JP2015136777A - 切削インサート、切削工具および切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切刃がワイパー切刃を有する場合であったとしても、切刃の強度を高めつつ、被削材の仕上げ面粗さを小さくすることが可能な切削インサートが求められている。
【解決手段】本態様の切削インサートは、多角形状の上面、下面、側面および切刃を備えている。切刃は、コーナ切刃およびワイパー切刃を有している。コーナ切刃を通る断面において、上面と側面とが交わる領域には凸曲線形状であって側面に滑らかに接続するように第１のホーニング面が形成されている。ワイパー切刃を通る断面において、少なくとも側面におけるワイパー切刃に連続する上端を含む部分が直線形状であって、上面と側面とが交わる領域には凸曲線形状であって側面と交差するように第２のホーニング面が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、切削インサート、切削工具および切削加工物の製造方法に関する。

金属などの被削材の切削加工に用いられる切削工具として、特許文献１に記載のスローアウェイチップが知られている。特許文献１に記載のチップは、円弧状切れ刃部と直線状切れ刃部とを含む切れ刃を有している。また、切れ刃の強度を高めるため、この切れ刃に沿って連続的に面取り（ホーニング）がされている。特許文献１においては、切れ刃に直交する断面において、切れ刃が形成される領域であるすくい面と逃げ面とが交わる切れ刃稜線が凸曲線形状となるようにホーニング加工が施されている。

国際公開第２０１２／０２３３２５号

円弧形状の切刃のみを用いて切削加工を行なう場合においては、上記のように凸曲線形状となるようにホーニング加工が施されていても特に問題ない。しかしながら、被削材の仕上げ面の面粗さを小さくするために切刃がワイパー切刃を備える場合においては、上記のホーニング加工では課題が生じる。これは、凸曲線形状となるようにホーニング加工を行なうことによって切刃の強度を高めることができるが、一方で切刃の切れ味が低下するからである。切刃の切れ味が低下することによって、ワイパー切刃を良好に機能させることが困難となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、切刃がワイパー切刃を有する場合において、刃先強度を保ちつつ、ワイパー切刃を良好に機能させることのできる切削インサートを提供することにある。

本発明の一態様に基づく切削インサートは、多角形状の上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に位置する側面と、前記上面と前記側面とが交差する稜線に設けられた切刃とを備えている。前記切刃は、上面の角部に対応する位置に形成されたコーナ切刃と、該コーナ切刃に隣接するワイパー切刃とを有している。そして、前記上面に直交するとともに前記コーナ切刃を通る断面において、前記上面と前記側面とが交わる領域には凸曲線形状であって前記側面に滑らかに接続するように第１のホーニング面が形成されており、前記上面に直交するとともに前記ワイパー切刃を通る断面において、少なくとも前記側面における前記ワイパー切刃に連続する上端を含む部分が直線形状であって、前記上面と前記側面とが交わる領域には凸曲線形状であって前記側面と交差するように第２のホーニング面が形成されていることを特徴としている。

上記態様の切削インサートにおいては、切刃がコーナ切刃およびワイパー切刃を有しており、コーナ切刃およびワイパー切刃が形成されている領域にそれぞれホーニング加工が施されている。しかしながら、単に一定のホーニング加工が施されているのではなく、コーナ切刃が形成されている領域においては、上面と側面とが交差する部分に凸曲線形状であって側面に滑らかに接続するように第１のホーニング面が形成されており、また、ワイ
パー切刃が形成されている領域においては、少なくとも側面におけるワイパー切刃に連続する上端を含む部分が直線形状であって、上面と側面とが交わる領域に凸曲線形状であって側面と交差するように第２のホーニング面が形成されている。そのため、コーナ切刃の強度を高めつつ、ワイパー切刃の切れ味を良好なものにできる。

本発明の第１の実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図１に示す切削インサートにおける領域Ａを拡大した斜視図である。 図２に示す切削インサートの上面図である。 図３に示す切削インサートにおけるＢ１−Ｂ１断面の断面図である。 図３に示す切削インサートにおけるＢ２−Ｂ２断面の断面図である。 図３に示す切削インサートにおけるＢ３−Ｂ３断面の断面図である。 本発明の一実施形態の切削工具を示す斜面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。

