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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz, der sowohl eine hohe Kantenfestigkeit als auch eine hohe Kolkverschleißbeständigkeit aufweist.
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Stand der Technik
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Einige Schneideinsätze, die eine hohe Kantenfestigkeit aufweisen sollen, umfassen eine Kante, die durch die Bildung eines Schneidrückens auf einer Spanfläche entlang einer Schneidkante verstärkt wird (siehe PTL 1).
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Bildet eine hohe Kantenfestigkeit bei einem Schneideinsatz einen wesentlichen Faktor, ist es erforderlich, dass der Spanwinkel eines Schneidrückenabschnitts verringert, ein negativer Schneidrücken mit einem negativen Spanwinkel gebildet, oder die Breite des Schneidrückens erhöht wird.
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Soll ein Schneideinsatz eine Kolkverschleißbeständigkeit aufweisen, wird ein Verfahren, bei dem beispielsweise der Spanwinkel des Schneidrückenabschnitts erhöht, die Breite des Schneidrückens verringert oder auf den Schneidrücken verzichtet wird, verwendet.
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Beispielsweise wird in der PTL 2 eine Schneidkante ohne Schneidrücken an einem Eckabschnitt mit einer bogenförmigen Kante angeordnet. Dies soll die Kolkverschleißbeständigkeit erhöhen.
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Zitationsliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 9-57507
- PTL 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-66812
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wird der Spanwinkel des Schneidrückenabschnitts eines Schneideinsatzes verringert oder die Breite des Schneidrückens erhöht, um dem Erfordernis einer hohen Kantenfestigkeit zu genügen, nimmt die Kolkverschleißbeständigkeit des Schneideinsatzes ab.
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Wird der Spanwinkel des Schneidrückenabschnitts eines Schneideinsatzes erhöht, die Breite des Schneidrückens verringert, oder auf den Schneidrücken verzichtet, um dem Erfordernis einer hohen Kolkverschleißbeständigkeit zu genügen, nimmt die Kantenfestigkeit des Schneideinsatzes aller Voraussicht nach ab.
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Somit ist es schwierig, gleichzeitig eine hohe Kantenfestigkeit und eine hohe Kolkverschleißbeständigkeit zu gewährleisten, da es zwischen diesen beiden Anforderungen nur eine Kompromisslösung gibt.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz bereitzustellen, der sowohl hohe Kantenfestigkeit als auch eine hohe Kolkverschleißbeständigkeit aufweist, um dadurch die Lebensdauer des Schneideinsatzes zu verbessern.
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Lösung des Problems
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Zur Erzielung der obigen Aufgabe umfasst ein Schneideinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung eine Spanfläche, eine Flankenfläche, eine Schneidkante, die an einem Grat gebildet ist, an dem sich die Spanfläche und die Flankenfläche schneiden, einen Schneidrücken, der auf der Spanfläche entlang der Schneidkante vorgesehen ist, eine Spanbrecher-Nut, die in der Spanfläche innerhalb des Schneidrückens vorgesehen ist, und eine gekrümmte Oberfläche, die zwischen einer Nutfläche der Spanbrecher-Nut und dem Schneidrücken gebildet ist. Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche beträgt 0,5 mm oder mehr.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Der zuvor beschriebene Schneideinsatz weist sowohl eine hohe Kantenfestigkeit als auch eine hohe Kolkverschleißbeständigkeit auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Draufsicht eines Beispiels eines Schneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine vergrößerte Draufsicht eines spitzwinkeligen Eckbereichs des Schneideinsatzes der 1.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 2.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in 2.
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5 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Span zeigt, der abgeführt wird, während er über eine gekrümmte Oberfläche zwischen einem Schneidrücken und einer Nutfläche einer Spanbrecher-Nut gleitet.
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6 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Span zeigt, der in einem Fall abgeführt wird, bei dem keine gekrümmte Fläche zwischen dem Schneidrücken und der Nutfläche der Spanbrecher-Nut angeordnet ist.
