JP5158490B2 - 刃先交換式切削チップ - Google Patents

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Description

この発明は、旋削加工用の刃先交換式切削チップ、詳しくは、良好な切屑処理性能を確保しながらブレーカ突起の耐久性向上を図って切屑処理性能の早期低下を抑えた刃先交換式切削チップに関する。
バイトホルダに装着して使用される首記の旋削加工用の刃先交換式切削チップ(以下では単にチップと称することもある)の中に、すくい面上にチップブレーカを設けて切屑処理性能を高めたものがある。チップブレーカの役割は、旋削加工時に発生する切屑を適度な長さに分断してワーク(加工物)と切削工具から引離すことにあり、下記特許文献1,2が開示しているものも含めて、これまでに様々な形状のチップブレーカが提案されている。
前掲の特許文献1,2が開示しているチップブレーカは、最も多用されている突起タイプのブレーカであって、特許文献1では、そのブレーカ突起として、各々が、チップのコーナの各々に対面している凹状側と、前記コーナの各々から逆に対面している凸状側とでもって湾曲した形状の隆起(ブレーカ突起)を、チップのコーナの各々に隣接するチップ面(すくい面)上に配設している。
また、特許文献2は、ボス面(中央陸部)からノーズ部に向って延出する第1ブレーカ突起と、ノーズ部近傍の切れ刃ランド部に続く傾斜面から第1ブレーカ突起の端部に至る第2ブレーカ突起をすくい面上に設けており、第2ブレーカ突起は、切れ刃直線部に沿って平面視でノーズ部の2等分線を基準にして対称となる位置に凹状に設けられている。
なお、特許文献2は、前記傾斜面と、ブレーカ溝のブレーカ溝底部からの立ち上がり面は、前記傾斜面の中腹部から形成するのが望ましいとしており(同文献第4頁、24〜29行)、また、第2ブレーカ突起は、前記傾斜面の中腹部から形成するとしている(同文献第4頁、49〜50行)。
特許3607288号公報 特開2002−210604号公報
図11に、従来の一般的な突起タイプのブレーカの断面を示す。同図は、ノーズ部の頂角の2等分断面であり、太線の矢印はブレーカの表面に接して流れる切屑20を表している。図からわかるように、従来の一般的なブレーカは、図中のA部が流出する切屑20に向って凸状になっており、A部での切屑20の接触が局部接触になって接触面積が狭くなる。そのために、切削速度や工具送りが高い場合、切屑との接触部に加わる負荷が大きくなり、温度上昇による当該部のクレータ摩耗や被覆チップでの被膜の破壊による大規模な損傷が発生する。その問題の対策としては、切れ刃からブレーカ突起までの距離を長くして切屑擦過による負荷を軽減することが有効であるが、切れ刃からブレーカ突起までの距離が長くなると切屑処理性能が悪化する。
また、上記特許文献1の構造は、ノーズ部近傍に設けられた隆起(ブレーカ突起)が大切込み時の切屑を処理して切屑詰まりを防止する効果を有するが、一般的な加工形態である外径切削、端面切削、或いは倣い切削においては、図12に示すように、切屑20がチップの平面視において横向きにカールしながら流出するので、特許文献1の隆起の場合、図中のB部での切屑押し付けが強くなってB部の摩滅が他の部分に比べて早く進行し、切屑処理性能の早期低下が起こる。
