JP2008540147A - 工具用、特にフライス用の切削インサート - Google Patents

Abstract

この切削インサート（２）は特に軽金属、特にアルミニウムの高速フライス加工に用いられる。確実かつ規定された切屑排出と規定された切屑成形を保証するために、切削インサートが切屑誘導面（２６）を有し、この切屑誘導面は加工面（３６）に対して鋭角（α）で切刃（８）の方を向いて成端している。

Description

本発明は、工具用、特にフライス用の切削インサートであって、切削体を有し、この切削体が工作物側面と前側正面とを含み、工作物側面と前側正面が隅領域を形成し、工作物を切削加工するための切刃がこの隅領域に配置されているものに関する。切削体はさらに切屑誘導面を有する。

このような切削インサートは例えば独国特許発明第１９７１６８１８号明細書または独国実用新案出願公開第２０２００４００７８１１号明細書に述べられている。公知の切削インサートはそれぞれフェイスミルにおいて利用するのに役立つ。このフェイスミルでは複数のインサートが周面に配設して円筒形工具本体に固定される。工具本体は軽金属、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。比較的軟らかい材料のゆえに先行技術において設けられている切屑誘導要素もしくは切屑ガードは工作物の切削加工時に除去される切屑を工具本体から遠ざけ、こうして工具本体が破損されないようにする。独国特許発明第１９７１６８１８号明細書では本来の切削インサートの切屑室が付加的切屑誘導要素によってフェイスミルの周方向で継続案内されている。独国実用新案出願公開第２０２００４００７８１１号明細書には、同じ目的のために、切削インサートの輪郭を越えて張り出して切屑室を区画する切屑ガードが述べられている。

しかし両方の切屑誘導要素は工具本体の保護に役立つにすぎない。特に、例えばアルミニウム製の軽金属工作物等の軟らかい材料の切削加工時に生じる問題として、削り取られた軽金属切屑は除去することが困難であり、比較的大きな付着能力を示す。それゆえに、このような切屑で工作物表面の破損を生じる危険が生じる。

そこで本発明の課題は、安全で確実な切屑排出をもたらし、こうして工具本体の破損も被削物の破損も防止する切削インサートを明示することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１による切削インサートによって解決される。切削インサートが含む切削体はふつう直方体状の基本ジオメトリを有する。切削体が工作物側面を有し、この工作物側面は組込状態のとき、そしてフライスの利用時、工作物の方を向いている。工作物側面が規定する加工面は利用時に被削物の表面と一致する。この工作物表面は基本的に湾曲させておくこともできる。その際、加工面は工作物側面の半径方向と送り方向とによって規定される。切削体はさらに前側正面によって区画され、この正面はふつう加工面に対して垂直に向き、工作物側面とで隅領域を生じる。工作物を切削加工するための切刃は特にコーナとして構成されてこの隅領域に配置されている。安全で確実な切屑排出を可能とするために切削体がさらに切屑誘導面を含み、この切屑誘導面は切刃の方を向き、加工面に対して鋭角で成端している。

それゆえに切屑誘導面は、極力恒常的に、急激な移行部なしに加工面に移行するように構成されている。それゆえに全体として切屑誘導要素は横方向または横断面で見て一種の楔形状を有するように構成されており、楔は僅かな距離を置いて工作物表面上を「滑動」し、楔先端を前にして切刃の方を向いている。この措置によって、切刃によって削り取られた切屑は徐々に上昇する切屑誘導面によって工具表面から取り去られ、安全に遠ざけられる。これにより工具表面の破損が防止されている。

切屑誘導面は、安全な切屑導出の他に付加的に切屑成形にも役立つ。このため切屑誘導面は、湾曲構成されている。それゆえに、切屑誘導面を有する切屑誘導要素は切屑誘導成形器と称することもできる。

半径方向と送り方向は特に切刃の配置によって規定されている。つまり切刃を備えた切削インサートは回転可能な工具本体に固定されるので、フライスの周方向または回転方向で切刃の前に十分な自由空間がなければならない。その際、フライスの周方向または回転方向は送り方向と理解される。半径方向はこれに対して垂直に向く。以下では、切削インサートのうち半径方向と平行または実質平行に延びる面が、半径方向の側面または面と理解される。

