JP6696105B1 - 切削インサート - Google Patents

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Abstract

切削インサートは、底面と、底面の反対面である頂面と、刃先部とを備えている。刃先部は、頂面側に位置している。刃先部は、立方晶窒化硼素粒子を含む焼結体により形成されている。焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積比率は、50パーセント以上である。刃先部は、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面及び逃げ面の稜線に位置する切れ刃とを有している。すくい面は、切れ刃に近づくにしたがって底面との距離が小さくなるように、底面に対して傾斜している。刃先部の内部には、クーラント流路が形成されている。クーラント流路は、すくい面において開口しているクーラント噴出口を有する。クーラント流路と底面との距離は、一定になっている又はクーラント噴出口に近づくにしたがって小さくなっている。

Description

本開示は、切削インサートに関する。
特許文献1(特開平4−183503号公報)には、スローアウェイチップが記載されている。特許文献1に記載されているスローアウェイチップは、底面と、底面の反対面である頂面と、底面及び頂面に連なっている逃げ面と、底面、頂面及び逃げ面に連なっている被支持面とを有している。頂面は、逃げ面に連なっているすくい面と、逃げ面とは反対側においてすくい面に連なっているブレーカ面とを有している。すくい面及び逃げ面の稜線には、切れ刃が形成されている。
特許文献1に記載されているスローアウェイチップの内部には、クーラント供給孔が形成されている。クーラント供給孔の一方端は、被支持面に接続されており、クーラント供給孔の他方端は、ブレーカ面に接続されている。クーラント供給孔は、ブレーカ面において開口している。
特開平4−183503号公報
本開示の切削インサートは、底面と、底面の反対面である頂面と、刃先部とを備えている。刃先部は、頂面側に位置している。刃先部は、立方晶窒化硼素粒子を含む焼結体により形成されている。焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積比率は、50パーセント以上である。刃先部は、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面及び逃げ面の稜線に位置する切れ刃とを有している。すくい面は、切れ刃に近づくにしたがって底面との距離が小さくなるように、底面に対して傾斜している。刃先部の内部には、クーラント流路が形成されている。クーラント流路は、すくい面において開口しているクーラント噴出口を有する。クーラント流路と底面との距離は、一定になっている又はクーラント噴出口に近づくにしたがって小さくなっている。
図1は、切削インサート100の平面図である。 図2は、図1の領域IIにおける拡大図である。 図3は、切削インサート100の斜視図である。 図4は、本体部10の斜視図である。 図5は、切れ刃23の延在方向に直交している切削インサート100の断面図である。 図6は、切れ刃23の延在方向に直交している切削インサート100の変形例の断面図である。 図7は、切削インサート100の製造工程図である。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献1に記載されているスローアウェイチップにおいて、クーラント供給孔は、被ブレーカ面にある開口部に近づくにしたがって底面との距離が大きくなるように傾斜しているため、ブレーカ面にある開口部から噴出されるクーラントは、切れ刃に向かって噴出されがたい。その結果、特許文献1に記載されているスローアウェイチップを、クーラントにより効果的に冷却することができない。
本開示は、クーラントにより効果的に冷却することができる切削インサートを提供することを目的とする。
本開示の切削インサートによると、クーラントにより効果的に冷却することができる。
[本開示の実施形態の説明]
まず、本開示の実施形態を列記して説明する。
