JP2006181650A - スローアウェイチップおよびプレス成形金型、並びにこれを用いたスローアウェイチップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 切れ味が良好で加工精度の高く、低コストで作製可能なスローアウェイチップを提供する。
【解決手段】 平面にすくい面２と座面３、側面に逃げ面４を有し、すくい面２と逃げ面と４の交差稜線部に切刃５を設け、逃げ角θをもつポジチップであり、ＪＩＳ−Ｂ４１２０−１９９８に準拠した表示規格における等級記号がＭ、ＮおよびＵのいずれかであるスローアウェイチップ１において、切刃５近傍の逃げ面４上に座面３と略垂直に伸びるストレート部６の長さが０．０８ｍｍ未満とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、逃げ面にポジ角を有するスローアウェイチップおよびプレス成形金型およびそれを用いたスローアウェイチップの製造方法に関する。

従来より、ミリング、フライス加工、高い寸法精度を要する旋削加工において、切刃の切れ味を増幅させるためにスローアウェイチップの逃げ面に角度を付け、切刃をより鋭角にしたポジチップが用いられている。

かかるポジチップを製造するときの成形工程においては金型を用いたプレス成形が用いられており、例えば特許文献１、２では、逃げ角を部分的に異なる角度にした金型を用いて成形体を作製することが記載されている。

また、特許文献３では、下パンチの先端の中央部を段落ちさせるとともに外周部の鋭角部を平面とすることによって、成形体の周縁部に面取り面を形成することができるとともに下パンチの破損を防止して耐久性を高められることが記載されている。

なお、上記特許文献１〜３のポジチップを成形するために用いられる成形金型においては、特許文献３に示されるように、ダイス（ダイ１２）空洞部において、空洞部上部の上パンチが導入されて粉末がプレスされるときには上パンチが嵌合した状態になる部分が円柱状、すなわち空洞部上部の側面がプレス方向に対して平行となるように設計されていた。
実開昭６２−６１４１２号公報 特開平０７−３２８８１５号公報 特開２００２−２１０６０３号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載されるような空洞部上部の側面がプレス方向に対して平行となる従来の金型を利用したプレス成形方法を用いた場合、成形体を前記ダイス金型から取り出す際にダイスの内壁と成形体のエッジがこすれて逃げ面上端部分にダイスの内壁面と平行なストレート部ができてしまっていた。そして、設計図面上は存在しないこのストレート部は切刃の切れ味を低下させるとともに、加工精度を低下させるという不具合を発生させる要因となっていた。なお、前記ストレート部は研削加工によって除去することもできるが、その分コストがかかってしまうという問題があった。

したがって、本発明の目的は、優れた切れ味を持ち、高い加工精度を有するスローアウェイチップ、および該スローアウェイチップを低コストで作製可能な成形金型、並びにこれを用いたスローアウェイチップの製造方法を提供することである。

上記目的に対し、本発明においては、成形されるプレス成形圧粉体の上端位置に相当する内壁面口径よりも内壁面上端における内壁面口径が大きいダイスの空洞部内壁面形状をなすプレス成形金型を用いてプレス成形することにより、成形体を前記ダイス金型から取り出す際にダイスの内壁と成形体のエッジがこすれることなくプレス圧粉体の逃げ面上端部分にストレート部ができることを抑制できることから、焼結後に研磨加工を施さなくても、切刃の逃げ面側における座面と略垂直に伸びるストレート部の長さの小さいスローアウェイチップが得られ、優れた切れ味と加工精度が得られることを知見した。

すなわち、本発明のスローアウェイチップは、略平板をなして平面がすくい面と座面、側面が逃げ面をなし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃を設け、逃げ角を有するポジチップで、ＪＩＳ−Ｂ４１２０−１９９８に準拠した表示規格における等級記号がＭ、ＮおよびＵのいずれかであるスローアウェイチップにおいて、前記切刃に続く前記逃げ面上端に存在する前記座面に対して垂直なストレート部の長さが０．０８ｍｍ未満であることを特徴とするものである。

