JP2020175505A - 切削インサート - Google Patents

Abstract

【課題】刃先強度及び切りくず排出性のどちらも優れた切削インサートを提供する。【解決手段】切削インサート１０のコーナ刃１０ｆは、円弧状に形成されている。ボデーＢの回転軸ＡＸに垂直な方向において、コーナ刃１０ｆの幅Ｗｆは、切削インサート１０の幅Ｗの４０％以上かつ５０％以下である。上面１０ａは、切れ刃（１０ｆ，１０ｇ，１０ｍ）に沿って形成され、かつ負の角度（θ１〜θ２）を有するネガランド１０ｑを有している。ネガランド１０ｑは、コーナ刃１０ｆの両端部（１２，１３）のうち内切れ刃１０ｇに接続する一方の端部１２から他方の端部１３へ向かうに従い角度（θ１〜θ２）が大きくなる。【選択図】図１

Description

本発明は切削加工に用いられる切削インサートに関し、特に転削加工に用いられる刃先交換式の切削工具に取り付けられる切削インサートに関する。

硬度が高い被削材を加工できる強度が高い刃先を設計したい要望がある。

軸方向すくい角（アキシャルレーキ）を負の角度（ネガ）にすると、転削工具の先端及び外周のいずれにおいてもすくい角が小さくなり、刃先強度を増すことができる。反面、軸方向すくい角が負の角度にすると、切りくずが転削工具の下方（先端側）に向けて排出されやすくなり、切りくず詰まりや切りくずの被加工面への擦過等が発生しやすくなる。一方で、切削インサートのすくい面を平面で構成し、軸方向すくい角を正の角度にすると、転削工具の先端から離れるに従って真のすくい角が大きくなり、刃先強度が低下してしまう。

本発明は、刃先強度及び切りくず排出性のどちらも優れた切削インサートを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る切削インサートは、回転軸を中心に回転するボデーに装着され、該ボデーとともに刃先交換式の転削工具を構成する切削インサートである。切削インサートは、ボデーの座面に装着される下面と、該下面とは反対側の上面と、下面及び上面の間を接続する周側面と、を備えている。上面と周側面とが交差する稜線部には、切れ刃が形成されている。切れ刃は、内切れ刃と、コーナ刃と、を有している。コーナ刃は、内切れ刃と比較して回転軸から遠い位置に形成されて内切れ刃に接続している。コーナ刃は、上面に対向する方向から見た平面視において、円弧状に形成されている。回転軸に垂直な方向において、コーナ刃の幅は、切削インサートの幅の４０％以上かつ５０％以下である。上面は、切れ刃に沿って形成され、かつ負の角度を有するネガランドと、該ネガランドに接続し、かつ下面に平行な平坦面と、を有している。ネガランドは、コーナ刃の端部のうち内切れ刃に接続する一方の端部から他方の端部へ向かうに従い角度が大きくなる。

この態様によれば、コーナ刃に隣接して形成されるネガランドの角度が、転削工具の先端に位置する部分ほど小さな値になる。転削工具の先端から離れるに従って、徐々にランド角が負の側に変化するネガランドを設けることで、切りくず排出性を改善しつつ、刃先強度を向上させることができる。

上記態様において、切削インサートの切れ刃は、コーナ刃に接続し、かつ回転軸に平行な直線状のさらい刃を更に有している。さらい刃における稜線部では、上面がさらい刃に対して鈍角に交差していることが好ましい。

この態様によれば、コーナ刃の加工面をさらい刃がさらうため、加工面粗さが良好になる。直線状の稜線部では、上面とさらい刃とが鈍角に交差しているため、直線状の稜線部がワークの表面に接触して加工面粗さを悪化させることを未然に防ぐことができる。

上記態様において、切削インサートは、上面から下面まで貫通する貫通孔を更に備え、上面視したとき、上面から貫通孔を除いた領域における平坦面が占める割合が９０％以上であることが好ましい。

