JP4309526B2

JP4309526B2 - 溝入れ用スローアウェイチップ及び溝入れ加工方法

Info

Publication number: JP4309526B2
Application number: JP27598999A
Authority: JP
Inventors: 圭治鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001096405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋削加工に使用される溝入れ用スローアウェイチップ（以下、溝入れ用チップ、又は単にチップともいう）、及びこれを用いた溝入れ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の溝入れ用チップ１０１をすくい面１０３側からみた図であり、このものは、すくい面１０３側から見て切込み方向（図６中矢印Ａ方向）に垂直な前切れ刃（底切れ刃）１０７を備えている。このチップ１０１を用い、同図に示したように被削材（ワークともいう）Ｈに複数回の切込みで前切れ刃１０７の全刃幅Ｗより幅の広い溝Ｍを形成するにあたっては、２回目以降の切込みは全刃幅Ｗより幅の小さい加工代Ｋで切込むことになる。つまり、２回目以降の切込みではチップ１０１の前切れ刃１０７の途中（中間）部位によつて、それまでに切込み形成した溝の端壁面Т、つまり被削材の外周面と端壁面Тとのなす稜線Ｌを切り込むことになる。そして２回目以降の切込みでは幅方向の加工代（削り代）Ｋを一定にして切り込むのが普通である。
【０００３】
ところで、このように２回目以降の切込みにおいて、加工代Ｋを一定にして繰り返し切り込むときは、ワークＨの溝の端壁面（稜線Ｌ）Тがチップ１０１の前切れ刃１０７の同じ位置に当りながらの切削となる。したがって、このような溝加工では同端壁面Тより溝側に位置する切れ刃１０７の部分は１回目以外は切削に殆ど使用されない一方で、反対側に位置する切れ刃１０７の部分は常時切削に使用されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたことから、このような形態の溝加工に用いられるチップ１０１は、図７に示したように、前逃げ面１０５のうちワークＨの溝の端壁面Тが当る部位を中心として境界摩耗（ノッチ摩耗）等の異常摩耗Ｎが発生しやすいといった問題があった。そして、このような異常摩耗が発生すると、この摩耗部を起点としてチップ１０１が破損する危険性が高く、チップの短寿命化を招いていた。
【０００５】
こうした中、本願発明者において前切れ刃１０７の端縁に、形状や角度を変えた面取りを付与したチップ試料をつくり、その面取り部にワークＨの溝の端壁面が当るようにして試験加工を繰り返したところ、一定条件下においてチップ寿命の飛躍的延長が図られることを知るに至った。
【０００６】
本発明は、前記問題点及びこうした知見に基づいてなされたもので、溝入れ用チップにおける前記した加工に起因する境界摩耗等の異常摩耗の発生を抑制して同チップの寿命の延長を図ることをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために請求項１に記載の溝入れ用スローアウェイチップは、切込み方向に垂直な前切れ刃の少なくとも一方の端縁を、すくい面側から見て円弧状に面取りして該端縁に円弧状切れ刃を形成すると共に、その円弧半径を２ｍｍ以上としたことにある。
そして、請求項２に記載の本発明の溝入れ加工方法は、複数回の切込みで前切れ刃の全刃幅より幅の広い溝を被削材に旋削加工で形成するにあたって、２回目以降の切込みを全刃幅より幅の小さい加工代で切込んで溝入れ加工する方法において、下記の（１）の溝入れ用スローアウェイチップを用い、
２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面を前記傾斜状切れ刃によって切込むことを特徴とする。
（１）被削材に旋削加工で、複数回の切込みで前切れ刃の全刃幅より幅の広い溝を形成するのに使用される溝入れ用スローアウェイチップであって、
