JP2004524176A - 切削が改良された切削用インサート - Google Patents

Abstract

金属加工作業用の切削用インサート(12)は、硬質且つ耐摩耗性の材料から成る多角形本体を備える。該本体は、頂面(28)及び底面(30)、並びに、該頂面と該底面との間にあり互いに隣接した第１の壁部及び第２の壁部(38及び40)を含む周壁(36)を有する。該第１の壁部(38)と前記頂面(28)との交差部分は、第１の切れ刃(52)を形成し、該第２の壁部(40)と前記頂面(28)との交差部分は、第２の切れ刃(48)を形成する。該第１の切れ刃(52)と該第２の切れ刃(48)とが交わることによって、金属加工作業中に最初に工作物に係合するように構成された高点(54)を形成する。一実施形態では、この切削用インサート(12)の頂面(28)は、チップ制御を促進するトポグラフィーを有する。該トポグラフィーは、前記切れ刃(44)に隣接したプレーン(64)と、該プレーン上で前記切れ刃(44)から内側に位置するプラトー(66)とを含む。該プラトー(66)は、前記プレーン(64)よりも高くされており、傾斜側部(70)を有する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、金属加工作業に用いられる切削工具に関する。特に、本発明は、切削性が改良された、切削工具の切削用インサートに関する。一実施形態では、この切削用インサートは、金属加工作業中にチップ制御も促進する。
【背景技術】
【０００２】
フライス削り作業のような金属加工作業に用いられる切削工具は、一般的には、複数の切削用インサートを保持する切削器本体(cutter body)を含む。金属加工作業中、この切削用インサートは、工作物と係合することによって、その工作物から材料を切除する。工作物から材料を切除するのに比較的大量の力を必要とする切削用インサートは、切削工具が必要とする力の量を増加させ、切削用インサートの摩耗を増進させる。従って、工作物から材料を切除するのに必要とされる力の量を軽減する切削用インサートを提供することが望ましい。
【０００３】
２０００年４月１８日に発行された、デローチェ(DeRoche)による米国特許第６，０５０，７５２号には、角部切れ刃が横切れ刃よりも高くされている切削用インサートが開示されている。この角部切れ刃は、その全長にわたり同じ高さとなっている。このような設計では、工作物から材料を切除するのに比較的大量の力が必要とされる。
【０００４】
効率を最大限に高め、金属加工作業中に切除される材料によって生じる損傷の可能性を最小限に抑えるために、切削用インサートは、材料を切除した後、その切除した材料をチップ(chip)と言われる小片にするように設計されている。チップの生成を促進し制御するような切削用インサートの設計を、チップ制御(chip control)と呼ぶ。チップ制御機能が改良された切削用インサートが必要とされている。
【０００５】
１９９２年６月１６日に発行された、ニーバウアー(Niebauer)による米国特許第５，１２２，０１７号には、頂面上の異なる位置において異なる形状を有する切削用インサートが開示されている。このような設計は、チップ制御を改良することを意図しているのではなく、切削用インサートが所望の切削面を異なるパラメータ下において工作物と接触させることができるようにすることを意図している。
【特許文献１】
米国特許第６，０５０，７５２号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，１２２，０１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、金属加工作業用の切削工具に用いる切削用インサートに関する。この切削用インサートは、硬質且つ耐摩耗性の材料から成る多角形本体を備える。該本体は、頂面及び底面、並びに、該頂面と該底面との間にあり互いに隣接した第１の壁部及び第２の壁部を含む周壁を有する。該第１の壁部と前記頂面との交差部分は、第１の切れ刃を形成し、該第２の壁部と前記頂面との交差部分は、第２の切れ刃を形成する。該第１の切れ刃と該第２の切れ刃とが交わることによって、金属加工作業中に最初に工作物に係合するように構成された高点を形成する。
【０００７】