さらに、特許文献2の構造は、小切り込み時の切屑をノーズ部の2等分線を基準にして対称位置に設けられた2つの突起(左右の第2ブレーカ突起)で拘束してカールさせ、大切り込み時の切屑については、図13に示すように、第2ブレーカ突起32から第1ブレーカ突起31に切屑20を誘導して処理するようにしているが、これも、特許文献1の構造と同様に、チップの保護に関する配慮に欠けている。すなわち、図13のように、第1ブレーカ突起31やブレーカ溝の立ち上がり面33が傾斜面34の中腹から始まると、ブレーカ溝の底がノーズ部の2等分断面(図13)においてV字状になって切屑20が図のC部でチップの表面に点接触し、そのために、チップの切屑接触部が集中的に摩滅し、刃先の欠け落ちや、切屑処理性能の低下を招く。
この発明は、旋削用の刃先交換式切削チップにおいて、良好な切屑処理性能を確保しながらブレーカ突起の耐久性を向上させて切屑処理性能の早期低下を抑えることを課題としている。
上記の課題を解決するため、この発明においては、これまで困難と考えられていた切屑処理性能の向上と切屑擦過による負荷の軽減を両立させる。その目的を達成するために、ノーズ部切れ刃とそれに連なる直線切れ刃を備えた多角形の旋削加工用の刃先交換式切削チップに以下の構成を付与する。具体的には、ボス面からノーズ部側に突出する第1リッジと、その第1リッジから前記直線切れ刃の切れ刃ランド部に連なった斜面の位置まで連続的に延びだす第2リッジをすくい面上に有し、さらに、ノーズ部切れ刃に囲まれた平坦なブレーカ底面を有し、
前記ブレーカ底面の頂角の2等分線に沿う方向の長さが、ノーズ部の頂点から第1リッジの上面の突出端までの距離の30〜70%に設定され、かつ、切れ刃からそのブレーカ底面までの深さが0.03〜0.15mmに設定され、
前記第2リッジは、2個のリッジがノーズ部の頂角の2等分線を基準にして対称状態に形成され、前記第1リッジよりも高さが低く、かつ、平面視においてその第2リッジがノーズ部の頂角の2等分線に向って凸となる方向に、前記ブレーカ底面の幅がノーズ部の先端に向けて広がるように湾曲しているものにした。
の発明の切削チップは、2個の第2リッジをノーズ部の頂角の2等分線を基準にして対称状態に形成しているため、使用の方向性がない。
記第1リッジの立ち上がり面は、凹形に湾曲した斜面で構成する好ましい。
この発明の切削チップは、小切り込み条件で使用するときは勿論、大切り込み条件で使用するときにも、切屑の主たる処理が第1リッジによってなされる。第2リッジは、大切り込み条件時に第1リッジを支援して第1リッジの保護効果を高める。すなわち、この第2リッジを連続的に形成したことによって大切り込み時の切屑は第2リッジに沿って流れ
て第1リッジへの衝突が防止される。第2リッジの高さを第1リッジの高さよりも低くしているので第2リッジに誘導された切屑はその後に第1リッジに接触するが、その時に既に流出エネルギーが減衰しており、第1リッジの切屑接触部に加わる負荷が衝突が起こるときに比べて緩和されて第1リッジの保護効果が高まる。
また、第2リッジを上記の方向に湾曲させたことによって、横向きにカールしながら流出する大切り込み時の切屑の流れ方向と第2リッジの湾曲方向が一致し、切屑を低抵抗状態で排出することができる。これにより、第2リッジも負荷が軽減されて損傷し難くなり、第1、第2リッジの耐久性が向上してそれらのリッジによる良好な切屑処理性が従来品よりも長い期間維持されるようになる。
さらに、第1リッジと第2リッジとノーズ部切れ刃の3者に囲まれた平坦なブレーカ底面を備えさせ、そのブレーカ底面のノーズ部の頂角の2等分線に沿う方向の長さを、ノーズ部の頂点から第1リッジの上面の突出端までの距離Lの30〜70%に設定し、併せて、切れ刃から前記ブレーカ底面までの深さを0.03〜0.15mmに設定したので、切屑がブレーカ底面にも接触し、これにより、第1リッジに到達したときのエネルギーがさらに低減されて、第1リッジの負荷の緩和、損傷抑制の効果がより高まる。
