WO2006098317A1

WO2006098317A1 - 高品位・高能率加工用ｃｂｎ切削工具

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Publication number: WO2006098317A1
Application number: PCT/JP2006/305014
Authority: WO
Inventors: Satoru Kukino
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2007-09-16
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Abstract

鉄系高硬度難削材を、高速、高能率加工を目的として高送り切削するときにも優れた耐欠損性を示し、また、被削材の加工面の面粗度も良好で、加工面の疲労寿命やシール性を向上させることができるｃＢＮ基焼結体を使用した切削工具を提供することを課題としている。刃先チップ４のｃＢＮ基焼結体４ａに、ノーズＲ５、すくい面６、逃げ面７及びネガランド９を設けた。また、ネガランド９と逃げ面７との間に形成される切れ刃稜線１０の前切れ刃となす部分のすくい面６に対する傾斜角β´を２０°以上、３５°以下に設定し、さらに、切れ刃稜線１０の位置が、ノーズＲ部の頂点Ｐにおいて最大に低下し、その低下量がノーズ頂点ＰからＱ１点とＱ２点に向かって次第に小さくなるようにした。

Description

明細書

高品位，高能率加工用 CBN切削工具

技術分野

[0001] この発明は、鉄系高硬度難削材の高速、高能率切削に利用する、 cBN (立方晶型窒化硼素）基焼結体で切れ刃を形成した切削工具、詳しくは、高送り切削においても耐欠損性に優れ、また、面粗度が良好で、疲労寿命やシール性に優れた加工面が得られる CBN切削工具に関する。

背景技術

[0002] cBN基焼結体で切れ刃を形成した CBN切削工具は、 cBN基焼結体の化学的安定性と高硬度により高能率で長寿命を達成できる優れた材料特性と、研削工具を大きく凌ぐ優れた適応性や高環境性が評価され、鉄系難削材、特に、焼入れ鋼の研削加工を切削加工に置換できる工具として認知されている。近年では、工作機械の高剛性化や cBN基焼結体の材種の改良により、例えば鋼からなる自動車のトランスミツシヨン部品の焼き入れ後の加工において、送り量 fが 0· 3mm/revを超える粗カロェから、十点平均粗さ (Rz)で 3. 2 x mの面粗さが要求される仕上げカ卩ェにまで CBN切削工具が適用されつつある。

[0003] 近年では、多品種小ロット生産の導入や環境問題に対する意識の高まりを背景に、切削抵抗が増加する更なる高能率加工や刃先温度が上昇する乾式加工に適用でき、かつ生産コスト低減の観点から、高価な cBN基焼結体の面積を最小限に抑えた形状で充分な切削性能を発揮する CBN切削工具の開発が要求されている。

[0004] し力、しながら、ノーズ R部、逃げ面、すくい面及び切れ刃に平行に沿う幅の一定したチャンファー部とで構成される従来の CBN切削工具 (以降ノーズ R工具と略す）は、被削材の回転方向（主分力方向）の切削負荷に対しては、例えば下記特許文献 1や特許文献 2のように、逃げ面とすくい面の稜線部に備えられたチャンファー部 13のチヤンファー幅 CWとチャンファー角 γ (図 9参照）を大きく（0. ：!〜 0· 2mm、 15° 〜4 5° 程度が一般的）することで、ある程度耐久性を上げることができるが、高能率加工での高送りや大切り込み切削において発生する工具送り方向や背分力方向の切削負荷に対しては、効果的な耐久性向上の方法が少なぐノーズ Rを大きくすることが唯一の問題解決策として行われてレ、るとレ、つても過言ではなレ、。

[0005] 工具単価が比較的安価なことから広く普及している cBN基焼結体面積を必要最小限に設定した鱲付けタイプの切削工具では、鱲付け強度確保のためにノーズ Rの増加可能代が少なぐ許容される増加代は高々 2. OR (単位は mm、以下も同じ)程度までであった。そのために、ノーズ Rを可及的に大きくしたチップ、例えば 2. ORとしたチップでも、高送りによる高能率カ卩ェでは、刃先に加わる高応力に対応できる充分な強度を持ち合わせているとはいえず、例えば、自動車のミッション部品に代表される形状の複雑な焼入れ鋼のならい加工やぬすみ加工においては、 0. 8R以下のノーズ Rを有するチップでの高送り加工が要求されることがしばしばある。

[0006] 更に最近では、加工面の疲労強度やシール性を決定する最終仕上げ工程においても、加工能率や柔軟な適応性の観点で制約のある研削加工に代わり、被削材の加工面に、高品位な表面性状を付与できる切削工具の開発が急務となっている。

[0007] 従来のノーズ R工具では、刃先の幾何学的な形状が転写される切削加工のメカ二ズムから、高能率加工条件下で、良好な面粗さを得ることは原理的に相反する事象であり、また、従来のノーズ R工具を用いての切削加工では、部品の疲労寿命を向上させる圧縮応力を積極的に導入することができなかったことも問題となっていた。

[0008] これらの問題を解決するための手段として、下記特許文献 3において、従来のノーズ R工具の前切れ刃にサラエ刃（図 10の 12)を付加した高能率 ·高精度加工用の C BN切削工具（以降ワイパー工具と略す）が開発されている。

[0009] し力ながら、このワイパー工具も、理論上はサラエ刃の幅 WWに相当する送り量まで高送り加工を実施しても良好な面粗さが得られるが、高送り、ないしは大切り込み条件での高能率加工では、工具送り方向や背分力方向の切削負荷に対しては、従来のノーズ R工具と同様の耐久性しか示さず、切れ刃が欠損しやすい。

[0010] また、加工面の表面性状についても、従来のノーズ R工具と比較すると、被削材の回転方向の残留応力に対しては、ワイパー工具の場合、工具刃先形状の転写によつて形成される送りマーク M (図 3 (a)参照）がサラエ刃により繰返し押しならされるバニッシュ効果が発揮されるため、熱応力によって生じる引っ張り応力が緩和され、従来のノーズ R工具と比較すると残留応力が圧縮傾向になる場合があった。

