JP2004202649A

JP2004202649A - Cutting tool

Info

Publication number: JP2004202649A
Application number: JP2002376764A
Authority: JP
Inventors: Junya Okita; 淳也沖田; Masanobu Ueda; 正信上田; Atsuhiko Maeda; 敦彦前田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutting tool which hardly cause vibration and has high chipping resistance of a cutting edge portion by utilizing a vibration damping material which is balanced in rigidity, strength, and damping, and is excellent in machinability. <P>SOLUTION: The cutting tool has a vibration damping alloy member 105 arranged on a body portion 101 to come into contact with a tool post on a machine tool side. The vibration damping alloy member 105 contains Mn as a base material, 20±5atom% Cu, 5±3atom% Ni, and 2±1atom% Fe. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、旋削加工、フライス加工などに用いる切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、従来の切削工具８００は、本体部８０１と、この本体部８０１に設けられる切刃部支持面８０２と、この切刃部支持面８０２において、切刃部着座用のシート部材８０３を介在して配置され、実際に被削材と干渉する切刃部８０４とを備える。
【０００３】
このような切削工具８００を用いて被削材の加工を行なう場合には、切削工具８００を旋盤等の工作機械（図示省略）に取り付けて加工を行なう。旋削加工においては、切削工具の送り運動と、被削材の回転運動により被削材の一部が除去されることにより、被削材に所望の形状が加工される。旋削加工は、通常連続的な加工となるが、被削材が切り欠き材であるような場合は、切削状態と非切削状態が交互に繰返される、断続切削加工となる。
【０００４】
また、図６はフライス加工用の切削工具９００の一例を示すものであり、所定の形状を有する本体部９０１と、この本体部９０１に設けられる凹部領域に、着座用のシート部材９０２を介在して、実際に被削材と干渉する切刃部９０３とが備えられている。この切削工具９００は、フライス加工、エンドミル加工などに用いられ、これらの加工においては原理的に断続切削加工となる。
【０００５】
断続切削加工においては、切削工具が被削材に食いついた瞬間の衝撃力、食いつき時、離脱時に生じる振動等によって、切削工具の刃先が欠損するケースが多い。
【０００６】
また切削時の振動に関しては、切削工具の刃先の欠損以外にも、仕上げ面性状の悪化、騒音の発生など各種の悪影響をもたらす。このような振動は断続切削加工に限らず、たとえば中ぐり加工のように切削工具の突き出し量（工作機械による工具の把持部から切削点までの距離）が長くなる加工でも、工具系の剛性が低下しやすく、振動が生じやすくなる。
【０００７】
このような振動を防ぐためには、２つの方法がある。１つは切削工具の剛性を高める方法であり、たとえば通常の工具では本体に鋼を用いるケースが多いが、これを超硬合金とすることは一般的に行なわれている。ただこの方法では、振動変位の振幅を減少することはできるが、切削工具費が高くなりやすい。また切削工具が高剛性となることで、断続切削時の工具食いつき時に工具が逃げることができず、衝撃的な力の影響を受けやすくなる。
【０００８】
またこれとは別に、工具系の減衰性を向上する方法がある。たとえば特許文献１には、ホルダの敷板としてゴム板を使用している。ただゴム材料は減衰性が高いものの、一方で極端に剛性が低く、使用方法によってはかえって振動を誘発してしまう。また、耐久性の面でも問題が多い。これに対し、金属系の防振材（以下、制振合金）は比較的高い減衰性と、鋼材ほどではないが十分な強度を有しており、工具材料として利用する効果があるものと考えられる。たとえば特許文献２では、鉛系の材料を用いて工具の制振性を高めている。また特許文献３では、その実施例にてＺｎ−Ａｌ系合金を用いている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭４９−２８９８４号公報
【００１０】
【特許文献２】
実開平５−７４７０６号公報
【００１１】
【特許文献３】
実開昭６１−２０５７０４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように各種の制振合金が用いられているが、より高い効果を得るには用いる制振合金が次のような特性を有することが必要である。まず第１に、高い減衰性能を有することが必要であり、第２に十分な剛性、強度を有すること、第３に加工性、ろう付け性などに優れることである。
【００１３】
しかし特に減衰性と剛性、強度は相反する項目であり、できるだけ高い減衰性を有しながら、かつ工具としての使用上問題のないレベルの強度が必要となる。前述の特許文献において用いられている制振合金は鋼などに比べると高減衰ではあるが、激しい外力変動を伴う切削加工での振動抑制には不十分である。また加工性の観点でも、鋼などに比べると利用しづらいという欠点もある。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、剛性、強度と減衰性のバランスが良く、かつ加工性に優れた制振合金材料を利用し、振動が生じにくく、また切刃部分の耐欠損性が高い切削工具を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、本体部と、この本体部に設けられる切刃部支持面と、この切刃部支持面に支持される切刃部とを備える切削工具において、切刃部を除く少なくとも一部分に、Ｍｎをベースとし、基本組成として、原子％で、Ｃｕ：２０±５％、Ｎｉ：５±３％、Ｆｅ：２±１％を含有するマンガン基制振合金を用いたことを特徴とする。また同制振合金としては、上記組成をべースとしＡｌ：２〜５％を含有したものであってもよい。このような制振合金は比較的高い剛性、強度を維持しながら、減衰性が高く、かつ加工性もすぐれており、切削工具に用いることで、切削に伴う振動を抑制して切削工具の欠損や加工面の品位低下、切削音の増大を防止することができる。
【００１６】
また本発明では、切削工具において、切刃部を除く少なくとも一部分に、引張強さ２００ＭＰａ〜７００ＭＰａ、対数減衰率０．１〜０．８の制振合金を用いたことを特徴とする。上記の通り、強度と減衰性は相反する性質で、むやみに高い減衰性を有する材料を用いることは問題がある。そこで、引張強さが２００ＭＰａ〜７００ＭＰａの材料とすることで、対数減衰率の範囲は制限されるが、両者のバランスをとって切削工具の耐振動性を高めることができる。中でも、引張強さ５００ＭＰａ〜６５０ＭＰａ、対数減衰率０．２〜０．３５の材料を用いれば、特に良好なバランスを実現できる。
【００１７】
