JP2009525197A - 切削インサート - Google Patents

Abstract

【課題】切削インサートの提供。
【解決手段】多結晶ダイヤモンド材から形成された平刃を構成し、かつ表面にＰＣＤ相（２３）から形成された前面（２１）と、第二相基材（２４）から形成された後面とを有する、工作機械用の切削インサート（２０）であって、上記前面上に少なくとも１つの切削端（２２）を有し、上記後面に、上記第二相基材（２４）内に形成されたセレーション（２５）を、好ましくは各切削端に対して略垂直に設けているインサートである。
【選択図】図２

Description

本発明は、リーマー（ｒｅａｍｅｒｓ）やボーラー等の工作機械用の切削インサート、及び切削インサートを工作機械に固定する方法に関する。

ダイヤモンドは、全ての材質の中で最も硬質であり、従って最も耐摩耗性に優れている。工作機械用のある種の切削チップ又は刃先は、ダイヤモンド粉末から形成されている。この場合、上記ダイヤモンド粉末は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）へと加工されていることもある。上記多結晶ダイヤモンドは、極めて硬質で、炭化物切削工具に比べて耐摩耗性に優れている。

ＰＣＤは、個々のダイヤモンド結晶が一体焼結し、相互に結合したネットワークを形成している複合体である。ＰＣＤ結晶は、特許文献１に示されているように、ロータリーカッター等の切削工具上に直接焼結されていてもよい。

また、焼結炭化タングステンの第二相上にＰＣＤの第一相が形成されている円形のブランクとしても、ＰＣＤは利用可能である。上記ブランクは、金属炭化物、窒化物、又は炭窒化物粉末基材の表面上のダイヤモンド粉末層に超高圧及び高温をかけることにより作製される。金属質の第二相は、工程中に焼結炭化物基材からダイヤモンド結晶の格子間部分に侵入し、ダイヤモンドを相互に結合させる。結果として得られたブランクは、極めて硬質なＰＣＤ表面を炭化物基材に接合して、一体化したものである。これらは全て特許文献２に記載されている。

ＰＣＤブランクは、非常に高価であり、よって典型的には、切り分けて、いくつかの小片とする。特許文献３に示されるようにろう付けによって、切り分けたＰＣＤブランクを切削工具上に直接固着してもよい。しかしながら、これらの欠点として、ＰＣＤ工具チップが摩耗するか又は損傷を受けてしまうと、工具全てを廃棄するか又は工場修理に出さなくてはならないという点がある。

ＰＣＤブランク材のさらに別の欠点は、上記材は比較的脆く、工具の締め付け荷重を受けた場合、割れる場合があることである。別の開発品においては、ＰＣＤ工具チップを支持体上に溶接又はろう付けし、今度はこの支持体を機械的手段によりツールヘッドに固定する。これらの処理によって、任意の締め付け荷重はインサートの本体により確実に分散されるようになり、また、インサートの交換が可能になる。そのようなインサートは本出願人から入手可能である。

別の公知のインサートは特許文献４に示されており、ＰＣＤチップが本体上にろう付けされた切削インサートが開示され、各チップを次々に使用できる工具という新たな方向付けがされている。

ＰＣＤチップの支持体上への溶接又はろう付けはコストのかかる操作であり、溶接工程の後にチップを正確に研磨しなくてはならない。
欧州特許出願公開第０５２８２４３号明細書 英国特許出願公開第２４０８７３５号明細書 独国特許出願公開第１９９３７７３９号明細書 独国特許出願公開第４４２３８６１号明細書

本発明は、改良され、より経済的に製造される、工作機械用のＰＣＤ切削インサートを提供しようとするものである。

本発明によれば、
多結晶ダイヤモンド材から形成された平刃を構成し、かつ
ＰＣＤ相から形成された前面と、第二相基材から形成された後面とを有する、
工作機械用の切削インサートであって、
上記前面上に、少なくとも１つの切削端を有し、
上記後面には、少なくとも１つの溝が各切削端に対し垂直に延在し、
上記溝は上記第二相基材内に形成されている
インサートが提供される。

