JP2006224295A - ５種の異なる半径セグメントを有するコーナ部を備えた割付可能インサート - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は変形されたノーズ半径を備えた旋削用金属切削インサートに関する。
【解決手段】旋削用割付可能切削インサートは各実用コーナに１順列の少なくとも５つの異なる半径セグメント群（５Ａ、５Ａ′、５Ｂ、５Ｂ′、５Ｃ）を有していて、中間セグメント（５Ｃ）は第１の曲率半径（ｒ_e）を有し、隣接する２つのセグメント（５Ｂ、５Ｂ′）はいずれも第２の曲率半径（ｒ₂）を有しており、これらのセグメントの外側に配位する２つのセグメント（５Ａ、５Ａ′）はいずれも第３の曲率半径（ｒ₃）を有していて、曲率半径間の関係はｒ₃＞ｒ_e＞ｒ₂である。第３セグメント（５Ａ、５Ａ′）に隣接し且つその外側に配位する第４の曲率半径（ｒ₄）を具備した２つの第４セグメントもあり得る。このように変形されたノーズ半径群を備えた切削インサートは一定曲率半径を備えた切削インサートよりも面滑度が著しく改良された。
【選択図】図１

Description

本発明は主として旋削用の金属切削インサートとして請求項１の特徴部分に係る変形を施されたコーナ、即ちノーズラジアス（ノーズ半径）を備えた斯かる金属切削インサートに関する。

このインサートは正規にはインデキシャブル（割付可能）なものである、即ちこのインサートは１つ以上の実用コーナ切刃を有し、１のコーナが摩耗したときに、新たなコーナが稼働するようにインサートを回す、即ち割付けることが出来る。

あらゆる種類の旋削のために、主切刃と二次切刃の間を結ぶコーナラジアス（コーナ半径）と送り速度との間に特定の相互作用がある。従って荒用（粗工作のため）には、強い切刃を得るために可能な最大コーナ半径を選定すべきである。他方、過大なコーナ半径は振動の原因になり得る。それ故に、精密旋削のためには通常は相対的に小さいコーナ半径、正規には２ｍｍより常に小さい値、が選定される。小さいコーナ半径を備えることによる不利益は、このコーナ半径がインサートの磨滅スピードを高めることによって寿命と性能を阻害することにある。工作物の得られる面滑度は、具体的にはコーナ半径と送り速度の相互作用によって影響される。

切込角は主切刃と送り方向の間の角度として規定されている。この角度は異なる切削力成分の間の相互関係に対する著しい影響力を有していて、それにより面滑度と寸法精度に多大の影響を与える。工具のバッククリアランス角は二次切刃と送り方向の間の角度であり、これは旋削された面の滑度に対して悪影響を与える。特定のインサートにとっては、明らかに切込角の変更は工具バッククリアランス角を同時に変えない限り不可能である。従って、面滑度と寸法精度は切込角に対して非常に敏感である。

全ての旋削作業にとって問題になることは、所望滑度の得られないことである。面滑度は時として、相対的に高いスピードとニュートラルの或いは正のレーキ角（すくい角）とを用いることによって改良され得る。しかしながら、切込角の調節に対する感度は代わらずにそのままである。

従って、本発明の第１の目的は機械工作面の滑度を向上させることにある。
本発明の第２の目的は旋削用切削インサートの設定された切込角に対する敏感度を低減させることにある。

これらの目的並びに追加の目的は、請求項１の特徴部分に係る特別構成順列のコーナ半径群を備えた旋削用の切削インサートを作ることにより驚異的仕方で以って達成される。
限定目的の無い説明をするために、今や本発明の幾つかの好適例がここに提示されている添付図面を参照しながら更に説明される。

図１は本発明に斯かる旋削用切削インサートのコーナ或いはノーズ部を示しているが、これは単面形式でも両面形式であってもよい。このインサートは通常はセメンテッドカーバイドで作られるが、異なるセラミック材料で作っても良い。