また本発明では、切削工具において、上記制振合金を、工作機械側工具台座部と接触する部分、あるいは切削工具本体内部に、あるいは切刃部に接するシート部材の少なくと一部分、または少なくとも切刃部支持面を含む本体部に用いることを特徴とする。制振合金は比較的高価であり、かつ鋼に比べると剛性も低い。このため、切削工具全体を制振合金とするよりも、一部に用いる方が合理的である。工作機械側工具台座部と接触する部分やシート部材、切刃部支持面は、部品間の振動伝達部分であり、特に制振材を設置する効果が大きい。また、工具本体内部でも特に、工作機械工具台座部と接する部分のうち、切刃側端部付近に設置することが望ましい。同部は工具頭部が切削力により変形する際の支点となる箇所であり、同部に制振合金を設置することで特に制振性を高める効果が現れやすい。
【００１８】
また本発明では、特に切刃交換型の切削工具において、切刃部を上面から固定する際に切刃部の上面に配置されるシート部材を上記制振合金により構成したことを特徴とする。同部は切刃部を固定する大きな力がかかる重要な部分であるが、経年の使用により変形が生じても加工精度上の影響はない。このため、強度が鋼や超硬合金に比べて低い制振合金を用いても加工精度上の問題はなく、制振性を高めることが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明に基づいた各実施の形態における切削工具ついて説明する。ここでは旋削加工用の切削工具およびフライス加工用の切削工具について説明するが、本発明はその他の切削加工用の切削工具に広く適用することができるものである。
【００２０】
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態における切削工具の構造について説明する。なお、図１（Ａ）は、本実施の形態における切削工具１００の側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【００２１】
この切削工具１００は、一般的な外径旋削加工用工具であり、本体部１０１と、この本体部１０１の先端部側に設けられる切刃部支持面１０２と、この切刃部支持面１０２に支持される切刃部１０４とを備える。切刃部支持面１０２と切刃部１０４との間には、着座用のシート部材１０３が配設されている。
【００２２】
さらに、この切削工具１００は、工作機械側の工具台座部と接触する部分となる、本体部１０１に制振合金１０５が設けられている。この制振合金１０５は、本体部１０１にろう付けなどの方法により固着されていてもよく、工具台座部との締めつけ力により固定していても良い。
【００２３】
本体部１０１は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等を素材とし、切刃部１０４は超硬合金等を素材としている。この切刃部１０４は交換可能なものをクランプする形でも、ろう付けなどにより固着される形でも良い。
【００２４】
制振合金１０５の材料としては、Ｍｎをべースとし、基本組成として、原子％で、Ｃｕ：２０±５％、Ｎｉ：５±３％、Ｆｅ：２±１％を含有する制振合金を用いる。またＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅは同割合とし、Ａｌ：２〜５％を含有したものであってもよい。同材料は熱処理条件などによりさまざまな減衰性が得られるが、対数減衰率にするとおおむね０．１〜０．８の値となる。この対数減衰率は引張強さと負の相関が強く、対数減衰率が０．１のときに７００ＭＰａ程度であるが、０．８の場合には２００ＭＰａ程度まで低下する。
【００２５】
この制振合金は、当然減衰係数が高いほど切削加工中に発生する振動を抑制する効果が強く、また工具の食いつき時等の衝撃応答を低下させる効果も強い。しかし、上記のように減衰性能と、引張強さ等で表現される剛性、強度はトレードオフの関係にあり、減衰性を高くしすぎるとかえって切削工具の振動が激しくなったり、寸法精度の低下を招くなど悪影響が生じる。この観点から両者のバランスが重要であり、特に引張強さ５００ＭＰａ〜６５０ＭＰａ、対数減衰率０．２〜０．３５の材料が望ましい。
【００２６】
（実施の形態２）
図２を参照して、本実施の形態における切削工具の構造について説明する。なお、図２（Ａ）は、本実施の形態における切削工具２００の側面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【００２７】
この切削工具２００も、一般的な外径旋削加工用工具であり、本体部２０１と、この本体部２０１の先端部側に設けられる切刃部支持面２０２と、この切刃部支持面２０２に支持される切刃部２０４とを備える。切刃部支持面２０２と切刃部２０４との間には、着座用のシート部材２０３が配設されている。本体部２０１は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等を素材とし、切刃部２０４は超硬合金等を素材としている。この切刃部２０４は交換可能なものをクランプする形でも、ろう付けなどにより固着される形でも良い。
【００２８】
さらに、本実施の形態においては、制振合金を本体部の内部に設置している。ここでは、切削工具底面側中央付近に溝２０５を設け、この溝２０５に制振合金２０６、鋼材２０７の順に固着している。切削加工中は切刃部２０４に切削力がかかり、この結果、切削工具の中でも工作機械工具台座部から突き出している領域で特に曲げ変形が生ずることとなる。その際の曲げの支点は、台座部２１０の切刃側端部付近（Ｘで示す領域）となるが、この部分に制振合金２０６が存在することで、特に減衰効果を発揮しやすくなる。
【００２９】
この曲げ支点となる部分は工作機械により台座部の長さが変化するため一定でないが、図２に示すように、制振合金２０６を本体部２０１の長手方向にある程度長く設置することで、どのような工作機械でも支点付近の工具本体断面に制振合金層を位置させることが可能である。
【００３０】
（実施の形態３）
図３を参照して、本実施の形態における切削工具の構造について説明する。なお、図３は、本実施の形態における切削工具３００の側面図である。
【００３１】
この切削工具３００も、一般的な外径旋削加工用工具であり、本体部３０１と、この本体部３０１の先端部側に設けられる切刃部支持面３０２と、この切刃部支持面３０２に支持される切刃部３０４とを備える。本体部３０１は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等を素材とし、切刃部３０４は超硬合金等を素材としている。この切刃部３０４は交換可能なものをクランプする形でも、ろう付けなどにより固着される形でも良い。
【００３２】
切刃部支持面３０２と切刃部３０４との間には、着座用のシート部材３０３以外に、シート部材３０３と切刃部支持面３０２との間に、制振合金３０５が設けられている。
【００３３】
ここで、シート部材３０３としては超硬合金等の硬質部材を用いる。シート部材３０３に直接制振合金を用いることは、その制振効果を引き出すには適している。しかし、シート部材３０３は十分な硬度がないと長期間の使用によって変形が生じやすく、超硬合金に比べ低硬度の制振合金を用いた場合、加工精度はもちろんのこと、本発明が着目している切刃部の欠損性に関しても悪影響を与える可能性がある。したがって、硬質のシート部材３０３を用い、その下部に制振合金３０５を配設することで、そのような問題を回避しながら、同合金が有する制振効果を引き出すことができる。
【００３４】
（実施の形態４）
図４を参照して、本実施の形態における切削工具の構造について説明する。なお、図４は、本実施の形態における切削工具４００の側面図である。
【００３５】