上記溝は上記基材に形成された複数のセレーション（ｓｅｒｒａｔｉｏｎｓ）の１つであることが好ましい。

上記刃は２〜４つの切削端を有してもよく、好ましくは正方形又は略正方形であり、好ましくは４つの切削端を有しており、上記刃の後面には２セットの交差するセレーションが設けられている。

上記セレーションは、正弦波等の対称波形、ジグザグ形、ひだ状、及び非対称セレーションを含む多くの異なる形状であってもよい。

また、本発明によれば、
凹部を有する本体を構成する切削工具であって、
上記凹部には本発明の第一の態様に係る刃が取り付けられ、
上記刃の後面上の各溝が上記工具上の１つ以上の協働稜線（ｃｏ−ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｉｄｇｅｓ）と相互に係合することで機械加工負荷（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｌｏａｄｓ）に対して上記刃を固定する
切削工具が提供される。

上記稜線が上記刃の全幅にわたって延在し、上記切削刃が一条ネジ調整装置により上記稜線に沿って調整可能に配置されているのが好ましい。上記相互に係合する溝及び稜線によって、調整中に上記刃がチッピング（ｔｉｐｐｉｎｇ）するのが防止される。

上記工具上の上記稜線はセレーションの連なりとして形成されてもよい。上記工具上の上記セレーションは、上記凹部の表面上に、あるいは上記凹部に取り付けられた離脱可能な担体上に形成できる。

上記刃は、クランプネジ又はクランプ板の先端部によって上記面に固定される。しかしながら、機械加工負荷が上記相互に係合する溝及び稜線によって分散できるので、上記締め付け荷重を相対的に小さくできる。

後面上に交差するセレーションのセットを有する正方形の刃においては、上記刃の咬持を解いて、セレーションを係合から解放し、次に上記刃を所望の状態になるように回転させ、セレーションを再係合させることによって、上記４つの切削端のそれぞれを利用できる。

切削工具にＰＣＤ材切削刃を固定する方法であって、
上記切削刃は上記刃のＰＣＤ面上に形成された少なくとも１つの切削端を有しており、
上記切削刃には、その後面のＰＣＤ第二相基材に形成された少なくとも１つの溝が設けられ、かつ、上記切削刃が、上記工具上に設けられた、相互に係合できる稜線に対して咬持される
方法をさらに提供する。

１つ以上の溝が各切削端に対し略垂直に設けられ、かつ、
上記刃を上記工具上に設けられた１つ以上の稜線に沿って動かすことで、上記刃の上記切削端が新しい位置に調整されるのが好ましい。

上記刃が複数の切削端を有する場合、
新しい切削端を得るために、単に上記刃を上記担体から離脱させ、上記刃又は別の同一の刃を上記セレーション又は稜線上に配置し直すことで、上記刃先又は上記刃は交換可能であり、かつ、
上記相互に係合する溝及び稜線によって上記切削端が確実に再配置される。

発明の詳細な説明
先行技術の切削刃又はインサート１０が図１に示され、平面図において略長方形で表される炭化タングステン体１１を有している。インサートの前面１４に、凹部１５又は小さなくぼみが形成されており、上記面１４の幅方向の略中心の線及び長手方向の中心線について対称的に配置されている。英国特許出願公開第２３３８１９６号明細書に詳述される通り、凹部はインサート１０を工具内へ咬持するのに用いられる。

ＰＣＤ切削チップ１２は、炭化タングステン体１１に形成されたポケット１３にろう付けされる。

次いで、特に図２〜４を参照すると、本発明に係る切削インサート又は刃２０が示されている。放電ワイヤー切断加工を用いて、炭化物基材２４上に形成されたＰＣＤ相２３を有するＰＣＤブランクからインサート２０が切り出される。インサート２０は、ＰＣＤ相上に平坦な前面２１を有し、かつ、上記前面２１上に少なくとも２つ、好ましくは４つの切削端２２が形成された略正方形の平面形状である。ＰＣＤ相の厚みは、通常、０．４５〜０．７ｍｍであり、ダイヤモンド粒度によって異なる。炭化物基材２４はインサート２０の後部を形成しており、典型的には０．５５〜２．６ｍｍの厚みを有する。本実施形態において、ＰＣＤ相２３は約０．７ｍｍの厚みを有し、炭化物基材は１．３〜２．６ｍｍの厚みを有する。

