JP4999575B2

JP4999575B2 - 切削工具

Info

Publication number: JP4999575B2
Application number: JP2007169696A
Authority: JP
Inventors: 隆司徳永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: JP2009006437A

Description

本発明は切削工具に関し、特にコーナー部の切刃における耐熱衝撃性を高めた切削工具に関する。

金属等の切削に用いられる切削工具は最近要求が厳しくなっており、長寿命化はもちろんのこと切削工具が使用される切削条件も高速切削や難削材の加工等の厳しい条件で使用される傾向にある。このような切削工具においては、加工条件が厳しくなるにつれて切削時に切刃が高温になり、高温になった切刃を含むコーナー部分が熱衝撃によって大きく欠損することが発生している。特に、Ｔｉを主成分とするサーメットは超硬合金に比べて熱伝導率が低いために、切削時に切刃に熱がこもって高温となりやすい。そして、高温になったコーナー部の切刃とそれに続く温度が上がりにくい辺部切刃との間で大きな温度差ができる結果、熱衝撃によって切刃から近い位置にクラックが発生し、これが進展してコーナー部全体が欠損して大きく損傷してしまうことがあった。

そこで、例えば特許文献１には、ブレーカ溝の底面に切屑が接触しないような凹部を形成することによって、切屑のブレーカ溝への接触面積を小さくして切刃近傍のみが高温となるのを防止して、サーマルクラックの発生・進行を抑制できることが記載されている。
特開平４−２９４９１１号公報

上記特許文献１の構成からなる切削工具のように、ブレーカ溝の底面に切屑が接触しないようにして切削時の切刃の温度を下げる方法では、切刃の温度が下がってサーマルクラックの進行を抑制する効果はある。しかしながら、この方法ではコーナー部の切刃とそれに続くブレーカ壁が最も高温となるという温度分布は存在するので、高温となったコーナー部の切刃と温度が低いそれに続く辺部の切刃との温度差は依然として解消されなかった。そのため、コーナー切刃に続く辺部切刃に切削時に発生する温度差に起因する熱膨張挙動の違いからコーナー部のＲ形状切刃に続く切刃の特定の位置には大きな歪みが発生しており、熱衝撃によってこの特定位置からクラックが発生して進展していき、最終的にはコーナー部ごと大きく欠損してしまうことは解消されなかった。

そこで、本発明の切削工具は上記問題を解決するためのものであり、その目的は、コーナー部近傍の切刃で切削時の温度差により発生する大きな損傷を抑制した切削工具を提供することである。

本発明の切削工具は、多角形板状で、２つの主面それぞれをすくい面および着座面とし、側面を逃げ面とし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜を切刃とするとともに、該切刃の前記すくい面のコーナー部は曲率半径Ｒの円弧形状のコーナー切刃とし、前記すくい面の前記切刃に続く外周部にランドを設け、前記すくい面の少なくとも前記コーナー部の前記ランドに続く中央側にブレーカ溝とブレーカ壁とを順に設けた切削工具において、前記コーナー切刃および該コーナー切刃の近傍の前記ランドに続く前記ブレーカ溝の前記ランド側の壁面に複数の突起が並んだ突起列を設けるとともに、前記複数の突起のうちの前記コーナー切刃に最も近い位置に配置された第１の突起に隣接する第２の突起を前記コーナー部の頂点から前記曲率半径Ｒの長さの２倍以下の距離で配置され、前記複数の突起の高さが前記コーナー部の頂点から遠ざかるにつれて高くなっているものである。
また、本発明の切削工具は、多角形板状で、２つの主面それぞれをすくい面および着座面とし、側面を逃げ面とし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜を切刃とするとともに、該切刃の前記すくい面のコーナー部は曲率半径Ｒの円弧形状のコーナー切刃とし、前記すくい面の前記切刃に続く外周部にランドを設け、前記すくい面の少なくとも前記コーナー部の前記ランドに続く中央側にブレーカ溝とブレーカ壁とを順に設けた切削工具において、前記コーナー切刃の近傍の前記ランドに続く前記ブレーカ溝の前記ランド側の壁面に複数の突起が並んだ突起列を設けるとともに、前記複数の突起のうちの前記コーナー切刃に最も近い位置に配置された第１の突起に隣接する第２の突起を前記コーナー部の頂点から前記曲率半径Ｒの長さの２倍以下の距離で配置され、前記複数の突起が前記コーナー部の先端から遠ざかるにつれて前記切刃に平行な方向の幅が長くなっているものである。