上面に凹凸があると、切削インサートを研削するとき砥石の動かし方に制約が生じる。この態様によれば、上面の大部分が平坦面で構成されているため、研削加工しやすい。上面にチップブレーカ等が形成された切削インサートと比べて高精度に製造することができる。

本発明によれば、刃先強度及び切りくず排出性のどちらも優れた切削インサートを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る切削インサートの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示された切削インサートを下面側から見た斜視図である。 図３は、図１に示された切削インサートを上面から見た上面図である。 図４は、図１に示された切削インサートを周側面（第２の側面部）から見た側面図である。 図５は、図１に示された切削インサートを周側面（第２の正面部）から見た側面図である。 図６は、図３中のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 図７は、図３中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図８は、本実施形態の切削インサートを備えたエンドミルの一例を示す斜視図である。 図９は、図８に示されたエンドミルの先端部を切削インサートの上面側から見た図である。 図１０は、図８に示されたエンドミルの先端部をボデーの回転軸に平行な方向から見た図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。本発明の切削インサート１０は、切れ刃（１０ｆ，１０ｇ，１０ｍ）が、その全ての部分において下面１０ｂから略一定の高さに配置されている（図４及び図５参照）。コーナ刃１０ｆに沿って設けられたネガランド１０ｑは、内切れ刃１０ｇと接続する一方の端部１２から他方の端部１３にかけて角度がθ１からθ２へ大きくなるように形成されている（図６及び図７参照）。転削工具の先端から離れるに従って、徐々にランド角が負の側に変化するネガランドを設けることで、切りくず排出性を改善しつつ、刃先強度を向上させることができる。以下、図１乃至図１０を参照して各構成について詳しく説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る切削インサート１０の一例を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、切削インサート１０は、上面１０ａと、該上面１０ａとは反対側の下面１０ｂと、上面１０ａ及び下面１０ｂの間を接続する周側面（１０ｄ，１０ｄ’，１０ｅ，１０ｅ’）と、を備えている。

周側面は、ほぼ平坦な一対の側面部（１０ｄ，１０ｄ’）と、これら一対の側面部の間を接続する一対の正面部（１０ｅ，１０ｅ’）と、を備えている。以下の説明において、一対の側面部のうち、一方を第１の側面部１０ｄと呼び、他方を第２の側面部１０ｄ’と呼ぶことがある。同様に、一対の正面部のうち、一方を第１の正面部１０ｅと呼び、他方を第２の正面部１０ｅ’と呼ぶことがある。

図３は、切削インサート１０を上面１０ａから見た上面図である。図３に示されるように、上面１０ａと第１の側面部１０ｄとが交差する稜線部は、直線状に形成されている。同様に、上面１０ａと第２の側面部１０ｄ’とが交差する稜線部は、第１の側面部１０ｄにおける稜線部と平行な直線状に形成されている。図３に示さすように、第１及び第２の側面部１０ｄ，１０ｄ’において直線状に形成された稜線部の間隔を、切削インサート１０の幅Ｗと定義する。切削インサート１０の幅Ｗは、例えば、４〜４．５ｍｍである。

図示した例では、切削インサート１０の下面１０ｂが、平面状に形成されている。切削インサート１０の中央部には、上面１０ａ及び下面１０ｂを貫通する貫通孔Ｈが形成されている。この貫通孔Ｈを貫通するクランプねじを、刃先交換式の転削工具のボデーＢの座面に設けられた雌ねじと螺合することによって、切削インサート１０はボデーＢに固定される。このとき、切削インサート１０は、側面部１０ｄ側がボデーＢの回転軸ＡＸに近く、側面部１０ｄ’側がボデーＢの回転軸ＡＸから遠くなるようにボデーＢに固定される（図９参照）。ボデーＢについては、図８乃至図１０を参照して後で詳しく説明する。

