JP5118197B2 - コーナー突起を有する切削インサート - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートに関し、特に切削加工時、被切削物で発生するチップを容易に制御することができる構造を有する切削インサートに関するものである。

一般的に、ドリリング（drilling）加工、ミーリング（milling）加工及び旋削（turning）加工のような切削加工の分野で切削ツール（tool）が使用されている。ドリリング加工及びミーリング加工分野で、ツールは回転する特性を有しており、固定された、そして移動可能な被切削物（work-piece）の加工に有用である。

これに反して、旋削加工に使用されるツールは、固定された状態で回転する被切削物を加工する目的で使用されている。一般的に、加工ツールは、ホルダー及びクランプ手段を介してホルダーの取り付け面に固定され、被切削物と接触する切削インサートを含む。

加工ツールを用いた旋削加工時、切削インサートによって被切削物で生成されたチップ（chip）は被切削物から自然に分離、除去されなければならない。もし、切削インサートと被切削物と間にチップが存在する場合、回転する被切削物の表面はこのチップによって影響を受ける。これらをさらに具体的に説明すれば以下の通りである。

被切削物で発生されたチップの効果的な除去は、効率的なチップ制御のための切削インサートの設計によって大きく左右される。最小限のエネルギーを消費して熱を效果的に発散しながら発生したチップを変形させて切削領域から離脱させるか、又は比較的小さなチップに砕くかあるいは切断させることが好ましい。

そのために適切に形成された凹部（depression）又は溝（groove）を有する切削インサート又は最小限のエネルギー消費及び効果的な熱発散でチップを変形させるか、又は砕くかあるいは切断するように設計された切削エッジに隣接した突起部を有する切削インサートが提供される。

しかし、チップ形成溝の特定形状及びチップ溝の他の部分の間での円滑な移動によってチップ方向の効果的な制御は、ツール上での切削インサートの位置によって左右される。

従って、負のすくい角（negative rake angle）を有し、切削工具内に位置した切削インサートによって、切削エッジによって形成されたチップが被切削物から離隔されずに、被切削物に向かう方向に折り曲げられる。結果的に、被切削物及び加工工具に対する損傷が発生しうる。

特に、制御し難い、即ち、よく折り曲がらないチップを発生する軟鋼を加工するために、屈曲された切削インサートが求められる。また、低移送速度及び深い切削深さの加工条件下でもチップの除去が容易で、且つ切削負荷を最小化することができる切削インサートが求められる。

本発明は、切削工程中に切削インサートの構造に起因して発生する上述したような問題点を解決するためのものであり、被切削物で発生するチップを效果的に制御しうる構造を有する切削工具用切削インサートを提供することにその目的がある。

本発明に係る、上部面、下部面及びこれらを連結する多数の側面、中央部に形成された中心孔を有する多角形の切削インサートは、前記上部面の最高の高さに平坦な着座面が形成され、前記上部面と前記多数の側部面の境界部には多数の側面切削エッジ部が形成され、隣接する２個の側面切削エッジ部の境界部には切削エッジが形成されたコーナー切削エッジ部が形成され、前記コーナー切削エッジ部は前記切削エッジから前記中心孔に向かう対角線に沿ってランド部、下向き傾斜面、角底面、第１突起、上向き傾斜面及び着座面が順次形成され、前記対角線の両側に一対の第２突起が対称に形成され、前記下向き傾斜面及び第１突起と共に前記角底面を取り囲むように配置され、前記対角線に沿って前記角底面の高さが最も低く、前記着座面の高さが最も高いことを特徴とする。

本発明に係る切削インサートにおいて、前記第１突起と前記第２突起は半球形状を有し、第１突起の高さは第２突起の高さより高い。また、前記第１突起の高さは前記コーナー切削エッジの高さより高く、前記第２突起の高さは前記コーナー切削エッジの高さより高い。