切込み方向に垂直な前切れ刃の少なくとも一方の端縁を、すくい面側から見て傾斜状に面取りして該端縁に傾斜状切れ刃を形成すると共に、切込み方向に引いた線（仮想線）と、該傾斜状切れ刃に沿って切込み側に引いた線（仮想線）とのなす角度をαとしたとき、この角度αを７０度以下とした溝入れ用スローアウェイチップ。
【０００８】
請求項２に記載の本発明では、該端縁に角度αが７０度以下の傾斜状切れ刃を形成してあるため、２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面をこの傾斜状切れ刃によって切込むことができる。
【０００９】
本発明者による試験結果からすると、角度αが７０度を超える場合には同角度αが９０度、つまり切込み方向に垂直なフラットの前切れ刃をもつチップによる切込みの場合と同様に異常摩耗が大きい。これに対し、このように角度αを７０度以下とすると、異常摩耗の発生が抑制でき、同チップの寿命の延長が図られる。このような作用ないし効果のメカニズムは明確でないが、溝の端壁面を切込む切れ刃の角度αが７０度以下であることにより、同切れ刃に対する切削抵抗が分散されるためと考えられる。
【００１０】
なお前記手段における角度αは、請求項２に記載の発明における７０度以下に代えて、請求項３に記載の発明のように、５０度以下とするのが異常摩耗の低減のために好ましい。ただし、請求項４に記載の発明のように、いずれにおいても角度αは３０度以上とするのが適切である。角度αが３０度より小さいと、傾斜状切れ刃の前逃げ面側からみた幅を確保しにくくなるためである。また、前記傾斜状切れ刃の前逃げ面側からみた幅は、狭すぎると同傾斜状切れ刃による溝の端壁面の切込みの設定がしにくくなる。こうしたことから、請求項５に記載の発明のように、前記傾斜状切れ刃の前逃げ面側からみた幅は２ｍｍ以上とするのが適切である。ただし、この幅は最大でも４ｍｍ以下とするのがよい。
【００１１】
また本発明の請求項１に記載の溝入れ用スローアウェイチップは、上記もしたように、切込み方向に垂直な前切れ刃の少なくとも一方の端縁を、すくい面側から見て円弧状に面取りして該端縁に円弧状切れ刃を形成すると共に、その円弧半径を２ｍｍ以上としたものである。
【００１２】
従来のような半径が０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の微小半径の面取りと異なり、このような大きさをもつ半径の円弧状切れ刃を設けたことから、すくい面側から見て、切込み方向に引いた線（仮想線）と、前記円弧状切れ刃のうち前記端壁面に当接する点で該円弧状切れ刃に切込み側に引いた接線（仮想接線）とのなす角度をβとしたとき、この角度βを７０度以下に設定して切込むことができる。すなわち、従来のような微小半径の面取りでは、このような設定は困難であるが、本発明のように円弧半径を２ｍｍ以上としたことでその設定が可能となることから、従来のような前逃げ面の異常摩耗の発生が抑制できる。なお、前記円弧半径は４ｍｍ以下とするのが適切である。
【００１３】
上記した傾斜状切れ刃をもつ前記溝入れ用スローアウェイチップを用いる本発明の請求項２〜５のいずれか１項に記載の溝入れ加工方法は、複数回の切込みで前切れ刃の全刃幅より幅の広い溝を被削材に形成するにあたって、２回目以降の切込みを全刃幅より幅の小さい加工代で切込んで溝入れ加工する方法において、２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面を前記傾斜状切れ刃によって切込むことにある。
【００１４】