[0011] し力ながら、工具の送り方向の残留応力については、ワイパー工具も通常のノーズ R工具を用いた切削加工と同様の残留応力が付与されることが多ぐ過酷な状況下で使用される摺動部品や厳密なシール性が要求される部品の加工には適用することができなかった。

特許文献 1：実開昭 64— 34103号公報

特許文献 2：特開平 8— 318411号公報

特許文献 3：特開 2003— 175408号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] この発明は、鉄系高硬度難削材を、高速、高能率加工を目的として高送り切削するときにも優れた耐欠損性を示し、また、被削材の加工面の面粗度も良好で、加工面の疲労寿命やシール性を向上させることができる cBN基焼結体を使用した CBN切削工具とそれを用いた旋削加工方法を提供することを課題としている。

課題を解決するための手段

[0013] 上記の課題を解決するため、この発明においては、切削に関与する部位が cBN基焼結体によって形成され、その cBN基焼結体が、前逃げ面、横逃げ面、ノーズすくい面、及びノーズ R部近傍のすくい面に形成されるネガランドを有し、前記ネガランドとすくい面との間に形成される稜線が前記前逃げ面、すくい面及びネガランドの 3 者が交わる Q1点から横逃げ面、すくい面及びネガランドの 3者が交わる Q2点に至り、前逃げ面と前記ネガランドとの間及び横逃げ面と前記ネガランドとの間にそれぞれ形成される切れ刃稜線の位置がノーズ R部の頂点 Pにおいてすくい面から最大に低下し、その低下量が、頂点 Pから前記 Q1点と Q2点に向かって次第に小さくなつており、さらに前記頂点 Pから Q1点に向力直線 P— Q1のすくい面に対する傾斜角 /3 ' 力 ¾0° 以上、 35° 以下に設定された CBN切削工具を提供する。

[0014] なお、切削に関与する部位を形成する cBN基焼結体は、 cBNを体積で 45〜99.

9%含むものが望ましい。

[0015] この発明の CBN切削工具の好ましい態様と、好ましい使用法は後に詳しく説明する。

[0016] この発明は、上記の CBN切削工具を、使用状態における切れ刃傾き角と横すくレ、角が共に負、前逃げ角、横逃げ角、前切れ刃角が共に正となり、さらに、ノーズ R部の頂点から前記 Q1点に至る前切れ刃のすくい面に対する芯下がり角 β力 ¾0° 〜3 5° でネガランドと逃げ面との間に形成される切れ刃稜線のノーズ頂点 Ρでの位置が、工具のすくい面と平行な面かつ被削材の回転軸を含む面から 0. 5mm以上、 1. 5 mm以下、より好ましくは 0. 7mm以上、 1. 2mm以下芯下がりとなる状態に配置し、この工具を被削材に切り込ませ、 0. ImmZrev以上、 0. 5mm/rev以下、より好ましくは 0. 15mm/rev以上、 0. 5mm/rev以下の送りをかけて外径加工を行う旋削加工方法も提供する。

発明の効果

[0017] この発明の切削工具は、 cBN基焼結体で形成したノーズ R部近傍のすくい面に、特殊なネガランドを設けてノーズ R部の頂点 Pの位置ですくい面からの低下量が最大となり、その低下量が前記 Q1点と Q2点に向かって次第に小さくなる切れ刃稜線をノーズ R部の両側に作り出しており、使用状態において、被削材の回転方向、工具送り方向のどちらに対してもバニッシュ作用を有する鈍角切れ刃を形成することができる

[0018] 既知のチャンファー部は、切れ刃稜線に対して平行で幅も一定している。それと違つて、この発明の工具のネガランドは、前逃げ面、横逃げ面のどちら側においてもノーズ R部の頂点に向かって下り降りており、そのために、被削材の回転方向だけでなぐ工具送り方向にも鈍角をなす 3次元的に高さ位置の変化した切れ刃を構成して高応力に耐える強度を確保することができる。

[0019] また、この発明の切削工具の刃先は、この発明の方法で規定した姿勢にして使用すると、切削主分力が作用する方向に見たときに、図 2に示すように、工具前切れ刃部における切れ刃稜線 10の位置が図に鎖線で示す従来のノーズ R工具の切れ刃稜線の位置よりも内側に移り、工具を例えば、図中 A方向に送りをかけて使用したときには、切れ刃稜線 10の図中点線枠で囲んだ領域がサラエ刃 10aとして機能する。

[0020] 図 3 (a)に、従来のノーズ R工具の刃先の送り状況とこの発明の工具の刃先の送り状況を示す。また、図 3 (b)に、加工した面の送りマーク M (十点平均面粗さ Rz)を拡大して示す。図 3 (a)、図 3 (b)の一点鎖線は従来のノーズ R工具の刃先の軌跡、実線はこの発明の工具の刃先の軌跡を表している。これからわかるように、この発明の切削工具は、使用状態においてサラエ刃が創成され、サラエ刃の無いノーズ R工具に比べて加工面の面粗さも向上する。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1] (a)この発明の切削工具の一例を示す斜視図、（b)同上の工具の平面図、（c)