この切削工具４００も、一般的な外径旋削加工用工具であり、本体部４０１と、この本体部４０１の先端部側に設けられる切刃部支持面４０２と、この切刃部支持面４０２に支持される切刃部４０４とを備える。切刃部支持面４０２と切刃部４０４との間には、着座用のシート部材４０３が配設されている。本体部４０１は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等を素材とし、切刃部４０４は超硬合金等を素材としている。
【００３６】
本実施の形態では、切刃部４０４が交換可能なものを対象としている。交換可能な切刃部４０４の固定方法には各種あるが、特に本実施の形態においては、切刃部４０４の上面から押さえることにより固定するか、あるいは同固定法と他の方法を併用するケースにおいて、上面から押さえるレバー４１０と切刃部４０４の間に用いるシート部材（押さえ金具）４０５として制振合金を用いる。
【００３７】
切削時においては主に切刃部４０４を上面から押しつける方向に切刃部４０４に力が作用するが、切刃部４０４内部にはこれに反発する力が生じる。定常状態ではこれらの力がつりあうが、過渡的な状態ではこれらの力により振動が生じるため、本実施の形態では切刃部４０４上面に制振合金を用いてこの振動を抑制する。また同部は繰り返しの使用により変形等が生じても加工精度等には影響しないため、シート部材４０３と異なり、超硬合金等と比較して軟質な制振合金を用いることが可能である。
【００３８】
（実施の形態５）
上述した各実施の形態においては、旋削加工用工具を用いての説明であったが、次に、図６を参照して、フライス加工用工具における実施の形態の一例を示す。本実施の形態では、本体部に設けられる凹部領域に切刃部が設置されるが、その際に本体部９０１と切刃部９０３との間に介在するシート部材９０２として、制振合金を使用する。このように制振合金のシート部材を使用することで、原理的に断続切削となるフライス切削時の振動、衝撃を抑制、緩和することができる。
【００３９】
（実施例）
次に本発明に基づいた実施例を示す。被削材がＣｒ−Ｍｏ鋼材の旋削加工において、被削材長手方向に溝を設けることで、断続切削加工を行なった。切削条件は切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り０．２７ｍ／ｒｅｖ、切込み２．０ｍｍの湿式加工であり、切削工具先端の切刃部に破損が生じるまでの断続切削回数により評価した。
【００４０】
本実施例では図５（Ａ）に示した従来品のほか、各実施の形態に対応した発明品を用いる。各切削工具の本体はＣｒ−Ｍｏ鋼によって構成されており、これに制振合金を組み合わせる。制振合金の素材としてはＭｎを基材とし、原子％で、Ｃｕ２０％、Ｎｉ５％、Ｆｅ２％を含有したものを用いる。
【００４１】
また実施例に用いた同部材の対数減衰率は０．３であり、引張強さが約６００ＭＰａである。またヤング率は約８０ＧＰａであり、鋼材に比べると強度、剛性とも低い値ではあるが減衰性は非常に高く、また他の制振部材に比べると減衰性と、強度・剛性のバランスが非常に優れている。
【００４２】
次に各実施例の発明品の詳細を、下記表１および表２を参照して説明する。
実施例１は実施の形態１（図１参照）に対応したもので、切削工具本体の底面部に制振合金を設置している。切削工具本体の厚みが２５ｍｍに対し、制振合金の厚みは４ｍｍとしている。
【００４３】
実施例２は実施の形態２（図２参照）に対応しており、切削工具底面側中央付近に溝を設け、その溝に制振合金、鋼材の順に板材を接着剤で固着している。制振合金は、工具本体の長さ１５０ｍｍに対して、長手方向で刃先より３０〜９０ｍｍの位置に厚さ４ｍｍで設置され、その下部に鋼材層厚さ３ｍｍを設けている。
【００４４】
実施例３は実施の形態３（図３参照）に対応しており、超硬合金製のシート部材の下に、厚さ２．０ｍｍの制振合金を設置している。切刃部の上面側からのクランプカによりこれらは固定されている。
【００４５】
実施例４は実施の形態４（図４参照）に対応しており、切刃部上面の押さえ金具として厚さ３ｍｍの制振合金を用いている。この場合も切刃部の上面側からのクランプカによりチップ、シート部材とともに固定される。
【００４６】
また使用する制振合金の機械的性質の影響を調べるため、実施例１（実施の形態１）と同様の構造で、切削工具本体の底面部に使用する制振合金の材質として、Ｍｎを基材とし、Ｃｕを２０％含有する制振合金（対数減衰率０．１６、引張強さ６８０ＭＰａ）を使用した実施例１−ｂ、およびＭｇ系合金（対数減衰率０．０４、引張強さ２００ＭＰａ）を使用した比較例１−ｃについても評価を行なっている。
【００４７】
ここでは従来品および実施例１〜４はすべて切刃部は交換可能とし、材質はコーティング超硬合金製としている。表１に各工具での試験結果を示す。なお、試験結果は、１０回の試験の平均値を示している。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１から分かるように、各実施例品では従来品と比較してより寿命（断続切削回数）が長くなっており、切刃部の欠損が抑制されていることが分かる。特に、実施例１、２でその効果が顕著に現れ、切削工具全体にわたる機械的特性を変化させるような制振合金の使用方法が望ましいことがわかる。
【００５０】
また、制振合金材の機械的性質の影響については、実施例１、実施例１−ｂ、比較例および１−ｃを比較すると、対数減衰率が小さい比較例１−ｃはほとんど効果がなく、対数減衰率が高くなるにつれて寿命延長効果が大きくなっていることが分かる。
【００５１】
次に、振動状態への影響について評価した各実施例の試験結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
表２はやはり溝付き丸棒のＣｒ−Ｍｏ鋼を、切削速度１００ｍ／ｍｉｎ、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切込み２．０ｍｍにて乾式加工した場合の、切削工具頭部の加速度を測定した結果である。試験に用いた切削工具は表１のケースと同様である。加速度測定では、ホルダ頭部底面に加速度ピックアップを取り付け、得られる加速度振幅の時系列デー夕を周波数分析にかける。
【００５４】
本実施例での切削工具系の固有振動数は３ｋＨｚ〜７ｋＨｚ程度であることから、周波数分析結果のうちこの周波数付近に現れるピークに着目し、各実施例でのピークにおけるパワー値を、通常品におけるピークでのパワー値により正規化した値を求め、表２に示している。このパワー値は加速度振幅の２乗に比例した数値となるため、この値が大きいほど、ホルダ頭部が激しく振動していることになる。
【００５５】
表２の結果より、発明品は概して従来品よりも振動レベルが低く抑えられていることが分かる。特に実施例１では効果が大きい。実施例２では切削工具本体部に鋼材と比較すると剛性の劣る制振合金を用いているため、全体としての剛性が低下し振動が生じやすくなる可能性があるが、制振合金の減衰性により振動が効果的に抑制されていることが分かる。
【００５６】
また、制振合金の機械的性質の影響についても先ほどと同様であり、対数減衰率が小さい比較例１−ｃは従来品と同等であり、対数減衰率が高くなるにつれて振動抑制効果は大きくなっている。
【００５７】
次に、下記表３を用いて、フライス加工における実施例について説明する。
表３は、炭素鋼を切削速度１７０ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送り０．２８ｍｍ、切込み２．０ｍｍにて正面フライス加工した場合の、工具欠損が生じるまでの切削距離を示したものである。それぞれの結果は、８回の試験結果の平均値である。
【００５８】
【表３】

