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技術 小径エンドミル

出願人 三菱日立ツール株式会社
発明者 西洋平
出願日 2014年5月31日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2014-113619
公開日 2015年12月17日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2015-226953
状態 特許登録済
技術分野 フライス加工
主要キーワード シャンク軸 シャンク長 円弧刃 六角形断面 略多角形状 工具外径 切屑排出用 小径エンドミル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年12月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

硬脆材を高能率切削加工し、高品位の加工面が得られる小径エンドミルを提供する。

解決手段

刃径が6.0mm以下で、先端が扇型状に形成された複数の底刃6a〜6fと刃溝円周方向に沿って交互に形成された円柱状の刃部2を有し、切れ刃部2は中心にオイルホール5を有するとともに、底刃部2は、すくい面9a〜9fと逃げ面10a〜10fが交差する直線状の稜線切れ刃とする第1底刃7a〜7fと、逃げ面10a〜10fと外周面13が交差する円弧状の稜線を切れ刃とする第2の底刃8a〜8fを有する。

概要

背景

金型に使用される材料は、長寿命化耐摩耗性向上のためにの高硬度な材料を選択する傾向にあり、特に近年は硬脆材料(例えば超硬合金)が注目されている。これらの材料は非常に高硬度であるため、複雑で微細な形状に加工するために、加工品質(寸法精度等)や加工コスト(加工時間や工具寿命等)などを考慮して、粗加工中仕上げ加工および仕上げ加工といった各工工程に応じた工具加工条件選定される。例えば粗加工では、電着砥石が使用され、中仕上げ加工では、ダイヤモンドコーティングしたエンドミルが使用され、そして仕上げ加工ではダイヤモンド焼結体(以下「PCD」という。)からなるエンドミルが多用されている。

高硬度の硬脆材料を高精度に加工しかつ工具寿命を長くするために、種々の工具形状が提案されている。特許文献1には、六角形断面を有する工具本体の先端部の各角部に外周刃を形成し、その先端面で隣接する角部と角部の間に切屑排出用凹溝を形成し、凹溝で仕切られた角部を有する四角形の凸部の稜線底刃を形成し、底刃は凹溝の前内壁すくい面とする主底刃と外周面をすくい面とする副底刃とで構成したエンドミルが記載されている。

また、特許文献2にも、工具本体の多角形の断面を有する先端部の角部に2枚の外周刃を対向して形成し、外周刃の回転方向前方側に負角のすくい角を有するすくい面を形成し、外周刃の回転方向後方側正角逃げ角を有する逃げ面を形成し、先端部に2枚の外周刃の頂点を含む略多角形状平坦面を形成すると共に平坦面は工具本体の回転軸線を含む領域に凹溝が形成されて分割されており、分割された平坦面と工具本体の側面との交差稜線部に底刃を形成したエンドミルが記載されている。

概要

硬脆材を高能率切削加工し、高品位の加工面が得られる小径エンドミルを提供する。刃径が6.0mm以下で、先端が扇型状に形成された複数の底刃6a〜6fと刃溝円周方向に沿って交互に形成された円柱状の刃部2を有し、切れ刃部2は中心にオイルホール5を有するとともに、底刃部2は、すくい面9a〜9fと逃げ面10a〜10fが交差する直線状の稜線切れ刃とする第1底刃7a〜7fと、逃げ面10a〜10fと外周面13が交差する円弧状の稜線を切れ刃とする第2の底刃8a〜8fを有する。

目的

本発明の目的は、特に硬脆材料の加工において高品位の加工面が得られる機能を有した長寿命の小径エンドミルを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

刃径が6.0mm以下の小径エンドミルであって、前記小径エンドミルの先端には扇型状に形成された複数の切れ刃部と刃溝とが、円周方向に沿って交互に形成された円柱状の切れ刃部を有し、前記切れ刃部は中心にオイルホールを有するとともに、前記切れ刃部は、すくい面逃げ面が交差する直線状の稜線を切れ刃とする第1底刃と、逃げ面と外周面が交差する円弧状の稜線を切れ刃とする第2底刃を有することを特徴とする小径エンドミル。

請求項2

前記第1底刃および第2底刃の逃げ角は0°であり、前記逃げ面が被削材と接触することを特徴とする請求項1に記載の小径エンドミル。

請求項3

前記第2底刃の長さは、刃部の円周方向長さの30〜70%の範囲にあることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の小径エンドミル。

請求項4

前記オイルホールの直径は、刃径の20〜60%の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の小径エンドミル。