ここで、上記構成において、前記コーナー切刃の曲率半径Ｒの長さの２倍以下の間隔で隣接する前記突起を配置したことが望ましい。

さらに、隣接する２つの前記突起の頂点を結んだ線分の中点を通って前記切刃に直交する垂線それぞれに沿って前記ブレーカ溝の前記ブレーカ壁側の壁面が出っ張っているか、または隣接する２つの前記突起の頂点を結んだ線分の中点を通って前記切刃に直交する垂線それぞれに沿った前記ブレーカ溝の前記ブレーカ壁側の壁面にサブ突起をそれぞれ設けて形成される複数の前記サブ突起が並んだ２列目の突起列を設けることが望ましい。

本発明の切削工具によれば、コーナー切刃の近傍のランドに続くブレーカ溝における前記ランド側の壁面に複数の突起が並んだ突起列を設けるとともに、前記複数の突起のうちの前記コーナー切刃に最も近い位置に配置された第１の突起に隣接する第２の突起を前記コーナー部の頂点から前記曲率半径Ｒの長さの２倍以下の距離で配置されてなり、前記複数の突起の高さが前記コーナー部の頂点から遠ざかるにつれて高くなっている、もしくは前記複数の突起が前記コーナー部の先端から遠ざかるにつれて前記切刃に平行な方向の幅
が長くなっていることによって、切削時のコーナー切刃とそれに続く辺部切刃の温度上昇を分散させてコーナー切刃近傍の切刃において切削時に緩やかな温度変化となるように制御することができ、結果的に熱衝撃によってコーナー部ごと欠損によって損傷することを抑制できる。

ここで、前記コーナー切刃の曲率半径Ｒの長さの２倍以下の間隔で隣接する前記突起を配置したことによって、コーナー部に切削時の発熱が集中することを抑制して発熱を辺部にも分散できる。

また、前記複数の突起の高さが前記コーナー部の先端から遠ざかるにつれて高くなっていることによって、コーナー部から離れた辺部でも積極的に切削時に発熱させてコーナー部と辺部との温度差を抑制できる。

さらに、隣接する２つの前記突起の頂点を結んだ線分の中点を通って前記切刃に直交する垂線それぞれに沿って前記ブレーカ溝の前記ブレーカ壁側の壁面が出っ張っているか、または隣接する２つの前記突起の頂点を結んだ線分の中点を通って前記切刃に直交する垂線それぞれに沿った前記ブレーカ溝の前記ブレーカ壁側の壁面にサブ突起をそれぞれ設けて形成される複数の前記サブ突起が並んだ２列目の突起列を設けたことによって、１列目の突起列が摩耗した場合でもコーナー切刃に続くブレーカ溝に切屑が接触する面積が大きくならずコーナー部が局所的に高温となることを防止できる。

また、前記複数の突起が、前記コーナー部の先端から遠ざかるにつれて前記切刃に平行な方向の幅が長くなっていることが、切削時にコーナー切刃よりもそれに続く辺部により多く被削材を接触させて辺部切刃に温度上昇分を分散させることにより、コーナー切刃とそれに続く辺部切刃との間での温度差を小さくして耐熱衝撃性を高めることができる。

本発明の切削工具の一例について、スローアウェイチップ１の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である図１、図１中のＸ領域部分についての要部拡大図である図２、および図２の要部拡大断面図である図３、図４を基に説明する。