一方、前記側面切削刃から内側に向かうランド部、下向き溝面、側面底面及び上向き溝面が順次形成され、側面底面はその高さが前記角底面の高さより低い。

さらに、本発明に係る切削インサートにおいて、前記側面底面には上向き溝面から側面切削刃に向かって延びたリッジが形成されている。

前記構造及び機能を有する本発明に係る切削インサートは、浅い切削深さ及び深い切削深さの条件下でもチップを制御することができ、小さな切削力で被切削物を加工することができる。

本発明に係る切削インサートの斜視図である。 本発明に係る切削インサートの平面図である。 図２の線Ａ−Ａ'に沿って切断した状態の断面図である。 図２の線Ｂ−Ｂ'に沿って切断した状態の断面図である。

以下、本発明を添付した図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２は本発明に係る切削インサートの斜視図及び平面図であり、効果的なチップ制御が可能な構造を有する切削インサートを示している。

切削インサート１００は上部面１０、下部面２０及び側面３０を有し、４個のコーナー切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０が隣接した２個の側面切削エッジ部（例えば、３１、３２）の交差部にそれぞれ形成される。

一例として、切削インサート１００は、所定角度のダイヤモンド形状を有する等辺平行四辺形部材である。即ち、図２に示されるように、切削インサート１００のある側面３０は隣接する他の側面と所定鋭角を有する。

切削インサート１００の上部面１０及び下部面は、実質的に平坦な着座面１１を有し、この着座面１１は、好ましくはコーナー切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０上に所定の高さで突出される。この着座面１１は、切削インサート１００が切削工具に取り付けられる時、インサート支持表面の機能を果たす。

このように構成された切削インサート１００のコーナー切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０の細部構成を詳細に説明する。本発明に係る切削インサート１００の全てのコーナー切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０の構造は同一である。従って、以下では便宜上、いずれか一つのコーナー切削エッジ部１１０を例えて説明する。

図３は図２の線Ａ−Ａ’に沿って切断した状態の断面図、図４は図２の線Ｂ−Ｂ’に沿って切断した状態の断面図であり、あるコーナー切削エッジ部１１０の断面構造及びこれに隣接する側面切削エッジ部３２の一部構成を示している。

隣接する２個の側面切削エッジ部３１、３２の交差部に形成されたコーナー切削エッジ部１１０は、その先端にコーナー切削エッジ１１１が形成されている。コーナー切削エッジ１１１の隣接上部面には所定幅のランド部１１２が形成されている。

ランド部１１２の内側には、所定幅及び傾斜角度を有する下向き傾斜面１１３が形成され、下向き傾斜面１１３の内側には所定幅の角底面１１４が形成されている。ランド部１１２を基準に、下向き傾斜面１１３は内側へ下向き傾斜されている。従って、角底面１１４はその高さがコーナー切削エッジ１１１の高さより低い。

角底面１１４の内側には、所定面積の第１突起１１５が形成されている。第１突起１１５はその高さがコーナー切削エッジ１１１の高さより高く、半球形状を有している。

第１突起１１５と上部面１０の着座面１１は、上向き傾斜面１１６を介して連結されている。上向き傾斜面１１６は第１突起１１５を基準に着座面１１に向かって上向き傾斜している。

ここで、上述したランド部１１２、下向き傾斜面１１３、角底面１１４、第１突起１１５及び上向き傾斜面１１６は、コーナー切削エッジ１１１で切削インサート１００の中心を連結する対角線上に順次配置されている。

一方、角底面１１４の境界部の両側には、第２突起１７０がそれぞれ形成されている。第２突起１７０は第１突起１１５よりその大きさ（高さ及び直径)が小さく、切削インサート１００の対角線を中心に対称的に配置される。

このような構造によってコーナー切削エッジ部１１０の角底面１１４は、第１突起１１５、２個の第２突起１７０及び下向き傾斜面１１３で取り囲まれるようになる。

さらに、各側面切削エッジ部３１、３２、３３、３４の一定領域、即ち、隣接する２個のコーナー切削エッジ部（例えば、１２０と１３０）間の領域には下向き溝面１５１、側面底面１５２、及び上向き溝面１５３からなる溝１５０が形成されている。