製造コストの関係から、これは直接に加圧成形するのが適当である。本例（図１）によれば、各作動切削コーナはインサートの上側面（並びに両面形式インサートにおける反対面にも）にスエーデン特許出願第９３０１１３２２−８号（及びＷＯ−Ａ−９６／２２６２２）に係る湾曲突起１を含む。当該出願はここに引用文献として組み込まれる。主ランド３は切刃２、２′と直に接合した状態において、インサート上面に接合しており、この主ランド３はインサート側面４、４′並びにインサートの丸められたコーナ半径面に実質的に直角である。すくい面６は主ランド３から下方且つ内方に傾斜している。湾曲突起１はすくい面６に重複合流し、それによってコーナ面部７を画成している。切削インサートは長斜方形であって、図１に示すそのコーナ部は実質的に８０°の全体的コーナ半径を有している。しかし、このインサートは正方形、方形、三角形、或いは六角形であり得る。六角形の場合には、インサートは所謂トリイゴナル（TRIGONAL）インサート形式のものであり得る。

本発明の必須の特徴はコーナ半径（コーナラジアス）が微分化されていることにあり、これは図２、３、４に図示されている。多数の試験において、コーナ半径微分化は工作された面の面滑度を定格（一定）の曲率半径を備えた同種のインサートに較べ、驚異的に高いものにし、そしてインサートを切込角の位置に対して著しく鈍感にしている。この微分化形態はコーナ二等分線に関して非対称である。しかしながら、コーナ半径群順列をコーナ二等分線の両側で対称にするのが好ましい。これは結果的に切削インサートがこれを引っ繰り返したときに対称になるので、同じインサートで以って左勝手、右勝手の両方の旋削が可能になる、即ち左勝手、右勝手のホルダを利用出来るという最も重要な利益をもたらすことになる。更には、対称コーナ外形が軸方向並びに半径方向の対称的旋削を可能にする。

異なるコーナ半径群を図示するために、図２、３に仮想円扇形（セクター）を再現してある。図２の切削インサートは実質的に８０°の角度を有し、これは５種の円或いは円筒面のセグメント５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ａ′、５′に分割されている。中間のセグメント５Ｃは曲率半径ｒ_e（注：縮小下添字ｅは便宜上、図中の縮小下添字εの代用）を有している。２つのセグメント５Ｂ、５Ｂ′は実質的に同じ半径を有しており、これはｒ_２で指定されている。又、セグメント５Ａ、５Ａ′は実質的に同じ半径を有しており、これはｒ_３で指定されている。本発明に係る全ての切削インサートにおいては：ｒ_３＞ｒ_ｅ＞ｒ_２の関係が成り立つ。

２つの曲率半径の最小差分は０．１ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ、特には０．３ｍｍであるべきである。この最小差分が維持される限り、３つの曲率半径は可成り広い範囲内で変動することが出来る。従って、ｒ_ｅは０．２と５ｍｍの間、好ましくは０．４と３．２ｍｍの間、特には０．４と１．６ｍｍの間の値であり得る。半径ｒ_３は１と１０ｍｍの間、好ましくは２．４と１０ｍｍの間、特には４と８ｍｍの間の値であり得る。

また、仮想円セクター（扇形）の中心角α、β、δは切削インサートのコーナ半径に依存して広範囲に変動し得る。しかしながら、インサートの好ましい転覆対称を配慮して、セグメント５Ａ，５Ａ′の中心角δは実質的に同じ大きさであるべきである。同じ事は勿論中心角βの場合にも言える。中心角αは１と１４５°、好ましくは５と９０°、特には１０と４０°の間の値であるべきであると概して断言し得る。各中心角βは１と４５°の間、好ましくは１０と４０°の間、特には１５と３５°の間の値であるべきである。

