JP2019206053A - 切削インサート - Google Patents

Abstract

【課題】切りくずを短く折断することが可能な切削インサートを提供すること【解決手段】切削インサート１０は、すくい面１２Ａ１と、このすくい面１２Ａ１から突出するように形成されるブレーカ壁面１２Ａ２とが形成された端面１２Ａを備える。また、端面視において、第１曲率半径を有する円弧状のコーナ切れ刃１２Ｃ１と第１曲率半径より大きい第２曲率半径、又は、直線からなるワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、切削インサート関する。

特許文献１には、コーナ部に立方晶窒化ほう素（ＣＢＮ）又はダイヤモンドなどの超高圧焼結体からなる切れ刃部材が固着された切削インサートが示されている。切れ刃部材の表面には、すくい面と、このすくい面から突出するように形成されるブレーカ壁面を有するチップブレーカが形成される。同文献の図６には、端面視におけるコーナ部２の二等分線Ａを通過する中央部において凹む凹面部７と、二等分線Ａに対し対称な凸面部６ａ及び凸面部６ｂが形成されたブレーカ壁面を備える切れ刃部材３が固着された切削インサート１が示されている。

また、一般に、コーナ切れ刃に接続するワイパー切れ刃を設けることにより、切削加工面の表面粗さを改善できることも知られている。

国際公開ＷＯ２０１６／１３６６９４号公報

しかしながら、ＣＢＮなどの超高圧焼結体を切れ刃とする切削は、切削条件の送りが小さいため、そもそも切りくずが薄くなりやすいところ、ワイパー切れ刃を更に形成すると、一層、切りくずが薄くなってしまう。切りくずが薄くなると、短く折断することが困難になる。コーナ切れ刃とワイパー切れ刃を切れ刃として備える切削の際に、切りくずの排出性を高めるインサートは、知られていない。

そこで本発明は、コーナ切れ刃とワイパー切れ刃を切れ刃とする切削において、切りくずを短く折断することが可能な切削インサートを提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る切削インサートは、すくい面と、このすくい面から突出するように形成されるブレーカ壁面とが形成された端面と、逃げ面と、端面と逃げ面との接続部に形成され、端面に対向する方向から見た端面視において、第１曲率半径を有する円弧状のコーナ切れ刃と、端面と逃げ面との接続部に形成され、コーナ切れ刃の一端に接続し、端面視において、第１曲率半径より大きい第２曲率半径、又は、直線からなるワイパー切れ刃と、を備える。

そして、ブレーカ壁面は、コーナ切れ刃から離れるように窪む凹面部と、この凹面部に接続し、コーナ切れ刃に近づくように盛り上がる凸面部とを備え、凹面部は、コーナ切れ刃を二等分するように端面を通過する第１仮想平面と交差するように形成され、凸面部は、第１仮想平面と離間するように形成され、かつ、第１仮想平面と垂直な第２仮想平面とブレーカ壁面との交線と、コーナ切れ刃との、端面視における最小距離を第１距離とし、交線と、ワイパー切れ刃との、端面視における最小距離を第２距離としたときに、第１距離よりも第２距離の方が小さいように形成される。

切削インサート１０の斜視図 切削インサート１０の正面図 切削インサート１０の左側面図及び底面図 切れ刃部材１２の拡大図

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。

また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に組み合わせることもできる。

図１は、本実施形態に係る切削インサート１０の斜視図である。図２は、切削インサート１０の正面図であり、切削インサート１０の端面１０Ａに対向する方向から見た端面視に相当する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、切削インサート１０の左側面図、底面図である。

これら図面に示されるように、切削インサート１０の本体部は、端面視において略平行四辺形をなす平板から構成されており、端面１０Ａに接続する４つの周側面１０Ｂ１乃至１０Ｂ４を備え、鈍角をなす二つの角部と、鋭角をなす二つの角部を備える。また、切削インサート１０には、端面１０Ａの中央部を垂直に貫通する貫通孔Ｈが形成される。旋削等の切削加工（外径加工、端面加工、倣い加工、内径加工等）をする際には、貫通孔Ｈに雄ねじを挿入し、切削工具の工具ボデーに形成された雌ねじと螺合させ、雄ねじの頭部で切削インサート１０を工具ボデーに押し付けることにより、切削インサート１０を切削工具の工具ボデーに対して固定することができる。

切削インサート１０の本体部の鋭角をなす対向する二つの角部には、ＣＢＮ又はダイヤモンド等の超高圧焼結体から形成される切れ刃部材１２及び１２’が固着されている。切れ刃部材１２と切れ刃部材１２’は同一の構造を有するため、以下では、切れ刃部材１２について説明し、切れ刃部材１２’に関する説明を省略する。