フェイスミルを形成するために、このような切削インサートは、１つの円筒形工具本体に固定するために他の多数の切削インサートと一緒に用いられる。この切削インサートは別のフライスにおいても利用することができる。この切削インサートは特に毎分２０００ｍ超までの高い切削速度での軽金属工作物の加工用に用いられる。

所望する安全な切屑排出を考慮して、鋭角は有利には概ね３０乃至６０°の範囲内、特に概ね４５°である。

切削体は有利には切屑室を含み、この切屑室は実質送り方向に向いた切屑室壁を有し、この切屑室壁は切屑誘導面を含む。特に、送り方向に向いたこの切屑室壁は切屑誘導面によって形成されている。切屑誘導面の主伸長方向は、利用時フライスの周方向または回転方向（送り方向）に対して垂直に向いている。それゆえに切屑誘導要素によって形成される楔は半径方向に向き、すなわち楔先端は半径方向外側面を向く。

合目的な１構成によれば、切屑誘導面は軸線方向に対して或る傾斜角だけ傾けて配置されている。傾けた構成によって切屑は確実に切屑室内へと誘導され、切屑が切屑室から送り方向に進出するおそれはない。

確実な規定された切屑成形および切屑導出を達成するために、合目的な１構成において切屑誘導面は湾曲構成され、概ね四分円軌道を形成する。それゆえに、切屑誘導面は概ね９０°の角度範囲にわたって延びている。

合目的な１構成によれば、切屑室が半径方向切屑室壁を含み、この切屑室壁は実質半径方向に延び、前側正面の方を向いている。少なくとも正面の領域で切屑室壁は正面に向かって半径方向傾斜角だけ傾けて配置されており、半径方向切屑室壁と正面側の面との間に＜９０°の角度が生じる。それゆえに半径方向切屑室壁は切削インサートの正面側境界面に対して垂直に成端するのでなく、この境界面とで鋭角を成しており、ここでも一種の切屑誘導楔が形成されており、この切屑誘導楔が切屑室内への安全な切屑移送をもたらす。

高速フライス加工において毎分２０００ｍ超までの高い切削速度が予定されているので、切削インサートに対してきわめて強い半径方向力が作用する。高速フライス加工中も切削インサートの規定された位置を保証するために、半径方向で固定するための把持要素が設けられている。この把持要素は半径方向に延びる切削体支持面から張り出しており、この支持面でもって切削インサートは工具本体の相手当接部に対して支えられる。それゆえに把持要素は組付け状態のとき、半径方向で有効なはめあい結合を形成する。この構成は基本的に切屑誘導面の特殊なジオメトリおよび配置にかかわりなく利用可能でもあり、高速フライス加工用に予定された切削インサートにとって一般に有利である。半径方向で固定するためのこの構成が切屑誘導形状に関連して有する特別な利点として、適切な切屑排出にとって不可欠な切削インサート全体の規定された目標位置が運転中維持される。この態様に対する分割出願の提出は、切屑誘導面の特殊な構成にかかわりなく留保される。

極力単純な構成を考慮して、切削体は本体とこの本体に固定されて切刃を有する切削要素とで形成されている。この切削要素は特に切削板の態様に構成され、接着、特にろう付によって本体と持続的に結合されている。

良好な切削結果を達成するために、特に軽金属加工のとき、合目的な１構成によれば切削要素がダイヤモンドまたは窒化ホウ素切削材からなる。その際、特に多結晶質ダイヤモンドまたは多結晶質窒化ホウ素が利用される。選択的に、切削要素用切削材として超硬合金またはセラミックスも利用することができる。

有利な１構成において本体は焼結過程によって製造され成形されている。焼結本体として構成すると、希望する材料特性を有する複雑なジオメトリも経済的に製造することが可能となる。特に切屑誘導面がここに述べたように特殊なジオメトリの場合、その他の製造態様は手間がかかり、従って高価である。切削インサートまたはその本体を焼結体として構成することは一般に切削インサート用に使用することができ、ここに述べた特殊な切屑誘導面を有する切削インサートに区画されてはいない。この態様に対する分割出願の提出は、切屑誘導面の特殊な構成にかかわりなく留保される。

