JP2018086716A - 切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

切削工具及び切削加工物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】インサートの切刃が冷却され易い切削工具を提供する。【解決手段】切削工具1は、第1端から第2端に掛けて延びる本体5aと、前記第1端の側に位置するポケット7と、本体の少なくとも一部に開口する冷却液の流入口と、ポケットに位置する流出口と、本体の内部において流入口から流出口に繋がる流路とを有するホルダ5を具備する。また、上面と、該上面の反対に位置する下面と、上面及び下面の間に位置する側面と、上面及び側面が交わる部分の少なくとも一部に位置する切刃とを有し、ポケットに位置するインサート3を具備する。ポケットは、ホルダの外周側においてインサートの前記側面に対向する第1面と、前記下面に対向する第2面とを有し、第1面は、冷却液が流れる第1溝を有する。【選択図】図2

Description

本態様は、切削工具及び切削加工物の製造方法に関する。
金属などの被削材を切削加工する際に用いられる切削工具として、転削工具が知られている。例えば、特許文献1には、このような転削工具に用いられるインサート及びホルダが開示されている。特許文献1に記載の転削工具は、インサート取付座(ポケット)を有するホルダと、インサート取付座に装着されたスローアウェイインサート(インサート)とを具備している。
そして、特許文献1に記載のインサートは、逃げ面に形成された逃げ面溝部と、着座面に形成された着座面溝部とを有している。また、特許文献1に記載のホルダにおけるインサート取付座は、インサートの切刃を冷却する冷却液が噴射される流体噴射口を有している。流体噴射口から噴射された冷却液は、着座面溝部を通って逃げ面溝部へと流れる。
特開2008−238342号公報
特許文献1に記載の転削工具においては、逃げ面溝部が外周側に向かって開口している。そのため、特許文献1に記載の転削工具を用いて切削加工を行なった場合においては、着座面溝部を通過した冷却液が、逃げ面溝部に流入せずに着座面溝部における進行方向に沿って外部に放出され易い。そのため、インサートの切刃の近くに冷却液が供給されにくくなる場合がある。今般の切削工具においては、切削効率向上の観点から、冷却液によって切刃が冷却され易くしなければならない。
本態様は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、インサートの切刃が冷却され易い切削工具を提供することを目的とする。
一態様に基づく切削工具は、第1端から第2端に掛けて延びる本体と、前記第1端の側に位置するポケットと、前記本体の少なくとも一部に開口する冷却液の流入口と、前記ポケットに位置する流出口と、前記本体の内部において前記流入口から前記流出口に繋がる流路とを有するホルダを具備する。また、上面と、該上面の反対に位置する下面と、前記上面及び前記下面の間に位置する側面と、前記上面及び前記側面が交わる部分の少なくとも一部に位置する切刃とを有し、前記ポケットに位置するインサートを具備する。前記ポケットは、前記ホルダの外周側において前記インサートの前記側面に対向する第1面と、前記下面に対向する第2面とを有し、前記第1面は、前記冷却液が流れる第1溝を有する。
上記態様の切削工具によれば、冷却液が外部に放出されにくく、切刃に向かって供給され易いため、冷却液によって切刃が冷却され易い。
一実施形態の切削工具を示す斜視図である。 図1に示す領域A1における拡大図である。 一実施形態のホルダを示す斜視図である。 図3に示す領域A2における拡大図である。 図3に示すホルダをB1方向から見た側面図である。 図5に示す領域A3における拡大図である。 図1に示す切削工具を第1端の側から見た平面図である。 図1に示す切削工具を第2端の側から見た平面図である。 図7に示す切削工具をB2方向から見た側面図である。 図9に示す領域A4における拡大図である。 図7に示す切削工具をB3方向から見た側面図である。 図11に示す領域A5における拡大図である。 一実施形態のインサートを示す斜視図である。 図13に示すインサートの上面図である。 図13に示すインサートの下面図である。 図14に示すインサートをB4方向から見た側面図である。 図14に示すインサートをB5方向から見た側面図である。 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。 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。 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、一実施形態を説明する上で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、以下に開示する切削工具1は、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及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及び図2などに示す本実施形態の切削工具1は、切刃を有する複数のインサート3と、ホルダ5とを具備している。本実施形態においては、切削工具1としてフライス加工などに用いられる転削工具を示している。ただし、切削工具1は、転削工具に限定されるものではなく、例えば、内径加工などに用いられる旋削工具であってもよい。また、本実施形態の切削工具1は、2つのインサート3を具備しているが、1つのみのインサート3を具備する構成であってもよい。