本発明の好適例によれば、特にポイント角が相対的に小さい場合（例えば８０°より小さい場合）に、更に第４半径ｒ_４を切削コーナの二等分線の両側に対称的に配設すべきである。図３から分かるように、この半径はセグメント５Ａと側面４の間に、並びにセグメント５Ａ′と側面４′の間に夫々配位される。半径ｒ_４は半径ｒ_３より小さい値として少なくとも１ｍｍであるべきであり、適当な値としては０．１と５．０ｍｍ、好ましくは０．１と２．４ｍｍ、特には０．２と１．０ｍｍの間の値であるべきである。対応する扇形（セクター）の中心角αは１と４５°、好ましくは５と４０°、特には１５と３５°の間の値であるべきである。

異なる円形セグメント間の接続は接線方向のものであるべきである。従って、この接続は例えば、半径ｒ_３に至る遷移点における半径ｒ_２の接線は同じ遷移点における半径ｒ_３の接線と合致することを意味する。これは結果的に、滑らかな曲率半径遷移をもたらし、そして切込角の正確な調整に対して鈍感度を高めることになる。

図４は本発明に係る変形コーナ半径を構成する異なる曲率半径群を図示している。直線２、２′は２つの隣接する切刃を指定している。切刃と二等分線の交点のあたりの面域には、曲率半径ｒ_ｅが曲率半径ｒ_２の円の半径方向内側に配位し、それによって二等分線の両側に夫々存在する２つの曲率半径ｒ_２曲率半径ｒ_ｅとの間の交点、即ち遷移点を形成している。この交点と切刃２（或いは２′）の間には、もう１つの交点、即ち遷移点、即ち曲率半径ｒ_３と曲率半径ｒ_２の間の交点がある。後者の交点における接線は切刃２（或いは２′）と逃げ角θをなす。この逃げ角θは方形インサート、或いは所謂トリゴナルインサートのためには、適切には４と２９°、好ましくは３と７°の間の値である。

比較のために、本発明に係る切削インサートを、定格（一定の）ノーズ半径を備えた普通の旋削用切削インサートと併せて試験し、両者を比較した。両インサートは８０°のノーズ角を有している。本発明に係るインサートは以下のデータを有している：
ｒ_４＝０．７９ｍｍ α＝２４°
ｒ_２＝０．６５ｍｍ β＝３１°
ｒ_３＝４．７ｍｍ δ＝７°

既知のインサートは０．７９ｍｍの連続曲率半径ｒ_ｅを有している。両切削インサートは図１に係るチップ破壊用外形と５°の逃げ角θとを有している。

低合金錬鋼（ＳＳ２５１１）の機械工作の結果は図５のダイアグラムに示される。
ｙ軸にはμｍの単位で表す得られた面滑度が与えられ、ｘ軸にはｍｍ／回転の単位で表す送りが与えられている。切削速度は１８０ｍ／分であり、切込みは２ｍｍである。このダイアグラムから、例えば０．８ｍｍ／ｒｅｖの送りでＲ_４値は実質的に半分になっている。これから、本発明に係るノーズ半径順列を有する切削インサートの優秀さが一定の（定格の）ノーズ半径を具備していることを除いては同等であるインサートと比較して明確に示される。更に、既知のインサートと違って、９１から９３°への切込角の変更は本発明に係るインサートを用いた旋削によって達成される面滑度に対して有害な影響を与えない。

上記好適例によれば、両面式切削インサートが説明されているが故に、側面４、４′は上、下面に対して直角である。しかし、インサートが単面式のものであれば、フランク面、即ち側面４、４′並びにノーズ面５Ａ−５Ｃは上面と好ましくは鋭角をなし、好ましいインサート固有の逃げ角が５と１１°の間の値になることは明らかである。

図１は本発明に係る旋削用の切削インサートのそのコーナの上から斜めに見た側面図である。 図２は本発明に係る旋削用の切削インサートの真上から見たインサートコーナ部を示しており、これにはコーナ部が有する異なるコーナ半径群を図示している。 図３は本発明に係る旋削用の切削インサートの真上から見たインサートコーナ部を示しており、これにはコーナ部が有する異なる曲率半径群を図示している。 図４は本発明に係るコーナ部に含まれ得る相異なる曲率半径群の概略を示している。 図５は本発明のお陰で、工作物の平滑度が異なる送り条件において如何に改良されるのか、その具合を示すダイヤグラムである。