本発明の一実施形態では、この切削用インサートは割出し可能である。前記本体の前記周壁は、複数の側壁部及び複数の角壁部を含む。該側壁部と前記頂面との交差部分は、複数の横切れ刃を形成し、該角壁部と前記頂面との交差部分は、複数の角部切れ刃を形成する。該横切れ刃と該角部切れ刃とが交わることによって、複数の高点を形成する。各該高点は、金属加工作業中に最初に工作物に係合するように構成される。
【０００８】
本発明の切削用インサートは、工作物から材料を切除するのに必要とされる力の量を軽減することによって、金属加工作業に必要とされる力の量を軽減し、金属加工作業にかかるコストを削減する。切削力を軽減することによって、切削用インサートの摩耗及び破損が最小限に抑えられ、これにより、切削用インサートの寿命が改良される。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、この切削用インサートの頂面は、チップ制御を促進するトポグラフィーを有する。該トポグラフィーは、前記切れ刃に隣接したプレーンと、該プレーン上で前記切れ刃から内側に位置するプラトーとを含む。該プラトーは、前記プレーンよりも高くされており、傾斜側部を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここで、図面を参照すると、図１は、本発明に係る複数の切削用インサート１２を保持するフライス１０を示している。フライス１０は、フライス本体(cutter body)１４を備えており、このフライス本体１４は、その切削端１８の周囲に配置され且つ周方向に離間された複数のインサートポケット１６を有している。切削用インサート１２はそれぞれ、このインサートポケット１６内に固定されている。簡潔に示すため、図１には、インサートポケット１６も切削用インサート１２も３つしか示されていないが、一般的なフライスは、約８〜１５個の切削用インサートを含む。この切削用インサート１２は、フライス本体１４から下方に且つ半径方向外側に突出している。
【００１１】
フライス本体１４は、その切削端１８から見て、軸２０の周囲を反時計回り方向に回転可能である。このフライス本体１４は、その回転を行う駆動手段（図示せず）に取り付けるための中央ボア２２を有している。作業中、フライス本体１４は回転し、フライス１０は工作物２４（図２参照）と係合するように進められる。各切削用インサート１２は、工作物２４と係合することによって、工作物２４から材料を切除する。フライス１０は、このフライス削り作業中、側方、例えば図２の矢印２６の方向に進められる。フライス削り作業の一般的な種類としては、正面フライス削り、エンドミル削り、及び立て削りがある。
【００１２】
本発明の切削用インサート１２が、図３及び図４により詳細に示されている。この切削用インサート１２は、硬質且つ耐摩耗性の材料から成る多角形本体を備えている。この切削用インサート１２を作製するには、適切な硬質且つ耐摩耗性の材料であれば、いずれの材料を用いてもよく、このような材料としては、例えば、様々なカーバイド材料又はセラミック材料が挙げられる。ペンシルヴァニア州のラトローブ(Latrobe)にあるケンナメタル インコーポレイテッドは、この切削用インサートを作製するのに適した様々な特殊カーバイドを製造している。
【００１３】
切削用インサート１２は、頂面２８及び底面３０を有している。図示されている実施形態では、頂面２８は、角部が面取りされたほぼ正方形をしており、切削用インサート１２は、円形底面３０へと変遷している。しかし、この頂面２８及び底面３０は、その他の形状をしていてもよい。頂面が異なる形状（例えば、正方形、八角形、円形）であり、底面が同じ形状（例えば、円形）である、１組の異なる切削用インサート（図示せず）を作製することによって、特定の切削工具においてこの異なるインサートを相互に交換できる、ということが考えられる。図示されている切削用インサート１２は、幅（側部から側部までの長さ）が約１／２インチであるが、その他のサイズの切削用インサートを作製してもよい。
【００１４】
図３及び図４に示されている実施形態では、切削用インサート１２の頂面２８は、チップ制御を促進するトポグラフィー（地形）３２を有している。切削用インサート１２のこのトポグラフィー３２については、後で詳細に説明する。
【００１５】