また、本発明の請求項６に記載の溝入れ加工方法は、円弧半径が２ｍｍ以上の円弧状の面取りによる円弧状切れ刃をもつ前記溝入れ用スローアウェイチップを用いるときは、２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面を前記円弧状切れ刃によって切込むと共に、すくい面側から見て、切込み方向に引いた線（仮想線）と、前記円弧状切れ刃のうち前記端壁面に当接する点で該円弧状切れ刃に切込み側に引いた接線（仮想接線）とのなす角度をβとしたとき、この角度βを７０度以下として切込むことにある。この場合においては、本発明の請求項７に記載の溝入れ加工方法のように、角度βを７０度以下に代えて５０度以下として切込むのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の溝入れ加工に用いるスローアウェイチップ１の平面図（すくい面３側から見た図）及び要部拡大図であり、図２は前逃げ面５側から見た拡大図であり、図３は横逃げ面６側から見た図である。すなわち、このチップ１は１コーナータイプ（１つの前切れ刃をもつ形）のものであり、図１のようにすくい面３側から前切れ刃７を上にしてみた時、前切れ刃７の右端を傾斜状に面取りして傾斜状切れ刃９を形成したものである。ただし、傾斜状切れ刃９は、それに沿って切込み側に引いた線（２点鎖線）Ｓ１と、切込み方向（図１中矢印Ａ方向）に引いた線（２点鎖線）Ｓ２とのなす角度をαとしたとき、この角度αは７０度以下とされている。
【００１６】
なおチップ１の材質は、被削材に応じて適宜のものとすればよく、セラミックや超硬合金など、従来と同様の材質として具体化できる。また、前切れ刃７の左端には０．２ｍｍ程度の半径の微小面取りが付与されている。
【００１７】
図４は本発明の実施形態に係るスローアウェイチップ２１の要部拡大平面図であるが、すくい面２３側から見て前切れ刃２７の一端の面取りを図１に示したチップ１の傾斜に代えて円弧状とし、図示右端に円弧状切れ刃２９を形成すると共に、その円弧半径Ｒを例えば２〜３．２ｍｍとした点のみが相違するだけであるため、同一部位には同一の符号を付すに止める。
【００１８】
前記各チップ１、２１では、前切れ刃７、２７における一端縁（右端）に、傾斜状切れ刃９や円弧状切れ刃２９があることから、複数回の切込みで前切れ刃７、２７の全刃幅Ｗより幅の広い溝を形成するにあたって、２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面を、それぞれ傾斜状切れ刃９や円弧状切れ刃２９によって切込むことができる。そしてこの切込みにおいては、従来のように切込み方向に垂直（フラット）な前切れ刃が溝の端壁面に当らないようにすることができることから、前逃げ面５、２５の異常摩耗の発生が抑制でき、同チップの寿命の延長を図ることができる。
【００１９】
ここで、図１のチップ１について、全刃幅Ｗが７．９２５ｍｍ、傾斜状切れ刃９の幅Ｄ１が２ｍｍで、すくい面３側からみたバックテーパ角２度、前逃げ角及び横逃げ角がそれぞれ１１度、角度αが１０〜９０度のチップ試料を５個づつ作成した。ただし、チップの材質はＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣを主成分とするウィスカー系ものである。この試料を用いて図５に示したような試験加工（切削）をし、異常摩耗量（境界摩耗量）Ｎの最大値及びチップ破損に至るまでの加工距離を測定した。
【００２０】
なお、切削条件は次のようである。切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、送り量：０．０８ｍｍ／ｒｅｖ、ウエット切削。そして、被削材はインコネル７１８（時効処理品）製で直径３００ｍｍのもの。ただし、図５に示したようにこの試験では加工代Ｋが６．５ｍｍ一定の端面切削とし、被削材Ｈの端面（稜線Ｌ）Тが常に傾斜状切れ刃９の一定位置に当るようにして切り込むこととし、複数回の切込みで全刃幅より幅の広い溝を形成するにあたって、傾斜状切れ刃９の一定位置が溝の端壁面を切込むのと同一の切削条件とした。比較例として角度αが７０度を超えるものと、９０度のもの（フラットな前切れ刃）で被削材の端面を切込んだ。
【００２１】
チップの境界摩耗量（以下、単に摩耗量ともいう）の大きさについての結果は表１に示した通りである。ただし、この摩耗量Ｎは、被削材Ｈを直径１８０ｍｍまで端面旋削後、拡大鏡（３０倍）で拡大して測定した値である。なおその値は試料数５個の平均値である。以下同じ。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１に示したように、摩耗量Ｎは、角度αが７５度以上ある比較例（試料Ｎо．６〜Ｎо．８（面取りなし））では、０．７ｍｍ以上と大きかったのに対し、角度αが７０度以下である本発明範囲の試料（試料Ｎо．１〜Ｎо．５）では、０．５ｍｍ以下と小さかった。とくに、角度αが５０度以下のもの（試料Ｎо．１〜Ｎо．３）では摩耗量Ｎが０．３ｍｍ以下と極めて小さかった。これより、角度αは５０度以下とするのがより好ましいことが分かる。
