JP2015188949A - 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】ホルダに安定して保持されることが可能な切削インサートが求められていた。【解決手段】一態様の切削インサートは、軸線方向の後端側から先端側に向かって延びる本体部および本体部の先端側に位置する切削部を備え、切削部は、上面および前側面が交差する稜線に設けられた切刃を有し、本体部は、軸線方向に沿った方向に延び、先端側および上方に開口する溝部と、溝部を間に挟むように軸線方向に沿った方向に延びる一対の上端面とを有し、上端面が切刃よりも上方に位置するとともに、溝部の溝底が切刃よりも下方に位置している。【選択図】図１

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。

従来、被削材の旋削加工に用いられる切削インサートとして、特許文献１に記載の切削インサートが知られている。特許文献１に記載の切削インサートは、インサート本体の上面と切削部の上面との間に上方に突出する突起部を有している。このような突起部を切削インサートが有していることによって切削インサートをホルダにクランプ保持して切削加工を行なう際に、ホルダの上顎部の先端に被削材の切屑が接触する可能性を小さくしている。

特開２００７−２１００５１号公報

切削インサートが上記の突起部を有していることによって、ホルダの上顎部の先端に被削材の切屑が接触する可能性が小さくなる。しかしながら、突起部が設けられていることによって、切削インサートをホルダにクランプ保持する際に、切刃からホルダの上顎部までの距離が長くなる。このように、上顎部によるクランプ位置が切刃から遠ざかってしまうと、クランプ保持する際のクランプ力が低下する可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ホルダに安定して保持されることが可能な切削インサート、切削工具および切削加工物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に基づく切削インサートは、軸線方向の後端側から先端側に向かって延びる本体部、および該本体部の先端側に位置する切削部を備えている。前記切削部は、上面と、下面と、前記上面および前記下面の間であって先端側に位置する前側面と、前記上面および前記前側面が交差する稜線に設けられた切刃とを有している。前記本体部は、前記軸線方向に沿った方向に延び、先端側および上方に開口する溝部と、該溝部を間に挟むように前記軸線方向に沿った方向に延びる一対の上端面とを有している。そして、該上端面が前記切刃よりも上方に位置するとともに、前記溝部の溝底が前記切刃よりも下方に位置している。

上記態様の切削インサートにおいては、ホルダの上顎部に当接する溝部の溝底が切刃よりも下方に位置している。ホルダの上顎部の先端が溝部の溝底に当接することから、突起部を設けなくても、切削インサートをホルダにクランプ保持する際において、上顎部の先端に被削材の切屑が接触する可能性を小さくできる。また、突起部が設けられていないため、上顎部によるクランプ位置を切刃に近付けることができる。したがって、ホルダに安定して保持することが可能となる。

本発明の一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の上面図である。 図１に示す切削インサートの先端側からの側面図である。 図１に示す切削インサートの横側面の側からの側面図である。 図２に示す切削インサートにおけるＡ１断面の断面図である。 図２に示す切削インサートにおけるＡ２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視図である。 図７に示す切削工具の先端部分を拡大した斜視図である。 図８に示す切削工具の横側面の側からの側面図である。 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斜視図である。 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斜視図である。 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斜視図である。

＜切削インサート＞
以下、一実施形態の切削インサート１（以下、単にインサート１ともいう）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。従って、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。

本実施形態のインサート１は、図１〜６に示すように、１つの本体部３および２つの切削部５を有している。本体部３は、中心軸Ｏに沿って、後端側から先端側に向かって延びる棒形状である。以下、中心軸Ｏに沿った方向を軸線方向という。本体部３は、上側に位置してホルダの上顎部に当接する上側面７と、下側に位置してホルダの下顎部に当接する下側面９とを有している。

