JP2007290057A - 超高圧焼結体切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】高硬度材、非鉄金属又は非金属の切削加工において、広範な切削条件において効果的な切屑処理を可能にし、さらに、切削抵抗を小さくした超高圧焼結体切削工具を提供する。
【解決手段】工具本体20の上面20aのコーナ部21に固着された超高圧焼結体製の切刃部材30には、すくい面31と逃げ面32との交差稜線部に、コーナ33a及び該コーナ33ａからそれぞれ延びる一対の直線切刃33bからなる切刃33が形成され、上記切刃部材30のすくい面31のコーナ部21の内側には、すくい面31から上方に向かって立ち上がるチップブレーカ突起40が設けられた超高圧焼結体切削工具において、側面視において、切刃33には、コーナ33aと、該コーナ33aの２等分線Bとが交差するコーナ先端34から両側に離間するにつれ、漸次低くなる下り傾斜部35ａを設け、平面視において、チップブレーカ突起40のブレーカ壁面41を、直線切刃33bに対してほぼ平行な方向に延在させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも切刃部及びチップブレーカ突起が超高圧焼結体からなるチップブレーカ付き超高圧焼結体切削工具に関するものである。

例えば４０〜６０ＨＲＣ程度の硬度をもつ浸炭焼入鋼や高周波焼入鋼などの高硬度材の仕上げ切削に用いる工具として、図７及び図８に図示するように、切刃に立方晶型窒化硼素等を主成分とする超高硬度焼結体を採用した切削工具が用いられている。図７に図示した切削工具は、工具本体１となるスローアウェイチップの台金の先端コーナ部に座溝２を設け、そこに超高硬度焼結体３を接合したものである。超高硬度焼結体３をその後部が落ち込む方向に傾け、座溝２の面の一部でブレーカ壁が構成されている。図８に図示した切削工具は、立方晶型窒化硼素を主成分とする超高硬度焼結体３及びこれを接合した工具本体１の各上面と側面の交差部に高さＨの面取部８を設け、超高硬度焼結体３には刃先をｈ芯下りさせるチップブレーカ５を設け、Ｈとｈの関係はＨ＞ｈとし、刃先部に面取部８の面の一部で構成される強化処理用の面取部６を生じさせたものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１５５７０２号公報

高硬度材の切削加工においては、例えば４０ＨＲＣ程度未満の硬度をもつ炭素鋼や合金鋼等の切削加工にくらべ、切削抵抗の切込み深さ方向の分力である背分力が大きくなるため、びびり、発熱、切刃のチッピング又は欠損が発生しやすい問題があった。

図７に図示した切削工具においては、切刃に沿う方向のすくい角、いわゆる切刃傾き角が正になっているので、上記背分力を減少させる。しかし、切刃の刃先からブレーカ壁面の立ち上がり位置までの距離が大きいことから、仕上げ加工時に生成する切屑が長く伸びてしまうため、切削条件の設定範囲が狭く、仕上げ切削では効果的な切屑処理が望めない、又は、台金の座溝２の立ち上がり面で形成されたブレーカ壁面は切屑の衝突によって摩耗しやすいため、良好な切屑処理を維持し難いといった問題があった。

図８に図示した切削工具において、チップブレーカ５が上面に対して平行に形成されているため、切刃傾き角が０°であり、背分力の増大に起因するびびり、発熱、切刃７のチッピング又は欠損が発生する問題があった。また、チップブレーカ５を予定の切込み深さに対応した範囲に形成する必要があり、上記予定の切込み深さより小さい切込み深さでは、切屑がチップブレーカ５の立ち上がり壁面に接触しないため効果的な切屑処理が望めなかった。