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7 zeigt ein Diagramm, das das Messergebnis von Kolkverschleiß einer Spanfläche in einem Bewertungstest darstellt.
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8 zeigt ein Verfahren zur Messung einer Kolkverschleißbreite in dem Bewertungstest.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden wird ein Schneideinsatz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
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1 zeigt ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf einen zum Drehen verwendeten rhombischen Schneideinsatz angewandt wird.
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Ein Schneideinsatz 1 des vorliegenden Beispiels ist ein negativer Schneideinsatz, bei dem eine Seitenfläche, die eine Flankenfläche 3 bildet, senkrecht zu einer oberen Oberfläche, die eine Spanfläche 2 bildet, angeordnet ist. Ein Grat, an dem sich die Spanfläche 2 und die Flankenfläche 3 schneiden, wird als Schneidkante 4 verwendet.
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Die Schneidkante 4 umfasst eine Eckschneidekante 4a, die einen vorbestimmten Schneidradius R aufweist, und eine lineare Schneidkante 4b, die zwischen benachbarten Schneidkanten 4 angeordnet ist.
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Die Spanfläche 2 des Schneideinsatzes 1 umfasst einen Schneidrücken 5, der sich entlang der Schneidkante 4 erstreckt; eine Spanbrecher-Nut 6, die von der Position des Schneidrückens 5 abfällt; einen Spanbrecher-Grat 7; und einen mittleren Schneidrückenabschnitt 8.
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Ist der Schneideinsatz 1 ein einseitiger Schneideinsatz, ist die untere Fläche (nicht dargestellt) eine ebene Fläche. Ist der Schneideinsatz 1 ein doppelseitiger Schneideinsatz, ist die untere Fläche mit der gleichen Spanbrecher-Nut, dem Spanbrecher-Grat und dem mittleren Schneidrückenabschnitt 8 ausgebildet, wie die obere Fläche, wobei die obere Fläche und die untere Fläche endbearbeitet werden, sodass sie die gleiche Form aufweisen.
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Falls erforderlich, wird zur Befestigung ein Durchgangsloch (nicht dargestellt) in der Mitte des mittleren Schneidrückenabschnitts 8 gebildet, das sich von der oberen Fläche zur unteren Fläche erstreckt.
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2 zeigt eine vergrößerte Draufsicht eines spitzwinkeligen Eckbereichs 9 des Schneideinsatzes 1 von 1. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Winkelhalbierenden (Linie D-D in 2) des Eckwinkels des Eckabschnitts 9.
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4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie E-E von 2, die senkrecht zu der linearen Schneidkante 4b verläuft. Linie E-E in 2 ist mit einem Abstand C von einem Ende der Ecke angeordnet. Der Abstand C ist größer als der Schneidradius R des Eckabschnitts 9.
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Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, ist der Schneidrücken 5 des Schneideinsatzes 1 in dem vorliegenden Beispiel eine positiver Schneidrücken, der einen positiven Spanwinkel θ1 und θ2 aufweist. Jedoch kann der Schneidrücken 5 ein negativer Schneidrücken sein, dessen Spanwinkel 0° oder einen negativen Winkel aufweist. Der Spanwinkel ist ein Winkel in Bezug auf eine Linie, die parallel zu der oberen Fläche des mittleren Schneidrückenabschnitts 8 verläuft.
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Die Spanwinkel θ1 und θ2 des Schneidrückens 5 liegen unter Berücksichtigung des Effektes, die die Anordnung des Schneidrückens 5 bewirkt (Verbesserung der Kantenfestigkeit), vorzugsweise in einem Bereich von etwa –10° bis +15°. Der Spanwinkel θ1 und der Spanwinkel θ2 können gleich oder auch nicht gleich sein.
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Wie in 3 gezeigt, weist die Spanfläche 2 des Eckbereichs 9, die eine Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6 ist, einen Spanwinkel θ4 auf. Vorzugsweise beträgt θ4 unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen dem reibungslosen Abführen eines Spans und der Kantenfestigkeit etwa 20° bis 70°.
