JP2016144831A - 切削インサート - Google Patents

Abstract

【課題】切れ刃の強度が高く、尚且つ切れ刃に熱が溜まりにくい切削インサートを提供することを目的とする。【解決手段】上面２０の形状が外方に湾曲した短辺と長辺とがコーナで接続された平行四辺形状であって、短辺側の切れ刃２２の逃げ面が該切れ刃２２に隣接形成される上部突出逃げ面４２と、下面３０に接続する下部逃げ面４１と、それら二つをつなぐつなぎ面４３とを備え、上面は一または複数のすくい面と、下面に平行な中央平坦面６０とを備え、すくい面と中央平坦面６０との境界線Ｎが上面の中心部に向かって凹む湾曲部を備え、この湾曲部の中央部Ｍが短辺側の切れ刃の最突出部２２ｃを中心としてその左右にこの切削インサート１０の幅Ｗの１５％の長さ分だけずれ、なおかつ長辺に平行な二本の仮想線で挟まれる領域内にある切削インサート１０。【選択図】 図１

Description

本発明は刃先交換式の切削工具に用いられる切削インサート、特に高送り加工が可能な刃先交換式の切削工具に用いられる切削インサートに関する。

従来、高送り加工を行う切削工具として特許文献１のような略平行四辺形の切削インサートを用いた切削工具が知られている。この種の切削インサートでは、主切れ刃の切込み角をできる限り小さくして切りくずの厚みを薄くすることで、主切れ刃への負荷を小さくし、高送り加工を実現している。

国際公開公報ＷＯ２０１０／１１４０９４

現状、特許文献１で開示されている切削インサートに代表される従来の切削インサートには、高送り加工に対して改善の余地がある。改善の方向性にはいくつかのものが確認されている。先ず、切れ刃に発生する熱である。高送り加工は相対的に発生熱量が大きいため、切れ刃の温度は加工時と空冷時とで大きく温度が変化する。そのため、熱疲労が相対的に大きくなり、欠損等し易くなることがある。次に、大きな切削抵抗である。低抵抗化を図るために、切込み角が小さくなるように設計されているが、それでも十分ではなく、加工時の大きな負荷のために突発的な欠損や破損が生じることがある。また、これらの現象が複合的に合わさって問題となる場合もある。本発明は上記の問題を解決するためになされた。すなわち、本発明の切削インサートは高送り加工で問題となる切れ刃の温度上昇および切れ刃への負担を解決するものである。

本願発明は上面視したとき、外方に湾曲する部分を有する短辺と、直線状の長辺と、を有し、該短辺と該長辺とがコーナを介して接続された略平行四辺形状のポジティブタイプの切削インサートであって、短辺側の切れ刃の逃げ面が、底面に接続する下部逃げ面と、該短辺側の切れ刃に接続し且つ該下部逃げ面との間に段差が形成された上部突出逃げ面と、該下部逃げ面と該上部突出逃げ面とを接続するつなぎ面とを備え、上面は前記短辺側の切れ刃に対応する一または複数のすくい面と、該すくい面に接続し上面の中央部に形成され、底面に平行な中央平坦面と、を備え、上面視したとき、前記すくい面のうち最も中心側にあるすくい面と前記中央平坦面との境界線はこの切削インサートの中央側に向かって湾曲した湾曲部を有し、前記境界線の湾曲部の中央部の位置は、前記短辺側の切れ刃の湾曲部における最突出部を通り、前記長辺と平行な仮想直線を中心とし、この切削インサートの幅の１５％の距離だけそれぞれ両側にずらされた２つの仮想直線に挟まれた領域内にあることを特徴とする切削インサートである。

さらに、本願発明の切削インサートは、短辺側から側面視したとき、短辺側の切れ刃から上部突出逃げ面の縁部までの幅が、該短辺が接続する一方のコーナから他方のコーナに向かうにしたがって増すような形状を備えることも有効である。

本発明の切削インサートの逃げ面の近傍には従来技術の切削インサートよりも大きな空間が形成されているため、そこに空気やクーラントが入り込み、それらが切れ刃を逃げ面側から冷却する。また、そこに空間が形成されることで切削インサートとクーラント等との接触面積も増える。これらのことによって、加工に伴う切れ刃の温度上昇が抑制される。その空間を形成するために、本発明の切削インサートでは、切れ刃に隣接する逃げ面と下面に接続する逃げ面との間に段差が形成された形状となっているが、切れ刃を強化するような形状となっているので、欠損等が生じにくくなっている。