一方、アルミニウム合金等の非鉄金属や樹脂等の非金属の切削加工においては、刃先に切屑が凝着しやすいため加工面の面粗さが悪化する問題があった。

図７に図示した切削工具のように切刃傾き角を正とした場合、切れ味が良くなり刃先に切屑が凝着することが抑制され加工面の面粗さは向上するものの、仕上げ加工では、効果的な切屑処理は望めず、切屑が長く伸びて加工面に擦過する又は噛み込まれる問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、高硬度材、非鉄金属又は非金属の切削加工において、広範な切削条件において効果的な切屑処理を可能にし、さらに、切削抵抗を小さくした超高圧焼結体切削工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。すなわち、工具本体（２０）の上面（２０ａ）のコーナ部（２１）には、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素の少なくとも一方を含有した超高圧焼結体からなる切刃部材（３０）が固着され、少なくとも上記切刃部材（３０）の上面に形成されたすくい面（３１）と、周面に形成された逃げ面（３２）との交差稜線部に切刃（３３）が形成されてなる超高圧焼結体切削工具において、
上記切刃（３３）は、上記コーナ部（２１）に設けられた平面視円弧状をなすコーナ（３３ａ）と、このコーナ（３３ａ）からそれぞれ延びる一対の直線切刃（３３ｂ）とから構成され、上記コーナ（３３ａ）又は上記一対の直線切刃（３３ｂ）の少なくとも一方には、上記コーナ（３３ａ）と、該コーナ（３３ａ）の２等分線（Ｂ）とが交差するコーナ先端（３４）から離間するにつれ漸次低くなる下り傾斜部（３５ａ）と、この下り傾斜部（３５ａ）に続いて漸次高くなる上り傾斜部（３５ｂ）とからなる傾斜部（３５）が形成され、上記コーナ部（２１）の内方には、上記すくい面（３１）から上方に向かって立ち上がるとともに上記２等分線（Ｂ）上で互いに交差する一対のブレーカ壁面（４１）を備えたチップブレーカ突起（４０）が設けられ、上記一対のブレーカ壁面（４１）は、上記一対の直線切刃（３３ｂ）方向と略平行な方向に延在し且つ互いの交差部（４３）が上記コーナ先端（３４）側に突出するように形成されていることを特徴とする超高圧焼結体切削工具である。

本発明の超高圧焼結体切削工具によれば、切刃（３３）に形成された傾斜部（３５）が切屑を拘束する作用が強くなることから、切屑の流出方向を安定させるうえにカール半径を小さくするため、切屑が長く伸びることを抑制し、切屑処理を良好にする。
また、チップブレーカ突起（４０）において、一対のブレーカ壁面（４１）は、一対の直線切刃（３３ｂ）方向と略平行な方向に延在し且つ互いの交差部（４３）がコーナ先端（３４）側に突出するように形成されていることから、広範な切込み深さの設定条件において、上記ブレーカ壁面（４１）が切屑を確実に拘束し効果的な切屑処理を可能にする。特に、コーナ（３３ａ）の各位置から一対のブレーカ壁面（４１）の交差部（４３）までの距離が小さいため、仕上げ切削においてきわめて効果的な切屑処理を可能にする。
さらに、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）を含有する超高圧焼結体で構成された超高圧焼結体切削工具において、切刃傾き角を正側に転化する下り傾斜部（３５ａ）は、高硬度材切削時に特有の高い背分力を減少させるため、びびり、発熱、切刃（３３）のチッピング又は欠損の発生が抑制される。
切刃部材（３０）がダイヤモンド（ＤＩＡ）を含有する超高圧焼結体で構成された超高圧焼結体切削工具においても、下り傾斜部（３５ａ）は、切刃（３３）の切れ味を高めることから、非鉄金属や非金属の切削時に、刃先に切屑が凝着することを抑制し加工面の面粗さを向上させる。

以下に、本発明に係る超高圧焼結体切削工具の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る超高圧焼結体切削工具のコーナ部の斜視図である。図２は同切削工具のコーナ部の平面図である。図３は同切削工具のコーナ部の側面図である。図４及び図５はそれぞれ図２におけるＳ１−Ｓ１線端面図及びＳ２−Ｓ２線端面図である。図６は同切削工具及び比較切削工具の切屑形状を示す図である。

