JP5843102B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、特に金属の切削加工に用いられる切削工具に関する。

従来、旋盤加工に用いられるバイトや、フライス加工に用いられるドリル、エンドミル等の切削工具が知られている。これらの切削工具では、耐摩耗、耐チッピング、耐欠損、或いは切削屑の排出性等に関して、様々な改良がなされている。
例えば、特許文献１には、スローアウェイチップの一面に設けたブレーカ溝を特徴的な形状とすることで、切屑を十分にカールさせて排出させる技術が開示されている。

実開平５−３０３号公報

切削工具に関する課題の中でも、耐摩耗性の向上は、大量生産における生産効率の向上や品質の安定のため、特に重要な課題である。一般に切削工具の摩耗は、機械的摩耗と切削時の発熱に起因する熱的摩耗とが複合して起きると考えられる。また、アルミニウム合金やステンレス鋼材等、構成刃先が生成しやすい金属を切削する時には、付着した構成刃先が脱落すると摩耗が著しく促進される。
例えば、特許文献１のスローアウェイチップは、このような構成刃先の脱落による摩耗に対し、何ら解決手段を提供するものではない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、構成刃先の脱落を防止し、耐摩耗性を向上する切削工具を提供することにある。

本発明の切削工具は、すくい面、及び、すくい面に隣接する側面である逃げ面を有し、すくい面と逃げ面とが接する稜線上における頂点以外の部分に切削点を有する。この切削工具は、すくい面のみにおいて、一端が切削点に連通する複数の導油溝が切削点に近づくにしたがって互いに近接するように非平行に形成されている。
本発明の切削工具は、導油溝をすくい面に設けることで、切削油を導油溝に保持し、且つ、保持された切削油を切削点に導くことができる。これにより、切削点の温度を下げることができる。言い換えれば、同じ温度を維持しつつ切削速度を上げることができる。

また、本発明の切削工具は、生成した構成刃先が導油溝に入り込むことで切削工具基材との結合力が増加する「アンカー効果」を得ることができる。そのため、構成刃先の脱落を防止することができる。したがって、構成刃先を保護膜として利用することで、切削工具の摩耗を抑制することができる。

また、複数の導油溝が形成されることにより、すくい面上の凹凸箇所が増えるため、アンカー効果を高めることができる。

本発明の第１実施形態による切削工具としてのスローアウェイチップを取り付けた旋盤加工用バイトの模式図である。 本発明の第１実施形態によるスローアウェイチップの模式図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２のＩＶ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態による切削工具を用いた旋盤加工を説明する模式図である。 図５の要部拡大図である。 切削速度と刃具摩耗量との関係を説明する特性図である。 本発明の第２実施形態によるスローアウェイチップの模式図である。 本発明の第３実施形態による切削工具としてのドリル先端部の模式図である。 図９のＸ部拡大図である。 図９のＸＩ方向矢視図である。

以下、本発明の実施形態による切削工具を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の切削工具の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、第１実施形態の切削工具であるスローアウェイチップ１１は、例えば右勝手のバイト６に取り付けられて旋盤加工に用いられる。スローアウェイチップ１１は、一般に、超硬材料にコーティングしたものやサーメットを使ったものが用いられる。また、スローアウェイチップ１１は、刃を再研することなく、切れなくなれば使い捨てされる。

図２〜図３に示すように、スローアウェイチップ１１において、図２の紙面上に表される三角形の片面が「すくい面２」であり、すくい面２に隣接する側面が逃げ面５である。逃げ面５は、すくい面２と直角な仮想面に対し、逃げ角αだけ内側に傾いている。すくい面２の中央には、バイト６に取り付けるための取付穴１８が形成されている。

また、すくい面２と逃げ面５とが接する稜線上であって、紙面上各稜線の左端寄りの部分が、実際に被削物と接触する「切削点４」となる。そして、本発明による切削工具は、「一端が切削点４に連通し切削点に切削油を誘導可能な導油溝３」がすくい面２に形成されることを特徴とする。また、本実施形態では、１つの切削点に対応する複数の導油溝３が互いに平行に形成される。複数の導油溝３は、切削点４に連通するように延び、逃げ面５に開口している。

