JP6661876B2 - 切削用インサート及び切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、高硬度な被削材を切削するための切削用インサート及び切削工具に関するものである。

従来の切削用インサートとしては、例えば非特許文献１に記載されているものが知られている。切削用インサートは、互いに対向する２つの主面と、各主面同士をつなぐ側面とを有し、各主面と側面との境界部分（稜線部分）が切れ刃を形成している。また、切削用インサートは、全体がＣＢＮ焼結体で形成されている。

スミボロン／スミダイヤ製品ガイドＮｏ．０２０ スミボロンＢＮＳ８００ 第４版 住友電工ハードメタル

上記従来技術のようにＣＢＮ焼結体のみからなる切削用インサートでは、全周にわたって各主面と側面との境界部分が切れ刃として使用可能であるため、トータル的なコストダウン化を実現することができる。しかし、ＣＢＮ焼結体は、高硬度材料ではあるが、脆性材料であるため、靱性に劣り、亀裂が伝搬しやすい。このため、高硬度な被削材の切削時に、切削用インサートの一方の主面側の切れ刃が欠損して、切削用インサートの側面に亀裂が生じると、その亀裂が切削用インサートの他方の主面にまで伝搬してしまい、結果的に他方の主面側の切れ刃が使用不能となることがある。

本発明の目的は、一方の主面側の切れ刃が欠損して側面に亀裂が発生したときに、他方の主面にまで亀裂が及ぶことを防止できる切削用インサート及び切削工具を提供することである。

本発明は、被削材を切削するための切削用インサートにおいて、互いに対向する２つの主面と、各主面同士をつなぐ側面とを有し、各主面と側面との境界部分は、切れ刃を形成しており、切れ刃は、全体がＣＢＮ焼結体からなり、側面には、当該側面に対して凹むような溝部が設けられていることを特徴とするものである。

このような本発明の切削用インサートにおいては、被削材の切削加工を行うときは、切削用インサートの各主面と側面との境界部分が切れ刃として使用される。ここで、切削用インサートの側面に、当該側面に対して凹むような溝部を設けることにより、高硬度な被削材の切削時に、切削用インサートの一方の主面側の切れ刃が欠損して、切削用インサートの側面に亀裂が生じても、その亀裂は溝部で吸収されるため、切削用インサートの他方の主面にまで亀裂が及ぶことは無い。

好ましくは、溝部は、側面の全周に形成されている。このような構成では、被削材の切削時に切削用インサートのどの部分の切れ刃を使った場合であっても、切れ刃の欠損によって切削用インサートの側面に亀裂が生じたときには、その亀裂が溝部で吸収されることになる。

また、複数のＲ状コーナ部を含み、溝部は、複数のＲ状コーナ部の側面に形成されていても良い。複数のＲ状コーナ部を有する切削用インサートでは、Ｒ状コーナ部における切れ刃を使って切削加工を行うことが多い。従って、Ｒ状コーナ部の側面に溝部を形成するのが好適であり、この場合には溝部の加工にかかるコストを抑えることができる。

また、好ましくは、各主面と側面とのなす角度が９０度未満である。この場合には、切れ刃の角度が鋭角となるため、切れ刃の切れ味が向上し、切削抵抗が低減される。また、被削材の加工部位にぬすみ加工や隅Ｒ加工等を行う必要がある場合にも対応することができる。

さらに、好ましくは、溝部は、側面の中央部に形成されており、インサート厚さをａ、溝部の溝幅をｂとしたときに、（ａ−ｂ）／２≧１ｍｍである。この場合には、切削用インサートにおける各主面側の切れ刃の刃先から溝部までの距離が確保されるため、切れ刃の強度低下を抑制することができる。

また、本発明の切削工具は、上記の切削用インサートを備えたことを特徴とするものである。

このような本発明の切削工具においては、上記の切削用インサートを使用するので、上述したように、高硬度な被削材の切削時に、切削用インサートの一方の主面側の切れ刃が欠損して、切削用インサートの側面に亀裂が生じても、その亀裂は溝部で吸収されるため、切削用インサートの他方の主面にまで亀裂が及ぶことは無い。

本発明によれば、切削用インサートの一方の主面側の切れ刃が欠損して、切削用インサートの側面に亀裂が発生したときに、切削用インサートの他方の主面にまで亀裂が及ぶことを防止できる。これにより、切削用インサートの他方の主面側の切れ刃が欠損することを防止できる。

