JP5628343B2 - 窪み部分のある切削エッジを有する切削インサート - Google Patents

Description

本発明は、窪み部分のある切削エッジを有する切削インサートに関するものである。

ノッチや溝などの窪み部分のある切削エッジを有する切削インサートは、一般に、金属製ワークピースを高除去速度で粗くフライス加工するために用いられる。

窪み部分のある切削エッジを有する切削インサートの分野では多くの例が開示されている。三角形状、正方形状、長方形状および円形状の切削インサートが、それぞれ、特許文献１、２、３および４に開示されている．

米国特許第３，５７４，９１１号明細書 米国特許第３，６３６，６０２号明細書 米国特許第３，９２２，７６６号明細書 米国特許第４，９３６，７１９号明細書 米国特許第７，２４１，０８２号明細書

しかしながら、かかる従来技術の切削インサートにおいては、概して窪み部分の形状が幅広い性能に対して最適化されたものではなく、多くの場合切削インサートの切削エッジがフライス作業の間に破損し易いものであった。さらに、窪み部分のある切削エッジを有する従来技術の切削インサートの一般形状は、多くの場合、平坦な平行レーキ面およびベース面に対向するフラットスラブの形状、あるいは単純な凸形状（positive geometries）に限定され、従って切削インサートの応用範囲を制限するものであった。

本発明においては、対向する２つの端面およびそれらの間で延在する外周側面を具える切削インサートが提供される。外周側面は主側面を有する。主側面と端面の一方とが交わる部位に切削エッジが形成される。端面はレーキ面を含み、それに沿って機械加工作業時にワークピースから削られた切り屑が流れる。

本発明においては、主側面に形成された窪みが複数の切削エッジ窪み部分で前記主切削エッジを途切れさせる。それぞれの切削エッジ窪み部分は窪みのない２つの切削エッジ部分の間に配される。切削エッジとともに端面が示される切削インサート（１０）の端面を見たときに、それぞれの切削エッジ窪み部分は、湾曲した２つの側部の間に位置する湾曲した中央部を含んでいる。

この切削エッジ窪み部分の構造は、フライス作業、特に金属製ワークピースを高除去速度で粗くフライス加工する場合に有利であることが証明されている。一方では、途切れた切削エッジが切り屑の分裂を生じさせ、他方では、途切れた切削エッジが切削エッジ窪み部分に湾曲構造を有していないものと比較して、途切れた切削エッジに対し破損することなくより高い切削力に耐える堅牢性を湾曲部が提供する。

好適実施形態においては、中央部は第１の曲率半径を有し、それぞれの側部は第２の曲率半径（Ｒ２）を有し、第１の曲率半径（Ｒ１）が第２の曲率半径（Ｒ２）よりも大とされる。この特別な構造によって、途切れた切削エッジに対してさらなる強度が付与される。

最良の性能のために最適化されたある特定の応用例では、第１の曲率半径が０．７から０．９ｍｍの範囲にあり、第２の曲率半径が０．３から０．５ｍｍの範囲にある。

特別な応用例では、第１の曲率半径は０．８３ｍｍに等しく、第２の曲率半径は０．４０ｍｍに等しい。

窪みのない切削エッジ部分は多くの好適な形状の１つを有し得る。いくつかの実施形態では、窪みのない切削エッジ部分のそれぞれは、直線、楕円形および螺旋形から成る群から選択されたものの部分とすることができる。

本発明は、「反転レリーフ（reversed-relief）」の主レリーフ面を有する両側面型（double-sided）ないしは両端面型（double-ended）切削インサートを満足させる。かかる切削インサートは特許文献５に開示されている。

本発明のいくつかの実施形態において、対向する２つの端面は同等であり、外周側面は対向する２つの同等な主側面を含む。離隔した４つの主切削エッジが存在する。各主切削エッジは、各主側面が各端面と交わる部位に形成される。各端面は関連するレーキ面を含む。関連するレーキ面の各々は、それぞれの主切削エッジから切削インサートの概ね内方に内側端面４６へと延在する。各主側面は関連する主レリーフ面を含む。関連する主レリーフ面の各々は、それぞれの主切削エッジから、主レリーフ面が含まれる主側面の中央領域に向かって延在する。主側面に概ね直交する平面で取った切削インサートの各断面において、主切削エッジの窪みのない主切削エッジ部分でのそれぞれの主レリーフ面（ここでは「反転レリーフ」の主レリーフ面として参照される）の接線が切削インサートの正中面に対して傾き、鋭角の内角をなす。各端面は４つのコーナー、すなわち対角線上で対向する２つの低位コーナーおよび対角線上で対向する２つの高位コーナーを有し、低位コーナーは高位コーナーよりも正中面（Ｍ）に近接している。

