JP2024047455A - 切削インサート - Google Patents

Abstract

【課題】切りくずを細分化しやすく、耐久性に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１は、少なくとも刃部が焼結体１０から形成されている。焼結体１０は、刃部上面１３の一部の領域を下方に向かって陥没させた凹部であるチップブレーカ１４を有している。チップブレーカ１４は、下り傾斜面４１と、上り傾斜面４２と、切れ刃１２の遠位端を通る第１軸線Ｘ１に沿って突出した突出部４０と、第１軸線Ｘ１に直交するＹ軸方向から突出部４０に隣接する段差面４３と、を有している。突出部４０の上端４０Ｕは、上段の高さＨ１に形成されている。段差面４３は、第１軸線Ｘ１に最も近い部位において中段の高さＨ２に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、切削インサートに関する。

立方晶窒化ホウ素や多結晶ダイヤモンドを主成分とする焼結体は、硬度や熱伝導性に優れ、切削インサートの材料として好適な性質を有している。超硬合金等で形成された基体の端部に立方晶窒化ホウ素や多結晶ダイヤモンドを主成分とする焼結体の小片を接合した切削インサートが流通している。

立方晶窒化ホウ素焼結体や多結晶ダイヤモンド焼結体は難加工材であり、超硬合金と同様の形状のチップブレーカを設けることが困難であるが、例えばレーザを用いれば、立方晶窒化ホウ素焼結体や多結晶ダイヤモンド焼結体の表面を局所的に蒸発させて該表面が陥没した形状のチップブレーカを加工できる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００５／０６８１１７号

切りくずのような薄い板は、そのまま曲げてもなかなか折れない。とい（樋）のように湾曲させてからであれば僅かな曲げで折ることができる。特許文献１に開示されているチップブレーカは、突起部に切りくずを衝突させてといのように湾曲させる。

しかるに、高切込みになるにつれて切りくずは幅広になる。特許文献１の図２に開示されているようなチップブレーカでは、突起部の先端のみで切りくずを処理できるうちはよいが、切りくずが幅広になって突起部の先端のみでなく該先端の周囲にも接触するようになると、切りくずを湾曲させる作用が弱くなる。特許文献１の図５に開示されているような形状のチップブレーカでは、切りくずが幅広になっても突起部との接触面積が小さいままであり、安定して切りくずを湾曲させることができるものの、突起部の先端が摩滅しやすい。

そこで、本発明は、切りくずを細分化しやすく、耐久性に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、少なくとも刃部が焼結体から形成されている。切削インサートは、インサート上面と、該インサート上面とは反対側のインサート下面と、を有している。刃部は、多角形に形成されたインサート上面の頂部に設けられている。インサート上面からインサート下面への向きを下向き、インサート下面からインサート上面への向きを上向きとしたとき、焼結体は、上方を向いた刃部上面と、刃部上面の外縁に形成された切れ刃と、刃部上面の一部を下方に向かって陥没させたチップブレーカと、を有している。インサート上面の重心及びインサート下面の重心を通る重心軸に直交する直線であって該重心軸から最も遠い切れ刃の遠位端を通る第１軸線に平行な方向をＸ軸方向とし、該Ｘ軸方向及び上下方向の双方に交差する方向をＹ軸方向としたとき、チップブレーカは、Ｘ軸方向において切れ刃から遠ざかるに従って下段の高さまで下降する下り傾斜面と、Ｘ軸方向において切れ刃から遠ざかるに従って下段の高さから上昇する上り傾斜面と、重心軸から切れ刃への向きに第１軸線に沿って突出した突出部であって、突出端が下り傾斜面に対向する突出部と、Ｙ軸方向における少なくとも一方から突出部に隣接する段差面と、を有している。突出部の上端は、下段の高さよりも高い上段の高さに形成されている。段差面は、上方を向いた面であって、第１軸線に最も近い部位において、上段の高さよりも低く、かつ、下段の高さよりも高い中段の高さに形成されている。