(b)の C C線に沿った側面図、（d) (b)の D— D線に沿った断面図、（e)同上のェ具の刃先部の拡大斜視図

[図 2]ネガランドを設けた刃先と設けていない刃先の形状を切削主分力が作用する方向に見て比較した図

[図 3] (a)従来工具とこの発明の工具の刃先の送りの軌跡を示す図、（b)従来工具とこの発明の工具の送りマークを比較した図

[図 4]この発明の工具の他の形態を示す斜視図

[図 5]この発明の工具のさらに他の形態を示す斜視図

[図 6]この発明の工具のさらに他の形態を示す斜視図

[図 7]この発明の工具の使用姿勢の説明図

[図 8] (a)この発明の工具の使用状態の概略を示す平面図、（b)この発明の工具の使用状態の概略を示す端面図

[図 9] (a)刃先部にチャンファーを付けた従来のノーズ R工具の概要を示す斜視図、（ b)同上の工具の刃先部の拡大断面図

[図 10]従来のワイパー工具の概要を示す斜視図

符号の説明

[0022] 1 切削工具

2 超硬合金製基材

2a 上面

2b 下面

2c 側面 2d クランプ穴

3 座

4 刃先チップ

4a cBN基焼結体

4b ノックメタノレ

5 ノーズ R

6 すくい面

7 前逃げ面

8 横逃げ面

9 ネガランド

9a、 9b 相反する方向に傾斜した面

10 切れ刃稜線

11 ネガランドとすくい面との間の

12 従来のサラエ刃

13 チャンファー部

20 被削材

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、添付図面の図 1乃至図 7に基づいて、この発明の CBN切削工具の実施形態を説明する。

[0024] 図 1に示す CBN切削工具 1は、菱形のネガティブ型の刃先交換式チップとして構成されたものである。この切削工具 1は、超硬合金製基材 2の対角位置にある 2つの鋭角コーナ部に座 3を形成し、 cBN基焼結体で形成される小片の刃先チップ 4を座 3 に鱲付けして取付け、その刃先チップ 4に、ノーズ R5、すくい面 6、前逃げ面 7、横逃げ面 8及びネガランド 9を設けている。左右の勝手の無い工具では、その工具の使い方によって逃げ面 7と逃げ面 8の前、横の関係が入れ替わることがあるがここでは説明の便宜上 7を前逃げ面、 8を横逃げ面と称する。

[0025] 超硬合金製基材 2は、互いに平行な上面 2a、下面 2bと、それらの面の各辺に直角に交わる 4つの側面 2cと、上面 2a、下面 2bの中心部を貫通したクランプ穴 2dを有する。面 2a、 2bは、同一構造の面であり、両者に上下の関係はなレ、が、説明の便宜上ここでは面 2aを上面、面 2bを下面と言う。この超硬合金製基材 2の上下面の各鋭角コーナ部に、 cBN基焼結体 4aと超硬合金のバックメタル 4bとからなる刃先チップ（cB N基焼結体のみで構成される単層構造の刃先チップでもよレ、） 4を鱲付けして取付けており、 4箇所のコーナ部を切削に使用することができる。刃先チップ 4を構成する cB N基焼結体は、焼き入れ鋼の高能率切削で良好な性能を得るために、 cBNを体積で 45〜99. 9%含むものを採用している。

[0026] 刃先チップ 4に設けたネガランド 9は、すくい面 6と逃げ面 7、 8の両者に対してともに鈍角に交わっている。また、そのネガランド 9は、前切れ刃として使用する切れ刃稜線 10 (頂点 Pから Q1点に向力直線 P— Q1)のすくい面 6に対する傾斜角 j3 'が 20° 以上、 35° 以下になるランドにしており、さらに、そのネガランド 9と前逃げ面 7との間に形成される切れ刃稜線 (前切れ刃となる) 10の位置力ノーズ R部の頂点 Pにおいて最大に低下し、その低下量が、頂点 Pから頂点の両側の Q1点、 Q2点の双方に向力て次第に小さくなつている。 Q1点は、すくい面 6、前逃げ面 7及びネガランド 9の 3者が交わる点であり、 Q2点は、すくい面 6、横逃げ面 8、ネガランド 9の 3者が交わる点である。ネガランド 9とすくい面 6との間に形成される稜線 11は、 Q1点から Q2点に至っている。

[0027] 経済性に優れる極力小さな刃先チップを使用して目的の工具を実現するために、ノーズ R5の R寸法は、 0. 4mm以上、 1. 6mm以下、ノーズ R部の頂角 αは、 55° 〜90° 、ノーズ R部の頂点 Ρから Q1点に至る切れ刃稜線 10(この稜線が前切れ刃として使用される)のすくい面 6に対する傾斜角 β Ίま、 20° 〜35° 、ノーズ R部の頂角ひの 2等分点におけるネガランド 9のランド幅 Wは、 0. 5mm以上、 2. 0mm以下に設定するのが好ましい。

[0028] 刃先交換式チップのノーズ部の頂角は、 ISO規格では、 55° 、60° 、 80° および 90° に分類されてレ、る（上から順に ISO分類の D、 T、 C、 S)。これらの規格に適合した刃先交換式チップにこの発明を適用する場合には、ノーズ R5の R寸法を 0. 8mm 以上、 1. 2mm以下にし、さらに、前述の傾斜角 β 'を 25° 以上、 32° 以下に、ネガランド 9の幅（頂角ひの 2等分点における最大幅） Wを 0. 5mm以上、 1. 5mm以下にそれぞれ設定するのがよい。

[0029] 刃先チップ 4は、 cBN基焼結体のみで形成された単層構造の小片チップ、又は cB N基焼結体と超硬合金などのバックメタルが一体化された積層構造の小片チップのどちらであってもよレ、。この刃先チップ 4の超硬合金製基材 2による保持は、鱲付けに限定されない。安定保持が可能であれば、一体焼結、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌め、セルフグリップ（自己拘束)式クランプ機構による固定なども利用できる。

[0030] 刃先チップ 4は、耐久性を確保するために cBN基焼結体の厚み tを、 0. 8mm以上、 1. 5mm以下にするのがよぐまた、この刃先チップ 4を超硬合金製基材 2に鱲付けする場合の鱲付け面積は、コスト低減のためのチップサイズの縮小と接合強度の確保を両立させるために 2. 5mm²以上、 5mm²以下にするがよい。また、刃先形状は、図 4に示すような右左の勝手があるものも採用できる力それよりは図 1に示すような勝手なしの設計、すなわち、ノーズ R部の頂角ひの 2等分線を基準にして対称形状にしたものが外周加工だけでなぐ端面加工にも利用できて好ましい。

