JP5077356B2 - コーティング切削インサートの表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートの表面処理方法に関し、より詳細にはインサートの使用寿命及び切削性能を改善するために切削インサート表面に多様な範囲の硬度のセラミック層をコーティングしたコーティング切削インサートを表面処理する方法に関する。

コーティング切削インサートは、コーティング表面の欠陥を除去して表面粗さを改善し、切削抵抗を低減させて被削材とのコーティング表面の融着を抑制するために表面処理される。従来のＣＶＤまたはＰＶＤコーティングされたインサートは、ブラスティング（ｂｌａｓｔｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ブラッシング（ｂｒｕｓｈｉｎｇ）などの方法によって表面処理されてきた。このような表面処理時にコーティング切削インサートは、図１に示された通り冶具（ｆｉｘｔｕｒｅ）に固定される。

従来の冶具２は、切削インサート４の下部のみを拘束し、切削インサート４の上部の一部は冶具２の上面から突出した状態で、ブラッシングなどによりインサート４が表面処理される。例えば、回転運動するブラシが表面処理のために用いられる。回転運動するブラシで表面処理する過程において、切削刃Ｒ部６はレイク（ｒａｋｅ）面８に比べて大きい負荷を受けるようになる。（このような負荷は主にブラシの加圧力を含み、部分的にブラシによる衝撃量やブラシとの摩擦力を含む。）これは回転運動しながら比較的大きいインパクトを加えるブラシが突出した切削刃Ｒ部６にまず当って比較的大きい負荷で切削刃Ｒ部６をブラッシングした後に、ブラシが比較的減少した衝撃量と負荷でレイク面８をブラッシングするように進行するからである。このような理由で、回転運動するブラシのブラッシング負荷がレイク面８よりは切削刃Ｒ部６に集中する。従って、表面処理時間、ブラッシング圧力、回転速度などを調節しても、表面処理前の切削刃Ｒ部のホーニング量（Ｈ）（切削刃Ｒ部の摩耗量を示す用語であって、通常インサート下面と直角の面に沿って切削刃Ｒ部の開始点と終端との間の直線距離で測定する）または曲率半径に比べて表面処理後の切削刃Ｒ部６のホーニング量または曲率半径が増大する。特に、切削刃Ｒ部６のレイク面８側部分はフランク（ｆｌａｎｋ）面１０側部分より表面処理過程で摩耗が甚だしく生じ、切削刃Ｒ部６の曲率半径がフランク（ｆｌａｎｋ）面１０側部分よりレイク面８側部分で非対照的に大きくなる。

表面処理中に切削刃Ｒ部の曲率半径が大きくなるので、切削インサートの切削性能が低下して精密加工が行えないという問題がある。これが被削剤の表面粗さを低下させる。特に、可能な限り小さく維持されなければならない切削刃Ｒ部の曲率半径がＰＶＤコーティング切削インサートで大きくなれば、ＰＶＤコーティング切削インサートの切削性能が顕著に低下する。

一方、従来の冶具構造では、インサート４が冶具２から突出して配置されるので、表面処理時に冶具２に比べてインサート４に負荷が集中する。甚だしく屈曲した形状のチップブレーカ（図示せず）を有するインサートのレイク面に回転運動するブラシからの負荷が集中すれば、レイク面上の突出した部分は凹部分より大きい負荷を受けるようになる。従って、突出した部分が凹部分より甚だしく摩耗し、レイク面上のコーティング表面は不均一に処理される。このように、インサートが冶具から突出して固定される従来の冶具構造では、屈曲した形状のチップブレーカを有するレイク面上で均一に表面処理することが困難である。チップブレーカを有するコーティングされたレイク面は切削加工時に発生する切削チップと接触して切削チップを屈折させて切削チップの排出を制御する部分である。不均一に処理されたコーティングされたレイク面は円滑な切削チップの排出を妨害して結果的に切削性能の低下をもたらす。

このように、従来の表面処理方法によれば、切削刃Ｒ部の曲率半径は大きくなり、レイク面は不均一に処理され、これによってコーティング切削インサートの切削性能は低下し、コーティング切削インサートの使用寿命が短縮される。

本発明の目的は、切削刃Ｒ部の曲率半径を維持してレイク面を均一に表面処理しながら切削刃Ｒ部及びレイク面のコーティング表面処理を行うことができる新たな表面処理方法を提供する。

