JP5261833B2 - 切削インサートの製造方法と成形装置 - Google Patents

Description

この発明は、上面に対して鋭角に交わる面（この発明ではこれをポジ面と言う）と上面に対して鈍角に交わる面（この発明ではこれをネガ面と言う）が混在した側面を有する切削インサートの製造方法と成形装置に関する。

既知の切削インサートの中に、ポジ面とネガ面が混在した側面を有するものがある。また、ポジ面とネガ面と上面に対して直角な第３の面が混在した側面を有する切削インサートも開発されている。

切削インサートは、通常、粉末冶金法で製造される。その粉末冶金法で上述したような複雑な側面を有する切削インサートを製造する場合、下記（１）、（２）のどちらかの方法が採られる。
（１）原料粉末を加圧成形して側面が単純形状の成形体を作り、その成形体を焼結した後に研磨加工して側面にポジ面とネガ面を付す方法。
（２）原料粉末の成形工程で側面を成形する臼が分割された下記特許文献１〜３などに開示されているような金型を使用して臼の成形面の形状を転写し、側面の研磨が不要な切削インサート（所謂無研磨チップ）を得る方法。

なお、（２）の方法に採用される金型は、臼を垂直或いは水平な面に沿って分割し、その分割臼を突き合わせてキャビティを作り出すようにしている。

特開２００５−１７７８３５号公報 特表２００８−５２８３０６号公報 特開２００９−２８５７３４号公報

上記（１）の方法は、研磨加工を行うので切削インサートの側面の精度が高まるが、無研磨タイプに比べると生産性が悪く、コストが高くつく。

また、研磨した側面は平面になるため、側面と上面の交差稜で形成される切れ刃の設計の自由度が小さく、切れ刃形状が制限される。

一方、上記（２）の方法は、型押し成形であるので（１）の方法の欠点が解消されるが、分割面をストレートにした分割臼の位置合わせが難しく、突き合わせ位置で不良成形の原因になるずれが生じる可能性がある。

また、分割臼の分割面がストレートであるためにその分割面の面積が制限され、分割臼を組み合わせたときに分割面（突き合わせ面）に加わる単位面積当たりの圧力が大きくなって、臼の寿命を短縮させる分割面の疲労、摩耗が起こりやすい。

さらに、２分割した臼を用いるものは、例えば、基本形が四角形で、一組の対向２側面がネガ、ポジ面の混在した面、他の１組の対向２側面は単一の平坦な面となっている切削インサートであれば成形ができるが、全側面にネガ、ポジ面が混在した切削インサートは成形が困難であった。

この発明は、ネガ、ポジ面が混在した側面を有し、その側面が研磨不要な型押し成形によって形成される切削インサート（無研磨チップ）を、上記の問題を起こさずに製造可能となす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、基準の上面に対して鈍角に交わるネガ面と前記基準の上面に対して鋭角に交わるポジ面が混在した側面を有し、前記ネガ面とポジ面が隣り合う面と交差した位置の稜線がインサート厚み方向に対して傾斜している切削インサートの粉末冶金法による製造を以下のようにして行なう。
すなわち、原料粉末を加圧成形する工程において、切削インサートの側面を成形する臼がインサート厚み方向、又は厚み直角方向に第１分割臼と第２分割臼の２つに分割され、その分割が、前記稜線に沿って行われた金型を使用し、原料粉末の成形を、ポジ面とネガ面が２つの分割臼によって別々に成形されるように行う。

なお、ここで言う基準の上面とは、インサート厚み方向に対して垂直でフラットな面である。切削インサートの上面の外周部を傾斜させてすくい角を付与する場合には、上記基準の上面は実在せず、仮想の面となる。

上記の製造方法では、切削インサートの前記側面に、前記基準の上面に対して直角に交わる第３の面が含まれ、その第３の面と前記ポジ面又は前記ネガ面との間に形成される稜線がインサート厚み方向に対して傾斜し、その稜線に沿って第１分割臼と第２分割臼に分割された臼を使用して前記ネガ面、ポジ面のどちらか一方と前記第３の面を片方の分割臼で成形することもできる。

この発明では、基準の上面に対して鈍角に交わるネガ面と前記基準の上面に対して鋭角に交わるポジ面が混在した側面を有し、前記ネガ面とポジ面が隣り合う面と交差した位置の稜線がインサート厚み方向に対して傾斜している切削インサート（の成形体）を、原料粉末を加圧成形して得る成形装置も併せて提供する。