上側面７は、第１の溝部１１および第１の溝部１１を間に挟む位置する一対の上端面１３を有している。第１の溝部１１は、軸線方向に沿った方向に延びており、先端側、後端側および上方にそれぞれ開口している。一対の上端面１３も第１の溝部１１と同様に軸線方向に沿った方向に延びている。 なお、一対の上端面１３は必ずしも本体部３の先端か
ら後端までの全体に渡って形成されている必要はない。下側面９は、第２の溝部１５および第２の溝部１５を間に挟む位置する一対の下端面１７を有している。第２の溝部１５は、軸線方向に沿った方向に延びており、先端側、後端側および下方にそれぞれ開口している。一対の下端面１７も第２の溝部１５と同様に軸線方向に沿った方向に延びている。

このような第１の溝部１１および第２の溝部１５を有していることによって、インサート１をホルダに安定して固定することができる。具体的には、第１の溝部１１がホルダの上顎部に当接するとともに第２の溝部１５がホルダの下顎部に当接することによって、ホルダの上顎部および下顎部によってインサート１が挟持される。

本体部３の大きさとしては特に限定されるものではないが、例えば、軸線方向に沿った長さは５〜８０ｍｍ程度に設定できる。また、上面視した場合において軸線方向に直交する方向の幅は、例えば２〜２０ｍｍ程度に設定できる。また、側面視した場合において軸線方向に直交する方向の幅は、例えば２〜１５ｍｍ程度に設定できる。

切削部５としては、少なくとも本体部３の先端側に１つ位置していればよいが、本実施
形態における切削部５は本体部３の先端側および後端側に１つずつ位置している。本体部３および切削部５は、別々に形成されていてもよいが、一体的に形成されていてもよい。本実施形態のインサート１においては、本体部３および切削部５は一体的に形成されている。

インサート１を構成する部材の材質としては、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）などのチタン化合物を主成分とした焼結複合材料が挙げられる。

インサート１を構成する上記の部材の表面は、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。

本実施形態のインサート１を用いて切削加工を行なう際には、２つの切削部５のいずれか一方が用いられる。本体部３の後端側に位置する切削部５を用いる場合には、本体部３の先端側と後端側とを反転させてインサート１をホルダに取り付ければ良い。本体部３の先端側に位置する切削部５と本体部３の後端側に位置する切削部５とは同じ形状である。そのため、以下では、切削部５として本体部３の先端側に位置するものについて説明する。

切削部５は、上面１９、下面２１、前側面２３、横側面２５、コーナ側面２７、前切刃２９、横切刃３１およびコーナ切刃３３を具備している。上面１９および下面２１は、それぞれ後端側から先端側に向かって延びている。上面視した場合における上面１９の形状は概ね長方形である。上面１９の外周のうち後端側に位置する短辺において切削部５は本体部３に連続している。下面視した場合における下面２１の形状は、上面１９と同様に概ね長方形である。

切削部５の下面２１には、後端から先端に向かって軸線方向に沿った方向に延びる溝が形成されている。この溝は、その後端において本体部３の第２の溝部１５に連続している。そのため、本体部３の第２の溝部１５および切削部５の下面２１の溝がホルダの下顎部に当接することになる。

前側面２３は、上面１９および下面２１の間に位置する側面のうち先端側に位置する部分である。前側面２３は先端側から側面視した場合において略四角形の形状となっている。側面における前側面２３と隣り合う部分には一対の横側面２５が位置している。一対の横側面２５は、それぞれ後端側から先端側に向かって延びている。前側面２３と横側面２５とは互いに略直交しており、前側面２３と横側面２５との間にはコーナ側面２７が位置している。前側面２３および横側面２５は略平坦な面であるが、コーナ側面２７は、前側面２３および横側面２５を滑らかに接続するため、曲面形状となっている。

本実施形態のインサート１においては、中心軸Ｏは、２つの切削部５のそれぞれの前側面２３の中心を通るように位置している。前側面２３は先端側から側面視した場合において略四角形であり、前側面２３の対角線の交点を前側面２３の中心としている。

前側面２３、横側面２５およびコーナ側面２７は、それぞれ被削材を切削加工する際に
おいて逃げ面として機能する。そのため、側面視した場合に、前側面２３、横側面２５およびコーナ側面２７は、それぞれ上面１９の側から下面２１の側に向かうにつれて切削部５の内側に向かうように形成されている。また、側面が上記のように構成されていることから、下面２１は上面１９と比較して一回り小さい大きさとなっている。