まず、切削工具1を構成するホルダ5について図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態におけるホルダ5は、図3などに示すように、回転軸O1を有している。ホルダ5は、インサート3が位置している方を第1端、第1端の反対を第2端としたとき、回転軸O1に沿って第1端から第2端に掛けて延びる円柱状体の本体5aを有している。切削加工物を製造するための被削材の切削加工時において、ホルダ5は回転軸O1を中心に回転方向X1に回転する。本実施形態においては、円柱状体である本体5aの中心軸と、本体5aの回転軸O1とが一致している。一般的には、第1端が先端とされ、第2端が後端とされる。
以下、回転軸O1に近い側を中心側、回転軸O1から遠い側を外周側という。また、ホルダ5の第2端から第1端に向かう方向を先端方向、ホルダ5の第1端から第2端に向かう方向を後端方向という。また、ホルダ5の長手方向の中央に対して、第1端に近い方にある場合を第1端の側、第2端に近い方にある場合を第2端の側という。図3は、ホルダ5を第1端が左下、第2端が右上に位置する斜視図である。
ホルダ5の第1端の側における外周側には、図3に示すように複数のポケット7が位置している。ポケット7は、図2に示すように、インサート3が位置する部分であり、インサート3の装着前において、ホルダ5の第1端の側における外周側に開口している。
複数のポケット7は、回転軸O1を中心に回転対称となるように等間隔で設けられていても不等間隔で設けられていてもよい。本実施形態においては、各ポケット7に取り付けられるインサート3に加わる負荷のばらつきを抑えるため、複数のポケット7は等間隔で位置しており、2回対称である例を示している。
本実施形態においては、図3に示すように、2つのポケット7がホルダ5に設けられており、図2などに示すように、2つのポケット7に、それぞれインサート3が位置している例を示している。なお、ポケット7の数及びホルダ5に取り付けられるインサート3の数は2つに限定されるものではない。ポケット7の数及びインサート3の数は、例えば3つ以上であっても何ら問題ない。
図1及び図2に示すように、ポケット7にはインサート3が位置している。このとき、インサート3の着座面がポケット7に直接に接していてもよく、また、インサート3とポケット7との間にシートを挟んでいてもよい。
インサート3は、切刃の少なくとも一部がホルダ5から外周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3は、ネジ9によって、ホルダ5に装着されている。すなわち、インサート3は、インサート3の貫通孔に挿入されたネジ9と、ポケット7に形成されたネジ孔11にとの螺合によってホルダ5に装着されている。
本実施形態におけるホルダ5は、本体5aの少なくとも一部に開口する流入口13(図8参照)と、ポケット7に位置する流出口15(図2、4、6参照)と、本体5aの内部において流入口13から流出口15に繋がる流路17(図6、8参照)とを有している。流路17は、切削加工時にインサート3を冷却するための流体(冷却液:クーラント)が流れる領域である。
流入口13は、流路17に冷却液を流入させるための入り口である。冷却液は、ホルダ5の流入口13から供給される。図8に示すように、本実施形態における流入口13は、本体5aにおける第2端の側に位置している。流入口13から供給された冷却液は、本体5aの内部に位置する流路17を流れて流出口15へと向かう。本実施形態における流出口15は、ポケット7に位置している。
本実施形態におけるポケット7は、図4に示すように、ポケット7における外周側に位置する突起19を有している。また、本実施形態におけるポケット7は、第1面21及び第2面23を有している。第1面21は、ホルダ5の外周側においてインサート3の切刃を構成する側面に対向する面であり、本実施形態においては、突起19における中心側を向いた面が対応している。また、第2面23は、インサート3の着座面に対向する面である。突起19は、インサート3の側面よりも外周側に位置するが、被削材に対する干渉を避けるため、インサート3における切刃35よりも中心側に位置する。
本実施形態における第1面21は第1溝25を有している。ポケット7に位置する流出口15から流出した冷却液は第1溝25へと向かう。具体的には、本実施形態における流出口15は、ポケット7における第2面23の中に位置している。また、本実施形態における第2面23は、第2溝27を有しており、第2溝27は、流出口15及び第1溝25に繋がっている。そのため、第2面23において流出した冷却液は第2溝27を通って第
1面21における第1溝25へと向かう。本実施形態におけるホルダ5は2つのポケット7を有していることから、流出口15は2つ存在している。なお、ポケット7に位置する流出口15から流出した冷却液が第1溝25へと向かうにあたっては、第2溝27に限らず、インサート3の着座面に溝が形成されるものであってもよい。