図１〜４に示すように、スローアウェイチップ（以下単にチップと略す。）１は、多角形板状で、２つの主面それぞれをすくい面２および着座面３とし、側面を逃げ面４とし、すくい面２と逃げ面４との交差稜を切刃５とするとともに、切刃５のすくい面２のコーナー部６は曲率半径Ｒの円弧形状のコーナー切刃７としている。また、コーナー切刃７に続いて辺部切刃９が形成されている。さらに、すくい面２の切刃５に続く外周部にランド８を設け、すくい面２の少なくともコーナー部６のランド８に続く中央側にブレーカ溝１０とブレーカ壁１１とを順に設けた構成からなる。なお、図１によれば、すくい面２上にはブレーカ壁１１以外に複数の島状突起１２が設けられ、ブレーカ壁１１および島状突起１２とこれらの間を連結する中間壁１３によってすくい面２の中央部が囲まれた形状からなる。

そして、本発明によれば、コーナー切刃７およびコーナー切刃７の近傍のランド８に続くブレーカ溝１０のランド８側の壁面に複数の突起１４が並んだ突起列１５を設けるとともに、突起列１５のコーナー切刃７に最も近い位置に配置された第１の突起１４ａに隣接する第２の突起１４ｂをコーナー切刃７の先端から曲率半径Ｒの長さの２倍以下の距離Ｌ_１（Ｌ_１≦２Ｒ）で配置している。これによって、切削時のコーナー切刃７とそれに続く辺部切刃９の温度上昇を分散させてコーナー切刃７近傍の辺部切刃９において切削時の温度変化が緩やかとなるように制御することができ、結果的に熱衝撃によってコーナー部６ごと欠損によって損傷することを抑制できる。

ここで、第１の突起１４ａと第２の突起１４ｂとの間以外の隣接する突起１４の間、すなわち、第２の突起１４ｂとそのコーナー部６から遠ざかる側に隣接する第３突起１４ｃとの間や、第３の突起１４ｃとそのコーナー部６から遠ざかる側に隣接する第４突起１４ｄとの間をコーナー切刃７の曲率半径Ｒの長さの２倍以下の間隔Ｌ_２、Ｌ_３（ただし、Ｌ_２、Ｌ_３≦２Ｒ）で配置したことによって、切削時の発熱を辺部切刃９にも分散して発熱がコーナー切刃７に集中することを抑制できる。

また、隣接する２つの突起の頂点１４を結んだ線分の中点を通って切刃１４に直交する垂線それぞれに沿ってブレーカ壁１１が出っ張っているか、または隣接する２つの突起１４の頂点を結んだ線分の中点を通って切刃１４に直交する垂線それぞれに沿ったブレーカ溝９のブレーカ壁１１側の壁面にサブ突起１６をそれぞれ設けて、２列目の突起列１７を設けたことが、１列目の突起列が摩耗した場合でもブレーカ溝１０に切屑が接触する面積が大きくならずコーナー切刃７が局所的に高温となることを防止できる点で望ましい。

ここで、上記構成について図面によって具体的に説明する。ブレーカ壁１１が出っ張っているとは、図２（ｂ）および図３に示すように、隣接する２つの突起１４の頂点（ｐ_ｂ、ｐ_ｃ）を結んだ線分の中点ｐ_３を通って切刃５に直交する垂線での断面における切刃５からブレーカ壁１１の頂面先端ｐ_４間の距離Ｌ_ｂ（Ｂ−Ｂ断面図参照）が、突起１４の頂点ｐ_ｃを通って切刃１４に直交する垂線における断面における切刃５からブレーカ壁１１の頂面先端ｐ_５間の距離Ｌ_ｃ（Ｃ−Ｃ断面図参照）よりも短い（Ｌ_ｂ＞Ｌ_ｃ）ことを指す。また、同様に、隣接する２つの突起１４の頂点（ｐ_ｃ、ｐ_ｄ）を結んだ線分の中点ｐ_６を通って切刃５に直交する垂線での断面における切刃５からブレーカ壁１１の頂面先端ｐ_７間の距離（図示せず）も、突起１４の頂点ｐ_ｃを通って切刃１４に直交する垂線における断面における切刃５からブレーカ壁１１の頂面先端ｐ_５間の距離Ｌ_ｃ（Ｃ−Ｃ断面図参照）よりも短くなっている。なお、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、すなわちコーナー部６の頂点ｐ_１を通ってコーナー部６を二等分する直線（Ａ−Ａ）における断面図を示し、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図、すなわち隣接する２つの突起の頂点１４を結んだ線分の中点を通って切刃５に直交する垂線（Ｂ−Ｂ）における断面図を示し、図３（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図、すなわち突起の頂点１４を通って切刃５に直交する垂線（Ｃ−Ｃ）における断面図を示している。