符号の説明

１ 湾曲突起
２、２’ 切刃
３ 主ランド
４、４’ 側面
５ ノーズ半径
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ａ’、５Ｃ’ 円筒面セグメント
６ すくい面
７ コーナ面部
Ｂ ノーズ半径面の二等分線
ｒ_１ 第１曲率半径
ｒ_２ 第２曲率半径
ｒ_３ 第３曲率半径
ｒ_４ 第４曲率半径
ｒ_ｅ 中間の曲率半径
α 仮想円セクターの中心角
β 仮想円セクターの中心角
δ 仮想円セクターの中心角
θ 逃げ角

Claims (10)

1. 上面とこれと実質的に平行な底面と該上、底面の間に延在する少なくとも３つの側面とを含んで成る主として穿削用の切削インサートであって、隣り合う２つの側面の遷移部が丸められたノーズ半径面（５）を形成し、該上面と夫々の側面或いはノーズ半径面との交点が夫々切刃を形成している斯かる切削インサートにおいて、前記の形成されたノーズ切刃が少なくとも５つの円セグメントに分割されていることを特徴とする切削インサート。
2. 該ノーズ切刃に隣接する丸められた該ノーズ半径面（５）の少なくとも１部分が少なくとも円筒面セグメント（５Ａ−５Ｂ）に対応分割されていることを特徴とする請求項１に係る切削インサート。
3. 該ノーズ半径面（５）が該上面から該底面までの全高にわたって該円筒面セグメント（５Ａ−５Ｂ）に分割されていることを特徴とする請求項２に係る切削インサート。
4. 該５つのセグメントが少なくとも３種の異なる曲率半径を有していて、隣接するセグメントが異なる半径を有していることを特徴とする請求項１、２或いは３に係る切削インサート。
5. 該ノーズ半径の二等分線（Ｂ）が第１曲率半径（ｒ_ｅ）を有する第１セグメント（５Ｃ）と交差し、当該セグメントの両側には実質的に同じ大きさの第２曲率半径（ｒ_２）を有する第２セグメント（５Ｂ，５Ｂ′）が接合しており、当該第２セグメントには実質的に同じ大きさの第３曲率半径（ｒ_３）を有する第３セグメント（５Ａ、５Ａ′）が接合していて、ｒ_３＞ｒ_ｅ＞ｒ_２の関係が存在することを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に係る切削インサート。
6. 実質的に同じ大きさの第４曲率半径（ｒ_４）を有する２つの追加セグメントが該第３セグメント（５Ａ、５Ａ′）と該側面（４、４′）との間に夫々配置されていることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に係る切削インサート。
7. ２つの曲率半径間の最小差分が０．２ｍｍであることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に係る切削インサート。
8. 該第１曲率半径（ｒ_ｅ）が０．４と１．６ｍｍの間の値であり、該第２曲率半径（ｒ_２）が０．４と１．５ｍｍの間の値であり、該第３曲率半径（ｒ_３）が４と８ｍｍの間の値であることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に係る切削インサート。
9. 該第１セグメント（５Ｃ）が５と９０°の間の値の中心角（α）を有する円セクターに対応しており、該第２セグメント（５Ｂ、５Ｂ′）が共に１０と４０°の間の値の中心角（β）を有する円セクターに対応しており、該第３セグメント（５Ａ、５Ａ′）が共に１と１５°の間の値の中心角（δ）を有する円セクターに対応していることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に係る切削インサート。
10. 該第４曲率半径（ｒ_４）が０．２と１．０ｍｍの間の値であり，そして１５と３５°の間の値の中心角（δ）を有する円セクターに対応していることを特徴とする請求項１に係る切削インサート。

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