JP6462719B2 - 切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法 Download PDF

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Description

本態様は、切削加工に用いられる切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法に関する。
従来、溝入れ加工やねじ切り加工などの切削加工に用いられる切削工具として、特開2005−074531号公報(特許文献1)に記載のスローアウェイ式切削工具が知られている。特許文献1に記載のスローアウェイ式切削工具におけるスローアウェイチップ(切削インサート)は、三角形状の2つの主面及び外周面を有する平板状をなしている。また、外周面には、ホルダの突出部と係合する凹部が設けられている。
近年、より大きな負荷が加わる加工においても使用が可能な切削インサートが求められている。特許文献1に記載のスローアウェイチップにおいては、ホルダに係止される凹部の厚み(2つの主面における間隔)が狭いため、より大きな負荷が加わる加工においては耐久性が不十分となる可能性がある。
本態様は、大きな負荷が加わる加工においても安定してホルダに係止することが可能な切削インサートを提供することを目的とする。
一態様に基づく切削インサートは、多角形状の第1主面と、該第1主面の反対側に位置する第2主面と、前記第1主面及び前記第2主面の間に位置する外周面とを有する平板形状であり、前記第1主面と前記第2主面とを貫く貫通孔及び該貫通孔周辺を含む領域が本体部であり、該本体部を除く領域が角部であり、該角部の少なくとも1つが切削部である。
前記本体部は、前記切削部の厚みよりも厚く、前記本体部における本体部外周面に凹部又は凸部を備えている。前記本体部における本体部第1主面は、前記貫通孔の開口部を囲むように位置する平らな第1領域と、前記第1領域と前記凹部又は前記凸部との間に位置する平らな第2領域とを有している。前記第2領域における厚みが、前記第1領域における厚みよりも厚い。前記本体部における本体部第2主面は、前記貫通孔の開口部を囲むように位置する平らな第3領域と、前記第3領域と前記凹部又は前記凸部との間に位置する平らな第4領域とを有している。前記第4領域における厚みが、前記第3領域における厚みよりも厚い。
一実施形態に係る切削インサートを示す斜視図である。 図1に示す切削インサートを第1主面3Aの側から正面視した正面図である。 図1に示す切削インサートを第2主面3Bの側から正面視した正面図である。 図2に示す切削インサートをA1方向から視た側面図である。 図2に示す切削インサートをA2方向から視た側面図である。 図2に示す切削インサートをA3方向から視た側面図である。 図2に示す切削インサートをA4方向から視た側面図である。 図2に示す切削インサートにおけるD1−D1断面の断面図である。 図2に示す切削インサートにおけるD2−D2断面の断面図である。 第1変形例を示す切削インサートの第1主面3Aの側から正面視した正面図である。 第2変形例を示す切削インサートの第1主面3Aの側から正面視した正面図である。 一実施形態に係る切削工具における先端部分を拡大した斜視図である。 図12に示す切削工具を先端視した側面図である。 図13に示す切削工具をA5方向から視た側面図である。 図13に示す切削工具をA6方向から視た側面図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法における一工程を示す斜視図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法における一工程を示す斜視図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法における一工程を示す斜視図である。
以下、一実施形態の切削インサート1について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明の切削工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
本実施形態の切削インサート1(以下、単にインサート1ともいう)は、多角形状の一対の主面3、及び一対の主面3の間に位置する外周面5を有する平板形状である。以下、一対の主面3の一方を第1主面3Aとし、他方を第2主面3Bとする。
第2主面3Bは、第1主面3Aの反対側に位置している。本実施形態においては、第1主面3A及び第2主面3Bは同じ形状となっており、それぞれ三角形状となっている。第1主面3A及び第2主面3Bが同じ形状となっており輪郭が重なっていることから、第1主面3A及び第2主面3Bの一方の側から正面視した場合においては、輪郭が確認できない。インサート1を切削工具のホルダに固定する際に、第1主面3A及び第2主面3Bの一方がホルダに当接する。
図1〜7は、本実施形態のインサート1を各方向から視た図である。