図４は、切削インサート１０を周側面のうちの第２の側面部１０ｄ’から見た側面図である。図５は、切削インサート１０を周側面のうちの第２の正面部１０ｅから見た側面図である。図４及び図５に示されるように、この切削インサート１０の周側面（１０ｄ，１０ｄ’，１０ｅ，１０ｅ’）は、下面１０ｂに接続し、下面１０ｂに垂直な垂直部１０ｈと、垂直部１０ｈに接続し、下面１０ｂから離れるに従い下面１０ｂに平行に切断した断面積が増加するように広がる接続部１０ｊと、接続部１０ｊに接続し、下面１０ｂから離れるに従い下面１０ｂに平行に切断した断面積が増加するように広がる傾斜部１０ｋと、を備えている。

以下の説明において、貫通孔Ｈの中心軸に対して周側面が傾斜している角度を傾斜角と呼ぶ。なお、貫通孔Ｈの中心軸と周側面とがなす角度は、中心軸の方向ベクトルと周側面の法線ベクトルとがなす角度の余角（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ａｎｇｌｅ）として求められる。図５に示すように、接続部１０ｊにおける周側面（１０ｄ，１０ｄ’，１０ｅ，１０ｅ’）は、垂直部１０ｈにおける周側面よりも大きな傾斜角（第１の傾斜角α）を有している。したがって、断面積の増加率が大きい。一方で傾斜部１０ｋにおける周側面は、垂直部１０ｈにおける周側面よりも小さな傾斜角（第２の傾斜角β）を有している。したがって、断面積の増加率が小さい。

また、下面１０ｂに垂直な方向の高さは、垂直部１０ｈ、接続部１０ｊ、傾斜部１０ｋの順番に大きくなる。そして、垂直部１０ｈの高さｈ１と接続部１０ｊの高さｈ２の和ｈ１＋ｈ２よりも、傾斜部１０ｋの高さｈ３の方が大きい。

換言すると、切削インサート１０は、上面１０ａから下面１０ｂにわたってくびれた形状を有しており、傾斜部１０ｋにおいて、上面１０ａから下面１０ｂに向かって緩やかに断面積が減少するように収縮した後、接続部１０ｊにおいて、下面１０ｂに向かって大きく断面積が減少するように収縮し、垂直部１０ｈにおいて、断面積を一定に維持したまま下面１０ｂに接続する構造を有している。なお、接続部１０ｊ及び傾斜部１０ｋの各傾斜角は一定である必要はない。ただし、接続部１０ｊの傾斜角の平均値と、傾斜部１０ｋの傾斜角の平均値又は代表値は、大小関係を有している。

図１及び図２に示すように、上面１０ａと第１の正面部１０ｅとが交差する稜線部の少なくとも一部には、切れ刃が形成されている。切れ刃は、コーナ刃１０ｆと内切れ刃１０ｇとを備えている。同様に、上面１０ａと第２の正面部１０ｅ’とが交差する稜線部には、切れ刃としてコーナ刃１０ｆと内切れ刃１０ｇとが形成されている。切削インサート１０は、貫通孔Ｈの中心軸に対して１８０°軸対称な構造をしている。つまり、第１の正面部１０ｅと第２の正面部１０ｅ’とは、略同一の形状及び機能を有している。そのため、代表して第１の正面部１０ｅを詳しく説明し、第２の正面部１０ｅ’については重複する説明を省略する。

コーナ刃１０ｆは、切削インサート１０のコーナ部に設けられ、上面１０ａに対向する方向から見た場合に、所定の曲率を有するように形成されている。換言すると、コーナ刃１０ｆは、円弧状に形成されている。このコーナ刃１０ｆの曲率は、加工対象の角Ｒの仕様にあわせて選択できる。例えば、角Ｒの仕様が２ｍｍの場合は、コーナ刃の回転軌跡を考慮した加工後の角Ｒが２ｍｍとなるように、コーナ刃１０ｆが所定の曲率半径（たとえば、２ｍｍ弱）を有する切削インサート１０を選択すればよい。