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Eine gekrümmte Oberfläche 10 ist zwischen dem Schneidrücken 5 und der Spanfläche 2, die von einem inneren Ende des Schneidrückens 5 abfällt, das heißt, die Nutfläche 6a mit dem Spanwinkel θ4, angeordnet. Die gekrümmte Oberfläche 10 weist eine konvexe Form auf, und ein Ende der gekrümmten Oberfläche 10 ist mit dem Schneidrücken 5 gleichmäßig verbunden. Das andere Ende der gekrümmten Oberfläche 10 kann, wie in der Figur gezeigt, mit der Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6 gleichmäßig verbunden sein, oder kann durch einen abgewinkelten Abschnitt oder einem gestuften Abschnitt mit der Nutfläche 6a verbunden sein.
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Der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 10 in 3 beträgt 0,5 mm oder mehr. Durch Anordnen einer derartigen gekrümmten Oberfläche mit einem vergleichsweise großen Krümmungsradius zwischen dem Schneidrücken 5 und der Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6 kann unter Aufrechterhaltung einer hohen Kantenfestigkeit der Kolkverschleiß reduziert werden.
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Selbst wenn die gekrümmte Oberfläche 10, die einen Krümmungsradius von 0,5 mm oder mehr aufweist, gebildet wird, wird die Dicke des Schneidrückens 5 im Vergleich mit einem Fall, bei dem die gekrümmte Fläche 10 nicht vorgesehen ist, nicht wesentlich verringert. Daher kann eine hohe Kantenfestigkeit beibehalten werden.
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Durch Anordnen der gekrümmten Oberfläche 10 wird die effektive Breite des Schneidrückens 5 verringert. Daher wird ein Span A, wie in 5 gezeigt, durch die gekrümmte Oberfläche 10 gelenkt und abgeführt, während er mit der gekrümmten Oberfläche 10 über einen größeren Bereich in Kontakt ist (während er über die gekrümmte Oberfläche 10 gleitet). Somit wird der durch den Span A auf der Spanfläche 2 aufgebrachte Kontaktdruck verteilt und der Kolkverschleiß verringert.
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Ist die Nutfläche 6a, wie in 6 gezeigt, durch einen abgewinkelten Abschnitt mit dem Schneidrücken 5 verbunden, wird der Span A, der mit der Oberfläche des Schneidrückens 5 in Berührung gekommen ist, tendenziell abgeführt, während er von der Nutfläche 6a getrennt wird. Daher konzentriert sich der Flächendruck auf einen Kontaktpunkt, an dem der Span A die Oberfläche des Schneidrückens 5 berührt, wodurch sich der Kolkverschleiß erhöht.
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Die zuvor beschriebene gekrümmte Oberfläche 10 löst dieses Problem auf effiziente Weise. Durch Bereitstellen der gekrümmten Oberfläche 10 wird selbst dann, wenn der Spanwinkel des Schneidrückens 5 verringert ist (und somit die Kantenfestigkeit erhöht ist), das Auftreten von Kolkverschleiß reduziert.
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Bei der Herstellung des Schneideinsatzes 1 unter Verwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens wird eine gekrümmte Oberflächenform (mit einem Krümmungsradius von etwa 0,2 mm) einer Pressform, die der Vermeidung einer Spannungskonzentration dient, auf einen Überkreuzungsabschnitt zwischen dem Schneidrücken 5 und der Nutfläche 6a übertragen. Da jedoch der Krümmungsradius zu klein ist, erfolgt keine Verteilung des Kontaktdrucks des Spans A.
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3 veranschaulicht einen Abstand L von der Eckschneidkante 4a zu einem Verbindungspunkt zwischen dem Schneidrücken 5, der entlang der Eckschneidkante 4a ausgebildet ist, und der gekrümmten Oberfläche 10. Vorzugsweise liegt der Abstand L im Bereich von etwa 0,05 mm bis 1/3 L (wobei L, die in der vorliegenden Erfindung als Schneidrückenbreite L bezeichnet wird, den Abstand von der Schneidkante 4 zu dem Schnittpunkt einer gedachten Ebene, die eine Verlängerung des Schneidrückens 5 ist, und einer gedachten Ebene, die eine Verlängerung der Nutfläche 6a ist, bildet). Ist der Abstand L kleiner als 0,05 mm, ist es schwierig, eine hohe Kantenstabilität aufrechtzuerhalten.