【００２４】
次に同一の試料を別に各５個つくり、同様の試験加工をしてチップの破損（破壊）に至るまでの加工距離を測定した。結果は表２に示した通りである。
【００２５】
【表２】

【００２６】
表２に示したように、チップの破損に至るまでの加工距離は、角度αが７５度以上ある比較例（試料Ｎо．６〜Ｎо．８（面取りなし））では、１０５７ｍ以下と短かったのに対し、角度αが７０度以下である本発明範囲の試料（試料Ｎо．１〜Ｎо．５）では、１９６７ｍ以上と長かった。とくに、角度αが５０度以下のもの（試料Ｎо．１〜Ｎо．３）では２８００ｍ以上と極めて長かった。この結果からしても、傾斜状切れ刃を設ける場合にはチップの長寿命化が図られる事がわかるが、その角度αは５０度以下とするのがより好ましい。なお傾斜状切れ刃の前逃げ面側からみた幅の確保の点などより、角度αは前記もしたが３０度以上とするのが適切である。
【００２７】
さて次に、図４の形態のチップ２１について、前記試料と円弧状切れ刃とした点のみ変更した試料をつくり、同様の試験をした。境界摩耗量の大きさの結果は表３に示した通りである。なお、本形態のチップによる端面の試験加工は、すくい面２３側から見て、切込み方向に引いた線（２点鎖線）Ｓ２と、円弧状切れ刃２９のうち被削材の端面（周面と端面とのなす稜線）Тに当接する点で円弧状切れ刃に切込み側に引いた接線（２点鎖線）Ｓ３とのなす角度をβとしたとき、この角度βを７０度以下となるようにして端面切削したものである。なお、加工代は各試料とも６．５ｍｍとした。なお、試料Ｎо．１１、１２、１３は、円弧状半径２．０ｍｍの同一試料（チップ）であり、そのうち、試料Ｎо．１２、１３では加工代をそれぞれ６．７ｍｍ、７．３ｍｍとすることで角度βをかえて加工した。
【００２８】
【表３】

【００２９】
表３に示したように、境界摩耗量Ｎは、円弧状半径が２ｍｍ以下であり、角度βが７０度を超える比較例（試料Ｎо．９〜Ｎо．１１）では、０．６ｍｍ以上と大きかったのに対し、円弧状半径が２ｍｍ以上あり、角度βが７０度以下の試料（試料Ｎо．１２〜Ｎо．１６）では０．５ｍｍ以下と小さかった。とくに、円弧状半径が２ｍｍの試料で、角度βが４５度となるようにして試験加工した場合の境界摩耗量Ｎは０．３ｍｍ以下と極めて小さかった。これより、円弧状切れ刃を形成したものでは、角度βが５０度以下となるようにして加工するのがより好ましいことが分かる。
【００３０】
図４の形態のチップ２１についても、同一の試料を別に各５個つくり、同様の試験加工をしてチップの破損（破壊）に至るまでの加工距離を測定した。結果は表４に示した通りである。
【００３１】
【表４】

【００３２】
表４に示したように、チップの破損に至るまでの加工距離は、円弧状半径が２ｍｍ以下であり、角度βが７０度を超える比較例（試料Ｎо．９〜Ｎо．１１）では、１２３０ｍ以下と短かったのに対し、円弧状半径が２ｍｍ以上あり、角度βが７０度以下の試料（試料Ｎо．１２〜Ｎо．１６）では２２００ｍ以上と長かった。とくに、円弧状半径が２ｍｍの試料で、角度βが４５度となるようにして試験加工した場合の加工距離は３２００ｍ以上と極めて長かった。これより、円弧状切れ刃を形成したものでは、角度βが５０度以下となるようにして加工するのがより好ましいことが分かる。
【００３３】
なお、チップの構成素材（材質）について、前記形態ではウィスカー系チップ素材において適用したが、本発明はこれに限らず、被削材に応じて最適なチップ素材で形成すればよく、ちっ化珪素系チップ素材、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系チップ素材のようなセラミックのみならず、超硬合金などにおいても同様の効果が期待される。また、本発明のチップは外周面の溝入れ加工のみならず、内周面の溝入れ加工においても、さらには端面への溝入れ加工においても効果がある。
