JP2016007649A - 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】切屑を安定して排出できる切削工具が求められていた。
【解決手段】一態様の切削工具は、中心軸Ｏ１に沿って先端側から後端側に向かって延びる棒形状のホルダ部材５と、ホルダ部材５の内部に設けられ、冷却液が流れる第１流路９と、ホルダ部材５の外周面における先端側に形成されるインサートポケット１１と、前切刃１９ａがホルダ部材５の外周から突出するようにインサートポケット１１に装着された切削インサート３と、ホルダ部材５の先端側に位置するノズル部材７と、ノズル部材７の内部に設けられ、一方の端部２３ａが第１流路９に繋がっているとともに他方の端部２３ｂが前切刃１９ａに向かって開口しており、冷却液が流れる第２流路２３とを備え、前切刃１９ａが、第２流路２３の他方の端部２３ｂよりもホルダ部材５の後端側に位置していることを特徴としている。
【選択図】図３

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旋削加工に用いられる切削工具として、たとえば特許文献１〜３に記載の切削工具が知られている。旋削加工においては、切刃の冷却および切屑の排出を目的として冷却液（coolant）が用いられる。特許文献１〜３に記載の切削工具は、いずれ
もホルダ本体の内部に設けられた流路を有している。この流路を流れる冷却液をホルダ本体の先端側に設けられた開口部から噴射させることによって上記の目的を果たしている。

特開２０１０−１０５１０８号公報 特表平７−５０８９３６号公報 特開平８−０２５１１１号公報

しかしながら、被削材の旋削加工のうち特許文献１に記載されているような被削材における加工孔の内周面を加工する内径加工においては次のような課題が生じる。被削材の加工孔が一方の端部から他方の端部にかけて貫通する貫通孔であって、切削工具を一方の端部側から挿入する場合には、切屑を被削材の他方の端部の側に位置する貫通孔の開口部分から排出できる。

しかしながら、被削材の加工孔が被削材の一方の端部の側においてのみ開口している場合には、この一方の端部の側の開口部分から切削工具を挿入するとともに切屑が排出されることになる。このとき、特許文献１〜３に記載の切削工具のいずれにおいても流路の開口部が切削インサートの切刃よりも被削材における一方の端部の側であって、ホルダにおける後端側に位置している。そのため、切屑が冷却液によって加工孔の底部へ向かって流される。これにより、切屑の排出性が低下するという課題が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、切屑を安定して排出できる切削工具を提供するものである。

本発明の一態様に基づく切削工具は、中心軸に沿って先端側から後端側に向かって延びる棒形状のホルダ部材と、該ホルダ部材の内部に設けられ、冷却液が流れる第１流路と、前記ホルダ部材の外周面における先端側に形成されるインサートポケットと、該インサートポケットに装着され、上面、前記ホルダ部材の外周側において前記上面に隣接する前側面、および前記上面と前記前側面とが交差する稜線に設けられた前切刃を有し、該前切刃が前記ホルダ部材の外周から突出する切削インサートと、前記ホルダ部材の先端側に位置するノズル部材と、該ノズル部材の内部に設けられ、一方の端部が前記第１流路に繋がっているとともに他方の端部が前記前切刃に向かって開口しており、前記冷却液が流れる第２流路とを備え、前記前切刃が、前記第２流路の前記他方の端部よりも前記ホルダ部材の後端側に位置していることを特徴としている。

上記態様の切削工具においては、切削インサートの前切刃が、第２流路の他方の端部よりもホルダ部材の後端側に位置している。そのため、前切刃に向かって第２流路から噴射される冷却液は、ホルダ部材の先端側に向かってではなく後端側に向かって流れる。これにより、切屑をホルダ部材の後端側から排出し易くなる。

本発明の一実施形態の切削工具を示す斜視図である。 図１に示す切削工具における領域Ａ１を拡大した斜視図である。 図１に示す切削工具の上面図である。 図３に示す切削工具のＢ１方向からの側面図である。 図３に示す切削工具のＢ２方向からの側面図である。 図５に示す切削工具のＣ１−Ｃ１断面の断面図である。 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概略図である。 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概略図である。 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概略図である。

以下、一実施形態の切削工具１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、本発明の切削工具は、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。

図１は、一実施形態の切削工具１を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す切削工具１における一点鎖線で囲まれた領域Ａ１を拡大した斜視図である。図２では、切削工具１の先端部分を拡大して示している。図３は、図１に示す切削工具１の上面図である。ここで上面図とは、切削工具１が備える切削インサート３における上面を正視する方向からの図であることを意味している。