また、この形態では隣接する突起１４の頂点（ｐ_ｂ、ｐ_ｃ、ｐ_ｄ）の間を結んだ線分の中点（ｐ_３、ｐ_６）を通って切刃５に直交する垂線に沿ってブレーカ壁１１が出っ張っているが、図２（ｂ）および図４（ａ）に示すように、コーナー部６の頂点ｐ_１を通ってコーナー部６を二等分する直線上においては、コーナー部６の頂点ｐ_１からブレーカ壁１１の頂面先端ｐ_２間の距離Ｌ_ａ（Ａ−Ａ断面図参照）はＬ_ｂ＞Ｌ_ａの関係となっている。

一方、図４は図２（ｃ）のサブ突起１６を設けた例について、（ｄ）Ｄ−Ｄ断面図（コーナー部６の頂点ｐ_１を通ってコーナー部６を二等分する直線（Ｄ−Ｄ）における断面図）、および（ｅ）Ｅ−Ｅ断面図（隣接する２つの突起の頂点１４を結んだ線分の中点を通って切刃５に直交する垂線（Ｅ−Ｅ）における断面図）を示す。なお、この形態では隣接する突起１４の頂点（ｐ_ｂ、ｐ_ｃ）（ｐ_ｃ、ｐ_ｄ）を結んだ線分の中点（ｐ_３、ｐ_６）を通って切刃５に直交する垂線に沿ってサブ突起１６が形成されるが、図２（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、コーナー部６の頂点ｐ_１を通ってコーナー部６を二等分する直線上には突起１４とサブ突起１６の両方が形成されることになる。

さらに、図２の示すように、複数の突起１４がコーナー部６の先端から遠ざかるにつれて切刃５に平行な方向の幅が長くなっている（ｄ_１＜ｄ_２＜ｄ_３＜ｄ_４）ことが、切削時にコーナー切刃７よりもそれに続く辺部切刃９により多く被削材を接触させて辺部に温度上昇分を分散させることにより、コーナー切刃７とそれに続く辺部切刃９との間での温度差を小さくして耐熱衝撃性を高める点で望ましい。

また、複数の突起１４の高さがコーナー部６の頂点から遠ざかるにつれて高くなっていることによって、コーナー部６から離れた辺部切刃９でも積極的に切削時に発熱させてコーナー切刃７と辺部切刃９との温度差を抑制できる点で望ましい。なお、突起の高さとは図３（ａ）に示すようにブレーカ溝１０のみが形成されていると仮定した時に予想されるブレーカ溝１１の高さから突起の最高高さまでの距離ｈを指す。

なお、図２によれば、ランド８は着座面３と平行な方向よりもすくい面２の中央側に向かって下がっている（着座面３方向に傾斜している）ポジランドとなっており、切屑処理性に優れている。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、ランド８が着座面３と平行な平行ランドであってもよい。また、図２ではブレーカ壁１１は上面視で略半円状や略楕円状をなしているが、略三角形形状等の他の形状であってもよい。さらに、ブレーカ溝９の断面形状は円弧状であってもよいし、図３のようにＲ切刃７側の斜面の傾斜が大きい曲面形状であってもよい。また、ブレーカ壁１１が突起状となったすくい面２の形状であるが、すくい面２の形状はこれに限定されるものではなく、ブレーカ壁１１の頂面高さがすくい面２の外周部以外を全体に続いた中央面（図示せず。）を形成してこれと一体化されたものであってもよい。