【００５９】
ここでは、図６に示すフライス加工用工具におけるシート部材として、超硬合金を用いた従来品と、実施の形態５に示した制振合金を用いた実施例５の２種を評価している。シート部材の厚みは３ｍｍである。
【００６０】
表３から分かるように、シート部材として制振合金を用いた実施例５は工具欠損までの切削距離が長くなっており、寿命延長効果が認められる。実施例５では切刃部と直接接触させる形で制振合金を設置しており、超硬合金と比べると制振合金の硬度は低いため、長時間の使用では制振合金製のシート部材に変形が生じるおそれもある。このため実施の形態３と同様に、切刃部に直接接するシート部材を超硬合金とし、その下部に制振合金を設置するようにしても良い。
【００６１】
なお、上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。したがって、旋削加工用およびフライス加工用の切削工具に限定されることなく、その他広く切削加工に用いられる切削工具に適用される。よって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって画定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づいた切削工具によれば、切削工具の減衰性能を向上させることができる。その結果、切削工具の耐振動性、さらには切刃部の耐欠損性を向上させることが可能である。また、用いる制振合金は加工のしやすい材料であり、かつ切削工具全体ではなく一部に制振合金を用いることと合わせ、低コストで使いやすく高性能な切削工具を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明に基づいた実施の形態１における切削工具の側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）中Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明に基づいた実施の形態２における切削工具の側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）中Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】本発明に基づいた実施の形態３における切削工具の側面図である。
【図４】本発明に基づいた実施の形態４における切削工具の側面図である。
【図５】（Ａ）は、従来の技術における旋削加工用の切削工具の側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）中Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】フライス加工用の切削工具の図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００切削工具、１０１，２０１，３０１，４０１本体部、１０２，２０２，３０２，４０２切刃部支持面、１０３，２０３，３０３，４０３シート部材、１０４，２０４，３０４，４０４切刃部、１０５，２０５，３０５，４０５制振合金。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cutting tool used for turning, milling, and the like.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIGS. 5A and 5B, the conventional cutting tool 800 includes a main body 801, a cutting blade supporting surface 802 provided on the main body 801, and a cutting blade supporting surface 802. A cutting blade portion 804 is provided with a cutting member seating seat member 803 interposed therebetween, and actually interferes with the work material.
[0003]
When processing a work material using such a cutting tool 800, the cutting tool 800 is mounted on a machine tool (not shown) such as a lathe to perform the processing. In the turning process, a desired shape is machined on a work material by removing a part of the work material by a feed motion of a cutting tool and a rotation motion of the work material. Turning is usually continuous machining, but when the workpiece is a notched material, it is an intermittent machining in which a cutting state and a non-cutting state are alternately repeated.
[0004]
FIG. 6 shows an example of a cutting tool 900 for milling, in which a main body 901 having a predetermined shape and a seat member 902 for seating are interposed in a concave area provided in the main body 901. And a cutting blade 903 that actually interferes with the work material. The cutting tool 900 is used for milling, end milling, and the like, and in these processes, intermittent cutting is performed in principle.
[0005]
In intermittent cutting, the cutting edge of the cutting tool is often damaged by impact force at the moment the cutting tool bites into the work material, vibration generated at the time of biting, detachment, and the like.
[0006]
In addition, regarding the vibration during cutting, various adverse effects such as deterioration of the finished surface properties and generation of noise are caused in addition to the loss of the cutting edge of the cutting tool. This type of vibration is not limited to interrupted cutting, and the rigidity of the tool system can be increased even in machining where the amount of protrusion of the cutting tool (the distance from the gripping part of the tool to the cutting point by the machine tool) is long, such as boring. It is easy to fall and vibration is easy to occur.
[0007]
There are two methods to prevent such vibration. One is a method of increasing the rigidity of the cutting tool. For example, in a case of a normal tool, steel is often used for a main body, but a cemented carbide is generally used. However, this method can reduce the amplitude of the vibration displacement, but tends to increase the cost of the cutting tool. In addition, since the cutting tool has high rigidity, the tool cannot escape at the time of tool biting during intermittent cutting, so that the cutting tool is easily affected by an impact force.
[0008]
Apart from this, there is a method for improving the damping property of the tool system. For example, Patent Literature 1 uses a rubber plate as a sole plate of a holder. However, while rubber materials have high damping properties, on the other hand, they have extremely low rigidity, and rather induce vibrations depending on how they are used. There are also many problems in terms of durability. In contrast, metal-based vibration damping materials (hereinafter referred to as damping alloys) have relatively high damping properties and sufficient strength, though not as strong as steel materials, and are considered to be effective as tool materials. Can be For example, in Patent Literature 2, a lead-based material is used to enhance the vibration damping of a tool. In Patent Document 3, a Zn—Al alloy is used in the embodiment.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-49-28984
[Patent Document 2]
Published Japanese Utility Model Application No. 5-74706
[Patent Document 3]
JP-A-61-205704 [0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, various damping alloys are used, but in order to obtain higher effects, the damping alloy used must have the following characteristics. First, it is necessary to have high damping performance, second, it is required to have sufficient rigidity and strength, and third, it is to be excellent in workability, brazing property and the like.
[0013]
However, damping, rigidity, and strength are particularly contradictory items, and a level of strength that has as high a damping property as possible and has no problem in use as a tool is required. Although the damping alloys used in the above-mentioned patent documents have a higher damping than steel or the like, they are insufficient for suppressing vibrations in cutting with severe external force fluctuations. Also, from the viewpoint of workability, there is a disadvantage that it is hard to use as compared with steel or the like.
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to use a vibration-damping alloy material having a good balance between rigidity, strength and damping properties, and excellent workability, hardly causing vibration, and a cutting tool having a high chipping resistance at a cutting edge portion. Is to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in a cutting tool including a main body portion, a cutting edge portion supporting surface provided in the main body portion, and a cutting edge portion supported by the cutting edge portion supporting surface, at least a part except for the cutting edge portion, It is characterized in that a manganese-based vibration damping alloy containing Mn as a base and containing 20% ± 5% of Cu, 5 ± 3% of Ni, and 2 ± 1% of Fe in atomic% is used. Further, the damping alloy may be an alloy based on the above composition and containing 2 to 5% of Al. Such damping alloys have relatively high stiffness and strength, high damping and excellent workability. And the deterioration of the quality of the machined surface and the increase of the cutting noise can be prevented.
[0016]
Further, the present invention is characterized in that in the cutting tool, a vibration damping alloy having a tensile strength of 200 MPa to 700 MPa and a logarithmic decay rate of 0.1 to 0.8 is used in at least a part except a cutting edge portion. As described above, the strength and the damping property are contradictory properties, and there is a problem in using a material having an excessively high damping property. Therefore, by using a material having a tensile strength of 200 MPa to 700 MPa, the range of the logarithmic decrement is limited, but the balance between the two can improve the vibration resistance of the cutting tool. Above all, if a material having a tensile strength of 500 MPa to 650 MPa and a logarithmic decrement of 0.2 to 0.35 is used, a particularly good balance can be realized.
[0017]
Further, in the present invention, in the cutting tool, the vibration-damping alloy, a portion contacting the machine tool side tool pedestal portion, or the inside of the cutting tool body, or at least a part of the sheet member contacting the cutting edge portion, or at least the cutting edge It is characterized in that it is used for a main body including a part supporting surface. Damping alloys are relatively expensive and have lower rigidity than steel. For this reason, it is more rational to use a part of the cutting tool than to use a vibration damping alloy. The portion that comes into contact with the tool base on the machine tool, the sheet member, and the cutting blade support surface are vibration transmitting portions between the components, and the effect of installing the vibration damping material is particularly great. In addition, it is desirable that, particularly in the inside of the tool main body, it is installed in the vicinity of the edge on the cutting edge side in the portion in contact with the tool base of the machine tool. This portion is a fulcrum when the tool head is deformed by the cutting force, and by installing a damping alloy in the portion, an effect of particularly improving the damping property is likely to appear.
[0018]
In the present invention, in particular, in a cutting tool with a replaceable cutting edge, a sheet member arranged on the upper surface of the cutting edge portion when the cutting edge portion is fixed from the upper surface is made of the above-described vibration damping alloy. This part is an important part to which a large force for fixing the cutting edge is applied, but even if it is deformed by use over time, there is no effect on the processing accuracy. Therefore, even if a vibration damping alloy having a lower strength than steel or cemented carbide is used, there is no problem in processing accuracy, and vibration damping properties can be improved.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, with reference to the drawings, a cutting tool according to each embodiment based on the present invention will be described. Here, a cutting tool for turning and a cutting tool for milling will be described, but the present invention can be widely applied to other cutting tools for cutting.
[0020]
(Embodiment 1)
The structure of the cutting tool according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1A is a side view of the cutting tool 100 according to the present embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A.
[0021]
The cutting tool 100 is a general outer diameter turning tool. The cutting tool 100 includes a main body 101, a cutting blade supporting surface 102 provided on a tip end side of the main body 101, and a cutting blade supporting surface 102. And a supported cutting blade portion 104. A seat member 103 for seating is provided between the cutting edge support surface 102 and the cutting edge 104.
[0022]
Further, in the cutting tool 100, a vibration damping alloy 105 is provided on a main body portion 101, which is a portion that comes into contact with a tool pedestal portion on the machine tool side. The damping alloy 105 may be fixed to the main body 101 by a method such as brazing, or may be fixed by a tightening force with the tool base.
