JP6639051B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、コーナ部を含む領域に、超高圧焼結体を含有する切れ刃部材が固着された切削工具に関する。

従来の切削工具には、特許文献１に示すようなものがある。すなわち、コーナ部を有し、コーナ部を含む領域に立方晶窒化ほう素、ダイヤモンドの少なくとも一方の超高圧焼結体を含有する切れ刃部材が固着された切削工具であって、切れ刃部材の表面には、ブレーカ壁面を有するチップブレーカが形成される。隣接する２つのブレーカ壁面の間に、凸部が形成される。切削工具は切削インサートを用い、切れ刃部材は切削インサートに固着される。

特開２００７−２６０８４８号公報

特許文献１の切削工具は、切りくずの拘束力を高めて切りくず処理性を向上する一定の効果があった。しかし、まだ十分でなく、さらなる切りくず処理性の改善が要望されていた。特に、切りくずの流出方向が変化する、ならい加工などと呼ばれる切削形態において、さらに切りくず処理性を向上させることが求められていた。

本発明の切削工具は、少なくとも１つのコーナ部を形成する切れ刃部材を備える切削工具であって、切れ刃部材の材料は、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素を含有する超高圧焼結体、または該超高圧焼結体の表面にコーティング膜が被膜されたものから選択される。切れ刃部材の端面と周側面との交差稜線の少なくとも一部に切れ刃が形成される。ブレーカ壁面は、切削工具の外方に膨らむように湾曲する少なくとも１つの凸面部と、この凸面部に連続して形成され、切削工具の内方にへこむように湾曲する少なくとも１つの凹面部を有する。端面側からみて、凸面部は、コーナ部を２等分するように定められる仮想平面Ａから離間して配置され、凹面部は、仮想平面Ａと交差するように配置される。そして、切れ刃の端面側からみて、ブレーカ壁面の上方の境界線上及び下方の境界線上における前記凸面部及び前記凹面部の輪郭形状は、それぞれ円弧状である。また、上方の境界線と下方の境界線を接続する傾斜面は、切れ刃部材の周囲面に形成される逃げ面に接続する。更に、端面側からみて、仮想平面Ａと平行な方向の長さにおいて、コーナ部の中央から、ブレーカ壁面のコーナ部から離れた方の縁部における凸面部の輪郭形状までの長さをブレーカ幅Ｂとし、このブレーカ幅Ｂに対応する該輪郭形状上の点を凸点Ｄとし、端面側からみて、仮想平面Ａから凸点Ｄまでの距離をずれ量Ｃとするとき、ずれ量Ｃは、ブレーカ幅Ｂに対して５０％以上、かつ１５０％以下の範囲とされる。

本発明の切削工具は、切りくずの拘束力がきわめて高く、切りくず処理性を大幅に向上する。

図１は第１の実施形態である切削工具（切削インサート）の斜視拡大図である。 図２は図１の切削工具の平面図である。 図３は図１の切削工具の正面図である。 図４は図１の切削工具の右側面図である。 図５は図１の切削工具の斜視図である。 図６は図１の切削工具の平面図の部分拡大図である。 図７は他の実施形態である切削工具の平面図の部分拡大図である。

