JP2017506588A - 脱着式切削インサートを有するロータリーボーリングツール、及び燃焼機関のシリンダボアのマシニング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、脱着式インサート（７）を有するロータリーボーリングツール（１）であって、シャフト内でのツールの軸方向移動によって、円筒シャフトをマシニングするように設計された、脱着式の切削インサート（７、８、９）を保持するカートリッジ（４）が設けられたロータリーインサートホルダ本体（３）を備え、被削材に溝を荒切削可能な第１のインサートと、前記第１のインサートによって荒切削された溝の仕上げ用の第２のインサートと、前記２つのインサートによって隆起された材料の先端を平坦化することが可能な第３の平坦化インサートとを備えることを特徴とする、ロータリーボーリングツールに関する。【選択図】図２

Description

本発明は、金属部品のボーリングの分野に関し、より具体的には、燃焼機関のシリンダボアの仕上げ工程に関する。

本発明の主題は、シャフト内でツールを軸方向移動させることによって、円筒シャフトをマシニングするように設計された、脱着式の切削インサートを保持するカートリッジが設けられたロータリーインサートホルダ本体を備える、脱着式インサートを有するロータリーボーリングツール、及びこのロータリーマシニングツールを用いた燃焼機関ハウジング内のボアの仕上げマシニングのための、新しい方法に関する。

本発明の用途は、限定しないが有利には、内燃機関の金属製ハウジングのシリンダといった機械部品におけるシリンダボアのマシニングと仕上げにある。

これらの工程は通常、鋳鉄またはアルミニウムのマシニング及び仕上げのボーリング工程を行うように設計された、脱着式の単刃または多刃のインサートを有するツールによって実行される。荒切削工程、及びこれに続く仕上げ工程は、鋳鉄スリーブ上で、あるものは荒切削専用、他のものは仕上げ加工専用であるインサートを伴った、ツールが複数回通過することによって実行される。

独国特許出願公開第１２８１８０３号明細書から、被削材をくりぬいてネジ切りできる三角形の歯の形状の第１の切削稜線を有し、続いて伸長した歯の形状の第２の平削稜線を有する、単一の脱着式切削インサートが設けられたタップ加工ツールが知られている。この型のインサートによって、切削稜線によって隆起された材料の先端を、平削稜線によって平坦化することで、ツールが１度通過することによって、タップ加工して雌ネジを作ることが可能になる。しかし、雄ネジと螺合するための雌ネジを製造するように設計された当該ツールは、シリンダの良好な潤滑のために金属に掘られた溝が非常に正確な寸法に適合することを要するエンジンのシリンダシャフトのマシニング用としては、十分に精密ではない。実際、円弧溝の深さを調節するためにコーティングを施すことを可能にする一方で、摩擦を制限するために十分に平坦化された表面が、必要とされている。この表面状態は、当該公開文献に記載の、要求される水準の正確性が確保されない単一のインサートのツールによっては得ることができない。

本発明の目的は、特に表面状態の品質水準を達成するように、またシリンダシャフトの設計部署によって課された寸法に正確に適合するように構成された脱着可能なインサートが設けられたツールによって、溝を作り出すことである。

この目的のため、本発明は、当該ツールが被削材に溝を荒切削することができる第１の切削インサートと、第１のインサートによって荒切削された溝を仕上げ加工するための第２のインサートと、当該２つのインサートによって隆起された材料の先端を平坦化することができる第３の、平削インサートとを備えることを提案する。

当該３つのインサートは、材料に次々と貫穿するように、ツールホルダ本体の周りに段階状に配置されていることが好ましい。

マシニングのためのこの新しい方法では、ツールが１回通過する間に、各工程専用のインサートによって、溝の荒切削、溝の切削、表面の平坦化、の各工程が同時に実行される。

本発明は、添付の図面を参照しつつ下記の非限定的実施形態の説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。

本発明によるロータリーツールの概略図である。 図１を下から見た図である。 当該ツールのインサート（複数）の、放射状の段階的な配置を示す。

図１のロータリーツールは、駆動マシン（図示せず）上に固定するためのショルダ２とインサートホルダ本体３とを有する、標準のインサートホルダ１の形式である。当該ツールは、切削インサート７、８、９の冷却用に、切削インサートに噴霧するための内側孔１０を有する。ツールホルダ３は、複数のカートリッジ４またはインサートホルダバー（示されている例では３つ）を支持する。カートリッジまたはバー４は、図２及び図３に示す、いわゆる荒切削用７、仕上げ用８、平削用９の、３つの異なる切削インサートを支持する。カートリッジ４の位置は、図２に示す調整ネジ６によって調整可能である。これによって、各インサートの前縁の切削角度を調整することが可能になっている。各インサートは、締め付けネジ１１によって、本体３上の所定の位置に締め付けられている。

図３は、荒切削インサート７が、残りの２つのインサートに対して径方向に僅かに引っ込んでいることを示している。３つのインサート７、８、９は、好ましくは、ツールが被削材を貫穿している間、荒切削、切削及び仕上げの順番で連続して貫穿するように、段階状にツールホルダ３の周りに取り付けられている。

