JP4974764B2

JP4974764B2 - スローアウェイチップおよびそれを用いた切削工具

Info

Publication number: JP4974764B2
Application number: JP2007143293A
Authority: JP
Inventors: 琢也石田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP2007216385A

Description

本発明は、鋳鉄や鉄鋼の切削に用いるスローアウェイタイプの切削チップに関するものである。

従来、鋳鉄や鉄鋼の切削ではスローアウェイタイプの切削チップが用いられており、中には、切り屑によるすくい面の損傷を防止する目的でチップのすくい面にチップブレーカを形成したものや、切削抵抗による損傷等を防ぐためにすくい面外周部の切刃近傍にランドを設けたもの等、チップのすくい面形状に変化を持たせたチップが知られている。

チップブレーカおよびランドを形成した両面使いのスローアウェイチップでは、一般的にチップをひっくり返して用いる際に切刃部がホルダと接触して欠損することを防止するため、図５のようにランド２５の高さをすわり面２７（すくい面中央部）の高さよりも低くなる（ｈ＜０）ように設計される（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記従来のスローアウェイチップでは、特に衝撃が大きい切削条件で加工すると、チップ２１の固定（すわり）に最も影響するチップコーナー部３３の高さが低くなってしまうことからチップ２１の下面（すわり面）に位置する切刃部２４にうきが生じてしまう結果、チップ２１のすわりが悪く、切削時に特にチップコーナー部３３が振動し、チップ２１の下面に位置する切刃部２４がホルダの着座面に断続的に衝突して欠損（裏欠け）したり、切削時のチップのビビリ振動によって切削に関与する切刃２４にチッピングが発生する恐れがあった。

そこで、ランド２５と、このランド２５と相似形状からなる中央面２７とを設けた、いわゆる全周ブレーカにおいて、ランド２７と中央面２７の高さを同じにしてチップ２１のすわりを安定させ、裏欠け防止や切削抵抗を低減させるスローアウェイチップも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−３９３０６号公報特開平１１−２７７３０７号公報

しかしながら、この全周ブレーカタイプのチップ２１においても、片面の切削に刃先２４の欠損やクレータ摩耗によってすくい面のランド２５が損傷してしまうと、チップ２１を裏返して使用した際にチップ２１のすわりに最も影響するコーナー部３３のランド２５が損傷して接地面とならなくなる結果、すわりの安定性が落ちてしまい、チップ２１のうきやびびり等を抑制できずに工具損傷や加工面が粗くなる等の問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的はチップのすわりを安定させて切削時のチップの振動を防止し、裏欠けや切刃のチッピングを防止でき、使用した面を裏返してすわり面とした場合でもすわりの安定性を高いままに保持できるとともに平滑な仕上げ面が得られるスローアウェイチップを提供することにある。

本発明のスローアウェイチップは、略平板状のチップ本体を備え、該チップ本体の２つの主面がすくい面と着座面を、側面が逃げ面をなし、前記２つの主面と前記逃げ面との交差部に切刃を有して両面使用可能であり、ホルダに取り付けられて使用されるスローアウェイチップにおいて、前記チップ本体は、一方の主面に第１コーナーと、他方の主面に前記第１コーナーの裏側に位置する第２コーナーとを有し、前記２つの主面は、該各主面の周縁部に形成されたランド面と、平面視において前記第１及び第２コーナーに向かって伸びる第１突起部および該第１突起部の両側に形成されるとともに前記ランド面に向かって伸びる第２突起部と、をそれぞれ有しており、前記ランド面と前記第１突起部との間には凹部が位置しており、該凹部は、前記ランド面側に位置している曲面状のＲ１面と、該Ｒ１面に連続する曲面状のＲ２面と、該Ｒ２面に連続するとともに中央面側に位置している曲面状のＲ３面との３つのＲ面にて形成されているとともに、前記Ｒ１面の曲率半径：ｒ１、前記Ｒ２面の曲率半径：ｒ２および前記Ｒ３面の曲率半径：ｒ３が、ｒ１＞ｒ２およびｒ３＞ｒ２の関係を有し、前記スローアウェイチップの中心からチップ周縁部までの長さＬ１に対する前記スローアウェイチップの中心から前記突起部先端までの長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ１）が０．７〜０．９５であり、前記主面における前記中央面および前記ランド面の面積比率が５０〜９０％であり、前記第１コーナーおよび第２コーナーのうち、いずれか一方のコーナーにおける切刃が切削に関与する場合に、他方のコーナーが形成された主面において、前記他方のコーナーに位置するランド面が、前記第１突起部および第２突起部の頂面とともに、前記ホルダへの設置面となることを特徴とする。