本発明を適用した切削工具の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１から図５に示すように、この実施形態における切削工具は、コーナ部２を有し、２つのコーナ部２を含む領域に、超高圧焼結体を含有する切れ刃部材３が固着された切削インサート１を用いる。このような切削インサート１を用いる切削工具には、様々なものが知られているため、切削工具は図示せず、また切削工具の説明も省略する。以降は、本発明の切削工具のことを切削インサート１と呼称する。しかし、本発明の切削工具は、切削インサート１を用いる形態のものに限定されない。バイトやエンドミルなどに切れ刃部材３がろう付けなどで固着された切削工具でも構わない。この実施形態における切削インサート１の超高圧焼結体は、立方晶窒化ほう素を含有する焼結体の表面にＰＶＤによるコーティング膜が被膜されたものとされる。切削インサート１は、鋭角側のコーナ角が８０°の略菱形板状に外郭形状が形成されている。したがって、コーナ部は、片面に４つずつ、両面で８つある。この実施形態の切削インサート１は、２つの切れ刃部材３が、片面側のコーナ角が８０°の２つのコーナ部２にのみ固着され、残りの６つのコーナ部には固着されていない。２つのコーナ部２は、切削インサート１の中心に対して、平面視で１８０°回転対称な形状に形成されている。すなわち、この切削インサート１は、１つのコーナ部２を使用することによって摩耗などをした場合、向きを変えて２つ目のコーナ部２と入れ替えることで、少なくとも２回使用ができる。以降は説明を簡略にするため、一方のコーナ部２に関する説明のみを行い、他方のコーナ部２に関する説明は、同様であるため省略する。

切削インサート１の切れ刃部材３は、端面３ａと周囲面が切削インサート１の表面の一部を形成している。すなわち、切れ刃部材３の端面（上面）３ａは、切削インサート１の端面（上面）の一部とされ、切れ刃部材３の周囲面は、切削インサート１の周囲面の一部とされている。切削インサート１の他方の端面（下面）は、平面とされ、切削インサート１が切削工具に装着されるときの着座面とされる。切れ刃部材３は、切れ刃８、すくい面９および逃げ面１０を有する。逃げ面１０は、切れ刃部材３の周囲面に形成されている。切れ刃部材３の上面となる端面３ａには、ブレーカ壁面５を備えるチップブレーカ４が形成されている。この実施形態の切削インサート１は、右勝手での使用と左勝手での使用とのどちらにも対応できるように、端面３ａに対向する方向からみて、コーナ部２の２等分線に対して鏡像対称な形状とされるとよい。すなわち、切れ刃８およびチップブレーカ４は、端面３ａに対向する方向からみて、コーナ部２の２等分線に対して鏡像対称な位置に配置されるとよい。ここで、図２および図３のように、チップブレーカ４が形成される切れ刃部材３の端面３ａ側からみて、コーナ部２を２等分する仮想平面Ａを定める。別の表現をすると、仮想平面Ａは、コーナ部２の中央をとおり、なおかつ切削インサート１を２等分するように定められる。なお、コーナ部２を２等分するとは、コーナ部２の外郭形状を２等分することを意味する。また、コーナ部２の２等分線に対して鏡像対称な形状とは、仮想平面Ａに対して面対称な形状のことを意味する。この実施形態において、コーナ部２に配置されるブレーカ壁面５を備えるチップブレーカ４は、仮想平面Ａに対して面対称な形状に形成される。切削インサート１は、すべての部分が仮想平面Ａに対して面対称な形状に形成される。すなわち切削インサート１は、すべての部分が仮想平面Ａに対して鏡像対称な関係とされる。そこで以降の説明を簡略にするため、面対称な一方の形状のみ説明し、他方の形状の説明を省略する。なお、上方へ向かう面について壁面という表現を用いているが、これは便宜上のものであって、空間内の絶対的な向きや位置関係を規定することを企図したものではない。また上面や下面などや、その他の空間内の向きや位置関係を表す用語も同様である。

