JP5943558B2 - 超硬合金インサート及び切削インサートを製造するための超硬合金ブランク - Google Patents

Description

第１の態様において、本発明は、上面と、下面と、上面及び下面の間を延びる複数の側面と、少なくとも一つの切れ刃を備えた超硬合金インサートであって、切れ刃はノーズ切れ刃とノーズ切れ刃に向かって収束する二つの主切刃を含み、また切れ刃はインセットに含まれており、インセットは超硬合金より硬い材料から構成されると共に超硬合金中に埋設されて超硬合金と共に研削される、超硬合金インサートに関する。
第２の態様において、本発明は、切削インサートを製造するための超硬合金ブランクに関する。

刃先交換可能な旋削インサートは、特許文献１により、従来から知られており、ひし形の基本形状を有し、直径方向で対向する二つの切れ刃を含み、個々の切れ刃は二つの主切刃を有し、二つの主切刃は共通の第２の切れ刃又はノーズ切れ刃の方に向かって収束し、ノーズ切れ刃は、二つの主切刃の間で丸い移行部を形成し、二つの主切刃の何れか一方が作用して切削を行うこととは無関係に、被削材に露出面を生成する。切削インサートの取り付け位置とは無関係に、寸法精度や加工面品位について、出来る限り良い結果を得るために、切削インサートのノーズ切れ刃が、切削インサートの中心（この場合、固定ねじの貫通孔で示されている）からだけでなく、切削インサートの下面からも正確に同じ距離に配置されているということが重要である。このようにして、作用しているノーズ切れ刃が、工具の基体に対して一つの同じ空間的位置にいつも配置されることを保証する。このため、切削インサートの上面だけでなく、上面と共に切れ刃を画成する逃げ面も正確に研削することが必要である。これに関して、寸法精度は、しばしば、±０．０２５ｍｍの範囲内にあることが要求される。
同様の寸法精度の厳しい要求は、一つの切れ刃を有する切削インサートにも適用される。したがって、一つの切れ刃が、切削インサートの支持（例えば、下側支持面又は下側接続面）に関して、正確に規定された空間的位置に配置され、切削インサートが装着される工具の基体に対して、ノーズ切れ刃が正確な所定位置に配置される。

超硬合金のいかなる研削も費用が高い。費用は研削面が増え、研削深さが深くなるにしたがい増加する。使用者にとって重要な費用因子以外の他の因子は研削品質である。高価な被削材を加工する責任がある使用者は、工具の基体だけでなく、次第に消耗する刃先交換可能な切削インサートに関して、責任を持つ必要がある。したがって、切削インサートが、例えば、切削インサートの異なる面間の移行部において、ちょっとした欠陥のある研削によって損傷したときは、正確な寸法に被削材を加工する切削インサートの能力についての疑いが広まる。これに関して、小さな研削欠陥は、研削面からの光の反射によって、裸眼で視認可能であることが指摘される。使用者は、切削インサートが欠陥を有すると思うとき、切削インサートを廃棄するリスクを負う。

超硬合金インサート、すなわち、超硬合金から作られた切削インサートを研削することは、非常にデリケートな仕事であり、特に、切削インサートのプレス／焼結及び研削は、それぞれ、異なる作業場で、異なる作業者によって実施される。超硬合金インサートが、切れ刃領域において非常に硬いインセットと共に提供されるときは、作業はさらにデリケートになる。焼入れ鋼、鋳鉄などの加工するのが難しい旋削材料である場合、超硬合金には、例えば、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）などの材料の特別なインセットを補うことが望まれる。そして、インセットに切れ刃を形成すること、より正確には、切り屑面と接続する逃げ面を研削することによって、インセットに切れ刃を形成することが望まれる。このようなインセットは、通常、ミリメータのサイズであるが、時間の消耗と費用だけでなく、研削仕上げ面の品質に関して、特に、インセットと超硬合金との間の移行部において、研削を非常に難しくする。

切れ刃が形成されている超硬質のインセットを使用する切削インサートの一例は、特許文献２で開示されている。この切削インサートの不利益は、切れ刃を画定するインセット上の相対的に小さい面に加えて超硬合金の大きな面の研削を必要とする。したがって、硬いインセットの切り屑面だけでなく、切削インサートの上面に含まれる超硬合金の面が研削されなければならない。類似の方法において、インセットの逃げ面を囲む超硬合金の面は、インセットから切削インサートの中心まで研削されなければならない。これは、インセットと超硬合金との間の滑らかな移行部を保証すると共に、不要なエネルギーと時間がインセットを研削するのに消費されることを意味する。