この態様によれば、突出部に隣接して該突出部よりも高さが低い段差面が形成されたため、段差面が形成されていない場合と比較して突出部が第２方向に幅狭になる。上段の高さにおいて切りくずとの接触面積が小さくなるため、切りくずをといのように湾曲させて切りくずを細分化しやすくなる。一方で、段差面が下り傾斜面の底よりも高い位置にあるため、段差面は下り傾斜面の底との間に上り傾斜面を有している。高切込みで切りくずが幅広になったとき、突出部の突出端だけでなく、上り傾斜面にも切りくずを分散させることができるため、突出部が摩滅しにくくなる。耐久性に優れた切削インサートを提供することができる。

上記態様において、段差面は、Ｙ軸方向において第１軸線から遠ざかるに従って中段の高さから上昇するように傾斜していてもよい。

この態様によれば、突出部に近い部位では段差面の高さが低いため、切りくずとの接触面積が小さく切りくずを湾曲させやすい。突出部から遠い部位では、上り傾斜面の面積が大きく負荷を分散させやすい。

上記態様において、突出端は、円錐面に形成されていてもよい。

この態様によれば、突出端が円錐面で切りくずに面接触するため、切りくずに線接触するような鋭い突出端の場合と比較して摩滅しにくい。耐久性に優れた切削インサートを提供することができる。

上記態様において、切れ刃は、円弧状に形成されたコーナ切れ刃と、コーナ切れ刃よりも曲率半径が大きい円弧状に形成され、コーナ切れ刃の一端に連続するさらい刃と、を含んでいてもよい。

さらい刃があると、仕上げ面の品位が向上する一方で幅広の切りくずが生じやすい。この態様によれば、幅広の切りくずが生じても効率的に細分化できるため、さらい刃を有する切削インサートにとりわけ好適である。

上記態様において、焼結体は、立方晶窒化ホウ素又は多結晶ダイヤモンドを主成分とする焼結体であってもよい。

この態様によれば、加工しにくい立方晶窒化ホウ素又は多結晶ダイヤモンドを主成分とする焼結体であっても、切りくずを細分化しやすく、耐久性にも優れたチップブレーカを設けることができる。

本発明によれば、切りくずを細分化しやすく、耐久性に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の切削インサートの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示された焼結体を拡大して示す斜視図である。 図３は、図１に示された焼結体をＹ軸方向から見た側面図である。 図４は、図１に示された焼結体をＸ軸方向から見た正面図である。 図５は、図１に示された焼結体をＺ軸方向から見た平面図である。 図６は、図５中のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。 図７は、図５中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図８は、図５中のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 図９は、図５中のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。 図１０は、図１に示された切削インサートの変形例を示す斜視図である。

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。以下、図面を参照して各構成について詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態の切削インサート１の一例を示す斜視図である。切削インサート１は、少なくとも刃部が焼結体で形成されている。

図示した例では、切削インサート１が、ホルダに取り付けられて旋削工具を構成する菱形の切削インサートであり、基体２の鋭角の頂点の各々に基体２よりも硬い焼結体１０の小片が接合されている。基体２は、超硬合金等の材料から形成されている。焼結体１０は、例えば、立方晶窒化ホウ素や多結晶ダイヤモンドを含有する焼結体から形成されている。

多結晶ダイヤモンドを主成分とする多結晶ダイヤモンド焼結体は、高圧高温下でダイヤモンド粉末を金属やセラミックス等の結合材で焼結したものであり、超硬合金と比べて硬度や熱伝導性に優れ、切削工具として好適な性質を有している。立方晶窒化ホウ素を主成分とする立方晶窒化ホウ素焼結体は、高圧高温下で立方晶窒化ホウ素粉末を金属やセラミックス等の結合材で焼結したものであり、多結晶ダイヤモンド焼結体に次ぐ硬度や高い熱伝導率を有し、鉄と反応しにくい等、切削工具として好適な性質を有している。