ブレーカ壁面５は、チップブレーカ４が形成される切れ刃部材３の端面３ａ側からみて、すなわち平面視で切削インサート１の外方に膨らむように湾曲する２つの凸面部６を有する。一方の凸面部を第１の凸面部６ａと呼び、他方を第２の凸面部６ｂと呼ぶ。平面視で、２つの凸面部６ａ、６ｂは、離間するように配置される。２つの凸面部６ａ、６ｂの間に、切削インサート１の内方にへこむように湾曲する凹面部７を有する。すなわち、２つの凸面部６ａ、６ｂは、凹面部７を挟むように配置されている。この実施形態における切削インサート１は、凹面部７が１つだけ形成されている。凹面部７は、仮想平面Ａを横切るように、仮想平面Ａと交差している。すなわち、２つの凸面部６ａ、６ｂは、仮想平面Ａから離間し、仮想平面Ａの両側に配置されている。平面視で、ブレーカ壁面５の上方の境界線上における凸面部６の輪郭形状は、略円弧状とされる。すなわち平面視で、ブレーカ壁面５のコーナ部２から離れた方の縁部における凸面部６の輪郭形状は、略円弧状とされる。平面視で、ブレーカ壁面５の上方の境界線上における凹面部７の輪郭形状は、略円弧状とされる。すなわち平面視で、ブレーカ壁面５のコーナ部２から離れた方の縁部における凹面部７の輪郭形状は、略円弧状とされる。

チップブレーカ４のすくい面９は、切れ刃８から離間するにつれ、切削インサート１の内方に陥没するように、正のすくい角が与えられている。すなわち、チップブレーカ４は、チップブレーカ溝が形成されている。

次に、本発明の切削工具の作用および効果について説明する。この切削インサート１は、右勝手の切削工具として使用されるとき、コーナ部２側からみて右側に配置される第１の凸面部６ａが、凹面部７と協働して切りくずの生成に作用する。この切削インサート１は、左勝手の切削工具として使用されるとき、コーナ部２側からみて左側に配置される第２の凸面部６ｂが、凹面部７と協働して作用する。ここでは切削インサート１が、右勝手の切削工具として使用されるときの作用を説明し、左勝手の切削工具として使用されるときの作用は、同様であるため説明を省略する。一般に、超高圧焼結体の切れ刃８を備える切削工具による切削加工、特に旋盤加工やフライス加工は、切削条件の切り込みおよび送りが小さく設定される。このため、生成される切りくずは幅が狭く、かつ厚さが薄くなり、切りくず処理を行うことが極めて難しくなりやすい。特に旋盤でならい加工を行うとき、切りくずはコーナ部２の中で生成される切れ刃８の部分が、切削加工中に大きく変化し、切りくずが流出する方向が大きく変化する。このため、切りくず処理を行うことが非常に難しくなりやすい。この実施形態における切削インサート１は、切りくずがコーナ部２の中央付近で生成されるとき、すなわちコーナ部２の２等分線付近で生成されるとき、切りくずはコーナ部２から凹面部７に向かって流れる。このとき、凹面部７と比較して第１の凸面部６ａの方がコーナ部２に向かって突出しているため、流れてきた切りくずは、第１の凸面部６ａに衝突する。第１の凸面部６ａは外方に向かって膨らむ湾曲面であり、それと隣接するように内方に向かってへこむように湾曲する凹面部７が配置されている。このため第１の凸面部６ａに衝突した切りくずは、すくい面９およびブレーカ壁面５によって上向きに曲げようとする力に加えて、凹面部７側に向かって、すなわち仮想平面Ａ側に向かって横向きにも曲げるような力を受ける。すなわち、コーナ部２から凹面部７に向かって流れる切りくずは、切りくずの中央からずれた位置が第１の凸面部６ａに当たることで横向きにも曲げられる。この結果、上向きの力のみを受けた場合と比較して、切りくずがより細かく分断される。なお、平面視でブレーカ壁面５の上方の境界線上における凸面部６および凹面部７の輪郭形状が、それぞれ略円弧状とされているため、凸面部６と凹面部７とは稜線などの角がないなめらかな曲面として接続されることができる。このように構成することで、切りくずが当たることによる凸面部６と凹面部７との接続部における摩耗（摩滅）の進行を抑制することができる。