インサート２０の後部には、その後部表面に少なくとも１つの溝２５が設けられ、好ましくは複数のセレーション３５が上記後部表面に設けられている。セレーション２５は、刃１６の全長にわたって切削端２４に対し略垂直に延在するセレーションを構成する。４つの切削端３４を有する本実施例において、１セットのセレーション２５Ａは他の１セットのセレーション２５Ｂを横切るように延在しているので、セレーション２５Ａ及び２５Ｂは互いに交差して、互いに離れた複数のピラミッド状の突起部を形成している。セレーションは、典型的には、０．８５ｍｍの深さであり、総形ダイヤモンド研削砥石を用いて基材中に研ぎ出され、炭化物第二相基材２４内全体に設けられている。

２つの切削端が刃の対辺上にある場合は、上記対辺間においてのみセレーション２５が延在している。

図面である図５及び６を参照すると、シャンク５２を有する工具５１が示されており、シャンク５２は使用時に、上記工具がその長手方向軸を中心に回転できるように工作機械中に咬持されている。

典型的にはリーマーである工具５１は、少なくとも１つの切削インサート２０を担持する円筒形の先端部５３を有する。先端部５３において、典型的には、複数の切削インサート２０が先端部１３の周囲に角度方向に間隔を置いて配置されている。簡略化のために１つしか切削インサート２０を示しておらず、その１つの刃のみを参照して本発明を詳述しているが、その他の刃に関しても実質的に同じである。

各インサート２０はそれぞれ、先端部５３の周囲に設けられた各凹部５４中に配置される。また、先端部５３には、軸線方向に延在するセンタリングパッド（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｐａｄｓ）（図示せず）が複数、先端部周囲に間隔を置いて備えられてもよい。インサート２０を２つ用いる場合、直径の各反対側にこれらインサートが配置されてもよい。

切削インサート２０は先端部５３の半径方向に配置されている。凹部５４は半径方向の側面５６を有し、その側面５６に対して切削インサートがクランプネジ５７によって固定される。

インサートの後部上のセレーション２５は、凹部５４の半径方向の側面５６上の半径方向の同様なセレーション５５に係合する。この実施例において、セレーション２５及び５５は、頂点での夾角が４５〜９０°、好ましくは約６０°の三角形の断面を有し、側面が平坦で、直線状のリブの形状になっている。セレーションは、１ピッチ１．００ｍｍ〜１．７５ｍｍであり、リブの最上部は面取りされている。軸線方向に延在するクリアランスホール５８は、凹部５４の側面５６と凹部の半径方向内側との交差部分に設けられている。

セレーション２５及び５５が互いに堅固に接するように、インサート２０はネジ５７により押さえられ凹部に保持されるので、刃上の任意の荷重は係合したセレーションを通して工具先端部５３に移される。

インサートの内向きの面は少なくとも１つの調整装置５９に接している。各調整装置５９は、切削端２２の高さを半径方向に調整できるように調整ネジ６４を用いて、弦穴（ｃｈｏｒｄａｌ ｂｏｒｅ）６３中で可動のテーパー状の楔を構成している。全調整範囲は約０．５ｍｍとなる。

最初にインサートを工具に取り付ける場合、従来の試行錯誤法によってインサートの位置を調整し、インサートを半径方向に正確に調整することとなる。刃は３〜５μｍの精度で調整されるのが典型的である。その後、切削端２２を新しくしたい場合、クランプネジ５７をゆるめてインサート２０を切り欠き部２２から離脱させる。次いで、インサート２０を配置し直して端を新しいものにするか、又は新しい同一の刃に交換する。任意の刃の背面上のセレーション２５は切削端について精密研削されているので、新しい刃をリーマーに取り付ける場合、切削端が軸線方向に正確に配置され、従って半径方向に調整するだけでよい。