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Ist der Abstand I größer als 1/3 L, berührt der Span A mit hoher Wahrscheinlichkeit die Oberfläche des Schneidrückens 5, ohne die gekrümmte Oberfläche 10 zu erreichen, wodurch sich die Wirkung des Anordnens der gekrümmten Oberfläche 10 verringert.
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4 zeigt einen Abschnitt des Schneideinsatzes 1 des vorliegenden Beispiels, der die lineare Schneidkante 4b umfasst. In diesem Abschnitt liegt die Schneidrückenbreite L im Bereich von etwa 0,15 mm bis 0,8 mm, und die Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6, die einen Spanwinkel von θ3 aufweist, ist über eine gekrümmte Oberfläche 11 mit dem Schneidrücken 5 verbunden. Die lineare Schneidkante 4b ist in einem Bereich gebildet, der durch einen Abstand, der wesentlich größer als der Schneidradius R ist, von einem Ende einer Ecke des Schneideinsatzes getrennt ist.
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Die gekrümmte Oberfläche 11 in dem Abschnitt mit der linearen Schneidkante 4b ist vorgesehen, um eine Kante zu entfernen. Daher ist der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 11 sehr klein. Beispielsweise beträgt der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 11 in 4 0,2 mm oder weniger.
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Vorzugsweise liegt der Spanwinkel θ3 der Nutfläche 6a, so wie der Spanwinkel 84 der Nutfläche 6a an dem Eckabschnitt 9, an dieser Position im Bereich von etwa 20° bis 70°. Der Spanwinkel θ4 der Nutfläche 6a an dem Eckabschnitt 9 und der Spanwinkel θ3 der Nutfläche 6a an dem linearen Schneidkantenabschnitt können gleich oder auch nicht gleich sein.
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Weil das Auftreten von Kolkverschleiß in einem Bereich entlang der linearen Schneidkante 4b sehr unwahrscheinlich ist, wie beispielsweise im Schneideinsatz 1 des vorliegenden Beispiels, wird der Bereich, verglichen mit einem Bereich entlang der Eckenschneidkante 4a, vorzugsweise mit Schwerpunkt auf die Festigkeit gestaltet. Durch gemeinsames Verwenden der in 3 gezeigten Querschnittsstruktur und der in 2 gezeigten Querschnittstruktur, kann der Schneideinsatz 1 mit hoher Gesamtfestigkeit gebildet werden.
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Der Spanbrecher-Grat 7, enthält den mittleren Schneidrückenabschnitt 8 und eine Spanbrecherwand 7a, die den mittleren Schneidrückenabschnitt 8 umgibt. Der Spanbrecher-Grat 7 ist ein Grat, bei dem die Spanbrecherwand 7a, die einen Abführwiderstand auf einen Span ausübt, diagonal von einem Nutboden der Spanbrecher-Nut 6 in Richtung des mittleren Schneidrückenabschnitts 8 ansteigt. Der Spanbrecher-Grat 7 ist derart geformt, dass dieser in einer Richtung entlang der Winkelhalbierenden der Eckschneidkante 4a und in einer Richtung zur Schneidkante an einem mittleren Abschnitt der linearen Schneidkante 4b in der Längsrichtung vorsteht. Die Form des Spanbrecher-Grates 7 kann jede geeignete Form aufweisen, und ist nicht auf die in den Figuren gezeigte Form beschränkt.
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In dem Schneideinsatz 1 des vorliegenden Beispiels ist die Querschnittform eines stumpfwinkeligen Eckabschnitts entlang der Winkelhalbierenden des Eckwinkels gleich jener des spitzwinkeligen Eckbereichs 9.