[0031] 図 5、図 6は、勝手なしの刃先形状の他の例を示している。図 5の工具は、ネガランド 19を、ノーズ R部の頂角 αの 2等分線上で交差する、相反する方向に傾いた 2つの面 9a、 9bで構成している。面 9a、 9bはノーズ R部の頂角 αの 2等分線 CLを基準にして対称形状をなし、ノーズ R部の頂点 Ρの位置で高さが最も低くなつている。図 6のェ具は、平面視においてノーズ R部の頂角 αの 2等分線 CLを基準にして対称形状をなす曲面でネガランド 29を構成しており、図 5の工具の変形例と考えてよい。

[0032] 刃先交換式チップの中には、 ISO規格で超硬合金製基材 2の厚み tlが、 3. 18m m、 4. 76mm, 6. 35mmのうちのレ、ずれ力に設定され（ISO規格の 03、 04なレヽし 0 5)、その超硬合金製基材 2にクランプ穴 2dが設けられ (このクランプ穴は必須ではなレヽ）、さらにその超硬合金製基材 2が、直径 φ = 6. 35mm, 9. 525mm又は 12. 7m mの内接円寸法をもち、 cBN基焼結体で形成される刃先（ノーズ R部）の頂角ひが 8 0° に設定されたものがある。この発明は、これらの刃先交換式チップにも適用することができる。

[0033] なお、ノーズ R部近傍のすくい面に設けるネガランドは、フラットなランドに限定されない。図 5に示すように複数の面が角度をもって山折れの状態に連なったネガランド 19や、図 6に示すような曲面のあるネガランド 29であってもよレ、。また、ノーズ R部の頂角ひの 2等分線 CLを基準にして非対称形状の図 4に示すようなネガランド 39であつてもよレ、。このほか、この発明を適用する工具は、逃げ面 7をすくい面 6に対して 90 ° 以下の角度で交わらせたものや正方形の刃先交換式チップなどであってもよい。

[0034] この発明の CBN切削工具は、図 7に示す切れ刃傾き角 λと横すくい角 γ ηが共に負、前逃げ角ひ of、横逃げ角ひ os、前切れ刃角 /c f、横切れ刃角 /c sが共に正となり、さらに、図 8に示すネガランド 9の芯下がり角 /3力 ¾0° 〜35° で、ネガランド 9と前逃げ面 7との間に形成される切れ刃稜線 10の位置がノーズ R部の頂点 Pにおいて芯下がり量 h=0. 5mm以上、 1. 5mm以下となる状態に配置して旋削加工に供する。

[0035] 芯下がり角 βとは、工具の使用状態において定まる角度であり、前切れ刃として使用する稜線（ノーズ R部の頂点 Ρから Q1点に至る切れ刃稜線 10 (直線 P— Q1)のすくい面 6に対する傾き角を言う。この芯下がり角 βは、 20° 以下では効果的なサラエ刃が創成されず、また、 35° を超えると切削抵抗が大きくなつて耐欠損性改善の効果が薄れる。

[0036] 芯下がり量 hは、工具のすくい面 6と平行な面かつ被削材 20の回転軸 Oを含む面 T からの切れ刃のノーズ頂点部での低下量である。この芯下がり量 hを 0. 5mm以上、 1. 5mm以下としたときに切れ刃の耐欠損性向上と加工面の面粗度向上の効果がともに発揮される。なお、このような芯下がり配置での旋削加工は、通常行われていなレ、。

[0037] この旋削加工での工具送り量 fは、 0. lmm/rev以上、 0. 5mm/rev以下に設定するのがよい。より好ましくは、図 8(b)に示す芯下がり量 hを 0· 7mm以上、 1. 2mm 以下とし、工具送り量 fを 0. 15mm/rev以上、 0. 5mm/rev以下に設定して加工を行うのがよぐこの条件を満たすと発明の効果がより顕著に発揮される。

[0038] 以下により詳細な実施例を挙げる。

実施例 1

[0039] 表 1に示す、形状の異なる cBN基焼結体で切削に関与する部位を形成した試料番号 1〜39の CBN切削工具を用意し、下記の条件にて切削性能の評価を行った。

[0040] cBN基焼結体は、 cBN粉末と、 TiN及び A1からなる結合材粉末を超硬合金製のボールミルで混合し、超高圧装置を用いて 5GPa 1500°Cの条件で焼結したものであつて、平均粒径 3 /i mの cBN粒子を体積比で 60%含有し、残部が TiNを主成分とする Ti化合物と A1の窒化物、硼化物、酸化物などの A1化合物、及び微量の Wや Co 化合物からなる。

[0041] 本実施例で用いた切削工具は、いずれも、 cBN基焼結体を有する、厚み 1. 8mm 、ノーズ R部頂角ひ 80° 、底辺長さ 4mmの刃先チップを鋼製シャンクに直接接合したもの、あるいは、ノーズ R部頂角ひが 80° の上記と同一仕様の cBN基焼結体の刃先チップを超硬合金製基材 (台金)に接合して構成された ISO型番： CNMA120404 CNMA120408, CNMA120412, CNMA120416,及び CNMA120420に分類されるチップ形状の工具をベースにして数種類の従来形状のチャンファーやこの発明を特徴付けるネガランドを刃先に備えさせたものである。

[0042] いずれの工具も、 cBN基焼結体と超硬合金のバックメタルを有する刃先チップを鋼製シャンクや超硬合金製基材に鐡付けし、この刃先チップにすくい面とノーズ Rを研肖 IJして付与した後、前述のチャンファーやネガランドを研削して設けた。チャンファーやネガランドを付す前の cBN基焼結体の厚みは、各工具とも 1 · 5mmであり、 0· 8R 1. 2R 1. 6R 2. ORのノーズ Rを有する（工具形状の末尾の 2桁の数字が R寸法を表す）刃先チップ底面の鱲付け面積は、それぞれ 3. 15mm² 2. 90mm² 2. 55 mm 2. 10mm"であった。

