JP6861269B2 - 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

本開示は、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。
切削加工に用いられる切削インサートの一例として、国際公開第2005/068117号(特許文献1)に記載のスローアウェイチップ(切削インサート)が知られている。特許文献1に記載の切削インサートにおいては、本体部の頂角部に切刃及びチップブレーカを有する超高硬度の焼結体が接合されている。チップブレーカは、頂角部を二等分する断面に対して略対称な形状であり、突起部と、頂角部及び突起部の間に位置する平坦部と、を有している。このような焼結体を有する切削インサートは、高硬度の鉄族金属及び鋳鉄等の被削材を切削するために用いられる。
近年、切削加工の多様化から、焼入鋼など高硬度の被削材として挙げられる材質の種類が増えてきており、これらの種々の材質を切削可能なインサートが求められている。すなわち、焼入鋼など高硬度の被削材を加工可能であって、良好な切屑排出性を発揮できる超高硬度の焼結体を有する切削インサートが求められている。
本開示は、焼入鋼など高硬度の被削材を加工した際に良好な切屑処理性を発揮する切削インサートを提供することを目的とする。
本開示に基づく切削インサートは、第1部材と、該第1部材に接合された第2部材と、を備えている。該第2部材は、第1辺と第2辺と前記第1辺及び前記第2辺の間に位置する角とを有する上面と、前記上面と隣り合う側面と、を有している。前記上面は、前記角に対応して位置するとともに突出する第1凸部と、該第1凸部から延びて前記第1辺に対応して位置するとともに突出する第2凸部と、を有している。前記第1凸部は、前記第1辺にまで対応して位置しているとともに、前記角に対応する第1部分と、前記第1辺に対応する第2部分と、前記第1部分及び前記第2部分の間に位置する第3部分と、を有している。前記第2凸部は、第1端部と、該第1端部よりも前記角の近くに位置している第2端部とを有している。また、上面視において、前記第1端部から前記第1辺までの第1長さは、前記第2端部から前記第1辺までの第2長さよりも短い。上面視において、前記角の中点を通って前記角の二等分線に直交する仮想直線を第1直線としたとき、前記第1直線から前記第3部分までの第3長さは、前記第1直線から前記第2端部までの第4長さよりも小さい。前記第3部分は、前記角から離れるにつれて上方に向かって傾斜するとともに、第1部と、前記第1部よりも前記角から離れて位置する第2部と、を有しており、前記第2凸部は、前記第1辺から離れるにつれて上方に向かって傾斜する第1傾斜面を有している。前記第1部材の中心軸に直交する基準面に対する前記第1部の第1角度及び前記基準面に対する前記第2部の第2角度は、前記基準面に対する前記第1傾斜面の第3角度よりも小さい。
本開示の第1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の上面図である。 図2に示す切削インサートにおけるA1方向からの側面図である。 図2に示す切削インサートにおけるA2方向からの側面図である。 図2における領域A3の拡大図である。 図5と同じ領域を示す図である。 図5と同じ領域を示す図である。 図7に示す切削インサートにおけるC1断面図である。 図7に示す切削インサートにおけるC2断面図である。 図7に示す切削インサートにおけるC3断面図である。 図7に示す切削インサートにおけるC4断面図である。 図7に示す切削インサートにおけるC5断面図である。 図7に示す切削インサートにおけるC6断面図である。 図7に示す切削インサートにおけるC7断面図である。 本開示の第2実施形態に係る切削インサートを示す上面図である。 図15における領域A4の拡大図である。 図15に示す切削インサートにおける角の付近を拡大した斜視図である。 本開示の実施形態に係る切削工具を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 本開示の実施形態に係る切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 本開示の実施形態に係る切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。
<切削インサート>
以下、本開示の実施形態に係る切削インサートについて、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、実施形態の構成部材のうち、実施形態を説明するために必要な主要部材を簡略化して示したものである。従って、本開示の切削インサートは、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、本開示の切削インサートの一例として示したものである。従って、本開示の切削インサートは、各図中の部材の寸法に限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1〜図13を参照して、本開示の第1実施形態に係る切削インサート1(以下、単にインサート1ともいう。)について説明する。図1に示すように、本開示のインサート1は、旋削加工に用いられるインサートであって多角形板状、より具体的には四角板形状である。インサート1は、図1〜図4に示すように、本体部11(第1部材)と、本体部11に接合された超高硬度の焼結体部12(第2部材)と、を有している。本体部11は、インサート1において、主にインサート1をホルダに装着するための部分であってもよい。焼結体部12は、インサート1において、主に切削に関与する部分である。