本実施形態では、図３に示されるように、通常よりも曲率が大きく、かつ、巨大なコーナ刃１０ｆが形成されている。図示した例では、コーナ刃１０ｆの幅Ｗｆは、ボデーＢの回転軸ＡＸに垂直な方向において、切削インサート１０の幅Ｗの４０％以上かつ５０％以下である。詳しく述べると、上面１０ａに対向する方向から見たときに、側面部１０ｄ’から、幅Ｗの方向（第１の側面部１０ｄと第２の側面部１０ｄ’とを結ぶ方向）において４０〜５０％の位置までコーナ刃１０ｆが形成され、かつ、その曲率半径が、例えば、幅Ｗの５０％以下に形成されている。

また、図３及び図５に示した例では、コーナ刃１０ｆに連続して内切れ刃１０ｇが形成されている。内切れ刃１０ｇは、コーナ刃１０ｆと接続する他方の端部１２と、上面１０ａに対向する方向から見たときに、ほぼ直線的に形成された第１の側面部１０ｄ，１０ｄ’に接続する一方の端部１１と、を備えている。

図４及び図５に示すように、上面１０ａは下面１０ｂに対して平行で平坦に形成されている。換言すると、コーナ刃１０ｆ及び内切れ刃１０ｇを含む上面１０ａの稜線部は、その全周において下面１０ｂから略同一の高さに位置している。詳しく述べると、上面１０ａは、下面１０ｂからの高さ（距離）が一定の平坦面１０ｐと、該平坦面１０ｐを囲繞するネガランド１０ｑと、を有している。

ネガランド１０ｑと周側面（１０ｄ，１０ｄ’，１０ｅ，１０ｅ’）とが交差する稜線部は、下面１０ｂからの高さが平坦面１０ｐと略同一の高さであり、平坦面１０ｐよりも僅かに低い。つまり、稜線部に形成された切れ刃（１０ｆ，１０ｇ，１０ｍ）は、上面１０ａとその全ての部分において下面１０ｂからの距離が略一定である。下面１０ｂからの高さが最も高い位置の切れ刃と、下面１０ｂからの高さが最も低い位置の切れ刃との高さの差は、例えば１ｍｍ以内である。

図４に示した例では、さらい刃１０ｍが、コーナ刃１０ｆを挟んで内切れ刃１０ｇとは反対側に形成されている。さらい刃１０ｍは、コーナ刃１０ｆや内切れ刃１０ｇと比べて非常に短く形成されている。さらい刃１０ｍの他方の端部は上面１０ａの直線状の稜線部と接続している。その稜線部とさらい刃１０ｍとは、内角でほとんど１８０°に近い大きさの鈍角に交差している。

図３に示すように、上面１０ａには、切れ刃に隣接して負の角度（θ１〜θ２）を有するネガランド１０ｑが形成されている。図６は、図３中のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図３中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図６及び図７に示すように、コーナ刃１０ｆに隣接するネガランド１０ｑの角度は、内切れ刃１０ｇに接続する一方の端部１２からさらい刃１０ｍに接続する他方の端部１３に向うに従って正の値に近づくように漸次に大きくなる。

図示した例では、図６に示された内切れ刃１０ｇ側の端部１２におけるネガランド１０ｑの角度θ１が−２０°である。さらい刃１０ｍに接続する端部１３に向うに従ってネガランド１０ｑの角度がθ１から徐々に角度が大きくなる。図７に示されたさらい刃１０ｍ側の端部１３におけるネガランド１０ｑの角度θ２は−８°である。

また、上面１０ａは貫通孔Ｈ及びネガランド１０ｑを除いた部分の大部分において、チップブレーカ等が形成されていない平坦な面１０ｐで構成されている。この平坦面１０ｐが上面１０ａに占める割合は９０％以上である。