切削部５の大きさとしては特に限定されるものではないが、例えば、軸線方向に沿った長さは３〜８ｍｍ程度に設定できる。

上面１９と前側面２３とが交差する稜線には、前切刃２９が設けられている。上面１９と横側面２５とが交差する稜線には、横切刃３１が設けられている。また、上面１９とコーナ側面２７とが交差する稜線には、コーナ切刃３３が設けられている。本実施形態のインサート１を用いて切削加工を行なう際には、主として前切刃２９が用いられる。

なお、このとき前側面２３、横側面２５およびコーナ側面２７と上面１９とが交差する稜線は、２つの面が交わることによる厳密な線形状ではない。これらの側面と上面１９とが交差する稜線が鋭角に尖っていると、切刃の耐久性が低下する。そのため、上面１９と上記の側面とが交差する部分には、いわゆるホーニング加工が施されており、この部分がわずかに曲面形状となっている。

本実施形態における前切刃２９は、側面視した場合において下面２１の下端を通り中心軸Ｏに平行な仮想平面を基準として、この仮想平面に対して平行かつ中心軸Ｏに直交する方向に向かって延びている。そのため、前切刃２９は、下面２１に対して平行な仮想平面上に位置している。コーナ切刃３３は、前切刃２９と同じ高さに位置している。そのため、コーナ切刃３３も上記の仮想平面上に位置している。一対の横切刃３１は、上面視において、前切刃２９から離れるにしたがって互いの間隔が狭くなるように設けられている。

本実施形態のインサート１においては、本体部３の上端面１３が前切刃２９よりも上方に位置するとともに、第１の溝部１１の溝底１１ａが前切刃２９よりも下方に位置している。前切刃２９が被削材を切削することによって生じる切屑は、前切刃２９から後端側に向かって進行するとともに上方に向かって湾曲する。第１の溝部１１の溝底１１ａが前切刃２９よりも下方に位置していることから、切削インサート１をホルダにクランプ保持して切削加工を行なう際に、第１の溝部１１の溝底１１ａに当接するホルダの上顎における先端部分に切屑が接触する可能性を小さくできる。

また、本体部３の上端面１３が前切刃２９よりも上方に位置していることから、第１の溝部１１の溝深さを確保することができる。これにより、第１の溝部１１の溝底１１ａを前切刃２９よりも過度に低くすることなく、第１の溝部１１の内面の面積を確保することができる。したがって、ホルダに安定して保持することが可能となる。第１の溝部１１の深さとしては特に限定されるものではないが、例えば、側面視において軸線方向に直交する方向で示される深さは０．１〜３ｍｍ程度に設定できる。

本実施形態における切削部５の上面１９は、すくい面３５、立ち上がり面３７、凹部３９および隆起部４１を有している。すくい面３５は、前切刃２９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３５の表面を流れる。そのため、すくい面３５は、前切刃２９に沿って設けられており、前切刃２９から離れるにしたがって下方に向かって傾斜している。

立ち上がり面３７は、すくい面３５の上を流れてきた切屑を湾曲させる役割をしている。そのため、立ち上がり面３７は、すくい面３５よりも後端側に位置しており、すくい面３５から離れるにしたがって上方に向かって傾斜している。また、凹部３９は、上面１９
の後端から先端側に向かって延びている。このとき、凹部３９は、その後端において本体部３の第１の溝部１１に連続している。

本体部３の上側面７に形成される第１の溝部１１の溝底１１ａが前切刃２９よりも上方に位置している場合には、ホルダの上顎部が切屑に接触することを防止するために、上顎部の先端部分を第１の溝部１１における先端側の開口部よりも後端側に位置させなければならない。しかしながら、本実施形態のインサート１においては、第１の溝部１１の溝底１１ａが前切刃２９よりも下方に位置しており、さらに、切削部５の上面１９が、上記する凹部３９を有している。