本発明はまた、上述した種類の切削インサートを少なくとも２つ有するフライスも対象とする。

本発明をよりよく理解し、それが実際上どのように実施されるかを示すために、添付の図面が参照される。

本発明に係る切削インサートの斜視図である。 図１の切削インサートの副側面を示す図である。 図１の切削インサートの端面を示す図である。 図１の切削インサートの主側面を示す図である。 図１の切削インサートの図３のＶ−Ｖ線に沿った部分断面図である。 図３に示したものと同様であるが切削インサートを軸Ａのまわりに回転させて示す切削インサートの端面図である。 図６の切削インサートの切削エッジの詳細である。 本発明の実施形態に係る切削インサートを有するフライスの側面図である。

まず図１〜図７に着目するに、関連して本発明が記載され、説明される切削インサート１０が示されている。しかしながら、本発明は切削インサートの切削エッジの特性に関連するものであり、図に示された切削インサートに適用可能であるのは勿論であるが、束縛されない例として用いられるその切削インサートには決して限定されないものである。切削インサート１０は割り出し可能であり、好ましくは成形プレスまたは射出成形および炭化物粉末の焼結によって製造される。切削インサート１０は、その端面から見た場合、概して長方形状である。

外周側面１４が２つの対向端面１２間に延在し、対向する２つの同等の副側面１６と、概ね平行四辺形状を有して対向する２つの同等の主側面（major side surface）１８と、隣り合う副側面（minor side surface）１６および主側面１８の間に位置するコーナー側面２０とを含んでいる。切削インサート１０には貫通孔２２が設けられ、これは端面１２間に延在して開口している。貫通孔２２はクランプスクリューを受容することで切削インサート１０をフライス２６（図８）に固定するためのものである。

各端面１２は４つのコーナー、すなわち対角線上で対向する２つの高位コーナー（raised corner）２８および対角線上で対向する２つの低位コーナー（lowered corner）３０を有する。各端面１２の高位コーナー２８は端面の平面Ｐ内にある。切削インサート１０の正中面Ｍは、２つの平面Ｐに平行で且つそれらの中程に位置する。低位コーナー３０は高位コーナー２８よりも正中面Ｍに近接している。各コーナー側面２０は、２つの対向端面１２の一方の所定の高位コーナー２８と２つの対向端面１２の他方の所定の低位コーナー３０との間に延在する。

切削インサート１０は、対向端面１２を接続する貫通孔２２を通る中心軸Ｂを有する。切削インサート１０は、対向する２つの同等の副側面１６を通り、正中面Ｍ上にあって中心軸Ｂと直交する主軸Ａについて１８０度の回転対称形である。

各端面１２と外周側面１４とが交わる部位には外周エッジ３２が形成される。端面１２のそれぞれについて、外周エッジ３２は、主側面１８が端面１２と交わることによって形成される２つの主切削エッジ（major cutting edge）３４と、副側面１６が端面１２と交わることによって形成される２つの副切削エッジ（minor cutting edge）３６と、コーナー側面２０が端面１２と交わることによって形成される４つのコーナーエッジ３８、すなわち２つの高位コーナーエッジ４０（それぞれ各高位コーナー２８に形成される）および２つの低位コーナーエッジ４２（それぞれ各低位コーナー３０に形成される）と、を含んでいる。高位コーナーエッジ４０がコーナー切削エッジである。所望であれば、低位コーナーエッジ４２もコーナー切削エッジとすることができる。図に示された実施形態においては、主切削エッジ３４のそれぞれは所定の高位コーナーエッジ４０と所定の低位コーナーエッジ４２との間に延在している。同様に、副切削エッジ３６のそれぞれは所定の高位コーナーエッジ４０と所定の低位コーナーエッジ４２との間に延在している。図２に最もよく示されるように、それぞれの副切削エッジ３６の第１部分は、所定の高位コーナーエッジ４０（所定の高位コーナー２８にある）から離れ、端面の平面Ｐに沿って延在する。そして第１部分は、端面の平面Ｐから離れて所定の低位コーナーエッジ４２（所定の低位コーナー３０にある）に向かって延在する副切削エッジ３６の第２部分につながる。

