JP5529826B2 - 旋削インサート - Google Patents

Description

本発明は、切り屑拘束面と逃げ面との間に形成された２つの切れ刃を有する少なくとも一つのコーナを備え、第１の切れ刃は切り屑を排出し、第２の切れ刃は面を仕上げる旋削インサートに関する。

本発明の基礎を作る最近の情報には、全体的又は部分的に丸い切れ刃によって作られた断面的に湾曲した切り屑が示されており、この切り屑は、直線切れ刃に作られる断面的に直線の切り屑よりも、より大きいエネルギーの消費を必要とすると共に、より多くの熱を放出する。より詳細には、切れ刃の幅に沿う各点で開放された切り屑は、切れ刃に沿う各微小部分又は各点に対して垂直に動くことを意図するということが示されている。これは、直線切れ刃が、切れ刃に対してほとんど垂直方向に流れる断面的に直線の切り屑を生じ、直線の切り屑は最も小さい熱発生の可能性を高め、一方、全体的又は部分的に丸い切れ刃は全体的又は部分的に湾曲した切り屑を生じ、湾曲した切り屑は激しい熱発生を生じるということを意味している。一般に、高温は、低温よりも切削インサートを摩耗させる。より詳細には、高温の切り屑は、いわゆるクレータ摩耗を生じる。すなわち、切り屑が切削インサートの頂面又は切り屑拘束面に当たる領域において、先ず、一つのクレータが生じ、クレータの大きさと深さが時間の経過と共に成長する。切り屑を排出する切れ刃の取付角（工具の送り方向に対する切れ刃の角度）は、切削インサートの摩耗に影響するということは以前から知られている。より正確には、小さい取付角は大きい取付角より少ない一般的な摩耗を与える。

旋削に関して、丸い切削インサートはある程度まで使われているが、特に、多角形の切削インサート、例えば四角又は菱形の切削インサートが使われている。多角形の切削インサートは、切り屑を排出する一つ以上の主切れ刃を含んでいる。主切れ刃は直線であり、一般的に丸い形状の面を仕上げる切れ刃に変わる。切削インサートは相当の半径の明瞭な刃先を有するとき、又は、例えば、四角形の切削インサートの面を仕上げる切れ刃が、２つの直線の主切れ刃の間の丸いコーナ部分からのみなるとき、面の仕上げは、−切り屑が主切れ刃によって排出された後に−丸い切れ刃の実質的微小部分に沿う部分だけで、すなわち、回転する被削材の幾何学的回転軸に最も近い切れ刃の接点によってもたらされる。特に、最後に述べた場合において、すなわち、切削インサートが相対的に小さい面を仕上げる円弧切れ刃を有する場合、大きい切込みと、通常の４５゜の取付角で与えられる切り屑の大部分は、断面的に直線形状となるが、切り屑の切れ刃を除く部分は、コーナ切れ刃の面を仕上げる接点に最も接近して形成される。硬質被削材の加工に適する小さい切込みでは、湾曲する切り屑の部分は、切込みの減少に比例して増加する。

上述の一般的に説明された旋削インサートは、数ある中の米国特許第５２２６７６１号及び米国特許第６６１２７８６号によって従来から知られている。

従来から知られている旋削インサートを改良する目的で、特に、クレータ摩耗又はコーナ摩耗を減少させることによって工具寿命を延ばすだけでなく、加工が終了した後にフィレットの中に残っている材料を少なくする目的で、切削インサートは開発され、スウェーデン国特許第０３０１３２３−２号（非公開）の題目となっている。しかしながら、切削インサートは不完全であり、切り屑を排出する主切れ刃に隣接する個々のコーナは、丸い形状、より詳細には、いわゆるワイパー技術、すなわち、個々の主切れ刃と副切れ刃との間の境界部は、異なる曲率の２つ以上の円形部分からなっている。言い換えると、この場合、面を仕上げる切れ刃部分のすぐ近くで排出した切り屑は湾曲する。この切り屑は、熱の発生を多くし、それによって面を形成する切れ刃部分のすぐ近くでクレータ摩耗を与える。一方、面を形成する切れ刃部分から離れている切り屑の端は、十分に厚くなる。反対側の端は、単に湾曲した形状になるだけでなく、連続的に厚みが減少する。厚みは、最も外側の端部分で生じ、面を仕上げる切れ刃刃部分のすぐ近くで鋸歯形状になる。切り屑端におけるこのような鋸歯形成は、いくつかの点で好ましくなく、切削インサートの摩耗の一因となり、ギザギザした尖った切り屑を作る（切り屑は、加工後に関係する環境で害を生じることを含んでいる）。