なお、第1リッジの立ち上がり面を、凹形に湾曲した斜面で構成したものは、第1リッジに対する切屑の接触面積が広がって第1リッジの負荷の緩和の効果がより高まる。
以下、添付図面の図1〜図10に基づいて、この発明の刃先交換式切削チップの実施の形態を説明する。図1に、この発明を適用した菱形チップの平面を表す。図2は、図1の切削チップの鋭角コーナ側の斜視図である。この切削チップは、上面の中央部に平坦なボス面1を有し、2箇所の鋭角コーナ部と、2箇所の鈍角コーナ部のすくい面上に、それぞれこの発明を特徴づける第1リッジ2と第2リッジ3を有している。また、第2リッジ3から所定量離れた位置に第3リッジ4を有している。なお、鈍角コーナ部の第1リッジ2と第2リッジ3などは、鋭角コーナ部に設けられるものと同様の構成であり、必須の要素でもないので、以下では、鋭角コーナ側の構成について説明を行ない、鈍角コーナ部側の説明は省略する。また、底面(図示せず)は上面と同一構成になるので、これについても説明を省略する。
5は所定の曲率半径を持つノーズ部切れ刃、6はノーズ部切れ刃5に連なる直線切れ刃であり、この直線切れ刃6が主切れ刃として働く。7は、ノーズ部切れ刃5と直線切れ刃6に沿って設けられた切れ刃ランド部、9,10は、すくい面上に設けられたブレーカ底面、図2の11はノーズ部逃げ面、12は直線切れ刃部逃げ面である。
ボス面1は、切削チップをホルダに装着するときに切削に関与しない側の面が着座面として使用される。
第1リッジ2は、ボス面1からノーズ部側に突出して設けられている。この第1リッジ2は、上面の位置がボス面1よりも低く、ノーズ部切れ刃5の位置よりは高い。この第1リッジ2は、立ち上がり面2aを凹形に湾曲した図3のような斜面で構成することで、切屑の接触面積が増加して接触圧が分散され、接触面の単位面積当たりの負荷が軽減される。また、この第1リッジ2の高さをボス面1よりも低くすることで、ボス面1に対する切屑の擦過、溶着を防止して底面側の切れ刃を使用するときのチップの着座安定性を確保することができる。
第2リッジ3は、第1リッジ2から直線切れ刃6に沿って設けられた切れ刃ランド部7に向って切れ刃ランド部7に連なった斜面8の位置まで連続的に延びだすように設けられている。この第2リッジ3は、高さが第1リッジ2よりも低く(図4のhはブレーカ底面9からの高さ)、かつ、チップの平面視においてノーズ部の頂角の2等分線CLに向って凸となる方向に湾曲している。この第2リッジ3は、斜面8に到達させることで伸び出し側の端部が斜面8の対する接続点よりも上方に突出しないようにしており、このようにすることで、伸び出し側の端部に対する切屑の突き当たりが防止されてその端部が保護される。
図示の切削チップには、その第2リッジ3が、前記頂角の2等分線CLを基準にして対称状態に形成されており、対称位置の2個の第2リッジ3,3と、第1リッジ2と、ノーズ部切れ刃5とに囲まれた領域がブレーカ底面9として構成されている。そのブレーカ底面9は平坦な面になっている。また、このブレーカ底面9は、前記2等分線CLに沿う方向の長さが、ノーズ部の頂点から第1リッジ2の上面の突出端までの距離L(図3参照)の30〜70%に設定されている。また、切れ刃からの深さd(図3、図4参照)が浅めに設定され、その幅がノーズ部の先端からチップの中央側に向って一旦広がった後、第2リッジ3に沿って狭くなるように構成されている。
