JP2010228054A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切刃のチッピングや欠損を防止しつつ、加工精度を充分に確保できる切削工具を提供する。
【解決手段】基体１に形成されたすくい面２と逃げ面３との交差稜線部に切刃４を有する切削工具であって、前記切刃４は、その稜線に直交する断面が曲線状をなし、前記断面における前記すくい面２側の端部４１及び前記逃げ面３側の端部４３の曲率半径Ｒ１、Ｒ３が、これらすくい面２と逃げ面３との間の中央部４２の曲率半径Ｒ２よりも夫々大きく設定されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、切削工具に関するものである。

従来、この種の切削工具としては、例えば、正方形や菱形等の多角形平板状をなす基体の多角形面がすくい面とされるとともに周面が逃げ面とされ、これらすくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃が形成された切削インサートが知られている。また、このような切削工具は、サーメット、超硬合金等の硬質材料により作製される。特に、被削材に仕上げ加工を行う際には、前記基体が炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）基サーメット等のサーメットからなる切削工具が多く用いられている。

このような切削工具は、非常に高硬度である反面、脆弱な性質を有していることから、切削加工時の衝撃等によって切刃にチッピングや欠損が生じることがある。そこで、切刃のチッピングや欠損を防止する目的で、この切刃に、丸ホーニングやチャンファーホーニング等のホーニング処理を施すことが行われている。

例えば、特許文献１の切削工具においては、切刃に丸ホーニングを施している。すなわち、切刃の稜線に直交する断面が、曲線状に形成されている。そして、この切刃の断面におけるすくい面側の端部及び逃げ面側の端部の曲率半径が、これら端部同士の間の中央部における曲率半径よりも小さく設定されている。詳しくは、前記断面における切刃の曲率半径は、すくい面側の端部から前記中央部に向かって漸次大きくなり、前記中央部から逃げ面側の端部へ向かって漸次小さくなるように設定されている。このように、前記中央部の曲率半径を比較的大きく設定することで、切刃のチッピングや欠損を抑制するようにしている。

特開２００５−１３１７３９号公報

しかしながら、特許文献１のような切削工具では、被削材に切り込む前記中央部の曲率半径が比較的大きく設定されることから、切削加工時の切削背分力が増大し、これによりビビリ振動が発生するなどして、被削材の加工面に斑が生じたり該加工面が白っぽく変色したりして、加工精度を確保できなかった。

本発明は、このような事状に鑑みてなされたものであって、切刃のチッピングや欠損を防止しつつ、加工精度を充分に確保できる切削工具を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明は、基体に形成されたすくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃を有する切削工具であって、前記切刃は、その稜線に直交する断面が曲線状をなし、前記断面における前記すくい面側の端部及び前記逃げ面側の端部の曲率半径が、これらすくい面と逃げ面との間の中央部の曲率半径よりも夫々大きく設定されることを特徴とする。

本発明に係る切削工具によれば、切刃は、その稜線に直交する断面が曲線状をなし、所謂丸ホーニングとされているので、切刃のチッピングや欠損が防止される。また、切刃の断面におけるすくい面側の端部及び逃げ面側の端部の曲率半径が、これらすくい面と逃げ面との間の中央部の曲率半径よりも夫々大きく設定されており、これにより、この切刃は、前記中央部を突出させるようにして刃先が形成されている。

従って、この切削工具は、切刃の前記中央部から被削材に鋭く切り込むようにして切削加工するので、切削加工時の切削背分力を低減できる。これにより、ビビリ振動が抑制され、被削材の加工面に斑が生じたり該加工面が白っぽく変色したりするようなことが確実に防止され、加工精度が高められる。

また、このような構成の切削工具を仕上げ加工に用いた際には、被削材の加工面における表面粗さが抑制されて、該加工面が精度よくきれいに仕上げられる。すなわち、切刃の前記逃げ面側の端部の曲率半径が比較的大きく設定されることから、この端部において、切刃が被削材の加工面に対して擦れるように長く接触することになり、所謂バニッシュ（ｂｕｒｎｉｓｈ）効果を奏して、高精度の仕上げ加工が行える。

また、本発明に係る切削工具において、前記すくい面側の端部の曲率半径Ｒ１と、前記中央部の曲率半径Ｒ２とが、０．１≦Ｒ２／Ｒ１≦０．７の範囲内に設定され、前記曲率半径Ｒ２と、前記逃げ面側の端部の曲率半径Ｒ３とが、０．１≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７の範囲内に設定されることとしてもよい。