本発明は、スウェーデン国特許第０３０１３２３−２号による旋削インサートの不完全性を解決し、改良された旋削インサートを提供することを目的とする。したがって、本発明の主目的は、硬質の被削材の加工に特に適する切削インサートを提供することである。インサートは、その全幅に沿って実質的に真っ直ぐの切り屑を生じさせ、それゆえに、最小のエネルギー消費を必要とし、少ない熱を発生する。より詳細には、切削インサートの寿命を延ばすことが最大の目的である。他の目的は、仕上げ面の平滑性に関して時間が経つにつれて高品質を保証するために、面を仕上げる切れ刃から離れた領域でインサートの摩耗が生じる切削インサートを提供することである。

本発明によれば、少なくも主目的は、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって達成される。本発明による切削インサートの好ましい実施形態は、従属請求項２〜９に記載されている。

本発明は、切り屑を排出する切れ刃又は主切れ刃を、インサートの全幅に沿って真っ直ぐに形成し、尖鋭境界部の形態で面を仕上げる切れ刃と接続する境界部を形成する考えに基づいている。また、好ましくは、面を仕上げる切れ刃も、尖鋭境界部に隣接する直線とする。研削された切削インサートにおいて、尖鋭境界部又は尖鋭コーナは、各切れ刃に隣接する逃げ面が、互いに対して鈍角で延びる平坦面に研削されているという事実によって設けられている（２つの逃げ面の間の境界部が、直線で、明瞭な交差線からなっているということを含んでいる）。型押しされた切削インサートにおいて、型内の２つの面は、直線又は線形のコーナに集中する２つの逃げ面を形成するということが保証されている。

工具に適用された本発明による切削インサートと、加工中に回転する被削材とを示す略図である。 本発明による切削インサートの拡大斜視図である。 切削インサートの種々の幾何学的データを示す平面図である。 図３による切削インサートの端面図である。 被削材を加工中の切削インサートの有効コーナ部分の拡大した別の部分平面図である。 切削インサートのコーナ部分の別の部分平面図である。 同じく切削インサートのコーナ部分の別の部分平面図である。

図１において、一般に、１は、本発明によって作られた切削インサートを示す。インサートは、バー又はシャンク２と共に旋削工具を形成する。３で示される被削材は、例えば、シャフト又は同種のものであり、中心軸Ｃの回りを、より詳細には、矢印Ｒの方向に回転可能である。ほとんどの場合、被削材は、回転可能なチャックによってクランプされている。一方、工具は被削材に沿って、例えば、中心軸Ｃと平行に移動可能である。工具と被削材との間の相対的な送り方向は、矢印Ｐによって示されている。切削インサートにおいて、切り屑を排出する有効な主切れ刃４が含まれ、送り方向Ｐ（それ自体、幾何学的中心軸Ｃに対する所定の角度を形成する）に対するその角度は、切れ刃のいわゆる取付角Ｋ゜を構成する。工具の送りはｆで示され、切込みはａｐで示される。

参考資料が、切削インサートの斜視図を表す図２に示されている。本発明は、同時に作用する面仕上げ刃と共に一つの主切れ刃を有する切削インサートに適用可能であるが、本発明は、２つの全く反対のコーナ５で、面仕上げ刃６と共に一対の同じ主切れ刃４を有する切削インサートに関して例示されている。言い換えると、例による切削インサートは、合計４つの主切れ刃を含んでいる。一般に、切削インサートは、多角柱を基本形状とし、底面８と平行に頂面７を形成する。頂面と底面との間には、９で示される外周側面が延びている。この外周側面において、複数の側面が含まれていて、１０，１１，１２，１３及び１４で示されている。側面１１，１２は、切れ刃４，６に隣接する逃げ面を形成する。通常、切れ刃４，６は、切削インサートの頂面と逃げ面との間の稜線で構成されている。