図４は、図３に示す切削工具１の側面図の１つであって、図３に示す切削工具１のＢ１方向からの側面図である。Ｂ１方向は、切削工具１が備えるホルダ部材５の中心軸Ｏ１に沿った方向である。そのため、図４は切削工具１を先端視した図面となっている。図５は、図３に示す切削工具１の側面図の１つであって、図３に示す切削工具１のＢ２方向からの側面図である。図６は、図５に示す切削工具１のＣ１−Ｃ１断面の断面図である。図６には、ホルダ部材５の内部に設けられ、冷却液が流れる流路が示されている。

本実施形態の切削工具１は、ホルダ部材５と、切削インサート３（以下、単にインサート３ともいう）と、ノズル部材７とを備えている。

ホルダ部材５は、中心軸Ｏ１に沿って先端側から後端側に向かって延びる棒形状である。なお、図１などにおいて、中心軸Ｏ１を二点鎖線にて示している。本実施形態におけるホルダ部材５は、棒形状の具体的な構成として、概ね円柱形状となっている。ホルダ部材５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの材質の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。

ホルダ部材５は、第１流路９と、インサートポケット１１（以下、単にポケット１１ともいう）とを備えている。第１流路９は、ホルダ部材５の内部に設けられており、切削工具１の使用時において冷却液が流れる流路として機能する。本実施形態における第１流路９は、ホルダ部材５の後端面から先端面にかけてホルダ部材５の中心軸Ｏ１に対して平行
に直線形状に設けられている。冷却液を良好に流れさせることが可能であれば、第１流路９の形状としては特に限定されるものではない。本実施形態においては、冷却液の流れる方向に直交した第１流路９の横断面は円形状であり、直径が１〜４ｍｍ程度に設定されている。

冷却液としては、例えば、油性形、不活性極圧形または活性極圧形などの不水溶性油剤、あるいは、エマルジョン、ソリューブルまたはソリューションなどの水溶性油剤からなり、被削材の材質に応じて適宜選択して用いられる。

ポケット１１は、ホルダ部材５の先端側に形成されている。ポケット１１は、ホルダ部材５の外周面および先端面に対して開口している。ポケット１１には、インサート３が取り付けられる。

インサート３は、本体部３ａおよび切削部３ｂを有している。本体部３ａは、ホルダ部材５の中心軸Ｏ１に対して直交する方向に延びる棒形状である。そのため、インサート３の本体部３ａは中心軸Ｏ１に相対的に近い位置にあり、インサート３の切削部３ｂは中心軸Ｏ１から相対的に離れて、インサート３の外周側に位置している。本実施形態におけるインサート３は、棒形状の具体的な構成として、概ね四角柱形状となっている。

インサート３の本体部３ａがホルダ部材５に固定されることによって、インサート３はホルダ部材５に保持される。本体部３ａおよび切削部３ｂ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３においては、本体部３ａおよび切削部３ｂは一体的に形成されている。

インサート３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３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。

本体部３ａと比較してホルダ部材５の外周側に位置する切削部３ｂは、上面１３、下面１５、側面１７および切刃１９を具備している。側面１７として、前側面１７ａおよび横側面１７ｂを備えている。また切刃１９として、前切刃１９ａおよび横切刃１９ｂを備えている。上面視における上面１３の形状は概ね長方形である。上面１３は、被削材を切削加工する際においてすくい面として機能する。特に図示しないが、下面視した場合における下面１５の形状は、上面１３と同様に概ね長方形である。

前側面１７ａは、上面１３および下面１５の間に位置する側面１７のうちホルダ部材５の外周側に位置する部分であり、上面１３に隣接している。側面１７における前側面１７ａと隣り合う部分には横側面１７ｂが位置している。横側面１７ｂは、ホルダ部材５の先端側に位置する面であり、ホルダ部材５の中心軸に対して直交する方向に延びている。前側面１７ａと横側面１７ｂとは互いに略直交している。

前側面１７ａおよび横側面１７ｂ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１７ａおよび横側面１７ｂは、それぞれ上面１３の側から下面１５の側に向かうにつれて切削部３ｂの内側に向かうように形成されている。また、側面１７が上記のように構成されていることから、下面１５は上面１３と比較して一回り小さい大きさとなっている。切削部３ｂ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、ホルダ部材５が延びている方向である中心軸Ｏ１に対して直交する方向での長さは３〜２０ｍｍ程度に設定できる。

上面１３と前側面１７ａとが交差する稜線には、前切刃１９ａが設けられている。上面１３と横側面１７ｂとが交差する稜線には、横切刃１９ｂが設けられている。本実施形態のインサート３を用いて切削加工を行なう際には、主に前切刃１９ａが用いられ、必要に応じて横切刃１９ｂも用いられる。これらの切刃１９によって被削材が切削される。