円形の中央開口部３４が切削用インサート１２の頂面２８から底面３０まで延びていることによって、この切削用インサート１２を留め具でフライス１０に固定することができる。或いは、この切削用インサート１２はフライス１０にクランプされてもよく、この場合、切削用インサート１２は中央開口部３４を必要としない。
【００１６】
また、切削用インサート１２は、頂面２８と底面３０との間に延在する周壁３６（図４参照）も有している。図示されている実施形態では、この周壁３６は、４つの側壁部３８（このうちの１つを図示）と、これらの側壁部３８同士間に隣接して位置する４つの角壁部４０（このうちの２つを図示）とを含む。しかし、この周壁３６は、より多くの又はより少ない壁部を含んでいてもよく、図示されている形状とは異なる形状をしていてもよい。
【００１７】
各角壁部４０の上部は、ファセット（切子面）４２とされているのが好ましい。このファセット４２は、金属加工作業中、ワイパーとしての機能を果たし、より完成度の高い切削をもたらす。
【００１８】
周壁３６と頂面２８との交差部分は、切れ刃４４を形成しており、この切れ刃４４は、切削用インサート１２の周辺部周囲を延びている。具体的には、側壁部３８と頂面２８との交差部分は、横切れ刃４６を形成している。この横切れ刃４６は、先端部４８及び後端部５０を含む。角壁部４０と頂面２８との交差部分は、角部切れ刃(corner cutting edge)５２を形成している。この切削用インサートを上から見ると（図３）、図示されている実施形態の横切れ刃４６は正方形の４つの辺を形成しており、角部切れ刃５２は正方形の面取りされた４つの角を形成している。しかし、これらの切れ刃は、その他の形状を形成していてもよい。図示されている実施形態では、横切れ刃４６と角部切れ刃５２との交差部分は、上から見ると、わずかに丸くされている。
【００１９】
図３及び図４と共に図５に示されているように、横切れ刃５２と角部切れ刃４８とが交わることによって、高点５４を形成している。この「高点」とは、図５の矢印５６で示されている軸方向において最も長い距離を延びる、切れ刃４４上の点のことである。図示されている切削用インサート１２は、その４つの角部に位置する４つの高点５４を有している。しかし、本発明に係る切削用インサートは、その設計によって、より多くの又はより少ない高点を有していてもよい。この高点５４の目的については、後で説明する。
【００２０】
図５に示されているように、横切れ刃４６の先端部４８及び角部切れ刃５２は、高点５４からそれぞれ第１の角度５８及び第２の角度６０で下方に延びている。この角度５８及び６０は、切削用インサート１２の角部における４つの高点５４上に置かれる基準面６２に対して測定されている。この第１の角度５８及び第２の角度６０は、約０．５°〜約３０°であるのが好ましく、約２°〜約１０°であるのがより好ましい。
【００２１】
切削用インサート１２の切れ刃４４の上記のような形状は、金属加工作業中、工作物から材料を切除するのに必要とされる力の量を軽減する。図２に示されているように、切削用インサート１２は、工作物２４を角部切れ刃５２及び横切れ刃４６の先端部４８と係合させることによって、工作物２４から材料を切除する。切れ刃４４の高点５４は、角部切れ刃５２と横切れ刃４６との交差部分に位置している。この高点５４は、軸方向において最も長い距離を延びるところに位置し、角部切れ刃５２及び横切れ刃４６の先端部４８は、この高点５４から下方に延びているので、金属加工作業中、この高点５４が最初に工作物２４と係合する。切削はこの高点５４において始まり、それに隣接した角部切れ刃５２及び横切れ刃４６の先端部４８へと下方に進む。
【００２２】
切れ刃４４のこのような設計によって、工作物２４を切削するのに必要とされる力の量が軽減される。理論で制限することは意図しないが、このように切削力が軽減されるのは、切削力が最初は一点（高点５４）にあり、徐々に角部切れ刃５２及び横切れ刃４６の先端部４８が工作物２４に緩やかに入っていくことによって、切削を完了させるためである、と考えられる。角部切れ刃５２全体が、一度に工作物２４を切削するのではない。一度に切削しようとすると、より多くの切削力が必要とされる。
【００２３】