ここで、前記ストレート部の長さが０．０３〜０．０５ｍｍであることが、優れた切れ味を得ることができるとともに切刃強度を高めることができて耐欠損性を向上できるため望ましい。

また、母材の表面に研磨加工を施さず焼き肌の状態のスローアウェイチップ、すなわち研磨加工による製造コストを省略できるスローアウェイチップであってもストレート部の長さを上記範囲に制御することができる。

ここで、前記逃げ角が３〜１０°である場合には、焼成後に別途研削加工を施すことがなく成形のみによって逃げ面形状を作ることが多いので特に好適に使用可能である。

また、本発明のプレス成形金型は、ダイスの空洞部内壁面において、成形されるプレス成形圧粉体の上端位置における内壁面口径よりも内壁面上端における内壁面口径が大きいことを特徴とするものである。

ここで、前記ダイスの空洞部内壁面において、成形されるプレス成形圧粉体の上端位置から前記内壁面上端に向かって前記内壁面の口径が漸次広がる形状をなしていることが、ダイスの製造が容易な点、原料粉末がダイスの内壁面に詰まることを防止できる点で望ましい。

また、前記内壁面の口径の拡径角度が０．５〜５°であることが、前記ストレート部の長さを０．０３〜０．０５ｍｍに制御できて、優れた切れ味を得ることができるとともに切刃強度を高めることができて耐欠損性を向上できるスローアウェイチップを得ることができるため望ましい。

さらに、本発明のスローアウェイチップの製造方法は、原料粉末をプレス成形金型に充填してプレス成形し、焼成するスローアウェイチップの製造方法において、前記プレス成形金型を使用して成形することを特徴とする。

なお、上記プレス成形した圧粉体において、前記逃げ面上端に存在する前記座面に対して垂直なストレート部の長さが０．０８ｍｍ未満となるように作製されることによって、優れた切れ味と加工精度が得られる。

上記本発明のスローアウェイチップは、成形されたプレス成形圧粉体の上端位置における内壁面口径よりも内壁面上端における内壁面口径が大きいダイスの空洞部内壁面形状をなすプレス成形金型を用いてプレス成形することにより、成形体を前記ダイス金型から取り出す際にダイスの内壁と成形体のエッジがこすれることなくプレス圧粉体の逃げ面上端部分にストレート部ができることを抑制できることから、焼結後に研磨加工を施さなくても、切刃の逃げ面側における座面と略垂直に伸びるストレート部の長さをストレート部の長さが０．０８ｍｍ未満と小さいスローアウェイチップが得られ、優れた切れ味と高い加工精度のスローアウェイチップを作製できる。

本発明のスローアウェイチップについて、その一実施例を示す図１を基に説明する。

図１によれば、スローアウェイチップ（以下、単にチップと略す。）１は、主面がすくい面（上面）２と着座面（下面）３とをなし、外周側面が逃げ面（傾斜した外周側面）４をなして、すくい面２と逃げ面４との交差稜部分に切刃５を具備しているポジティブ型のチップである。なお、図１によれば、チップ１の主面中央にはねじ孔８が形成されている。

ここで、本発明のチップ１は、切刃５付近の逃げ面４に、切刃５から座面３に向かって略垂直に伸びるストレート部（以下、単にストレート部と略す。）６の長さが０．０８ｍｍ未満であることを特徴とするものであり、それによって、切刃５の切れ味を優れたものにすることができ、切削抵抗を低減できると共に加工精度を高めることができる。

すなわち、ストレート部６の長さが０．０８ｍｍ以上の長さで存在すると、切刃５における切れ味が鈍くなってしまい、切削抵抗が増大してビビリが生じたり加工面粗度が粗くなってしまう。また、加工精度の低下も懸念される。

また、本発明によれば、０．０３〜０．０５ｍｍのストレート部６が存在することが、優れた切れ味を維持したまま切刃強度を高めることができて耐欠損性を向上できるため望ましい。