例において、頂面７は、切削インサートの切り屑拘束部分を構成し、略図で示されている。言い換えると、切削インサートの頂面は、完成した切削幾何学面を形成するためのものではない。しかしながら、面の周囲に隣接して、フルート状の溝Ｓが示されている。溝Ｓは切り屑ブレーカとして機能する。言い換えると、実際に切削インサートは、被削材から切り屑を分離した後に、できるだけ早く切り屑を切削インサートから離すように、切り屑を押すための手段を含むべきである。

例において、切削インサートは、側面９に含まれる全ての面が、頂面と底面７，８に垂直に延びている限り、中立又はネガの幾何学性を有する。しかしながら、切削インサートは、同様にポジの切削幾何学性をもつことができる。すなわち、頂面に対して鋭角に延びる側面で形成されることもできる。これに関連して、切削インサートは、両面を有することもできるというが説明されるべきである。すなわち、底面８に切り屑を拘束する切削幾何学形状が形成されることも可能である。

図示されている切削インサートは、今まで説明されている限り、全て本質的に従来から知られていることである。

参考資料が、本発明の新規な特徴を拡大した倍率で表す図３〜７に示されている。図３において、Ｂは２つのコーナ５間の対角線を示し、対の主切れ刃の２等分線を形成する。第２の２等分線Ｂａは、切削インサートの互いに正反対のコーナ５ａ間に延びている。主切れ刃４と面仕上げ刃６に加えて、側面１３に隣接して形成された４つの副切れ刃１５が、切削インサートに含まれている。副切れ刃は、切削インサートの各側面の主切れ刃に沿って、より詳細には、切れ刃６から出っ張っている湾曲したコーナ側面１４に隣接するアーチ切れ刃１６まで延びている。さらに、側面１０に関係して、横切れ刃１７が存在する。横切れ刃は、各コーナ５で隣接する２つの主切れ刃４の間に延びている（図２に示す）。

各コーナ５に隣接する２つの副切れ刃１５の間の角度αは、好ましくは鋭角であり、８０゜で例示されている。したがって、各副切れ刃１５と２等分線Ｂの角度α_１は４０゜である。これゆえ、角度βは鋭角ではなく１００゜であり、２等分線Ｂａと各副切れ刃１５の間の角度β_１は５０゜である。コーナ切れ刃１６の半径は、重要ではない。各切れ刃６と２等分線Ｂとの間の角度εは、角度α_１より大きく、４５゜で例示されている。主切れ刃４と２等分線Ｂとの間の角度γは、いっそう大きく、５５゜で例示されている。普通の状態では機能しない横切れ刃１７は、直線であることが好ましく、２等分線Ｂに対して直角λである。

主切れ刃４の長さＬ４は、切削インサートのサイズ、所望の切込み、フィレットに残すために許容される材料の量に非常に強く依存することができる。しかしながら、実際に、寸法Ｌ４は、０．５〜２ｍｍの範囲内、好ましくは０．８〜１．５ｍｍにすることができる。切れ刃６はかなり短いけれども、約０．３ｍｍの長さＬ６を有することができる。しかしながら、この寸法は、小さくなったり、大きくなったり変化することができる。横切れ刃１７の長さＬ１７は、機能上に関して付随的であるが、実際に、切れ刃長さＬ４と凡そ同じ値を有する。

前述したように、本発明は、主切れ刃４を直線に作るというだけでなく、とりわけ、拡大された図５〜７に符号１８で示される尖鋭境界部を介して面仕上げ刃６に変わるという考えに基づいている。”尖鋭境界部”のコンセプトは、主切れ刃４が面仕上げ刃６に変わる点において、切れ刃には慎重に設けられる円弧形状の如何なる形態もないものと解釈されるべきものである。もし、切削インサートが研削されているならば、尖鋭境界部１８は、互いに鈍角（例えば１７０゜）で延びている平面に研削される逃げ面１１，１２に設けられている。この面は、まっすぐな中断線を経て互いに変化している。言い換えると、尖鋭境界部１８は、切れ刃４と切れ刃６が中断線１９で出会う鋭いプリズム状の点によって形成されている。

前述したように、主切れ刃４のように面仕上げ刃６は、少なくとも尖鋭境界部に隣接し、真っ直ぐにすることができる。好ましくは、切れ刃６は、その全長Ｌ６に渡って直線であり、その後、境界部２０を介して副切れ刃に変わる。この境界部２０の形状は付随的であり、鋭いか又は滑らかで丸いかのどちらかである。