再度図３及び図４を参照すると、この切削用インサート１２の一実施形態は、頂面２８上に、チップ制御を促進するトポグラフィー３２を有している。このトポグラフィー３２は、特に図示されている切削用インサート１２の設計に対して作用するように構成されているが、その他の設計に対して用いてもよい。このトポグラフィー３２は、ほぼ平面であるプレーン（平地）６４を含んでおり、このプレーン６４は、頂面２８の大部分を構成している。このプレーン６４は、切れ刃４４からインサート１２の中央へ向かって内側に延びている。図示されている実施形態では、このプレーン６４は、各角部切れ刃５２からは短い距離だけ比較的平坦である。そして、このプレーン６４は、切削用インサート１２の中央へ近づくにつれて、わずかに下方へ傾斜した後、平坦になっている。図示されているこのプレーン６４は、横切れ刃４６からは、切削用インサート１２の中央へ近づくにつれて、わずかに下方へ傾斜した後、わずかに上方へ傾斜している。
【００２４】
また、トポグラフィー３２は、切削用インサート１２の中央開口部３４を囲む中央プラトー（台地）６６も含む。このプラトー６６は、プレーン６４よりも高くされており、ほぼ平坦である。図示されている実施形態では、このプラトー６６は、ほぼ正方形をしている。このプラトー６６は、その４つの角部に、半径方向外側への突出部６８を含む。また、このプラトー６６は、プレーン６４側からプラトー頂部側へ上昇していく傾斜側部７０を有している。理論で制限することは意図しないが、金属加工作業中に切除された材料がプラトー６６のこの傾斜側部７０に当たると、その材料は砕かれて小さなチップになる、と考えられる。
【００２５】
図示されているトポグラフィー３２は、プラトー６６の４つの角部それぞれにアイランド（島）７２をさらに含む。このアイランド７２は、プラトー６６よりも高くされており、傾斜側部とほぼ平坦な頂面とを含んでいる。図示されているこのアイランド７２は、ほぼ弧状であるが変則的な形状をしており、プラトー６６の突出部６８へ入っていくように半径方向外側に延びる突出部７４を含んでいる。このアイランド７２は、チップ制御を促進し得る。
【００２６】
また、図示されているトポグラフィー３２は、プレーン６４上に複数のリッジ（尾根）７６、７８、及び８０も含む。これらのリッジは、プレーン６４よりも高くされている。一組のリッジ７６、７８、及び８０は、頂面２８の４つの角部それぞれに位置している。このうちの１つのリッジ７６は、ほぼ楕円形をしている。この楕円形リッジ７６は、横切れ刃４６からプラトー６６の突出部６８へ内側に延びている。もう１つのリッジ７８は、弧状をしており、横切れ刃４６と角部切れ刃５２との交差部分から楕円形リッジ７６の１つの側部へ延びている。もう１つのリッジ８０は、ほぼ逆Ｓ字状の湾曲した形状をしている。この湾曲リッジ８０は、その他のリッジ７６及び７８から短い距離だけ離間されており、切れ刃４４の高点５４とプラトー６６との間を延びている。これらのリッジ７６、７８、及び８０もまた、チップ制御を促進し得る。
【００２７】
特定の実施形態について説明してきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲内であれば、その他の形態で実施してもよい。例えば、本発明の切削用インサートは、フライス削りだけでなくその他の金属加工作業にも用いることができる、と考えられる。この切削用インサートは、図示されている実施形態と異なる形状にしてもよい。図示されているこの切削用インサートは割出し可能(indexable)であるが、割出し可能でない切削用インサート（例えば、各角部に高点を有するのではなく、高点を１つだけ有するインサート）を作製してもよい。頂面のトポグラフィーは、図示されている実施形態のトポグラフィーとは変えてもよい。
【００２８】
本発明の切削用インサートの好適な実施形態が図示されているが、この図示されている特定の実施形態は、特許請求の範囲を制限するものと解釈するべきではない。本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な変更及び修正を行ってもよい、と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る複数の切削用インサートを保持するフライスの部分切取側面図である。
【図２】工作物に係合することによってその工作物から材料を切除する切削用インサートを示す、図１のフライスの部分拡大図である。
【図３】本発明の切削用インサートの拡大上面図である。
【図４】切削用インサートの拡大側面図である。
【図５】インサートの切れ刃の形状を示す、切削用インサートの部分拡大側面図である。

Claims (20)