技術分野

0001

本発明は、超硬合金等の硬脆材料の切削加工に使用される小径エンドミルに関する。

背景技術

0002

金型に使用される材料は、長寿命化耐摩耗性向上のためにの高硬度な材料を選択する傾向にあり、特に近年は硬脆材料(例えば超硬合金)が注目されている。これらの材料は非常に高硬度であるため、複雑で微細な形状に加工するために、加工品質(寸法精度等)や加工コスト(加工時間や工具寿命等)などを考慮して、粗加工中仕上げ加工および仕上げ加工といった各工工程に応じた工具加工条件選定される。例えば粗加工では、電着砥石が使用され、中仕上げ加工では、ダイヤモンドコーティングしたエンドミルが使用され、そして仕上げ加工ではダイヤモンド焼結体(以下「PCD」という。)からなるエンドミルが多用されている。

0003

高硬度の硬脆材料を高精度に加工しかつ工具寿命を長くするために、種々の工具形状が提案されている。特許文献1には、六角形断面を有する工具本体の先端部の各角部に外周刃を形成し、その先端面で隣接する角部と角部の間に切屑排出用凹溝を形成し、凹溝で仕切られた角部を有する四角形の凸部の稜線底刃を形成し、底刃は凹溝の前内壁すくい面とする主底刃と外周面をすくい面とする副底刃とで構成したエンドミルが記載されている。

0004

また、特許文献2にも、工具本体の多角形の断面を有する先端部の角部に2枚の外周刃を対向して形成し、外周刃の回転方向前方側に負角のすくい角を有するすくい面を形成し、外周刃の回転方向後方側正角逃げ角を有する逃げ面を形成し、先端部に2枚の外周刃の頂点を含む略多角形状平坦面を形成すると共に平坦面は工具本体の回転軸線を含む領域に凹溝が形成されて分割されており、分割された平坦面と工具本体の側面との交差稜線部に底刃を形成したエンドミルが記載されている。

先行技術

0005

特開2012−236242号公報
特開2013−151056号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら特許文献1に記載されたエンドミルは、断面形状が多角形のため、切刃の頂点(角部)が被削材に接触する断続切削であるため、各頂点部が欠損摩耗し易くなり、変形した時点で外径寸法が変化する。そのため、エンドミルとしての機能が果たせないといった問題がある。また切り屑のつまりを回避するために、切刃と切刃の間に切り屑ポケットを有するので、切刃部の剛性不足して、チッピングが発生し易くなるといった問題も伴う。

0007

また、特許文献2に記載されたエンドミルも、断面形状が多角形のため、切刃の頂点(角部)が被削材に接触する断続切削であるため、各頂点部が欠損や摩耗し易くなり、変形した時点で外径寸法が変化するといった問題がある。

0008

したがって本発明の目的は、特に硬脆材料の加工において高品位の加工面が得られる機能を有した長寿命の小径エンドミルを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために、本発明の小径エンドミルは、刃径が6.0mm以下の小径エンドミルであって、前記小径エンドミルの先端には扇型状に形成された複数の切れ刃部と刃溝とが、円周方向に沿って交互に形成された円柱状の切れ刃部を有し、前記切れ刃部は中心にオイルホールを有するとともに、前記切れ刃部は、すくい面と逃げ面が交差する直線状の稜線を切れ刃とする第1底刃と、逃げ面と外周面が交差する円弧状の稜線を切れ刃とする第2底刃を有することを特徴とするものである。

0010

本発明において前記第1底刃および第2底刃の逃げ角は0°であり、切削加工時に底刃の逃げ面と被削材が接触することが好ましい。

0011

本発明において、前記第2底刃の長さは前記切れ刃部の全周の30〜70%の範囲にあることが好ましい。

0012

本発明において、前記オイルホールの直径は前記刃部の外径の20〜60%の範囲にあることが好ましい。

発明の効果

0013

本発明によれば、底刃の一部が切れ刃部の外周に沿って曲線状に形成されているため、切れ刃長さを大きく形成することができ、硬脆材の切削加工でもチッピングを抑制することが可能である。また切れ刃長が長いため、長時間の加工でも切れ刃部の形状が崩れにくく、高精度でかつ高品位の加工面が得られる。さらに中心部にオイルホールを設けることにより、刃溝を狭くしても切り屑を効率よく排出することができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の第1の実施の形態に係わる小径エンドミルの側面図である。
図1に示す小径エンドミルの斜視図である。
図1に示す小径エンドミルの底面図である。
本発明の小径エンドミルの第1底刃におけるすくい角を説明するための図であって、すくい角を0°とした際の図3におけるI−I断面図である。
本発明の小径エンドミルの第1底刃におけるすくい角を説明するための図であって、すくい角を−30°とした際の図3におけるI−I断面図である。

実施例

0015

以下に、本発明の実施形態の一つである6枚刃スクエアエンドミルについて、添付図面により説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。本発明において、切れ刃部の刃数は、少ないと形状精度仕上げ面粗さが低下し、多すぎると切屑詰まりが発生しやすくなるので、2〜20枚が好ましく、2〜10枚がより好ましい。

