Cemented carbide ball end mill

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は，アルミニウム合金加工用超硬ボールエンドミルに関し、さらに、ドライ加工できる超硬ボールエンドミルの形状およびコーティング膜の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、超硬ボールエンドミルでアルミニウム合金を加工する際、工具への溶着を防止するため、
潤滑作用を高める水溶性の切削油剤を給油しながら加工するのが常であった。 しかしながら、近年、水溶性切削油剤の腐敗性や産業廃棄物としての処理の難しさから、
超硬ボールエンドミルによるアルミニウム合金に対する切削油剤を使用しない、いわゆるドライ加工の要求が高まってきた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】超硬ボールエンドミルでアルミニウム合金を切削する際に問題になるのは、工具切れ刃への溶着である。 従来の超硬ボールエンドミル工具では、ドライ加工する際アルミニウム合金の溶着が著しく、一度溶着が始まると、切れ刃刃溝が一瞬にして被削材によって埋まり、それでも強制的に加工を続ける際は加工面を極度に悪化させる、また、最悪は工具が折損し切削不能に陥るケースがあった。 一方、スクエアタイプの超硬エンドミルでは、「特開２００１−２９３６
１１」で公開されているように、動摩擦係数の小さいコーティング膜を施し耐溶着性を向上させることによってアルミニウム合金のドライ加工を実現している。 【０００４】しかしながら、図４に示す従来のボールエンドミル形状にこれと同様のコーティング被膜を施しても、ボール部の切り屑排出溝７の空間が狭いため、ボール部先端に切り屑詰まりが発生してしまい加工不可能な状態に陥ってしまうという問題があった。 本発明の課題は，かかる従来技術の問題に鑑みてアルミニウム合金をドライ切削しても溶着が少なく、長寿命を保ち、かつ表面性状も良好な加工が可能な超硬ボールエンドミルを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明者等は研究の結果、アルミニウム合金等の軟質非鉄金属材料を切削加工する際に使用するボールエンドミルにおいては、ボール部の切り屑排出溝を広くすることにより、溶着が少なくあるいは無くなることを知得した。 さらに、切り屑排出溝を広くすると、工具剛性の低下が懸念されるが、アルミニウム合金等の非鉄金属の切削加工においては、切削抵抗が鉄系材料の場合と比較して低いことに着目した。
そこで、本発明者等は切り屑排出溝を広くする一方、アルミニウム合金等の軟質非鉄金属材料に対する剛性、強度を確保する形状、寸法等にすることによって、理想的なアルミニウム加工用の超硬ボールエンドミルを得られることを知得した。 この知得により、請求項１に係る本発明においては、超硬ボールエンドミルの中心軸を含みボール部先端の中心部分における切れ刃と平行になる平面上に、ボール部におけるスクイ面と切り屑排出溝との交線を投影した際、前記平面上に投影された交線は凸型Ｒ曲線または直線であり、前記平面上に投影された前記交線のボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と前記中心軸とのなす角度θが３０°〜５０°とされ、さらに、前記交線に垂直な面において、前記スクイ面と前記切り屑排出溝とのなす角度αが１００°〜１５０°の範囲にあり、かつ前記垂直な面において前記切り屑排出溝の直線部分の前記垂直な面に対する直角方向幅βが前記ボール部のボール半径の０．５倍〜５倍とした超硬ボールエンドミルを提供することにより上記課題を解決した。 【０００６】即ち、投影面上のスクイ面と切り屑排出溝との交線を凸型Ｒ曲線または直線とし、さらに、交線のボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と中心軸とのなす角度θが３０°未満では、剛性が不足し過ぎ、５０°超では切り屑が排出しにくくなるので、交線のボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と中心軸とのなす角度θを３０°