本発明に係る切削用インサートの第１実施形態を備えた切削工具を示す概略構成図である。 図１に示した切削用インサートの斜視図である。 図２に示した切削用インサートの側面図である。 図２に示した切削用インサートの断面図である。 本発明に係る切削用インサートの第２実施形態を示す斜視図である。 図５に示した切削用インサートの側面図である。 本発明に係る切削用インサートの第３実施形態を示す斜視図である。 図７に示した切削用インサートの側面図である。 本発明に係る切削用インサートの第４実施形態を示す斜視図である。 図９に示した切削用インサートの側面図である。 本発明に係る切削用インサートの第５実施形態を示す斜視図である。 図１１に示した切削用インサートの側面図である。

以下、本発明に係る切削用インサート及び切削工具の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る切削用インサートの第１実施形態を備えた切削工具を示す概略構成図である。同図において、切削工具１は、例えば焼き入れ鋼からなる自動車部品等といった刃先に高い負荷のかかる高硬度な被削材（ワーク）２を切削する工具である。

切削工具１は、ホルダ３と、このホルダ３の先端部に着脱可能に保持され、被削材２を切削するための切削用インサート４とを備えている。ホルダ３には、切削用インサート４を押さえ付けるクランプ部５が設けられている。

図２は、本実施形態の切削用インサート４の斜視図であり、図３は、図２に示した切削用インサート４の側面図である。各図において、切削用インサート４は、平面視で略正四角形状をなしており、４つのＲ状コーナ部４ａを含んでいる。切削用インサート４は、互いに対向する上下面となる２つの主面６と、各主面６同士をつなぐように配置された４つの側面７とからなっている。各側面７の両端部は湾曲状となっている。切削用インサート４の厚さは、例えば３ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

また、切削用インサート４は、全体的にＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）焼結体で形成されたチップである。このため、各主面６と各側面７との境界部分（稜線部分）は、Ｒ状コーナ部４ａ及びその他の直線部分を含めて全て切れ刃８として使用されることになる。従って、切削用インサート４は、多くの種類の切削加工に対応可能である。なお、切れ刃８は、各主面６と各側面７との境界（稜線）と、各主面６の一部領域及び各側面７の一部領域とで形成されている。また、切削用インサート４はＣＢＮ焼結体のみからなっているので、切削用インサート４を容易に作ることができる。

切削用インサート４は、全体的にポジティブ形状のチップである。具体的には、図４にも示すように、切削用インサート４の側面７は、切削用インサート４の主面６に対して垂直ではなく、厚さ方向中心に向かって斜めに切ったテーパ面となっている。側面７のテーパ角αは、例えば７度〜１１度である。つまり、主面６と側面７とのなす角度（切れ刃８の刃先角）βは、例えば７９度〜８３度となっている。

このように切れ刃８の刃先角βを９０度未満（鋭角）とすることにより、切れ刃８の切れ味が高くなり、切れ刃８の切削抵抗が低減される。特に、切削用インサート４の直線部分の切れ刃８を使ってプランジ切削を行う際に、切削抵抗の低減作用が有効に発揮される。また、ポジティブ形状の切削用インサート４であるにもかかわらず、両方の主面６側の切れ刃８が使用可能となるため、経済面で有利となる。また、被削材２に対してぬすみ加工や隅Ｒ加工を行うことも可能となる。

切削用インサート４の各側面７の中央部には、側面７に対して凹むような断面略Ｖ字状の溝部１０が切削用インサート４の全周にわたって形成されている。溝部１０は、切削用インサート４の側面７に発生する亀裂（後述）を吸収するためのものである。溝部１０は、例えば加工しやすい砥石によって形成されている。このため、図４に示すように、溝部１０の底部は、欠けにくいＲ状となっている。溝部１０の両側面のなす角度θは、９０度程度となっている。

また、切削用インサート４の厚み（インサート厚み）をａ（ｍｍ）、溝部１０の溝幅をｂ（ｍｍ）としたときに、（ａ−ｂ）／２≧１ｍｍとなるのが好ましい。この場合には、切れ刃８の刃先と溝部１０との間の長さが１ｍｍ以上となるため、切れ刃８の強度を十分確保することができる。

このような切削工具１を使用して被削材２の切削加工を行うときは、切削用インサート４をホルダ３の先端部の所定箇所に位置決めし、切削用インサート４の一方の主面６をクランプ部５により押し付けて保持した状態で、被削材２を回転させながら切削用インサート４の切れ刃８により被削材２を切削していく。

ところで、切削用インサート４の材料であるＣＢＮ焼結体は、超硬合金と比較して、硬度は高いが、脆性材料であり、靱性に劣るため、亀裂が伝搬しやすいという性質を有している。このため、切削用インサート４の一方の主面６側の切れ刃８を使って高硬度な被削材２を切削しているときに、切れ刃８が欠損して切削用インサート４の側面７に亀裂が生じると、その亀裂が切削用インサート４の他方の主面６側に向かって延びるようになる。