図４（ａ）は、図１に示される領域Ａの拡大図であり、図４（ｂ）は、図２に示される領域Ｂの拡大図である。

図１及び図４（ａ）等に示されるように、切れ刃部材１２は、端面１０Ａと同方向を向いた端面１２Ａを有する。端面１２Ａは、すくい面１２Ａ１と、すくい面１２Ａ１に接続し、すくい面１２Ａ１から上方に突出するように形成されるブレーカ壁面１２Ａ２と、ブレーカ壁面１２Ａ２に接続し、平坦に形成された頂面１２Ａ３を備える。図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、頂面１２Ａ３は、端面１０Ａと概ね面一に形成されている。すくい面１２Ａ１及びブレーカ壁面１２Ａ２の形状については後述する。

また、切れ刃部材１２は、端面１２Ａに接続する周側面１２Ｂを備える。周側面１２Ｂは、端面視において所定の曲率半径を有する円弧状（以下、円弧状とは、円弧の場合を含む。）に形成される周側面１２Ｂ１と、周側面１２Ｂ１の両端にそれぞれ接続され、端面視において、周側面１２Ｂ１よりも大きい所定の曲率半径を有する円弧状に形成される２つの周側面１２Ｂ２及び１２Ｂ３と、周側面１２Ｂ２及び周側面１２Ｂ３の一端にそれぞれ接続され、端面視において直線をなす平面から形成される２つの周側面１２Ｂ４及び１２Ｂ５を備える。また、周側面１２Ｂ４と周側面１２Ｂ５を接続する図示しない周側面並びに底面は、切削インサート１０の本体部と接着される。周側面１２Ｂ４及び１２Ｂ５は、本体部の周側面１０Ｂ１及び１０Ｂ２とそれぞれ面一に形成され、また、これらを接続する周側面１２Ｂ１乃至１２Ｂ３も、本体部の周側面１０Ｂ及び１０Ｂ２を接続する部分と面一に形成される。

また、切れ刃部材１２の端面１２Ａと、周側面１２Ｂの接続部には切れ刃が形成される。従って、周側面１２Ｂは、すくい面１２Ａ１に対する逃げ面として作用する。具体的には、周側面１２Ｂ１とすくい面１２Ａ１の接続部にコーナ切れ刃１２Ｃ１が形成され、周側面１２Ｂ２及び１２Ｂ３とすくい面１２Ａ１の接続部に、コーナ切れ刃１２Ｃ１の両端に接続されるワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３がそれぞれ形成され、このワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３の他端にそれぞれ接続するように直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５が形成される。

コーナ切れ刃１２Ｃ１の曲率半径は、例えば、０．８ｍｍであり、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３の曲率半径は、コーナ切れ刃１２Ｃ１の曲率半径より大きく、すなわち、曲率としてはコーナ切れ刃１２Ｃ１の曲率より小さく、より直線に近くなるように形成される。ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３の長さは、例えば、０．２ｍｍ程度と極めて短い。ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３の他端にそれぞれ接続される直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５は、端面視としては、直線、または、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３よりも、より直線に近い直線状に形成され、周側面１２Ｂ４に対向する方向から見た場合は、頂面１２Ａ３に接続されるように、傾斜する。更に、図４（ｂ）に示されるように、コーナ切れ刃１２Ｃ１を二等分する二等分線と貫通孔Ｈの中心軸を含み、頂面１２Ａ３と垂直に交差する仮想平面Ｐ１（「第１仮想平面」）に対し、ワイパー切れ刃１２Ｃ２とワイパー切れ刃１２Ｃ３は面対称に形成され、かつ、直線切れ刃１２Ｃ４と直線切れ刃１２Ｃ５は面対称に形成される。このため、切削インサート１０は、右勝手でも、左勝手でも切削をすることができる。

以下、すくい面１２Ａ１及びブレーカ壁面１２Ａ２について説明する。

図４（ｂ）の端面視に示されるように、コーナ切れ刃１２Ｃ１とブレーカ壁面１２Ａ２の間隙には、すくい面１２Ａ１が形成される。また、コーナ切れ刃１２Ｃ１の両端に接続されるワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３の全域とブレーカ壁面１２Ａ２の間隙にも、すくい面１２Ａ１は及んでいる。そして、すくい面１２Ａ１とブレーカ壁面１２Ａ２の境界線は、直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５のうち、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３と接続する端部近傍に接続する。また、すくい面１２Ａ１は、コーナ切れ刃１２Ｃ１から離れるほど、頂面１２Ａ３から遠ざかるように窪んでいる。このため、すくい角を正にし、切れ味を向上させることが可能になる。