【００３４】
前記の各形態では、前切れ刃が１つのチップにおいて具体化したが、本発明は前切れ刃の数が２つのチップにおいても具体化できる。また本発明における傾斜状切れ刃又は円弧状切れ刃は前切れ刃の一方の端縁に形成したものとしたが、両端縁に形成したものとしても具体化できるなど、その要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更して具体化できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明及び試験結果から明らかなように、本発明の溝入れ用スローアウェイチップによれば、前記のような切削状態とすることによって、幅広の溝加工においてチップ寿命の飛躍的延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溝入れ加工に用いる溝入れ用スローアウェイチップの平面図及び要部拡大図。
【図２】図１のチップを前逃げ面側から見た拡大図。
【図３】図１のチップを横逃げ面側から見た拡大図。
【図４】本発明に係る溝入れ用スローアウェイチップの実施形態の平面図及び要部拡大図。
【図５】試験加工の状態の説明図。
【図６】従来の溝入れ用スローアウェイチップによる溝入れ加工の説明図。
【図７】図６の使用済みチップを前逃げ面側上方から見た図。
【符号の説明】
１、２１溝入れ用スローアウェイチップ。
３すくい面
５前逃げ面
７、２７前切れ刃
９傾斜状切れ刃
２９円弧状切れ刃
Ａ切込み方向
Ｗ前切れ刃の全刃幅
Ｓ１傾斜状切れ刃に沿って切込み側に引いた線（仮想線）
Ｓ２切込み方向に引いた線（仮想線）
Ｓ３端壁面に当接する点で円弧状切れ刃に切込み側に引いた接線（仮想接線）
Ｄ１傾斜状切れ刃の前逃げ面側からみた幅
Ｈ被削材
Т 溝の端壁面

Claims

切込み方向に垂直な前切れ刃の少なくとも一方の端縁を、すくい面側から見て円弧状に面取りして該端縁に円弧状切れ刃を形成すると共に、その円弧半径を２ｍｍ以上としたことを特徴とする溝入れ用スローアウェイチップ。
複数回の切込みで前切れ刃の全刃幅より幅の広い溝を被削材に旋削加工で形成するにあたって、２回目以降の切込みを全刃幅より幅の小さい加工代で切込んで溝入れ加工する方法において、下記の（１）の溝入れ用スローアウェイチップを用い、
２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面を前記傾斜状切れ刃によって切込むことを特徴とする溝入れ加工方法。
（１）被削材に旋削加工で、複数回の切込みで前切れ刃の全刃幅より幅の広い溝を形成するのに使用される溝入れ用スローアウェイチップであって、
切込み方向に垂直な前切れ刃の少なくとも一方の端縁を、すくい面側から見て傾斜状に面取りして該端縁に傾斜状切れ刃を形成すると共に、切込み方向に引いた線と、該傾斜状切れ刃に沿って切込み側に引いた線とのなす角度をαとしたとき、この角度αを７０度以下とした溝入れ用スローアウェイチップ。
請求項２において、
前記角度αを７０度以下に代えて、５０度以下とした、ことを特徴とする溝入れ加工方法。
請求項２又は３のいずれか１項において、
前記角度αが３０度以上あることを特徴とする溝入れ加工方法。
請求項２、３又は４のいずれか１項において、
前記傾斜状切れ刃の前逃げ面側からみた幅を２ｍｍ以上としたことを特徴とする溝入れ加工方法。
複数回の切込みで前切れ刃の全刃幅より幅の広い溝を被削材に形成するにあたって、２回目以降の切込みを全刃幅より幅の小さい加工代で切込んで溝入れ加工する方法において、請求項１に記載の溝入れ用スローアウェイチップを用い、２回目以降の切込みの際、それまでに被削材に形成した溝の端壁面を前記円弧状切れ刃によって切込むと共に、すくい面側から見て、切込み方向に引いた線と、前記円弧状切れ刃のうち前記端壁面に当接する点で該円弧状切れ刃に切込み側に引いた接線とのなす角度をβとしたとき、この角度βを７０度以下として切込むことを特徴とする溝入れ加工方法。
請求項６において、角度βを７０度以下に代えて５０度以下として切込むことを特徴とする溝入れ加工方法。