しかし、本実施形態においては、切削用インサート４の側面７の中央部に、亀裂吸収用の溝部１０を切削用インサート４の全周にわたって形成したので、高硬度な被削材２の切削時に、切削用インサート４における一方の主面６側の切れ刃８が欠損して、切削用インサート４の側面７に亀裂が生じ、その亀裂が他方の主面６側に向かって延びても、亀裂は溝部１０で止まることになる。これにより、切削用インサート４における一方の主面６側の切れ刃８の欠損によって生じた亀裂が他方の主面６に及ぶことは無いため、他方の主面６側の切れ刃８の欠損を防止することができる。その結果、切削用インサート４の耐久性を向上させ、切削用インサート４を長期間にわたって使用することが可能となる。

なお、切削工具１により切削加工を行う際には、切削用インサート４の切れ刃８の欠損によって生じた亀裂が確実に溝部１０で止まるように、被削材２の１回転当たりにおける切削用インサート４の送り量を設定する必要がある。例えば、溝部１０の溝幅ｂが１．０ｍｍ、溝部１０の深さが０．５ｍｍである場合には、被削材２の１回転当たりにおける切削用インサート４の送り量を０．５ｍｍよりも少なくする。

図５は、本発明に係る切削用インサートの第２実施形態を示す斜視図であり、図６は、図５に示した切削用インサート４の側面図である。各図において、本実施形態の切削用インサート４は、上記の第１実施形態と同様に、平面視で略正四角形状をなしていると共に、全体的にＣＢＮ焼結体で形成されている。

本実施形態の切削用インサート４は、上記の第１実施形態と異なり、全体的にネガティブ形状のチップである。具体的には、切削用インサート４の側面７は、切削用インサート４の主面６に対して垂直となっている。つまり、切れ刃８の刃先角は９０度（直角）となっている。その他の構成は、上記の第１実施形態と同様である。

本実施形態の切削用インサート４においても、一方の主面６側の切れ刃８の欠損によって生じた亀裂が溝部１０により他方の主面６に及ぶことは無いため、他方の主面６側の切れ刃８の欠損を防止することができる。

図７は、本発明に係る切削用インサートの第３実施形態を示す斜視図であり、図８は、図７に示した切削用インサート４の側面図である。各図において、本実施形態の切削用インサート４は、上記の第１実施形態と同様に、平面視で略正四角形状をなしていると共に、全体的にＣＢＮ焼結体で形成されている。

本実施形態の切削用インサート４は、４つのＲ状コーナ部４ａのみがポジティブ形状であり、他の部分がネガティブ形状のチップである。つまり、各Ｒ状コーナ部４ａの側面７は、厚さ方向中心に向かって斜めに切ったテーパ面となっている。側面７のテーパ角は、上記の第１実施形態と同様である。切削用インサート４の各Ｒ状コーナ部４ａを除く部位の側面７は、主面６に対して垂直となっている。

切削用インサート４における各Ｒ状コーナ部４ａの側面７の中央部には、側面７に対して凹むような断面略Ｖ字状の溝部１１が形成されている。溝部１１は、切削用インサート４の厚さ方向に対して垂直な方向に延びている。溝部１１の形状、溝幅及び深さの寸法等は、上記の第１実施形態の溝部１０と同様である。

このような本実施形態の切削用インサート４を使用して被削材２の切削加工を行うときは、何れかのＲ状コーナ部４ａの切れ刃８を使って被削材２を切削する。ここで、高硬度な被削材２の切削時に、Ｒ状コーナ部４ａにおける一方の主面６側の切れ刃８が欠損して、Ｒ状コーナ部４ａの側面７に亀裂が生じ、その亀裂が他方の主面６側に向かって延びても、亀裂は溝部１１で止まることになる。これにより、Ｒ状コーナ部４ａにおける一方の主面６側の切れ刃８の欠損によって生じた亀裂が他方の主面６に及ぶことは無いため、他方の主面６側の切れ刃８の欠損を防止することができる。

図９は、本発明に係る切削用インサートの第４実施形態を示す斜視図であり、図１０は、図９に示した切削用インサート４の側面図である。各図において、本実施形態の切削用インサート４は、上記の第３実施形態と同様に、平面視で略正四角形状をなしていると共に、全体的にＣＢＮ焼結体で形成されている。また、本実施形態の切削用インサート４は、各Ｒ状コーナ部４ａを含めて全体的にネガティブ形状のチップである。その他の構成は、上記の第３実施形態と同様である。

本実施形態の切削用インサート４においても、Ｒ状コーナ部４ａにおける一方の主面６側の切れ刃８の欠損によって生じた亀裂が溝部１１により他方の主面６に及ぶことは無いため、他方の主面６側の切れ刃８の欠損を防止することができる。