このような凹部３９を有している場合には、この凹部３９内に上顎部の先端部分を位置させることができる。すなわち、第１の溝部１１の開口部のみならず本体部３自体の先端よりも上顎部の先端部分を前切刃２９に近い領域に位置させることができる。そのため、より安定してインサート１をホルダでクランプ保持することが可能になる。

さらに、凹部３９は、上面視において、すくい面３５には位置しておらず立ち上がり面３７内に位置している。すくい面３５は前切刃２９から離れるにしたがって下方に向かって傾斜している。そのため、すくい面３５の上を流れる切屑は、後端側かつ下方に向かって進行する。このとき、凹部３９がすくい面３５の上にまで形成されていると、切屑が凹部３９内に入ってくる可能性がある。そのため、切屑が上顎部の先端部分に接触する可能性が高くなる。

一方、立ち上がり面３７は前切刃２９から離れるにしたがって上方に向かって傾斜している。そのため、立ち上がり面３７の上を流れる切屑は、後端側かつ上方に向かって進行する。そのため、立ち上がり面３７の内に位置して立ち上がり面３７よりも低位な凹部３９には、切屑が入り込みにくい。したがって、凹部３９内に上顎部の先端部分が位置する場合であっても、上顎部の先端部分に切屑が接触する可能性を小さくできる。

上述の通り、前切刃２９で生じた切屑は、すくい面３５および立ち上がり面３７の上を進行する。そのため、第１の溝部１１の溝底１１ａは、すくい面３５の下端よりも下方に位置していることが好ましい。具体的には、切屑は、すくい面３５の上を流れる際に下方に向かって進行し、立ち上がり面３７の上を流れる際に上方に向かって進行する。このとき、第１の溝部１１の溝底１１ａが、すくい面３５の下端よりも下方に位置していることによって、上顎部の先端部分をより確実に切屑よりも下方に位置させることができる。そのため、切屑が上顎部の先端部分に接触する可能性をさらに小さくできる。

特に、上顎部の先端部分は、上下方向の厚みが薄いため強度が低下しやすい。しかしながら、この強度が小さい上顎部の先端部分に切屑が接触する可能性が小さいため、安定してインサート１を保持することが可能となる。

凹部３９の形状としては、上記する上顎部の先端部分 に対応する形状であることが好
ましい。これにより、上顎部の先端部分を凹部３９に面接触させることができるので、上顎部によるインサート１のクランプ力を高めることができる。

切削部５の上面１９には、一対の隆起部４１が設けられている。一対の隆起部４１は、上面視において軸線方向に沿った方向に延びており、すくい面３５から立ち上がり面３７にかけて設けられている。このような、一対の隆起部４１は、切屑の流れをコントロールするために用いられる。立ち上がり面３７にある凹部３９は、一対の隆起部４１によって挟まれるように位置している。

なお、本実施形態における上面１９は、すくい面３５、立ち上がり面３７および凹部３９を有する構成であるが、このような形態に限られない。例えば、前切刃２９の強度を向上させるため、前切刃２９とすくい面３５との間にランド面（不図示）をさらに設けてもよい。

＜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８〜１０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、少なくとも前切刃がホルダ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。

本実施形態におけるホルダ１０５は、細長く伸びた板形状である。細長く伸びている方向はインサート１における軸線方向と一致している。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、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。

ホルダ１０５は、その先端部分に、インサート１における本体部の上側面を拘束する上顎部１０７とインサート１における本体部の下側面および切削部の下面を拘束する下顎部１０９とを有している。上顎部１０７と下顎部１０９とが対向する領域によってインサートポケット１０３が形成されている。インサートポケット１０３、すなわち上顎部１０７と下顎部１０９との間にインサート１の本体部が挿入固定される。このとき、本体部の上側面がホルダ１０５の上顎部１０７に当接する。また、本体部の下側面および切削部の下面がホルダ１０５の下顎部１０９に当接する。

また、本実施形態においては、インサートの本体部における上端面が前切刃よりも上方に位置しており、インサートの本体部における先端側の端面１１１よりも上顎部１０７が後端側に位置している。そのため、立ち上がり面を進行してきた切屑がホルダ１０５の上顎部１０７よりも先に端面１１１に接触し易い。そのため、切屑が上顎部１０７に接触する可能性を小さくできる。