アメリカ合衆国特許番号第7,387,474号明細書 アメリカ合衆国特許出願公開第6,945,740号明細書

本発明は、上述した問題を解決し、硬質のインセットの面と超硬合金の面とが同時に正確に研削される改良された超硬合金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、研削することが難しい非常に硬い性質を有するインセットと共に作られ、非常に硬い性質を有するインセットであるにも拘わらず容易に費用効果のある方法で正確に研削することができる、超硬合金インサート、特に、特許文献１で開示されている旋削インサートを提供する。

本発明によれば、上述した目的は、請求項１の特徴部分で規定された構成によって解決される。切削インサートの好ましい実施形態は、従属請求項２〜４で規定される。
また、他の態様において、本発明は、切削インサートを製造するための超硬合金ブランクに関する。このブランクの特徴は請求項５に示されており、ブランクの好ましい実施形態は従属請求項６に規定されている。

本発明による切削インサートを製造するための研削されていないブランクの斜視図である。 図１に示すブランクの側面図である。 同じく図１に示すブランクの平面図である。 個々のインセットのための二つのポケットが、どのようにしてブランクに形成されるかを示す分解斜視図である。 図４に示す状態にあるブランクとインセットの側面図である。 ブランクの二つのポケットに固定された二つのインセットを示す斜視図である。 図６に示す状態にあるブランクの側面図である。 研削が終了した切削インサートの斜視図である。 図８に示す切削インサートの側面図である。 図４に示すブランク内の個々のポケットを拡大して示す側面図である。 研削されていない状態にある個々のインセットの側面図である。 上から見たポケットの図１０に対応する平面図である。 図１１の研削されていないインセットの上から見た平面図である。 研削により仕上げられた状態のインセットを示し、研削により仕上げられた寸法を明確にするために、ポケットから分離されたインセットを示す図である。 図１４に示す同じ状態で、インセットを上から見た平面図である。 インセットを有さず、二つの切れ刃を有する特許文献１による旋削インサートの初期寸法を示す図である。 本発明による切削インサートの初期の形状を示す類似の図である。 研削後の切削インサートの形状を示す図である。 本発明による切削インサートの他の実施形態を示す側面図である。 図１９の切削インサートを上から見た平面図である。

本発明による研削インサートは、使用できる状態で、図８及び９に示されている。これらの図において、符号１で示される上面と、下面２と、上面及び下面２の間を延びる複数の側面を有することが示されており、以下において詳細に説明される。切削インサートは、ひし形の基本形状を有し、直径方向に対向する二つの切れ刃３ａ，３ｂを備えている。個々の切れ刃は、二つの主切刃４と、副切れ刃又はノーズ切れ刃５とを備え、二つの主切刃４はノーズ切れ刃５に向かって収束する。主切刃４は直線形状であり、ノーズ切れ刃は円形状であって所定の半径を有する。収束角度又はいわゆるノーズ角（図示しない）は変えても良いが、図１〜９の例では３５゜になる。上面１と下面２との間には貫通孔６が延び、中心軸Ｃは切削インサートの中心に位置する。個々のノーズ切れ刃５は、収束する二つの主切刃４の間の二等分線Ｂと交差する。

例示された実施形態において、切削インサート２の下面は接続面の形状を有し、二つの雌状の凹所又は溝２ａ，２ｂを含む。溝２ａ，２ｂは、切削インサートが装着される工具（図示しない）の基体における相補的な接続面の隆起形状の雄部分と協働する。切れ刃３ａと溝２ａとの間の距離は、切れ刃３ｂと溝２ｂとの間の距離に等しくすべきであり、切れ刃が刃先交換されることとは無関係に、個々のノーズ切れ刃５が工具の基体に対して同一の空間的位置に配置されることを保証する。

ノーズ角αを有するひし形を示す図１６を参照すると、ノーズ角αは５５゜を示す。このひし形は、従来から周知である切削インサート（例えば、特許文献１）の一つの基本形状を示す。ひし形の４つの部分は上述した主切刃４を示し、一対の主切刃が切削インサートのノーズ切れ刃５を示す先端に向かって延びる。ひし形に示される円は、直径ＩＣを有し、ＩＣは当業者によって内接円寸法として示され、異なるサイズを有する一組のインサートにおいて、切削インサートの大きさを規定するために使用される。一点鎖線で示される、例えば、ＣＢＮインセットなどの超硬質のインセット（付属物）が、切削インサートに一体化される。非常に正確な研削加工が、切り屑面及び逃げ面だけでなく、切削インサートを二つの同一部分（半分）に分離する中心面ＭＰまで延びる超硬合金の面に必要とされる。これに関して、超硬合金の研削領域は、超硬質材料のインセットの研削領域よりも非常に大きくなる。研削が非常に深くなったり浅くなったりすると、そのばらつきは、ノーズ切れ刃５と切削インサートの中心軸Ｃとの間の半径方向距離に非常に大きな影響を与える。