平板形状のインサート1は、本体部7及び角部を具備している。本体部7は、第1主面3A及び第2主面3Bの一方の側から正面視した場合における中央部分に位置している。また、本体部7を除く領域が角部であり、角部の少なくとも1つが切削部9となっている。図1〜図7においては、角部がすべて切削部9となっている例を示しているため、角部に相当する部分に符号9が付してある。このような構成において言い換えれば、本体部7は、切削部9を除く領域に位置している。
本実施形態における主面3が三角形状であることから、第1主面3Aの角部は3つ存在する。そのため、本実施形態のインサート1は、1つの本体部7と3つの切削部9とによって構成される。3つの切削部9は、第1主面3A及び第2主面3Bのそれぞれの中心を結ぶ中心軸O1の周りで回転対称となるように位置している。
本実施形態のインサート1における三角形状の主面3の一辺の長さは、例えば15〜25mm程度に設定される。また、第1主面3Aと第2主面3Bとの間隔であるインサート1の厚みの最大値は、例えば2〜8mm程度に設定される。
インサート1を構成する部材の材質としては、例えば、超硬合金又はサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、WC−Co、WC−TiC−Co及びWC−TiC−TaC−Coが挙げられる。WC−Coは、炭化タングステン(WC)にコバルト(Co)の粉末を加えて焼結して生成される。WC−TiC−Coは、WC−Coに炭化チタン(TiC)を添加したものである。WC−TiC−TaC−Coは、WC−TiC−Coに炭化タンタル(TaC)を添加したものである。
また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、炭化チタン(TiC)、又は窒化チタン(TiN)などのチタン化合物を主成分としたものが挙げられる。
インサート1の表面は、化学蒸着(CVD)法又は物理蒸着(PVD)法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)又はアルミナ(Al)などが挙げられる。
本体部7には、第1主面3A及び第2主面3Bのそれぞれにおいて開口する貫通孔11を有している。そのため、貫通孔11および貫通孔11周辺を含む領域が本体部7である。貫通孔11は、インサート1を切削工具のホルダにネジ止め固定する際にネジを挿入するための部分である。なお、インサート1をホルダに固定する方法としては、上記のネジ止め固定による方法に代えて、クランプ構造を採用してもよい。
図2に示すように、貫通孔11は第1主面3A側からの正面視において円形状であって、例えば直径が4〜7mmである。図2に示す例において、第1主面3Aの側における貫通孔11の開口部の中心と第1主面3Aの中心とが一致している。第1主面3Aの反対側にあたる第2主面3Bから正面視した図3においても同様である。
本実施形態における本体部7及び切削部9は、第1主面3A及び第2主面3Bの間での厚みが異なっている。具体的には、図4及び図8に示すように、本実施形態において、本体部7の厚みT1が、切削部9の厚みT2よりも厚い。すなわち、第1主面3A及び第2主面3Bの中央部分を含み、厚みが相対的に大きい領域が本体部7であって、厚みが相対的に小さい領域が切削部9である。
切削部9における主面3が被削材の加工壁面に接触して加工壁面が傷付くことを避けるため、切削部9の厚みは相対的に薄くなっている。また、インサート1をホルダに安定して固定するため、本体部7の厚みは相対的に厚くなっている。
切削部9における切削部外周面5Bには、すくい面13、逃げ面15、切刃17が形成されている。すくい面13は、切削部外周面5Bにおいて三角形状の角を構成する一方の面に対応する領域に位置している。逃げ面15は、切削部外周面5Bにおいて三角形状の角を構成する他方の面に対応する領域に位置している。切刃17は、すくい面13と逃げ面15とが交わる部分に位置している。言い換えれば、切刃17は、切削部外周面5Bにおける一対の主面3A、3Bの角を結ぶ領域に位置している。この切刃17を被削材に接触させることによって切削加工が行われる。
逃げ面15とすくい面13とが交わる部分は、2つの面が交わることによる厳密な線形状でなくてもよい。2つの面が交わる部分が鋭角に尖っていると、切刃17の耐久性が低下する。そのため、逃げ面15とすくい面13とが交わる部分がわずかに曲面形状となっている、いわゆるホーニング加工が施されていてもよい。
図1〜図7に示す例の本実施形態のインサート1は、3つの切削部9を有していることから、切刃17も3つ形成されている。これら3つの切刃17は、切削加工時において同時に使用されるものではない。3つの切刃17のうちいずれか1つを用いて切削加工が行われる。使用している切刃17が摩耗した場合に、インサート1のホルダへの固定位置を変えることで他の切刃17が切削加工に新たに用いられるようになる。
本体部7における本体部外周面5Aには凹部19が備えられている。凹部19は、インサート1をホルダに固定する際にホルダに係止される部分である。本実施形態における本体部7は、三角形状である主面3の3つの辺のそれぞれに対応する本体部外周面5Aの領域を有している。本実施形態における本体部7は、3つの凹部19を備えている。3つの切削部9が一対の主面3A、3Bのそれぞれの中心を結ぶ中心軸O1の周りで回転対称となるように位置していることから、3つの凹部19も、上記の中心軸O1の周りで回転対称となるように位置している。
