに垂直な平面に含まれるように延びていてもよく、この場合、底刃9の前記回転軌跡は、軸線Oに垂直な平面となる。
図2に示されるように、底刃9のすくい角(ほぼアキシャルレーキ角に相当)は、0°に近い負の角度、又は0°に設定されている。つまり、底刃9のすくい面4bは、先端(底刃9)から基端側へ向かうに従い漸次工具回転方向Tに向けて傾斜しているか、又は、軸線Oに平行となるように形成されている。
なお、底刃9のすくい角は、正の角度に設定されていてもよい。この場合、底刃9のすくい面4bは、先端から基端側へ向かうに従い漸次工具回転方向Tとは反対側へ向けて傾斜する。
〔コーナ刃〕
図1〜図3に示されるように、切屑排出溝4における工具回転方向Tを向く壁面のうち、エンドミル本体2の先端外周部に位置する部分(コーナ部)には、コーナ刃10が形成されている。コーナ刃10は、底刃9の外端と外周刃6の先端を滑らかに繋いでおり、エンドミル本体2の先端外周側へ向けて凸となる凸曲線状をなしている。
具体的に、コーナ刃10は、切屑排出溝4の工具回転方向Tを向く壁面のうち、先端外周部に位置するすくい面4cと、刃部3aの先端外周面のうち、該切屑排出溝4の工具回転方向Tとは反対側に隣接するコーナ逃げ面11と、の交差稜線に形成されている。
コーナ逃げ面11は、先端逃げ面8の径方向外側の端部と外周逃げ面5の先端部を滑らかに繋いでおり、エンドミル本体2の先端外周側へ向けて凸となる凸曲面状をなしている。
刃部3aの先端外周面には、周方向に隣り合う切屑排出溝4同士の間に、コーナ逃げ面11がそれぞれ形成されている。コーナ逃げ面11の幅(コーナ刃10に直交する向きの長さ)は、コーナ刃10の延在方向に沿って略一定とされている。
詳しくは、刃部3aに、切屑排出溝4の数(4条)に対応する数(4条)のコーナ刃10が、互いに周方向に間隔をあけて形成されている。
本実施形態では、図3に示されるエンドミル本体2の正面視において、コーナ刃10は、工具回転方向Tかつ径方向外側へ向けて凸となる凸曲線状をなしている。また、図2に示されるエンドミル本体2の側面視において、コーナ刃10(軸線Oに接近配置されたコーナ刃10を参照)は、工具回転方向Tかつ基端側へ向けて凸となる凸曲線状をなしている。
コーナ刃10のすくい角は、正の角度に設定されている。つまり、コーナ刃10のすくい面4cは、先端外周縁(コーナ刃10)から径方向内側かつ基端側へ向かうに従い漸次工具回転方向Tとは反対側に向けて傾斜している。
なお、コーナ刃10のすくい角は、負の角度に設定されていてもよい。この場合、コーナ刃10のすくい面4cは、先端外周縁から径方向内側かつ基端側へ向かうに従い漸次工具回転方向Tへ向けて傾斜する。また、コーナ刃10のすくい角は、0°に設定されていてもよい。
〔本実施形態による作用効果〕
以上説明した本実施形態のラジアスエンドミル1によれば、エンドミル本体2がセラミックにより形成されている。そして、外周刃6、底刃9及びコーナ刃10のうち、少なくとも外周刃6のラジアルレーキ角(外周すくい角、図4における角度α)が負の角度に設定されており、具体的には、外周刃6のラジアルレーキ角が、−20°〜−10°とされている。
このため、切削加工時には、被削材に対するラジアスエンドミル1の外周刃6の切削抵抗が大きくなり、これに応じて、切削熱(せん断領域での塑性変形による発熱や摩擦熱等)も高くなる。
切削熱が高くなると、セラミックからなり耐熱性の高いラジアスエンドミル1の外周刃6に比べて、被削材の切削面(被加工部)は軟化する。つまり、外周刃6に対して、被加工部の硬度が著しく低下する。
これにより外周刃6は、被削材を削り取る(掻き取る)ように、高速で切削することが可能になる。また、軟化した被削材に比べてラジアスエンドミル1の硬度が相対的に高められるため、外周刃6の摩耗(摩滅)が顕著に抑制されて、工具寿命が延長する。
すなわち、本発明の発明者は、セラミックからなるラジアスエンドミル1について鋭意研究を重ねた結果、外周刃6のラジアルレーキ角を上記数値範囲に設定することにより、切削加工時の切削熱を意図的に高め、これにより、ラジアスエンドミル1の硬度は維持しつつ被削材を軟化させて、これらの硬度差により被削材を掻き落とすように切削加工することで、切削速度を飛躍的に高めることができる、という知見を得るに至ったのである。
つまり、本実施形態のラジアスエンドミル1による切削モード(加工形態)は、従来の一般的なラジアスエンドミルの切削モードとは、大きく異なっている。
具体的に、本実施形態のラジアスエンドミル1によれば、被削材として例えばINCONEL(登録商標)等の耐熱合金を切削加工した場合、一般的な超硬合金からなるラジアスエンドミル(従来品)に比べて、10倍以上の加工能率を実現できることが確認された。