なお、逃げ面４の傾斜角の角度θが３〜１０°、好ましくは３〜７°である場合には、焼成後に別途研削加工を施すことがなく成形のみによって逃げ面形状を作ることが多いので特に好適に使用可能である。

また、本発明によればチップ１の最表面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以上であり、つまりは、チップ1の外周にほとんど研磨を施していない、加工費用のかからないチップである。別の見方をすれば、このようなチップ１は、ＪＩＳ−Ｂ４１２０−１９９８に準拠した表示規格における等級記号がＭ、ＮおよびＵで表されるスローアウェイチップに相当する。かかる規格のチップ１は焼成後にチップ１を研削加工して寸法を合わせることなく、加工費用がかからないものである。なお、上記規格のチップ１は表面を少し平滑化したり、切刃にホーニングをつける目的でブラシ加工やブラスト処理を施す場合もあるが、本発明によればチップ１の基体の表面が焼成後の焼き肌面である場合、つまりは外周の寸法補正のための加工を施さない状態である場合でもストレート部６の長さが０．０８ｍｍ未満であることが望ましい。

（製造方法）
本発明のチップ１を製造するには、例えば、チップの原料粉末を所定の割合で混合しバインダを添加してボールミル等で混合、粉砕、造粒して造粒粉末を作製する。

次に、上記造粒粉末をプレス成形金型に充填してプレス成形法にて所定のポジチップ形状に成形する。

ここで、本発明によれば、チップ１のプレス成形に使用する上記プレス成形金型（以下、単に金型と略す。）１０は、図２（ａ）に示すように、ダイス１１の空洞部内壁面（以下、単に内壁面と略す。）１５において、成形されたプレス成形圧粉体（以下、単に成形体と略す。）１４の上端位置Ｘにおける内壁面１５の口径ｄ_１よりも内壁面１５の上端Ｙにおける内壁面１５の口径ｄ_２が大きいことを特徴とするものである。

上記金型１０を用いることによって、成形体１４を金型１０から取り出す際に、ダイス１１の内壁面１５と成形体１４の上端に位置する切刃５となるエッジ１６がこすれることがなくなるため、図３に示すように、従来のチップ形状（ｂ）に比べて本発明のチップ形状（ａ）は研磨加工を施さずに低コストでストレート部１６の長さを０．０８ｍｍ未満に小さくすることができる。

ここで、ダイス１１の内壁面１５において、成形体１４の上端位置Ｘから内壁面１５の上端Ｙに向かって内壁面１５の口径ｄが漸次広がる形状をなしていることが、ダイスの製造が容易な点、原料粉末がダイスの内壁面に詰まることを防止できる点で望ましい。

なお、本発明のプレス成形は、図４（ａ）に示すように、ダイス１１の空洞部の下方から下パンチ１７を挿入した状態で上記造粒粉末を充填して、ダイス１１の空洞部の上方から上パンチ１８を挿入しダイス１１の空洞部内壁面における成形体１４の上端位置Ｘまで押込んで加圧する。加圧成形した後、上パンチ１８を上方に引き抜き、ダイス１１を下方に移動させるか、または下パンチ１７を上方に移動させることにより、成形体１４をダイス１１の空洞部から取り出すものである（図４（ｂ）参照）。本発明によれば、プレス成形機内に上パンチ１８をダイス１１に挿入する際に上パンチ１８とダイス１１との軸を合わせる位置合わせ精度の高い組み込み部材を取り付けることが望ましい。

さらに、拡径する内壁面（テーパ部）１３の口径の拡径角度αが、成形時にパンチが進む方向Ｐに対して０．５〜５°の範囲とすることがストレート部の長さを０．０３〜０．０８ｍｍに制御できて、切れ味がよく、かつ耐欠損性に優れた本発明のチップ１を得ることができるため望ましい。すなわち、設計にて長さ０．０３〜０．０８ｍｍのストレート部を設けて実際の金型でこの形状を実現することは難しいが、上記方法によれば優れた切れ味を維持しつつ切刃強度の高い切刃形状を容易に実現することができる。さらに拡径角度αは、ストレート部の長さの制御が容易である点で、傾斜角θよりも小さいことが望ましく、特に望ましい範囲は０．５〜３°である。さらに拡径角度αは、傾斜角θよりも２°以上小さい方が望ましい。