このような目的を達成するために、本発明の表面処理方法は、上部角が面取りされた二つ以上のコーティング切削インサート固定壁を備える冶具を提供する段階と、前記固定壁の間の開口にコーティング切削インサートを位置させる段階と、前記コーティング切削インサートのレイク面が前記固定壁の上面よりは低く配置されるように前記コーティング切削インサートを前記開口内に固定する段階と、前記コーティング切削インサートの切削刃Ｒ部と前記レイク面を表面処理する段階とを備える。

本発明の表面処理方法によれば、切削刃Ｒ部の曲率半径を維持しながら表面処理することが可能であり、屈曲が甚だしい形状のレイク面に対しても均一の表面処理が可能である。また、フランク部分は本来のコーティング状態を維持することによってレイク面とフランク面の色相を異にすることができる。また、本発明の方法により表面処理されたコーティング切削インサートは本来の曲率半径を維持するので、精密切削加工を行うことができ、レイク面が均一に処理されてチップを効果的に排出することができ、これにより切削インサートの使用寿命も改善される。

従来の表面処理方法によって冶具に固定されたコーティング切削インサートを示した断面図である。 本発明の表面処理方法によって冶具に固定されたコーティング切削インサートを示した断面図である。 図２に示した実施形態に応じて表面処理されたコーティング切削インサートを示した断面図である。

本発明の望ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。

図２に示された通り、本発明において、ＰＶＤまたはＣＶＤコーティング切削インサートを固定するための冶具１２は、切削インサート１４を収容するための開口を有する。開口は二つ以上のコーティング切削インサート１４の固定壁２６、２８により限定される。固定壁２６、２８の上部角は面取りされる。好ましくは、面取り角αは４５±２０度である。

コーティングインサート１４は、冶具１２の開口内部にコーティングインサート１４のレイク面１８が固定壁２６、２８の上面２２より低く配置されるようにして固定する。好ましくは、コーティングインサート１４のレイク面１８と固定壁２６、２８の上面２２との間の間隙ｄは、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍである。前記面取り角αの範囲（４５±２０度）と前記間隙ｄの範囲（０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ）内で表面処理する時、切削刃Ｒ部１６に適切な負荷が加えられることができる。面取り角αと間隙ｄがこの範囲を逸脱すれば、十分な負荷が加えられなかったり過度な負荷が加えられるようになる。好ましくは、切削刃Ｒ部１６の処理を容易にするために、コーティングインサート１４のレイク面１８を面取り部の下部エッジ２４よりは高く配置する。

好ましくは、表面処理はブラッシング法で行われるが、この他にもブラスティング、ポリッシングなど公知となった他の表面処理法が用いられ得る。研磨材としては水またはダイヤモンド粒子が用いられる。

冶具１２の材料は、プラスチックになり得る。冶具１２は炭素鋼などの金属や他の材料で作ることもできるが、硬度が低いプラスチック材質の冶具が切削インサート収容時にインサート表面のコーティング層を保存するために望ましい。冶具用プラスチック材料はブラッシングなど表面処理工程時に発生する摩擦熱に耐えることができるように耐熱強化プラスチックであることが望ましい。

本発明の実施形態によれば、例えば回転運動するブラシを用いた表面処理工程時に切削刃Ｒ部１６に過度な負荷がかかるのを防止することができる。ブラシがコーティングインサートの切削刃Ｒ部１６に到達する前に、ブラシが固定壁２６、２８の上面２２に当ってそのブラッシング負荷が減少した後、ブラシが切削刃Ｒ部１６に接触する。従って、切削刃Ｒ部１６に過度な負荷が加えられることを避けることができる。本発明ではこのような方式で、切削刃Ｒ部に過度なブラッシング負荷がかかって表面処理後に切削刃Ｒ部のホーニング量または曲率半径が増大する問題を解決する。また、表面処理前のコーティングインサートの切削刃Ｒ部のホーニング量または曲率半径を表面処理後にも維持することができる。特に、切削刃Ｒ部の曲率半径が小さいことを特徴とするＰＶＤコーティング切削インサートに対しても切削刃Ｒ部の曲率半径を維持して表面処理することが可能である。本発明の表面処理方法はＣＶＤコーティング切削インサートの表面処理にも効果的である。