図１は一実施形態の斜視図である。 図２は図１の実施形態の平面図である。 図３は図１の実施形態の短辺側から見た側面図である。 図４は図１の実施形態の長辺側から見た側面図である。 図５は図１の実施形態の底面図である。 図６は図１のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図７は図１のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 図８は短切れ刃の特定の部位を示すための説明図である。 図９は短切れ刃の特定の部位を示すための説明図である。 図１０は第２すくい面の位置とその位置におけるすくい角の関係を示すグラフである。 図１１は図１の切削インサートがボデーに取り付けられたときの説明図である。 図１２は短切れ刃に垂直な断面を示す説明図である。 図１３は別の実施形態を説明するための説明図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。図１は斜視図である。図２は平面図である。図３は短辺側から見た側面図である。図４は長辺側から見た側面図である。図５は底面図である。

図１から図５に示すように、切削インサート１０は上面視したときの形状がほぼ長方形で、上面２０がすくい面として機能し、逃げ角が設けられた側面が逃げ面として機能する。すなわち、切削インサート１０はいわゆるポジティブタイプの切削インサートである。上面２０の中央には下面３０まで貫通する取付穴５０が形成されており、切削インサート１０が切削工具に装着される際は、ここにねじが挿通されて固定される。切削インサート１０は取付穴５０の中心軸周りに１８０°回転対称な形状をしている。したがって、以下の説明では切削インサート１０全体ではなく、図２の下方に描かれている部分を中心に説明し、上方の部分は説明した形状と同一の形状であるので説明を省略する。

上面２０の短辺と側面４０との交差稜線部に切れ刃２２が形成される。図３に示すように、切削インサート１０を短辺側から側面視したとき、上面２０と側面４０との交差稜線部は下面３０に向かって傾斜する部分を備え、加工時には主にその部分を切れ刃２２として用いる。以下の説明では、この傾斜している部分を便宜的に傾斜切れ刃と呼称する。また図２において、切れ刃２２に接続する図面右側のコーナを便宜的に「第１コーナ」と呼称し、図面左側のコーナを「第２コーナ」と呼称する。短辺側から側面視したとき、傾斜切れ刃２２ａの傾斜角度は１０°以上１５°以下であることが好ましい。図２に示すように、切削インサート１０を上面視したとき、切れ刃２２全体としては第２コーナ２５寄りの位置を中心に外方に向かって凸に湾曲した形状になっている。

図４および図３に示すように、切れ刃２２に接続する逃げ面は下面３０に直接接続する下部逃げ面４１と、切れ刃２２に直接接続し下部逃げ面４１の延長面よりも切削インサート１０の外側にずれた位置にある上部突出逃げ面４２とを備える。図に示すように、上部突出逃げ面４２は下部逃げ面４１とは直接接続されているわけではなく、上部突出逃げ面４２と接続し切削インサート１０の内方に向かって延びるつなぎ面４３を間に介して下部逃げ面４１と接続している。そのため、上部突出逃げ面４２は下部逃げ面４１との接続部を有さず、上部突出逃げ面４２と下部逃げ面４１との間には段差が形成されている。この点で従来からあるような、逃げ角が異なる二つの面が直接つながって構成された逃げ面と相違する。図３に示すように、上部突出逃げ面４１の厚み方向の幅は一定ではなく、第１コーナ２４から第２コーナ２５にかけて徐々に幅が大きくなる。図３に示されている線４９は上部突出逃げ面４２とつなぎ面４３との境界線を示しているが、この交差稜線４９は直線的に延びるのではなく、第１コーナ２４側から傾斜切れ刃２２ａともう一つの平行な切れ刃部分２２ｂとの交差部のほぼ真下辺りまで直線的に延び、そこからそれまでよりも小さい角度で直線的に延びる。図５に示すように、上部突出逃げ面４２の突出量も一定ではなく、傾斜切れ刃２２ａの途中までは比較的小さい突出量で一定し、そこから徐々に突出量が増えて切れ刃２２の最突出部２２ｃでピークに達し、その後は再び突出量は徐々に減少する。
上面視したときにおける切れ刃２２に対して垂直な断面を観察すると、切れ刃２２のどの位置の断面であっても、上部突出逃げ面４２の逃げ角は同一になっている。つまり、上部突出逃げ面４２の逃げ角は切れ刃２２のどの位置でも一定になっている。なお、湾曲している切れ刃を持つ別の実施形態の場合には、上面視で観察したい切れ刃上の点を通る接線に垂直な断面を用いる。下部逃げ面４１の逃げ角も同様に切れ刃２２の任意の位置で同一になっており、その大きさは上部突出逃げ面４２の逃げ角と等しい。

上面２０は正のすくい角を有する第１のすくい面２８と、第１のすくい面２８に接続し正のすくい角を有する第２のすくい面２９と、第２のすくい面２９に接続し下面に３０に平行な中央平坦面６０とを備える。中央平坦面６０は取付穴５０の周囲を囲むように形成される。