また、図１のチップ１の逃げ面４および図２のダイス１１の内壁面１５は傾斜角θが一定の平面であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、逃げ面４および内壁面１５が曲面をなしつつ傾斜角θが漸次変化するものであってもよく、または複数の平面が順次角度をもって連なる多段形状、さらにはこれらの組合せであってもよい。

なお、成形体１４において、逃げ面上端に存在する座面に対して垂直なストレート部１６の長さが０．０８ｍｍ未満となるように作製されることによって、焼成後のチップ１についても優れた切れ味と加工精度が得られる。

また、上記実施態様においては一軸プレス成形について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、横方向からも加圧する多軸プレス成形にも適応可能である。

そして、上記方法にてプレス成形された成形体は、脱バインダ工程を経て、真空焼成法、加圧焼成法、ホットプレス等の公知の焼成方法にて焼成される。本発明によれば、焼成後にできた焼結体のストレート部６の長さは０．０８ｍｍ未満に制御されてより優れた切れ味を有するチップ１を得ることができる。

その後、所望により、チップ１の表面にブラシや弾性砥石等で切刃部分にＲホーニング、Ｃ面加工等のホーニング処理を施してもよい。なお、上記ホーニング処理を行った場合、本発明の上記ストレート部６の長さを算出する際には、ホーニング処理を施す前の形状、すなわち、すくい面２の延長線と逃げ面４のストレート部６の延長線とが交差する角部を有する仮想形状を基にして算出するものとする。

さらに、所望により、チップ１の表面に対して、化学蒸着法、物理蒸着法等の成膜法にて、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種または２種以上の元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、またはそれらの複合化合物からなる硬質膜を単層、または、２層以上の複数層を膜厚０．１〜３０μｍにて成膜しても良い。

炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびＴｉＣ粉末を混合し、これにバインダとしてパラフィンを添加、造粒して平均粒径１００μｍの造粒粉末を調整した。次に、図２（ａ）の構成（テーパ部の角度α＝１°、逃げ角＝７°）のダイスを準備し、この造粒粉末を用いてプレス成形し所定形状の成形体を得た。得られた成形体のストレート部を投影機にて測定した結果、その長さが０．０５ｍｍであった。そして、この成形体を脱バインダ処理し、真空焼成した後、刃先にＲホーニングを施し、さらに、化学蒸着法にてＴｉＮ−ＴｉＣＮ−ＴｉＣＮＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＮの膜構成の総膜厚１７μｍの多層硬質膜を成膜して基本形状がＪＩＳ−Ｂ４１２０−１９９８に準拠した標記でＣＣＭＴ０９形状の旋削用チップを作製した。得られたチップのストレート部を投影機にて測定した結果、ホーニングする前の仮想形状におけるストレート部の長さが０．０５ｍｍであった。

そして、得られたチップについて以下の切削試験を行い、切削性能を評価した。

切削条件 旋削
被削材 ＳＣＭ４４０ ３０φ丸棒
切削速度 ２５０ｍ／ｍｉｎ
送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み １．０ｍｍ
切削状態 湿式
目標寸法 φ２８
１０分間切削試験を行った時点で切刃を確認したが、切刃の欠損やチッピング等の損傷はなかった。

実施例１のチップの製造工程において、ダイスの形状におけるテーパ部の角度α＝７°（逃げ角＝７°と同じ）にする以外は実施例１と全く同様にしてチップを作成した。得られたチップのストレート部を投影機にて測定した結果、ホーニングする前の仮想形状におけるストレート部の長さが０．０１ｍｍであった。