また、前記第２突起部は、前記第１又は第２コーナーと、該第１又は第２コーナーと隣り合うコーナーと、の間に位置するランド面に向かって伸びていることが望ましい。

また、前記ランド面と前記第１突起部の頂面までの距離が、前記ランド面と前記第２突起部の頂面までの距離より大きいことが望ましい。

また、平面視において、前記チップ本体が四角形をなすことが望ましい。
また、本発明の切削工具は、前記スローアウェイチップと、前記スローアウェイチップを、前記ランド面、前記第１突起部の頂面および前記第２突起部の頂面を設置面として装着するホルダと、を備えることを特徴とする。

本発明に係るスローアウェイチップでは、チップのすわり面が端部まで安定し、切削に関与する切刃の裏側に位置する切刃がホルダから浮いた状態となることを防止して切削時の振動による裏欠けが発生することを抑制できるとともに、すわり面の拘束力を高めてビビリの発生を防止して切削に関与する切刃の欠損を防止でき、かつ、使用した面を裏返してすわり面とした場合でもすわりの安定性を高いままに保持できるとともに平滑な仕上げ面が得られる。

本発明の切削スローアウェイチップ(以下単にチップと呼ぶ)について、図１の平面図（ａ）と、側面図（ｂ）を用いて説明する。図1によれば、チップ1は略平板状の多角形からなり、すくい面および着座面を形成する主面２と側面に逃げ面３を有し、逃げ面３と主面２との交点に切刃４（切削に関与する切刃４ａ、着座面に位置する切刃４ｂ）を有する。さらに、主面２の周縁部に着座面と厚み方向に平行で、かつ平坦なランド面５を有し、また、チップ１の主面２の中央部に着座面と厚み方向に平行で、かつ平坦な中央面７を有するとともに、ランド面５と中央面７の間にブレーカとして機能する凹部６を設けている。

本発明によれば、中央面７にランド面５に向かって伸びる１つ以上の突起部８を設けるとともに、ランド面５の高さと、中央面７の少なくとも突起部８の頂面の高さとを同じとすることが大きな特徴であり、このようにすることでランド面５が接地面（すわり面）となり、チップ１の特にホルダと接する（着座面）切刃４ｂ部のすわりの安定性が向上し、切削時に切刃４ｂ部分にうきによるびびりや裏欠けが発生することを防ぐことができる。また、ランド面５のみでチップ１を支えてしまうと、ランド面５が切削による負荷でかけた場合、チップ１のすわりが不安定になるが、ランド面５とともに中央面７の中で少なくとも突起部８の頂面もすわり面とすることでランド面５にかかる切削の負荷を低減でき、かつ、よりチップ１の外側ですわりを得ることができるため、チップ１のすわりが安定し、チップ１のうきを抑制することができる。

すなわち、ランド面５が突起部８よりも低い位置にあると切削時にチップ１のうきが発生してしまい、チップ１の接地面側の切刃や中央面が断続的な衝撃を受けて裏欠けや欠損の原因となってしまう。他方、ランド面５が突起部８よりも高い位置にあると、すわりは安定し、うきの発生を抑えることができる反面、切削時の負荷がランド面５に集中してしまい、裏欠けや欠損を引き起こしてしまう。

また、切削時の摩耗や欠損等によってランド面５が損傷してしまうため、チップ１を裏返して使用した際に刃先４のランド面５が接地面とならなくなる。そのため、切削によって刃先４に荷重がかかると、刃先４の下の接地面が無いためすわりが安定せずにうきやびびりが発生してしまう。そこで、突起部８を設けるとすわり面がランド面５により近い位置にあるため、ランド面５が損傷した場合でもすわりの安定性を保持することができる効果もある。