[0043] 図 8で説明した工具の使用状態における切刃傾き角 λ、横すくい角 γ η、前逃げ角、横逃げ角、前切れ刃角、横切れ刃角は、それぞれ、上から順に 5° 5° 5° 5° 5° 5° とし、各試料とも諸元が同一となるようにした。また、前切れ刃となる稜線の芯下がり量 h、ネガランド幅 W、前記稜線の芯下がり角 /3は表 2に示す値に設定し、さらに、被削材及び切削条件は以下の通りとした。

[0044] 被削材: JIS型番： SCR415H外周加工（DIN型番： 15Cr3相当品）、硬度 HRc58

60

切削速度： V= 150mZmin

切り込み： d=0. 2mm

送り量： f = 0. 3mm/rev 加工形態：丸棒の外径部の連続加工、クーラントなし

[0045] 評価試験の結果を表 1に併せて示す。

[0046] [表 1]

[0047] ※ェ

•No.：!〜 No.10の工具は、従来形状の cBN基焼結体を刃先部に鐡付けしたチップ ( 従来のノーズ R工具)であり、それぞれ 0· 4R〜2. ORのノーズ Rを有し、かつ、刃先稜線部に、幅 CW: 0. 15〜0. 4mm、チャンファー角 γ : 25° 〜45° の刃先稜線と平行な一定幅のチャンファーを有する。

•No.11、 12は、従来形状の cBN基焼結体を刃先部に使用した鱲付けチップ (従来のワイパー工具)であり、 0. 8Rのノーズ Rと、 No.10までの工具と同一仕様のチャンファーを有し、そのチャンファーに加えてさらにワイパー幅 WW: 0. 5mmのサラエ刃を有する。

•No.：!〜 38は、切削に関与する部分に cBN基焼結体を用いた刃先交換式チップを、一辺の寸法が 25mmの角柱状鋼製ホルダにピンロック方式のクランプ機構で固定した工具。試料 No.39は、切削に関与する部分に cBN基焼結体を用いた刃先チップを一辺の寸法が 25mmの角柱状鋼製シャンクに直接鱲付けした工具である。旋盤タレット部からの刃先までの突き出し量は、全試料とも 40mmにした。

• cBN基焼結体の鐡付けは、 72wt%Ag— 25wt%Cu— 3wt%Tiの組成の活性鱲材を使用して行った。

[0048] ※2

•加工面の面粗度 (以下単に面粗度という)と加工面の残留応力 (以下単に残留応力という)の測定は、切削開始から 5分後の時点で、欠損を生じていない工具で加工した面について行った。

'面粗度は、 JIS B0601に準拠した十点平均粗さ（Rz)であり、カットオフ 0. 8 /i m、基準長さ 4mmの条件で被削材の軸方向で測定した。

•残留応力は、微小部 X線応力測定装置と化学処理を用いたエッチングにより、表面から 20 x mの深さの残留応力を測定し、表 1中の—記号は圧縮応力が残留していることを表す。

[0049] 実施例 1の試験結果を表 1に併せて示す。

一総評一

ネガランドを設けた Νο.13〜Νο.39の工具の中でも、前述の芯下がり量 hを 0. 5mm 以上、 1. 5mm以下に設定して使用するこの発明の CBN切削工具（No.13〜： 17、 19〜21、 24〜28、 32〜35、 37〜39)は、従来の CBN切肖 'J工具（No.：!〜 Νο· 12)と比較すると欠損までの工具寿命、面粗度、残留応力のいずれにおいても優れるが、芯下がり量 hを 0. 7〜： 1. 2mmとして使用したものが特に良好な面粗度を達成している。

[0050] 芯下がり量 hがこの発明の規定範囲外の No.30、 31の工具は、 3次元的に変位した稜線によって創成されるサラエ刃と被削材の加工面との間の隙間が大きぐそのために、面粗度が悪い。

[0051] No.13〜： 17、 19〜21、 24〜28、 32〜35、 37〜39より、前切れ刃となる稜線の芯下がり角 j3力 ¾0° 以上、 35° 以下であるこの発明の CBN切削工具の中でも特に、芯下がり角 β力 ¾5° 〜35° のものが良好な面粗度を達成している。芯下がり角 β 力 S45° の No. l8とNo.29のェ具は、切削抵抗が大きく加工が不安定になって切れ刃の欠損を招き短寿命になっている。

[0052] また、ネガランドの幅 Wが 0. 5mm以上、 2. Omm以下のこの発明の工具、中でもネガランドの幅 W力 SO. 5mm〜： 1. 5mmの工具（No.14〜： 17、 19、 20、 24〜28、 32 〜34、 37〜39)が、 No.：!〜 12の従来工具と比較して寿命、面粗度、残留応力ともに良好な結果が得られている。このネガランドの幅 Wが 3. Ommの試料 No.22は、ノーズ R部の頂点 Pにおける切れ刃稜線のすくい面からの低下量が大きくなつた分、 cBN 基焼結体の刃先チップ厚みが薄くなり、それによる強度低下によって早期に欠損した。また、このネガランドの幅 Wが 0. 45mmの No.23の工具は、前述の切れ刃稜線のすくい面からの低下量を十分に確保できず、 Q1点を超えた位置でも切削が行われるため、面粗度が低下し、切れ刃の欠損も比較的早期に発生している。

[0053] なお、 cBN基焼結体の厚みは、厚くするほど強度を確保し易レ、が、その厚みが 1.