インサート３は、前切刃１９ａがホルダ部材５の外周から突出するようにインサート３ポケットに装着される。ここで、ホルダ部材５の外周から突出するように装着されるとは、中心軸Ｏ１からの距離がホルダ部材５の外周よりも長くなる位置に装着されることを意味する。

なお、このとき前側面１７ａおよび横側面１７ｂと上面１３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１７と上面１３とが交差する稜線が鋭角に尖っていると、切刃１９の耐久性が低下する。そのため、上面１３と上記の側面１７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１９ａは中心軸Ｏ１に平行に延びている。前切刃１９ａは直線形状となっている。横切刃１９ｂは中心軸Ｏ１に対して直交する方向に延びている。横切刃１９ｂは直線形状となっている。

ノズル部材７は、ホルダ部材５の先端側に位置しておりホルダ部材５に取り付けられている。ノズル部材７の材質としては、ホルダ部材５と同様に、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの材質の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。

ノズル部材７は、第２流路２３を備えている。第２流路２３は、ノズル部材７の内部に設けられており、切削工具１の使用時において冷却液が流れる流路として機能する。このとき、ノズル部材７の第２流路２３は、ホルダ部材５の第１流路９に繋がっている。具体的には、第２流路２３における後端側に位置する一方の端部２３ａが第１流路９に繋がっている。そのため、第１流路９の内部を流れる冷却液が第２流路２３へと流れ、第２流路２３における他方の端部２３ｂから外部に放出される。

冷却液を良好に流れさせることが可能であれば、第２流路２３の形状としては第１流路９と同様に特に限定されるものではない。本実施形態においては、冷却液の流れる方向に直交した第２流路２３の横断面は円形状であり、直径が１〜３ｍｍ程度に設定されている。

第１流路９が直線形状で形成されている一方で、第２流路２３は、曲部２５と、第１直線部２７と、第２直線部２９とを有している。曲部２５は、第１直線部２７と第２直線部２９との間に位置している。すなわち、第１直線部２７および第２直線部２９は、曲部２５を介して隣り合っている。曲部２５は、ホルダ部材５の後端側から先端側に向かって第１流路９の内を流れて来た冷却液の進行方向を変えて、インサート３の前切刃１９ａに向かって冷却液を放出するために設けられている。

第２流路２３が曲がっている部分を有していることによって、冷却液の流れる方向を変えることが出来る。また、第２流路２３が、曲部２５を介して隣り合う第１直線部２７および第２直線部２９を有している。そのため、第２直線部２９を有していることによって前切刃１９ａに向かって冷却液を真っ直ぐに放出し易い。

冷却液が流れる際の抵抗を小さくするため、直線形状の第１流路９と、第２流路２３における直線形状の第２直線部２９とが、同一軸上に位置している。これにより、第１流路９から第２流路２３に冷却液が流れる際に、これらの流路の境界で冷却液が滞る可能性が小さくなる。

本実施形態の切削工具１においては、前切刃１９ａが、第２流路２３の他方の端部２３ｂよりもホルダ部材５の後端側に位置している。すなわち、第２流路２３の他方の端部２３ｂが前切刃１９ａよりもホルダ部材５の後端から離れるように位置している。第２流路２３における他方の端部２３ｂが前切刃１９ａに向かって開口していることから、第２流路２３における他方の端部２３ｂは、ホルダ部材５の後端から離れる方向ではなく、ホルダ部材５の後端に向かうように開口している。

第２流路２３の他方の端部２３ｂと前切刃１９ａとの位置関係が上記の関係であることによって、前切刃１９ａに向かって第２流路２３から噴射される冷却液は、ホルダ部材５の先端側に向かってではなく後端側に向かって流れる。これにより、切屑をホルダ部材５の後端側から排出し易くなる。被削材の加工孔がホルダ部材５の後端側においてのみ開口している場合においては、切屑が冷却液によって加工孔の底部へ向かって流される可能性が小さくなる。そのため、切屑の排出性が良くなる。

本実施形態では、ノズル部材７における第１直線部２７と第２直線部２９とが交差する角度θ１が鋭角となるように第２流路２３が設けられている。そのため、第２流路２３における他方の端部２３ｂをホルダ部材５の後端側に向かって開口させることができる。なお、本実施形態における第２流路２３は、１つの曲部および２つの直線部によって構成されているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、第２流路２３が、曲部のみによって構成される場合や、２つ以上の曲部および３つ以上の直線部によって構成される場合であっても、切屑の排出性を向上させることができる。

本実施形態の切削工具１においては、第２流路２３の他方の端部２３ｂは、前切刃１９ａよりも上方に位置している。これにより、第２流路２３の他方の端部２３ｂから噴射される冷却液を、インサート３の上面１３に向かって噴射することができる。逃げ面として機能する側面１７よりもすくい面として機能する上面１３において切削加工時に多くの熱が発生する。この多くの熱が発生する上面１３に向かって冷却液が噴射されることによってインサート３を効率良く冷却できる。