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Wird eine stumpfwinkelige Ecke eines Schneideinsatzes nicht häufig verwendet, ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass sich der Kolkverschleiß der Spanfläche 2 an der stumpfwinkeligen Ecke beträchtlich erhöht. Daher muss die stumpfwinkelige Ecke keine gekrümmte Oberfläche aufweisen, die den Schneidrücken 5 und die Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6 miteinander verbindet.
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Im Nachfolgenden wird das Ergebnis eines Leistungsbewertungstests des Schneideinsatzes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Bewertungstest wurde durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 10, die zwischen dem Schneidrücken 5 und der Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 7 angeordnet ist, und der Breite des auf der Spanfläche 2 auftretenden Kolkverschleißes zu überprüfen.
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Es wurden Proben von Schneideinsätzen mit den folgenden Eigenschaften hergestellt und in dem Bewertungstest verwendet. Material: Hartmetall, Eckwinkel einer spitzwinkeligen Ecke: 80°, Durchmesser des Inkreises der linearen Schneidkante 4b: 12,7 mm, Schneidrückenbreite L: 0,2 mm und 0,3 mm, und Spanwinkel der Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6 (θ4 in 3: 25°).
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Die Krümmungsradien der in 3 gezeigten gekrümmten Flächen 10 von zehn Schneideinsätzen, die in dem Bewertungstest verwendet wurden, betrugen 0 mm, und 0,2 mm bis 1,0 mm in 0,1 mm – Schritten.
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In jeder Probe waren der Spanwinkel θ2 des Schneidrückens 5 und der Spanwinkel θ4 der Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6 wie folgt.
θ2: 0°
θ4: 25°
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Unter Verwendung dieser Proben wurden Werkstücke aus SUS316 unter den gleichen Bedingungen (Schnittgeschwindigkeit V: 120 m/min, Schnitttiefe ap: 25 mm, Vorschubgeschwindigkeit f: 0,3 mm/U) gedreht und die Häufigkeit des Auftretens von Kolkverschleiß auf der Spanfläche untersucht. Das Ergebnis ist in der 7 dargestellt.
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Die in 7 gezeigte Kolkverschleißbreite wurde durch Messen der Breite w in einer Richtung senkrecht zur linearen Schneidkante 4b, wie in 8 gezeigt, erhalten.
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Das Ergebnis des in 7 gezeigten Bewertungstests zeigt die Wirksamkeit des Anordnens einer gekrümmten Oberfläche mit einem Krümmungsradius von 0,5 mm oder mehr zwischen dem Schneidrücken 5 des Eckabschnitts 9 und der Nutfläche 6a der Spanbrecher-Nut 6.
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Durch Anordnen der gekrümmten Oberfläche ist es möglich, den Schneideinsatz sowohl mir einer hohen Kantenfestigkeit und als auch mit einer hohen Kolkverschleißbeständigkeit bereitzustellen und die Haltbarkeit des Schneideinsatzes zu verbessern.
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In der obigen Beschreibung wird ein rhombischer Schneideinsatz als ein Beispiel verwendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf einen Schneideinsatz mit einer anderen Form, wie beispielsweise ein Dreieck oder ein Rechteck, angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schneideinsatz
- 2
- Spanfläche
- 3
- Flankenfläche
- 4
- Schneidkante
- 4a
- Eckschneidkante
- 4b
- lineare Schneidkante
- 5
- Schneidrücken
- 6
- Spanbrecher-Nut
- 6a
- Nutfläche
- 7
- Spanbrecher-Grat
- 7a
- Spanbrecherwand
- 8
- Mittlerer Schneidrückenabschnitt
- 9
- Eckbereich
- 10, 11
- gekrümmte Fläche
- I
- Abstand der Eckschneidekante zum Verbindungspunkt zwischen dem Schneidrücken und der gekrümmten Oberfläche
- L
- Schneidrückenbreite
- θ1, θ2
- Spanwinkel des Schneidrückens
- θ3, θ4
- Spanwinkel einer Nutfläche einer Spanbrecher-Nut
- A
- Chip
- w
- Kolkverschleißbreite