なお、ランド面５と突起部８の高さを同じにするには、あらかじめランド面５と突起部８をともに設定値よりも高くなるように調整した焼結体を作製し、ランド面５と突起部８に同時に研削加工を施すことによってランド面５と突起部８の高さを調整可能である。また、ランド面５の高さと突起部８の高さが加工ばらつきによって０．０５ｍｍ以下の差が生じた場合であっても本発明の効果は失われない。

さらに、切削に影響しない程度にチップ１の外側に突起部８を複数配置することでチップ1のすわりをより向上することができる。そこで、突起部８の先端を図２に示すように、チップ１を平面視したときの角度αを鋭角、特に６０°以下とすることが、より多くの突起部８をチップ１のランド面５付近に配置できるため望ましい。

また、スローアウェイチップ１の突起部８の一つがスローアウェイチップ１のコーナー１３に向かって伸び、かつ、２つのコーナー１３の間に向かって伸びる１つ以上の突起部８を有することが望ましい。コーナー１３に向かう突起部８がすわりとなるとともにブレーカの効果をもつため、切り屑の排出方向を一定にすることができ、切削抵抗の低減することができる。さらに、コーナー１３とコーナー１３の間にもひとつ以上の突起部８を設けることですわりの安定性がより向上する。

なお、チップ１の中心からチップ周縁部までの長さＬ₁に対するチップ１の中心から突起部８の先端までの長さＬ₂の比（Ｌ₂／Ｌ₁）が０．７〜０．９５であることが、チップ１の着座面においてランド面５に欠損や加工ばらつきによるランド面５と中央面７との高さずれが発生した場合においても、チップ１、特に着座面の座り安定性を維持できる点で望ましい。すなわち、０．７以下であれば、ランド面５に欠損が発生したときに不安定となり、０．９５以上であれば加工ばらつきでランド面５と中央面７との高さのずれが発生したときに不安定となる。

なお、図１によれば、チップ１の中央には取付孔９が形成され、この取付孔９にボルト等（不図示）を螺合してネジ止め固定する構造となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ネジを用いない、いわゆるクランプオン方式の固定であってもよい。

さらに、ランド面５の幅を０．２〜０．５ｍｍとすることが切刃の強度、およびチップ１の着座面（接地面）におけるすわりの安定性を高めて裏欠けに対する強度を高めるとともに、切り屑の排出性の向上や切削抵抗の増大防止により欠損およびチッピングを防止する点で望ましい。

また、チップ１の要部拡大断面図である図２に示すように、本発明によればランド面５と中央面７の間にある凹部６を、ランド面５側のＲ１面１０と、Ｒ１面１０に連続し、図３では凹部６の底面に位置するＲ２面１１と、Ｒ２面に連続する中央面側のＲ３面１２との３つのＲ面からなることが切削抵抗を低減し、耐欠損性を向上させ、切り屑の排出をスムーズにし、切り屑のつまり等による損傷を防ぐブレーカとしての効果に加えて、すわりとなる中央面７および突起部８の面積を確保する点で望ましい。

ここで、上記凹部６の望ましい寸法は、切削抵抗を低減する点でＲ₁面１０の曲率半径を１５〜１７ｍｍ、切屑の流れを損なわず、凹部６（ブレーカ）の長さを短くしてすわりを確保する点でＲ₂面１１の曲率半径を１〜２ｍｍ、望ましくは１〜１．５ｍｍとし、さらには切り屑をスムーズに排出し、切り屑のつまりによる工具損傷を防ぐ点でＲ₃面１２の曲率半径を２２〜２４ｍｍとすることが望ましい。

また、切刃４はシャープエッジでもよいが、切刃４の刃先強度が増し、さらに切削抵抗を低減することができるため、刃先４のチッピングおよび欠損を防ぐことができる点で切刃４にＣ面またはＲ面加工を施すことが望ましい。