第1溝25は、冷却液が流れる領域である。このような第1溝25をポケット7が有していることから、冷却液が切刃の近くに向かって噴射される、すなわち、切刃に向かって冷却液が供給され易いため、冷却液によって切刃が冷却され易い。言い換えれば、ポケット7が第1溝25を有していることにより、冷却液が切刃以外の部分に向かって噴射されることが少ないため、切刃の冷却機能を果たさなくなることが少ないということである。
なおここで、冷却液が切刃に向かって供給されるとは、厳密に冷却液が切刃に向かって噴射されることに限定されるものではない。すなわち、冷却液によって切刃が冷却される程度に切刃の近くに冷却液が噴射されればよい。
本実施形態における第1溝25は、一方の端部が第2面23に接続されており、この端部からホルダ5の回転方向X1の前方に向かって延びている。具体的には、図4によれば、延びる方向は下から上である。また、第1溝25の一方の端部は、突起19の下端に位置しており、第2溝27に接続されている。
冷却液は、例えば、不水溶性油剤または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。不水溶性油剤としては、例えば、油性形、不活性極圧形または活性極圧形の切削油が挙げられる。水溶性油剤としては、例えば、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切削油が挙げられる。
ホルダ5としては、鋼、鋳鉄またはアルミ合金を用いることができる。本実施形態においては、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いている。ホルダ5の大きさは、被削材の大きさに応じて適宜設定される。例えば、回転軸O1に沿った方向の長さは、30〜90mm程度に設定される。また、回転軸O1に直交する方向の幅(直径)は、20〜500mm程度に設定される。ホルダ5が複数のポケット7を有していることからも明らかであるように、ホルダ5の形状は厳密な円柱状体ではない。
次に、切削工具1を構成するインサート3について図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態のインサート3は、図13などに示すように、上面29、上面29の反対側に位置する下面31、及び側面33を有している。インサート3は、本実施形態において概ね六角板形状となっている。
上面29は、図14に示すように、六角形状であり、6つの角部及び6つの辺部を有している。ただし、上面29における角部は、厳密な角である必要はなく、図14などに図示しているように、丸みを帯びた形状となっていてもよい。また、上面29における辺部は、厳密に直線状である必要はなく、曲線状となっている領域を有していてもよい。
下面31は、本実施形態のインサート3をホルダ5に取り付ける際に着座面として機能する。下面31は、上面29と同様に六角形状であるが、下面31は上面29よりも一回り小さくなるように構成されている。
なお、上面29及び下面31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3においては上面視した場合の上面29の形状が六角形状であるが、例えば、上面視した場合の上面29の形状が、三角形状、四角形状又は五角形状であ
ってもよい。また、たとえば上面29が四角形である場合においては、上面29の形状が長方形、平行四辺形、菱形又は正方形に変更できる。
側面33は、図16及び図17に示すように、上面29及び下面31の間に位置しており、上面29及び下面31にそれぞれ接続されている。図13に示すインサート3における側面33は、概ね平らな領域と、平らな領域同士の間(角部の下方)に湾曲した領域とを有している。既に述べたように、下面31が上面29よりも一回り小さくなるように構成されていることから、側面33は、上面29の側から下面31の側に向かうにしたがって中心軸O2に近づくように傾斜している。
本実施形態のインサート3は、上面視した場合の最大幅が6〜25mmである。また、下面31から上面29までの高さは1〜10mmである。ここで、下面31から上面29までの高さとは、上面29の上端と下面31の下端との間における中心軸O2に平行な方向での長さを意味している。
インサート3を構成する部材の材質としては、例えば、超硬合金又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、WC−Co、WC−TiC−Co及びWC−TiC−TaC−Coが挙げられる。ここで、WC、TiC及びTaCは硬質粒子であり、Coは結合相である。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る。具体的には、サーメットとして、炭化チタン(TiC)又は窒化チタン(TiN)などのチタン化合物を主成分としたものが一例として挙げられる。
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)法又は物理蒸着(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)又はアルミナ(Al)などが挙げられる。