本体部の上側面が第１の溝部を有していることから、上顎部１０７における下顎部１０９に対向する領域には、第１の溝部に当接する第１の突起が設けられている。また、本体部の下側面および切削部の下面が第２の溝部を有していることから、下顎部１０９における上顎部１０７に対向する領域には、第２の溝部に当接する第２の突起が設けられている。

本実施形態においては、ホルダ１０５は、上顎部１０７に形成された第１のネジ穴（不図示）と、下顎部１０９におけるネジ穴の下方に形成された第２のネジ穴（不図示）とを有しており、これらのネジ穴に挿入される固定ネジ１１５によって、インサート１がホルダ１０５に固定されている。すなわち、上顎部１０７に形成された第１のネジ穴に固定ネジ１１５を挿入し、この固定ネジ１１５の先端を下顎部１０９に形成された第２のネジ穴に挿入して、ネジと第１のネジ穴および第２のネジ穴とを螺合させている。

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。本実施形態においては、切削加工として内径加工を例示する。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）回転している被削材２０１に上記実施形態に代表される切削工具１０１の少なくとも前切刃を接触させる工程と、
（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１１に示すように、被削材２０１を軸Ｄの周りでＤ１方向に回転させる。また、切削工具１０１をＤ２方向に動かすことによって、被削材２０１に切削工具１０１を相対的に近付ける。次に、図１２に示すように、切削工具１０１における前切刃を被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図１３に示すように、切削工具１０１をＤ３方向に動かすことによって、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Ｄ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を近付けている。また、図１２においては、回転している被削材２０１に切削インサート１の前切刃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１３においては、被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１を遠ざけている。

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に近付けてもよい。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、切削工具１０１を回転させた状態を保持して、被削材２０１の異なる箇所に切削インサート１の切刃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・・・本体部
５・・・切削部
７・・・上側面
９・・・下側面
１１・・・第１の溝部
１１ａ・・・溝底
１３・・・上端面
１５・・・第２の溝部
１７・・・下端面
１９・・・上面
２１・・・下面
２３・・・前側面
２５・・・横側面
２７・・・コーナ側面
２９・・・前切刃
３１・・・横切刃
３３・・・コーナ切刃
３５・・・すくい面
３７・・・立ち上がり面
３９・・・凹部
４１・・・隆起部
１０１・・・切削工具
１０３・・・インサートポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・上顎部
１０９・・・下顎部
１１１・・・端面
１１５・・・固定ネジ
２０１・・・被削材

Claims (7)

1. 軸線方向の後端側から先端側に向かって延びる本体部、および該本体部の先端側に位置する切削部を備え、
   前記切削部は、上面と、下面と、前記上面および前記下面の間であって先端側に位置する前側面と、前記上面および前記前側面が交差する稜線に設けられた切刃とを有し、
   前記本体部は、前記軸線方向に沿った方向に延び、先端側および上方に開口する溝部と、該溝部を間に挟むように前記軸線方向に沿った方向に延びる一対の上端面とを有し、
   該上端面が前記切刃よりも上方に位置するとともに、前記溝部の溝底が前記切刃よりも下方に位置している切削インサート。
2. 前記切削部の前記上面は、前記本体部の前記溝部に連続し、後端から先端側に向かって延びる凹部を有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。
3. 前記上面は、前記切刃に沿って設けられ、前記切刃から離れるにしたがって下方に向かって傾斜するすくい面と、該すくい面よりも後端側に位置して、前記すくい面から離れるにしたがって上方に向かって傾斜する立ち上がり面とを有し、
   上面視において、前記凹部は、前記立ち上がり面内に位置していることを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記溝部の前記溝底は、前記すくい面の下端よりも下方に位置していることを特徴とする請求項３に記載の切削インサート。
5. 上面視において、前記凹部は、先端側に向かうにしたがって前記軸線方向に直交する方向の幅が小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
6. 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側に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１〜５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。
7. 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６に記載の切削工具の前記前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。