1. 金属加工作業のための切削用インサートであって、硬質且つ耐摩耗性の材料から成る多角形本体を備え、前記多角形本体が、頂面及び底面、並びに、該頂面と該底面との間にあり互いに隣接した第１の壁部及び第２の壁部を含む周壁を有し、該第１の壁部と前記頂面との交差部分が、第１の切れ刃を形成し、該第２の壁部と前記頂面との交差部分が、第２の切れ刃を形成し、該第１の切れ刃と該第２の切れ刃とが交わることによって、金属加工作業中に最初に工作物に係合するように構成された高点を形成する、前記切削用インサート。
2. 前記第１の切れ刃及び前記第２の切れ刃が、前記高点からそれぞれ第１の角度及び第２の角度で下方に延びており、該第１の角度及び該第２の角度が、約０．５°〜約３０°である、請求項１に記載の切削用インサート。
3. 前記第１の角度及び前記第２の角度が、約２°〜約１０°である、請求項２に記載の切削用インサート。
4. 前記第１の壁部が、横切れ刃を形成する側壁部であり、前記第２の壁部が、角部切れ刃を形成する角壁部である、請求項１に記載の切削用インサート。
5. 前記角壁部の上部がファセットから成る、請求項４に記載の切削用インサート。
6. 前記横切れ刃が、前記高点から下方へ延びる先端部と、該先端部から上方へ延びる後端部とを含む、請求項４に記載の切削用インサート。
7. 前記切削用インサートを上から見ると、前記第１の切れ刃と前記第２の切れ刃との交差部分が丸くされている、請求項１に記載の切削用インサート。
8. 金属加工作業のための割出し可能な切削用インサートであって、硬質且つ耐摩耗性の材料から成る多角形本体を備え、前記多角形本体が、頂面及び底面、並びに、該頂面と該底面との間にあり複数の側壁部及び複数の角壁部を含む周壁を有し、該側壁部と前記頂面との交差部分が、複数の横切れ刃を形成し、該角壁部と前記頂面との交差部分が、複数の角部切れ刃を形成し、該横切れ刃と該角部切れ刃とが交わることによって、金属加工作業中に最初に工作物に係合するように構成された複数の高点を形成する、前記切削用インサート。
9. 前記横切れ刃及び前記角部切れ刃が、前記高点からそれぞれ第１の角度及び第２の角度で下方に延びており、該第１の角度及び該第２の角度が、約０．５°〜約３０°である、請求項８に記載の切削用インサート。
10. 前記第１の角度及び前記第２の角度が、約２°〜約１０°である、請求項９に記載の切削用インサート。
11. 各前記角壁部の上部がファセットから成る、請求項８に記載の切削用インサート。
12. 各前記横切れ刃が、前記高点から下方へ延びる先端部と、該先端部から隣接した角部切れ刃へと上方へ延びる後端部とを含む、請求項８に記載の切削用インサート。
13. 金属加工作業のための切削用インサートであって、硬質且つ耐摩耗性の材料から成る多角形本体を備え、前記多角形本体が、頂面及び底面、並びに、該頂面と該底面との間にあり互いに隣接した第１の壁部及び第２の壁部を含む周壁を有し、該第１の壁部と前記頂面との交差部分が、第１の切れ刃を形成し、該第２の壁部と前記頂面との交差部分が、第２の切れ刃を形成し、該第１の切れ刃と該第２の切れ刃とが交わることによって、金属加工作業中に最初に工作物に係合するように構成された高点を形成し、前記頂面が、チップ制御を促進するトポグラフィーを有し、該トポグラフィーが、前記切れ刃に隣接したプレーンと、該プレーン上で前記切れ刃から内側に位置するプラトーとを含み、該プラトーが、前記プレーンよりも高くされており、傾斜側部を有する、前記切削用インサート。
14. 前記トポグラフィーが、前記プラトー上に、前記プラトーよりも高くされたアイランドをさらに含む、請求項１３に記載の切削用インサート。
15. 前記プレーンが、前記切れ刃から下方へ傾斜している、請求項１３に記載の切削用インサート。
16. 前記プラトーが、半径方向外側への突出部を有する、請求項１３に記載の切削用インサート。
17. 前記トポグラフィーが、前記プレーン上にリッジをさらに含む、請求項１３に記載の切削用インサート。
18. 前記リッジが湾曲したリッジである、請求項１７に記載の切削用インサート。
19. 前記リッジがほぼ楕円形をしたリッジである、請求項１７に記載の切削用インサート。
20. 前記切削用インサートが、複数の切削部を有する割出し可能な切削用インサートであり、前記トポグラフィーが、前記頂面上の各該切削部に位置する、請求項１３に記載の切削用インサート。