(1)一実施形態に係る切削インサートは、底面と、底面の反対面である頂面と、刃先部とを備えている。刃先部は、頂面側に位置している。刃先部は、立方晶窒化硼素粒子を含む焼結体により形成されている。焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積比率は、50パーセント以上である。刃先部は、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面及び逃げ面の稜線に位置する切れ刃とを有している。すくい面は、切れ刃に近づくにしたがって底面との距離が小さくなるように、底面に対して傾斜している。刃先部の内部には、クーラント流路が形成されている。クーラント流路は、すくい面において開口しているクーラント噴出口を有する。クーラント流路と底面との距離は、一定になっている又はクーラント噴出口に近づくにしたがって小さくなっている。
上記(1)の切削インサートにおいては、クーラント流路がクーラント噴出口に近づくにしたがって底面からの距離が小さくなるように基準面に対して傾斜しているため、切れ刃近傍にクーラントが供給しやすくなる。上記(1)の切削インサートにおいては、クーラント流路が刃先部の内部に形成されているため、クーラントにより内部から刃先部を冷却することができる。このように、上記(1)の切削インサートによると、クーラントにより効果的な冷却が可能である。
(2)上記(1)の切削インサートにおいて、切れ刃の延在方向に直交している断面視において、すくい面の接線と底面に平行な仮想平面である基準面とがなす角度である傾斜角は、切れ刃に近づくにしたがって大きくなっていてもよい。
上記(2)の切削インサートにおいては、切れ刃により被削材から切り出された切り屑とすくい面とが面接触しやすいため、切り屑とすくい面とが接触することによる発熱を抑制することができる。
(3)上記(2)の切削インサートにおいて、すくい面の切れ刃側の端における傾斜角は、5°以上35°以下であってもよい。
(4)上記(1)から(3)の切削インサートにおいて、すくい面には、クーラント噴出口から切れ刃に向かって延在している少なくとも1以上の溝が形成されていてもよい。
上記(4)の切削インサートにおいては、クーラント噴出口から噴出されたクーラントが溝により保持されて切れ刃近傍に供給される。そのため、上記(4)の切削インサートによると、切削インサートの保持姿勢によらず、クーラントをより確実に切れ刃近傍に供給することができる。
(5)上記(4)の切削インサートにおいて、すくい面には、切れ刃に向かって複数の溝が放射状に形成されていてもよい。
上記(5)の切削インサートによると、切れ刃の延在方向にわたって、切れ刃近傍にまんべんなくクーラントを供給することができる。
[本開示の実施形態の詳細]
次に、実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
(実施形態に係る切削インサートの構成)
以下に、実施形態に係る切削インサート(以下においては、「切削インサート100」とする)の構成を説明する。
図1は、切削インサート100の平面図である。図2は、図1の領域IIにおける拡大図である。図3は、切削インサート100の斜視図である。図1、図2及び図3に示されるように、切削インサート100は、本体部10と、刃先部20とを有している。
本体部10は、例えば、超硬合金により形成されている。図4は、本体部10の斜視図である。図4に示されるように、本体部10は、底面11と、頂面12と、側面13とを有している。頂面12は、底面11の反対面である。側面13は、底面11及び頂面12に連なっている。底面11、頂面12及び側面13は、それぞれ、切削インサート100の底面、切削インサート100の頂面及び切削インサート100の側面になっている。
本体部10は、平面視において(頂面12に直交する方向から見て)、菱形形状を有している(図1参照)。ここでいう「菱形形状」には、本体部10の平面視における角部が丸まっている場合も含まれる。
なお、本体部10の平面視における形状は、菱形形状に限られるものではない。本体部10の平面視における形状は、四角形形状であってもよく、三角形形状であってもよい。ここでいう「四角形形状」及び「三角形形状」には、本体部10の平面視における角部が丸まっている場合も含まれる。
頂面12は、座面14と、支持面15とを含んでいる。座面14は、平面視における本体部10の角部に位置している。座面14と底面11との距離は、座面14以外にある頂面12と底面11との距離よりも小さくなっている。すなわち、座面14と座面14以外にある頂面12との間には、段差が形成されている。支持面15は、底面11から頂面12に向かう方向に沿って延在しており、座面14と座面14以外の頂面12とに連なっている。