インサート3は、被削材の切削加工に用いられる切刃35を有している。切刃35は、上面29及び側面33が交わる部分である稜部の少なくとも一部に位置している。本実施形態における切刃35は、角部及び辺部の一部に位置している。なお、切刃35は、辺部の全体に位置していてもよい。
上面29及び側面33が交わる部分であって切刃35が位置する部分には、いわゆるホーニング加工が施されていてもよい。ホーニング加工が施されているときには、上面29及び側面33が交わる部分は、2つの面が交差することによる厳密な線形状ではなくなり、わずかに曲面形状となる。ホーニング加工を施すことによって、切刃35の強度が向上する。
本実施形態における上面29は、図13などに示すように、傾斜面37を有している。本実施形態において、この傾斜面37は、切刃35において生じた切屑をすくい取るような役割を果たす、いわゆるすくい面として機能する。傾斜面37は、切屑をスムーズに流れさせるために、切刃35から離れるにしたがって下方に向かって傾斜している。
本実施形態のインサート3は、貫通孔39を有している。貫通孔39は、上面29の中心から下面31の中心にかけて位置している。貫通孔39は、インサート3をホルダ5に固定するために用いられる。具体的には、例えば、インサート3をホルダ5にネジ止め固定する際にネジ9が貫通孔39に挿入される。インサート3をホルダ5に固定する方法としては、上記のネジ止め固定には限定されない。例えば、クランパー又はレバーでインサート3をホルダ5に固定する際にも貫通孔39が利用される。
本実施形態における貫通孔39の軸は、上面29の中心及び下面31の中心を通るインサート3の中心軸O2と一致している。また、貫通孔39の軸の方向は、上面29及び下面31に対して直交している。なお、貫通孔39は、上面29の中心から下面31の中心にかけて位置している構成に限定されるものではない。例えば、側面33における互いに反対側に位置する領域にかけて位置していてもよい。
下面31は、インサート3をホルダ5における第2面23に取り付ける際に着座面として機能する。既に示した通り、本実施形態における第2面23は第2溝27を有している。そのため、インサート3の下面31を第2面23に当接させつつも、第2面23において冷却液が流れるスペースを安定して確保できる。
このとき、インサート3の下面31が第2面23に当接している場合には、インサート3が第2溝27に対する蓋の役割を果たす。そのため、第2溝27において第1溝25に向かわずに漏れ出る冷却液の量を減らすことができる。
本実施形態における第1溝25は、上面視において、インサート3の中心よりも第1端の側に位置していてもよい。切刃35のうちホルダ5の第1端の側に位置している部分は、切刃35のうちホルダ5の第2端の側に位置している部分と比較して、切削負荷が高くなり易い。そのため、切刃35のうちホルダ5の第1端の側に位置している部分を効率良く冷却することが望ましい。
第1溝25が上記の部分に位置している場合には、切刃35のうちホルダ5の第1端の側に位置している部分に向かって冷却液を噴射し易い。そのため、切刃35を効率良く冷却することが可能となる。
本実施形態における第1溝25の幅W1は、流出口15の幅W2よりも小さくてもよい。このような場合には、第1溝25を流れる冷却液に加わる圧力を高めることができるため、切刃35に向かって勢いよく冷却液を噴射させることができる。ここで第1溝25の幅W1とは、図6に示すように第1溝25の延びる方向に直交する方向での第1溝25の開口部分の幅を意味している。また、流出口15の幅W2とは、図6に示すように流出口15を正面から見た場合における幅を意味している。
本実施形態におけるインサート3は、第1面21を含む第1部位の少なくとも一部を包含する凹部41を有していてもよい。本実施形態においては、突起19が第1部位に相当している。このような凹部41をインサート3が有している場合には、安定して第1溝25のスペースを確保できる。
また、インサート3は、凹部41に加えて第3溝43を有していてもよい。第3溝43は、凹部41の上方に位置しており、凹部41に繋がっている。このような第3溝43をインサート3が有している場合には、第1溝25を通る冷却液が第3溝43へと流れ、切刃35が冷却液によってより冷却され易くなる。本実施形態における第3溝43の幅は、第1溝25よりも狭くなっている。
インサート3の側面33が凹部41を有している場合には、突起19の肉厚を大きくすることができるため、第1溝25のスペースを容易に確保できる。また、突起19の肉厚を大きくできることから、突起19の強度を高めることもできる。
本実施形態における凹部41は、貫通孔39の中心軸よりもホルダ5の第1端の側に位置していてもよい。凹部41が形成されている場合、インサート3における凹部41が形成されている部分の肉厚は薄くなる。しかしながら、凹部41が上記のように位置してい
る場合には、インサート3において肉厚が薄くなる部分が生じることが避けられるため、インサート3の強度を高めることができる。
また、本実施形態における凹部41は、切刃35から離れていてもよい。凹部41が切刃35から離れている場合には、冷却液を切刃35に向かって噴射し易くなるため、切刃35を効率良く冷却し易い。また、第1溝25が形成される突起19が被削材に干渉することが避けられる。