さらに、上記チップ１を構成する材料として、超硬合金やセラミックスはもちろんのこと、耐熱衝撃性の悪いＴｉ基サーメットに対して特に好適に採用可能である。また、所望により、サーメットの表面に被覆層を形成したものであっても良い。なお、被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能であり、耐熱衝撃性を高めるためにダイヤモンド層等の熱伝導性能に優れた被覆層を用いることもできる。

そして、上記チップ１は仕上げ加工等の軽切削、具体的には、切込みｄ＝０．５〜３ｍｍ、送りｆ＝０．１〜０．４ｍｍ／ｒｅｖの条件を推奨できるものであるが、もちろんこの条件に限定されるものではなく、切込みｄが３ｍｍ以上の加工条件においても有効である。

マイクロトラック法による測定で平均粒径（ｄ_５０値）が０．６μｍのＴｉＣＮ粉末を４５質量％、平均粒径１．１μｍのＷＣ粉末を１５質量％、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末を３質量％、平均粒径２μｍのＴａＣ粉末を５質量％、平均粒径１．５μｍのＮｂＣ粉末を１０質量％、平均粒径１．８μｍのＺｒＣ粉末を３質量％、平均粒径１．０μｍのＶＣ粉末を１質量％、平均粒径２．４μｍのＮｉ粉末を２質量％、および平均粒径１．９μｍのＣｏ粉末を６質量％の割合で調整した混合粉末をステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加して湿式混合し、パラフィンを３質量％添加、混合した後、２００ＭＰａでプレス成形し、１２００℃まで１０℃／分で昇温し、１２００℃から１３５０℃まで０．５℃／分で昇温し、１３７５℃まで５℃／分で昇温した後、８００Ｐａの窒素中、１５７５℃で７０分間焼成して、ＣＮＭＧ１２０４０８（Ｌ_１＝１２．８９６ｍｍ、Ｒ切刃の曲率半径＝０．８０ｍｍ）でランド幅０．１ｍｍとした表１に示すブレーカ溝、ブレーカ壁と突起列を具備する図１の工具形状のスローアウェイチップを作製した（試料Ｎｏ．１〜８）。

次に、得られたサーメット製の切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表１に併記した。

被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２５０ｍ／分
送り：０．２５〜０．３５ｍｍ／ｒｅｖ（＋０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、各送り最大６０秒間、最大3分）
切込み：２．５ｍｍ
切削状態：湿式（水溶性切削液使用）
評価方法：欠損するまでの時間

表１、２より、突起列を形成しない試料Ｎｏ．８では、切削時間２６秒でコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生してしまった。また、第２の突起の位置がコーナー切刃の曲率半径Ｒの２倍よりも大きい試料Ｎｏ．７でも、切削時間３８秒でコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生してしまった。

これに対して、突起列を形成した試料Ｎｏ．１〜６では、いずれもコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生しにくく工具寿命が長くなった。

本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一実施例を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。図１中のＸ領域部分についての要部拡大図であり、（ａ）1列目の突起列を配置した例、（ｂ）1列目の突起列を配置するとともにブレーカ壁が部分的に出っ張っている例、（ｃ）1列目の突起列と２列目の突起列とを配置した例である。図２（ｂ）の要部拡大断面図であり、（ａ）Ａ−Ａ断面図（コーナー部の頂点を通ってコーナー部を二等分する直線（Ａ−Ａ）における断面図）、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図（隣接する２つの突起の頂点を結んだ線分の中点を通って切刃に直交する垂線（Ｂ−Ｂ）における断面図）、（ｃ）Ｃ−Ｃ断面図（突起の頂点を通って切刃に直交する垂線（Ｃ−Ｃ）における断面図である。図２（ｃ）の要部拡大断面図であり、（ｄ）Ｄ−Ｄ断面図（コーナー部の頂点を通ってコーナー部を二等分する直線（Ｄ−Ｄ）における断面図）、および（ｅ）Ｅ−Ｅ断面図（隣接する２つの突起の頂点を結んだ線分の中点を通って切刃に直交する垂線（Ｅ−Ｅ）における断面図）である。