しかも、本実施形態のラジアスエンドミル1の外周刃6は、ラジアルレーキ角が上記数値範囲とされていることにより、刃物角が十分に確保されて、刃先強度が向上している。従って、刃先のチッピング等も生じにくくなっている。
なお、外周刃6のラジアルレーキ角が、−20°よりも小さい場合、つまり負角側に大きい場合には、該外周刃6の切れ味が低下し過ぎてしまい、切削熱により被削材が軟化したとしても、切削速度を高めることが難しくなる。
また、外周刃6のラジアルレーキ角が、−10°を超える場合には、ラジアルレーキ角が正角側に近づき過ぎて、所期する切削熱が得られなくなる。つまり、切削熱が十分に高められないので被削材が軟化せず、本実施形態の上述した作用効果が得られなくなるばかりか、外周刃6が早期に摩耗して工具寿命に達するおそれがある。
従って、本実施形態において外周刃6のラジアルレーキ角は、−20°〜−10°である。
以上より、本実施形態によれば、エンドミル本体2がセラミックで形成されながらも、外周刃6の刃先強度や耐摩耗性を十分に確保しつつ、切削速度を高めて加工効率を向上でき、かつ工具寿命も延長できるのである。
また、外周刃6のラジアルレーキ角が、−17.5°〜−12.5°であると、本実施形態による上述した作用効果が、より確実に、かつ安定的に得られやすくなる。
なお、外周刃6のラジアルレーキ角が−15°に設定された場合に、最も顕著な効果を奏する。
また本実施形態では、外周刃6のねじれ角(図2における角度β)が、30°〜40°とされているので、下記の作用効果を奏する。
すなわち一般に、例えば超硬合金からなるラジアスエンドミル(従来品)においては、外周刃のねじれ角は40°よりも大きく設定される。このように、ねじれ角が大きな正の角度に設定されることにより、外周刃が被削材に鋭く切り込んで、切れ味が高められるからである。
一方、本実施形態の上記構成においては、外周刃6のねじれ角を30°〜40°と小さく設定して、被削材に対する外周刃6の切削抵抗を意図的に高めている。これにより切削加工時には、被削材に対するラジアスエンドミル1の外周刃6の切削抵抗が大きくなって、切削熱(せん断領域での塑性変形による発熱や摩擦熱等)も高くなる。
切削熱が高くなると、セラミックからなり耐熱性の高いラジアスエンドミル1の外周刃6に比べて、被削材の切削面(被加工部)は軟化する。つまり、外周刃6に対して、被加工部の硬度が著しく低下する。
これにより外周刃6は、被削材を削り取る(掻き取る)ように、高速で切削することが可能になる。また、軟化した被削材に比べてラジアスエンドミル1の硬度が相対的に高められるため、外周刃6の摩耗(摩滅)が顕著に抑制されて、工具寿命が延長する。
つまり上記構成によれば、本実施形態の上述した作用効果を、さらに格別顕著なものとすることができる。
具体的には、外周刃6のねじれ角が、30°よりも大きくされていることで、外周刃6において、切削熱により軟化した被削材を削り取るのに十分な切れ味を確保することができる。
また、外周刃6のねじれ角が、40°よりも小さくされていることで、被削材を軟化させるのに十分な切削熱を得ることが可能な程度に、外周刃6の切削抵抗を高めることができる。
また本実施形態では、エンドミル本体2が、セラミック材料のサイアロンからなるので、耐熱性、耐熱衝撃性、高温環境下での機械的強度、耐摩耗性等に優れたものとなる。従って、本実施形態の上述した作用効果がさらに格別顕著なものとなり、かつ安定的に奏功される。
また本実施形態では、切削加工時に、ラジアスエンドミル1の刃部3a及び被削材の加工面(被加工部)に向けて供給するクーラントとして、ドライアイスパウダーを用いているので、上述のように切削熱が高められても、酸化被膜の付着を抑制できる。
〔本発明に含まれるその他の構成〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前述の実施形態では、エンドミル本体2のセラミック材料として、サイアロンを用いたが、それ以外のセラミック材料であってもよい。
また、外周刃6のねじれ角が30°〜40°であるとしたが、本発明の参考例では、これに限定されるものではない。すなわち本発明は、外周刃6のラジアルレーキ角が、負の角度かつ−20°〜−10°であることによって、上述した顕著な作用効果が得られることから、本発明の参考例では、外周刃6のねじれ角については、例えば30°より小さくてもよく、40°より大きくてもよい。