本実施形態の切削工具1においては、インサート3の下面31がホルダ5の第2面23に当接している一方で、インサート3の側面33は、ホルダ5の第1面21から離れていてもよい。このような場合は、インサート3を第2面23において安定して保持できるとともに、インサート3をホルダ5にネジ止め固定する際にインサート3に加わる負荷が第1面21に伝わることが避けられる。第1面21が形成される領域は、本実施形態における突起19のように肉厚が薄く強度が低くなり易いが、第1面21がインサート3の側面33から離れている場合には、第1面21が損傷しにくくなる。
以上、一実施形態の切削工具1について図面を用いて説明したが、本発明の切削工具1は上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であって、特に詳述していない変形も含むものである。
次に、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)上記実施形態に代表される切削工具1を回転させる工程と、
(2)回転している切削工具1を被削材101に接触させる工程と、
(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18に示すように、切削工具1を回転軸O1の周りで回転させるとともにX2方向に移動させることによって、切削工具1を被削材101に相対的に近付ける。次に、図19に示すように、切削工具1における切刃35を被削材101に接触させて、被削材101を切削する。そして、図20に示すように、切削工具1をX3方向に移動させることによって、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、被削材101を固定するとともに回転軸O1の周りで切削工具1を回転させた状態で被削材101に近づけている。また、図19においては、回転している切刃35を被削材101に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20においては、切削工具1を回転させた状態で被削材101から遠ざけている。
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、或いは、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、切削工具1を回転させた状態を維持して、被削材101の異なる箇所にインサートにおける切刃35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、アルミ、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、又は非鉄金属などが挙げられる。
1・・・切削工具
3・・・インサート
5・・・ホルダ
O1・・・回転軸
X1・・・回転方向
O2・・・中心軸
5a・・本体
7・・・ポケット
9・・・ネジ
11・・・ネジ孔
13・・・流入口
15・・・流出口
17・・・流路
19・・・突起
21・・・第1面
23・・・第2面
25・・・第1溝
27・・・第2溝
29・・・上面
31・・・下面
33・・・側面
35・・・切刃
37・・・傾斜面
39・・・貫通孔
41・・・凹部
43・・・第3溝
101・・・被削材

Claims (9)

  1. 第1端から第2端に掛けて延びる本体と、前記第1端の側に位置するポケットと、前記本体の少なくとも一部に開口する冷却液の流入口と、前記ポケットに位置する流出口と、前記本体の内部において前記流入口から前記流出口に繋がる流路とを有するホルダと、
    上面と、該上面の反対に位置する下面と、前記上面及び前記下面の間に位置する側面と、前記上面及び前記側面が交わる部分の少なくとも一部に位置する切刃とを有し、前記ポケットに位置するインサートと、
    を具備し、
    前記ポケットは、前記ホルダの外周側において前記インサートの前記側面に対向する第1面と、前記下面に対向する第2面とを有し、
    前記第1面は、前記冷却液が流れる第1溝を有する切削工具。
  2. 前記第2面は、前記流出口及び前記第1溝に繋がる第2溝を有している請求項1に記載の切削工具。
  3. 上面視において、前記第1溝は、前記インサートの中心よりも前記第1端の側に位置している請求項1に記載の切削工具。
  4. 前記第1溝の幅は、前記流出口の幅よりも小さい請求項1に記載の切削工具。
  5. 前記インサートは、前記第1面を含む第1部位の少なくとも一部を包含する凹部を有している請求項1に記載の切削工具。
  6. 前記インサートは、前記上面から前記下面にかけて位置する貫通孔を有しており、
    前記凹部は、前記貫通孔の中心軸よりも前記ホルダの第1端の側に位置している請求項5に記載の切削工具。
  7. 前記凹部は、前記切刃から離れている請求項5に記載の切削工具。
  8. 前記インサートは、前記第1面から離れており、かつ、前記第2面に当接している請求項1に記載の切削工具。
  9. 請求項1〜8のいずれか1つに記載の切削工具を回転させる工程と、
    回転している前記切削工具を被削材に接触させる工程と、
    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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