5mmを超えると高価な cBNの使用量が増加し、工具製造時の研削性も悪くなるので、製造コストの観点から 1. 5mm以下にするのが望ましい。

[0054] この発明の CBN切削工具は、 No.：!〜 No.12の従来工具と比較して残留圧縮応力が大きい。中でも、被削材切削面の軸方向 (工具送り方向)圧縮応力の残留が顕著である。これは、この発明の工具の刃先形状が、従来のチャンファー形状やワイパー形状と違って工具送り方向にも強力なバニッシュ作用を発揮したからであると推測される。

[0055] なお、 No.：! No.12の従来工具は、 cBN基焼結体からなる刃先チップだけでなく、超硬合金の台金にもチャンファーやホーユング力卩ェを施す必要がある。これに対し、この発明の CBN切削工具は、ネガランド付与のための研磨やホーユングを刃先部分のみに行えばよぐ生産性や製造コストの面でも従来工具に比べて有利になる。実施例 2

[0056] 表 2に示す Νο.41 Νο· 56の工具を準備した。ここで用いた工具は、いずれも、底辺長さ 4mm、厚み 1. 1mmの cBN基焼結体 (組成は実施例 1のものと同じ)と厚み 0. 7mmの超硬合金製バックメタルが一体焼結された刃先チップを超硬合金製基材（台金）にバックメタルを鱲付けして取り付けた、 ISO型番の CNMA120412 CNMA1 20416 CNMA120420に分類される頂角 α 80° の菱形の刃先交換式チップをベースにしてそのチップの cBN基焼結体に数種類のチャンファーや、実施例 1と同様の平面状ネガランドなどを付加したものである。超硬合金製基材に対する刃先チップの鐡付けは、 Cu50wt%— Ti25wt%— Zr25wt%の組成の活性鱲材を用いて行つた。

[0057] 各工具とも、基材に刃先チップを鱲付けした後、 cBN基焼結体のすくい面とノーズ Rを研削加工し、その後、チャンファーやネガランドをつけるための刃先加工を行った。チャンファーやネガランドを付す前の cBN基焼結体の厚みは、 No.56の工具が 0. 7mmで、その他の工具は全て 0. 8mmである。 0. 8R 1. 2R 1. 6R 2. ORの 4種類のノーズ Rを有する工具の刃先チップ底面の鱲付け面積は、上から順に 3. 15mm 2 2. 2. 55mm² , 2. 10mm²であった。

[0058] いずれの工具も、図 7で説明した使用状態における切れ刃傾き角 λ、横すくい角 γ η、前逃げ角ひ of、横逃げ角ひ os、前切れ刃角 κ f、横切れ刃角 sが、それぞれ上力順に一 5° 5° 5° 5° 5° 5° になる設定にし、前切れ刃となる稜線の芯下がり量 h、ネガランド幅 W、前記稜線の芯下がり角 βは、表 2に示す値に設定し、さらに、被削材及び切削条件は以下の通りとした。

[0059] 被削材： JIS型番： SCR415Η端面加工（DIN型番： 15Cr3相当品）、硬度 HRc58 〜60

切削速度： V = 12 Om/min

切り込み： d=0. 25mm

送り量： f = 0. 1〜0. 6 mm/rev

加工形態：円盤端面部の断続切肖 I」、クーラントなし [0060] 評価試験の結果を表 2に示す。

[0061] [表 2]

〕〔※画：！

•No.41〜No.47の工具は、 cBN基焼結体を刃先部に鐡付けしたチップであり、それぞれ 0. 8R〜2. ORのノーズ Rを有し、かつ、刃先稜線部に、幅 CW: 0. 15m m、チャンファー角 γ : 25° の刃先稜線と平行な一定幅のチャンファーを有する (従来のノーズ R工具)。

•Νο.48の工具は、 cBN基焼結体を刃先部に使用した鱲付けチップであり、 1. 2 Rのノーズ Rと、 Νο.41〜Νο·47の工具と同一仕様のチャンファーを有し、そのチャンファーに加えてさらにワイパー幅 WW: 0. 5mmのサラエ刃を有する (従来のワイパー工具)。

•No.49〜No.55の工具は、切削に関与する部分に cBN基焼結体を用いた刃先交換式チップを、実施例 1と同様に一辺の寸法が 25mmの角柱状鋼製ホルダにピン口ック方式のクランプ機構で固定した工具であり、旋盤タレット部からの刃先までの突き出し量は、全試料とも 40mmにした。

[0063] ※2

•加工面の面粗度の測定は、切削開始から 2個を加工した時点で、切れ刃に欠損を生じていない工具について行った。測定値は実施例 1と同じ Rz表示である。

[0064] 総評

高硬度の焼き入れ鋼の切削では、工具の刃先に極めて大きな配分力が負荷される。特に、本実施例のような高送り、大切り込み条件での断続切削加工では、大きな背分力が衝撃として刃先に負荷されるため、工具のすくい面にフレーキング欠損（貝殻状の欠け）を生じやすくなり、表 2の Νο.41〜Νο·56までの工具で欠損を生じたものは

、いずれもそのフレーキング欠損であった。

[0065] 従来工具でも、ノーズ Rを大きくすることにより高送りによる高能率切削用途においてもある程度の寿命を期待できるが、ノーズ Rを大きくしすぎると刃先チップの鱲付け面積が減少し、そのために高送り条件で高切削抵抗が負荷されると、鱲付け部が破壊されて刃先チップの外れが発生する (Νο.45、 46)。

[0066] また、チャンファー角 γ力 40° の No.47の工具は、鱲付け部が外れる前の切削初期に切れ刃の欠損が発生し、短寿命となっている。これは、チャンファー角 _Ίが大きすぎるために切れ味が悪ぐ切削抵抗が増加したことが原因と推定される。 [0067] Νο·48のサラエ刃を有するワイパー工具は、刃先チップの鐡付け部の外れは生じていないが、 Νο.41〜Νο·46の工具と同様、フレーキング欠損が生じた。

[0068] 一方、 Νο·50〜Νο.54、 56のこの発明の工具は、送り量 0. 15mm/rev〜0. 5mm /revの広範囲な高送り条件下でも鱲付けした刃先チップの外れは発生しておらず、更にフレーキング欠損も抑制されており、また、実施例 1の結果と同様に、切れ刃の 3 次元的変位によって創成されたサラエ刃の効果によって良好な面粗度を達成している。

[0069] No.50〜No.54、 56のこの発明の工具がフレーキングを発生しにくくなつた理由は、大きな背分力が衝撃的に工具刃先に負荷されたときに、脆性材料である cBN基焼結体に対して主分力方向（すくい面法線方向）に引っ張り応力が加わるが、この発明の工具は、ネガランドの作用によって、主分力方向、工具送り方向のいずれにおいても、切り屑生成の反作用として大きな圧縮応力が刃先に負荷され、前記背分力による引っ張り応力をキャンセルするためと考えられる。