その際、合目的には焼結本体が金属粉末から製造されている。この金属粉末は有利には基材として鉄を有し、ニッケルと銅との混合物を有する。その際、合目的にはニッケルの割合が概ね３．５乃至４．５重量％の範囲内、銅の割合が概ね１．２乃至１．８重量％の範囲内である。さらに、モリブデンの割合は概ね０．４乃至０．６重量％の範囲内が予定されている。残りは鉄である。付加的に焼結本体は特に０．７乃至０．９重量％の範囲内の添加剤を有し、添加剤は焼結助材として添加されている。

安全で故障がなくかつ極力低摩擦の切屑導出を可能とするために、有利な１構成によれば切削インサートが少なくとも部分領域に好適なコーティングを備えている。このコーティングは滑り層コーティングまたは硬質物質コーティングである。その際、コーティングは特に、切屑と接触する切削インサート領域に被着されている。この領域とは特に切屑誘導面、そして切屑室を区画する他の切屑室壁である。基本的に、切削インサート全体にコーティングを備えることもできる。切刃がコーティングされるのを防止するためには、切刃を備えた切削要素のみをコーティング過程のときに覆えばよい。その際、滑り層として考慮に値するのは特にＭｏＳ₂層またはＤＬＣ層（ダイヤモンド状カーボン）である。硬質物質層として考慮に値するのは例えばＴｉＡｌＮ層またはＴｉＢ₂層である。

以下、本発明の１実施例が図面に基づいて詳しく説明される各図は部分的に簡単化された図式的な描写で示されている。

図中、同じ働きの部品には同じ符号が付けてある。

図１乃至図５に示す切削インサートは一体な切削体２によって形成されており、この切削体はそれ自体、焼結体である本体４と特に硬質ろう付によって本体に固定された切削要素６とから形成されている。切削要素６は‐特に図１、図２から読取ることができるように‐角柱体の態様に構成された切削板である。切削要素６は特に多結晶質ダイヤモンド素材からなる。本体４は金属粉末の焼結過程によって製造される。本体４のこの賦形兼製造方法によって特に本実施例の複雑なジオメトリは経済的に、比較的僅かな支出で製造可能である。

切削要素６は、特にコーナとして構成される切刃８を有する。金属工作物の切削加工のときこの切刃８が工作物の表面と係合する。

切削体２は全体として概ね直方体状の基本ジオメトリを有し、この直方体状基本ジオメトリの一部は材料を除去され、切屑室１０を形成する。切削体２は、加工時に工作物に割り当てられる下側の工作物側面１２と、これとは反対側でこれと概ね平行に延びる上側面１４とを有する。これら両方の側面１２、１４の間にある他の４つの直方体側面は、工作物側面１２に対して少なくとも実質垂直に構成される前側正面１６と、これと平行に向いた当接面１８と、切削体支持面２０と、切削体支持面２０とは反対側の切屑室側面２２である。切屑室１０自体は半径方向切屑室壁２４とこれに対して概ね垂直に配置される他の切屑室壁とによって区画されており、後者の切屑室壁は切屑誘導面２６として構成されている。

半径方向切屑室壁２４の概ね中心に貫通穴２８が設けられており、工具本体３０に固定するために固定要素、特に取付ボルト３２がこの貫通穴に挿通されている（図７参照）。

切削体２はさらにその切削体支持面２０に、面から突出する把持要素３４を有する。把持要素は実質的に導入斜面を備えた縦長直方体の態様に構成され、軸線方向当接面１８と一直線に並んでいる。それゆえに把持要素３４は切刃８から離れた後側領域に配置されている。特に図２から読取ることができるように、把持要素３４は上側面１４から或る食違い量だけずれている。

工作物側面１２は実質的に、図７に示すように加工面３６を規定する。図７に示すフェイスミル３８の場合、この加工面３６は切刃８の個々のコーナによって設定された平面に一致している。

一般に切削体２は実質円筒形の回転可能な工具本体３０に固定される。切削要素６はその１つの自由末端が切屑室１０の方、回転方向または周方向に向いている。この周方向は以下で送り方向４０と称される。これに垂直に半径方向４２が規定されている。送り方向と半径方向は両方で加工面３６を規定する。この面に対して垂直に軸線方向４４が向いている。