その成形装置は、切削インサート（厳密には成形体）の上面を成形する上パンチと、切削インサートの下面を成形する下パンチと、切削インサートの側面を成形する臼を備え、前記臼が切削インサートの厚み方向、又は厚み直角方向に２分割され、その分割が、前記稜線に沿って行われた金型を備えているものである。

インサートの厚み方向に分割された臼を用いる成形装置は、臼を、インサートの厚み方向に分割された第１分割臼と第２分割臼とで構成し、その第１分割臼と第２分割臼を上下に対向配置し、さらに、上側に置かれる第１分割臼を第２分割臼との突き合せ位置と離反位置に移動させる昇降機構を含ませる。

また、インサートの厚み直角方向に分割された臼を用いる成形装置は、臼を、インサートの厚み直角方向に分割された第１分割臼と第２分割臼とで構成し、その第１分割臼と第２分割臼を左右に対向させて配置し、さらに、その第１分割臼と第２分割臼を相互突き合せ位置と離反位置に移動させる押し引き機構を含ませる。

これらの成形装置は、成形対象が中心に取り付け孔を有する切削インサートの場合には、上パンチと下パンチに、インサート中心の取り付け孔を成形する凸部が対向して設けられたものにする。

この発明の方法によれば、前記ネガ面とポジ面が焼結肌の面で形成された切削インサートを製造することができ、ネガ面とポジ面の切削加工を省いて生産性の向上、コスト低減、切れ刃設計の自由度の向上などを実現することができる。

この発明の製造方法および成形装置は、原料粉末の加圧成形工程において、切削インサートの側面を成形する成形面が前記側面の稜線に沿って２つに分けられるように分割された臼を使用する。

切削インサートの前記ネガ面とポジ面が同一側面の中で隣り合う面と交差した位置の稜線は成形体の厚み方向に傾斜している。その稜線に沿って臼を分割することで、分割面に臼の突き合わせ方向に対して傾いた斜面が含まれることになり、その斜面がテーパ嵌合することによるくさび効果が生じて分割臼の位置ずれが防止され、位置合わせが容易かつ正確になされるようになり、成形圧で分割臼が離反する（開く）ことも抑制されるようになる。

また、分割面が斜めになることで、分割臼を組み合わせたときの突き合せ部の接触面積がストレートな分割面を有する臼に比べて増加し、分割臼を組み合わせたときに分割面に加わる単位面積当たりの圧力が従来の分割臼よりも小さくなって分割面の疲労、摩耗が抑制される。

さらに、前記稜線に沿った位置で臼を分割するので、２分割臼による全側面にネガ、ポジ面が混在する切削インサートの成形も可能になる。

（ａ）この発明の方法で製造する切削インサートの一例を示す斜視図、（ｂ）その切削インサートの平面図、（ｃ）その切削インサートの側面図 （ａ）この発明の方法で製造する切削インサートの他の例を示す斜視図、（ｂ）その切削インサートの平面図、（ｃ）その切削インサートの側面図 （ａ）この発明の方法で製造する切削インサートのさらに他の例を示す斜視図、（ｂ）その切削インサートの平面図、（ｃ）その切削インサートの側面図 図１の切削インサートを成形する金型の分割臼の一例を示す斜視図 （ａ）図４の分割臼を離反させた状態の側面図、（ｂ）同上の分割臼を組み合わせた状態の側面図 図１の切削インサートを成形する金型の分割臼の他の例を示す斜視図 （ａ）図６の分割臼を離反させた状態の側面図、（ｂ）同上の分割臼を組み合わせた状態の側面図 図４の分割臼を有する成形装置の要部（金型構成要素）を示す断面図 図８の成形装置による成形の工程図 図６の分割臼を有する成形装置の要部（金型構成要素）を示す断面図 図１０の成形装置による成形の工程図

以下、添付図面の図１〜図１１に基づいて、この発明の方法で製造する切削インサートの一例と、その切削インサートの製造方法と、その方法に利用する成形装置の実施の形態を説明する。

図１〜図３の切削インサート１は、いずれもフライスカッタの切れ刃として使用する８コーナ（片面で４コーナ）使用タイプの切削インサートであって、上面２と、下面３と、上下面にそれぞれ交わる側面４と、切れ刃５と、クランプねじ（図示せず）を通して係合させる上下面に開口した取り付け孔６を有する。図２の切削インサートは、このほかに、突起７を有している。