同じく図４（ｂ）に示されるように、ブレーカ壁面１２Ａ２は、仮想平面Ｐ１と交差する中央部に形成され、端面視においてコーナ切れ刃１２Ｃ１から離れるように窪む凹面部１２Ａ２１と、凹面部１２Ａ２１の両端にそれぞれ接続し、コーナ切れ刃１２Ｃ１に近づくように盛り上がる二つの凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３を備えている。図に示されるとおり、二つの凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３は、仮想平面Ｐ１から離間して形成される。更に、ブレーカ壁面１２Ａ２は、凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３の他端に接続し、直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５にそれぞれ接続する壁面部１２Ａ２４及び１２Ａ２５を備えている。ブレーカ壁面１２Ａ２も、切れ刃と同様に、仮想平面Ｐ１に対し、面対称に形成される。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される交線１２Ｄは、仮想平面Ｐ１に垂直な仮想平面（「第２の仮想平面」の一例）とブレーカ壁面１２Ａ２との交線である。この交線１２Ｄは、凹面部１２Ａ２１において、仮想平面Ｐ１上の点を中心とする所定曲率の円弧をなす。また、交線１２Ｄは、凸面部１２Ａ２２において、凹面部１２Ａ２１の円弧に滑らかに接続し、この円弧の曲率より大きい曲率を有する円弧をなす。この円弧の中心は、仮想平面Ｐ１から凸面部１２Ａ２２の方向に離間した位置に存在する。このため、図４（ｂ）の端面視において、仮想平面Ｐ１と平行な方向における、仮想平面Ｐ１と交わるコーナ切れ刃１２Ｃ１の頂部との距離が最も近くなる位置は、凸面部１２Ａ２２の端部から離間した中間部に存在する。

同様に、交線１２Ｄは、凸面部１２Ａ２３において、凹面部１２Ａ２１の円弧に滑らかに接続し、この円弧の曲率より大きい曲率を有する円弧をなす。この円弧の中心は、仮想平面Ｐ１から凸面部１２Ａ２３の方向に離間した位置に存在する。

なお、交線１２Ｄが円弧ではない曲線となるように凹面部１２Ａ２１、凸面部１２Ａ２２及び凸面部１２Ａ２３を形成してもよい。その場合であっても、後述するように、凹面部１２Ａ２１の曲率よりも、凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３の曲率が大きくなるようにすることが好ましい。なお、交線１２Ｄは、壁面部１２Ａ２４及び１２Ａ２５において直線をなす。また、また、ブレーカ壁面１２Ａ２は、頂面１２Ａ３ならびに貫通孔Ｈの中心軸を法線とする平面に対して、概ね４５度程度の角度をもって傾斜する。

次いで、図４（ｂ）の端面視における、切れ刃と交線１２Ｄとの距離、すなわち、切れ刃上の任意の点と交線１２Ｄの任意の点の距離の最小値について説明する。

図に示されるように、コーナ切れ刃１２Ｃ１及び凹面部１２Ａ２１における交線１２Ｄは、それぞれ仮想平面Ｐ１上に中心を有する円弧に形成され、かつ、凸となる方向が反対方向を向いている。このため、コーナ切れ刃１２Ｃ１と凹面部１２Ａ２１における交線１２Ｄは、仮想平面Ｐ１上で最大距離を有し、仮想平面Ｐ１から離れ、凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３に近づくほど小さくなる。また、凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３における交線１２Ｄは、コーナ切れ刃１２Ｃ１と同方向に凸であって、コーナ切れ刃１２Ｃ１よりも小さな曲率を有する円弧をなす。このため、コーナ切れ刃１２Ｃ１と凸面部１２Ａ２２及び１２Ａ２３における交線１２Ｄとの距離は、仮想平面Ｐ１から最も離間し、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３と接続する両端において、最小となる。このときの距離を第１距離Ｄ１（図４（ｂ））とする。

一方で、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３と交線１２Ｄとの距離は、コーナ切れ刃１２Ｃ１と接続する一端において、第１距離Ｄ１を有する。そして、図に示されるように、仮想平面Ｐ１から離れ、直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５と接続する端部に近づくほど、交線１２Ｄに近づく。このため、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３と交線１２Ｄとの距離は、仮想平面Ｐ１から最も離間し、直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５と接続する端部において、最小となる。このときの距離を第２距離Ｄ２（図４（ｂ））とする。第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１より小さい。