各端面１２には、主副切削エッジ３４，３６およびコーナー切削エッジ４０（４２）と隣接してレーキ面４４が形成される。レーキ面４４は、主副切削エッジ３４，３６から、およびコーナー切削エッジ４０（４２）から、切削インサート１０の内方に内側端面４６に延在する。所望であれば、それぞれの端面１２の内側端面４６は平坦なものとされ、それぞれの端面１２の内側端面４６が互いに平行なものとされる。好ましくは、切削インサート１０の端面を見た場合に、内側端面４６は歪んだ平行四辺形状を有する（図３）。金属の切削作業の間、ワークピースから削られた切り屑は、ワークピースに接触している切削エッジの部分からレーキ面４４に沿って内側端面４６に向かって流れ、いくつかの応用例では内側端面４６の少なくとも一部に沿って流れ続ける。従って、レーキ面４４および内側端面４６は切削インサートの切り屑面４８を形成する。

主側面１８のそれぞれは主切削エッジ３４のそれぞれに隣接する主レリーフ面５０を含み、これは、主切削エッジ３４から主側面１８の中央領域に向かって、および、正中面Ｍに向かって延在している。主側面１８に概ね直交する平面で取った切削インサート１０の各断面において、主切削エッジ３４での主レリーフ面５０の接線Ｌは切削インサート１０の正中面Ｍに対して傾き、鋭角の内角αをなしている（図５）。内角αは一定であってもよいし、主切削エッジ３４に沿って連続的に変化するものでもよい。

主側面１８に形成される窪み５２は、切削エッジ窪み部分５４の部位で主切削エッジ３４を途切れさせる。切削エッジ窪み部分５４のそれぞれは、２つの切削エッジの窪みのない部分５６間に位置している。図３および図６からわかるように、そして図７の詳細図からより明らかなように、切削インサートを端面から見ると、切削エッジ窪み部分５４のそれぞれは、湾曲した２つの側部６０間に位置する湾曲した中央部５８を含んでいる。中央部５８は第１の曲率半径Ｒ１を有し、各側部６０は第２の曲率半径Ｒ２を有する。第１の曲率半径Ｒ１は第２の曲率半径Ｒ２よりも大である。いくつかの応用例では、第１の曲率半径Ｒ１を０．７〜０．９ｍｍ、第２の曲率半径Ｒ２を０．３〜０．５ｍｍとしたときに、フライス加工作業において切削インサート１０の最適性能が得られた。特定の応用例では、第１の曲率半径Ｒ１を０．８３ｍｍ、第２の曲率半径Ｒ２を０．４０ｍｍとしたときに最適性能が得られた。

切削エッジ窪み部分５４が存在しない場合には、窪みのない切削エッジ部分５６が共に、途切れのない連続した主切削エッジ３４を構成することになることが理解されよう。周知のように、フライス作業に関して主切削エッジ３４は所要の適切な形状を有し得る。例えば、真っすぐなもの、すなわち直線部分を有するものであってもよいし、楕円形の部分あるいは螺旋形の部分を有するものであってもよい。その結果、切削エッジ窪み部分５４の存在とともに、窪みのない切削エッジ部分５６もまた多くの適切な形状の１つを有し得ることになる。例えば、窪みのない切削エッジ部分５６を直線部分、楕円形の部分あるいは螺旋形の部分を有するものとすることができる。

特定の応用例では、所定の主側面１８に関連する２つの主切削エッジ３４は、切削エッジ窪み部分５４の数が異なっている。例えば、いくつかの実施形態では、所定の主側面１８に関連する２つの主切削エッジ３４の１つが偶数個の切削エッジ窪み部分５４を有し、所定の主側面１８に関連する２つの主切削エッジ５４の他の１つが奇数個の切削エッジ窪み部分５４を有するものとすることができる。いくつかの実施形態では、所定の端面１２に関連する２つの主切削エッジ３４の１つが偶数個の切削エッジ窪み部分５４を有し、所定の端面１２に関連する２つの主切削エッジ３４の他の１つが奇数個の切削エッジ窪み部分５４を有するものとすることができる。所定の端面１２に関連する主切削エッジ３４に付随する切削エッジ窪み部分５４の数を異ならせることによって、切削インサート１０は中心軸Ｂに関して１８０度の回転対称形ではなくなる。また、図４からわかるように、切削インサート１０の主側面を見た場合、切削エッジ窪み部分５４間の最大幅は窪みのない切削エッジ部分５６間の最小幅より小である。