図２に示すように、上面視で第２すくい面２９と中央平坦面６０との境界線Ｎを観察するとき、この二つの境界線は途中に切削インサート１０の中心側に向かって湾曲する湾曲部分を有する。なお、境界線Ｎとは二つの面同士の交差稜線および二つの面同士がそれらと比較して極小さい湾曲面でつながるときにおいてそれら三つの面を巨視的に見たときに観察できる線をいう。上面視するときにおいて、切れ刃２２の最も外側に膨らんだ箇所（最突出部２２ｃ）を通り、且つ上面２０の長辺に平行な線が、前記境界線Ｎの湾曲部分のほぼ中央部Ｍを通過する。このことについて具体的に説明すると、上面視で長辺に平行な断面を観察するとき、図６および図７に示すように、第１すくい面２８と第２すくい面２９との接続部Ｐから第２すくい面２９と中央平坦面６０との接続部Ｑまでの水平距離Ｌは一定ではなく、第１コーナ２４から切れ刃２２の最突出部２２ｃに向かうにしたがい距離Ｌは徐々に長くなり、最突出部２２ｃで長さが最大になった後、第２コーナ２５に向かうにしたがい再び徐々に短くなる。

上面視したときの上面２０の長辺に平行な断面で第２すくい面２９を観察するとき、第２すくい面２９のすくい角は一定ではなく、場所によって変化している。具体的には、第１コーナ２４側から第２コーナ２５側へ向かう所定の範囲（図８の囲みＸ）では第２すくい面２９のすくい角は第１すくい面２８のすくい角よりも大きくかつ途中にすくい角の大きさ極大となる箇所が存在する。範囲Ｘの隣にある所定の範囲（図９の囲みＹ）では、第２すくい面２９のすくい角は第１すくい面２８のすくい角よりも小さくかつ最突出部２２ｃの位置ですくい角の大きさは極小となる。すなわち、切れ刃２２のある位置とその位置におけるすくい角の関係を、グラフを用いて模式的に示すと、図１０のようになる。横軸は切れ刃２２の位置を表している。なお、横軸の右端は切れ刃２２と第１コーナとの接続部であり、左端は切れ刃２２と第２コーナとの接続部である。縦軸はすくい角の大きさを示し、横軸に平行な破線は第１すくい面２８のすくい角の大きさを示す。なお、このグラフは各位置とすくい角との傾向を模式的に示したものであり、必ずしもこの実施形態の形状と厳密に一致しているわけではない。

次に、切削インサート１０の効果について説明する。上部突出逃げ面４２が形成されることで、図１２に示すように、切削インサート１０をボデーに取り付けたときに切れ刃の工具回転方向の直ぐ後方に大きな空間７０が形成される。この空間が形成されることで、クーラントを使用したときに、放出されたクーラントがこの空間に入り、切れ刃がすくい面側と逃げ面側との二方向から冷却される。つまり、つなぎ面４３があることにより、上部突出逃げ面４２と下部逃げ面４１とが直接ではなく間接的に接続されるので、切れ刃と空間との距離が短くなり、切れ刃の近くに大量の冷却源が供給される。そのため、切削インサート１０の切れ刃の冷却効率は従来のポジティブタイプの切削インサートよりも相対的に高い。さらに、すくい面側は切りくずがクーラントの付与を妨げ、冷却効率を高めることが難しいが、逃げ面側は切りくずがないため、冷却効率を高めることにおおいに適している。なお、クーラントを用いない加工に切削インサート１０が用いられたとしても、上記の空間が形成されることで加工中に効果的な空冷が行われ、加工による切れ刃の温度上昇が抑制される。

上部突出逃げ面４２が形成されて下面３０側に空間７０が形成されることで、従来のポジティブタイプの切れ刃と異なり、切れ刃２２の真下には切れ刃２２を支える部位が無くなっている。このことにより切れ刃２２の強度は従来のものに比べて低下傾向にある。一方で、実験的に、切れ刃の強度と、切れ刃の端部と第２すくい面２９の切削インサート１０の中心側の端部（図６、図７の点Ｑに相当）とを結んだ線と逃げ面とがなす角度θ（図１１参照）と、の間には相関関係があることがわかっている。切削インサート１０においては、上述した範囲Ｙの内側にある第２すくい面２９のすくい角が、第１すくい面２８のすくい角よりも小さく形成されているので、範囲Ｙ内の切れ刃の強度は全体的に強化されている。このことにより、切れ刃２２は十分加工に耐えるだけの強度を備えている。