本体部10は、第1面16aと、第2面16bとをさらに有していてもよい。第1面16aは、側面13と支持面15との間にあり、第2面16bは、側面13と支持面15との間にある。第2面16bは、支持面15を挟んで第1面16aと反対側にある。
刃先部20は、立方晶窒化硼素(CBN:Cubic Boron Nitride)粒子を含む焼結体により形成されている。刃先部20を構成している焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積比率は、50パーセント以上である。刃先部20を構成している焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積比率の測定においては、第1に、刃先部20における断面組織が、SEM(走査型電子顕微鏡)により撮影される。第2に、撮影された断面組織画像に対して画像解析を行うことにより、当該断面組織画像中の立方晶窒化硼素粒子の面積率が算出される。そして、算出された立方晶窒化硼素粒子の面積率が、刃先部20を構成している焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積比率と見做される。刃先部20における断面組織のSEMによる撮影は、1000倍以上5000倍以下の倍率で行う。
刃先部20を構成している焼結体は、立方晶窒化硼素粒子と、結合材とを含んでいる。結合材は、例えば、コバルト(Co)である。刃先部20を構成している焼結体は、立方晶窒化硼素粒子と、ダイヤモンド粒子と、結合材とを含んでいてもよい。
刃先部20を構成している焼結体は、バインダレスの立方晶窒化硼素粒子の焼結体であってもよい。バインダレスの立方晶窒化硼素粒子の焼結体は、結合材を含んでいない。バインダレスの立方晶窒化硼素粒子の焼結体は、不可避不純物並びに六方晶窒化硼素(hBN)及びウルツ鉱型窒化硼素(wBN)等の立方晶以外の結晶構造を有する窒化硼素の粒子を含んでいてもよい。
図3に示されるように、刃先部20は、すくい面21と、逃げ面22と、切れ刃23とを有している。刃先部20は、さらに、底面24と、被支持面25とを有している(図5参照)。すくい面21は、逃げ面22に連なっている。逃げ面22は、すくい面21とは反対側において、側面13に連なっている。逃げ面22は、すくい面21と底面24とに連なっている。
逃げ面22は、第1逃げ面22aと、第2逃げ面22bと、第3逃げ面22cとを有している。第1逃げ面22a及び第2逃げ面22bは、平面により構成されている。第3逃げ面22cは、曲面により構成されている。第3逃げ面22cは、第1逃げ面22a及び第2逃げ面22bの間にあり、第1逃げ面22a及び第2逃げ面22bの双方に連なっている。
切れ刃23は、すくい面21と逃げ面22との稜線に形成されている。切れ刃23は、例えば、丸ホーニングされている。切れ刃23は、第1切れ刃23aと、第2切れ刃23bと、第3切れ刃23cとを有している。第1切れ刃23aは、すくい面21と第1逃げ面22aとの稜線に形成されており、第2切れ刃23bは、すくい面21と第2逃げ面22bとの稜線に形成されている。第3切れ刃23cは、すくい面21と第3逃げ面22cとの稜線に形成されている。
第1切れ刃23a及び第2切れ刃23bは、平面視において直線状に延在している。第3切れ刃23cは、一方端において第1切れ刃23aに連なっており、他方端において第2切れ刃23bに連なっている。第3切れ刃23cは、平面視において切削インサート100の外側に向かって凸の曲線状に延在している。すなわち、第3切れ刃23cの一方端と第3切れ刃23cの他方端とを結んだ仮想直線は、すくい面21上を通過している。
底面24は、すくい面21の反対面である。底面24は、座面14に対向している。被支持面25は、すくい面21と、逃げ面22と、底面24とに連なっている。被支持面25は、支持面15に対向している。
刃先部20は、底面24及び被支持面25において本体部10(より具体的には、座面14及び支持面15)にロウ付け等により取り付けられている。これにより、刃先部20は、切削インサート100の頂面側に位置していることになる。