切削加工時には、貫通孔11を中心軸としてインサート1が回転するような力がインサート1に対して加わる。しかしながら、上記のような凹部19を有していることによって、インサート1が安定してホルダに固定されるので、インサート1が回転することを防ぐことができる。
近年、より大きな負荷が加わる加工においても使用が可能なインサート1が求められているが、相対的に厚みが薄い部分である本実施形態における切削部9に掛かる部分に凹部19が形成されていると耐久性が不十分となる可能性がある。これは、相対的に厚みが薄い部分では凹部19の表面積が小さくなってしまうからである。しかしながら、本実施形態のインサート1においては、切削部9よりも厚みが相対的に大きい本体部7に凹部19が位置している。そのため、大きな負荷が加わる加工においても安定してインサート1をホルダに係止することが可能となる。
本実施形態における凹部19は、切削加工時においてインサート1を安定してホルダに固定するため、第1主面3A及び第2主面3Bに直交する方向に延びている。言い換えれば、凹部19の内面が主面3に対して直交している。凹部19が一対の主面3に対して傾斜する方向に延びている場合には、切削加工時においてインサート1に加わる力が、主面3に対して傾斜した方向に分散するため、主面3に対して直交する方向にインサート1が動いてしまう可能性がある。しかしながら、凹部19が主面3に直交する方向に延びている場合には、上記するインサート1の動きを抑制できる。
本実施形態における凹部19は、ホルダに係止される面積を大きく確保して安定してホルダに固定するため、第1主面3Aから第2主面3Bに渡って位置している。
また、凹部19は、図10に示すように第1主面3Aの側から正面視した場合において、1つの曲線部分によって構成されていてもよいが、本実施形態における凹部19は、図3に示す例のように、平坦面部21及び平坦面部21間に位置する曲面部23を備えている。言い換えれば、平坦面部21は、曲面部23の両側に位置している。
凹部19が平坦面部21を備えている場合には、凹部19においてインサート1をホルダに面接触させ易くなる。凹部19が曲面部23のみによって構成されている場合において凹部19をホルダに面接触させるためには、ホルダにおける凹部19に当接する部分を凹部の曲面形状に合うように高い精度で曲面に形成する必要がある。
しかしながら、凹部19が平坦面部21を備えている場合には、ホルダにおける凹部19に当接する部分において高い精度で曲面部分を設けることなく、平坦面部21に対応する平らな面を設ければ良い。そのため、凹部19をホルダに容易に面接触させることができる。
このとき、切削加工時においてインサート1に加わる力を安定してホルダで受けるため、平坦面部21は、一対の主面3に対して直交していることが好ましい。なお、図10に示す変形例は、凹部19以外は図1〜9に示す実施形態と同様の構成となっている。
また、一対の平坦面部21のみによって凹部19が構成されている場合には、一対の平坦面部21が交わる部分に凹部19の底となる角ができるため、この角に負荷が集中しやすくなる。しかしながら、本実施形態における凹部19のように凹部19が一対の平坦面部21間に位置する曲面部23を備えている場合には、上記の負荷の集中が抑制できる。そのため、インサート1の耐久性を高めることができる。
また、本実施形態のインサート1においては、図2に示すように、凹部19の両側にある一対の平坦面部21の仮想延長線L1、L2上には貫通孔11が位置しておらず、貫通孔11は、一対の平坦面部21の仮想延長線L1、L2から離れている。言い換えれば、第1主面3Aの正面視において、平坦面部21の仮想延長線を結ぶ領域内に貫通孔11が位置している。
一対の平坦面部21の仮想延長線L1、L2上に貫通孔11が位置していると、凹部19と貫通孔11との間の肉厚が薄くなる。しかしながら、仮想延長線L1、L2上に貫通孔11が位置していない場合には、凹部19と貫通孔11との間の肉厚を厚く確保できる。そのため、インサート1の耐久性をさらに高めることができる。
また、一対の平坦面部21の仮想延長線L1、L2が貫通孔11と交差するように、一対の平坦面部21が貫通孔11に向かって設けられている場合には、一対の平坦面部21のなす角が小さくなり、曲面部23の曲率が小さくなる可能性がある。しかしながら、一対の平坦面部21が図2に示すように位置している場合には、曲面部23の曲率を大きくすることができるので、曲面部23に応力が集中する可能性を小さくできる。
第1主面3Aは、平坦面によって構成されていてもよいが、本実施形態における第1主面3Aにおける本体部7に位置する領域である本体部第1主面3AAは、図2に示すように、第1領域25及び第2領域27を有する構成となっている。第1領域25は、貫通孔11の開口部を囲むように位置する平らな面領域である。また、第2領域27は、第1領域25と凹部19との間に位置する平らな面領域である。なお、第2主面3Bにおける本体部7に位置する領域である本体部第2主面3BBについても、本体部第1主面3AAと同じ構成である例を示している。