切削インサート１は、多角形に形成されたインサート上面３と、インサート上面３とは反対側のインサート下面４と、インサート上面３とインサート下面４との間を繋ぐインサート周側面５と、インサート上面３とインサート下面４とを貫通する取付け孔６と、を有している。図示した例では、基体２が、インサート上面３、インサート下面４、インサート周側面５及び取付け孔６を有している。切削インサート１の刃部は、多角形に形成されたインサート上面３の頂点及びその近傍を含む頂部に設けられている。

図示した例では、インサート上面３が正多角形であって該インサート上面３の中心と重心とが一致し、取付け孔６の中心軸が後述する重心軸Ｏと一致している。切削インサート１の形状は、図示した例に限定されず、他の形状であってもよい。例えば、基体２のインサート上面３からインサート下面４まで延在する焼結体１０を基体２の刃部に接合し、インサート上面３及びインサート下面４の両面の刃部を使用可能に構成してもよい。例えば、切削インサート１の一部ではなく全体を焼結体で構成してもよい。図示したように切削インサート１の刃部以外を基体２で構成すると、全体を焼結体で構成した場合と比べて高価な焼結体の使用量を減らすことができる。

以下の説明において、インサート上面３からインサート下面４への向きを下向き、インサート下面４からインサート上面３への向きを上向きとする。上下方向を図１中にＺ軸で示す。インサート上面３の重心及びインサート下面４の重心を通る中心軸を図１中に符号Ｏで示す。中心軸Ｏに直交し、焼結体１０の切れ刃１２の遠位端を通る直線を第１軸線Ｘ１とする。第１軸線Ｘ１に平行な方向をＸ軸方向とし、該Ｘ軸方向及び上下方向の双方に交差する方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向を図１中にＸ軸で示し、Ｙ軸方向を図１中にＹ軸で示す。Ｘ軸方向を前後方向と呼び、Ｙ軸方向を左右方向と呼んでもよい。

図２は、図１に示された焼結体１０を拡大して示す斜視図である。図３は、図１に示された焼結体１０をＹ軸方向から見た側面図である。図４は、図１に示された焼結体１０をＸ軸方向から見た正面図である。図２乃至図４に示すように、焼結体１０は、上を向いた刃部上面１３と、刃部上面１３の外縁に形成された切れ刃１２と、刃部上面１３とは反対側から切れ刃１２に臨む逃げ面１１と、刃部上面１３の一部の領域を下方に向かって陥没させた凹部であるチップブレーカ１４と、を有している。刃部上面１３の外縁は、該刃部上面１３と逃げ面１１とが交差する稜線（第１交差線）Ｒ１である。

図示した例では、切削インサート１のインサート上面３及び刃部上面１３に負のランド角を有するランド（ネガランド）が設けられており、刃部上面１３は、ランド１３Ａと、上端面１３Ｂと、を含んでいる。ランド１３Ａは、チップブレーカ１４に形成された下り傾斜面４１とともに切れ刃１２のすくい面として機能する。切削インサート１の刃部は、切れ刃１２と、該切れ刃１２に臨む逃げ面１１及びすくい面と、で構成されている。

ランド１３Ａを第１すくい面１３Ａと呼び、下り傾斜面４１を第２すくい面４１と呼んでもよい。図示しないが、ランド１３Ａと上端面１３Ｂとが面一に形成されていてもよい。その場合、第１すくい面１３Ａは、ランド角がゼロのランド（フラットランド）に形成される。

チップブレーカ１４は、下り傾斜面４１と、上り傾斜面４２と、突出部４０と、段差面４３と、壁面４５と、を有している。下り傾斜面４１は、ランド１３Ａに臨む位置に形成され、Ｘ軸方向において切れ刃１２から遠ざかるに従ってランド１３Ａの高さから該ランド１３Ａよりも低い下段の高さＨ１（図７参照）に下降するように傾斜している。