図１６による通常の切削インサートと本発明による切削インサートとの間の構造的な違いは、図１６と、図１７及び１８との間の比較から明らかである。図１７では、切削インサートを製造するためのブランクが、図１６と比較して”中間で幅が狭く、先端で幅が広い”ことを示している。より詳細には、対向する二つの尖った端部において、切削インサートを形成するブランクは楔形状の頭部７を有し、頭部７の後側が本体の中間部分９であって傾斜している本体部分８にそれぞれ移行する。図１６に示す通常の切削インサートの内接円寸法は、１０ｍｍになる。図１７の例では、本体の中間部分９の内接円寸法ＩＣａは９．８ｍｍに減少し、個々の頭部７の内接円寸法ＩＣｂは１０．２ｍｍに増加する。個々のインセットが固定された後のブランクが最終形状に研削されたとき、図１８に示すように、個々の頭部７の側において、０．１ｍｍ（研削代）研削される。研削代（０．１ｍｍ）は、図１７において破線Ｓによって示されている。このようにして、ブランクの最初の内接円寸法ＩＣｂは１０ｍｍ、すなわち、図１６による通常の切削インサートと同じ内接円寸法ＩＣに減少する。

切削インサートの製造に関する異なるステップを示す図１〜９を参照する。図において、異なるステップで研削される面は、直接にプレスされた面、すなわち、非研削の面とは区別され、より詳細には研削面となっている。これに関して、超硬合金は硬質炭化物（ＷＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ）及びバインダー金属（Ｃｏ）からなる粉末をプレス焼結することによって作られる。超硬質でより高価なインセットは他の方法で作られる。例えば、ＣＢＮインセットは、高温及び高圧で立方晶硼素の結晶をセラミック又は金属バインダー層と結合することによって作られる。

図１〜３において、本発明にしたがって作られた超硬合金のブランクが示され、切れ刃の領域において、楔形状の頭部７が形成され、頭部７の後側が、切削インサートの孔６が形成されている本体の中間９の傾斜している本体部分８に移行する。個々の頭部７は、とりわけ、一つの切り屑面７１と二つの逃げ面７２によって境界を定められ、逃げ面７２は頭部の先端又はノーズにおいて、湾曲した移行面７３を介して互いに移行する。頭部７の下面は、全体として、切削インサート２の下面に含まれる。傾斜している本体部分８は、共通の上面８１と、対向する２対の側面８２とによって境界を定められ、各一対の側面８２は、切削インサートの中心面ＭＰに配置された所定の半径で湾曲する移行部１０で互いに出会う。頭部７と本体部分８との間の移行部は、狭い凸面と凹面とが連続する部分であり、符号１１で示される。二つの頭部７の二つの切り屑面７１と上面８１は、符号１で示される切削インサートの上面に含まれる部分面である。

図２に明確に示されるように、頭部７の切り屑面７１と本体の中間部分９の上面８１は、異なる高さに配置されている。より詳細には、上面８１は切り屑面７１の延長線上の仮想面Ｐ１の下側又は内側に配置されている。同様に、本体部分８の二つの側面８２（図３参照）は、頭部の二つの逃げ面７２の延長線上の仮想面Ｐ２の内側に配置されている。

図１〜３に示される超硬合金ブランクに加えて、図４及び５では符号１４で示される硬質インセットが作られている。頭部７と同様に、個々のインセット１４は楔形状又は三角形状である。より詳細に説明すると、インセットは、対向する二つの平坦面１５と、共通の移行面１７の方に向かって収束する二つの側面１６と、好ましくは上面１５及び下面１５に対して垂直に延びる後側の平坦な端壁１８とにより境界が定められている。前述したように、インセット１４の材料は、立方晶窒化硼素や多結晶ダイヤモンドなど、超硬合金より硬い材料とすることができる。

個々のインセット１４を頭部７に埋設するために、平坦な底面２０と、後側の端壁２１とにより境界を定められたポケット１９が形成される。端壁２１は、インセット１４の端面１８が平坦面に対して作る角度と同じ角度（例えば、９０゜）を底面２０に対して作る。ポケットは、転削加工も可能であるが研削加工によって作られる。