＜切削インサート＞
以下、一実施形態の切削インサートについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明の切削インサートは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

本実施形態の切削インサート１（以下、単にインサート１ともいう）は、上面３、下面５、側面７、切刃１１および貫通孔９を備えている。インサート１の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、あるいはＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

インサート１の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

上面３は多角形状であり、本実施形態においては略四角形の形状となっている。ここで、多角形状とは、厳密に多角形の形状であることを意味するものではない。例えば、本実施形態での上面３における角部はそれぞれ厳密な角となっておらず、丸みを帯びた形状となっている。また、隣り合う角部を接続するように位置する辺部は、厳密に直線形状とはなっていなくてもよい。例えば、外側に向かってわずかに突出する形状となっていてもよい。

下面５は、上面３とは反対側に位置する面であり、インサート１をホルダに取り付ける際にインサートポケット１０３への着座面として機能する。本実施形態における下面５は、上面３と同様に多角形状、具体的には略四角形の形状をしている。このとき、下面５は
上面３よりも一回り小さくなるように構成されている。また、本実施形態における下面５は、平坦な面の形状になっている。

なお、上面３および下面５の形状としては、上記の形態に限定されるものではない。本実施形態のインサート１においては上面視した場合の上面３の形状が略四角形であったが、例えば、上面視した場合の上面３の形状が三角形、五角形、六角形または八角形のような多角形状であってもよい。

側面７は、上面３と下面５との間に位置しており、上面３および下面５に接続されている。上記の通り、下面５が上面３よりも一回り小さいことから、特に図示しないが、平面透視した場合に、側面７における上面３と接続する領域が、側面７における下面５と接続する領域よりも外側に位置している。そのため、側面７は上面３に近接する部分から下面５に近接する部分に向かうにしたがって、貫通孔９の中心軸に近づくように傾斜した構成となっている。また、本実施形態において、側面７は中心軸Ｏ１に平行な断面において、直線形状となるように形成されている。

本実施形態のインサート１における上面３を上面視した場合の最大幅は６〜２５ｍｍである。また、下面５から上面３までの高さは１〜１０ｍｍである。ここで、下面５から上面３までの高さとは、上面３の上端と下面５の下端との間における中心軸Ｏ１に平行な方向での幅を意味している。

切刃１１は上面３と側面７とが交差する稜線に設けられている。切刃１１は切削加工において被削材を切削するために用いられる。本実施形態のインサート１は上面３と側面７とが交差する稜線の一部に切刃１１が形成された構成であるが、切刃１１の構成としては特にこのような形態に限定されるものではない。例えば、上面３と側面７とが交差する稜線の全体に切刃１１が形成されていてもよい。

上面３は、すくい面１３を有している。すくい面１３は、切刃１１に沿って設けられている。すくい面１３は、切刃１１において切削された切屑をすくい取るような役割をしている。そのため、被削材の切屑はすくい面１３の表面を流れる。すくい面１３は、切屑を良好にすくい取るために、切刃１１から離れるに従って下面５からの高さが低くなるように傾斜している。言い換えれば、本実施形態のインサート１においては、すくい面１３は、貫通孔９に近づくにつれて下面５に近づくように傾斜する傾斜面である。すくい面１３は、中心軸Ｏ１に平行な断面において直線形状となるように形成されている。

なお、本実施形態のインサート１においては、図示していないが、上面３がすくい面１３以外の構成を備えていても何ら問題ない。例えば、すくい面１３を囲むように設けられたランド面（不図示）、あるいは、すくい面１３の内側に位置しており、すくい面１３から離れるに従って下面５からの高さが高くなるように傾斜している立ち上がり面（不図示）を有していてもよい。

本実施形態のインサート１は、上面３の中心から下面５の中心に向かって形成された貫通孔９を有している。貫通孔９は、インサート１を切削工具のホルダにネジ止め固定する際にネジを挿入するために設けられている。本実施形態における下面５は平坦な面であり、貫通孔９の中心軸Ｏ１の伸びる方向、言い換えれば貫通方向は下面５に対して直交している。