例示の切削インサートの上面２は、いずれも、インサート厚み方向に対して垂直なフラットな中央ランド２ａと、切れ刃５に沿って形成される微小幅の刃先強化用ランド２ｂと、刃先強化用ランド２ｂの内端から中央ランド２ａに向って下り降りる方向に傾斜したすくい面２ｃを備えた面になっている。

下面３は、上面２と同一構成であり、切削インサートを反転させると下面が上面に、上面が下面になる。

側面４は、図１、図２の切削インサート１では、ネガ面４ａとポジ面４ｂの２つの面で構成され、図３の切削インサートでは、ネガ面４ａとポジ面４ｂと第３の面４ｃの３つの面で構成されている。

ネガ面４ａは、水平でフラットな基準の上面（中央ランド２ａと平行な仮想面）に対して鈍角に交差する面であり、ポジ面４ｂは、前記基準の上面に対して鋭角に交差する面である。

図１、図２の切削インサート１は、ネガ面４ａとポジ面４ｂが直接交わっており、両面の交差部に生じた稜線８は、インサート厚み方向に対して傾斜している。

また、図３の切削インサート１は、ネガ面４ａとポジ面４ｂの間に第３の面４ｃが介在されている。その第３の面４ｃは、基準の上面に対して直角に交わる面である。この第３の面４ｃとネガ面４ａとの交差部及びポジ面４ｂとの交差部にそれぞれ生じた稜線８も、インサート厚み方向に対して傾斜している。

図１、図２の切削インサートの切れ刃５は、主切れ刃５ａとサラエ刃として使用される副切れ刃５ｂからなる。また、図３の切削インサートの切れ刃５は、主切れ刃５ａと、副切れ刃５ｂと、中間切れ刃５ｃの３領域からなる。

主切れ刃５ａは、ネガ面４ａと上面（刃先強化用ランド２ｂ）が交差した位置の稜線によって形成されている。また、副切れ刃５ｂは、ポジ面４ｂと上面（刃先強化用ランド２ｂ）が交差した位置の稜線によって形成され、中間切れ刃５ｃは、第３の面４ｃと上面（刃先強化用ランド２ｂ）が交差した位置の稜線によって形成されている。

ネガ面４ａとポジ面４ｂは、切削インサートの下面３に対してはネガ、ポジの関係が逆転する。ネガ面４ａは基準の下面（厚み直角方向のフラットな面）対しては鋭角に交わり、下面側の刃先強化用ランドとの間に切れ味のよい副切れ刃５ｂを作り出す。

また、ポジ面４ｂは基準の下面に対しては鈍角に交わり、下面側の刃先強化用ランドとの間に強化された主切れ刃５ａを作り出す。

さらに、第３の面４ｃは基準の上面、基準の下面の双方に対して直角に交わり、上面側、下面側の双方において主切れ刃５ａと副切れ刃５ｂとの間に中間切れ刃５ｃを作り出す。

これにより、例示の切削インサートは、いずれも、それを反転させたときに反転前後の切れ刃形状が同じになり、ローテーションにより上下面の４コーナを同一加工に利用することができる。例示の切削インサートは、いずれも、この発明の方法で製造されており、ネガ面４ａ、ポジ面４ｂ及び第３の面４ｃが焼結肌の面で構成されている。

図１の切削インサートの製造に利用する粉末成形用金型の臼の一例を図４に示す。この臼１１は、第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂとからなる。第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂは、インサート厚み方向（上下方向）に分割されたものであり、第１分割臼１１ａが上、第２分割臼１１ｂが下になる状態にして対向配置される。少なくとも第１分割臼１１ａは上下に動かすことができ、その移動によって第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂの突き合せ、離反がなされる。

第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂは、切削インサートの側面を成形する成形面１２を有する。その成形面１２は、切削インサートの側面のネガ面とポジ面が交差した位置の稜線｛図１（ａ）、（ｃ）の稜線８｝に沿って斜めに切り離される。

これにより、第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂは、互いの分割面にその面の突き合わせ方向に対して傾いた斜面１３を含むものになり、その斜面１３が第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂを組み合わせたときにテーパ嵌合する（図５参照）。

そのテーパ嵌合部に第１、第２分割臼１１ａ、１１ｂを上下左右に互いに引き寄せるくさび効果が生じ、その作用で第１、第２分割臼１１ａ、１１ｂの位置ずれが防止され、位置合わせが容易かつ正確になされるようになる。また、そのくさび効果により、成形圧で分割臼が離反することも抑制されるようになる。