0016

本発明のエンドミル1は、図1に示すように、刃径D1、長さL1を有する円筒状の刃部2と、長さL2を有する首部3と、刃部2と首部3との境界となる接合部20と、外径D3、長さL3を有しテーパ部をもつシャンク部4を有する。同図において、エンドミル1は、Rで示す方向に回転する。エンドミル1において、シャンク部4および首部3は、WC基超硬合金又は高速度鋼で形成し、刃部2は、WC基超硬合金、cBN焼結体、高速度鋼、ダイヤモンド焼結体(PCD)および酸化物系セラミックスサイアロンアルミナジルコニア等)のいずれかで形成することができる。切れ刃部の材質は、被削材の材質に応じて選定すればよく、例えば被削材が超硬合金の場合は、PCDを使用すればよい。ここで、シャンク部、首部と刃部との材料が同じ場合、接合部20が存在しない一体型ソリッド)エンドミルとなる。

0017

図1において、刃径D1は、0.05〜6.0mmの範囲が好ましく、0.10〜2.0mmの範囲がより好ましい。またシャンク径D3は3.0〜6.0mmの範囲が好ましい。刃径D1が大きくなると、PCDやCBN焼結体の場合は、大幅なコストの増加を招く。また刃径D1を大きくするに伴ってシャンク径D3も増大するため、使用できる加工機が限定されるうえ、焼嵌めホルダなどの一部のホルダが使用できない。一方、刃径D1とシャンク径D3小さすぎると、剛性が不足して、折損し易くなるので、不都合である。

0018

本発明において、刃部の長さL1は0.05〜6.0mm、首部の長さL2は1.0D1〜3.0D1の範囲であることが好ましい。刃部2にPCDやCBN焼結体を選択した場合、L1が長すぎると大幅なコストの増加を招く。L1が短すぎる場合、最適な溝形状の形成が困難なため、切り屑排出性が劣る。また首部の長さL2は長すぎると剛性が不足し、短すぎるとシャンク部が干渉するため、加工形状が限定される。

0019

本発明のエンドミル1は、図2および3に示すように、切れ刃部6a〜6fの位置が等分割であり、また外周刃16a1〜16f1はねじれ角をもたない直刃形のエンドミルであり、刃部2の先端には、円周方向に沿って略扇形状を有する複数の切れ刃部6a〜6fと刃溝が交互に形成され、工具の中心部には、切り屑を排出するために、外周面13と同心状に円筒状のオイルホール5が形成されている。両図において、Rはエンドミル1の回転方向を示す。直刃形のエンドミルにおいては、切削抵抗は外周刃に垂直に作用するので、形状精度が向上する。このエンドミルにおいては、工具先端から見て、工具外径の円周方向に沿って底刃の逃げ面10a〜10fと溝底面12a〜12fが交互に並ぶように構成される。これらの切れ刃部6a〜6fにおいて、第1底刃7a1〜7f1は各々、底刃のすくい面9a〜9fと底刃の逃げ面10a〜10fが交差する直線状の稜線から形成されている。第2底刃8a〜8fは、外周面13と底刃の逃げ面10a〜10fが交差する円弧状の稜線から構成される。また、外周切れ刃16a〜16fは第1底刃と第2底刃の交点15a1〜15f1(図2図3では15b1のみ記載)からシャンク軸後方側に延設され、底刃のすくい面9と外周面13とが交差する稜線から構成される。

0020

図2に示すように、切れ刃部6aに注目すると、先端視にて、扇型の中心角度(すくい面9aと溝壁面11aとのなす角度)をθ1とすると、底刃のすくい面9aと外周面13とのなす角度θ2および溝壁面11aと外周面13とのなす角度θ3は鋭角であり、θ2=θ3に設定される。ここで扇型の頂点部(底刃のすくい面9aと溝壁面11aとの交線)14は、刃先処理などにより丸みを帯びた形状であってもよいが、切屑を排出し易くするために、先端がっていることが好ましい。また他の切れ刃部6b〜6fも同様の関係を有するように設定される。

0021

溝壁面およびすくい面の交線14と、すくい面と溝壁面との交線17とがなす角γは、1°〜90°の範囲内で被削材の形状や加工条件に合わせて適宜設定できる。γが90°を超える場合は刃の剛性が低下することからびびり振動が発生し易く、チッピング、加工面の粗悪化の原因となる。

0022

底刃の逃げ面10a〜10fは、被削材と面接触することが好ましく、そのために底刃の逃げ角は0°が好ましい。底刃の逃げ角が0°を外れると、加工面品位が低下し、刃の剛性が不足するので、不都合である。特にPCD材では、切れ刃の表面に微細な凹凸が形成されているので、各凹凸が切れ刃として機能するため、仕上げ面品位が向上する。