より具体的には、図1に示す一例において、本体部11は、それぞれ4つのコーナを有する2つの主面4を有した概略四角板形状である。そして、2つの主面4の一方の面における1つのコーナに対応する部分に、焼結体部12が位置している。すなわち、本体部11は、2つの主面4の一方における1つのコーナに対応する部分に位置する凹部を有しており、この凹部に焼結体部12が位置している。このとき、焼結体部12が本体部11に接合されていてもよい。
また、2つの主面4のもう一方の面は、インサート1をホルダに装着する際に、ホルダに取り付けられる座面として機能することが可能である。2つの主面4は、互いに離れて位置しており、よって、一方の主面4は他方の主面4の反対側に位置しているともいえる。
図1に示す一例における焼結体部12は、三角板形状であり、上面3と、上面3の反対側に位置する下面5と、上面3と隣り合う側面6と、を有している。図2に示す一例における上面3は、第1辺3b1と、第2辺3b2と、第1辺3b1及び第2辺3b2の間に位置する角3aと、を有している。言い換えれば、図2に示す一例においては、上面3が、角3aと、この角3aからそれぞれ延びた第1辺3b1及び第2辺3b2と、を有している。
上面3は、切削加工時に切屑が主に流れる面であり、いわゆるすくい面として機能していてもよい。また、上面3は、後述するように、インサート1をホルダに装着した際に切削工具101における上方側に位置していることから上面としているが、これに限定されるものではない。すなわち、上面3は、切削工具101において上方側に位置しなくてもよい。
上面3は、図2に示すように、上面視した場合において、多角形状であればよく、複数の角及び複数の辺を有していてもよい。図2に示す一例における上面3は、三角形の形状となっており、少なくとも角3aと、第1辺3b1と、第2辺3b2と、を有している。
ここで、多角形状とは、厳密に多角形の形状であることを意味するものではない。上面3における角3aは、厳密な角に限定されない。また、隣り合う角を接続するように位置する辺は、厳密な直線に限定されない。例えば、図2に示す角3aは、上面視において外方に向かって凸となる曲線形状である。また、上面視とは、インサート1の上面3を正面から見た状態を意味する。
図1及び図2に示す一例において、本体部11の主面4は、焼結体部12の上面3よりも内方に位置する平坦な面領域と言い換えることができる。
なお、図1に示す一例における主面4は、四角形状であるが、主面4の形状はこれに限定されない。例えば、主面4の形状は、三角形又は五角形であっても構わない。ここで、本明細書における「内方」とは、上面視において、インサート1の上面(本体部11の主面4及び焼結体部12の上面3)のうち、この上面の中心の近くに位置する側であって、角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2から離れた側である。
下面5は、側面6を挟んで上面3から離れて位置しており、図1に示す一例においては、焼結体部12の下面5が本体部11に接している。下面5は、焼結体部12のうち本体部11に接合される主な面であってもよい。
側面6は、図1及び図3に示すように、上面3と下面5の間に位置しており、上面3及び下面5と隣り合っている。なお、上面3が多角形状であって複数の角及び複数の辺を有している場合には、側面6は複数の面からなるものであってもよく、面構成は、平らな面領域を有するものであってもよい。
図1においては、側面6を構成する1つの面が平らな面であり、本体部11に接している例を示している。本開示のインサート1を用いて被削材の切削加工を行う場合において、側面6はいわゆる逃げ面として機能してもよい。
インサート1は、図1及び図2に示すように、一方の主面4の中心及び他方の主面4の中心において開口する貫通孔13を備えていてもよい。貫通孔13には、インサート1を切削工具のホルダに固定するための部材が挿入されてもよい。上記の部材としては、例えば、ネジ部材及びクランプ部材が挙げられる。
貫通孔13の中心軸は、2つの主面4の中心を通る仮想直線(中心軸O1)と一致していてもよい。また、貫通孔13の中心軸は、インサート1の中心軸O1とも一致していてもよい。貫通孔13の中心軸は、インサート1の中心軸O1とも一致している場合には、貫通孔13の中心軸は、インサート1の中心軸O1と置き換えられてもよい。また、インサート1の中心軸O1を特定することが困難な場合においても、貫通孔13の中心軸が、インサート1の中心軸O1に置き換えられてもよい。インサート1の中心軸O1とは、2つの主面4を貫通する軸である。
本体部11の材質としては、例えば、超硬合金及び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などが挙げられる。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)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)及び窒化チタン(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。
本体部11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、例えば、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)及びアルミナ(Al)などが挙げられる。
焼結体部12の材質としては、例えばcBN焼結体及びダイヤモンド焼結体などが挙げられる。
以下、インサート1において主に切削に関与する焼結体部12について、詳細に説明する。