もし、成形が型押しによってなされたならば（すなわち、研削することなしに）、尖鋭境界部１８は同じ方法、すなわち、切れ刃４，６が、逃げ面１１，１２の間の中断線１９によって交差する点で出会うようにする目的で形成される。しかしながら、この場合、尖鋭境界部は型押し工程のためやや丸くなるかもしれない。尖鋭境界部ができるだけ鋭い形状として考えられるためには、自然な丸みは、半径が０．１ｍｍを超えないようにすべきである。好ましくは、最大の丸みの半径が、０．０５ｍｍを超えないようにすべきである。この値より小さい、例えば０．０３ｍｍの丸みを有する可能な尖鋭境界部は、鋭いものとして考えられている。

例において、横切れ刃１７と主切れ刃４（図６に示す）との間の境界部２１は、尖鋭境界部１８と同じタイプの尖鋭境界部として示されている。言い換えると、境界部は、側面１０が平面であり、真っ直ぐな中断線２２（図２に示す）を介して平面１１に変わる事実によって設けられている。中断線２２は、切れ刃４と横切れ刃１７の間の交点を通って延びている。しかしながら、この点に関し、径方向の境界部として境界部２１を作ることが可能であることが指摘されるべきである。

参考資料が、非常に大きい倍率で、主切れ刃４と被削材３の係合を表す図５に示されている。一般的の条件の下、硬質被削材の加工において、切込みａ_ｐは０．０５〜０．３ｍｍの範囲に制限されており、通常は約０．１５ｍｍである。図３による加工状態において、面を仕上げる真っ直ぐな切れ刃６は送り方向Ｐに平行である（そして、被削材の幾何学的回転軸Ｃに平行に例示されている）。尖鋭境界部１８に隣接する長さの大きい部分又は長さの小さい部分に沿う取付角Ｋに依存して、主切れ刃４は被削材から切り屑（図示しない）を排出する。尖鋭境界部１８までずっと真っ直ぐである切れ刃４によって、切り屑は、−切り屑の幅に関係なく−真っ直ぐになり、切り屑の全幅に沿って等しい厚さになり、切り屑はそっくりそのまま切れ刃に対して垂直方向に排出される。これは、次に述べることを意味する。第１に、切り屑排出は少ない熱の放出下で行われ、第２に、切り屑は、被削材の加工された包絡面２３の滑らかさを決定する面仕上げ刃６から適当に離れている点で、切削インサートの切り屑を拘束する頂面に衝突する。言い換えると、面仕上げ刃６のすぐ近くでクレータ摩耗は抑制され、面仕上げ刃の有用性が、長期の加工中に保証されている。言い換えると、切削インサートの工具寿命は、切り屑を排出する切れ刃と面を仕上げる切れ刃との間の限られた領域内において、丸い切れ刃部分、例えば、ワイパー型の切れ刃部分を含む旋削インサートと比較して延長する。

実際に、本発明による切削インサートは、種々の硬質工具材料、例えば立方晶窒化硼素、超硬合金、セラミックス、ダイヤモンドなどから作られる。しかしながら、主として、立方晶窒化硼素による加工が期待される。切削インサートは、特に、小さい切込みａ_ｐで旋削が行われる焼入れ鋼などの硬質被削材の加工に適する。このような加工に関して、切削インサートは、長寿命（熱発生の抑制による）、最適な切り屑形状、改良された切削力方向及び加工された被削材中に残る残留応力の減少など複数の利点を提供する。

”取付角”のコンセプトは、個々の切削インサートに関するものというよりはむしろ、本質的に、構成される旋削工具と被削材に対するその移動に関するものであるということが指摘されるべきである。なぜなら、加工中に面を仕上げる真っ直ぐな切れ刃６は、送り方向に平行に取り付けられ、切り屑を排出する切れ刃４は、さらい刃の延長線上の想像線に対して一定の角度で形成されている。しかしながら、取付角のコンセプトは、従属請求項と同じである前の説明の中に、関連して説明されている。