下段の高さＨ１は、チップブレーカ１４の底の高さであり、チップブレーカ１４において最も低い。上り傾斜面４２は、Ｘ軸方向において下り傾斜面４１よりも切れ刃１２から遠い位置に形成され、Ｘ軸方向において切れ刃１２から遠ざかるに従ってチップブレーカ１４の底すなわち下段の高さＨ１から上昇するように傾斜している。

突出部４０は、第１軸線Ｘ１に沿って重心軸Ｏから切れ刃１２への向きに突出している。突出部４０の上端４０Ｕは、上段の高さＨ３（図７参照）に形成されている。図示した例では、上段の高さＨ３が、チップブレーカ１４の上端である刃部上面１３の上端面１３Ｂの高さと一致している。図示しないが、上段の高さＨ３は、上端面１３Ｂよりも低くてもよい。突出部４０の突出端４４は、円錐面に形成され、すくい面を構成する下り傾斜面４１に対向している。

段差面４３は、Ｙ軸方向における少なくとも一方から突出部４０に隣接している。図示した例では、突出部４０を挟んで左右対称の段差面４３が形成され、Ｙ軸方向における左右両方から突出部４０に隣接している。換言すると、段差面４３が突出部４０によってＹ軸方向に二分されている。段差面４３は、後述する中段の高さＨ２（図７参照）に形成されている。壁面４５は、段差面４３と刃部上面１３の上端面１３Ｂとの間を繋いでいる。壁面４５は、上り傾斜面４２よりも勾配が大きい。

図５は、図１に示された焼結体１０をＺ軸方向から見た平面図である。図５に示すように、刃部上面１３のランド１３Ａと逃げ面１１とが交差する稜線を第１交差線Ｒ１とし、段差面４３と上り傾斜面４２とが交差する稜線を第２交差線Ｒ２とし、段差面４３と突出部４０とが交差する谷筋を第３交差線Ｒ３とする。第３交差線Ｒ３は、第１交差線Ｒ１から遠ざかる向きへ第２交差線Ｒ２よりも後退している。

図６乃至図９は、図５中のＶＩ－ＶＩ線、ＶＩＩ－ＶＩＩ線、ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線、ＩＸ－ＩＸ線の各々に沿う断面図である。図６に示すように、突出端４４は、すくい面を構成する下り傾斜面４１に対向しており、該下り傾斜面４１から流出した切りくずが突出端４４に衝突する。図７に示すように、段差面４３は、上方を向いた面であって、第１軸線Ｘ１に最も近い部位４３Ｌにおいて、上段の高さＨ３よりも低く、かつ、下段の高さＨ１よりも高い中段の高さＨ２に形成されている。

本発明の切削インサート１は、段差面４３の下端４３Ｌが、チップブレーカ１４の底よりも高い中段の高さＨ２に形成されているため、図７及び図８に示すように、チップブレーカ１４の底と段差面４３との間には、上り傾斜面４２があることが特徴の一つである。図９に示すように、段差面４３は、Ｙ軸方向において第１軸線Ｘ１から遠ざかるに従って中段の高さＨ２から上段の高さＨ３に近づくように傾斜している。そのため、突出部４０から離れた位置で上り傾斜面４２が上下方向Ｚに大きくなる。

以上のように構成された本実施形態の切削インサート１は、段差面４３が形成されていない場合と比較して、突出部４０が第２方向Ｙに幅狭になる。切りくずをといのように湾曲させやすくなり、切りくずを細分化しやすくなる。また、段差面４３が中段の高さＨ２であって段差面４３とチップブレーカ１４の底との間に上り傾斜面４２があるため、高切込み加工で切りくずが幅広になったとき、突出部４０の突出端４４に作用する負荷を上り傾斜面４２に分散させることができる。突出部４０の突出端４４が摩滅しにくく、耐久性に優れている。