また、本体部第1主面3AAは、本体部7において第1領域25及び第2領域27に加えて傾斜面29をさらに有する構成となっている。傾斜面29は、第1領域25と第2領域27との間に位置しており、第1領域25及び第2領域27に対して傾斜している。図9に示すように、第1領域25と第2領域27とは互いに平行であり、第2領域27の間での本体部7の厚みが、第1領域25の間での本体部7の厚みよりも大きい。
本実施形態のインサート1は、貫通孔11に挿入されるネジによってホルダに固定される。そのため、一対の主面3が1つの平坦面によって構成されていると、ネジの頭部が平坦面よりも外方に突出し易くなる。そのため、切屑がネジの頭部に接触してしまい、切屑の詰まりやネジの頭部の損傷が引き起こされる可能性がある。
しかしながら、本体部第1主面3AAが、第1領域25及び第2領域27を有しており、貫通孔11の開口部を囲む第1領域25が第2領域27よりも厚みが薄い場合には、第2領域27が障壁となって切屑がネジの頭部に接触する可能性が小さくなる。
第1領域25及び第2領域27においては、厚みが互いに異なっている。そのため、第1領域25と第2領域27との境界部分に段差が生じており、この段差にはインサート1をホルダにネジ止め固定する際に負荷が集中し易い。しかしながら、第1領域25と第2領域27との間に傾斜面29が位置していることによって、上記の負荷の集中を抑えることができる。
なお、傾斜面29と、第1領域25及び第2領域27とは曲面によって滑らかに接続されていることが好ましい。特に、第1領域25と傾斜面29との境界に応力が集中することを避けるため、傾斜面29と第1領域25とが曲面によって滑らかに接続されていることが好ましい。
以上、一実施形態のインサート1について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができる。
例えば、一対の主面3の形状は、上記の形態に限定されない。本実施形態のインサート1として、一対の主面3が三角形状である例を示したが、一対の主面3の形状は、四角形状又は五角形状であってもよい。
また、上記においては、本体部外周面5Aに凹部19を備えた構成について説明したが、図11に示すように、凹部19の代わりに凸部31を有する構成であってもよい。このとき、凸部31は、凹部19と同様にインサート1をホルダに固定する際にホルダに係止される部分である。このような凸部31を有する場合であってもインサート1が安定してホルダに固定される。
<切削工具>
次に、本発明の一実施形態の切削工具について図面を用いて説明する。
本実施形態の切削工具101は、図12〜15に示すように、先端側にインサートポケット103(以下、単にポケット103ともいう)を有するホルダ105と、ポケット103に位置する切削インサート1とを備えている。インサート1は、切刃9がホルダ105の先端から外方に突出するようにポケット103に装着される。
ホルダ105は、細長く伸びた棒形状をなしている。そして、ホルダ105の先端側には、ポケット103が1つ位置している。ポケット103は、インサート1が装着される部分であり、ホルダ105の先端面及び側面に対して開口している。このとき、ポケット103がホルダ105の側面に対しても開口していることによって、インサート1の装着を容易に行うことができる。
ポケット103は、図12〜15に示すように、インサート1の主面3に当接する着座面107と、インサート1の外周面5に当接する拘束側面109とを有している。拘束側面109は、インサート1の凹部19に対応する凸形状の部分109aを有しており、この拘束側面の凸形状の部分109aが、インサート1の凹部19に当接している。
ポケット103にはインサート1が装着される。インサート1は、切刃17がホルダ105の先端から外方に突出するように装着される。このとき、インサート1が複数の切刃17を有している場合には、複数の切刃17の1つがホルダ105の先端側に突出するように装着される。
本実施形態においては、インサート1は、ネジ111によって、ホルダ105に装着されている。すなわち、インサート1の貫通孔11にネジ111を挿入し、このネジ111の先端をポケット103に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート1がホルダ105に装着されている。
ホルダ105としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。
<切削加工物の製造方法>
次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。
切削加工物は、被削材201を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
(1)被削材201を回転させる工程と、
(2)回転している被削材201に上記実施形態に代表される切削工具101を接触させる工程と、
(3)切削工具101を被削材201から離す工程と、
を備えている。
より具体的には、まず、図16に示すように、被削材201を軸O2の周りで回転させるとともに、被削材201に切削工具101を相対的に近付ける。次に、図17に示すように、切削工具101における切刃17を回転している被削材201に接触させて、被削材201を切削する。そして、図18に示すように、切削工具101を被削材201から相対的に遠ざける。