さらに、本発明によれば、図１に示すように、主面２における中央面７およびランド面５、すなわち接地面の面積比率が５０〜９０％であることが、すわりを安定させ、うきやびびりの発生を抑えて裏欠けやチッピングを防ぐ点で望ましい。

また、突起部８の中央面７と同じ高さに位置する先端８ａとランド面５との距離を０．
５ｍｍ以下とし、かつ図４に示すように突起部先端８ａの高さがランド面５に向かって１０〜６０度の角度でチップ１の厚み方向に傾斜しつつ減じていることが望ましく、これによって、主面を研磨加工するにつれてランド面５と突起部８の先端との間隔が狭まることを目視で確認できることから、作業者がランド面５と突起部先端８ａとの間隔を目視で確認することによって研磨加工状態を容易に確認でき、加工時の並行度のばらつきを防止することができる。

（実施例）
ＷＣ粉末に対してＣｏを１１重量％添加した混合粉末を、プレス成形で図１および表１に示す型式、平面形状で刃先を１面に２つの計４つになるように成形し、真空焼成した後、試料Ｎｏ．１〜６については焼結体の両主面の中央面およびランド面を研磨して同じ高さに調整した。なお、試料Ｎｏ．１〜６、８〜１１については、対向するコーナー部同士で中央面の突起形状を対称な形状にするとともに、先端に４５度の傾斜を設け、中央面の突起部先端とランド面との隙間（ｗ）を０．２ｍｍに設定することによって、目視によって研磨加工の平行度のバラツキを確認することができた。なお、試料Ｎｏ．７はブレーカを設けない従来の形状であり、試料Ｎｏ．８、９はランド面が突起部の高さより低い従来の形状であり、試料Ｎｏ．１０、１１はランド面が突起部の高さより高い従来の形状であり、試料Ｎｏ．１２はランド部と中央面の高さが同じで中央面に突起部がない従来の形状である。

また、すべての試料にはランド面の周縁部にホーニング処理（刃先処理）を施した後、ＣＶＤ法によって焼結体表面にＴｉＣＮ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＮからなる硬質膜を順にコーティングして試料Ｎｏ.１〜１１のスローアウェイチップを作製した。

得られたチップについて、チップを平板の上に置いたときの周縁部（ランド面の周縁端）と平板との隙間の最大値（ｈ）、中央面の突起部先端の位置（Ｌ₂／Ｌ₁の平均値）を測定し表１に示した。

また、得られたチップを用いて以下の条件での切削試験を行い、測定器を用いて切削時のうきの測定を行い、チップが欠損に至るまでの切削時間、被削材の加工面状態の観察を行った。また、切削試験は１つの試料につき、図１（ｂ）の刃先４ａ₁、４ａ₂で行った後、裏返して刃先４ｂ₁、４ｂ₂で行った。結果は表２に示した。

切削条件
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
切込み：４ｍｍ
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ
被削材：ＦＣ２５０４本溝つき
切削状態：乾式

表２より、ランド面と中央面の少なくとも突起部を同じ高さ（ｈ≦０．０５ｍｍ）とした試料Ｎｏ．１〜６では、刃先４ａ₁、４ａ₂、４ｂ₁、４ｂ₂すべての切刃において切削時におけるチップ周縁部のうきが１０μｍ以下であり、切削寿命が３００秒以上と長く、また、切刃以外の部位での欠損等の裏欠けおよび切削している切刃部分のチッピングも無く、優れた耐欠損性を示した。また、被削材の加工面を観察した結果、一様に滑らかな加工面となっていた。

これに対して、ブレーカを設けなかった試料Ｎｏ．７では、被削材の加工面が粗雑であった。

また、ランド面が突起部の高さより低い試料Ｎｏ．８、９では、うきが５０μｍ以上と大きく発生し、裏欠けが発生してしまい、かつ早期に切刃の欠損が発生して耐欠損性が悪かった。また、びびりによって加工面の面状態も悪くなった。

さらに、ランド面が突起部の高さより高い試料Ｎｏ．１０、１１では、うきの発生が小さいながらも発生し、ランド面に裏欠けが発生してしまった。そのため、びびりが発生し、切刃の欠損が早期に発生してしまい、被削材の加工面も悪かった。

