JP5897028B2 - 全面仕上げプレス加工／全面仕上げ焼結されたカッティングインサート及び当該カッティングインサートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具のクランプホルダに組み付けるための載置面を夫々に有する上面及び下面と、これらの上面及び下面を結ぶ側面と、被加工物を切削加工するための切れ刃とを備えた、ブランクの焼結により製造された、使用準備の整ったリバーシブルカッティングインサートであるセラミック製のカッティングインサートに関する。

先行技術により、セラミック製のカッティングインサートのための狭い公差（例えばＧ公差において、内接円直径に関してｄ＝１２．７ｍｍの場合±２５μｍ、厚さに関してｓ＝±１３０μｍ）は、焼結後の、つまり、材料が既にその全ての顕著な特性を実現した状態での、ダイヤモンド工具を用いた後研削によって調節される。リバーシブルカッティングインサート（Wendeschneidplatte）の角度、半径及び切れ刃仕上げの他に、インサート座におけるリバーシブルカッティングインサートの確実な保持も重要である。このことは、リバーシブルカッティングインサートの載置面の平たん性に関して相応の要求を課す。この要求は、ダイヤモンド工具による平面研削により達成される。この後加工は、常に高い研削力及び研削圧を伴い、材料の損傷をもたらす。

本発明の目的は、請求項１の上位概念部に記載の使用準備の整ったカッティングインサートを、焼結後の後加工が少なくとも部分的に回避されているように改良することである。さらに、カッティングインサートと被加工物との間で、全面仕上げプレス加工（fertiggepresst）／全面仕上げ焼結（fertiggesintert）された接触面の利点が利用されることが望ましい。マイクロ破断／摩耗を伴う振動が妨げられているように、カッティングインサートの最適な載置が保証されていることも望ましい。

以下に、本発明を特許請求の範囲及び図面に基づいて詳細に説明する。

切れ刃に隣合って環状の切削面が配置されていて、切削面は載置面を取り囲んで画成し、側面、切れ刃及び切削面は、焼結時に発生する焼結肌から成っていて、材料除去加工による損傷を受けず、載置面だけに材料除去加工が施され、かつ載置面だけが焼結時に発生する焼結肌から成っていないことにより、焼結後の上記面のための後加工は回避されている。焼結肌は母材より高い硬度を有することが通常であるので、切削材料又はカッティングインサートの摩耗耐性はこれにより高められ、工具寿命は延びる。

好ましくは、カッティングインサートはＩＳＯ１３８２に規定されるＭ公差に基づく寸法精度、又はＩＳＯ１３８２に規定されるＧ公差に基づく寸法精度を充足する。上記狭い公差により寸法精度が与えられていて、公差からのずれによる誤りは防がれている。

好ましくは、カッティングインサートの固定のために、載置面は緊締窪みを有する。この緊締窪みは、好ましくは円形状に形成されていて、中央に球状又は円形の突部を有する。この突部は窪み底部の上側に位置し、突部の最高点は載置面の下側に位置する。

好ましくは、カッティングインサートは、
−硬質材料強化を有する及び有していないα−／β−ＳｉＡｌＯＮ、
−硬質材料強化を有する及び有していないβ−Ｓｉ３Ｎ４、
−混合セラミックス（Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ））、
−ＺＴＡ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、
のうち１つ又は複数のセラミックス−切削材料から成っている。

ブランクの焼結により製造されたセラミック製のカッティングインサートの本発明に係る製造方法であって、切削工具のクランプホルダに組み付けるための載置面を夫々に有する上面及び下面と、これらの上面及び下面を結ぶ側面と、被加工物を切削加工するための切れ刃とを有する、上記カッティングインサートの製造方法は、切れ刃に隣合って環状の切削面を配置し、切削面は載置面を取り囲んで画成し、カッティングインサートのブランクに、焼結前に精密プレス加工（Praezisionspressen）により所望の形状をもたらし、次いでブランクを焼結し、焼結後に、載置面だけに材料除去処理を施すことを特徴とする。

好ましくは、載置面は、焼結前に切削面に対して隆起して形成される。これにより焼結後に、切削面及び切れ刃を損なうことなく載置面を研磨できるか又はラップ仕上げすることができる。焼結後の載置面の材料除去処理は、カッティングインサートを最適にホルダに載置することができ、ひいてはマイクロ破断／摩耗を伴う振動が防がれている、という利点を有する。