図１に図示するように、本実施形態に係る超高圧焼結体切削工具は、例えば超硬合金、サーメット又はセラミックス等の硬質材料からなる略多角形板状のチップ基体２０の上面２０ａのコーナ部２１に形成した切欠き部２２に、ｃＢＮを含有する超高圧焼結体からなる切刃部材３０をろう付け固着したチップ１０である。このチップ１０は、図示しない公知の固定手段によりバイトホルダ等の切削工具のボデーやホルダの所定位置に着脱自在に装着され、被削材の旋削加工等を行う切刃としての機能を果たすものである。また、本発明の超高圧焼結体切削工具は、上記のボデーやホルダに装着するチップに限定されることはなく、例えば上記ボデーやホルダに直接ろう付け固着される態様であってもよい。

コーナ部２１には、切刃部材３０及びチップ基体２０の一部に跨って、それぞれの上面３０ａ、２０ａには、連続したすくい面３１が形成されるとともに、それぞれの周面には、連続した逃げ面３２が形成され、これらすくい面３１と逃げ面３２との交差稜線部に切刃３３が形成されている。本チップ１０は、逃げ面３２が上記各々の上面３０ａ、２０ａに対して直角に延びた、逃げ角０°のいわゆるネガチップとなっている。

図２に図示する平面視において、切刃３３は、円弧状をなすコーナ３３ａと、該コーナ３３ａからそれぞれ延び直線状をなす一対の直線切刃３３ｂとから構成されている。上記一対の直線切刃３３ｂにおいて、上記コーナ３３ａの反対側の端部はチップ基体２０によって構成されている。

さらに、コーナ部２１の内側には、すくい面３１から上方に向かって立ち上がるとともにコーナ３３ａの２等分線Ｂ上で互いに交差する一対のブレーカ壁面４１を備えたチップブレーカ突起４０が形成されている。すくい面３１、逃げ面３２及び切刃３３と同様に、一対のブレーカ壁面４１も切刃部材３０とチップ基体２０の一部に跨って形成されている。平面視で、一対のブレーカ壁面４１は、直線切刃３３ｂの延びる方向と略平行に延在し、互いに交差する交差部４３がコーナ３３ａと上記２等分線Ｂとが交差するコーナ先端３４側に突出して形成されている。上方に向かって延びる一対のブレーカ壁面４１は切刃部材３０及びチップ基体２０の上面３０ａ、２０ａで構成されたブレーカ頂面４２と交差している。ここで、図４及び図５に図示するように、コーナ先端３４から上記交差部４３がすくい面３１から立ち上がりはじめる位置までの距離（コーナ先端３４におけるブレーカ幅）Ｂ１は、直線切刃３３ｂの刃先からブレーカ壁面４１がすくい面３１から立ち上がりはじめる位置までの距離（直線切刃３３ｂにおけるブレーカ幅）Ｂ２より小さく設定されている。すなわち、上記交差部４３はコーナ先端３４に近接して設けられている。

図３に図示する側面視において、チップブレーカ突起４０の頂面４２に対するコーナ３３ａの芯下がり量Ｈ１は０．１５ｍｍに設定され、該コーナ３３ａ全体にわたって略等しい芯下がり量Ｈ１に設定されている。直線切刃３３ｂには、該直線切刃３３ｂ方向で、上記コーナ先端３４から離間するにしたがって漸次低くなる下り傾斜部３５ａと、該下り傾斜部３５ａに続いて漸次高くなりその終端がチップ基体２０の上面２０ａと交わる上り傾斜部３５ｂと、からなる傾斜部３５が形成されている。本実施形態において、下り傾斜部３５ａ及び上り傾斜部３５ｂは、下方に向かって凹んだ単一円弧で連続的に形成されており、上記円弧の曲率半径は、コーナ３３ａを平面視したときの円弧の曲率半径より十分に大きく、例えば２５ｍｍ以上とされている。傾斜部３５に連なるすくい面３１は、直線切刃３３ｂの延びる方向で上記円弧に対応して下方に向かって凹んだ曲面により形成され、成形方法としては砥石を用いた研削加工法、放電加工法、レーザー加工法又は電子ビーム加工法のいずれかの方法が用いられる。