符号の説明

１スローアウェイチップ
２すくい面
３着座面
４逃げ面
５切刃
６コーナー部
７コーナー切刃
８ランド
９辺部切刃
１０ブレーカ溝
１１ブレーカ壁
１２島状突起
１３中間壁
１４突起
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ突起
１５突起列（１列目）
１６サブ突起
１６ｘ、１６ｙ、１６ｚサブ突起
１７突起列（２列目）
ｐ_１コーナー部の頂点
ｐ_２、ｐ_４、ｐ_５、ｐ_７ブレーカ壁の頂面先端
ｐ_ａ、ｐ_ｂ、ｐ_ｃ、ｐ_ｄ突起の頂点
ｐ_ｘ、ｐ_ｙ、ｐ_ｚサブ突起の頂点
ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４突起の切刃５に平行な方向の幅

Claims

多角形板状で、２つの主面それぞれをすくい面および着座面とし、側面を逃げ面とし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜を切刃とするとともに、該切刃の前記すくい面のコーナー部は曲率半径Ｒの円弧形状のコーナー切刃とし、前記すくい面の前記切刃に続く外周部にランドを設け、前記すくい面の少なくとも前記コーナー部の前記ランドに続く中央側にブレーカ溝とブレーカ壁とを順に設けた切削工具において、前記コーナー切刃の近傍の前記ランドに続く前記ブレーカ溝の前記ランド側の壁面に複数の突起が並んだ突起列を設けるとともに、前記複数の突起のうちの前記コーナー切刃に最も近い位置に配置された第１の突起に隣接する第２の突起を前記コーナー部の頂点から前記曲率半径Ｒの長さの２倍以下の距離で配置され、前記複数の突起の高さが前記コーナー部の頂点から遠ざかるにつれて高くなっていることを特徴とする切削工具。
多角形板状で、２つの主面それぞれをすくい面および着座面とし、側面を逃げ面とし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜を切刃とするとともに、該切刃の前記すくい面のコーナー部は曲率半径Ｒの円弧形状のコーナー切刃とし、前記すくい面の前記切刃に続く外周部にランドを設け、前記すくい面の少なくとも前記コーナー部の前記ランドに続く中央側にブレーカ溝とブレーカ壁とを順に設けた切削工具において、前記コーナー切刃の近傍の前記ランドに続く前記ブレーカ溝の前記ランド側の壁面に複数の突起が並んだ突起列を設けるとともに、前記複数の突起のうちの前記コーナー切刃に最も近い位置に配置された第１の突起に隣接する第２の突起を前記コーナー部の頂点から前記曲率半径Ｒの長さの２倍以下の距離で配置され、前記複数の突起が前記コーナー部の先端から遠ざかるにつれて前記切刃に平行な方向の幅が長くなっていることを特徴とする切削工具。
前記コーナー切刃の曲率半径Ｒの長さの２倍以下の間隔で隣接する前記突起を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の切削工具。
隣接する２つの前記突起の頂点を結んだ線分の中点を通って前記切刃に直交する垂線それぞれに沿って前記ブレーカ溝の前記ブレーカ壁側の壁面が出っ張っていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
隣接する２つの前記突起の頂点を結んだ線分の中点を通って前記切刃に直交する垂線それぞれに沿った前記ブレーカ溝の前記ブレーカ壁側の壁面にサブ突起をそれぞれ設けて形成される複数の前記サブ突起が並んだ２列目の突起列を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。