好ましくは、載置面は、切削面に対して２ｍｍより小さく、好ましくは０．８〜１．２ｍｍ隆起して形成される。

好ましくは、ブランクの精密プレス加工により、緊締窪みが上面及び／又は下面に成形される。

有利な構成において、ブランクを製造するために、
−硬質材料強化されている及びされていないα−／β−ＳｉＡｌＯＮ、
−硬質材料強化されている及びされていないβ−Ｓｉ３Ｎ４、
−混合セラミックス（Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ））、
−ＺＴＡ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、
のうち１つ又は複数のセラミックス−切削材料が使用される。

好ましくは、セラミックス−切削材料を混合して、高い流動性及びこれにより特に一定の型充填性（Formfuellvermoegen）を有するプレス加工可能な材料が形成され、材料の、流動性を特徴づける安息角（Schuettwinkel）を３５°以下、好ましくは３０°以下、特に好ましくは２５°以下に設定することができる。流動性及び、この流動性に伴う型充填性の上記設定により、公差を設定する。

好ましくは焼結前に、ブランクのプレス加工によるばりを、ブランクのエッジを損なうことなく除去する。

好ましくは、夫々異なる材料バッチ（Massencharge）の夫々異なるプレス加工特性及び収縮特性を考慮し、プレス加工実験及び焼結実験により、バッチ毎のグリーン密度−収縮−特性（Gruendichte-Schwindungs-Charakteristik）を求め、このグリーン密度−収縮−特性から必要な製造グリーン密度（Fertigungsgruendichte）を決定する。この製造グリーン密度はプレスの設定時に、ブランクのグリーン密度のための目標値として設定される。このことは、必要な精密プレス加工の重要なステップである。

好ましくは、焼結時に、炉雰囲気と、ブランクを焼結するるつぼ内部のガス交換を最小限にし、不活性、つまり焼結時にブランクと相互作用しないるつぼ材料だけを使用する。これにより不純物は生じない。

極めて好ましくは、本発明に係るカッティングインサートは、ＩＳＯ１３８２に規定されたＭ公差に基づく寸法精度、及び／又はＩＳＯ１３８２に規定されたＧ公差に基づく寸法精度を充足する。

好ましくは、カッティングインサートはリバーシブルカッティングインサートである。

好ましくは、本発明に係るカッティングインサートは、金属、ＮＥ金属、プラスチック、木材又は複合材を切削するために使用される。

本発明によれば、ハイパフォーマンスセラミックスの材料から成るリバーシブルカッティングインサートの、精密プレス加工及び直接焼結による製造時に、ＩＳＯ１３８２に規定されたＭ公差及びＧ公差を保持した寸法が得られる。

とりわけ進歩性は、カッティングインサートのブランクを焼結前に精密なプレス加工（本願では精密プレス加工とも称呼）により、焼結後にもはや焼結済みのカッティングインサートの研磨又はラップ仕上げが、側面、切れ刃及び切削面において必要でないことを可能にする形状をもたらす点にある。

本発明は、使用において以下の改良をもたらす。
−研磨又はラップ仕上げによるセラミックスの損傷は、単に載置面にのみ生じる。つまり、使用中のカッティングインサートの、剥離（Ausschiefern）及び欠損（Ausbroeckeln）の低い発生度である。
−「焼結肌」は保持されたままである。この焼結肌は通常、母材より高い硬度を有するので、切削材料の耐磨耗性はさらに向上する。この耐磨耗性は、実際の使用において、切削時のより少ない逃げ面摩耗及びノッチ摩耗により明らかになる。
−リバーシブルカッティングインサートにおける少ない総摩耗により、これにより生じる低い切削力に基づき、部品における破損を減じることもできる。
−切削ブレーカである切削面が、切削の変向をもたらすということも有利である。
−本発明に係るリバーシブルカッティングインサート（ＷＳＰ）の使用時の騒音発生の低減も有利である。

