JP2014528362A - 小型化されたインサート - Google Patents

Abstract

本発明は、切削工具に用いられるインサート（４）であって、インサート上面（９）およびインサート下面（１０）と、１つ以上の側面（１３）と、該側面（１３）へのインサート上面（９）の移行部に設けられたカッティングエッジ（６）と、インサート上面（９）に設けられた、外径ｄ１を有する円形の緊締窪み（１）とを備えた、切削工具に用いられるインサートに関する。本発明によれば、製造コストを削減するために、緊締窪み（１）の外径ｄ１が、２ｍｍ＜ｄ１≰６ｍｍ、好適には２ｍｍ＜ｄ１＜５ｍｍに設定されていることが提案される。

Description

本発明は、切削工具に用いられるインサートであって、インサート上面およびインサート下面と、１つ以上の側面と、該側面へのインサート上面の移行部に設けられたカッティングエッジと、インサート上面に設けられた、外径ｄ１を有する円形の緊締窪みとを備えた、切削工具に用いられるインサートに関する。

このようなインサートは、スローアウェイチップとも呼ばれ、欧州特許第１４１４６０７号明細書に記載されている。このインサートは切削工具に使用される。この切削工具は、主として、インサートを載置させるためのインサートシートを有する支持工具から成っている。インサートは、突起を備えた緊締駒によって支持工具に保持される。緊締駒は緊締ねじを介して支持工具に固定されている。緊締駒は、インサートに向けられた下面に直接的にまたは押圧片を介して突起を備えている。この突起は緊締窪み内に係合し、インサートを固定する。緊締窪みは円形に形成されており、中心には、凸部が位置している。この凸部の先端部は、窪みの底部よりは上側でインサート上面／インサート下面よりは下側に配置されている。

高脆性の工具材から成るインサートは、好適には、上述した、いわゆる「窪み緊締」を介して支持工具に緊締される。これによって、一般的に横断面の弱化に結び付けられる孔緊締を回避することができる。この弱化は、相応の荷重が加えられた際にインサートの破壊を招く。

中実に形成されたＰｃＢＮ（多結晶立方晶窒化ホウ素）インサートの場合には、インサートの体積が製造コストに対して特に重要となる。小さなインサートは、大幅なコスト削減ひいては経済性向上を意味する。ＰｃＢＮは、制限された靭性を有するセラミック系の工具材に属している。より小さなインサートに孔を加工することは、通常、プロセス確実性における損失を意味する。その結果、インサートが頻繁に破壊される。規定の切削作業、たとえば伝動装置構成部材および軸受け構成部材のハードターニング加工の場合には、セラミック工具材だけでなく、ＰｃＢＮ工具材も使用することができる。上述した工具材から成るインサートの安全な交換可能性を提供する形状接続的な窪み緊締システムは知られていない。インサートシートへのインサートの確実な固定は、工具システムの安全な機能性に対する根本的な前提条件である。交換可能性を保証する工具システムに対する緊締窪みの設計時には、セラミックス内への窪みの押付け可能性だけでなく、超硬のＰｃＢＮから手間をかけて除去加工されなければならない最小限の体積にも注意を払わなければならない。ＰｃＢＮとは、多結晶立方晶窒化ホウ素を意味している。

本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載のインサートを改良して、インサートの製造コストが減じられているようにすることである。

この課題は、本発明によれば、小型化されたインサートによって達成される。本発明によれば、前述した課題は、緊締窪みの外径ｄ１が、２ｍｍ＜ｄ１≦６ｍｍ、好適には２ｍｍ＜ｄ１＜５ｍｍに設定されていることによって解決される。驚くべきことに、このように小さな緊締窪みを備えたインサートは、工具に確実にかつ不動に挟着することができ、切削加工時にインサートシートから引き出されないことが判った。小さな緊締窪みを備えたインサートは小さく製造することができる。なぜならば、緊締が緊締窪みを介して行われるからである。より小さなインサートによって、材料がより少なくなる。これによって、製造コストが最小限に抑えられている。

クランプを改善するためには、緊締窪みに、内部に位置する円形の凸部が配置されており、この凸部の先端部が、緊締窪みの底部よりは上側でインサート上面よりは下側に位置しており、凸部が、外径ｄ２と、緊締窪みの底部から凸部の先端部までの高さｈとを有しており、凸部の外径ｄ２が、凸部の半分の高さｈにおいて測定されており、凸部の外径ｄ２が、０．８ｍｍ＜ｄ２＜３．５ｍｍに設定されている。凸部と、緊締窪みのサイズに関連した凸部のサイズとによって、クランプが最適化されている。