このように第２流路２３の他方の端部２３ｂが位置している場合には、第２流路２３の他方の端部２３ｂが開口する方向が下記のように設定されていることが好ましい。まず、第２流路２３の他方の端部２３ｂが開口する方向に沿った仮想直線Ｌを設定する。このとき、上面視における仮想直線Ｌと中心軸Ｏ１とのなす角度θ２が、側面視における仮想直線Ｌと中心軸Ｏ１とのなす角度θ３よりも大きいことが好ましい。これにより、ホルダ部材５の後端側に向かって切屑を良好に排出しつつも、冷却液で上面１３の広い範囲を冷却することが可能になる。

本実施形態の切削工具１においては、ノズル部材７がホルダ部材５に対して取り外し可能に取り付けられている。ノズル部材７とホルダ部材５とが一体的に形成されていても良
いが、ノズル部材７とホルダ部材５とが取り外し可能に別体で形成されていることによって以下の利点が得られる。

ホルダ部材５の先端側にノズル部材７が位置することによって、被削材の加工孔における底部に近い内周面を切削加工する場合には、ノズル部材７が加工孔の底部に接触してしまい加工が困難となる場合がある。しかしながら、このような場合にはノズル部材７を取り外して切削加工を行なえばよい。上記の加工においては、被削材の加工孔における底部と切削工具１との間の隙間が小さいので、そもそも切屑が底部の近くに溜まる可能性が小さい。

＜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１０１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１０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材１０１に上記実施形態に代表される切削工具１における前切刃１９ａを接触させる工程と、
（３）切削工具１を被削材１０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図７に示すように、被削材１０１を軸Ｏ２の周りで回転させるとともに、被削材１０１に切削工具１を相対的に近付ける。次に、図８に示すように、切削工具１における前切刃１９ａを回転している被削材１０１に接触させて、被削材１０１を切削する。そして、図９に示すように、切削工具１を被削材１０１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１０１を回転させた状態で切削工具１をＸ１方向に移動させることによって被削材１０１に近づけている。また、図８においては、回転している被削材１０１に切削インサート３における前切刃１９ａを接触させることによって被削材１０１を切削している。また、図９においては、被削材１０１を回転させた状態で切削工具１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１を動かすことによって、切削工具１を被削材１０１に接触させる、あるいは、切削工具１を被削材１０１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１０１を切削工具１に近づけてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材１０１を切削工具１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１０１を回転させた状態を維持して、被削材１０１の異なる箇所に切削インサート３における前切刃１９ａを接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材１０１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・・・切削工具
３・・・切削インサート（インサート）
３ａ・・・本体部
３ｂ・・・切削部
５・・・ホルダ部材
７・・・ノズル部材
９・・・第１流路
１１・・・インサートポケット（ポケット）
１３・・・上面
１５・・・下面
１７・・・側面
１７ａ・・・前側面
１７ｂ・・・横側面
１９・・・切刃
１９ａ・・・前切刃
１９ｂ・・・横切刃
２３・・・第２流路
２３ａ・・・一方の端部
２３ｂ・・・他方の端部
２５・・・曲部
２７・・・第１直線部
２９・・・第２直線部
１０１・・・被削材

Claims (5)

1. 中心軸に沿って先端側から後端側に向かって延びる棒形状のホルダ部材と、
   該ホルダ部材の内部に設けられ、冷却液が流れる第１流路と、
   前記ホルダ部材の外周面における先端側に形成されるインサートポケットと、
   該インサートポケットに装着され、上面、前記ホルダ部材の外周側において前記上面に隣接する前側面、および前記上面と前記前側面とが交差する稜線に設けられた前切刃を有し、該前切刃が前記ホルダ部材の外周から突出する切削インサートと、
   前記ホルダ部材の先端側に位置するノズル部材と、
   該ノズル部材の内部に設けられ、一方の端部が前記第１流路に繋がっているとともに他方の端部が前記前切刃に向かって開口しており、前記冷却液が流れる第２流路とを備え、
   前記前切刃が、前記第２流路の前記他方の端部よりも前記ホルダ部材の後端側に位置していることを特徴とする切削工具。
2. 前記第２流路の前記他方の端部は、前記前切刃よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
3. 前記第２流路の前記他方の端部が開口する方向に沿った仮想直線を設定した場合において、
   上面視における前記仮想直線と前記中心軸とのなす角度が、側面視における前記仮想直線と前記中心軸とのなす角度よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の切削工具。
4. 前記ノズル部材は、前記ホルダ部材に対して取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の切削工具。
5. 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１〜４のいずれか１つに記載の切削工具における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。

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