[0070] Νο·55の工具は、鐡付けした刃先チップの外れが発生し、 Νο.50〜Νο·54の工具と比較し、面粗度も悪い。これは、送り量が 0. 6mm/revと極めて過酷であったためである。

No.49の工具では、切削初期からのビビリ発生により、従来工具よりも面粗度が劣る結果となった力これは送り量が 0. 08mm/revと小さい低送り条件では、この発明の工具形状の場合固有振動が発生しやすくなつたためと推定される。従って、この発明の工具は、送り量を 0·：!〜 0· 5mm/revとする加工条件が適しており、 0· 12〜0 . 5mm/revでの使用がより好ましぐ加工能率を重視した場合には、 0. 15-0. 5 mmZrevにするとさらに好ましい。

[0071] No.56の工具は、 No.44の従来工具と比較して耐欠損性が向上し、面粗度についても改善されているが、 cBN基焼結体の厚みが 0. 8mmであり、工具剛性がより高い No.52の工具は、 No.56の工具よりも耐欠損性がさらに向上している。

実施例 3

[0072] 表 3に示す Νο.61〜Νο·71の工具を準備した。ここで用いた工具は、実施例 1と同じ材種の cBN基焼結体と超硬合金製バックメタルが一体焼結された刃先チップを超硬合金製基材に超硬バックメタルを鱲付けして接合した ISO型番の D (頂角 α =55° ) 、丁(頂角ひ=60° )、C (頂角 α=80° 、及び S (頂角 α=90° )の菱形の刃先交換式チップをベースにしてそのチップの cBN基焼結体に数種類のチャンファーと、図 1、図 5、び図 6に示す形状のネガランドを付加したものである。

[0073] No.67の工具は、刃先部のネガランドを加工した後にさらに、基材を含めた表面に

PVD法（アークイオンプレーティング）で（Ti A1 )^^の組成の硬質膜を3 111厚さ

0.5 0.5

に被覆した。

[0074] 各工具とも、基材に刃先チップを鱲付けした後、 cBN基焼結体のすくい面とノーズ Rを研削加工し、その後、チャンファーやネガランドをつけるための刃先加工を行った。チャンファーやネガランドを付す前の cBN基焼結体の厚みは、いずれの工具も 1. 2mmであり、刃先チップ底面の鱲付け面積は、 2.90mm²とした。また、超硬合金製基材に対する刃先チップの鱲付けは、実施例 2と同じ組成の活性鱲材を用いて行つた。

[0075] 各工具の、図 7で説明した使用状態における切れ刃傾き角え、横すくい角 γ n、前逃げ角 a of、横逃げ角 a os、前切れ刃角 _K f、横切れ刃角 κ sは、 D型番の工具については上から順に（一7° 5° 7° 5° 32° 3° )とし、また、 T型番の工具については（— 6° 6 6 6 15° 15° )、C型番の工具については（— 5° 5° 5 5 5° 5° )、 S型番の工具については（— 5° 6° 5 6° 15° 15° )とした。また、各工具ともノーズ Rは 0.8mmに統一した。また、前切れ刃となる稜線の芯下がり量 h、ネガランド幅 W、前記稜線の芯下がり角 βは、表 3に示す値に設定し、さらに、被削材及び切削条件は以下の通りとした。

[0076] 被削材: JIS型番： SCR415H端面加工（DIN型番： 15Cr3相当品）、硬度 HRc48

60 (表面から深さ方向に硬度が変ィ匕 (低下)し、切り込み lmmの深さ位置の硬度が HRc48)

切削速度： V= lOOmZmin

切り込み： d=l. Omm

送り量： f = 0.2mm/rev

加工形態：外径と端面の面積の割合が 1： 1の複合加工（浸炭層除去加工）、外径と端面の境界は 0. 8R以下の R面にする必要がある。ェマルジヨンタイプ 20倍希釈のク一ラント使用

[0077] 評価試験の結果を表 3に示す。

[0078] [表 3]

[0079] ※ェ

•No.61、 63、 65、 70の工具は、従来形状の cBN基焼結体を刃先部に使用した鱲付けチップであり、それぞれが 0. 8Rのノーズ Rを有し、かつ刃先稜線部に幅 CW: 0 . 15mm,チャンファー角 _Ί : 25° のチャンファーを設けた（従来工具と比較例）。

•Νο.67の工具は、刃先諸元は Νο.66の工具と同じである力基材を含めた表面に、 (Ti Al ) Nの組成の硬質膜を PVD法で被覆している。

•表 3の各工具は実施例 1と同様、切削の関与する部分に cBN基焼結体を用いた刃先交換式のチップを、一辺の寸法が 25mmの角柱状の鋼製ホルダにピンロック方式で固定した工具であり、旋盤タレット部からの工具刃先までの突き出し量はいずれの工具も 40mmとした。

[0080] ※2

•面粗度 Rzの測定は、切削開始後 15分の時点で実施例 1と同様にして行った。逃げ面の摩耗量については、切削開始後 15分の時点で、実態顕微鏡で観察しながら測定した。また、切り屑の長さについては、切削開始後 5分の時点での切り屑を回収してその長さを測定した。

[0081] 総評

本実施例では、被削材の外径と端面の境界部の形状の制約により、 0. 8R以下のノーズ Rを有する工具での加工が必須である力 S、高送りでの高能率加工であるために、 No.61、 63、 65、 70の従来工具は送り分力の上昇に起因する欠損が発生して短寿命になっている。

[0082] 一方、 Νο·62、 64、 66〜69、 71のこの発明の工具は、いずれも大幅に耐欠損

性が向上している。実施例 2と同様に、ネガランドの作用によって、主分力方向、工具送り方向のいずれにおいても、切り屑生成の反作用として大きな圧縮応力が刃先に負荷され、前記背分力による弓 Iつ張り応力をキャンセルすることが耐欠損性の向上に寄与していると推測される。