好適には、インサートが、そのインサート下面にインサート上面と同じ緊締窪みを有していて、ひいては、スローアウェイチップとして形成されている。

好適な態様では、インサートが、ＰｃＢＮ（多結晶立方晶窒化ホウ素）から成っている。この材料は極めて高価である。これによって、より小さなインサートが大幅なコスト削減に繋がる。

好適な態様では、緊締窪みが、Ｖ＜８ｍｍ^３、好適にはＶ＜６ｍｍ^３の容積Ｖを有している。公知先行技術、たとえば欧州特許第１４１４６０７号明細書に記載の緊締窪みの容積は、数倍だけ高く設定されている。

インサートの挟着された状態で凸部に対する緊締駒の突起のスリップを阻止しかつ押付け可能性を高めるために、好適には、凸部の先端部が、インサート上面の垂線に対して凸部角α１を成して傾けられた側面を介して、緊締窪みの底部に移行しており、凸部角α１が、７°＜α１＜５５°、好適には７°＜α１＜３５°に設定されている。

特殊な態様では、凸部角α１に対して、２７°＜α１＜２８°が選択されている。凸部に対する緊締駒の突起のスリップは、いかなる用途でも生じない。

前述した全ての角度によって、α１＜７°の時に比べて、押付け可能性が大幅に改善される。中心に配置された隆起部を介した公知先行技術に係る公知の緊締は、著しく低い位置で行われる。公知先行技術によれば、角度α１が、α１＞＞４５°であり、６０°以上である。このような低い隆起部では、押付け可能性は最適であるものの、引掛り効果ひいては確実な引込みならびに使用中のμｍ運動に対するインサートの位置固定が付与されていない。また、緊締駒５の突起１１も低い隆起部に対して滑ってしまう。

凸部は支持要素であり、スペース不足に基づき、極めて小さな直径ｄ２を有しているので、幾何学的な設計は、力Ｆ１の伝達に対する剛性が十分であるように行われなければならない。特に高さｈ（図１参照）に対する直径ｄ２の比が要求に適合されなければならない。好適には、凸部の高さｈ、すなわち、底部から凸部の先端部までの間隔が、２×ｄ２≧ｈ≧０．４×ｄ２に設定されている。

好適には、凸部の先端部が、曲率半径ｒ１を有する移行部を介して、側面に移行しており、この側面が、曲率半径ｒ２を有する移行部を介して、緊締窪みの底部に移行しており、この緊締窪みの底部が、曲率半径ｒ３を有する移行部を介して、緊締窪みの底部をインサート上面／インサート下面に接続する側面に移行しており、曲率半径ｒ１、ｒ２，ｒ３が、０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ、好適には０．２ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている。

このことは、強度を高めるために有利である。移行部の曲率半径ｒ１〜ｒ３は、ある程度のサイズに達していなければならない。さもないと、目標破断箇所が生じてしまう。特に曲率半径ｒ１は、緊締駒に設けられた突起と、緊締窪みに設けられた凸部との間に緊締面を形成することができるように選択されなければならない。緊締線または緊締点でさえ、増加させられた荷重を招いてしまう恐れがある。曲率半径ｒ１〜ｒ３は、０．０５〜０．６ｍｍ、好適には０．２〜０．３ｍｍに設定されている。こうして、緊締駒の突起の押圧面と協働して十分な強度を提供する十分に高い剛性を得ることができる。幾何学形状は、脆性のセラミックスに圧縮荷重が加えられるように設計されている。

前述したインサートの本発明に係る使用は、緊締窪み内に係合する突起が配置された緊締駒と、この緊締駒に設けられた、インサートのカッティングエッジから見て緊締窪みの手前でインサート上面／インサート下面に載置されるノーズとによるクランプである。

好適な使用では、カッティングエッジから緊締駒のノーズまでの間隔ａが、１２．７ｍｍの内接円を有するインサートでは少なくとも２．２ｍｍに設定されていて、１２．７ｍｍよりも小さな内接円を有するインサートでは少なくとも１．３ｍｍに設定されている。

好適には、インサートが、焼入れ鋼を切削加工するために使用される。

以下、本明細書において用いられる概念の定義である。

角度α１は、インサート表面の垂線に対する凸部の側面の傾きを説明している。

角度α２は、インサート表面の垂線に対して測定された、緊締窪みの縁部から緊締窪みの底部までの緊締窪みの傾きを説明している。

文字ｈは、緊締窪みの底部から凸部の最も高い点、すなわち、凸部の先端部までの凸部の高さを表している。

ｒ１は、凸部の頭部もしくは先端部が（角度α１によって説明した）凸部の側面に移行する部分の曲率半径である。

ｒ２は、（角度α１によって説明した）凸部の側面が緊締窪みの底部に移行する部分の曲率半径である。

ｒ３は、緊締窪みの底部が、角度α２によって説明した緊締窪みの側面に移行する部分の曲率半径である。

中心を通る本発明に係るインサートの断面図である。 本発明に係るインサートの組付け状態を示す図である。 本発明に係るインサートの種々異なる実施の形態の平面図である。