本発明に係る切削工具によれば、切刃の前記断面において、前記すくい面側の端部の曲率半径Ｒ１と、前記中央部の曲率半径Ｒ２との関係が、０．１≦Ｒ２／Ｒ１≦０．７の範囲内に設定され、前記曲率半径Ｒ２と、前記逃げ面側の端部の曲率半径Ｒ３との関係が、０．１≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７の範囲内に設定されているので、切刃の前記中央部が剛性を確保しつつ充分に突出して形成される。これにより、切削加工時の切削背分力を確実に低減でき、切削加工の精度が充分に確保される。

詳しくは、前記Ｒ２／Ｒ１又は前記Ｒ２／Ｒ３が０．１よりも小さく設定された場合、切刃の前記中央部がその頂部を鋭利に突出させすぎるようにして形成され、該切刃の剛性が確保できないことがある。また、前記Ｒ２／Ｒ１又は前記Ｒ２／Ｒ３が０．７を超えて設定された場合、切刃の前記中央部が充分には突出して形成されないこととなり、切削加工時の切削背分力を低減できず、ビビリ振動が発生するなどして加工精度が確保できないことがある。

また、本発明に係る切削工具において、前記基体は、表面から内部に向かうに連れ漸次硬度が低くなる表層部を有し、前記切刃は、前記表層部に形成され、前記中央部は、その突出する頂部から周囲の前記すくい面側又は前記逃げ面側へ向かうに連れ漸次硬度が低められていることとしてもよい。

本発明に係る切削工具によれば、基体は、その表面から内部に向かうに連れ漸次硬度が低くなる表層部を有しており、この表層部に形成された切刃の前記中央部は、前述のように突出するようにして形成されている。このように切刃の中央部が突出して形成されることにより、中央部は、その頂部が表層部における厚さ方向の表面側に配置され、該頂部から周囲のすくい面側又は逃げ面側へ向かうに連れ漸次表層部における厚さ方向の内部側へ向かうように傾斜して形成される。すなわち、切刃の中央部は、その頂部が高硬度に形成されているとともに、該頂部から周囲のすくい面側又は逃げ面側へ向かうに連れ漸次硬度が低められている。

このような構成により、切刃の刃先となる前記中央部の頂部の硬度が確実に高められるので、高精度の切削加工が長期に亘り安定して行える。また、切刃の中央部は、その頂部から周囲のすくい面側又は逃げ面側へ向かうに連れ漸次硬度が低められているので、靭性が確保され、切削加工時の衝撃等による切刃のチッピングや欠損が確実に防止される。

また、本発明に係る切削工具において、前記基体は、炭窒化チタン基サーメットからなることとしてもよい。

本発明に係る切削工具によれば、基体が、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）基サーメットからなるので、この切削工具を仕上げ加工に用いて特に好適である。

本発明に係る切削工具によれば、切刃のチッピングや欠損を防止しつつ、加工精度を充分に確保できる。

本発明の一実施形態に係る切削工具を示す概略斜視図である。 図１の切削工具の切刃を拡大して示す部分側断面図である。 図２における基体の表層部の硬さ勾配を示す部分側断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る切削工具１０は、ＴｉＣＮ基サーメットからなり、例えば、正方形平板状に形成された基体１を有する切削インサートである。基体１は、その一対の正方形面が夫々すくい面２とされ、すくい面２の周囲においてこれら一対のすくい面２同士を繋ぐように該すくい面２に交差して形成された逃げ面３と、すくい面２と逃げ面３との交差稜線部に形成された切刃４と、を有している。

また、基体１は、表面から内部に向かうに連れ漸次連続的に硬度が低くなる、所謂硬さ勾配を設けた表層部を有しており、切刃４は、この表層部に形成されている。

詳しくは、切刃４は、その稜線に直交する断面が、図２に示すように凸曲線状をなし、所謂丸ホーニングとされている。また、この断面において、切刃４のすくい面２側の端部４１の曲率半径Ｒ１と、切刃４におけるすくい面２と逃げ面３との間の中央部４２の曲率半径Ｒ２とは、互いに異なっている。詳しくは、切刃４の端部４１の曲率半径Ｒ１は、中央部４２の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されており、曲率半径Ｒ２を曲率半径Ｒ１で除した値は、０．１≦Ｒ２／Ｒ１≦０．７の範囲内に設定される。尚、より好ましくは、曲率半径Ｒ２／曲率半径Ｒ１は、０．３≦Ｒ２／Ｒ１≦０．５の範囲内に設定される。

また、図２において、切刃４の逃げ面３側の端部４３の曲率半径Ｒ３と、切刃４の中央部４２の曲率半径Ｒ２とは、互いに異なっている。詳しくは、切刃４の端部４３の曲率半径Ｒ３は、中央部４２の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されており、曲率半径Ｒ２を曲率半径Ｒ３で除した値は、０．１≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７の範囲内に設定される。尚、より好ましくは、曲率半径Ｒ２／曲率半径Ｒ３は、０．３≦Ｒ２／Ｒ３≦０．５の範囲内に設定される。