特に図２の斜視図から読取ることができるように、切屑誘導面２６は切削体２と一体に結合された切屑誘導要素の表面を形成する。この切屑誘導要素は楔の態様に構成されており、その楔先端は切削要素６の方を向いている。楔表面は切屑誘導面２６によって形成される。楔下面は工作物の方を向いた工作物側面１２によって形成される。それゆえに楔状切屑誘導要素は工作物の加工時にほぼその表面上にある。切屑誘導面２６は加工面３６に対して鋭角の楔角αを成して成端している。切屑誘導面２６を区画する前側稜４６は半径方向４２で切削要素６からずらされている。本実施例において楔角αは概ね５０°である。楔角αの定義は図４の図示から明らかである。

特に図２、図３の図示から読取ることができるように、切削体２が第２切屑誘導楔を有し、詳細にはこの切屑誘導楔は前側正面１６と前側正面１６の領域における半径方向切屑室壁２４とによって形成されている。切削要素６の領域において半径方向切屑室壁２４は半径方向４２に対して半径方向傾斜角β１で延びている。半径方向傾斜角β１は有利には２０乃至４５°、本実施例では概ね３０°である。

半径方向切屑室壁２４と同様に、切屑誘導面２６を形成する切屑室壁も、特に図３から読取ることができるように、純粋の送り方向４０に対して傾斜角β２だけ傾けて配置されている。傾斜角β２は例えば１５°乃至３０°の範囲内である。

図４乃至図６から切削体２の他の細部を読取ることができる。その際、図４は切屑室側面２２の平面図である。この図から楔角αと切屑誘導面２６の湾曲推移とを読取ることができる。切屑誘導面は概ね部分的円軌道上を推移し、概ね９０°の角度範囲を覆う。さらに図４から読取ることができるように、半径方向４２で切刃８に続いて切削要素６は概ね１０°のオーダの正のすくい角γを有する。工作物側面１２の方を向く切屑誘導要素の下面（楔下面）は加工面３６または加工平面から多少ずらされており、半径方向４２で加工面に対して僅かに傾けて構成されている。これに関する傾斜角δは本実施例において概ね３°である。

図５は、図４に示す切削体２を反時計回りに９０°傾けて示す。それゆえに図５は被削物に向き合う工作物側面１２を下から見た平面図である。この図示から傾斜角β１を再度良好に読取ることができ、ここでは２２°である。さらに、図５から把持要素３４を明確に読取ることができる。

図６は、図４に円で示した切刃領域の拡大図である。図４と図６から読取ることができるように、切削要素６は前側正面１６で平らに成端し、工作物側面１２に向かって稜領域に切刃８を形成する。稜領域に切刃８は面取り部４８を有する。

図７にはフェイスミル３８とその周面に配設された切削体２が示してある。個々の切削体２は工具本体３０のポケット状凹部に嵌挿される。この代わりに切削体２は、工具本体３０に固定された専用のカセットに嵌挿することもできる。その際、個々の切削体２はその切削体支持面２０および当接面１８でもって工具本体３０の対応する相手当接面に固定される。その際、工具本体は把持要素３４を受容するためのここでは認めることのできない凹部を有する。把持要素３４はこの凹部内に精確にはめあい結合的に収まり、半径方向４２で働くはめあい結合が形成されている。フライス加工時のフェイスミル３８の回転方向５０は矢印で示唆されている。工具本体３０は有利には軽金属からなる。

ここに述べた切削体２は、特に軽金属工作物の高速フライス加工時に極めて有効的かつ確実な切屑排出を特徴としている。加工面３６の方に鋭角で成端する切屑誘導面２６によって安全な切屑導出と規定された切屑成形とが行われ、フライス３８の破損も被削物の破損も防止されている。適切な切屑排出は切屑誘導面２６および半径方向切屑室壁２４の互いに傾いた構成によって付加的に促進され、切屑は切屑室内に誘導され、引き続き被削物の表面からＺ方向に運び去られる。

切削インサートの第１斜視図である。 切削インサートの第２斜視図である。 図１、図２による切削インサートの上側面を上から見た略平面図である。 切削インサートの切屑室側面を前から見た平面図である。 切削インサートの工作物側面を下から見た平面図である。 切削要素が配置されている図４に円で示した領域の部分図である。 周面に配置された多数の切削インサートを有するフェイスミルの斜視図である。