さらに、切刃３３には、該切刃３３に沿ってホーニング面５０が設けられている。図４及び図５に図示すように、本実施形態では、ホーニング面５０は、切刃３３に直交する平面で切断した断面形状において、チップ基体２０の上面２０ａに対して傾斜した平面状の面取りで形成され、平面視において、コーナ３３ａに設けられたホーニング面５０ａの幅Ａ１は、直線切刃３３ｂに設けられたホーニング面５０ｂの幅Ａ２より大きくなっている。さらに、コーナ３３ａのホーニング面５０ａの幅は、コーナ３３ａの両端部からコーナ先端３４に向かうにつれ徐々に増加し上記コーナ先端３４で最も大きくなるように形成されている。一方、直線切刃３３ｂのホーニング面５０ｂは、その幅Ａ２及び上面に対する傾斜角度α２が下り傾斜部３５ａ及び上り傾斜部３５ｂに関係なく全体にわたって等しく形成されている。

本実施形態では、図４及び図５にそれぞれ図示するように、切刃３３に直交する平面で切断した断面において、切刃３３から延びるすくい面３１が水平方向に延びており、すくい角が０°となっている。

以上に説明したチップを用いて浸炭焼入したＳＣＭ４１５（ＪＩＳ Ｇ４１０５）を切削したときの切屑形状を図６に示す。比較チップは、切刃形状、チップブレーカ突起の形状等の基本的構成が図７に図示した切削工具とほぼ等しいものである。この図からわかるように、比較チップにくらべ、本実施形態のチップ１０は、仕上げ切削から粗加工までの広範な切込み深さにおいて切屑処理の優位性が確認された。また、同じ切込み深さａｐにおいて、送り条件ｆを小さくした場合、比較チップにくらべカール径の変化が小さく安定して優れた切屑処理性を有することが確認された。

以上の切屑処理性の評価からわかるように、本チップ１０によれば、一対の直線切刃３３ｂに形成された傾斜部３５は、切屑を拘束する作用が強いことから切屑の流れを安定化させるとともに切屑のカール半径を小さくする。側面視したときの傾斜部３５の円弧は、その曲率半径が５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるのが望ましい。これは、５ｍｍ未満になると、傾斜部３５の傾斜が急になり切屑変形時に生じる応力が高くなり切削抵抗の増大や切刃３３の損傷増大を招くおそれがあり、１００ｍｍを超えると上記の効果が得られないおそれがあるからである。
さらに、チップブレーカ突起４０の一対のブレーカ壁面４１が一対の直線切刃３３ｂの延びる方向と略平行な方向に延在し、且つ上記一対のブレーカ壁面４１の交差部４３がコーナ先端３４側に突出して近接するように形成されていることから、上記ブレーカ壁面４１は、コーナ３３ａ内の微小切込み深さから直線切刃３３ｂに切込み深さが及ぶ広範な設定条件において、切屑を確実に拘束し効果的な切屑処理を可能にする。
しかも、下り傾斜部３５ａは、該下り傾斜部３５ａから生成する切屑をコーナ先端３４から離れる方向に誘導しブレーカ壁面４１に確実に衝突させるため、いっそう効果的な切屑処理を可能にする。
チップブレーカ突起４０の頂面４２に対するコーナ先端３４の芯下がり量Ｈ１を０．０５ｍｍ以上、好ましくは０．１０ｍｍ以上確保することによって、幅及び厚さが小さい切屑処理の困難な仕上げ切削時の切屑を確実にブレーカ壁面４１に衝突させることができるため良好な切屑処理が可能になる。なお、芯下がり量Ｈ１の上限値は、上記効果が頭打ちとなる、１ｍｍ程度である。

下り傾斜部３５ａは、直線切刃３３ｂの切刃傾き角を正側に転化することから、高硬度材の切削において、大きくなりがちな背分力を小さくし、この背分力によって誘発されるびびり、発熱、切刃３３のチッピング又は欠損の発生を大幅に抑制する。