[0023]
The main body 101 is made of Cr-Mo steel or the like, and the cutting blade 104 is made of cemented carbide or the like. The cutting blade portion 104 may be in a form of clamping a replaceable one, or may be fixed by brazing or the like.
[0024]
As a material of the damping alloy 105, a damping alloy containing Mn as a base and containing 20% ± 5% of Cu, 5 ± 3% of Ni, and 2 ± 1% of Fe in atomic% as a basic composition. Is used. Cu, Ni, and Fe may have the same ratio, and may contain Al: 2 to 5%. Although the same material can obtain various damping properties depending on the heat treatment conditions and the like, the logarithmic decrement rate is approximately 0.1 to 0.8. The logarithmic decay rate has a strong negative correlation with the tensile strength. The logarithmic decay rate is about 700 MPa when the logarithmic decay rate is 0.1, but decreases to about 200 MPa when the logarithmic decay rate is 0.8.
[0025]
Naturally, as the damping coefficient of this damping alloy is higher, the effect of suppressing vibration generated during cutting is stronger, and the effect of reducing the impact response at the time of biting of the tool is also stronger. However, as described above, the damping performance and the stiffness and strength expressed by tensile strength and the like are in a trade-off relationship, and if the damping performance is too high, the vibration of the cutting tool becomes rather severe, or the dimensional accuracy decreases. And adverse effects. From this viewpoint, the balance between the two is important, and a material having a tensile strength of 500 MPa to 650 MPa and a logarithmic decrement of 0.2 to 0.35 is particularly desirable.
[0026]
(Embodiment 2)
The structure of the cutting tool according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2A is a side view of the cutting tool 200 according to the present embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2A.
[0027]
This cutting tool 200 is also a general outer diameter turning tool, and includes a main body 201, a cutting blade supporting surface 202 provided on the tip end side of the main body 201, and a cutting blade supporting surface 202. And a cutting blade 204 supported. A seating member 203 for seating is provided between the cutting edge support surface 202 and the cutting edge 204. The main body 201 is made of Cr-Mo steel or the like, and the cutting blade 204 is made of cemented carbide or the like. The cutting blade portion 204 may be in a form of clamping a replaceable one, or may be fixed by brazing or the like.
[0028]
Further, in the present embodiment, the damping alloy is installed inside the main body. Here, a groove 205 is provided near the center of the bottom surface of the cutting tool, and the damping alloy 206 and the steel material 207 are fixed to the groove 205 in this order. During the cutting process, a cutting force is applied to the cutting edge portion 204, and as a result, bending deformation particularly occurs in a region of the cutting tool that protrudes from the machine tool base. The fulcrum of the bending at this time is near the edge on the cutting edge side of the pedestal portion 210 (region indicated by X). The presence of the vibration damping alloy 206 in this portion makes it particularly easy to exert a damping effect.
[0029]
The bending fulcrum portion is not constant because the length of the pedestal portion varies depending on the machine tool. However, as shown in FIG. Even with such a machine tool, it is possible to position the vibration damping alloy layer on the cross section of the tool body near the fulcrum.
[0030]
(Embodiment 3)
The structure of the cutting tool according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a side view of the cutting tool 300 according to the present embodiment.
[0031]
This cutting tool 300 is also a general outer diameter turning tool, and includes a main body portion 301, a cutting edge portion supporting surface 302 provided on the tip end side of the main body portion 301, and a cutting edge portion supporting surface 302. And a cutting blade 304 that is supported. The main body 301 is made of Cr-Mo steel or the like, and the cutting blade 304 is made of a cemented carbide or the like. The cutting blade 304 may be of a form that clamps a replaceable one, or may be fixed by brazing or the like.
[0032]
In addition to the seating member 303 for seating, a vibration damping alloy 305 is provided between the sheet member 303 and the cutting edge portion support surface 302 between the cutting edge portion supporting surface 302 and the cutting edge portion 304. .
[0033]
Here, a hard member such as a cemented carbide is used as the sheet member 303. The use of a direct damping alloy for the sheet member 303 is suitable for bringing out the damping effect. However, if the sheet member 303 does not have sufficient hardness, the sheet member 303 is likely to be deformed by use for a long period of time. When a vibration damping alloy having a lower hardness than a cemented carbide is used, not only the processing accuracy but also the present invention is focused on. There is also a possibility of having an adverse effect on the defect of the cutting edge portion. Therefore, by using the hard sheet member 303 and disposing the damping alloy 305 below the hard sheet member 303, it is possible to obtain the damping effect of the alloy while avoiding such a problem.
[0034]
(Embodiment 4)
The structure of the cutting tool according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view of the cutting tool 400 according to the present embodiment.
[0035]
This cutting tool 400 is also a general outer diameter turning tool, and includes a main body 401, a cutting edge support surface 402 provided on the tip end side of the main body 401, and a cutting edge support surface 402. And a cutting blade 404 supported. A seat member 403 for seating is provided between the cutting blade support surface 402 and the cutting blade 404. The main body 401 is made of Cr-Mo steel or the like, and the cutting blade 404 is made of cemented carbide or the like.
[0036]
The present embodiment is directed to a case where the cutting blade 404 is replaceable. There are various methods for fixing the replaceable cutting blade portion 404. In this embodiment, in particular, the fixing method is performed by pressing the cutting blade portion 404 from the upper surface, or a case where the fixing method is used in combination with another method. , A damping alloy is used as a sheet member (holding member) 405 used between a lever 410 to be pressed from above and a cutting blade 404.
[0037]
During cutting, a force acts on the cutting edge portion 404 mainly in a direction to press the cutting edge portion 404 from the upper surface, but a repulsive force is generated inside the cutting edge portion 404. In a steady state, these forces balance, but in a transitional state, vibrations are generated by these forces. Therefore, in this embodiment, the vibrations are suppressed by using a damping alloy on the upper surface of the cutting blade 404. In addition, since the same portion does not affect processing accuracy and the like even if deformation occurs due to repeated use, unlike the sheet member 403, it is possible to use a softer damping alloy than a cemented carbide or the like.
[0038]
(Embodiment 5)
In each of the embodiments described above, the description has been made using the turning tool. Next, an example of an embodiment of the milling tool will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the cutting blade is installed in the recessed region provided in the main body. At this time, a vibration damping alloy is used as the sheet member 902 interposed between the main body 901 and the cutting blade 903. I do. By using the vibration damping alloy sheet member in this way, vibration and impact during milling, which is intermittent cutting in principle, can be suppressed and mitigated.
[0039]
(Example)
Next, examples based on the present invention will be described. In turning of a Cr-Mo steel material, intermittent cutting was performed by providing a groove in the longitudinal direction of the material. The cutting conditions were wet processing at a cutting speed of 200 m / min, a feed of 0.27 m / rev, and a cutting depth of 2.0 mm, and were evaluated by the number of intermittent cuts until breakage occurred at the cutting edge at the tip of the cutting tool.
[0040]
In this embodiment, in addition to the conventional product shown in FIG. 5A, invention products corresponding to the respective embodiments are used. The main body of each cutting tool is made of Cr-Mo steel, and is combined with a damping alloy. As a material of the damping alloy, an alloy containing Mn as a base material and containing 20% of Cu, 5% of Ni, and 2% of Fe in atomic% is used.
[0041]
The logarithmic decrement of the same member used in the examples is 0.3, and the tensile strength is about 600 MPa. The Young's modulus is about 80 GPa, and the strength and stiffness are lower than steel, but the damping is very high, and the balance between damping and strength / rigidity is very high compared to other damping members. Are better.
[0042]
Next, the details of the invention of each embodiment will be described with reference to Tables 1 and 2 below.
Example 1 corresponds to Embodiment 1 (see FIG. 1), in which a damping alloy is installed on the bottom surface of the cutting tool body. The thickness of the damping alloy is 4 mm while the thickness of the cutting tool body is 25 mm.
[0043]
Example 2 corresponds to Embodiment 2 (see FIG. 2), in which a groove is provided near the center of the bottom surface of the cutting tool, and a plate material is fixed to the groove with an adhesive in the order of a vibration damping alloy and a steel material. The damping alloy is installed at a position of 30 to 90 mm from the cutting edge in the longitudinal direction with a thickness of 4 mm with respect to a tool body length of 150 mm, and a steel material layer thickness of 3 mm is provided below the damping alloy.
[0044]
Example 3 corresponds to Embodiment 3 (see FIG. 3), in which a 2.0 mm-thick damping alloy is provided under a sheet member made of cemented carbide. These are fixed by a clamper from the upper surface side of the cutting blade portion.
[0045]
Example 4 corresponds to Embodiment 4 (see FIG. 4), and uses a vibration damping alloy having a thickness of 3 mm as a holding member on the upper surface of the cutting blade. Also in this case, the cutting blade is fixed together with the chip and the sheet member by the clamper from the upper surface side.
[0046]
In order to investigate the effect of the mechanical properties of the damping alloy used, the same structure as in Example 1 (Embodiment 1) was used, and Mn was used as the material of the damping alloy used for the bottom part of the cutting tool body. Example 1-b using a damping alloy containing 20% Cu (logarithmic decrement 0.16, tensile strength 680 MPa) as a material, and a Mg-based alloy (logarithmic decrement 0.04, tensile strength 200 MPa) ) Are also evaluated for Comparative Example 1-c.
[0047]
Here, in the conventional product and Examples 1 to 4, the cutting edge portion is replaceable, and the material is made of coated cemented carbide. Table 1 shows the test results for each tool. In addition, the test result has shown the average value of ten tests.
[0048]
[Table 1]