また、中央面に突起部を設けず、ランド部と中央面の高さを同じとした試料Ｎｏ．１２では、刃先４ａ₁、４ａ₂の切削試験においてはうきも発生せず、切削時間も３００秒程度と長かった。しかしながら、刃先４ａ₁、４ａ₂での切削試験後に行う刃先４ｂ₁、４ｂ₂での切削試験は、先に行った切削試験によって刃先４ａ₁、４ａ₂のランド部が損傷し、接地面とならなかったため、うきが発生してしまい、切削時間も刃先４ａ₁、４ａ₂よりも短くなり、加工面もやや粗雑なものとなった。

本発明のスローアウェイチップの例を示した概略図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。図１のスローアウェイチップの部分拡大平面図である。図１(ｂ)中のＡ部の拡大断面概略図である。図１（ａ）中のＢ−Ｂ拡大断面概略図である。従来のスローアウェイチップの要部拡大断面図であり、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１：スローアウェイチップ
２：主面
３：逃げ面
４：切刃
４ａ₁、ａ₂：切削に関与する切刃
４ｂ₁、ｂ₂：ホルダと接する（着座面）切刃
５：ランド面
６：凹部
７：中央面
８：突起部
８ａ：突起部先端
９：取付け孔
１０：先端側のＲ面（Ｒ₁）
１１：Ｒ底面（Ｒ₂）
１２：中央面側のＲ面（Ｒ₃）
ｈ：ランド面と中央面の高さの差

Claims

略平板状のチップ本体を備え、該チップ本体の２つの主面がすくい面と着座面を、側面が逃げ面をなし、前記２つの主面と前記逃げ面との交差部に切刃を有して両面使用可能であり、ホルダに取り付けられて使用されるスローアウェイチップにおいて、
前記チップ本体は、一方の主面に第１コーナーと、他方の主面に前記第１コーナーの裏側に位置する第２コーナーとを有し、
前記２つの主面は、該各主面の周縁部に形成されたランド面と、平面視において前記第１及び第２コーナーに向かって伸びる第１突起部および該第１突起部の両側に形成されるとともに前記ランド面に向かって伸びる第２突起部と、をそれぞれ有しており、
前記ランド面と前記第１突起部との間には凹部が位置しており、該凹部は、前記ランド面側に位置している曲面状のＲ１面と、該Ｒ１面に連続する曲面状のＲ２面と、該Ｒ２面に連続するとともに中央面側に位置している曲面状のＲ３面との３つのＲ面にて形成されているとともに、前記Ｒ１面の曲率半径：ｒ１、前記Ｒ２面の曲率半径：ｒ２および前記Ｒ３面の曲率半径：ｒ３が、ｒ１＞ｒ２およびｒ３＞ｒ２の関係を有し、
前記スローアウェイチップの中心からチップ周縁部までの長さＬ１に対する前記スローアウェイチップの中心から前記突起部先端までの長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ１）が０．７〜０．９５であり、
前記主面における前記中央面および前記ランド面の面積比率が５０〜９０％であり、
前記第１コーナーおよび第２コーナーのうち、いずれか一方のコーナーにおける切刃が切削に関与する場合に、他方のコーナーが形成された主面において、前記他方のコーナーに位置するランド面が、前記第１突起部および第２突起部の頂面とともに、前記ホルダへの設置面となることを特徴とするスローアウェイチップ。
前記第２突起部は、前記第１又は第２コーナーと、該第１又は第２コーナーと隣り合うコーナーと、の間に位置するランド面に向かって伸びていることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイチップ。
前記ランド面と前記第１突起部の頂面までの距離が、前記ランド面と前記第２突起部の頂面までの距離より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスローアウェイチップ。
平面視において、前記チップ本体が四角形をなすことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスローアウェイチップ。
請求項１〜４のいずれかに記載のスローアウェイチップと、
前記スローアウェイチップを、前記ランド面、前記第１突起部の頂面および前記第２突起部の頂面を設置面として装着するホルダと、を備える切削工具。