本発明は以下の創作に基づくか、又は製造時における以下の特徴は、単独でも組み合わされても有利であると見なすことができる。
−好ましくは、ブランクのプレス加工時に、極めて正確かつ精緻にセンタリングされた間隙を、プレスポンチとダイとの間に設定することができる。このことは特に、クイッククランプシステム（Schnellspannsystem）により実現することができる。
−好ましくは、プレス加工の経過は、極めて正確にかつ高い再現可能性をもって設定される。
−好ましくは極めて高い流動性と、この極めて高い流動性により一定の型充填性とを備えたプレス加工可能な材料。流動性は、いわゆる安息角により特徴付けられる。測定のために、所定量のプレス顆粒を、透明な容器内に均等に流し込むことができる。次いで、底板を、粉末の一部が流出する程度に少し開放する。顆粒の流動性に応じて、容器内に残っている粉末は、多かれ少なかれ急傾斜の稜を形成する。この稜の角度は、安息角として測定される。この安息角は、良好な流動性のために３５°以下、好ましくは３０°以下、特に好ましくは２５°以下であることが望ましい。
−全てのブランクのグリーン密度における高い一定性が必要である。このことは、極めて良好な流動性を備えた材料、及び極めて正確に制御されたプレスにより達成される。プレスに続く自動的な材料測定及び高さ測定でもって、各プレス加工品のグリーン密度を算出することができる。各ブランクのグリーン密度のばらつきは、平均値から０．５％以下、好ましくは０．３％以下であることが望ましい（例えば、図１参照：製造グリーン密度は１９５６ｇ／ｃｍ^３であり、グリーン密度は１９５１〜１９６３ｇ／ｃｍ^３であり、理想的には、最大０．３％の偏差時に１９５１〜１９６２ｇ／ｃｍ^３である）。
−ブランクのエッジを損なうことのない、プレス加工により発生したブランクのばりの除去。プレスポンチとダイとの間の間隙に基づき、ブランクに薄いばりが残る。このばりは、焼結されて、後にエッジの損壊に繋がることがないように、焼結前に除去する必要がある。
−夫々異なる材料バッチの夫々異なるプレス特性及び収縮特性の考慮。この構成において、プレス実験及び焼結実験により、各バッチのグリーン密度−収縮−特性を求め、このグリーン密度−収縮−特性により必要な製造グリーン密度を決定する。この製造グリーン密度は、ブランクのグリーン密度のための目標値として、プレスの設定時に有効である。
−焼結歪み並びに密度勾配、収縮勾配及び色勾配を回避するための特別な炉構造。特に炉雰囲気とるつぼ内部との間のガス交換を最小限にする必要がある。付加的に、不活性で、つまり焼結時にブランクと決して相互作用しないるつぼ材料だけを使用してよい。この措置は、焼結中のブランクの均質な収縮を達成するために必要である。これに対して、ブランクと炉雰囲気又はるつぼ材料との相互作用が行われると、ブランクの収縮に局所的に影響をおよぼすので、焼結時に歪みが生じ、寸法精度をもはや保証することはできない。焼結歪みが生じると、通常、とりわけ縁部に置かれた部分の角及びエッジが該当する。例えば、窒化ケイ素材料又はＳｉＡｌＯＮ材料の場合、例えばるつぼ又は炉絶縁の新しいグラファイト材料による、ガス雰囲気中の高濃度の炭素は、表面における緻密化に絶対に必要な焼結添加剤の減少につながる。これにより、構成部分縁部における収縮は、構成部材中心よりも小さく、これにより歪みは、焼結される構成部分内に生じる。

カッティングインサートのより良好な締付けのために、好ましくはカッティングインサートに、国際公開第０３／０１３７７０号明細書に記載されているような窪みが加工されている。この窪みは、中央に球形又は円形の突部を有する。この突部の先端は、窪み底部の上側でかつカッティングインサート上面の下側にある。切削工具における締付けのために、適合して成形されたノーズを備えた緊締爪が、カッティングインサートの窪みに形状結合式に（formschluessig：形状による束縛により）係合する。この窪みは、支持体において形状結合による締付けのために働く。カッティングインサートを作用する切削力により、カッティングインサートの座から引き抜くことがある引張切削のために、特別な窪みを備えた上記カッティングインサートが提供される。上記窪みの別の記載に関しては、上記刊行物を参照されたい。

常に一定の組込み条件が与えられているようにするために、本発明に係る他の構成においては、欧州特許第１５３６９０３号明細書に記載されているように窪みが形成されている。この構成において、締付け用の第１の緊締窪みが切削工具に加工されていて、第１の緊締窪みに対して同軸的に第２の緊締窪みが配置されている。第１の緊締窪みは、第２の緊締窪みよりも深く、第１及び第２の緊締窪みの両者は、カッティングインサート上面よりも低い位置に配置されている。工具において上記カッティングインサートをクランプする際に、第２の緊締窪みに工具の緊締爪が載置され、例えばノーズでもって第１の緊締窪みに係合する。したがって緊締爪の載置面と窪みとの間隔は、常に一定である。