製造の次のステップが図６及び７に示されている。ここで、個々のインセット１４はポケットに固定される。好ましくは、ろう付けにより固定される。このステップにおけるインセットの初期の形状と寸法は、ポケットの対応する形状及び寸法に正確に一致する必要はない。したがって、正確でなく、不十分な寸法であっても、相補的な接触面１５，２０及び１８，２１が互いに対してろう付けされるという条件で、受け入れられる。

製造の最終ステップが図８及び９で示されている。ここで、個々のインセット１４は、頭部７に含まれる超硬合金と一体化される。研削は、切り屑面７１の面研削と、切れ刃２に隣接する逃げ面を形成するための一つ以上のスィーピング研削とによって実施される。逃げ面を主切刃４に隣接する平坦面７２とノーズ切れ刃５に隣接する凸状の移行面７３とすることもできる。図８及び９において、研削は頭部７の移行部より先の本体部分８に対しては行われないことが示されている。これは、上述したように、傾斜している本体部分８に関して張り出している頭部の結果として、すなわち、面７１，７２（図２及び３参照）の延長線上にある仮想面Ｐ１，Ｐ２の内側に面８１，８２が配置されることによる。実際に、個々の面間の高さの差は適度に設定され、本体部分８に接触することなしに、研削砥石を頭部に沿って動作させることを保証するにも拘わらず、例えば、数１０ｍｍに設定されることも可能である。

好ましい実施形態において、個々の頭部７の先端角又は収束角度は、傾斜している本体部分８の収束角度と同じ大きさである。

切削インサートの構造を更に明確にするために、ポケット１９の具体例を示す図１０〜１５を参照する。ポケット１９は、２．９ｍｍの長さＬ１と約１ｍｍの深さＤを有し、後側の端壁２１が２．６ｍｍの幅Ｂ２を有する。加工前のインセット１４は、３．０ｍｍの長さＬ２と、約１ｍｍの厚さを有し、後側の端壁１８に沿う幅Ｂ２が２．６ｍｍである。インセット１４のノーズの角度γは９０゜になる。凸状の移行面７３に沿う半径Ｒ１は０．４ｍｍ、インセットの対応する移行面１７は０．５ｍｍの半径Ｒ２を有する。言い換えると、インセットはポケットに対して長さ方向に約０．１ｍｍ大きい寸法になっている。

図１４及び１５において、切削インサートは最終的に仕上げられた状態にあり、固定され研削された切削インサートがポケットから分離して示されている。この状態において、インセット１４と頭部７の超硬合金は、０．１ｍｍ研削されている。このようにして、底面２０に沿うポケットの長さＬ１が２．８ｍｍに減少すると同時に、ポケット１９の深さＤとインセット１４の厚さＴは０．９ｍｍに減少する。上面に沿うインセット１４の長さＬ２は２．９ｍｍに減少する。Ｌ１とＬ２との間の差（０．１ｍｍ）は、より詳細には、５゜の逃げ角βを有して、インセットの前側の移行面になる隙間として説明される。さらに、インセットとポケットの幅Ｂは、２．６ｍｍから２．４ｍｍに減少する。完成した頭部の上面１ａに隣接して、強化ベベル部２２が形成される。強化ベベル部２２は境界１３ｂまでインセット１４と頭部７の後側に沿って延びる。

切削インサートの最大の切削深さは、インセット１４の長さＬ２を越えるべきではない。言い換えると、切削は、硬質のインセットに形成された個々の主切刃４により実施されるべきであり、頭部の切り屑面７１及び逃げ面７２の超硬合金の研削によって得られた後方の切れ刃によって実施されるべきではない。

切削インサートの他の実施形態を示す図１９及び２０を参照する。切削インサートの下面２は平面であり、工具の基体の協働するインサート座の平坦な底面に対して押し付けられる。この場合、切削インサートは、後側の側面がインサート座の相補的な支持側面に押される（例えば、ねじによって）ことによって固定される。前述した実施形態に対する他の違いは、切削インサートの上面の大部分が、頭部７の切り屑面７１より高い位置にある中央の部分面８３であるという点である。溝２３の中で底面を形成する個々の頭部７に隣接する凹んだ幅狭の制限面８１は、中央の部分面８３から頭部７を分離する。さらに、切削インサートの側面に沿う幅狭の制限面８２は、溝２４に底面を有し、逃げ面７２を側面８４から分離する。側面８４は頭部の逃げ面７２と面一である。したがって、作られた溝２３，２４が相対的に狭くても、研削砥石を制限面８３，８４から離すには十分となる。ここで、制限面８１，８２の後方に配置された面８３，８４は、変更可能である。例えば、より詳細には、下面の幅を大きくする目的で、側面８４を下側又は外側に向かって傾斜させることもでき、これによって、切削インサートが装着された状態を安定させることができる。