本実施形態においては、軸O2を固定するとともに被削材201を回転させた状態で切削工具101をX1方向に移動させることによって被削材201に近付けている。また、図17においては、回転している被削材201に切削インサート1における切刃17を接触させることによって被削材201を切削している。また、図18においては、被削材201を回転させた状態で切削工具101をX2方向に移動させることによって遠ざけている。
なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、切削工具101を動かすことによって、切削工具101を被削材201に接触させる、あるいは、切削工具101を被削材201から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。
例えば、(1)の工程において、被削材201を切削工具101に近付けてもよい。同様に、(3)の工程において、被削材201を切削工具101から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材201を回転させた状態を維持して、被削材201の異なる箇所にインサート1における切刃17を接触させる工程を繰り返せばよい。
なお、被削材201の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、又は非鉄金属などが挙げられる。
1・・・切削インサート(インサート)
3・・・主面
3A・・・第1主面
3AA・・・本体部第1主面
3B・・・第2主面
3BB・・・本体部第2主面
5・・・外周面
5A・・・本体部外周面
7・・・本体部
9・・・切削部
11・・・貫通孔
13・・・すくい面
15・・・逃げ面
17・・・切刃
19・・・凹部
21・・・平坦面部
23・・・曲面部
25・・・第1領域
27・・・第2領域
29・・・傾斜面
31・・・凸部
101・・・切削工具
103・・・インサートポケット(ポケット)
105・・・ホルダ
107・・・着座面
109・・・拘束側面
111・・・ネジ
201・・・被削材

Claims (9)

  1. 多角形状の第1主面と、
    該第1主面の反対側に位置する第2主面と、
    前記第1主面及び前記第2主面の間に位置する外周面とを有する平板形状であり、
    前記第1主面と前記第2主面とを貫く貫通孔及び該貫通孔周辺を含む領域が本体部であり、
    該本体部を除く領域が角部であり、該角部の少なくとも1つが切削部である切削インサートであって、
    前記本体部は、前記切削部の厚みよりも厚く、前記本体部における本体部外周面に凹部又は凸部を備えており、
    前記本体部における本体部第1主面は、前記貫通孔の開口部を囲むように位置する平らな第1領域と、前記第1領域と前記凹部又は前記凸部との間に位置する平らな第2領域とを有し、
    前記第2領域における厚みが、前記第1領域における厚みよりも厚く、
    前記本体部における本体部第2主面は、前記貫通孔の開口部を囲むように位置する平らな第3領域と、前記第3領域と前記凹部又は前記凸部との間に位置する平らな第4領域とを有し、
    前記第4領域における厚みが、前記第3領域における厚みよりも厚いことを特徴とする切削インサート。
  2. 前記第1領域及び前記第2領域が、曲面によって接続され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。
  3. 前記本体部第1主面は、前記第1領域と前記第2領域との間に傾斜面を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の切削インサート。
  4. 前記凹部又は前記凸部は、前記本体部外周面において前記第1主面及び前記第2主面に渡って位置していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の切削インサート。
  5. 前記凹部は、曲面部と、該曲面部の両側に平坦面部とを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の切削インサート。
  6. 前記平坦面部は、前記第1主面に対して直交していることを特徴とする請求項5に記載
    の切削インサート。
  7. 前記第1主面の正面視において、前記平坦面部の仮想延長線を結ぶ領域内に貫通孔が位置していることを特徴とする請求項5又は6に記載の切削インサート。
  8. 先端側にインサートポケットを有するホルダと、
    前記インサートポケットに位置する、請求項1〜7のいずれか1つに記載の切削インサートとを備えたことを特徴とする切削工具。
  9. 被削材を回転させる工程と、
    回転している前記被削材に請求項8に記載の切削工具を接触させる工程と、
    前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えたことを特徴とする切削加工物の製造方法。
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