尚、切刃４の断面がなす凸曲線は、端部４１、４３から中央部４２に向かうに従い曲率半径が漸次小さくなり、中央部４２で最小の曲率半径Ｒ２となるようにされている。

また、図３において、符号Ａは、基体１における前記表層部を示しており、図中の破線は、この表層部内において同一硬度を有する部分同士を繋ぐようにして夫々示す仮想線である。また、図中の２点鎖線は、基体１に形成された表層部のうち、切刃４を前述の形状に形成した際に除去された部分を示す仮想線である。

切刃４は、前述のように中央部４２の曲率半径Ｒ２がその両端部４１、４３の曲率半径Ｒ１、Ｒ３よりも小さく設定されることから、図示するように、中央部４２が突出するようにして形成されている。

また、このように切刃４の中央部４２が突出して形成されることにより、中央部４２は、その頂部が表層部Ａにおける厚さ方向の表面側に配置され、該頂部から周囲のすくい面２側又は逃げ面３側へ向かうに連れ漸次表層部Ａにおける厚さ方向の内部側へ向かうように傾斜して形成されている。すなわち、切刃４の中央部４２は、その頂部が高硬度に形成され、該頂部から周囲のすくい面２側又は逃げ面３側へ向かうに連れ漸次硬度が低められている。

以上説明したように、本実施形態に係る切削工具１０によれば、切刃４は、その稜線に直交する断面が凸曲線状をなし、所謂丸ホーニングとされているので、該切刃４のチッピングや欠損が防止される。また、切刃４の前記断面におけるすくい面２側の端部４１及び逃げ面３側の端部４３の曲率半径Ｒ１、Ｒ３が、これらすくい面２と逃げ面３との間の中央部４２の曲率半径Ｒ２よりも夫々大きく設定されており、これにより、この切刃４は、中央部４２を突出させるようにして刃先が形成されている。

従って、この切削工具１０は、切刃４の中央部４２から被削材に鋭く切り込むようにして切削加工するので、切削加工時の切削背分力を低減できる。これにより、ビビリ振動が抑制され、被削材の加工面に斑が生じたり該加工面が白っぽく変色したりするようなことが確実に防止され、加工精度が高められる。

また、このような構成の切削工具１０を仕上げ加工に用いた際には、被削材の加工面における表面粗さが抑制されて、該加工面が精度よくきれいに仕上げられる。すなわち、切刃４の逃げ面３側の端部４３の曲率半径Ｒ３が比較的大きく設定されることから、この端部４３において、切刃４が被削材の加工面に対して擦れるように長く接触することになり、所謂バニッシュ効果を奏して、高精度の仕上げ加工が行える。

また、図２の切刃４の断面において、すくい面２側の端部４１の曲率半径Ｒ１と、中央部４２の曲率半径Ｒ２との関係が、０．１≦Ｒ２／Ｒ１≦０．７の範囲内に設定され、前記曲率半径Ｒ２と、逃げ面３側の端部４３の曲率半径Ｒ３との関係が、０．１≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７の範囲内に設定されているので、切刃４の中央部４２が剛性を確保しつつ充分に突出して形成される。これにより、切削加工時の切削背分力を確実に低減でき、切削加工の精度が充分に確保される。

詳しくは、前記Ｒ２／Ｒ１又は前記Ｒ２／Ｒ３が０．１よりも小さく設定された場合、切刃４の中央部４２がその頂部を鋭利に突出させすぎるようにして形成され、切刃４の剛性が確保できないことがある。また、前記Ｒ２／Ｒ１又は前記Ｒ２／Ｒ３が０．７を超えて設定された場合、切刃４の中央部４２が充分には突出して形成されないこととなり、切削加工時の切削背分力を低減できず、ビビリ振動が発生するなどして加工精度が確保できないことがある。

また、硬さ勾配を有する表層部Ａにおいて、切刃４が前述のように構成されることにより、切刃４の刃先となる中央部４２の頂部の硬度が確実に高められるので、高精度の切削加工が長期に亘り安定して行える。また、切刃４の中央部４２は、その頂部から周囲のすくい面２側又は逃げ面３側へ向かうに連れ漸次硬度が低められているので、靭性が確保され、切削加工時の衝撃等による切刃４のチッピングや欠損が確実に防止される。

尚、本実施形態のようにして基体１の表層部Ａに硬さ勾配を設けるには、例えば、この基体１の焼結時において下記のような手法を用いればよい。

まず、圧力が１０Ｐａ以下の真空雰囲気に設定された焼結容器内に焼結前の基体１を配置し、該焼結容器内の温度が室温から１２００℃になるまで、１０℃／分の昇温速度で加熱する。
焼結容器内の温度が１２００℃に達したら、圧力を１０Ｐａ以下に維持したまま、温度が１３５０℃になるまで、２℃／分の昇温速度で加熱する。