図１の切削インサートの製造に利用する粉末成形用金型の臼の他の例を図６に示す。この図６の臼１１も、第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂとからなる。第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂは、インサートの厚み直角方向（左右方向）に分割されており、第１分割臼１１ａが水平面内で接近、離反するように横向きに対向配置される。

第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂは、切削インサートの側面を成形する成形面１２を有し、その成形面１２も、図４の臼と同様に、切削インサートの側面のネガ面とポジ面が交差した位置の稜線に沿って斜めに切り離されて分割面に斜面１３を含むものになっている。その斜面１３が図７に示すように突き合わされることで、図４の臼とほぼ同様の作用、効果が発揮される。

図４の臼１１を有する成形装置の概要を図８に、その成形装置による成形の工程図を図９にそれぞれ示す。成形装置１０は、切削インサートの側面を成形する臼１１と、切削インサートの上面を成形する上パンチ１４と、切削インサートの下面を成形する下パンチ１５を備えている。

臼１１は、既に述べたように、切削インサートの厚み方向に分割された第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂとからなる。第１分割臼１１ａは上側に、第２分割臼１１ｂは下側にそれぞれ配置され、成形装置には、第１分割臼１１ａを、第２分割臼１１ｂとの突き合せ位置と第２分割臼からの離反位置に移動させる昇降機構１６が含まれている。

上パンチ１４はプレス機の上ラム（図示せず）によって、下パンチ１５はプレス機の下ラム（これも図示せず）によってそれぞれ駆動される。第２分割臼１１ｂは、位置固定のベースプレート（これも図示せず）で支持したが、下パンチ１５をベースプレートで支持し、第２分割臼１１ｂを可動にして成形体を臼から抜き取るときにその第２分割臼１１ｂを成形体が完全に抜け出す位置まで引き下げることもある。

なお、上パンチ１４と下パンチ１５には、インサート中心に形成される取り付け孔（図１の６）を成形する凸部１７が対向して設けられているが、取付け孔の無い切削インサートの成形では凸部１７の無いパンチが使用される。また、取り付け孔６は、成形体を貫通する上下のパンチとは別に設けたピンで成形することもできる。

この図８の成形装置は、図９に示すように、第１分割臼１１ａを昇降機構１６で駆動して第２分割臼１１ｂに突き合せ｛図９（ａ）｝、この状態で臼１１の内側に形成されたキャビティ１８に原料粉末Ｐを投入する｛図９（ｂ）｝。その投入は、既知の給粉ボックス（図示せず）をキャビティ１８の上方に移動させてその給粉ボックスから行う。

次いで、上パンチ１４を降下させてキャビティ１８に進入させ、原料粉末Ｐを金型で加圧成形する｛図９（ｃ）｝。その後、上パンチ１４と第１分割臼１１ａを引き上げ｛図９（ｄ）｝、さらに、下パンチ１５を上昇させて完成した成形体Ａをキャビティ１８から取り出す｛図９（ｅ）｝。

図６の臼１１を有する成形装置の概要を図１０に、その成形装置による成形の工程図を図１１にそれぞれ示す。図１０の成形装置１０は、臼１１をインサートの厚み直角方向に分割して左右に分かれた第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂを水平方向に進退自在に支持し、その第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂを押し引き機構１９で駆動して相互突き合せ位置と離反位置に移動させるようにしており、この部分が図８の成形装置と異なる。

図１０の成形装置１０による成形の工程（図１１参照）は、図８の成形装置１０による図９の成形の工程と大きな違いはない。臼１１の突き合わせと離反の方向及びその臼の開きのタイミングが異なるだけである。

なお、図１１の成形工程では、完成した成形体Ａを取り出す際に、上パンチ１４を先ず上昇させ｛図１１（ｄ）｝、次いで、第１分割臼１１ａと第２分割臼１１ｂを離反させ｛図１１（ｅ）｝、その後に下パンチ１５を上昇させる｛図１１（ｆ）｝。

上述したように、この発明の製造方法では、インサートの厚み方向に分割した臼（縦開きの臼）とインサートの厚み直角方向に分割した臼（横開きの臼）を使用することができる。２種類の臼を選択的に使用することで、切削インサートの形状による成形の支障などを取り除くことが可能になる。