さらに、切刃３３に沿って設けられたホーニング面５０は、刃先の強度を高めチッピングや欠損が発生する効果がある。平面視において、コーナ３３ａのホーニング面５０ａは、その幅Ａ１が直線切刃３３ｂのホーニング面５０ｂの幅Ａ２より大きくなっていることから、高硬度材の切削時に背分力に起因するチッピングや欠損が発生するのを抑止する。特に、上記幅Ａ１がコーナ先端３４で最も大きくなっていることから、高い背分力を正面側からまともに受ける前切刃におけるチッピングや欠損を効果的に抑止する。
また、コーナ３３ａに設けた比較的幅広のホーニング面５０ａは、切屑をカールさせる働きが強まるため、仕上げ切削の如き低切込み深さにおける切屑処理にも有効となる。
ホーニング面５０については、切刃３３の刃先を強化する目的からチップ基体２０の上面２０ａに対する傾斜角α１、α２を大きくしてもよいが、切れ味が悪化するおそれがあるので、上記傾斜角α１、α２は４５°以下にすべきである。同じ目的からホーニング面５０とすくい面３１及び／又は逃げ面３２との交差稜線部を０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の曲率半径をもつ円弧でなめらかにつないでもよい。

直線切刃３３ｂのホーニング面５０ｂは、その形成される範囲全体にわたって幅Ａ２及び傾斜角度α２がほぼ一定に設けられているため、直線切刃３３ｂの各位置においてほぼ等しい刃先強度が得られ、上記範囲全体にわたって均一に損傷が進行する。そのため、長いチップ寿命が安定して望める。なお、傾斜部３５に形成したホーニング面５０ｂは、すくい面３１を成形する方法と同様に、切刃３３の延びる方向で上記傾斜部３５に対応した平面及び／又は曲面により形成されることによって一定形状のホーニング面が得られる。

以上に説明した実施形態の切刃部材３０を、ＤＩＡを含有した超高圧焼結体で形成した超高圧焼結体切削工具によって非鉄金属や非金属の高速切削した場合にも、一対の直線切刃３３ｂに形成された傾斜部３５は、切屑を拘束する作用が強いことから切屑の流れを安定化させるとともに切屑のカール半径を小さくする。
さらに、チップブレーカ突起４０の一対のブレーカ壁面４１が一対の直線切刃３３ｂの延びる方向と略平行な方向に延在し、且つ上記一対のブレーカ壁面４１の交差部４３がコーナ先端３４側に突出して近接するように形成されていることから、上記ブレーカ壁面４１は、コーナ３３ａ内の微小切込み深さから直線切刃３３ｂに切込み深さが及ぶ広範な設定条件において、切屑を確実に拘束し効果的な切屑処理を可能にする。特に、下り傾斜部３５ａは、該下り傾斜部３５ａから生成する切屑をコーナ先端３４から離れる方向に誘導し、ブレーカ壁面４１に確実に衝突させるため、いっそう効果的な切屑処理を可能にする。
下り傾斜部３５ａをコーナ３３ａに設けた場合には、該コーナ３３ａの切れ味が良好になるため、該コーナ３３ａの一部で構成された前切刃の刃先に、切屑が凝着することが抑制され加工面の面粗さが向上する。切刃３３の切れ味を良くすることに配慮して、ホーニング面５０は設けないか又は微小幅にとどめるのが望ましい。
また、直線切刃３３ｂのホーニング面５０ｂの幅Ａ２をコーナ３３ａのホーニング面５０ａの幅Ａ１以上にすると、切取り厚さが比較的大きい直線切刃３３ｂにチッピングや欠損が発生することを防止するのに有効となる。さらに、切刃３３から延びるすくい面３１に、正のすくい角を付与した場合には、下り傾斜部３５ａとの相乗効果により刃先の切れ味がきわめて良好となるため加工面の面粗さがいっそう向上する。

以上に説明した実施形態において、ｃＢＮ又はＤＩＡの少なくとも一方を含有する超高圧焼結体からなるブレーカ壁面４１においては、高硬度材を切削した際の高硬度の切屑あるいは非鉄金属等を切削した際の高速度で流出する切屑との接触において、充分な耐摩耗性が確保されるため、早期に切屑処理が悪化するのを防止する。