第2リッジ3は、長手直角断面が図4の円弧形状をなすもの、切屑を迎える側の側面3aが図9に示すように凹形に湾曲しているもの、長手方向に沿った断面(図2の破線に沿った断面)が、図10(a)、(b)のように凸形に膨らむか又は逆に凹むものなどが考えられる。図4の円弧断面形状は、負荷の集中を起こすような箇所が存在しないため、切屑接触による第2リッジの損傷が起こり難い。また、図9の形状は切屑の接触面積が増加して押し付け圧が分散される。図10(a)、(b)の形状も同様の効果を期待できる。図10(a)、(b)の形状はリッジの突起形状を維持することで切屑を変形させる効果が高まり、良好な切屑処理性能の確保につながる。この第2リッジ3は、チップの平面視においてノーズ部の頂角の2等分線CLに向って凸となる方向に湾曲させるが、その他の形状に関しては、切屑処理性とリッジの保護の効果の兼ね合いを考えながら適当な形を選択可能である。
第3リッジ4は、同一直線切れ刃側の第2リッジ3と同一方向に湾曲させたものにし、第2リッジ3よりもノーズ部切れ刃5から遠く離れた位置に、平面視で第2リッジ3と同じ方向に湾曲する状態にして設けられている。この第3リッジ4は、チップの加工条件変動に対する対応範囲を広げるのに有効であるが、好ましい要素に過ぎない。
ブレーカ底面10は、直線切れ刃6に沿った切れ刃ランド部7と、ボス面1の外周の斜面13との間に設けられ、第3リッジ4は、そのブレーカ底面10上に隆起して設けられている。図示の切削チップのブレーカ底面10は、平坦な面で構成して切れ刃からの深さをブレーカ底面9の深さよりもd1(図4参照)大きくしており、この構成は、後述する理由から好ましいものと言える。
大切り込み時と小切り込み時の切屑20の流出状況を図5、図6に示す。小切り込み時の切屑20は、図6、図7に示すように、斜面8やブレーカ底面9に接触しながらコーナ部の頂角の2等分線に沿う方向に流れ、第1リッジ2の位置でカールする方向の歪を受けて処理される。また、大切り込み時の切屑20は図5に示すように、片方の第2リッジ3に誘導されて横向きにカールしながら流れて、流出エネルギーが緩和された後に第1リッジ2に接触し、ここで分断のための歪を受けて処理される。このときの第2リッジ3による誘導は、第2リッジ3を斜面8の位置まで延びださせており、また、第2リッジ3を切屑の流れ方向と同じになる方向に湾曲させたことによって、切屑の排出抵抗が小さく抑えられ、これにより、第2リッジも負荷が軽減されて損傷し難くなる。これらの作用により、第1リッジ2と第2リッジ3の耐久性が向上してそれらのリッジによる良好な切屑処理性が従来品よりも長い期間維持されるようになる。
以下に、好ましい態様を列挙する。
(1)ブレーカ底面9の図3、図4に示した切れ刃からの深さdを、0.03〜0.15mmに設定する。一般的な加工条件(切込み1〜5mm、送り0.1〜0.6mm/rev)では、この数値範囲が、切屑の接触面積増加、それによるリッジの損傷抑制の効果が高かった。
(2)図3に示したノーズ部の頂点から第1リッジ2の上面の突出端までの距離Lを1.2〜2.2mmとする。この範囲が、切屑詰まりを招かず切屑を適度にカールさせることができて好ましかった。
(3)図4に示したブレーカ底面10のブレーカ底面9からの深さd1を0.02mm以上にする。こうすることで、大切り込み時に切屑がブレーカ溝に入りこむスペースが広がって切屑詰まりが抑制される。
(4)図4に示した第2リッジ3のブレーカ底面9からの高さhを、0.03〜0.15mmとする。この高さhが0.03mm以下では第2リッジ3の設置効果が薄くて第1リッジの保護が十分になされず、一方、その高さhが0.15mm以上では、第2リッジ3の損傷が起こり易くなる。
(5)図4における直線切れ刃6から第2リッジ3までの距離L1を0.5〜3.0mmにする。この構成により、5mm程度までの切り込み領域において、満足できるリッジの損傷抑制効果が発揮される。