〜５０°とした。 特に、交線に垂直な面においてスクイ面と切り屑排出溝とのなす角度αが１００°未満では、
スクイ面に対して切り屑排出溝底面が切り立ってきて切り屑が移動しにくくなり、１５０°超では、切れ刃エッジ強度が低下するので、スクイ面と切り屑排出溝とのなす角度αを１００°〜１５０°の範囲とした。 また、垂直な面に対する直角方向幅βがボール半径の０．５倍未満では、排出溝が小さくなりすぎ、５倍超では全体強度が弱くなるので、切り屑排出溝の直線部分の垂直な面に対する直角方向幅βをボール部のボール半径の０．５倍〜５倍とした。 【０００７】かかる構成により、切り屑排出溝を広げ、
良好な切り屑排出性を得ると共に、十分な刃剛性を有するものとなり、アルミニウム合金のセミドライ、ウエット加工の加工性能が向上させる。 さらに、請求項２の発明においては、前記超硬ボールエンドミルの刃部に、第一層に炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化アルミチタン（Ｔ
ｉＡＩＮ）コーティング膜を形成し、その上にダイヤモンドに似た物性を持つ炭化チタン系（ＴｉＣ／Ｃ），ダイヤモンドに以た物性を持つ炭化珪素系の非晶質膜（Ｓ
ｉＣ／Ｃ），炭化系クロム膜（ＣｒＣ／Ｃ），又は炭化系ホウ素膜（ＢＣ／Ｃ）の第二層コーティング膜を付加した超硬ボールエンドミルとした。 これにより、さらに、セミドライ、ウエット加工能力が向上し、さらには、ドライ加工も可能なボールエンドミルを提供するものとなった。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 図１は本発明の実施の形態を示す２枚刃超硬ボールエンドミルの（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面拡大図、図２は、図１に示す超硬ボールエンドミルの先端部分のＰ矢視図である。 図１、２において、ボール部１に続いて外周刃部２が設けられ棒状のシャンク部３が設けられている。 ボール部１、外周刃部２には切れ刃が設けられ、ボール部切れ刃エッジ５、外周刃部切れ刃エッジ６が設けられている。 切れ刃の設けられた軸方向には符号４で示す刃部が形成されている。 切れ刃エッジ５を形成するスクイ面８に隣接して切り屑排出溝７
が設けられている。 刃径９はφ６であり、ボール部１のボール半径は３ｍｍである。 ボール部におけるスクイ面８と切り屑排出溝７との交線１０は凸型Ｒ曲線または直線であり、曲線あるいは直線の一端はボール部の頂点（ボール部先端）１１を通り、この点１１と他端１２とを結ぶ線と該ボールエンドミルの中心軸１４とのなす角度θが３０°〜５０°の範囲としている。 １３は外周刃部切れ刃エッジ６の外周刃スクイ面であり、交線１０の他端１２は外周刃スクイ面１３の縁に達している。 図３
は本発明の実施の形態を示す超硬ボールエンドミルのボール部スクイ面８と切り屑排出溝７との交線１０に垂直な面であって、図２においてＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 ボール部１におけるスクイ面８と切り屑排出溝７とのなす角度αを１００°〜１５０°、切り屑排出溝７の直線部分の垂直な面に対する直角方向幅βをボール半径の０．５倍〜５倍の範囲としている。 【０００９】また、本発明の実施の形態に係る本発明品の超硬ボールエンドミルは、母材には，ＷＣ９４．４
％，Ｃｏ５％，その他０．６％の超微粒子超硬合金を使用し，図１に示す刃部４の範囲で点で示すように、第一層に炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化アルミチタン（Ｔｉ
ＡＩＮ）コーティング膜を形成して耐摩耗性を確保したのち、その上にダイヤモンドに似た物性を持つ炭化珪素系の非晶質膜（ＳｉＣ／Ｃ）の第二層コーティング膜を付加しアルミニウム合金に対する耐溶着性を向上させている。 一方、比較する従来品の超硬ボールエンドミルの母材には，ＷＣ９０％，Ｃｏ８．５％，その他１．５％