（本発明の効果）
本発明による切削インサートの基本的な利点は、切削インサートの支持点と、切削インサートの下面に対するその垂直方向の支持点からのノーズ切れ刃の位置に関して、切れ刃が切削インサートの所望の位置に正確に配置される、非常に硬質のインセットを備えたことである。また、個々のインセットが装着される相対的に長さの短い頭部に制限されて研削が実施されるため、研削の必要性が非常に少なくなるということである。

（本発明の実施可能な変更）
本発明は、上述し、図面に示された実施形態のみに制限されない。本発明は、旋削インサート以外の他の切削インサート、例えば、転削インサートにも適用可能である。更に、楔形状の頭部の先端角又は収束角は、３０゜〜９０゜の範囲内で変更可能である。また、ノーズ切れ刃の形状は、図面に例示されている丸い形状を変更してもよい。”研削”という概念は、本発明の思想から離れることなしに研削が実施されるとき、比較可能な加工方法が同じ最終的な結果を提供する限りにおいて、広く解釈されるべきである。このような方法の一例にはスパーキングがある。また、研削とスパーキングを組み合わせることも可能である。例えば、平坦な逃げ面を研削によって形成すると同時に、切り屑面をスパーキングすることによってチップブレーカを形成する。更に、二つ以上の切れ刃を含む刃先交換可能な切削インサートが、ＣＢＮ、ダイヤモンド、セラミックなどの硬質インセットの切れ刃を一つ備えるようにし、他の切れ刃を超硬合金で形成することもできる。また、本発明によるブランクは、図１〜３に示された形状、すなわち、インセット用のポケット有しない形状、又は図４及び５に示された形状、すなわち、インセットが直接に固定されるポケットを有する形状の何れかを有することを可能とする。

２ａ，２ｂ 雌状の凹所
３ａ，３ｂ 切れ刃
４ 主切刃
５ ノーズ切れ刃
７ 頭部
８ 傾斜している本体部分
１４ インセット（付属物）
１５ 平坦面
１６ 側面
１７，７３ 移行面
１８，２１ 端部壁
１９ ポケット
２２ 強化ベベル部（強化面取り部）
２３，２４ 溝
７１ 切り屑面
７２ 逃げ面
８１，８２ 制限面
α ノーズ角
ＩＣ 内接円
Ｐ１，Ｐ２ 仮想面

Claims (4)

1. 超硬合金インサートであって、
   上面（１）と、下面（２）と、上面（１）及び下面（２）の間を延びる複数の側面と、切れ刃（３ａ，３ｂ）とを備え、
   切れ刃が、ノーズ切れ刃（５）及びノーズ切れ刃（５）の方に向かって収束する二つの主切刃（４）を有し、また、切れ刃が、超硬合金より硬質の材料からなると共に、超硬合金中に埋設されたインセット（１４）に備わる超硬合金インサートにおいて、
   インセット（１４）が超硬合金インサートの前側の楔形状の頭部（７）に配置され、また、インセット（１４）が一つのすくい面（７１）と主切刃（４）に沿って延びる二つの逃げ面（７２）とによって境界を定められ、前記頭部（７）が前記すくい面（７１）と前記二つの逃げ面（７２）の延長線上にある仮想面（Ｐ１，Ｐ２）の内側に配置された制限面（８１，８２）を介して後側の本体部分（８）に移行し、
   前記インセット（１４）及び前記頭部（７）の前記すくい面（７１）と前記逃げ面（７２）とが研削面であり、前記本体部分（８）の前記制限面（８１，８２）が非研削面であることを特徴とする超硬合金インサート。
2. 超硬合金インサートが、複数の切れ刃（３ａ，３ｂ）を有することによって刃先交換可能であり、複数の切れ刃は、下面（２）から等しい距離に配置されると共に、ノーズ切れ刃の水平方向の位置を決定する基準点から等しい距離に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の超硬合金インサート。
3. 頭部（７）の後方にある制限面（８１，８２）が、本体部分（８）から頭部（７）を分離する溝（２３，２４）の底として含まれている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超硬合金インサート。
4. 頭部（７）の二つの逃げ面（７２）の間の収束角度及び二つの後方の制限面（８２）の間の収束角度が等しい大きさである、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超硬合金インサート。

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