このような本発明に係る切削インサート１００を構成する各構成要素の具体的な機能を説明すれば次ぎの通りである。

上述するような第１突起１１５、第１突起１１５に隣接する第２突起１７０、下向き傾斜面１１３及び角底面１１４によって所定体積の凹部が形成される。この凹部によって様々な切削条件下で円滑なチップ制御が可能になり、切削抵抗が低減され、切削インサートの寿命が延長され得る。

第１突起１１５と第２突起１７０は半球形状を有し、第１突起１１５は対角線上に、第２突起１７０は第１突起１１５の両側に対称状態で配置される。半球形状を有する第１、第２突起１１５、１７０はチップとの摩擦力を最小化することができ、チップが表面に融着されるのを防止することができる。また、半球形状により、その表面積が最大化されることでチップへの熱伝達を最大化することでき、切削インサートへの熱伝達を最小化することができる。これにより、半球形状の特性上、どの方向にチップが誘導されても第１突起１１５と第２突起１７０は本来意図された機能を遂行しうる。

一方、切削深さが第２突起部の許容深さより小さい時、コーナー切削エッジ１１１によって発生したチップは、角底面１１４に衝突し、以降、第１突起１１５と衝突して非切削エッジの方向に制御される。以後、チップは非切削エッジ側の第２突起１７０と衝突して適切な長で切断される。このように、第２突起１７０はチップが非切削エッジ１１１と直接衝突するのを防止し、切削インサートの寿命を増大させる。

これとは逆に、切削深さが第２突起１７０の許容深さに比べてより大きな切削深さの条件下で被切削物が切削される場合、コーナー切削エッジ１１１及び側面エッジによって発生されたチップは角底面１１４と第２突起１７０によって第１次制御され、最終的に第１突起１１５と上向き傾斜面１１６によって制御される。

このとき、角底面１１４と第２突起１７０上で、チップは長手方向のせん断応力の差により急速に曲がり、以降、チップは第１突起１１５と接触するようになる。ここで、第１突起１１５の球形状によってチップと第１突起１１５と間には最小限の抵抗が生じる。従って、チップを円滑に制御することができる。

第２突起１７０は、その中心が側面長手方向にコーナー切削エッジ１１１の終端より所定距離、好ましくは０．２ｍｍ以上、最も好ましくは０．４〜１．２ｍｍの距離が離隔される。もし、第２突起１７０がコーナー切削エッジ１１１に近接し過ぎた場合、チップが形成される空間が足りなくなり、従って、円滑にチップが制御することができない。

側面長手方向を基準に、第１突起１１５の頂点と第２突起１７０の頂点は１．５ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下の間隔を有する。この間隔は、コーナー切削エッジ部１１０の規格と切削インサート１００の側面３０とがなす角度によって決定される。もし、第１突起１１５と第２突起１７０との間隔が過度に大きな場合、チップがある突起と過度に接触することになり、このような状態ではチップが適切に制御されない。

一方、上述するように、第２突起１７０はその高さがコーナー切削エッジ１１１の高さより高いことが好ましい。第２突起１７０の高さがコーナー切削エッジ１１１の高さより低い場合、チップと第２突起１７０と間の抵抗をある程度減らすことができるが、浅い切削深さでの適切なチップ制御は難しい。

特に、被切削物から分離されたチップは、角底面１１４でチップ制御に必要な圧力を受け、既にある程度の切削抵抗を吸収したため、以降では切削抵抗の低減よりは、より確実なチップ制御機能が求められる。従って、第２突起１７０の高さがコーナー切削エッジ１１１の高さより高いことが好ましい。

また、第２突起１７０の高さがコーナー切削エッジ１１１の高さより低い場合、誘導されたチップが側面３０の非切削エッジ部と衝突し、切削インサートの寿命を短縮させることができる。

第１突起１１５はコーナー切削エッジ１１１の高さより高い高さを有し、好ましくはコーナー切削エッジ１１１より０．０３〜０．２ｍｍ高い高さを有する。このような条件を有する第１突起１１５は、第２突起１７０で制御されたチップをチップ制御がより容易なコーナー部側に誘導し、またチップによりたくさんの応力を発生させることでチップ制御を容易にする。