逃げ面22には、溝22d及び溝22eが形成されている。溝22dは、第3逃げ面22cとは反対側にある第1逃げ面22aの端から切れ刃23(第1切れ刃23a)と平行な方向に延在している。溝22eは、第3逃げ面22cとは反対側にある第2逃げ面22bの端から切れ刃23(第2切れ刃23b)と平行な方向に延在している。溝22d及び溝22eにおいて、逃げ面22は、窪んでいる。溝22d及び溝22eの数は、複数であってもよい。切れ刃23の近くにある溝22d(溝22e)であるほど、溝22d(溝22e)が長く延在している。
図5は、切れ刃23の延在方向に直交している切削インサート100の断面図である。図5に示されるように、すくい面21は、切れ刃23に近づくにしたがって底面11との距離が小さくなるように、基準面Pに対して傾斜している。
底面11と平行な仮想平面を、基準面Pとする。傾斜角θは、切れ刃23の延在方向に直交する断面視において、すくい面21の接線と基準面Pとのなす角度である。傾斜角θは、好ましくは、切れ刃23に近づくにしたがって大きくなっている。このことを別の観点から言えば、傾斜角θは、切れ刃23から離れるにしたがって、0°に近くなっている(基準面Pと平行に近くなっている)。切れ刃23側のすくい面21の端における傾斜角θは、5°以上35°以下になっていることが好ましい。
刃先部20の内部には、クーラント流路26が形成されている。クーラント流路26の一方端は、すくい面21に接続されている。クーラント流路26は、すくい面21において開口しているクーラント噴出口26aを有している。クーラント流路26の他方端は、被支持面25に接続されており、被支持面25において開口している。クーラント流路26と底面11との距離は、一定になっている。クーラント流路26は、底面11との距離がクーラント噴出口26aに近づくにつれて小さくなるように、底面11に対して傾斜していてもよい。
本体部10の内部には、クーラント流路17a及びクーラント流路17bが形成されている。クーラント流路17aの一方端は、底面11に接続されている。クーラント流路17aは、底面11において開口しているクーラント供給口17cを有している。クーラント流路17aの他方端は、クーラント流路17bの一方端に接続されている。クーラント流路17bの他方端は、支持面15に接続されている。クーラント流路17bは、支持面15において開口しており、クーラント流路26の他方端に接続されている。
本体部10の内部には、クーラント流路17d及びクーラント流路17eがさらに形成されている。クーラント流路17d及びクーラント流路17eの一方端は、クーラント流路17aに接続されている。図2に示されるように、クーラント流路17dの他方端及びクーラント流路17eの他方端は、それぞれ、第1面16a及び第2面16bに接続されている。クーラント流路17dは、第1面16aにおいて開口しているクーラント噴出口17fを有しており、クーラント流路17eは、第2面16bにおいて開口しているクーラント噴出口17gを有している。
すくい面21には、溝22dが形成されている。溝22dの数は、例えば複数である。溝22dにおいて、すくい面21は窪んでいる。溝22dは、クーラント噴出口26aに接続されており、クーラント噴出口26aから切れ刃23に向かって延在している。複数の溝22dは、例えば、切れ刃23に向かって放射状に形成されている。なお、溝22dの延在方向に直交している断面での溝22dの形状は、特に限定されない。
クーラント供給口17cから供給されたクーラントは、クーラント流路17a、クーラント流路17b及びクーラント流路26を通り、クーラント噴出口26aから噴出することになる。クーラント噴出口26aから噴出するクーラントは、溝22dに沿って誘導されて、すくい面21側から切れ刃23近傍に供給される。
クーラント供給口17cから供給されたクーラントは、クーラント流路17a、クーラント流路17d及びクーラント流路17eを通り、クーラント噴出口17f及びクーラント噴出口17gからそれぞれ噴出する。クーラント噴出口17f及びクーラント噴出口17gから噴出するクーラントは、溝22d及び溝22eに沿って誘導され、切れ刃23近傍に供給される。
<変形例>
図6は、切れ刃23の延在方向に直交している切削インサート100の変形例の断面図である。図6に示されるように、切削インサート100の変形例においては、すくい面21が切れ刃23に近づくにしたがって底面11との距離が小さくなるように底面11に対して傾斜しているが、傾斜角θは、一定になっていてもよい。