0023

本発明において、第1底刃のすくい角αは、0°〜−60°の範囲が好ましく、より好ましくは0°〜−45°の範囲である。図4(a)はα=0°、図4(b)はα=−30°とした際のI−I断面図である。第1底刃すくい角αが0°よりも正の値をとると、切れ刃の剛性が不足し、欠損し易くなり、さらにシャンク方向に沿って細長くなるので、びびりが生じ易く、欠損し易くなる。一方、すくい角が−60°よりも負の値をとると、クーラント断面積が小さくなるので、不都合である。また、第2底刃のすくい角は工具剛性を高め、仕上げ面品位を維持する必要があるため、0°であることが好ましい。第2底刃すくい角が0°よりも正の値をとると、切れ刃の剛性が低下し、チッピングが発生し易い。第2底刃すくい角が0°よりも負の値をとると、製造が困難となる。

0024

本発明において、第2の切れ刃10a〜10fは、切れ刃部の外周と同じ曲率を有する円弧刃で形成されている。したがって、切れ刃長を大にできるため、工具外径の保持性能を向上することができる。この第2の切れ刃の長さは前記切れ刃部の全周の30〜70%の範囲にあることが好ましく、40〜60%の範囲にあることがより好ましい。20%未満では刃の剛性が低下するため、切込みが増大した場合、欠損する可能性が高い。70%超では刃数が少ない場合は刃のすくい面に切りくず滞留し、切削液の流れを十分に確保できないだけでなく、切りくずが溝詰まる可能性が高い。

0025

本実施の形態では、エンドミル1の中心部にオイルホール5を設けることにより、放熱性能が向上し、切り屑の排出性能が向上する。また、刃溝12a〜12fの面積を広げなくても高い切り屑排出性能を確保できるため、底刃が大きく形成し、剛性が高くすることが可能である。このオイルホールの直径D2は、過小であると切り屑排出性能が低下し、過大であると剛性が不足するため、刃径D1の20〜60%の範囲にあることが好ましく、刃径D1の40〜55%の範囲にあることがより好ましい。

0026

図3に示すように、溝の外周側の幅W1と内周側の幅W2は、被削材の形状や加工条件により適宜変更できる。例えばW1>W2とした際、溝内の切削油の流れが良くなり、切り屑排出効率が向上する。W1<W2とした際、第2底刃8a〜8fを長く形成することが可能なので、より長寿命となる。

0027

図3に示すように、本発明のエンドミルは刃部の形状が左右対称であることから、第1底刃、底刃のすくい面、および外周切れ刃の位置が回転方向によって変化する。すなわち、本実施形態の工具回転方向Rを逆回転とした際、刃部6bに注目すると、第1底刃は7b2、底刃のすくい面は11b、外周切れ刃は161となる。また他の切れ刃部6a、6c〜6fも同様の関係を有するように設定される。

0028

本発明は上記の構成に限らず、次の構成を採用することができる。
(1)底刃と外周刃が交差するコーナー刃が円弧状に形成されたラジアスエンドミルでもよい。コーナー刃が円弧状であると、1刃当たりの切削抵抗が小さくなり、送り速度が向上し、また工具寿命を長くすることができる。
(2)底刃の断面形状は、円形に限らず、他の形状、例えば楕円形状でもよい。
(3)オイルホールの断面形状は、円形に限らず、他の形状(楕円形状又は多角形状等)でもよい。

0029

1:エンドミル、2:刃部、3:シャンク部、4:首部、5:オイルホール、
6a、6b、6c、6d、6e、6f:切れ刃部、7a1、7b1、7c1、7d1、7e1、7f1:第1底刃、8a、8b、8c、8d、8e、8f:第2底刃、9a、9b、9c、9d、9e、9f:底刃のすくい面、10a、10b、10c、10d、10e、10f:底刃の逃げ面、11a、11b、11c、11d、11e、11f:溝壁面、12a、12b、12c、12d、12e、12f:溝底面、13:外周面、14:すくい面と溝壁面との交線、16a、16b、16c、16d、16e、16f:外周切れ刃、17:すくい面と溝底面との交線、D1:刃径、D2:オイルホール径、D3:シャンク径、E:第1底刃と第2底刃の交点、L:工具長、L1:刃部長さ、L2:首部の長さ、L3:シャンク長、R:回転方向、O:工具回転軸、W1:溝の外周側の幅、W2:溝の内周側の幅、α:第1底刃のすくい角、γ:溝壁面とすくい面の交線とすくい面と溝底面との交線とがなす角、θ1:底刃のすくい面と溝壁面とのなす角度、θ2:底刃のすくい面と外周面とのなす角度、θ3:溝壁面と外周面とのなす角度

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