導油溝３は、例えば、既製のスローアウェイチップに砥石等で追加工することにより形成される。本実施形態では、図４に示すように、導油溝３はＶ形に形成される。Ｖ形溝の底部は、砥石等の先端ノーズＲに対応して角丸めされた形状となっている。
また、本実施形態では、三角形状の各辺に設けられる切削点４に対し３組の導油溝３を回転対称に３組形成している。これにより、一箇所の切削点４が切れなくなっとき、スローアウェイチップ１１を回転させてバイト６に取り付け直すことで、三箇所の切削点４を同等の条件で使用することができる。

次に、第１実施形態のスローアウェイチップ１１を用いた旋盤加工について、図５〜図７を参照して説明する。なお、旋盤は、ＮＣ旋盤であっても汎用旋盤であってもよい。
図５は、旋盤の主軸方向から被削物７０および切削工具を見た図である。主軸に固定された被削物７０は、回転軸Ｚを中心として紙面上の反時計回りのＲ方向に回転する。一方、バイト６は、図示しない刃物台に固定される。
図５，図６に示すように、スローアウェイチップ１１の切削点４が被削物７０の外径に接触することにより、被削物７０の表層を削り取って切屑７を排出する。

このとき、ＮＣ旋盤であれば、吐出ノズルから吹き付けることにより、また汎用旋盤であれば、加工者が刷毛等で塗布することにより、切削点４に切削油が供給される。この切削油は、導油溝３に入り込むことで、容易に流れ落ちることなく導油溝３に保持される。そして、切削点４で消費された切削油を補うべく、保持された切削油が順次、切削点４に導かれる。こうして、切削点４での温度上昇が抑制される。

特に、被削物７０がアルミニウム合金やステンレス鋼材の場合、被削材料の一部が変質硬化して切削点４に付着し、図６に示す構成刃先８を生成する。一般に、構成刃先８は、（１）発生、（２）成長、（３）最大成長期、（４）分裂、（５）脱落のサイクルを繰り返すことが知られている。ここで、一定の大きさに成長した構成刃先８は、切削点に安定して付着している間は保護膜となり得る。しかしながら、構成刃先８が分裂、脱落すると、切削工具の刃先は著しく摩耗が促進される。

図７に示すように、切削速度と切削工具の摩耗量との関係について、一般に次のことが知られている。以下で、「刃具摩耗」の「刃具」は、「切削工具」と同義である。
・刃具摩耗Ｗｍ＋ｔは、機械的摩耗Ｗｍと熱的摩耗との合計である。
・すり減り摩耗等の機械的摩耗Ｗｍは、切削速度が速くなるにつれ直線的に大きくなる。
・熱的摩耗には、構成刃先の付着または凝結による摩耗Ｗｔｃ、拡散による摩耗Ｗｔｄ、酸化による摩耗Ｗｔｏがある。
・構成刃先の付着または凝結による摩耗Ｗｔｃは、切削速度の比較的低速領域で発生し、Ｓ１部に示すように、切削速度に対してピーク部を有する山形の曲線となる。
・拡散による摩耗Ｗｔｄは、切削速度の中速から高速領域で発生し、ある切削速度から急激に立ち上がる。
・酸化による摩耗Ｗｔｏは、切削速度の高速領域で発生し、切削速度が速くなるにつれ直線的に大きくなる。
・Ｓ２部に示すように、刃具摩耗Ｗｍ＋ｔは、拡散による摩耗Ｗｔｄ、及び酸化による摩耗Ｗｔｏが発生し始める速度領域から著しく増加する。

ここで、切削に伴い切屑と刃具表面との摩擦によって生ずる発生熱は、一般に切削速度に比例する。そこで、図７の横軸の「切削速度」は、図中括弧で示すように「温度」として解釈することができる。
例えば、Ｓ２部の速度領域は、被削材料の再結晶温度以上に対応する。