[0049]
As can be seen from Table 1, in each example product, the service life (number of intermittent cuts) is longer than in the conventional product, and it can be seen that the loss of the cutting edge portion is suppressed. In particular, the effects are remarkably exhibited in Examples 1 and 2, and it is understood that a method of using a vibration damping alloy that changes the mechanical properties of the entire cutting tool is desirable.
[0050]
As for the influence of the mechanical properties of the damping alloy material, when comparing Example 1, Example 1-b, Comparative Example and 1-c, Comparative Example 1-c having a small logarithmic decay rate has almost no effect. It can be seen that the life extension effect increases as the logarithmic decay rate increases.
[0051]
Next, Table 2 shows the test results of the examples evaluated for the influence on the vibration state.
[0052]
[Table 2]

[0053]
Table 2 also shows the results of measuring the acceleration of the cutting tool head when dry-working a grooved round bar Cr-Mo steel at a cutting speed of 100 m / min, a feed of 0.2 mm / rev, and a cutting depth of 2.0 mm. It is. The cutting tools used for the test are the same as those in Table 1. In the acceleration measurement, an acceleration pickup is attached to the bottom surface of the holder head, and the time series data of the obtained acceleration amplitude is subjected to frequency analysis.
[0054]
Since the natural frequency of the cutting tool system in this embodiment is about 3 kHz to 7 kHz, the power value at the peak in each embodiment is calculated by focusing on the peak appearing near this frequency in the frequency analysis result. The values normalized by the power value at the peak in are obtained, and are shown in Table 2. Since this power value is a numerical value proportional to the square of the acceleration amplitude, the larger this value is, the more severely the holder head vibrates.
[0055]
From the results in Table 2, it can be seen that the invention products generally have lower vibration levels than the conventional products. Particularly in the first embodiment, the effect is great. In Example 2, since the vibration-damping alloy having a lower rigidity than the steel material is used for the cutting tool main body, there is a possibility that the overall rigidity is reduced and vibration is likely to occur, but due to the damping property of the vibration-damping alloy. It can be seen that the vibration is effectively suppressed.
[0056]
The effect of the mechanical properties of the damping alloy is the same as above, and Comparative Example 1-c having a small logarithmic decay rate is equivalent to a conventional product, and the vibration suppression effect increases as the logarithmic decay rate increases. ing.
[0057]
Next, an example of milling will be described with reference to Table 3 below.
Table 3 shows the cutting distance until tool breakage occurs when carbon steel is face milled at a cutting speed of 170 m / min, a feed per blade of 0.28 mm, and a cut of 2.0 mm. Each result is the average of the results of eight tests.
[0058]
[Table 3]