以下に、本発明を２つの図面に基づき説明する。両図には、それぞれ本発明に係るインサートの横断面図が示してある。

図１には、本発明に係るインサート４の中心８を通る断面図が示してあり、図２には、このインサート４が組付け状態、すなわち、緊締駒５によって係合された状態で示してある。

インサート４（図１および図２参照）が小さければ小さいほど、緊締窪み１を形成するための利用可能なスペースも小さくなる。この利用可能なスペースは、緊締駒５のノーズ１２とカッティングエッジ６との間に形成される間隔ａが考慮される場合に一層減少させられる（図２参照）。さらに、高精度の構成部材の場合には、数μｍ範囲のインサート４の運動も許容不能である。確実な固定には、緊締駒５によるインサート４の形状接続的な結合が必要となる。緊締面７がインサート４の中心８よりも前方に配置されていると、いわゆる「ずれ滑り」のリスクが減少させられる。「ずれ滑り」とは、緊締駒５に設けられた突起１１（図２参照）がワークピースの加工時に凸部２に対してスリップすることを意味している。これに関連して、「中心８よりも前方」とは、突起１１が、緊締窪み１の、カッティングエッジ６に近い方の側で緊締窪み１内に係合していることを意味している。凸部２の特別な構造によって、ずれ滑りを本発明により減少させることができる。凸部２は隆起部とも呼ばれる。

したがって、本発明の対象は、本発明における緊締窪み１を備えた小型化されたインサート４である。緊締窪み１は、ｄ１≦６ｍｍ（「≦」は「以下」を意味している）、好適には２ｍｍ＜ｄ１＜５ｍｍの直径ｄ１を有している（図１参照）。確実なクランプを保証するためには、凸部２の角度α１が、α１＜５５°に選択される。好適には、角度が７°＜α１＜３５°に設定されている。図１および図２の特殊な形態では、角度が２７°＜α１＜２８°に規定されている。これによって、凸部２に対する緊締駒５の突起１１のスリップが阻止される。緊締駒５に設けられた突起１１は、力Ｆ２（図２参照）で引っ掛かっている。セラミックスの場合には、α１＜７°の時に比べて、押付け可能性が大幅に改善されている。中心に配置された隆起部を介した公知先行技術に係る公知の緊締は、著しく低い位置で行われている。公知先行技術によれば、角度α１が、α１＞＞４５°であり、６０°以上である。このような低い隆起部では、押付け可能性は最適であるものの、引掛り効果ひいては確実な引込みならびに使用中のμｍ運動に対するインサート４の位置固定が付与されていない。また、緊締駒５の突起１１も低い隆起部に対して滑ってしまう。

本発明における緊締窪み１の小さな直径ｄ１によって、除去加工すべき体積が減じられる。ＰｃＢＮの場合には、このような緊締窪み１が、大抵、手間のかかるレーザ加工法によって形成される。従来の緊締窪み１に比べて、体積を４０％よりも多く減らすことができる。これによって、付加的な経済的な利点が得られる。凸部２は支持要素であり、スペース不足に基づき、極めて小さな直径ｄ２を有しているので、幾何学的な設計は、力Ｆ１の伝達に対する剛性が十分であるように行われなければならない。特に高さｈ（図１参照）に対する直径ｄ２の比が要求に適合されなければならない。比ｄ／ｈは、最大で高さ２に対して直径１であってよい。好適には、ｄ／ｈの比が１：１に設定されている。この特殊な形態では、比ｄ／ｈが、高さ０．５に対して直径１である。強度を高めるためには、移行部の曲率半径ｒ１〜ｒ３（図１参照）が、ある程度のサイズに達していなければならない。さもないと、目標破断箇所が生じてしまう。特に曲率半径ｒ１は、緊締駒５に設けられた突起１１と凸部２との間に緊締面７を形成することができるように選択されなければならない。緊締線または緊締点でさえ、増加させられた荷重を招いてしまう恐れがある。曲率半径ｒ１〜ｒ３は、０．０５〜０．６ｍｍ、好適には０．２〜０．３ｍｍに設定されている。こうして、緊締駒５の突起１１の押圧面と協働して十分な強度を提供する十分に高い剛性を得ることができる。幾何学形状は、脆性のセラミックスに圧縮荷重が加えられるように設計されている。こうして、（ここでは、この特殊で好適な形態において）ｄ１＝３ｍｍの窪みサイズを確実に実現することが達成される。これによって、カッティングエッジ６に対する臨界的な間隔ａを受け入れる必要なく、スローアウェイチップの中心８よりも前方の緊締駒５のノーズ１２の支持面（図１参照）が可能となる。