一方、第１突起１１５は第２突起１７０より高い高さを有する。もし、第２突起１７０の高さが第１突起１１５の高さより高い場合、効果的なチップ制御は期待することは難しい。

コーナー切削エッジ１１１から角底面１１４までの垂直距離（深さ）は、各側面切削エッジ部３１、３２、３３、３４に形成された溝１５０の深さより浅い。このような構造では、浅い切削深さの条件下で発生されたチップにせん断応力が急速に発生され、コーナー切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０でのチップ制御がより円滑に行われ、深い切削深さの条件下で発生されたチップはその全長でせん断応力が異なって分布され、チップがスムーズにねじれ得る。

一方、各側面切削エッジ部３１、３２、３３、３４に形成された溝１５０の側面底面１５２には、所定高さのリッジ１５２−１が形成されている。このリッジ１５２−１は上向き溝面１５３より側面切削エッジに向かって延びる。このリッジ１５２−１は深い切削深さの条件下で発生されたチップを、ねじれをたくさん発生させて、チップの制御をより容易にする。

上記説明された本発明の好ましい実施例は、例示の目的ためだけに開示されたものである。本発明に対する通常の知識を有する当業者であれば本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が当然である。このような修正、変更及び付加は下記の特許請求の範囲に属するものである。

上記構造及び機能を有する本発明に係る切削インサートは、浅い切削深さ及び深い切削深さの条件下でもチップを制御することができ、小さな切削力で被切削物を加工することができる。

１０ 上部面
１１ 着座面
２０ 下部面
３０ 側面
３１ 側面切削エッジ部
３２ 側面切削エッジ部
３３ 側面切削エッジ部
３４ 側面切削エッジ部
１００ 切削インサート
１１０ コーナー切削エッジ部
１１１ コーナー切削エッジ
１１２ ランド部
１１３ 下向き傾斜面
１１４ 角底面
１１５ 第１突起
１１６ 上向き傾斜面
１２０ コーナー切削エッジ部
１３０ コーナー切削エッジ部
１４０ コーナー切削エッジ部
１５０ 溝
１５１ 下向き溝面
１５２ 側面底面、
１５２−１ リッジ
１５３ 上向き溝面
１７０ 第２突起

Claims (7)

1. 上部面、下部面及びこれらを連結する多数の側面を有し、中央部に中心孔が形成された多角形の切削インサートにおいて、
   上記上部面の最高の高さに平坦な着座面が形成され、
   上記上部面と上記多数の側部面の境界部には多数の側面切削エッジ部が形成され、
   隣接する２個の側面切削エッジ部の境界部には切削エッジが形成されたコーナー切削エッジ部が形成され、
   上記コーナー切削エッジ部は、上記切削エッジから上記中心孔に向かう対角線に沿ってランド部、下向き傾斜面、平坦な角底面、第１突起、上向き傾斜面及び着座面が順次形成され、
   上記対角線を基準にして第１突起の両側に一対の第２突起が対称に形成され、上記第２突起は、上記下向き傾斜面及び第１突起と共に上記角底面を取り囲むように配置され、凹部を形成し、
   上記対角線に沿って上記角底面の高さが最も低く、上記着座面の高さが最も高いことを特徴とする切削インサート。
2. 前記第１突起と前記第２突起は半球形状を有し、前記第１突起の高さは前記第２突起の高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記第１突起の高さは、前記コーナー切削エッジの高さより高いことを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記第２突起の高さは、前記コーナー切削エッジの高さより高いことを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
5. 前記側面切削刃から内側に向かってランド部、下向き溝面、側面底面及び上向き溝面が順次形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削インサート。
6. 側面底面は、その高さが前記角底面の高さより低いことを特徴とする請求項５に記載の切削インサート。
7. 前記側面底面には、上向き溝面から側面切削刃に向かって延びたリッジが形成されたことを特徴とする請求項５に記載の切削インサート。

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