このような切削インサート１０を用いて、例えば、右勝手で切削する場合、切れ刃のうち、コーナ切れ刃１２Ｃ１の一部と、ワイパー切れ刃１２Ｃ２の少なくとも一部が切削に関与する。また、切り込み量、すなわち、送りが大きい場合は、直線切れ刃１２Ｃ４の少なくとも一部も切削に関与する。具体的には、コーナ切れ刃１２Ｃ１のうち、最も被削材に近接する位置から食いつき、そこから広がるように、コーナ切れ刃１２Ｃ１の一部と、ワイパー切れ刃１２Ｃ２の少なくとも一部に及ぶ領域を被削材に食い込ませることにより、切れ刃のうち食い込んでいる部分の両端を結ぶ、例えば、１ｍｍ程度の幅を有し、その垂直方向に延びるような切りくずを生成させながら、被削材を切削することができる。ここで、仮にブレーカ壁面が形成されない場合は、このような幅を有する切りくずが自重で折れるまで、伸びるように飛散してしまう。特に、ワイパー切れ刃１２Ｃ２は、コーナ切れ刃１２Ｃ１より曲率が小さいので、より薄く、折れにくい切りくずが生成されてしまう。

しかしながら、本実施形態に係る切削インサート１０は、ブレーカ壁面１２Ａ２を有するため、生成された切りくずの少なくとも一部を、ブレーカ壁面１２Ａ２に衝突させることにより、逃げ面である周側面１２Ｂ１、１２Ｂ２及び１２Ｂ４にぶつかるように切りくずをカールさせることができる。ブレーカ壁面１２Ａ２の傾斜角は、本実施形態に係る切削インサート１０の場合は、貫通孔Ｈに垂直は仮想平面に対し、４５度程度であるが、更に、大きく垂直に近づくような傾斜角（例えば、６０度程度）をもたせてもよい。

このとき、コーナ切れ刃１２Ｃ１よりも、より折断されにくい薄い切りくずを生成するワイパー切れ刃１２Ｃ２に近接する凸面部１２Ａ２２が形成されている。このため、切りくずの薄い部分を好適に凸面部１２Ａ２２に衝突させることが可能になる。従って、切りくずを凸面部１２Ａ２２及びこれに接続する凹面部１２Ａ２１に逃げるように湾曲させることも可能となる。すなわち、ブレーカ壁面１２Ａ２の傾斜による、切りくずの長手方向への湾曲と、凸面部１２Ａ２２による切りくずの幅方向への湾曲が可能になるため、切りくずを短く折断することが可能となる。このとき、凸面部１２Ａ２２の曲率は、凹面部１２Ａ２１の曲率よりも大きくすることにより、凸面部１２Ａ２２による湾曲の作用をより促進させるように構成してもよい。

更に、ワイパー切れ刃１２Ｃ２の全域とブレーカ壁面１２Ａ２との間隙には、すくい面１２Ａ１が形成されているから、ワイパー切れ刃１２Ｃ２の全域とブレーカ壁面１２Ａ２は離間している。仮に、ワイパー切れ刃の端部とブレーカ壁面を離間させない場合、ワイパー切れ刃で生成された切りくずの端部がブレーカ壁面と衝突することがある。この場合、衝突した切りくずは、端部を中心にねじれるだけであるため、好適に湾曲しない。一方で、切削インサート１０は、ワイパー切れ刃１２Ｃ２と、ブレーカ壁面１２Ａ２とを離間させたから、切りくずの端部から外れた部分が、凸面部１２Ａ２２に衝突しやすい。従って、切りくずを凸面部１２Ａ２２に沿って湾曲させること、例えば、その断面がＵ字型になるように湾曲させることを促進することが可能になる。なお、切り込み量によっては、切りくずが凹面部１２Ａ２１に接触しない場合や、切りくずの端部がブレーカ壁面１２Ａ２に接触する場合もある。

更に、切削インサート１０の切れ刃には、ホーニングを形成してもよい。

ＣＢＮなどの超高圧焼結体から構成される切れ刃部材にホーニングを形成する場合、平坦な傾斜面を形成するチャンファホーニング（傾斜面の逃げ面側のエッジを丸める場合を含む）を形成することが一般的である。しかしながら、チャンファホーニングの場合は、切れ刃の欠損を十分に抑制することができない。特に、切りくずの処理性を向上させるために、切削インサート１０のワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３とブレーカ壁面１２Ａ２のように、ワイパー切れ刃とブレーカ壁面の距離を小さくすると、切削抵抗が増大しやすいため、ワイパー切れ刃が一層欠けやすくなってしまう。