切刃１１は、図２および３に示すように、コーナ切刃１５およびワイパー切刃１７を有している。コーナ切刃１５は、上面３の角部に対応する位置に形成されている。本実施形態での上面３における角部は丸みを帯びた形状となっている。そのため、コーナ切刃１５
は上面視した場合に外側に向かって突出した円弧形状となっている。コーナ切刃１５は、被削材を切削加工する際において、主要な切刃１１として機能する。なお、図２は、図１に示す切削インサート１における領域Ａを拡大した上面図であり、上面３の角部の近傍を拡大した図面となっている。

また、ワイパー切刃１７は、コーナ切刃１５に隣接するように位置している。ワイパー切刃１７は、上面視した場合においてほぼ直線形状である。ワイパー切刃１７は、被削材の仕上げ面粗さを小さくするために用いられる切刃１１であり、切削加工において被削材の仕上げ面に対して概ね平行となるように位置される。

本実施形態においては、一対のワイパー切刃１７がそれぞれコーナ切刃１５に隣接するように位置している。言い換えれば、一対のワイパー切刃１７が、間にコーナ切刃１５を挟むように位置している。このように、切刃１１が一対のワイパー切刃１７を有している場合には、インサート１を右勝手および左勝手のいずれの切削工具においても用いることができる。

上面３と側面７とが交わる領域であって切刃１１が形成されている部分には、いわゆるホーニング加工が施されている。すなわち、上面３と側面７とが交差する稜線は、２つの面が交差することによる厳密な線形状ではない。上記の稜線が線形状であると切刃１１の強度が低下する。そのため、上面３と側面７とが交わる領域に、この領域が曲面形状となるＲホーニングが施される。

本実施形態のインサート１においては、ホーニング加工によってコーナ切刃１５が形成されている領域に第１のホーニング面１９が形成されている。具体的には、第１のホーニング面１９は、上面３に直交するとともにコーナ切刃１５を通る断面における上面３と側面７とが交わる領域に形成されている。第１のホーニング面１９は、凸曲線形状であって側面７に滑らかに接続している。また、第１のホーニング面１９は、すくい面１３に対しても滑らかに接続されている。

また、ホーニング加工によってワイパー切刃１７が形成されている領域に第２のホーニング面２１が形成されている。具体的には、第２のホーニング面２１は、上面３に直交するとともにワイパー切刃１７を通る断面における上面３と側面７とが交わる領域に形成されている。ワイパー切刃１７に直交する断面において、少なくとも側面７におけるワイパー切刃１７に連続する上端を含む部分が直線形状であり、第２のホーニング面２１は、凸曲線形状であって側面７と交差している。一方、第２のホーニング面２１は、すくい面１３に対しては滑らかに接続されている。

本実施形態においては、上面３に直交するとともにワイパー切刃１７を通る断面において、側面７の上端から下端にかけて全体が直線形状となっているが、側面７の形態としては、このような形態に限られるものではない。第２のホーニング面２１が側面７と交差するため、少なくとも側面７におけるワイパー切刃１７に連続する上端を含む部分が直線形状であればよい。すなわち、側面７における下面５に接続する下端を含む部分が曲面形状である構成、あるいは、側面７における上端を含む部分と側面７における下端を含む部分との間に段差が設けられた構成であってもよい。

一般的にホーニング加工を行なう場合においては、切刃の稜線が、切刃の各領域において同じ凸曲線形状となるようにホーニング面が形成される。このとき、切刃の強度および切削性を考慮して上記の凸曲線の曲率が設定される。しかしながら、曲率を小さくした場合には、切刃の強度が向上する一方で切削性が低下する。また、曲率を大きくした場合には、切削性が向上する一方で切刃の強度が低下する。そのため、従来は切刃の強度および
切削性のいずれを優先するか選択しなければならなかった。

特に、切刃がワイパー切刃を有する場合においては、ワイパー切刃の切削性を高めるためにより曲率を大きくすることが求められるが、コーナ切刃の強度を高める要求と相反する結果となっていた。