(6)図4おける直線切れ刃6から第3リッジ4までの距離L2を2.0〜6.0mmにする。この構成により、5mm以上の大切り込み時においても、リッジの損傷抑制効果が得られる。
図8の領域Dは、切屑が接触する領域を表している。このように、この発明の切削チップでは大切り込み時、小切り込み時のどちらにおいても広い領域に切屑20が接触し、これによる接触面積の増加で接触部の負荷が軽減されて摩耗や切屑擦過面の損傷が抑制される。
なお、この発明の切削チップは、第2リッジ3の働きによって局部的な温度上昇が緩和される。そのことを、切削熱による刃先温度分布のCAE解析を行なって確認した。前掲の特許文献1,2が開示しているような切削チップは、局部的な温度上昇が見られた。これは、負荷の集中によるものと考えられる。また、実際に同一条件での加工においても、従来のチップは負荷の集中によって局所的な摩耗が進行し、大規模な損傷が発生したが、この発明の切削チップは摩耗の抑制が効果的になされ、リッジの損傷が少なかった。
この発明の切削チップの一形態を示す平面図 同上のチップの要部の拡大斜視図 図1のX−X線に沿った拡大断面図 図1のY−Y線に沿った拡大断面図 大切り込み時の切屑処理状態を示す平面図 小切り込み時の切屑処理状態を示す平面図 ノーズ部の頂角の2等分断面における切屑の接触状態の概念図 切屑の接触箇所を示す平面図 第2リッジの側面の変形例を示す断面図 (a)第2リッジの長手方向に沿った断面の変形例を示す図、(b)第2リッジの長手方向に沿った断面の他の変形例を示す図 一般的なチップにおける切屑接触状態を模式的に示す断面図 特許文献1の切削チップにおける切屑接触状態を模式的に示す平面図 特許文献2の切削チップにおける切屑接触状態を模式的に示す断面図
符号の説明
1 ボス面
2 第1リッジ
2a 立ち上がり面
3 第2リッジ
3a 側面
4 第3リッジ
5 ノーズ部切れ刃
6 直線切れ刃
7 切れ刃ランド部
8 斜面
9,10 ブレーカ底面
11 ノーズ部逃げ面
12 直線切れ刃部逃げ面
13 斜面
20 切屑
CL 頂角の2等分線

Claims (2)

  1. ノーズ部切れ刃(5)とそれに連なる直線切れ刃(6)を備えた多角形の旋削加工用の刃先交換式切削チップであって、ボス面(1)からノーズ部側に突出する第1リッジ(2)と、その第1リッジ(2)から前記直線切れ刃の切れ刃ランド部に連なった斜面(8)の位置まで連続的に延びだす第2リッジ(3)をすくい面上に有し、さらに、ノーズ部切れ刃(5)に囲まれた平坦なブレーカ底面(9)を有し、
    前記ブレーカ底面(9)の前記頂角の2等分線(CL)に沿う方向の長さが、ノーズ部の頂点から第1リッジ(2)の上面の突出端までの距離(L)の30〜70%に設定され、かつ、切れ刃からそのブレーカ底面(9)までの深さ(d)が0.03〜0.15mmに設定され、
    前記第2リッジ(3)は、2個のリッジがノーズ部の頂角の2等分線(CL)を基準にして対称状態に形成され、前記第1リッジ(2)よりも高さが低く、かつ、平面視においてその第2リッジ(3)がノーズ部の頂角の2等分線(CL)に向って凸となる方向に、前記ブレーカ底面(9)の幅がノーズ部の先端に向けて広がるように湾曲していることを特徴とする刃先交換式切削チップ。
  2. 前記第1リッジ(2)の立ち上がり面(2a)を、凹形に湾曲した斜面で構成した請求項1に記載の刃先交換式切削チップ。
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