そして、得られたチップについて実施例１と同様の切削試験を行い、切削性能を評価した結果、１０分間切削した時点で切刃の欠損により切削不能となった。

比較例

実施例のチップに対して、プレス成形を、図２（ｂ）のようにダイス内壁面が、成形されたプレス成形圧粉体の上端位置Ｘにおける内壁面口径ｄ１と内壁面上端Ｙにおける内壁面口径ｄ２が同じ形状の金型を用いて成形した以外は実施例と同様の製造工程にてスローアウェイチップを作製した。実施例と同様に測定した結果、成形体のストレート部の長さが０．１５ｍｍ、焼成後のホーニングする前の仮想形状におけるストレート部長さが０．１４ｍｍであった。

そして、実施例と同条件で切削性能を評価した結果、６分間切削した時点でびびりが発生し、その２分後には切刃が欠損して切削不能となった。

本発明のスローアウェイチップの一例を示し、（ａ）概略平面図、（ｂ）概略断面図、（ｃ）（ｂ）のＡ部の拡大図である。 （ａ）本発明のプレス成形金型の概略断面図、（ｂ）従来のプレス成形金型の概略断面図である。 （ａ）本発明のスローアウェイチップのストレート部を示す側面拡大図（図面代用写真）、（ｂ）従来のスローアウェイチップのストレート部を示す側面拡大図（図面代用写真）である。 本発明のプレス成形金型を用いて（ａ）プレス成形した状態、（ｂ）プレス成形圧粉体を取り出す状態を示す模式図である。

符号の説明

１ スローアウェイチップ（チップ）
２ すくい面（上面）
３ 着座面（下面）
４ 逃げ面（傾斜した外周側面）
５ 切刃
６ ストレート部
８ ねじ孔
１０ 成形金型
１１ ダイス
１２ 空洞部
１３ テーパ部
１４ 成形体
１５ ダイスの内壁
１７ 下パンチ
１８ 上パンチ
θ 逃げ角
α テーパ部の傾斜角
Ｘ 成形された成形体の上端位置（上パンチが降りてくる最深位置）
Ｙ 内壁面上端位置

Claims (9)

1. 略平板をなして上面がすくい面、下面が座面、側面が逃げ面をなし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃を設け、逃げ角を有するポジチップで、ＪＩＳ−Ｂ４１２０−１９９８に準拠した表示規格における等級記号がＭ、ＮおよびＵのいずれかであるスローアウェイチップにおいて、前記切刃に続く前記逃げ面上端に存在する前記座面に対して垂直なストレート部の長さが０．０８ｍｍ未満であるスローアウェイチップ。
2. 前記ストレート部の長さが０．０３〜０．０５ｍｍである請求項１に記載のスローアウェイチップ。
3. 前記スローアウェイチップをなす母材の表面が焼き肌面である請求項１または２に記載のスローアウェイチップ。
4. 前記逃げ角が３〜１０°である請求項１乃至３のいずれかに記載のスローアウェイチップ。
5. 粉末成形を行うプレス成形金型において、ダイスの空洞部内壁面が、成形されるプレス成形圧粉体の上端位置に相当する内壁面口径よりも内壁面上端における内壁面口径が大きいプレス成形金型。
6. 前記ダイスの空洞部内壁面において、成形されるプレス成形圧粉体の上端に相当する内壁面位置から前記内壁面上端に向かって前記内壁面の口径が漸次広がる形状をなしている請求項５記載のプレス成形金型。
7. 前記内壁面の口径の拡径角度が０．５〜５°であることを特徴とする請求項６に記載のプレス成形金型。
8. 原料粉末をプレス成形金型に充填してプレス成形し、焼成するスローアウェイチップの製造方法において、請求項５乃至７のいずれか記載のプレス成形金型を使用して成形するスローアウェイチップの製造方法。
9. 焼成後の前記スローアウェイチップにおいて、前記逃げ面上端に存在する前記座面に対して垂直なストレート部の長さが０．０８ｍｍ未満である請求項８記載のスローアウェイチップの製造方法。

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