[0083] ネガランドを、頂角ひの 2等分線を基準にして対称形状、かつ、相反する方向に傾く面で構成してネガランドの中央部をノーズ R部の頂点側に突き出させた No.68、 No. 69の工具は、平面のネガランドを有するもの (No.62、 64、 66、 67)よりも更に切削性能が向上している。

[0084] また、この発明の工具はネガランドの効果により、本実施例のような大切り込み、高送り条件で焼入れ鋼を旋削加工する際に大きな問題となっている、太く連続した切り屑の被削材、冶工具への絡まりも防止可能という結果が得られた。具体的には、 No. 61、 63、 65、 70の従来工具では、 300mm前後の長い切り屑が発生していたのに対し、この発明の工具では、いずれも切り屑が 60mm以下の処理性に優れる長さに分断されており、自動車部品などのマスプロダクションにおいての設備稼働率の向上、不良品の低減にも効果を奏する。

[0085] No.66の工具の表面に TiAIN膜をコーティングした No.67の工具は、逃げ面摩耗量が大幅に低減されており、コーティング工具となすことで更なる長寿命化を達成している。

[0086] 以上述べたように、この発明の工具とこれを使用するこの発明の旋削加工方法は、 cBN基焼結体のノーズ R部近傍のすくい面に切れ刃稜線の位置を 3次元的に変化させるネガランドを形成し、旋削加工において被削材の回転方向、工具送り方向のどちらに対してもバニッシュ作用を有する高強度の鈍角切れ刃を形成することを可能ならしめ、さらに、この工具を一般的には考えられない芯下がり角と芯下がり量の状態に配置することで前切れ刃となる稜線にサラエ刃を創成するので、一般に相反する事象であるがゆえに従来工具では不可能であった高送りによる高能率加工と高精度加工を両立させ、なおかつ、安定的な長寿命を達成することができる。また、高精度加工により、被削材の加工面の疲労強度向上や嵌め合わせ部のシール性向上も達成できるとレ、う効果を有する。

[0087] なお、この発明の工具は、焼き入れ鋼の高能率旋削加工に利用すると特に大きな効果を期待できるが、難削材の一種である焼結合金の切削でも優れた効果を期待できる。

Claims

請求の範囲

[1] 切削に関与する部位が cBN基焼結体によって形成された切削工具であって、前記 cBN基焼結体が、前逃げ面、横逃げ面、ノーズ1、すくい面、及びノーズ R部近傍のすくい面に形成されるネガランドを有し、前記ネガランドとすくい面との間に形成される稜線が前記前逃げ面、すくい面及びネガランドの 3者が交わる Q1点から横逃げ面、すくい面及びネガランドの 3者が交わる Q2点に至り、前逃げ面と前記ネガランドとの間及び横逃げ面と前記ネガランドとの間にそれぞれ形成される切れ刃稜線の位置がノーズ R部の頂点 Pにおいてすくい面から最大に低下し、その低下量が、頂点 Pから前記 Q1点と Q2点に向かって次第に小さくなつており、さらに前記頂点 Pと前記 Q1点を結んだ直線 P— Q1のすくい面に対する傾斜角 iS 'が 20° 以上、 35° 以下に設定されていることを特徴とする高品位'高能率力卩ェ用 CBN切削工具。

[2] ノーズ R寸法を 0. 4mm以上、 1. 6mm以下、ノーズ R部の頂角 αを 55° 〜90° に設定した請求項 1に記載の高品位 ·高能率加工用 CBN切削工具。

[3] ネガランドの幅 Wを 0. 5mm以上、 2. Omm以下に設定した請求項 1又は 2に記載の高品位 ·高能率力卩ェ用 CBN切削工具。

[4] ノーズ R寸法を 0. 8mm以上、 1. 2mm以下、前記ネガランドの傾斜角 β 'を 25° 以上、 32° 以下、前記ネガランドの幅 Wを 0. 5mm以上、 1. 5mm以下にそれぞれ設定した cBN基焼結体が超硬合金製基材のコーナに保持され、その cBN基焼結体を保持したコーナが複数あり、全体が刃先交換式チップとして構成された請求項 2又は 3に記載の高品位 ·高能率加工用 CBN切削工具。

[5] 刃先がノーズ R部の頂角ひの 2等分線を基準にして対称形状をなす請求項 1乃至 4 のいずれかに記載の高品位 ·高能率加工用 CBN切削工具。

[6] 前記ネガランドを、頂角ひの 2等分線を基準にして対称形状、かつ、相反する方向に傾く面で構成した請求項 5に記載の高品位 ·高能率加ェ用 CBN切削工具。

[7] 請求項 1乃至 6のいずれかに記載の CBN切削工具を、使用状態における切れ刃傾き角と横すくい角が共に負、前逃げ角、横逃げ角、前切れ刃角が共に正となり、さらに、ノーズ R部の頂点から前記 Q1点に至る前切れ刃のすくい面に対する芯下がり角 i3力 ¾0° 〜35° でネガランドと逃げ面との間に形成される切れ刃稜線のノーズ頂点 Pでの位置が、工具のすくい面と平行な面かつ被削材の回転軸を含む面から 0. 5 mm以上、 1. 5mm以下芯下がりとなる状態に配置し、この工具を被削材に切り込ませ、 0. lmm/rev以上、 0. 5mm/rev以下の送りをかけて切削を行う旋削加工方法。

[8] 切れ刃稜線のノーズ頂点 Pでの芯下がり量を 0. 7mm以上、 1. 2mm以下に設定し、さらに工具の送り量を 0. 15mmZrev以上、 0. 5mmZrev以下に設定して外径加ェを行う請求項 7に記載の旋削加工方法。

[9] 焼き入れ鋼を被削材としてその焼き入れ鋼の旋削加工を行う請求項 7又は 8に記載の旋削加工方法。