以上説明したように、切削インサート１０には、高送り加工に問題となる切れ刃の温度上昇と切れ刃の強度に対する工夫が施されている。これらにより、切削インサート１０は安定した高能率加工を実現できる。なおこの実施形態においては、境界線Ｎは第１コーナ２４から離れるにつれて水平距離Ｌが徐々に長くなるという形状を有しているが、この形状は必須の形状ではなく、あくまで上面視したときに、境界線Ｎが湾曲部分を適当な位置に有しているということが切れ刃の強化において重要になっている。そのため、ある程度の位置まで水平距離Ｌが一定であって、その後徐々に水平距離Ｌが長くなり、最突出部において水平距離Ｌが最大になるような境界線Ｎを有する別の実施形態も可能である。また、水平距離Ｌが最大になる部分がある程度の範囲をもつ別の実施形態、すなわち、上面視するときにおいて、切れ刃２２の最も外側に膨らんだ箇所周辺と、境界線Ｎの対応部分とが同じ輪郭形状でずらされた形状関係になるような実施形態も可能である。

切削インサート１０がボデーに取り付けられた際に、外周コーナとなる第１コーナ２４に近い位置の切れ刃部分ほど、工具一回転当たりの加工距離が長くなるので、その分温度が上昇しやすい。そのため、冷却効率を高めるために第１コーナ２４近傍の上部突出逃げ面４２の幅が短くなり、第１コーナ２４から離れたその他の切れ刃部分は温度上昇よりも強度が問題となるので、強度を確保するために上部突出逃げ面４２の幅が厚くなっている。

上記実施形態では、上面視したとき、交差稜線Ｎの湾曲した部分の中心部Ｍと最突出部２２ｃとが一直線上にあったが、この二つはある大きさの範囲内でずれていても切れ刃を強化するという効果が生じる。つまり、図１３に示すように、仮想線Ｓが最突出部２２ｃの接線に垂直な線であるとした場合、境界線Ｎの湾曲した部分の中心部Ｍが、仮想線Ｓを基準にして左右に切削インサート１０の幅の１５％分だけずらされた位置にある切削インサート１０の長辺に平行な２本の仮想線で囲まれる範囲内に入っていれば切れ刃２２は強化される。ただし、上記実施形態のように最突出部２２ｃと中心部Ｍとが同一直線上にあると、最も強化の度合が大きくなる。なお、切削インサート１０の幅とは上面２０の長辺同士の距離とする。

また、上記実施形態では第２すくい面２９のすくい角が場所によって変化しているが、一定の大きさであっても本願発明の「切れ刃の温度上昇と切れ刃の強化」という効果は失われない。例えば、第２すくい面２９のすくい角が全体的に第１すくい面２８のすくい角よりも小さければ、切りくずと第２すくい面２９とが接触しなくなり、第２すくい面２９で凝着が生じにくくなる。

なお、上記実施形態では二つのすくい面を備えていたが、すくい面の数は一つでも三つ以上でも構わない。すくい面が一つの場合は、そのすくい面と中央平坦面との境界線に湾曲部が形成され、すくい面が三つ以上の場合は最も切削インサートの中央側に位置するすくい面と中央平坦面との境界線に湾曲部が形成される。

１０…切削インサート
２０…上面
２２…切れ刃
２２ａ…傾斜切れ刃
２２ｂ…切れ刃のもう一方の部分
２２ｃ…最突出部
２４…第１コーナ
２５…第２コーナ
２８…第１すくい面
２９…第２すくい面
３０…下面
４０…側面
４１…下部逃げ面
４２…上部突出逃げ面
４３…つなぎ面
４９…交差稜線
５０…取付穴
６０…中央平坦面

Claims (2)

1. 上面視したとき、外方に湾曲する部分を有する短辺と、直線状の長辺と、を有し、該短辺と該長辺とがコーナを介して接続された略平行四辺形状のポジティブタイプの切削インサートであって、
   短辺側の切れ刃の逃げ面が、底面に接続する下部逃げ面と、該短辺側の切れ刃に接続し且つ該下部逃げ面との間に段差が形成された上部突出逃げ面と、該下部逃げ面と該上部突出逃げ面とを接続するつなぎ面とを備え、
   上面は前記短辺側の切れ刃に対応する一または複数のすくい面と、該すくい面に接続し上面の中央部に形成され、底面に平行な中央平坦面と、を備え
   上面視したとき、前記すくい面のうち最も中心側にあるすくい面と前記中央平坦面との境界線はこの切削インサートの中央側に向かって湾曲した湾曲部を有し、
   前記境界線の湾曲部の中央部の位置は、前記短辺側の切れ刃の湾曲部における最突出部を通り、前記長辺と平行な仮想直線を中心とし、この切削インサートの幅の１５％の距離だけそれぞれ両側にずらされた２つの仮想直線に挟まれた領域内にあることを特徴とする切削インサート。
2. 前記短辺側から側面視したとき、前記短辺側の切れ刃から前記上部突出逃げ面の縁部までの幅が、該短辺が接続する一方のコーナから他方のコーナに向かうにしたがって増していく請求項１に記載の切削インサート。

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