切削インサート100においては、本体部10が超硬合金により形成され、刃先部20が立方晶窒化硼素粒子の体積比率が50パーセント以上の焼結体により形成されるものとしたが、切削インサート100は、本体部10と刃先部20とが一体形成され、その全体が、立方晶窒化硼素粒子の体積比率が50パーセント以上の焼結体により形成されていてもよい。
(実施形態に係る切削インサートの製造方法)
以下に、切削インサート100の製造方法を説明する。
図7は、切削インサート100の製造工程図である。図7に示されるように、切削インサート100の製造方法は、準備工程S1と、仕上げ工程S2とを有している。準備工程S1においては、第1に、本体部10と、刃先部20とが準備される。
準備工程S1において準備された本体部10には、クーラント流路17a、クーラント流路17d及びクーラント流路17eは予め形成されているが、クーラント流路17bは形成されていない。準備工程S1において準備された本体部10において、クーラント流路17dは第1面16aにおいて開口しておらず、クーラント流路17eは第2面16bにおいて開口していない(クーラント噴出口17f及びクーラント噴出口17gは形成されていない)。準備工程S1において準備された刃先部20には、すくい面21、切れ刃23、溝22d及び溝22eが形成されていない。
準備工程S1においては、第2に、準備された刃先部20が、準備された本体部10に取り付けられる。この取り付けは、例えばロウ付けにより行われる。
仕上げ工程S2においては、仕上げ加工が行われる。より具体的には、すくい面21及び切れ刃23の形成と、クーラント流路26、クーラント噴出口26a及びクーラント流路17bの形成と、クーラント噴出口17f及びクーラント噴出口17gの形成と、溝21aの形成と、溝22d及び溝22eの形成とが行われる。
すくい面21の形成は、レーザを照射して刃先部20を部分的に除去することにより行われる。すくい面21が形成されることにより、すくい面21と逃げ面22との稜線が、切れ刃23になる。クーラント流路26及びクーラント噴出口26aは、すくい面21側からレーザを照射して刃先部20に対して穴開け加工を行うことにより、形成される。クーラント流路17bは、クーラント流路26を通してレーザを照射することにより、形成される。
溝21aは、すくい面21側からレーザを照射して刃先部20を部分的に除去することにより形成される。溝22d及び溝22eは、逃げ面22側からレーザを照射して刃先部20を部分的に除去することにより形成される。クーラント噴出口17fは、第1面16aにレーザを照射してクーラント流路17dを第1面16aにおいて開口させることにより形成される。クーラント噴出口17gは、第2面16bにレーザを照射してクーラント流路17eを第2面16bにおいて開口させることにより形成される。
上記の例では、準備工程S1において準備される本体部10にクーラント流路17a、クーラント流路17d及びクーラント流路17eが予め形成されているものとして説明したが、クーラント流路17a、クーラント流路17d及びクーラント流路17eは、仕上げ工程S2において、レーザ加工により形成してもよい。
(実施形態に係る切削インサートの効果)
以下に、切削インサート100の効果を説明する。
切削インサート100において、クーラント流路26と底面11との距離は、一定になっている又はクーラント噴出口26aに近づくにつれて小さくなっている。そのため、クーラントは、クーラント噴出口26aから切れ刃23に向かって噴出されることになり、切れ刃23近傍にクーラントが供給されやすくなる。切れ刃23近傍にクーラントが供給されやすくなると、切れ刃23の冷却効率が高まる。
なお、切削インサート100において、すくい面21は、切れ刃23に近づくにしたがって底面11との距離が小さくなるように底面11に対して傾斜しているが、すくい面21がこのように傾斜していない場合には、クーラント流路26と底面11との距離を一定にする又はクーラント噴出口26aに近づくにつれて小さくなるようにすることはできない。
また、切削インサート100において、クーラント流路26は、刃先部20の内部を通っている。そのため、クーラント流路26を通るクーラントにより、切れ刃23のみならず、内部から刃先部20を冷却することができる。このように、切削インサート100によると、クーラントにより効率的に刃先部を冷却することができる。