離脱可能な担体（図示せず）上にインサート２０を取り付けてもよく、取り付け後のインサート２０と担体は、各凹部５４に固定される。

インサート２０が使用される典型的な工作機械は、ボーラー、リーマー、フライスヘッド等である。

先行技術の切削インサートの平面図である。 本発明に係る切削インサートの等角図である。 図２で示した切削インサートの端面図である。 図２の切削刃の平面図であり、ＰＣＤ表面を示す。 切削工具の放射断面での概略図であり、切削インサートの原位置を示す。 図５に示した工具の側面図である。

符号の説明

１０ 先行技術の切削インサート又は刃
１１ 炭化タングステン体
１２ ＰＣＤ切削チップ
１３ ポケット
１４ インサートの前面
１５ 凹部
２０ 本発明に係る切削インサート又は刃
２１ 平坦な前面
２２ 切削端、切り欠き部
２３ ＰＣＤ相
２４ 炭化物基材
２５ 溝、セレーション
５１ 工具
５２ シャンク
５３ 先端部
５４ 凹部
５５ セレーション
５６ 側面
５７ クランプネジ
５８ クリアランスホール
５９ 調整装置
６３ 弦穴
６４ 調整ネジ

Claims (12)

1. 多結晶ダイヤモンド材から形成された平刃を構成し、かつ
   表面にＰＣＤ相から形成された前面と、第二相基材から形成された後面とを有する、
   工作機械用の切削インサートであって、
   前記前面上に、少なくとも１つの切削端を有し、
   前記後面に、前記第二相基材内に形成された少なくとも１つの溝を有する
   インサート。
2. 前記後面には、少なくとも１つの溝が各切削端に対して略垂直に設けられている、
   請求項１に記載のインサート。
3. 前記溝又は各溝は、基材に形成された複数のセレーションの１つである、
   請求項１又は請求項２に記載のインサート。
4. 前記インサートは２〜４つの切削端を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のインサート。
5. 前記インサートは、４つの切削端を有する略正方形の形状であり、かつ
   前記刃の後面には２セットの交差するセレーションが設けられている、
   請求項４に記載のインサート。
6. 凹部を有する本体を構成する切削工具であって、
   前記凹部には請求項１〜５のいずれか１項に記載のインサートが取り付けられ、かつ
   前記インサートの後面上の各溝が前記工具上の１つ以上の協働稜線と相互に係合することで機械加工負荷に対して前記インサートを固定する
   切削工具。
7. 前記切削刃は一条ネジ調整装置により前記稜線に沿って調整可能に配置されている、
   請求項６に記載の切削工具。
8. 前記インサートは、前記工具の円周面上の凹部内に取り付けられ、かつ
   任意の１つ以上の稜線が前記凹部の側面上のセレーションにより設けられる、
   請求項６又は請求項７に記載の切削工具。
9. 前記インサートは、クランプネジ又はクランプ板の先端部により前記面に固定される、
   請求項８に記載の切削工具。
10. ＰＣＤ材切削刃を切削工具に固定する方法であって、
    前記切削刃は、前記刃のＰＣＤ面上に形成された少なくとも１つの切削端を有しており、
    前記切削刃には、第二相基材内に少なくとも１つの溝が設けられ、かつ、刃が、前記工具上に設けられた、相互に係合できる１つ以上の稜線に対して咬持されることで、前記溝及び稜線が相互に係合する
    方法。
11. 前記少なくとも１つの溝が、前記刃の全幅にわたって前記刃の前記切削端に対し略垂直に延在し、かつ、
    前記工具上に設けられた調整手段により前記刃を前記１つ以上の稜線に沿って動かすことで、前記刃を前記稜線上に調整可能に取り付ける、
    請求項１０に記載の方法。
12. 複数の切削端を有する切削刃を固定するための請求項１０に記載の方法であって、
    新しい切削端を得るために、単に前記刃を前記工具から離脱させ、前記刃又は別の同一の刃を前記稜線上に配置し直すことで、前記刃先又は前記刃は交換可能であり、かつ、
    前記相互に係合する溝及び稜線によって前記切削端が確実に再配置される
    方法。

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