この実施形態の切削インサート１のブレーカ幅Ｂは、図６に示す寸法で代表される。ブレーカ幅Ｂは、平面視で仮想平面Ａと平行な方向の寸法とし、コーナ部２の中央から、ブレーカ壁面５の上方の境界線上で第１の凸面部６ａの最も突出している凸点Ｄの位置までの寸法と定められる。また、平面視で仮想平面Ａから凸点Ｄまでの距離をずれ量Ｃと定められる。このように定められるずれ量Ｃは、ブレーカ幅Ｂに対して、５０％以上、なおかつ１５０％以下の範囲とされることが好ましい。すなわち、第１の凸面部６ａの最も突出している凸点Ｄは、ブレーカ幅Ｂとの寸法関係によって、仮想平面Ａからのずれ量Ｃが調整されることが好ましい。ずれ量Ｃが５０％未満になると、凹面部７が狭くなりすぎるため、切りくずに加わる仮想平面Ａ側に向かう力が不十分となる。ずれ量Ｃが１５０％を超えると、凸面部６ａの凸点Ｄに切りくずが接触しなくなるため、切りくず処理性を向上する効果が失われる。ずれ量Ｃの寸法は、０．１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下が好ましい。この実施形態の切削インサート１は、ブレーカ幅Ｂが約１．０ｍｍとされ、ずれ量Ｃが約０．６ｍｍとされた。すなわち、ずれ量Ｃは、ブレーカ幅Ｂに対して、約６０％とされた。

凸面部６および凹面部７は、ブレーカ壁面５の少なくとも上部に形成される。これは、切りくず処理性を高めるためのブレーカ壁面５は、その上部付近が最も作用するためである。したがって、ブレーカ壁面５の下部は、切りくず処理性に影響のない範囲で、どのような形状とされても構わない。平面視で、凸面部６の上方の境界線は、略円弧状とされている。平面視で、凹面部７の上方の境界線は、略円弧状とされている。凸面部６の円弧の曲率半径は、凹面部７の円弧の曲率半径より小さくされている。

以上、本発明の切削インサート１を説明したが、本発明の切削工具は、これに限定されない。この実施形態における切削工具の説明では、切削工具を切削インサート１と呼んだが、これは便宜上のものである。切削工具は、切削インサートのみでなく、切削インサートが工具ボデーに装着された切削工具全体を指すこともできる。前述のとおり、本発明の切削工具は、切削インサートを用いなくても構わない。切削工具の切れ刃となる部分に、超高圧焼結体の切れ刃部材３が固着されればよい。切れ刃部材３の固着方法は、ろう付けなどの既知の固着方法が適用できる。

本発明の切削工具の切れ刃８および切れ刃の周辺の工具材料は、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素を含有する超高圧焼結体、またはそれら超高圧焼結体の表面にＰＶＤまたはＣＶＤによるコーティング膜が被膜されたものの中から選択されることが好ましい。

本発明の切削工具は、工作機械に装着されることにより、鋼材などの切削加工に利用できる。旋盤用のバイトや回転切削工具などに適用され、適用切削工具への制約がほとんどない。実施形態には旋盤用のバイトに装着される切削インサート１だけを説明したが、これに限定されない。

本発明の切削工具のチップブレーカは、既知の様々な方法で形成される。例えば、本発明の切削工具のチップブレーカは、研削加工、放電加工、電子ビーム加工またはレーザー加工などにより形成されることができる。

本発明の切削工具は、以上に説明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範囲内で種々の変更及び追加が可能である。例えば、超高圧焼結体にダイヤモンドを用い、アルミニウム合金の切削に適するチップブレーカ形状とされることも可能である。また、図７に示すように、凸面部６を有するチップブレーカは２段構造にされても構わない。チップブレーカが２段構造にされる場合、凸面部６の位置は、１段目と２段目とで揃えられても構わないが、１段目と２段目とで位置がずれるように配置されることもできる。さらに、切れ刃部分にワイパー刃のような仕上げ刃部分が設けられても構わない。