次いで、焼結容器内の温度が１３５０℃に達したら、焼結容器内を圧力１３００Ｐａの窒素雰囲気に設定し、所定の焼結温度（例えば１５００℃）になるまで、２℃／分の昇温速度で加熱する。

焼結容器内の温度が前記焼結温度に達したら、焼結容器内を圧力１０Ｐａ以下の真空雰囲気に設定し、該焼結温度のまま６０分間維持させる。
次いで、焼結容器内を圧力９０ｋＰａ以下のアルゴン雰囲気に設定し、該焼結容器内を冷却する。
このようにして、基体１の表層部Ａに前記硬さ勾配が形成される。

また、前述のようにして焼結された基体１の表層部Ａにおいて、具体的に硬さ勾配を測定した一例について説明する。

詳しくは、この焼結後の基体１を０．５ｍｍ研削し、さらにラップ加工して鏡面状に形成した表面からのビッカース硬さ（Ｈｖ）を、超微小押し込み硬さ試験機を用いて荷重１Ｎ、保持時間１０秒の条件にて測定した。尚、測定箇所は、この表面より２０、４０、６０、８０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００μｍの位置に設定した。結果を表１に示す。

表１に示すように、基体１の表層部Ａは、その表面から内部に向かうに連れ漸次硬度が低められていることがわかった。詳しくは、測定箇所２０μｍから３００μｍまでの範囲内においては、表層部Ａの表面から内部へ向かうに連れ漸次硬度が低減されていることが確認された。またその一方で、測定箇所３００μｍを超え１０００μｍまでの範囲内においては、硬さ勾配がそれ以上に低減することなく、硬度が安定して確保されることが確認された。

また、本実施形態の切削工具１０は、基体１がＴｉＣＮ基サーメットからなるので、該切削工具１０を仕上げ加工に用いて特に好適である。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、本実施形態では、基体１がＴｉＣＮ基サーメットからなることとしたが、これに限定されるものではなく、それ以外の超硬合金等からなることとしても構わない。

また、基体１は、その一対の正方形面が夫々すくい面２とされていることとしたが、これら一対の正方形面のうち少なくとも一面がすくい面２とされていればよい。
また、基体１は、正方形平板状に形成されていることとしたが、これに限定されるものではなく、基体１は、正方形平板状以外の多角形平板状に形成されていても構わない。またこの場合、その一対の多角形面のうち少なくとも一面がすくい面２とされていればよい。

また、本実施形態では、切削工具１０として切削インサートを用い説明したが、これに限定されるものではない。
また、切刃４の曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において、前記Ｒ２／Ｒ１及び前記Ｒ２／Ｒ３は、前述の範囲内に限定されるものではない。

また、基体１の表層部Ａは、その表面から内部に向かうに連れ漸次連続的に硬度が低められる硬さ勾配を有していることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、基体１は、その表層部Ａに前記硬さ勾配が設けられていなくても構わない。

１ 基体
２ すくい面
３ 逃げ面
４ 切刃
１０ 切削工具
４１ 切刃のすくい面側の端部
４２ 切刃におけるすくい面と逃げ面との間の中央部
４３ 切刃の逃げ面側の端部
Ａ 基体の表層部
Ｒ１ 切刃のすくい面側の端部における曲率半径
Ｒ２ 切刃の中央部における曲率半径
Ｒ３ 切刃の逃げ面側の端部における曲率半径

Claims (4)

1. 基体に形成されたすくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃を有する切削工具であって、
   前記切刃は、その稜線に直交する断面が曲線状をなし、前記断面における前記すくい面側の端部及び前記逃げ面側の端部の曲率半径が、これらすくい面と逃げ面との間の中央部の曲率半径よりも夫々大きく設定されることを特徴とする切削工具。
2. 請求項１に記載の切削工具であって、
   前記すくい面側の端部の曲率半径Ｒ１と、前記中央部の曲率半径Ｒ２とが、０．１≦Ｒ２／Ｒ１≦０．７の範囲内に設定され、
   前記曲率半径Ｒ２と、前記逃げ面側の端部の曲率半径Ｒ３とが、０．１≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７の範囲内に設定されることを特徴とする切削工具。
3. 請求項１又は２に記載の切削工具であって、
   前記基体は、表面から内部に向かうに連れ漸次硬度が低くなる表層部を有し、
   前記切刃は、前記表層部に形成され、
   前記中央部は、その突出する頂部から周囲の前記すくい面側又は前記逃げ面側へ向かうに連れ漸次硬度が低められていることを特徴とする切削工具。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の切削工具であって、
   前記基体は、炭窒化チタン基サーメットからなることを特徴とする切削工具。

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