の超微粒子超硬合金を使用した。 なお、従来品においては切れ刃部の表面にコーティング等は施していない。 なお、本発明の実施の形態ではコーティング被膜を施しているが、例えば切削油剤を使用する等して切れ刃への被削材の溶着の程度が実用上問題が無ければ表面処理を施さない無処理のまま使用してもよいのは言うまでもない。 【００１０】 【実施例】前述した実施の形態に示した切り屑排出溝を広くしたボール部の溝形状および耐摩耗性と耐溶着性を向上させるコーティング被膜を施した本発明の超硬ボールエンドミルと従来品の図４に示す超硬無処理ボールエンドミルとの比較テストを行った。 なお、図４には、前述した説明と同様な部分については、同符号を付し説明を省略する。 被削材圧延アルミＡ５０５２を切削速度４
７２ｍ／ｍｉｎ（回転数２５，０００ｍｉｎ ^-1 ）、テーブル送り速度３，０００ｍｍ／ｍｉｎ（ｆ＝０．０６ｍ
ｍ／ｔ），軸方向の切り込み０．２ｍｍ，ピックフィード０．２ｍｍで彫り込み加工（全長１６２ｍｍ、全幅１
２ｍｍ、切削長３０ｍ）をドライ切削により実施した。
その加工結果を図５に示す。 図５（ａ）は本発明品による加工結果を示し、工具の切れ刃にほとんど溶着が発生することなくドライ切削による加工が実現し、かつ滑らかで光沢のある加工面が得られた。 これに対し、図５
（ｂ）は従来品の加工結果を示し、ボールエンドミルの刃先に切り屑詰まりが発生し加工不能となった。 加工面もむしれ面となり悪い。 【００１１】次に、水溶性クーラントによるウェット加工および外部ミスト給油によるセミドライ加工について、同じ切削条件により発明品、従来品それぞれに対してテストを行った。 その結果を加工面性状の良い順に示したものを図６に示す。 セミドライによる本発明品が最もよく、ウエットによる本発明品、従来のセミドライ、
本発明品のドライ加工の順であり、切削油剤を使用した場合においても本発明品の加工面性状が従来品のものに勝り、さらに、本発明品のドライ加工の方が従来品のウェット加工よりも加工面性状の良いものを得ることができた。 なお、従来のものは全くドライ加工はできなかった。 【００１２】 【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
アルミニウム加工に応じた剛性を確保しながら、従来品に対してボール部の切り屑排出溝の空間を大きくし、さらには、耐摩耗性および耐溶着性を向上させるコーティング被膜を施したことによって、従来不可能であったボールエンドミルによるアルミニウム合金のドライ切削が可能になり、さらには切れ刃への溶着が少なく長寿命を保ち、かつ表面性状も良好な加工が可能となった。 また、高速加工が可能であり、かつ切削油剤を使用しないためにコストダウンが図られ、対環境性も向上する等の効果を奏するものとなった。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明品の実施の形態を示す２枚刃超硬ボールエンドミルの（ａ）は正面図、（ｂ）は側面拡大図である。 【図２】図１のＰ矢視図であって、ボール先端部の部分拡大図である。 【図３】本発明の実施の形態を示す超硬ボールエンドミルのボール部スクイ面と切り屑排出溝との交線に垂直な断面であって、図２のＢ−Ｂ間の断面図である。 【図４】従来品の２枚刃超硬ボールエンドミルの（ａ）
は正面図、（ｂ）は側面拡大図である。 【図５】本発明品と従来品の切削試験結果の比較であり、（ａ）は本発明品、（ｂ）は従来品である。 【図６】本発明品と従来品の切削試験結果の比較であり、切削油剤を使用した場合、ドライ加工の場合等の加工面性状を比較したものであり、加工面性状の良い順に並べたものである。 【符号の説明】 １ ボール部５ ボール部切れ刃（切れ刃エッジ） ７ （ボール部）切り屑排出溝８ （ボール部）切れ刃スクイ面１０ ボール部の切れ刃スクイ面と切り屑排出溝との交線１１ ボール部頂点（ボール部先端） １２ 他端１４ 中心軸１５ ボール部頂点と他端とを結ぶ直線α ボール部のスクイ面と切り屑排出溝とのなす角度β ボール部切り屑排出溝の直線部分の垂直な面に対する直角方向幅θ 平面上に投影された交線のボール部の頂点と他端とを結ぶ直線と中心軸とのなす角度