図８は、二つの切削インサート１０が装着されたエンドミルＥの一例を示す斜視図であり、図９は、このエンドミルＥの先端及びその近傍の部分を含む先端部を回転軸ＡＸに垂直な方向から見た図であり、図１０は、このエンドミルＥの先端部を回転軸ＡＸ方向から見た図である。エンドミルＥは、刃先交換式の転削工具の一例である。図８乃至図１０に示されたエンドミルＥは、工具径が８ｍｍ〜２０ｍｍの細径のエンドミルＥであり、例えば金型を加工するために用いることができる。

図８乃至図１０に示すように、エンドミルＥの先端部において、円筒状のボデーＢには、切削インサート１０を装着するための２つの座面Ｆ及びＦ’が形成されている。座面Ｆ及びＦ’には、それぞれ雌ねじが形成されている。切削インサート１０の貫通孔Ｈを貫通するクランプねじＣＳがこの雌ねじと螺合することにより、切削インサート１０の下面１０ｂが座面Ｆ及びＦ’に押し付けられ、各切削インサート１０は、ボデーＢに固定される。先端部とは反対側のエンドミルＥの基端部は、図示しない工作機械に固定される。

このとき、正面部１０ｅは回転軸ＡＸと同じ方向を向く。前述したように、側面部１０ｄが回転軸ＡＸに近く、側面部１０ｄ’が回転軸ＡＸから遠くなるように、切削インサート１０は、ボデーＢに装着される。このため、エンドミルＥの外周側から中心に向かってコーナ刃１０ｆ及び内切れ刃１０ｇが存在する。

以下、ボデーＢの剛性を高める構造について説明する。本実施形態に係る切削インサート１０は、ボデーＢの剛性を高めることに寄与する。切削インサート１０の幅Ｗは、４〜４．５ｍｍと非常に薄いため、このような切削インサート１０が装着されるボデーＢも細くなる。ボデーＢの体積が減少した分、ボデーＢの剛性も低くなる。

加えて、切削インサートをボデーに装着する際に、切削インサートの側面とボデーのチップ座の壁面を確実に当接させるために、チップ座の座面と壁面を接続する隅部をえぐってぬすみ（凹部）を形成している。本出願の発明者らは、ぬすみを形成するためにチップ座の隅部を除去することが、ボデーの剛性に影響を与える点に着目した。

本実施形態に係る切削インサート１０は、傾斜部１０ｋ及び接続部１０ｊを設けているため、傾斜部１０ｋ及び接続部１０ｊを設けていない通常の切削インサートと比較して、下面１０ｂのエッジが下面１０ｂの中央側に移動する。このため、図１０に示されるように、切削インサート１０が装着されるボデーＢのチップ座の隅部Ｃ及びＣ’に形成されるぬすみを小さく、すなわちボデーＢの断面積を大きくすることが可能になる。したがって、ボデーＢの剛性を高めることが可能になる。

また、切削インサート１０の幅Ｗは、４〜４．５ｍｍと非常に狭いため、チップ座の座面Ｆ及び座面Ｆ’との接触面積も限られる。接触面積が小さすぎると、切削インサートを安定的にボデーＢに装着することができなくなる。切削インサート１０は、傾斜部１０ｋに続いて垂直部１０ｈを設けているため、垂直部１０ｈがない場合と比較して、下面１０ｂの面積を大きくすることが可能になる。このため、チップ座の座面Ｆ及び座面Ｆ’との接触面積を大きく確保できる。

また、傾斜角が比較的小さい傾斜部１０ｋの周側面をチップ座の壁面と当接させることができるため、傾斜角が大きい周側面をチップ座の壁面と当接させる場合よりも、安定して切削インサート１０を支持することが可能になる。したがって、本実施形態に係る切削インサート１０は、ボデーＢの剛性を高めることと、安定的に装着されることの両立を図ることが可能になる。