しかしながら、本実施形態のインサート１においては、単に一定のホーニング加工が切刃１１に施されているのではない。上記のように、コーナ切刃１５が形成されている領域においては、上面３と側面７とが交わる領域に凸曲線形状であって側面７に滑らかに接続するように第１のホーニング面１９が形成されている。また、ワイパー切刃１７が形成されている領域においては、少なくとも側面７におけるワイパー切刃１７に連続する上端を含む部分が直線形状であって、上面３と側面７とが交わる領域に凸曲線形状であって側面７と交差するように第２のホーニング面２１が形成されている。このように第１のホーニング面１９と側面７との間にはエッジが形成されていない一方で、第２のホーニング面２１と側面７との間にはエッジが形成されている。

そのため、第１のホーニング面１９によってコーナ切刃１５の強度を良好なものにできるとともに、第２のホーニング面２１によってワイパー切刃１７の切削性を良好なものできる。結果として、切刃１１がワイパー切刃１７を有する場合であっても、切刃１１の強度を高くしつつ被削材の仕上げ面粗さを小さくすることが可能となる。なお、図４は、上面３に直交するとともにコーナ切刃１５を通る断面の断面図であって、当該断面は貫通孔９の中心軸に対して平行となっている。また、図５および６は、上面３に直交するとともにワイパー切刃１７を通る断面の断面図であって、当該断面は貫通孔９の中心軸に対して平行となっている。

第１のホーニング面１９は凸曲線形状であるが、具体的には、たとえば円弧形状あるいは楕円弧形状、放物線形状とすることができる。また、同様に、第２のホーニング面２１は凸曲線形状であるが、具体的には、たとえば円弧形状あるいは楕円弧形状、放物線形状とすることができる。本実施形態においては、第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１がそれぞれ円弧形状である。

本実施形態のインサート１においては、第１のホーニング面１９と第２のホーニング面２１とで側面７に接続する部分の構成が互いに異なるが、上面視した場合において、第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１のホーニング幅Ｗが一定である。ホーニング幅とは、上面視した場合における第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１の外縁と内縁との間の間隔を意味している。そのため、切刃１１に直交する断面においては、ホーニング幅は、ホーニング面の外縁から内縁にかけての貫通孔９の中心軸Ｏ１に直交する方向の幅として評価することもできる。

上記のように、第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１のホーニング幅が一定である場合には、インサート１における第２のホーニング面２１の下方に位置する部分での上下方向の厚みを確保することができる。そのため、ワイパー切刃１７の刃先強度も良好に確保することができる。

また、第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１のホーニング幅が一定である場合には、コーナ切刃１５およびワイパー切刃１７からすくい面１３までの距離が一定となる。そのため、コーナ切刃１５およびワイパー切刃１７で切削された切屑が同時にすくい面１３に流れることになる。そのため、コーナ切刃１５で切削された切屑の流れとワイパー切刃１７で切削された切屑の流れとが互いに阻害することなくすくい面１３に流れるので、切屑の流れが良好なものになる。

本実施形態においては、第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１がそれぞれ円弧形状である。このように第１のホーニング面１９が円弧形状である場合には、第１のホーニング面１９を過度に大きくすることなく、第１のホーニング面１９の強度を高めることができる。

また、本実施形態においては、図４と図５とを対比すると明らかであるように、円弧形状である第２のホーニング面２１の曲率半径ｒ２が円弧形状である第１のホーニング面１９の曲率半径ｒ１よりも大きい。また、図５と図６とを対比すると明らかであるように、第２のホーニング面２１の曲率半径ｒ２は第１のホーニング面１９から離れるにつれて大きくなるように設定されている。このように第２のホーニング面２１が第１のホーニング面１９から離れるにつれて曲率半径ｒ２が大きくなる部分を有している。これにより、第２のホーニング面２１を第１のホーニング面１９と同様に円弧形状とするとともに第１のホーニング面１９および第２のホーニング面２１のホーニング幅を一定にすることが可能となっている。

また、ワイパー切刃１７は、上面３に直交するとともにワイパー切刃１７を通る断面において、第２のホーニング面２１における側面７に接続する端部の接線Ｌと側面７とが直角に交差している部分を有している。側面７と第２のホーニング面２１とが鋭角に交差している場合には、切れ味が良好になる一方で切刃強度が低下する可能性がある。また、側面７と第２のホーニング面２１とが鈍角に交差している場合には、切刃強度が良好になる一方で切れ味が低下する可能性がある。側面７と第２のホーニング面２１とが直角に交差している場合には、切れ味および切刃強度の両方を良好なものにできる。