例えば、図３の切削インサートは、第１分割臼と第２分割臼のどちらか一方で、ネガ面４ａ、ポジ面４ｂのどちらか一方と第３の面４ｃの２面を成形する必要がある。その２面を成形する分割臼が第１分割臼であると仮定して、そのときに横開きの臼を用いると、第１分割臼と第３の面４ｃとの間に生じる摩擦力によって成形体の取り出しが困難になる。これに対し、縦開きの臼は下パンチで成形体を臼から抜き出すことができ、そのために、上記の問題が発生しない。

なお、以上の説明は、基本形状が四角形の切削インサートを例に挙げて行ったが、この発明は、基本形状が６角形や８角形などで、全側面が同一形状をなす切削インサートの製造にも利用することができる。

１ 切削インサート
２ 上面
２ａ 中央ランド
２ｂ 刃先強化用ランド
２ｃ すくい面
３ 下面
４ 側面
４ａ ネガ面
４ｂ ポジ面
４ｃ 第３の面
５ 切れ刃
５ａ 主切れ刃
５ｂ 副切れ刃
５ｃ 中間切れ刃
６ 取り付け孔
７ 突起
８ 稜線
１０ 成形装置
１１ 臼
１１ａ 第１分割臼
１１ｂ 第２分割臼
１２ 成形面
１３ 斜面
１４ 上パンチ
１５ 下パンチ
１６ 昇降機構
１７ 凸部
１８ キャビティ
１９ 押し引き機構
Ｐ 原料粉末
Ａ 成形体

Claims (6)

1. 基準の上面に対して鈍角に交わるネガ面（４ａ）と前記基準の上面に対して鋭角に交わるポジ面（４ｂ）が混在した側面（４）を有し、前記ネガ面（４ａ）とポジ面（４ｂ）が隣り合う面と交差した位置の稜線（８）がインサート厚み方向に対して傾斜している切削インサート（１）を粉末冶金法で製造する方法であって、
   切削インサートの側面（４）を成形する臼（１１）がインサートの厚み方向、又は厚み直角方向に第１分割臼（１１ａ）と第２分割臼（１１ｂ）の２つに分割され、その分割が、前記稜線（８）に沿って行われた金型を使用して原料粉末の成形を行うことを特徴とする切削インサートの製造方法。
2. 切削インサート（１）の前記側面（４）に、前記基準の上面に対して直角に交わる第３の面（４ｃ）が含まれ、その第３の面（４ｃ）と前記ネガ面（４ａ）又は前記ポジ面（４ｂ）の間に形成される稜線（８）がインサートの厚み方向に対して傾斜し、その稜線（８）に沿って第１分割臼（１１ａ）と第２分割臼（１１ｂ）に分割された臼（１１）を使用して前記ネガ面（４ａ）、ポジ面（４ｂ）のどちらか一方と前記第３の面（４ｃ）を片方の分割臼で成形することを特徴とする請求項１に記載の切削インサートの製造方法。
3. 基準の上面に対して鈍角に交わるネガ面（４ａ）と前記基準の上面に対して鋭角に交わるポジ面（４ｂ）が混在した側面（４）を有し、前記ネガ面（４ａ）とポジ面（４ｂ）が隣り合う面と交差した位置の稜線（８）がインサートの厚み方向に対して傾斜している切削インサート（１）の成形体を、原料粉末を加圧成形して得る成形装置であって、
   切削インサートの上面（２）を成形する上パンチ（１４）と、切削インサートの下面（３）を成形する下パンチ（１５）と、切削インサートの側面（４）を成形する臼（１１）を備え、前記臼がインサートの厚み方向、又は厚み直角方向に２分割され、その分割が、前記稜線（８）に沿って行われた金型を備えた成形装置。
4. 前記臼（１１）を、インサートの厚み方向に分割されて上下に対向配置される第１分割臼（１１ａ）と第２分割臼（１１ｂ）とで構成し、さらに、上側に置かれる前記第１分割臼（１１ａ）を第２分割臼（１１ｂ）との突き合せ位置と離反位置に移動させる昇降機構（１６）を含ませた請求項３に記載の成形装置。
5. 前記臼（１１）を、インサートの厚み直角方向に分割されて左右に対向配置される第１分割臼（１１ａ）と第２分割臼（１１ｂ）とで構成し、さらに、前記第１分割臼（１１ａ）と第２分割臼（１１ｂ）を相互突き合せ位置と離反位置に移動させる押し引き機構（１９）を含ませた請求項３に記載の成形装置。
6. 前記上パンチ（１４）と下パンチ（１５）に、インサート中心に形成される取り付け孔（６）を成形する凸部（１７）が対向して設けられた請求項３〜５のいずれかに記載の成形装置。

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