[0059]
Here, two types of sheet material in the milling tool shown in FIG. 6 were evaluated: a conventional product using a cemented carbide, and an example 5 using the vibration damping alloy shown in the fifth embodiment. . The thickness of the sheet member is 3 mm.
[0060]
As can be seen from Table 3, in Example 5 in which the vibration damping alloy was used as the sheet member, the cutting distance to the tool breakage was long, and the effect of extending the life was recognized. In the fifth embodiment, the damping alloy is installed in direct contact with the cutting edge, and the hardness of the damping alloy is lower than that of the cemented carbide. Deformation may occur. Therefore, similarly to the third embodiment, the sheet member directly in contact with the cutting blade portion may be made of a cemented carbide, and the vibration damping alloy may be provided below the sheet member.
[0061]
The above embodiment is illustrative in all aspects and is not restrictive. Therefore, the present invention is not limited to cutting tools for turning and milling, but is applied to other cutting tools widely used for cutting. Therefore, the scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the cutting tool according to the present invention, the damping performance of the cutting tool can be improved. As a result, the vibration resistance of the cutting tool and the chipping resistance of the cutting edge can be improved. In addition, the damping alloy used is a material that is easy to process, and in combination with using the damping alloy in part rather than the entire cutting tool, it is possible to provide a low-cost, easy-to-use, high-performance cutting tool. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a side view of a cutting tool according to a first embodiment based on the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A.
2A is a side view of a cutting tool according to a second embodiment based on the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2A.
FIG. 3 is a side view of a cutting tool according to a third embodiment based on the present invention.
FIG. 4 is a side view of a cutting tool according to a fourth embodiment based on the present invention.
FIG. 5A is a side view of a conventional cutting tool for turning, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5A.
FIG. 6 is a diagram of a cutting tool for milling.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400 Cutting tool, 101, 201, 301, 401 Main body, 102, 202, 302, 402 Cutting blade support surface, 103, 203, 303, 403 Sheet member, 104, 204, 304, 404 Cutting edge, 105, 205, 305, 405 Damping alloy.