本発明は、既述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、例えば以下に述べる変更及び追加が可能である。
本発明に係る切削工具は、逃げ面３２の逃げ角を正としたポジチップに変更可能であり、チップ１０の外形についても、正三角形、正方形、菱形等の略多角形平板状をなすものに適用可能である。
傾斜部３５は、コーナ３３ａと直線切刃３３ｂに跨って設けられてもよいし、直線切刃３３ｂの一部にのみ形成されてもよく、側面視における形状についても１つの円弧状で形成されたものに限らず、複数の円弧又は直線と曲線を組み合わせた曲線状で形成されたものでもかまわない。

本発明の実施形態に係る超高圧焼結体切削工具のコーナ部の斜視図である。 同超高圧焼結体切削工具のコーナ部の平面図である。 同超高圧焼結体切削工具のコーナ部の側面図である。 図２におけるＳ１−Ｓ１線端面図である。 図２におけるＳ２−Ｓ２線端面図である。 切込み深さと送り量との関係で示した同超高圧焼結体切削工具の切屑形状である。 従来切削工具を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 他の従来切削工具を説明する図であり、（ａ）はコーナ部の平面図、（ｂ）はコーナ部の側面図である。

符号の説明

１０ 切削工具（チップ）
２０ 工具本体（チップ基体）
２１ コーナ部
３０ 切刃部材
３１ すくい面
３２ 逃げ面
３３ 切刃
３３ａ コーナ
３３ｂ 直線切刃
３４ コーナ先端
３５ 傾斜部
３５ａ 下り傾斜部
３５ｂ 上り傾斜部
４０ チップブレーカ突起
４１ ブレーカ壁面
４２ ブレーカ頂面
４３ ブレーカ壁面の交差部
５０、５０ａ、５０ｂ ホーニング面
Ｂ コーナの２等分線
Ａ１、Ａ２ ホーニング面の幅
Ｂ１、Ｂ２ ブレーカ幅
α１、α２ チップ基体（切削工具）の上面に対するホーニング面の傾斜角度
Ｈ１、Ｈ２ チップブレーカ突起の頂面に対する切刃の芯下がり量

Claims (3)

1. 工具本体（２０）の上面（２０ａ）のコーナ部（２１）には、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素の少なくとも一方を含有した超高圧焼結体からなる切刃部材（３０）が固着され、少なくとも上記切刃部材（３０）の上面に形成されたすくい面（３１）と、周面に形成された逃げ面（３２）との交差稜線部に切刃（３３）が形成されてなる超高圧焼結体切削工具において、
   上記切刃（３３）は、上記コーナ部（２１）に設けられた平面視円弧状をなすコーナ（３３ａ）と、このコーナ（３３ａ）からそれぞれ延びる一対の直線切刃（３３ｂ）とから構成され、上記コーナ（３３ａ）又は上記一対の直線切刃（３３ｂ）の少なくとも一方には、上記コーナ（３３ａ）と、該コーナ（３３ａ）の２等分線（Ｂ）とが交差するコーナ先端（３４）から離間するにつれ漸次低くなる下り傾斜部（３５ａ）と、この下り傾斜部（３５ａ）に続いて漸次高くなる上り傾斜部（３５ｂ）とからなる傾斜部（３５）が形成され、上記コーナ部（２１）の内方には、上記すくい面（３１）から上方に向かって立ち上がるとともに上記２等分線（Ｂ）上で互いに交差する一対のブレーカ壁面（４１）を備えたチップブレーカ突起（４０）が設けられ、上記一対のブレーカ壁面（４１）は、上記一対の直線切刃（３３ｂ）方向と略平行な方向に延在し且つ互いの交差部（４３）が上記コーナ先端（３４）側に突出するように形成されていることを特徴とする超高圧焼結体切削工具。
2. 側面視において、上記下り傾斜部（３５ａ）及び上記上り傾斜部（３５ｂ）が１つの円弧からなる曲線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の超高圧焼結体切削工具。
3. 上記切刃（３３）稜線部には、該切刃（３３）に沿って面取り状のホーニング面（５０）が設けられ、
   上記コーナ（３３ａ）に設けられたホーニング面（５０ａ）と、上記直線切刃（３３ｂ）に設けられたホーニング面（５０ｂ）とが相違する形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超高圧焼結体切削工具。
   

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