更に、チャンファホーニングにより、ブレーカ壁面１２Ａ２と同様に傾斜面を形成しても、切りくずの変形を十分に促進することができないことも明らかになった。

そこで、本実施形態に係る切削インサート１０は、少なくとも、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３に、切れ刃の垂直断面において円弧を形成する丸ホーニング、又は、複数の円弧を形成する複合丸ホーニングを形成した。このようなホーニングを形成することにより、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３の欠損を抑制しつつ、切削抵抗の増大を抑制することが可能になった。ただし、コーナ切れ刃１２Ｃ１等に同様のホーニングを形成してもよい。また、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３には丸ホーニングを形成する一方で、コーナ切れ刃１２Ｃ１には、より切削抵抗が小さいチャンファホーニング、又は、平坦な傾斜面を形成するその他のホーニングを施してもよい。ホーニングは、例えば、研磨ブラシで切れ刃を研磨することにより形成することができる。

なお、直線切れ刃１２Ｃ４及び１２Ｃ５は、切り込み量の小さい切削をする場合は、切削に関与しない。このため、直線切れ刃を設けない切削インサートに本発明を適用することも可能である。また、ワイパー切れ刃１２Ｃ２及び１２Ｃ３は、円弧ではなく、直線状に形成してもよい。また、切れ刃等を仮想平面Ｐ１に対称に設けず、右勝手又は左勝手専用の勝手付きの切削インサートとしてもよい。

また、ブレーカ壁面１２Ａ２のうち、主として切りくずが衝突する主要部分について、第１仮想平面と垂直な仮想平面との交線について、交線１２Ｄのような構成を充足すればよく、切りくずが衝突することがほとんどない、例えば、すくい面との接続部分などにおいては、交線１２Ｄとは異なる構成を備えていてもよい。

１０Ｂ１-１０Ｂ４…周側面、１２Ｂ１-１２Ｂ５…周側面、１０…切削インサート、１０Ａ…端面、１２…切れ刃部材、１２Ａ…端面、１２Ａ１…すくい面、１２Ａ２…ブレーカ壁面、１２Ａ２１…凹面部、１２Ａ２２…凸面部、１２Ａ２３…凸面部、１２Ａ２４-１２Ａ２５…壁面部、１２Ａ３…頂面、１２Ｃ１…コーナ切れ刃、１２Ｃ２…ワイパー切れ刃、１２Ｃ３…ワイパー切れ刃、１２Ｃ４…直線切れ刃、１２Ｃ５…直線切れ刃、１２Ｄ…交線、Ｄ１…第１距離、Ｄ２…第２距離、Ｈ…貫通孔、Ｐ１…仮想平面

Claims (5)

1. すくい面と、このすくい面から突出するように形成されるブレーカ壁面とが形成された端面と、
   逃げ面と、
   前記端面と前記逃げ面との接続部に形成され、前記端面に対向する方向から見た端面視において、第１曲率半径を有する円弧状のコーナ切れ刃と、
   前記端面と前記逃げ面との接続部に形成され、前記コーナ切れ刃の一端に接続し、前記端面視において、前記第１曲率半径より大きい第２曲率半径、又は、直線からなるワイパー切れ刃と、
   を備える切削インサートであって、
   前記ブレーカ壁面は、前記コーナ切れ刃から離れるように窪む凹面部と、この凹面部に接続し、前記コーナ切れ刃に近づくように盛り上がる凸面部とを備え、
   前記凹面部は、前記コーナ切れ刃を二等分するように前記端面を通過する第１仮想平面と交差するように形成され、
   前記凸面部は、前記第１仮想平面と離間するように形成され、かつ、
   前記第１仮想平面と垂直な第２仮想平面と前記ブレーカ壁面との交線と、前記コーナ切れ刃との、前記端面視における最小距離を第１距離とし、前記交線と、前記ワイパー切れ刃との、前記端面視における最小距離を第２距離としたときに、前記第１距離よりも前記第２距離の方が小さいように前記ブレーカ壁面は形成される
   切削インサート。
2. 前記端面と前記逃げ面との接続部に形成され、前記ワイパー切れ刃の一端に接続し、前記端面視において、直線からなる直線切れ刃を更に備え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. 前記ワイパー切れ刃と前記交線との前記端面視における距離は、
   前記コーナ切れ刃と接続する前記ワイパー切れ刃の一端において、前記第２距離より大きく、かつ、
   前記ワイパー切れ刃と前記交線との前記端面視における距離が前記第２距離となる前記ワイパー切れ刃上の位置に近づくにつれて、単調に減少することを特徴とする請求項１又は２に記載の切削インサート。
4. 前記ワイパー切れ刃には、丸ホーニングが形成されてい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切削インサート。
5. 前記コーナ切れ刃には、チャンファホーニングが形成されてい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切削インサート。