表１は、ＩＳＯ規格に従って命名されたＰＶＤまたはＣＶＤコーティング切削インサートにおける、従来の表面処理方法と本発明による表面処理方法をそれぞれ適用した後切削刃Ｒ部のホーニング量を比較したものである。表１に示した通り、従来の表面処理方法による場合、切削刃Ｒ部のホーニング量が増加するが、本発明による表面処理方法による場合、切削刃Ｒ部のホーニング量がほぼ変化しない。

図１に示された従来の冶具構造では、冶具２から突出したインサート４に負荷が過度に集中するので、インサート４に過度な圧力が加えられる。特に、インサート４のレイク面８上の突出部分（図示せず）に応力集中が起こる。従って、レイク面８の突出部分と凹部分を均一に表面処理することが難しかった。従来の冶具構造でのこのような負荷集中は切削刃Ｒ部６の近くで最も甚だしく発生する。従って、切削刃Ｒ部６に近い突出部分が大きい負荷を受けて甚だしく摩耗する。しかし、本発明においては、インサート１４が固定壁２６、２８の上面２２より低く位置するので、従来の冶具構造とは異なり、ブラシが固定壁２６、２８の上面２２に当接してからインサート１４のレイク面１８にはそれより弱い力で接触する。また、突出部分（図示せず）に加えられる負荷と凹部分（図示せず）に加えられる負荷の間の差も減少する。従って、レイク面１８がチップブレーカの多様に屈曲した表面形状を有する場合にも、凹部分に比べて突出した部分に過度な負荷とブラッシング摩耗が起きるのを防げ、レイク面１８の均一の表面処理が可能になる。

図３は、本発明によって表面処理されたコーティング切削インサートの断面図である。図３に示された通り、コーティング切削インサートは良好な曲率半径を維持してレイク面１８は均一に表面処理されている。コーティング切削インサートは、切削刃Ｒ部の曲率半径を良好に維持して精密切削加工を行うことができる。また、レイク面が均一に処理され、チップは効果的に排出できる。従って、切削インサートの使用寿命も改善される。また、この実施形態におけるフランク面２０は、図２に示された通り固定壁２６、２８によりマスキングされるように配置される。従って、図３に示された通り、フランク面２０は、表面処理過程で表面処理されず、本来のコーティング厚さを維持することができる。これによりフランク面における耐摩耗性の減少を抑制することができ、レイク面とフランク面の色相を異にすると同時に粗さが卓越したレイク面を得ることができる。

本発明を特定の実施形態を通じて記述したが、本発明の精神を逸脱しない限度内で多様な変形及び変更が行えることは自明であり、そのような変形も本発明の範囲に当然含まれる。例えば、本発明の表面処理方法は三角形または四角形など多様な形状の切削インサートに適用可能であり、切削インサートを固定する冶具の固定壁の大きさや形状も制限されない。

２、１２：冶具
４、１４：コーティング切削インサート
６、１６：切削刃Ｒ部
８、１８：レイク面
１０、２０：フランク面
２２：固定壁の上面
２４：下部エッジ
２６、２８：インサート固定壁

Claims (6)

1. 上部角が面取りされた二つ以上のコーティング切削インサート固定壁を備える冶具を提供する段階と、
   前記固定壁間の開口にコーティング切削インサートを位置させる段階と、
   前記コーティング切削インサートのレイク面が前記固定壁の上面より低く配置されるように前記コーティング切削インサートを前記開口内に固定する段階と、
   前記コーティング切削インサートの切削刃Ｒ部と前記レイク面を表面処理する段階と、 を備え、
   前記コーティング切削インサートの前記レイク面は、前記固定壁の前記面取り部の下部エッジよりは高く配置される、コーティング切削インサートの表面処理方法。
2. 前記固定壁の面取り角は、２５〜６５度であり、前記コーティング切削インサートの前記レイク面と前記固定壁の前記上面との間の間隙は０．１〜０．６ｍｍである、請求項１に記載のコーティング切削インサートの表面処理方法。
3. 前記表面処理する段階は、ブラッシング方法による、請求項１または２に記載のコーティング切削インサートの表面処理方法。
4. 前記コーティング切削インサートは、ＰＶＤコーティングされた切削インサートである、請求項３に記載のコーティング切削インサートの表面処理方法。
5. 前記コーティング切削インサートのフランク面は、表面処理されない、請求項１に記載のコーティング切削インサートの表面処理方法。
6. 前記冶具は、耐熱強化プラスチック材質である、請求項１に記載のコーティング切削インサートの表面処理方法。

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