インサート７、８、９は、カートリッジ４に対して締め付けるためのネジ１１用の中央通し孔１２を有する。第１のインサート７は、いわゆる「溝形成用」の、三角形の形状を有する荒切削インサートであり、被削材に粗い溝を掘ることが可能である。第２のインサート８もまた、いわゆる「溝形成用」のインサートである。第２のインサート８は、三角形の切削刃８ａを有し、その先端角βは、第１のインサートによって切り開かれた溝に対して溝の仕上げを実行するために貫穿するように、第１のインサートの切削角αよりも狭い。最後に、第３のインサート９は、被削金属塊の、先行するインサートによって隆起された材料の先端を、通過の間に平坦化するように設計された、伸長した刃の形状を有するフラットな平削側面９ａを有する。

本発明の上記の用途に関して、切削インサート８は、三角形の切削稜線を有し、その先端角は３５°と４０°の間である。一方、平削インサート９は、好ましくは斜方形の形状を有する。

インサート７、８、９の稜線７ａ、８ａ、９ａは、被削材に応じて、異なる材料から作られていてよい。インサートの稜線は、（切削稜線及び平削稜線を含めて）全体が金属炭化物から作られていてよく、鋼をマシニングするため、好ましくは炭化タングステンから作られていてよい。例えばシリンダシャフトスリーブにおいては、鋳鉄をマシニングするため、インサートの稜線は好ましくは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から作られている。アルミニウムのマシニングには、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）が必要とされる。

荒切削用インサート７は、本体３上でインサートを回転することによって次々に使用できる、３つの切削面を有する。切削用インサート８は、２つの面を有する。これらのインサートは、どちらの切削稜線も次々と使用するため、カートリッジ４上で回転され得る。インサート（複数）が段階状に配置されていることによって、被削材に段階的にアタックすることが可能になる。これによって各インサートの切削力を低減することができ、したがって損耗も低減できる。

上述のとおり、特にボアが種々の材料から作られている場合には、エンジンのボアのマシニングには複数の工程、即ち少なくとも１つの荒切削工程、及び仕上げステップ、それに続く平削ステップが、必要である。したがって、ツールが単一の型のインサートを有している場合には、当該ツールを複数回通過させることが必要である。一方、本発明によれば、各通過、即ちラフマシニング（荒切削）、仕上げ及び平削、にそれぞれ専用のインサートが用いられ、ツールの通過は１回で十分である。

こうしてツールの１回の通過によって溝の荒切削、切削及び平坦化、並びに溝の平面化または「平削」を確保することで、切削によって優れた表面状態を有し、（具体的には鋳鉄またはアルミニウムから作られている）シリンダボア内で平坦化されている、満足できる「溝形成」を確保することが、本発明によって可能である。こうして、提案されたロータリーマシニングツールを使用した燃焼機関ハウジングのシリンダボアの仕上げマシニングの新しい方法によって、溝の荒切削、溝の切削、及び表面の平坦化の各工程が、これらの工程にそれぞれ専用の種々のインサート７、８、９のおかげで、前記ツールの一緒の通過の間に同時に実行される。次いで、円弧溝の深さを調節するように、被削表面にコーティングを施すことが可能になる。提案されたツールを用いて被削表面に当該プロセスを適用することは、要求される規則性を絶対的に達成するための効率的な手段である。

Claims (10)

1. 脱着式インサート（７）を有するロータリーボーリングツール（１）であって、円筒シャフト内での前記ツールの軸方向移動によって、前記シャフトをマシニングするように設計された、脱着式の切削インサート（７、８、９）を保持するカートリッジ（４）が設けられたロータリーインサートホルダ本体（３）を備え、被削材に溝を荒切削可能な第１のインサート（７）と、前記第１のインサートによって荒切削された前記溝の仕上げ用の第２のインサート（８）と、前記２つのインサートによって隆起された材料の先端を平坦化することが可能な第３の平削インサート（９）とを備えることを特徴とする、ロータリーボーリングツール。
2. 前記３つのインサート（７、８、９）が、前記被削材に次々と貫穿するように、前記ツールホルダ本体（３）の周りに段階状に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のロータリーボーリングツール。
3. 前記荒切削インサート（７）が概して三角形の形状を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の、ロータリーボーリングツール。
4. 前記第２のインサート（８）が三角形の切削稜線を有し、前記第２のインサートの先端角が３５°から４０°の間であることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載のロータリーボーリングツール。
5. 前記平削インサート（９）は平坦な切削稜線（９ａ）を持つ斜方形を有することを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載のロータリーボーリングツール。
6. 前記インサート（７、８、９）の切削稜線（７ａ、８ａ、９ａ）が金属カーバイドから作られていることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載のロータリーボーリングツール。
7. 切削稜線（８ａ）が、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から作られていることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の脱着式切削インサート。
8. 切削稜線（８ａ）が、多結晶ダイヤモンドから作られていることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の脱着式切削インサート。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のロータリーマシニングツール（１）を使用する、燃焼機関ハウジングのシリンダボアの仕上げマシニング方法であって、前記ツールの一緒の通過の間に、溝の荒切削、溝の切削、及び表面の平坦化の同時の各工程が組み合わされ、前記工程のそれぞれ専用の各インサート（７、８、９）によって実行されることを特徴とする、方法。
10. 円弧溝の深さを調節するために、被削表面にコーティングを施すことが可能であることを特徴とする、請求項９に記載の仕上げマシニング方法。

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