好ましくは、所定の主側面１８に関連する２つの主切削エッジ３４内の切削エッジ窪み部分５４は互いにずらして配される。図に示された束縛されない例では、上述した２つの主切削エッジ３４の１つにおける切削エッジ窪み部分５４の数は２つであり、同じ端面１２に関連した２つの主切削エッジ３４の他の１つにおける切削エッジ窪み部分５４の数は３つである。

図８に着目するに、フライス２６に固定された２つの切削インサート１０が示されている。一方の切削インサート１０は、３つの切削エッジ窪み部分５４をもって作動する主切削エッジ３４’を有し、他方の切削インサート１０は、２つの切削エッジ窪み部分５４をもって作動する主切削エッジ３４’’を有している。作動する２つの主切削エッジ３４’，３４’’の切削エッジ窪み部分５４は互いにずらして配されている。これら２つの切削インサートの作動する２つの主切削エッジ３４’，３４’’の切削エッジ窪み部分５４が互いにずれているので、作動する２つの主切削エッジ３４’，３４’’はフライス加工されるワークピースの全体的な切削が行われるように互いに補完し合うものとなる。すべての切削インサート１０を２つ一組とし、ずらされた切削エッジ窪み部分５４を有して作動する主切削エッジ３４が交互にフライスに並ぶように配置することは必須ではないことがわかっている。従って、いくつかの実施形態では、２つの切削インサート１０のみが、ずらされた切削エッジ窪み部分５４を有して作動する主切削エッジ３４を持つように配置される。

本発明をある程度詳細に説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の代替や変更が可能であることを理解すべきである。

Claims (13)