＜切削工具＞
次に、本発明の一実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。

本実施形態の切削工具１０１は、図７に示すように、先端側にインサートポケット１０３を有するホルダ１０５と、切刃１１がホルダ１０５の先端から突出するようにインサートポケット１０３に装着された上記の切削インサート１とを備えている。

ホルダ１０５は、細長く伸びた棒形状をなしている。そして、ホルダ１０５の先端側には、インサートポケット１０３が１つ設けられている。インサートポケット１０３は、切削インサート１が装着される部分であり、ホルダ１０５の先端面に対して開口している。このとき、インサートポケット１０３がホルダ１０５の側面に対しても開口していることによって、切削インサート１の装着を容易に行うことができる。具体的には、インサートポケット１０３は、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。

インサートポケット１０３にはインサート１が装着される。インサート１は、切刃１１がホルダ１０５の先端側に突出するように装着される。本実施形態においては、インサート１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、インサート１の貫通孔に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をインサートポケット１０３に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート１がホルダ１０５に装着されている。

ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。

切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）被削材２０１を回転させる工程と、
（２）上記実施形態に代表される切削工具１０１における切刃１１を回転している被削材２０１に接触させる工程と、
（３）切削工具１０１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図８（ａ）に示すように、被削材２０１を軸Ｏ２の周りで回転させるとともに、被削材２０１に切削工具１０１を相対的に近付ける。次に、図８（ｂ）に示すように、切削工具１０１における切刃１１を被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図８（ｃ）に示すように、切削工具１０１を被削材２０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、軸Ｏ２を固定するとともに被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１をＸ１方向に移動させることによって被削材２０１に近づけている。また、図８（ｂ）においては、回転している被削材２０１に切削インサート１における切刃１１を接触させることによって被削材２０１を切削している。また、図８（ｃ）においては、被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１をＸ２方向に移動させることによって遠ざけている。

なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、切削工具１０１を動かすことによって、切削工具１０１を被削材２０１に接触させる、あるいは、切削工具１０１を被削材２０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１に近づけてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材２０１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所に切削インサート１における切刃１１を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。

１・・・切削インサート（インサート）
３・・・上面
５・・・下面
７・・・側面
９・・・貫通孔
１１・・・切刃
１３・・・すくい面
１５・・・コーナ切刃
１７・・・ワイパー切刃
１９・・・第１のホーニング面
２１・・・第２のホーニング面
１０１・・・切削工具
１０３・・・インサートポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・ネジ
２０１・・・被削材

Claims (6)

1. 多角形状の上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に位置する側面と、前記上面と前記側面とが交差する稜線に設けられた切刃とを備えた切削インサートであって、
   前記切刃は、上面の角部に対応する位置に形成されたコーナ切刃と、該コーナ切刃に隣接するワイパー切刃とを有し、
   前記上面に直交するとともに前記コーナ切刃を通る断面において、前記上面と前記側面とが交わる領域には凸曲線形状であって前記側面に滑らかに接続するように第１のホーニング面が形成されており、
   前記上面に直交するとともに前記ワイパー切刃を通る断面において、少なくとも前記側面における前記ワイパー切刃に連続する上端を含む部分が直線形状であって、前記上面と前記側面とが交わる領域には凸曲線形状であって前記側面と交差するように第２のホーニング面が形成されていることを特徴とする切削インサート。
2. 上面視した場合において、ホーニング幅が一定であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記第１のホーニング面は、前記上面に直交するとともに前記コーナ切刃を通る断面において、円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
4. 前記ワイパー切刃は、前記上面に直交するとともに前記ワイパー切刃を通る断面において、前記第２のホーニング面における前記側面に接続する端部の接線と前記側面とが直角に交差していることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
5. 先端側にインサートポケットを有するホルダと、
   前記切刃が前記ホルダの先端から突出するように前記インサートポケットに装着された、請求項１〜４のいずれか１つに記載の切削インサートとを具備した切削工具。
6. 被削材を回転させる工程と、
   回転している前記被削材に請求項５に記載の切削工具の前記切刃を接触させる工程と、
   前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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