本発明に係るカッティングインサートの平面図。 本発明に係るカッティングインサートの断面図。 図２の部分Ａの拡大図。

図示の実施の形態は、リバーシブルカッティングインサートとして形成されている、正方形のカッティングインサート１である。このカッティングインサートは、上面２及び下面３並びに上面２と下面３とを結ぶ側面５を有する。切れ刃６に隣合って、１ｍｍの深さを有する環状の切削面７が配置されている。側面５及び切削面７は、焼結後に、材料除去加工は施されないので無傷の焼結肌を有する。環状の切削面７の内側には載置面４が設けられていて、この載置面４でもってカッティングインサート１は切削工具内に載置されている。載置面４は、切削面７に対して隆起している。切削面７に対する載置面４の高低差は、この実施の形態においては、０．０５〜０．１ｍｍの間にある。傾斜１０を介して、切削面７は載置面４に移行する。傾斜１０は、切削面７の表面法線１１に対して４５°の角度を成して延在している。

載置面４には緊締窪み８が設けられていて、この緊締窪み８は円形に形成されていて、中央で球形又は円形の突部９を有し、この突部９は窪み底部の上側に位置し、かつ載置面４の下側に位置する。取付けのために、好ましくは円形のリングを備えた工具ホルダの係合エレメントが、円形の緊締窪みに係合し、突部９に周囲で係合する。

Claims (12)

1. ブランクの焼結により製造されるセラミック製のカッティングインサート（１）の製造方法であって、
   切削工具のクランプホルダ内への組込み用の載置面（４）を夫々に有する上面（２）及び下面（３）と、該上面及び下面（２，３）を結ぶ側面（５）と、被加工物を切削加工する切れ刃（６）とを有する、カッティングインサートの製造方法において、
   前記切れ刃（６）に隣合って環状の切削面（７）を配置し、該切削面（７）は前記載置面（４）の周囲を画成し、前記カッティングインサート（１）のブランクを焼結前に精密プレス加工により所望の形状に加工し、次いで前記ブランクを焼結し、該焼結後に、前記載置面（４）だけに材料除去処理を施すことを特徴とする、ブランクの焼結により製造されるセラミック製のカッティングインサートの製造方法。
2. 前記載置面（４）を、前記焼結前に前記切削面（７）に対して隆起させて形成することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記載置面（４）を前記切削面（７）に対して、２ｍｍより小さく隆起して形成することを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 前記載置面（４）を前記切削面（７）に対して、０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの間で隆起して形成することを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 前記ブランクの精密プレス加工により、前記上面（２）及び／又は下面（３）の載置面（４）に緊締窪み（８）を形成することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記ブランクの製造用に、
   −硬質材料強化されている及び硬質材料強化されていないα−／β−ＳｉＡｌＯＮ、
   −硬質材料強化されている及び硬質材料強化されていないβ−Ｓｉ３Ｎ４、
   −混合セラミックス（Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ））、
   −ＺＴＡ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、
   の１つ又は複数のセラミックス−切削材料を使用することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記セラミック切削材料を混合して、高い流動性と、この高い流動性により一定の型充填性とを有するプレス加工可能な材料を形成し、該材料の、前記流動性を特徴付ける安息角を、３５°以下に設定することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記材料の、前記流動性を特徴付ける安息角を、３０°以下に設定することを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. 前記材料の、前記流動性を特徴付ける安息角を、２５°以下に設定することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 前記焼結前に、前記ブランクのプレス加工により生じたばりを、前記ブランクのエッジを損傷させることなく除去することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 夫々異なる材料バッチの夫々異なるプレス加工特性及び収縮特性を考慮し、プレス加工実験及び焼結実験により、各バッチのグリーン密度と収縮との特性を求め、該特性から、必要な製造グリーン密度を決定し、かつ該製造グリーン密度を、プレスの設定時に、前記ブランクのグリーン密度のための目標値として設定することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 焼結時に、炉雰囲気と、前記ブランクを焼結するるつぼ内部との間のガス交換を最小限にし、不活性のるつぼ材料、すなわち、焼結時に前記ブランクと相互作用しないのるつぼ材料のみを使用することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。

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