1. ２つの対向端面（１２）およびそれらの間に延在し、主側面（１８）を含む外周側面（１４）と、
   前記主側面（１８）が前記端面（１２）の１つと交わる部位に形成された主切削エッジ（３４）とを具えた切削インサート（１０）であって、
   前記主側面（１８）は複数の切削エッジ窪み部分（５４）をもって前記主切削エッジ（３４）を途切れさせる窪み（５２）を有し、それぞれの前記切削エッジ窪み部分（５４）は窪みのない２つの切削エッジ部分（５６）の間に配されており、
   それぞれの前記切削エッジ窪み部分（５４）は、前記切削エッジ（３４）とともに前記端面（１２）が示される前記切削インサート（１０）の端面を見たときに、湾曲した２つの側部（６０）の間に位置する湾曲した中央部（５８）を含み、該中央部（５８）は第１の曲率半径（Ｒ１）を有し、それぞれの前記側部（６０）は第２の曲率半径（Ｒ２）を有し、前記第１の曲率半径（Ｒ１）が前記第２の曲率半径（Ｒ２）よりも大であり、
   前記第１の曲率半径（Ｒ１）が０．７から０．９ｍｍの範囲にあり、前記第２の曲率半径（Ｒ２）が０．３から０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする切削インサート（１０）。
2. 前記第１の曲率半径Ｒ１が０．８３ｍｍに等しく、前記第２の曲率半径Ｒ２が０．４０ｍｍに等しいことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１０）。
3. 前記窪みのない切削エッジ部分（５６）のそれぞれは、直線、楕円形および螺旋形から成る群から選択されたものの部分であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１０）。
4. 前記切削インサート（１０）の主側面を見たときに、前記切削エッジ窪み部分の間の最大幅が前記窪みのない切削エッジ部分（５６）の間の最小幅より小であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１０）。
5. 前記対向する端面（１２）の間を通る貫通孔（２２）を通る中心軸（Ｂ）をさらに具え、
   前記切削インサート（１０）が前記中心軸（Ｂ）に関して１８０度の回転対称形を有していないことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１０）。
6. 対向する２つの同等の端面（１２）であって、それぞれが対角線上で対向する２つの低位コーナー（３０）および対角線上で対向する２つの高位コーナー（２８）を含む４つのコーナー（２８，３０）を有し、前記低位コーナー３０が前記高位コーナー（２８）よりも前記切削インサート（１０）の正中面（Ｍ）に近接している当該２つの対向端面（１２）と、
   該２つの対向端面（１２）の間に延在して対向する２つの主側面（１８）と、
   ぞれぞれの前記主側面（１８）がそれぞれの前記端面（１２）と交わる部位にそれぞれ形成されている４つの主切削エッジ（３４）と、
   それぞれの前記主側面（１８）と関連するレーキ面（４４）であって、それぞれの前記端面（１２）内で、関連する主切削エッジ（３４）から前記切削インサート（１０）の概ね内方に内側端面（４６）へと延在している当該レーキ面（４４）と、
   それぞれの主切削エッジ（３４）と関連した主レリーフ面（５０）であって、関連する主切削エッジ（３４）から、前記主レリーフ面が含まれる主側面（１８）の中央領域に向かって延在している当該主レリーフ面（５０）と、を具え、
   前記主側面（１８）に概ね直交する平面で取った前記切削インサート（１０）の各断面において、前記主切削エッジ（１８）の窪みのない主切削エッジ部分（５６）でのそれぞれの前記主レリーフ面（５０）の接線（Ｌ）が、前記切削インサート（１０）の正中面（Ｍ）に対して傾き、鋭角の内角（α）をなしていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１０）。
7. 所定の端面（１２）に関連する前記切削エッジが、それぞれ異なる数の切削エッジ窪み部分（５４）を有することを特徴とする請求項６に記載の切削インサート（１０）。
8. 対向する前記２つの主側面（１８）に接続された対向する２つの副側面（１６）と、
   それぞれの前記副側面（１６）がそれぞれの前記端面（１２）と交わる部位にそれぞれ形成された４つの副切削エッジ（３６）とをさらに具え、
   前記副側面（１６）には、切削エッジ窪み部分で前記副切削エッジ（１６）を途切れさせる窪みがないことを特徴とする請求項６に記載の切削インサート（１０）。
9. 前記対向する端面（１２）の間を通る貫通孔（２２）を通る中心軸（Ｂ）と、
   前記副側面（１６）の双方を通り、且つ前記中心軸（Ｂ）に直交する主軸（Ａ）と、をさらに具え、
   前記切削インサート（１０）が前記主軸（Ａ）に関して１８０度の回転対称形を有しており、
   前記切削インサート（１０）が前記中心軸（Ｂ）に関して１８０度の回転対称形を有していないことを特徴とする請求項８に記載の切削インサート（１０）。
10. 請求項１に記載の切削インサート（１０）と同等の第１の切削インサートおよび第２の切削インサートを有することを特徴とするフライス（２６）。
11. それぞれの前記切削インサート（１０）が、
    対向する２つの同等の端面（１２）であって、それぞれが対角線上で対向する２つの低位コーナー（３０）および対角線上で対向する２つの高位コーナー（２８）を含む４つのコーナー（２８，３０）を有し、前記低位コーナー（３０）が前記高位コーナー（２８）よりも前記切削インサート（１０）の正中面（Ｍ）に近接している当該２つの対向端面（１２）と、
    該２つの対向端面（１２）の間に延在して対向する２つの主側面（１８）と、
    ぞれぞれの前記主側面（１８）がそれぞれの前記端面（１２）と交わる部位にそれぞれ形成されている４つの主切削エッジ（３４）と、
    を具えていることを特徴とする請求項１０に記載のフライス（２６）。
12. それぞれの前記切削インサート（１０）において、所定の端面（１２）に関連する前記切削エッジが、それぞれ異なる数の切削エッジ窪み部分（５４）を有し、
    前記第１の切削インサート（１０）の作動する主切削エッジ（３４’）が第１の数の切削エッジ窪み部分（５４）を有し、
    前記第２の切削インサート（１０）の作動する主切削エッジ（３４’’）が前記第１の数とは異なる第２の数の切削エッジ窪み部分（５４）を有し、
    前記第１の切削インサート（１０）の前記作動する主切削エッジ（３４’）の前記切削エッジ窪み部分（５４）が、前記第２の切削インサート（１０）の前記作動する主切削エッジ（３４’’）の前記切削エッジ窪み部分（５４）に対してずらして配されていることを特徴とする請求項１１に記載のフライス（２６）。
13. 前記切削インサート（１０）のそれぞれが、
    対向する前記２つの主側面（１８）に接続された対向する２つの副側面（１６）と、
    それぞれの前記副側面（１６）がそれぞれの前記端面（１２）と交わる部位にそれぞれ形成された４つの副切削エッジ（３６）とをさらに具え、
    前記副側面（１６）には、切削エッジ窪み部分で前記副切削エッジ（１６）を途切れさせる窪みがないことを特徴とする請求項１２に記載のフライス（２６）。

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