本実施形態では、導油溝３をすくい面２に設けることで、切削油を導油溝３に保持し、且つ、保持された切削油を切削点４に導くことができる。これにより、切削点４の温度を下げることができる。言い換えれば、同じ温度を維持しつつ切削速度を上げることができる。したがって、構成刃先８が生成したとき、図７におけるＳ１部のピーク部に対応する切削速度をずらすことができる。

また本実施形態では、生成した構成刃先８が導油溝３に入り込むことで切削工具基材との結合力が増加する「アンカー効果」を得ることができる。そのため、構成刃先８の脱落を防止することができる。したがって、構成刃先８を保護膜として利用することで、切削工具の摩耗を抑制することができる。

さらに本実施形態では、１つの切削点４に対応する導油溝３が複数形成されている。これにより、すくい面２上の凹凸箇所が増えるため、アンカー効果を高めることができる。
加えて本実施形態では、複数の導油溝３は互いに平行に形成されている。これにより、例えば既存の切削工具に追加工により導油溝３を形成する場合、加工が容易となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の切削工具について、図８を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、前述の実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図８に示すように、第２実施形態の切削工具であるスローアウェイチップ１２は、各稜線に対応する複数の導油溝３が互いに非平行に形成されている。詳しくは、各稜線に対応する複数の導油溝３は、切削点４に近づくにしたがって互いに近接するように形成されている。これにより、切削点４により集中するように切削油を導くことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の切削工具について、図９〜図１１を参照して説明する。第３実施形態の切削工具であるドリル１３は、主にフライス盤やボール盤で穴開け加工に使用される。フライス加工やボール盤加工は、旋盤加工とは異なり、固定されたワークに対しドリル１３が回転することにより加工する。

ドリル１３の先端部は、すくい面２がねじれて形成される。すくい面２の先端部には、図１０にて太線図示する切れ刃４０が形成される。また、切れ刃４０の切削点４に切削油を導く複数の導油溝３が形成される。これにより、第１、第２実施形態のスローアウェイチップと同様に、切削油を保持することによる冷却効果、及び溝形状によるアンカー効果によって構成刃先の脱落を防止し、切れ刃４０の摩耗を抑制することができる。
その他、エンドミルやリーマ等の切削工具についても、同様に導油溝３を設けた構成とすることができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記第１実施形態の図２、図４には、各切削点４に対応する導油溝３を３本ずつ例示したが、数は３本に限らない。また、三箇所の切削点４に対し、一箇所または二箇所のみに導油溝３を形成しても構わない。
また、スローアウェイチップが左勝手のバイトに取り付けられる場合には、導油溝３の形成方向は、図２とミラー対称となる。さらに、言うまでもなく、三角形状のスローアウェイチップに限らず、四角形状、菱形状等のスローアウェイチップにも同様の構成を適用することできる。
（イ）上記第１実施形態の図４には、導油溝３の断面形状はＶ形に示される。この他、導油溝の断面形状は、矩形や半円形等であってもよい。

（ウ）上記実施形態では、導油溝３の底部がすくい面２の高さに対し凹むように形成される。この構成によれば、既存の切削工具に追加工によって導油溝３を形成することができる。しかし、その他の実施形態では、すくい面２の上に凸状の台部を設け、台部の表面から導油溝３を形成してもよい。その場合、導油溝３の底部の高さがすくい面２の高さと同等、又はすくい面２の高さより高くなってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２ ・・・すくい面、
３ ・・・導油溝、
４ ・・・切削点、
１１、１２・・・スローアウェイチップ（切削工具）、
１３・・・ドリル（切削工具）。

Claims (1)

1. すくい面（２）、及び、前記すくい面に隣接する側面である逃げ面（５）を有し、前記すくい面と前記逃げ面とが接する稜線上における頂点以外の部分に切削点（４）を有する切削工具（１２）であって、
   前記すくい面のみにおいて、一端が前記切削点に連通する複数の導油溝（３）が前記切削点に近づくにしたがって互いに近接するように非平行に形成されていることを特徴とする切削工具。

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