１ 切削インサート
２ コーナ部
３ 切れ刃部材
３ａ 端面（上面）
４ チップブレーカ
５ ブレーカ壁面
６ 凸面部
６ａ 第１の凸面部
６ｂ 第２の凸面部
７ 凹面部
８ 切れ刃
９ すくい面
１０ 逃げ面
Ａ 仮想平面
Ｂ ブレーカ幅
Ｃ ずれ量
Ｄ 凸点

Claims (7)

1. 少なくとも１つのコーナ部（２）を形成する切れ刃部材（３）を備える切削工具であって、
   前記切れ刃部材（３）の材料は、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素を含有する超高圧焼結体、または該超高圧焼結体の表面にコーティング膜が被膜されたものから選択され、
   前記切れ刃部材（３）の端面（３ａ）と周側面との交差稜線の少なくとも一部に切れ刃（８）が形成され、
   前記切れ刃部材（３）の前記端面（３ａ）には、ブレーカ壁面（５）を備えるチップブレーカ（４）が形成され、
   前記ブレーカ壁面（５）は、該切削工具の外方に膨らむように湾曲する少なくとも１つの凸面部（６）と、該凸面部（６）に連続して形成され、該切削工具の内方にへこむように湾曲する少なくとも１つの凹面部（７）を有し、
   前記切れ刃部材（３）の前記端面（３ａ）側からみて、前記凸面部（６）は、前記コーナ部（２）を２等分するように定められる仮想平面（Ａ）から離間して配置され、
   前記凹面部（７）は、前記仮想平面（Ａ）と交差するように配置され、
   前記端面（３ａ）側からみて、前記ブレーカ壁面（５）の上方の境界線上における前記凸面部（６）及び前記凹面部（７）の輪郭形状は、それぞれ円弧状であり、
   前記端面（３ａ）側からみて、前記ブレーカ壁面（５）の下方の境界線上における前記凸面部（６）及び前記凹面部（７）の輪郭形状は、それぞれ円弧状であり、
   前記端面（３ａ）側からみて、前記ブレーカ壁面（５）の上方の境界線と下方の境界線とを接続する傾斜面は、前記切れ刃部材（３）の周囲面に形成される逃げ面（１０）に接続し、
   前記端面（３ａ）側からみて、前記仮想平面（Ａ）と平行な方向の長さにおいて、前記コーナ部（２）の中央から、前記ブレーカ壁面（５）の前記コーナ部（２）から離れた方の縁部における前記凸面部（６）の輪郭形状までの長さをブレーカ幅Ｂとし、
   このブレーカ幅Ｂに対応する該輪郭形状上の点を凸点Ｄとし、
   前記端面（３ａ）側からみて、前記仮想平面（Ａ）から該凸点Ｄまでの距離をずれ量Ｃとするとき、
   該ずれ量Ｃは、前記ブレーカ幅Ｂに対して５０％以上、かつ１５０％以下の範囲とされる、
   切削工具。
2. ２つの前記凸面部（６）を有し、
   ２つの該凸面部は前記凹面部（７）を挟むように配置される請求項１に記載の切削工具。
3. 前記ブレーカ壁面（５）は、前記仮想平面（Ａ）に対して面対称な形状に形成される請求項１又は２に記載の切削工具。
4. 前記チップブレーカ（４）のすくい面（９）は、前記切れ刃（８）から離間するにつれ、該切削工具の内方に陥没するように、正のすくい角が与えられる請求項１から３のいずれか一項に記載の切削工具。
5. 前記凸面部（６）は、前記ブレーカ壁面（５）の少なくとも上部に形成される請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。
6. 前記凹面部（７）は、前記ブレーカ壁面（５）の少なくとも上部に形成される請求項１から５のいずれか一項に記載の切削工具。
7. 該切削工具は、切削インサート（１）を備え、
   前記切れ刃部材（３）は、少なくとも１つの該切削インサート（１）に固着される請求項１から６のいずれかに記載の切削工具。

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