緊締窪み１の容積Ｖは、好適にはＶ＜８ｍｍ^３、特に好適にはＶ＜６ｍｍ^３に設定されている。

図３ａ、図３ｂおよび図３ｃには、本発明に係るインサート４の種々異なる形態が平面図で示してある。図３ａには、円形の緊締窪み１と、この緊締窪み１内に配置された凸部２とを備えた三角形のインサート４が示してある。図３ｂには、円形の緊締窪み１と、この緊締窪み１内に配置された凸部２とを備えた正方形のインサート４が示してある。図３ｃには、円形の緊締窪み１と、この緊締窪み１内に配置された凸部２とを備えた円筒形のインサート４が示してある。

Claims (12)

1. 切削工具に用いられるインサート（４）であって、インサート上面（９）およびインサート下面（１０）と、１つ以上の側面（１３）と、該側面（１３）へのインサート上面（９）の移行部に設けられたカッティングエッジ（６）と、インサート上面（９）に設けられた、外径ｄ１を有する円形の緊締窪み（１）とを備えた、切削工具に用いられるインサートにおいて、緊締窪み（１）の外径ｄ１が、２ｍｍ＜ｄ１≦６ｍｍ、好適には２ｍｍ＜ｄ１＜５ｍｍに設定されていることを特徴とする、切削工具に用いられるインサート。
2. 緊締窪み（１）が、内部に位置する円形の凸部（２）を有しており、該凸部（２）の先端部（１４）が、緊締窪み（１）の底部（１５）よりは上側でインサート上面（９）よりは下側に位置しており、凸部（２）が、外径ｄ２と、緊締窪み（１）の底部（１５）から凸部（２）の先端部（１４）までの高さｈとを有しており、凸部（２）の外径ｄ２が、凸部（２）の半分の高さｈにおいて測定されており、凸部（２）の外径ｄ２が、０．８ｍｍ＜ｄ２＜３．５ｍｍに設定されている、請求項１記載のインサート。
3. インサート（４）が、そのインサート下面（１０）にインサート上面（９）と同じ緊締窪み（１）を有していて、ひいては、スローアウェイチップとして形成されている、請求項１または２記載のインサート。
4. インサート（４）が、ＰｃＢＮ（多結晶立方晶窒化ホウ素）から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のインサート。
5. 緊締窪み（１）が、Ｖ＜８ｍｍ^３、好適にはＶ＜６ｍｍ^３の容積を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のインサート。
6. 凸部（２）の先端部（１４）が、インサート上面（９）の垂線（１６）に対して凸部角α１を成して傾けられた側面（１７）を介して、緊締窪み（１）の底部（１５）に移行しており、凸部角α１が、７°＜α１＜５５°、好適には７°＜α１＜３５°に設定されている、請求項２から５までのいずれか１項記載のインサート。
7. 凸部角α１が、２７°＜α１＜２８°に設定されている、請求項６記載のインサート。
8. 凸部（２）の高さｈ、すなわち、底部（１５）から凸部（２）の先端部（１４）までの間隔が、２×ｄ２≧ｈ≧０．４×ｄ２に設定されている、請求項２から７までのいずれか１項記載のインサート。
9. 凸部（２）の先端部（１４）が、曲率半径ｒ１を有する移行部を介して、側面（１７）に移行しており、該側面（１７）が、曲率半径ｒ２を有する移行部を介して、緊締窪み（１）の底部（１５）に移行しており、該緊締窪み（１）の底部（１５）が、曲率半径ｒ３を有する移行部を介して、緊締窪み（１）の底部（１５）をインサート上面（９）／インサート下面（１０）に接続する側面（３）に移行しており、曲率半径ｒ１、ｒ２，ｒ３が、０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ、好適には０．２ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている、請求項２から８までのいずれか１項記載のインサート。
10. 緊締窪み（１）内に係合する突起（１１）が配置された緊締駒（５）と、該緊締駒（５）に設けられた、インサート（４）のカッティングエッジ（６）から見て緊締窪み（１）の手前でインサート上面（９）／インサート下面（１０）に載置されるノーズ（１２）とによってクランプする、請求項１から９までのいずれか１項記載のインサート（４）の使用。
11. カッティングエッジ（６）から緊締駒（５）のノーズ（１２）までの間隔ａが、１２．７ｍｍの内接円を有するインサート（４）では少なくとも２．２ｍｍに設定されていて、１２．７ｍｍよりも小さな内接円を有するインサート（４）では少なくとも１．３ｍｍに設定されている、請求項１０記載の使用。
12. 焼入れ鋼を切削加工するための請求項１から９までのいずれか１項記載のインサート（４）の使用。

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