Claims

A cutting tool comprising: a main body portion, a cutting edge portion supporting surface provided on the main body portion, and a cutting edge portion supported by the cutting edge portion supporting surface,
The cutting tool is based on Mn in at least a part except for the cutting edge portion, and contains, as a basic composition, 20 ± 5% of Cu, 5 ± 3% of Ni, 5 ± 3% of Fe, and 2 ± 1% of Fe. A cutting tool characterized by using a vibration damping alloy.

The cutting tool according to claim 1, wherein the damping alloy further contains Al: 2 to 5%.

A cutting tool comprising: a main body portion, a cutting edge portion supporting surface provided on the main body portion, and a cutting edge portion supported by the cutting edge portion supporting surface,
The cutting tool is characterized in that a vibration damping alloy having a tensile strength of 200 MPa to 700 MPa and a logarithmic decrement of 0.1 to 0.8 is used in at least a part except for the cutting edge portion.

The cutting tool according to claim 3, wherein the tensile strength of the damping alloy is 500 MPa to 650 MPa, and the logarithmic decrement is 0.2 to 0.35.

The cutting according to any one of claims 1 to 4, wherein, when the cutting tool is installed on a machine tool, the vibration-damping alloy is arranged on a portion that comes into contact with a tool base on a machine tool side. tool.

When the cutting tool is installed on a machine tool, the vibration damping alloy is disposed on at least a part of a cross section perpendicular to the tool longitudinal direction at a cutting edge side end of a portion in contact with a machine tool side tool pedestal. The cutting tool according to claim 1, wherein:

The at least one part of the sheet member which contacts the said cutting edge part, or the main-body part area | region containing at least the said cutting edge part support surface was comprised with the said vibration damping alloy, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The described cutting tool.

The cutting edge portion of the cutting tool is provided replaceable,
The cutting according to any one of claims 1 to 4, wherein when fixing the cutting blade portion from the upper surface, a sheet member disposed on the upper surface of the cutting blade portion is made of the vibration damping alloy. tool.