刃先部が立方晶窒化硼素粒子を主たる成分とする焼結体により形成されている切削インサートは、難削材(例えば焼き入れ鋼)の高能率加工に適用されるが、その際に刃先部の温度が高くなり過ぎると、十分な性能(刃先強度、切れ味等)を発揮し得ない。この点、切削インサート100は、クーラントが切れ刃23近傍に供給されやすくなるとともに、クーラントにより内部から刃先部20が冷却されることになる結果、刃先部における温度上昇が抑制され、難削材の高能率加工において性能を発揮することができる。
傾斜角θが一定である場合、切れ刃23から切り出された切り屑は、すくい面21と面接触しやすい。他方で、傾斜角θが切れ刃23に近づくにしたがって大きくなっている場合、切れ刃23から切り出された切り屑とすくい面21との接触は、線接触に近くなる。そのため、この場合には、切り屑とすくい面21との接触による発熱が抑制される。
切削インサート100は、様々な姿勢に保持された状態で、切削加工に供される。そのため、切削インサート100の保持姿勢によっては、重力の影響により、クーラント噴出口26aから噴出したクーラントが、切れ刃23近傍に供給されにくいことがある。この点、切削インサート100において溝21aがすくい面21に形成されている場合、クーラント噴出口26aから噴出するクーラントは、表面張力により、溝22d内に保持されやすい。そのため、この場合、クーラント噴出口26aから噴出されるクーラントは、切削インサート100の保持姿勢によらず、溝22dに誘導されて切れ刃23近傍に供給されやすくなる。溝22dが切れ刃23に向かって放射状に形成されている場合、切れ刃23の延在方向にわたって、クーラントがまんべんなく供給されやすくなる。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
10 本体部、11 底面、12 頂面、13 側面、14 座面、15 支持面、16a 第1面、16b 第2面、17a,17b クーラント流路、17c クーラント供給口、17d,17e クーラント流路、17f,17g クーラント噴出口、20 刃先部、21 すくい面、21a 溝、22 逃げ面、22a 第1逃げ面、22b 第2逃げ面、22c 第3逃げ面、22d,22e 溝、23 切れ刃、23a 第1切れ刃、23b 第2切れ刃、23c 第3切れ刃、24 底面、25 被支持面、26 クーラント流路、26a クーラント噴出口、100 切削インサート、P 基準面、S1 準備工程、S2 仕上げ工程。

Claims (5)

  1. 底面と、
    前記底面の反対面である頂面と、
    前記頂面側に位置している刃先部とを備え、
    前記刃先部は、立方晶窒化硼素粒子を含む焼結体により形成されており、
    前記焼結体中における前記立方晶窒化硼素粒子の体積比率は、50パーセント以上であり、
    前記刃先部は、すくい面と、前記すくい面に連なる逃げ面と、前記すくい面及び前記逃げ面の稜線に位置する切れ刃とを有しており、
    前記すくい面は、前記切れ刃に近づくにしたがって前記底面との距離が小さくなるように前記底面に対して傾斜しており、
    前記刃先部の内部には、クーラント流路が形成されており、
    前記クーラント流路は、前記すくい面において開口しているクーラント噴出口を有し、
    前記クーラント流路と前記底面との距離は、一定になっている又は前記クーラント噴出口に近づくにしたがって小さくなっている、切削インサート。
  2. 前記切れ刃の延在方向に直交している断面視において、前記すくい面の接線と前記底面に平行な仮想平面である基準面とがなす角度である傾斜角は、前記切れ刃に近づくにしたがって大きくなっている、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記すくい面の前記切れ刃側の端における前記傾斜角は、5°以上35°以下である、請求項2に記載の切削インサート。
  4. 前記すくい面には、前記クーラント噴出口から前記切れ刃に向かって延在している少なくとも1以上の溝が形成されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の切削インサート。
  5. 前記すくい面には、前記切れ刃に向かって複数の前記溝が放射状に形成されている、請求項4に記載の切削インサート。
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