図１０は、図１に示された切削インサートの変形例を示す斜視図である。図１０に示すように、切れ刃１２は、円弧状に形成されたコーナ切れ刃２１と、コーナ切れ刃２１よりも曲率半径が大きい円弧状に形成され、コーナ切れ刃２１の一端に連続するさらい刃２２と、を含んでいてもよい。さらい刃２２があると、幅広の切りくずが生じやすい。本発明によれば、幅広の切りくずが生じても効率的に細分化できるため、さらい刃２２を有する切削インサート１にとりわけ好適である。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。例えば、インサート上面３が第１軸線Ｘ１を通るＸＺ平面に対して鏡面対称な勝手なしの切削インサート１を図示したが、本発明の切削インサート１は、鏡面対称でない左勝手又は右勝手であってもよい。その場合、段差面４３はＹ軸方向において突出部４０の左右いずれか一方のみに形成してもよい。

１…切削インサート、２…基体、３…インサート上面、４…インサート下面、５…インサート周側面、６…取付け孔、１０…焼結体、１１…逃げ面、１２…切れ刃、１３…刃部上面、１３Ａ…ランド（第１すくい面）、１３Ｂ…上端面、１４…チップブレーカ（凹部）、２１…コーナ切れ刃、２２…さらい刃、４０…突出部、４０Ｕ…突出部の上端、４１…下り傾斜面（第２すくい面）、４１Ｌ…下り傾斜面の下端、４２…上り傾斜面、４３…段差面、４３Ｌ…段差面の下端、４４…突出端、４５…壁面、Ｈ１…下段の高さ、Ｈ２…中段の高さ、Ｈ３…上段の高さ、Ｏ…インサート上面の重心軸、Ｒ１…第１交差線、Ｒ２…第２交差線、Ｒ３…第３交差線、Ｘ…Ｘ軸方向、Ｘ１…第１軸線、Ｙ…Ｙ軸方向、Ｚ…上下方向。

Claims (5)

1. 少なくとも刃部が焼結体から形成されている切削インサートであって、
   インサート上面と、該インサート上面とは反対側のインサート下面と、を有し、
   前記インサート上面から前記インサート下面への向きを下向き、前記インサート下面から前記インサート上面への向きを上向きとしたとき、
   前記焼結体は、
   上方を向いた刃部上面と、
   前記刃部上面の外縁に形成された切れ刃と、
   前記刃部上面の一部を下方に向かって陥没させたチップブレーカと、を有し、
   前記インサート上面の重心及び前記インサート下面の重心を通る重心軸に直交する直線であって該重心軸から最も遠い前記切れ刃の遠位端を通る第１軸線に平行な方向をＸ軸方向とし、該Ｘ軸方向及び上下方向の双方に交差する方向をＹ軸方向としたとき、
   前記チップブレーカは、
   前記Ｘ軸方向において前記切れ刃から遠ざかるに従って下段の高さまで下降する下り傾斜面と、
   前記Ｘ軸方向において前記切れ刃から遠ざかるに従って前記下段の高さから上昇する上り傾斜面と、
   前記重心軸から前記切れ刃への向きに前記第１軸線に沿って突出した突出部であって、突出端が前記下り傾斜面に対向する突出部と、
   前記Ｙ軸方向における少なくとも一方から前記突出部に隣接する段差面と、を有し、
   前記突出部の上端は、前記下段の高さよりも高い上段の高さに形成され、
   前記段差面は、上方を向いた面であって、前記第１軸線に最も近い部位において、前記上段の高さよりも低く、かつ、前記下段の高さよりも高い中段の高さに形成されている、
   切削インサート。
2. 前記段差面は、前記Ｙ軸方向において前記第１軸線から遠ざかるに従って前記中段の高さから上昇するように傾斜している、
   請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記突出端は、円錐面に形成されている、
   請求項１に記載の切削インサート。
4. 前記切れ刃は、
   円弧状に形成されたコーナ切れ刃と、
   前記コーナ切れ刃よりも曲率半径が大きい円弧状に形成され、前記コーナ切れ刃の一端に連続するさらい刃と、を含んでいる、
   請求項１に記載の切削インサート。
5. 前記焼結体は、立方晶窒化ホウ素又は多結晶ダイヤモンドを主成分とする焼結体である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の切削インサート。

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