次に本実施形態の効果について説明する。コーナ刃１０ｆに隣接して形成されるネガランド１０ｑの角度（θ１〜θ２）は、転削工具の先端に位置する部分ほど小さな値（例えばθ１）になっている。転削工具の先端から離れるに従って、徐々にランド角が負の側に変化するネガランドを設けることで、切りくず排出性を改善しつつ、刃先強度を向上させることができる。

本実施形態の第２の（副次的な）効果として、切削インサート１０が工具ボデーＢに正の軸方向すくい角を構成するように配置されているので、高硬度材ではない被削材を切削する場合、切削インサート１０を交換してすくい角が正の角度になるようにすれば、高硬度材切削と他の被削材の切削と、工具ボデーＢを共通化することができる。

また、さらい刃１０ｍがコーナ刃１０ｆに接続されているので、立壁において加工面粗さが良好になる。さらい刃１０ｍに接続する直線状の稜線部と、さらい刃１０ｍとは鈍角に交差しているため、その直線状の稜線部がワークに接触することが回避される。そのため、この直線状の稜線部がワークの表面に接触して、加工面粗さを悪化させる事態を防止できる。

また、上面１０ａにチップブレーカ等の溝や凹凸が形成されず、その大部分が平坦面１０ｐで構成されているため、ネガランド１０ｑを研削により成形するときに、砥石の動かし方の自由度が上がり、製造コストが低下する。つまり、切削インサート１０はチップブレーカ等が形成された複雑な形状の切削インサートよりも高精度に製造することができる。

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。例えば、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。

１０…切削インサート、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１０ｄ…側面部、１０ｅ…正面部、１０ｆ…コーナ刃、１０ｇ…内切れ刃、１０ｍ…さらい刃、１０ｈ…垂直部、１０ｊ…接続部、１０ｋ…傾斜部、１０ｐ…平坦面、１０ｑ…ネガランド、１１…内切れ刃の一方の端部、１２…コーナ刃の一方の端部（内切れ刃の他方の端部）、１３…コーナ刃の他方の端部、ＡＸ…回転軸、Ｂ…ボデー、Ｃ…隅部、Ｅ…エンドミル（転削工具の一例）、Ｆ…座面、Ｈ…貫通孔、ｈ１，ｈ２，ｈ３…下面からの高さ、Ｗ…切削インサートの幅、Ｗｆ…コーナ刃の幅、α…第１の傾斜角、β…第２の傾斜角、θ１，θ２…ネガランドの角度。

Claims (3)

1. 回転軸を中心に回転するボデーに装着され、該ボデーとともに刃先交換式の転削工具を構成する切削インサートであって、
   前記ボデーの座面に装着される下面と、該下面とは反対側の上面と、前記下面及び上面の間を接続する周側面と、を備え、
   前記上面と前記周側面とが交差する稜線部に形成された切れ刃は、内切れ刃と、コーナ刃と、を有し、
   前記コーナ刃は前記内切れ刃と比較して前記回転軸から遠い位置に形成されて前記内切れ刃に接続し、前記上面に対向する方向からみた平面視において、円弧状に形成され、前記回転軸に垂直な方向における前記切削インサートの幅の４０％以上かつ５０％以下の幅を有し、
   前記上面は、前記切れ刃に沿って形成され、かつ負の角度を有するネガランドと、該ネガランドに接続し、かつ前記下面に平行な平坦面と、を有し
   前記ネガランドは、前記コーナ刃の両端部のうち前記内切れ刃に接続する一方の端部から他方の端部へ向かうに従い角度が大きくなる、
   切削インサート。
2. 前記切れ刃は、前記コーナ刃に接続し、かつ前記回転軸に平行な直線状のさらい刃を更に有し、
   前記さらい刃における前記稜線部では、前記上面が前記さらい刃に対して鈍角に交差している、
   請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記上面から前記下面まで貫通する貫通孔を更に備え、
   上面視したとき、前記上面から前記貫通孔を除いた領域における前記平坦面が占める割合が９０％以上である、
   請求項１又は２に記載の切削インサート。

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