ただし、外周刃6のねじれ角が30°〜40°の範囲であると、上述した格別顕著な作用効果を奏することから、好ましい。また、外周刃6のねじれ角が39°未満であると、より安定的に上述の作用効果が得られることとなり、さらに望ましくは、外周刃6のねじれ角は、30°〜35°である。なお、30°〜35°の中でも、30°に近づくほど切削熱が高められて、良好な結果が得られやすい。
その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及びなお書き等で説明した各構成(構成要素)を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
[切削長の確認試験]
本発明の実施例として、前述した実施形態のラジアスエンドミル1を用意した。すなわち、実施例のラジアスエンドミル1は、エンドミル本体2がセラミックからなり、外周刃6のラジアルレーキ角(外周すくい角)αが、−20°〜−10°の範囲内である。
具体的には、外周刃6のラジアルレーキ角αが、−18°、−15°、−12°とされたラジアスエンドミル1を用意し、これらを順に実施例1〜3とした。また、エンドミル本体2がセラミックからなる点で実施例と共通するが、外周刃6のラジアルレーキ角αが本発明の範囲外である、−23°、−7°とされたラジアスエンドミルを用意し、これらを順に比較例1、2とした。
そして、これらのラジアスエンドミルを用いて被削材の連続切削を行い、外周刃6が刃先欠損や摩耗等により切削不能(工具寿命)となるまでの切削長(総切削長)について、確認を行った。なお、切削条件等については、下記の通りとした。
ラジアスエンドミルの刃数、サイズ:4枚刃、φ10mm×R1.25mm
被削材:INCONEL(登録商標)718
回転数:20000min−1
切削速度:628m/min
送り速度:2000mm/min
一刃あたりの送り:0.025mm/tooth
クーラント:ドライ
切削方式:ダウンカット
突出長さ:23mm
切込量ae:3.0mm
切込量ap:75mm
試験の結果を、図5のグラフに示す。
図5に示されるように、本発明の実施例1〜3においては、切削長が十分に確保され、切削加工が安定して工具寿命が延長されることが確認された。なかでも、外周刃6のラジアルレーキ角αが−17.5°〜−12.5°の範囲内である実施例2においては、切削長が35m以上にまで達しており、より格別顕著な効果を奏することが確認された。
一方、比較例1、2においては、実施例1〜3に比べて切削長が半分以下となっていた。具体的に、比較例1では、外周刃6の切れ味が低下し過ぎたために、切削長に影響したものと考えられる。また比較例2では、外周刃6の刃先強度及び切削時の切削熱が十分に得られずに、切削長に影響したものと考えられる。
1 ラジアスエンドミル
2 エンドミル本体
4 切屑排出溝
6 外周刃
9 底刃(先端刃)
10 コーナ刃
O 軸線
T 工具回転方向
α 角度(外周刃のラジアルレーキ角)
β 角度(外周刃のねじれ角)

Claims (4)

  1. 軸状をなし、セラミックからなるエンドミル本体と、
    前記エンドミル本体の外周に形成され、該エンドミル本体の軸線方向に沿う先端から基端側へ向かうに従い漸次前記軸線回りの周方向のうち工具回転方向とは反対側へ向けて延びる切屑排出溝と、
    前記切屑排出溝における前記工具回転方向を向く壁面と、前記エンドミル本体の外周面との交差稜線に形成された外周刃と、
    前記切屑排出溝における前記壁面と、前記エンドミル本体の先端面との交差稜線に形成された底刃と、
    前記エンドミル本体の先端外周部に位置するとともに、前記底刃の外端と前記外周刃の先端を繋ぎ、前記エンドミル本体の先端外周側へ向けて凸となる凸曲線状をなすコーナ刃と、を備え、
    前記外周刃、前記底刃及び前記コーナ刃のうち、少なくとも前記外周刃のラジアルレーキ角が、負の角度に設定されており、
    前記外周刃のラジアルレーキ角は、−20°〜−10°であり、
    前記外周刃のねじれ角は、30°〜40°であることを特徴とするラジアスエンドミル。
  2. 請求項1に記載のラジアスエンドミルであって、
    前記外周刃のラジアルレーキ角が、−17.5°〜−12.5°であることを特徴とするラジアスエンドミル。
  3. 請求項1又は2に記載のラジアスエンドミルであって、
    前記外周刃のねじれ角が、30°〜35°であることを特徴とするラジアスエンドミル。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のラジアスエンドミルであって、
    前記エンドミル本体は、サイアロンからなることを特徴とするラジアスエンドミル。
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