符号の説明

２ 切削体
４ 本体
６ 切削要素
８ 切刃
１０ 切屑室
１２ 工作物側面
１４ 上側面
１６ 正面
１８ 当接面
２０ 切削体支持面
２２ 切屑室側面
２４ 切屑室壁
２６ 切屑誘導面
２８ 貫通穴
３０ 工具本体
３２ 取付ボルト
３４ 把持要素
３６ 加工面
３８ フェイスミル
４０ 送り方向
４２ 半径方向
４４ 軸線方向
４６ 稜
４８ 面取り部
５０ 回転方向
α 楔角
β 傾斜角
γ すくい角
δ 傾斜角

Claims (15)

1. 工具用、特にフライス（３８）用の切削インサートであって、切削体（２）を有し、この切削体が、
   ‐半径方向（４２）と送り方向（４０）とによって規定された加工面（３６）を規定する工作物側面（１２）を有し、
   ‐この工作物側面（１２）に隣接し送り方向（４０）および軸線方向（４４）によって規定された前側正面（１６）を有し、
   ‐工作物を切削加工するための切刃（８）を有し、この切刃が送り方向（４０）に見て前側の隅領域に配置されており、この隅領域が工作物側面（１２）と正面（１６）とによって形成されており、
   ‐切屑誘導面（２６）を有し、この切屑誘導面が送り方向（４０）で切刃（８）を越えて延びかつ切刃から半径方向（４２）で離間しているものにおいて、
   切屑誘導面（２６）が切刃（８）の方に向けられ、かつ加工面（３６）に対して鋭角（α）で成端していることを特徴とする切削インサート。
2. 鋭角（α）が概ね３０乃至６０°の範囲内、特に概ね４５°であることを特徴とする請求項１記載の切削インサート。
3. 切削体（２）が、送り方向（４０）に向いた切屑室壁を備えた切屑室（１０）を有し、この切屑室壁が切屑誘導面（２６）を含むことを特徴とする請求項１または２記載の切削インサート。
4. 切屑誘導面（２６）が送り方向（４０）に対して傾斜角（β２）だけ傾けて配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の切削インサート。
5. 切屑誘導面（２６）が湾曲し、概ね四分円軌道を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の切削インサート。
6. 切屑室（１０）が、概ね半径方向（４２）に延びる切屑室壁（２４）を有し、この切屑室壁が前側正面（１６）に向かって半径方向（４２）に対して半径方向傾斜角（β１）だけ傾けて配置されており、切屑室壁（２４）と正面側の面との間に＜９０°の角度が生じることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１つに記載の切削インサート。
7. 切削体（２）が、半径方向（４２）に延びて工具に当接するための切削体支持面（２０）を有し、この支持面から把持要素（３４）が張り出していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の切削インサート。
8. 切削体（２）が本体（４）とこの本体に固定された切削要素（６）とで形成されており、この切削要素が切刃（８）を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の切削インサート。
9. 切削要素（６）がダイヤモンド切削材または窒化ホウ素切削材からなることを特徴とする請求項８記載の切削インサート。
10. 本体（４）が焼結本体（４）として構成されていることを特徴とする請求項８または９記載の切削インサート。
11. 焼結本体（４）が金属粉末から製造されていることを特徴とする請求項１０記載の切削インサート。
12. 焼結本体（４）がニッケルおよび銅を混合した鉄を基材として有することを特徴とする請求項１１記載の切削インサート。
13. 焼結本体（４）が概ね３．５乃至４．５重量％の範囲内のニッケル、概ね１．２乃至１．８重量％の範囲内の銅、概ね０．４乃至０．６重量％の範囲内のモリブデンおよび残り鉄から構成されることを特徴とする請求項１２記載の切削インサート。
14. 切削インサートが少なくとも切屑誘導面（２６）の領域に滑り層コーティングまたは硬質物質コーティングを備えていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の切削インサート。
15. 請求項１から１４のいずれか１つに記載の複数の切削インサートを備えたフライス工具、特に正面ミルまたはフェイスミル（３８）。

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