図１１は、本発明に係る切削用インサートの第５実施形態を示す斜視図であり、図１２は、図１１に示した切削用インサート４の側面図である。各図において、本実施形態の切削用インサート４は、上記の第１実施形態と同様に、平面視で略正四角形状をなしていると共に、全体的にポジティブ形状のチップとなっている。

本実施形態の切削用インサート４は、一方の主面６側に設けられたＣＢＮ層２１と、他方の主面６側に設けられたＣＢＮ層２２と、これらのＣＢＮ層２１，２２の間に配置された超硬層２３とからなっている。ＣＢＮ層２１，２２は、全体的にＣＢＮ焼結体で形成された層である。このため、切れ刃８全体は、ＣＢＮ焼結体で形成されている。超硬層２３は、例えば超硬合金で形成された層である。超硬合金としては、例えば炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結してなるもの（ＷＣ−Ｃｏ）等が挙げられる。

超硬層２３の各側面７には、上記の第１実施形態と同様の溝部１０が切削用インサート４の全周にわたって形成されている。この場合には、例えば砥石によって切削用インサート４の各側面７の中央部に容易に溝部１０を形成することができる。

本実施形態の切削用インサート４においても、一方の主面６側の切れ刃８の欠損によって生じた亀裂が溝部１０により他方の主面６に及ぶことは無いため、他方の主面６側の切れ刃８の欠損を防止することができる。

なお、上記の第２〜第４実施形態においても、切削用インサート４をＣＢＮ層２１、超硬層２３及びＣＢＮ層２２からなる３層構造としても良いことは言うまでもない。

以上、本発明に係る切削用インサート及び切削工具の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、切削用インサート４の形状を平面視で略正四角形状としたが、切削用インサート４の形状としては、特にそれには限られず、平面視で略三角形状、略菱形状、円形状等であっても良い。

また、上記実施形態では、切削用インサート４の側面７全周に溝部１０を形成したり、切削用インサート４の各Ｒ状コーナ部４ａの側面７に溝部１１を形成したが、特にそれには限られず、切削用インサートの側面の任意部分に溝部を形成すれば良い。ただし、切削用インサートの形状を平面視で略三角形状や略菱形状とした場合には、切削用インサートの側面全周または各Ｒ状コーナ部の側面に溝部を形成するのが好ましい。また、切削用インサートの形状を平面視で円形状とした場合には、切削用インサートの側面全周に溝部を形成するのが好ましい。

さらに、上記実施形態では、切削用インサート４の側面７の中央部に溝部１０，１１を形成したが、特に切れ刃８の強度を大きく低下させることが無いのであれば、切削用インサート４の側面７の中央部からずれた位置に溝部１０，１１を形成しても良い。

また、上記実施形態では、溝部１０，１１の形状を断面略Ｖ字状としたが、溝部１０，１１の形状としては、特にそれには限られず、断面半円形状や断面矩形状等であっても良い。

さらに、上記実施形態では、クランプ部５により切削用インサート４の一方の主面６を押し付けることで、切削用インサート４をホルダ３に保持するようにしたが、特にそれには限られず、切削用インサート４の一方の主面６にクランプ用の凹部を形成し、その凹部にクランプ部を挿入して押し付けるようにしても良い。

１…切削工具、２…被削材、４…切削用インサート、４ａ…Ｒ状コーナ部、６…主面、７…側面、８…切れ刃、１０…溝部、１１…溝部。

Claims (6)

1. 被削材を切削するための切削用インサートにおいて、
   互いに対向する２つの主面と、各主面同士をつなぐ側面とを有し、
   前記各主面と前記側面との境界部分は、切れ刃を形成しており、
   前記切れ刃は、全体がＣＢＮ焼結体からなり、
   前記側面には、当該側面に対して凹むような断面略Ｖ字状の溝部が設けられ、
   前記溝部の底部の形状はＲ状であり、
   前記主面と側面とのなす角度は、７９度〜８３度となっており、
   前記溝部の両側面のなす角度は、９０度程度となっている、切削用インサート。
2. 前記切削用インサートは全体的にＣＢＮ焼結体で形成される、請求項１に記載の切削用インサート。
3. 前記溝部は、前記側面の全周に形成されている、請求項１又は２に記載の切削用インサート。
4. 複数のＲ状コーナ部を含み、
   前記溝部は、前記複数のＲ状コーナ部の前記側面に形成されている、請求項１又は２に記載の切削用インサート。
5. 前記溝部は、前記側面の中央部に形成されており、
   インサート厚さをａ、前記溝部の溝幅をｂとしたときに、（ａ−ｂ）／２≧１ｍｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の切削用インサート。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の切削用インサートを備えた、切削工具。

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