上述した取付角Ｋは、主切れ刃４の２等分線角度γと、面仕上げ刃６の２等分線角度εとの間の差を構成する。例において、この差は１０゜である。１０゜は好ましい取付角を構成するけれども、取付角は大きくなったり小さくなったりすることもある。しかしながら、取付角は３０゜を越えず、２０゜以下が有効である。他方、取付角は３゜以下、好ましくは５゜以下にすべきでない。実際に、本発明にしたがって加工された切削インサートの凡その取付角は、５〜１５゜、好ましくは８〜１２゜の範囲にあるべきである。

この点に関して、２等分線角度α_１，β_１，ε及びγは、選択された取付角に関係なく、前に例示された値に対して小さくなったり大きくなったりすることが、かなりあるということが説明されるべきである。

また、一般的に、主切れ刃４だけが、切り屑の排出に有効であるということが説明されるべきである。言い換えると、一般的に、主切れ刃は全切込みａ_ｐをカバーしている。しかしながら、被削材は凹凸を有することもあり、主切れ刃４に接続する横切れ刃１７の部分が、一時的に切り屑の排出作業に参加する。言い換えると、横切れ刃１７もまた、瞬間的に切り屑を排出する切れ刃として作用することがある。

１ 切削インサート
２ シャンク
３ 被削材
４ 主切れ刃
５ コーナ
６ 面仕上げ刃
７ 頂面
８ 底面
９ 外周側面
１５ 副切れ刃
１７ 横切れ刃
１８ 尖鋭境界部
１９，２２ 中断線

Claims (7)

1. 切り屑拘束面（７）と逃げ面（１１，１２）との間に形成された２つの切れ刃（４，６）を有するコーナ（５）を備え、第１の切れ刃（４）は切り屑を排出し、第２の切れ刃（６）は面を仕上げる旋削インサートであって、
   前記第１の切れ刃（４）は、尖鋭境界部（１８）を介して前記第２の切れ刃（６）に変わると共に、該尖鋭境界部（１８）まで真っ直ぐな主切刃であり、第１の切れ刃（４）が通常の使用における切り込みの全てをまかない、
   コーナ（５）が、該コーナ（５）の２等分線（Ｂ）の両側に配置されると共に、同時に作用する二つの第２の切れ刃（６）と二つの同じ第１の切れ刃（４）とを備え、二つの第１の切れ刃（４）の間に横切れ刃（１７）が延び、該横切れ刃（１７）が全長に亘って直線であることを特徴とする旋削インサート。
2. 前記第２の切れ刃が真っ直ぐであることを特徴とする請求項１に記載の旋削インサート。
3. 前記第１、第２の切れ刃（４，６）の間の前記尖鋭境界部（１８）は、プリズム状であり、該尖鋭境界部（１８）に隣接する前記逃げ面（１１，１２）が互いに鈍角で交差する平面に形成されることにより設けられ、両切れ刃間の交差点を横切る中断線（１９）を介して互いに変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削インサート。
4. 前記第１の切れ刃（４）は取付角（Ｋ）を有し、該取付角は前記第１の切れ刃と前記第２の切れ刃（６）の延長上の想像線との間の角度として定められ、多くとも３０゜であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の旋削インサート。
5. 前記第１の切れ刃（４）は取付角（Ｋ）を有し、該取付角は前記第１の切れ刃と前記第２の切れ刃（６）の延長上の想像線との間の角度として定められ、少なくとも３゜であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の旋削インサート。
6. ２つの正反対のコーナ（５）を備え、同時に作用する第２の切れ刃（６）と一対の同じ第１の切れ刃（４）とをそれぞれ分離して含み、前記第２の切れ刃（６）は２つの前記コーナ（５）間の対角線を示す２等分線（Ｂ）に対して鋭角（ε）に形成され、前記２つの第１の切れ刃（４）の各々は前記２等分線（Ｂ）に対して角度（γ）に形成され、該角度（γ）は前記鋭角（ε）より大きいことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の旋削インサート。
7. 前記第１の切れ刃（４）から離れている端部において、前記第２の切れ刃（６）は、真っ直ぐで、かつ、前記２等分線（Ｂ）に対して角度（α_１）を形成する副切れ刃（１５）に変わり、前記角度（α_１）は前記第２の切れ刃（６）の前記鋭角（ε）よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の旋削インサート。

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