上述したように、図1に示す一例における焼結体部12は、上面3、下面5及び側面6を有している。また、図1に示す一例における焼結体部12は、上面3及び側面6が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃2を有している。より具体的には、図2に示す一例においては、上面3及び側面6が交わる稜線のうち角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2に対応する部分に切刃2が位置している。
切刃2は、切削加工において被削材を切削するために用いられる。なお、上面3と側面6とが交わる領域であって切刃2が位置する部分には、いわゆるホーニング加工が施されていてもよい。上面3と側面6とが交わる領域に、この領域が曲面形状となるホーニング加工が施されている場合には、切刃2の強度が高い。ホーニング加工としては、例えば、Rホーニングなどが挙げられる。
また、図2に示す一例においては、切刃2は、上面3と側面6とが交わる稜線のうち角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2に対応する部分に位置しているが、これに限られない。例えば、切刃2は、少なくとも上面3及び側面6が交わる稜線のうち、角3a及び、第1辺3b1の一部のみに位置していてもよい。
図5に示すように、切刃2は、上面3の第1辺3b1に位置する第1切刃21を有していてもよい。第1切刃21は、いわゆる主切刃として機能してもよい。また、切刃2は、角3aに位置する第2切刃22を有していてもよい。第2切刃22は、いわゆるコーナ切刃として機能してもよい。
上面3は、図5〜13に示す一例において、切刃2に沿って延びる縁部7と、第1凸部8と、第2凸部9と、を有している。
縁部7は、上面3のうち、角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2に沿って位置している。縁部7は、稜部2から離れるにつれて上方に向かって傾斜する、又は、稜部2との高さが同じという構成である。図5〜図10に示す一例における縁部7は、下面5からの高さが概ね一定である平らな面領域である。具体的には、縁部7は、切刃2に接続され、且つ、切刃2から内方に向かって延びた平らな面領域であってもよい。
第1凸部8及び第2凸部9は、いずれも凸形状であり、下面5に対して上方に向かって隆起している部分である。また、第1凸部8及び第2凸部9はともに上面3における切刃2よりも内方に位置している。第1凸部8及び第2凸部9は、切刃2で生じる切屑が流れる方向に位置して、切屑の流れをコントロールするために用いられてもよい。すなわち、第1凸部8及び第2凸部9は、切屑を湾曲させる、又は切屑の流れる方向をコントロールするといった役割を有していてもよい。
より具体的には、第1凸部8は、角3aに対応して位置するとともに上方に突出している。図5〜7に示す一例では、上面視において、第1凸部8は、角3aに向かって突出しており、かつ、下面5から離れる方向に突出している。第1凸部8は、主に角3aに位置する切刃2で生成された切屑が通過する部分である。より具体的には、本開示において、第1凸部8は、縁部7を介しているため、上面3のうち角3a(切刃2)から離れて位置している。そして、第1凸部8は、角3aから離れるにつれて下面5から離れるように傾斜している。
第2凸部9は、第1凸部8から延びて第1辺3b1に対応して位置するとともに上方に突出している。具体的には、図5〜7に示す一例において、第2凸部9は、縁部7及び第1凸部8に接している。また、第2凸部9は、角3aの中点よりも第1辺3b1の側に位置している。また、第2凸部9は、下面5から離れる方向に突出している。第2凸部9は、主に第1辺3b1に位置する切刃2で生成された切屑が通過する部分である。
より具体的には、本開示において、第2凸部9は、第1凸部8から延びており、上面視において、略楕円形状である。そして、楕円形状の長軸方向が第1辺3b1に対応している。言い換えれば、楕円形状の長軸方向は第1辺3b1に沿った方向である。また、第2凸部9は、第1凸部8と同様に、縁部7を介しているため、第1辺3b1(切刃2)から離れて位置している。また、第2凸部9は、先端部9F(第1端部)と、先端部9Fよりも角3の近くに位置する後端部9R(第2端部)と、を有している。
そして、図5に示すでは、上面視において、第2凸部9の先端部9Fから第1辺3b1までの長さ(第1長さ)W21は、第2凸部9の後端部9Rから第1辺3b1までの長さ(第2長さ)W22よりも小さい。
インサート1は、このような構成を有していることにより、第1凸部8及び第2凸部9によって、切込み量が角3aの長さ以下であるような低切込み加工において、送り量に関わらず、切屑を良好にカールさせることができる。特に、分断性に優れた高硬度材においては、切込み量が小さい条件での切削加工の需要が高い。そのため、高硬度材の切削加工においては、切込み量が小さい条件での切削加工において、生成した切屑を如何にコンパクトにカールさせるかが重要である。
このような高硬度材の加工においても、インサート1が上記の構成を有することにより、切刃2に近接して位置する第2凸部9によって、生成した切屑を良好にカールさせることができる。それゆえ、良好な切屑排出性が得られる。
ここで、本開示において、第2凸部9の後端部9Rとは、上面視した場合に第2凸部9の延びる方向における両端部のうち、角3aの側に位置する端部であってもよい。具体的には、第2凸部9の後端部9Rとは、上面視における第2凸部9の延びる方向における両端部のうち、角3aの中点の近くに位置する端部であってもよい。
同様に、第2凸部9の先端部9Fとは、上面視における第2凸部9の延びる方向における両端部のうち、角3aから離れた側に位置する端部であってもよい。具体的には、第2凸部9の先端部9Fとは、上面視における第2凸部9の延びる方向における両端部のうち、角3aの中点から離れた側に位置する端部であってもよい。なお、本開示において、第2凸部9が延びる方向とは、前述した楕円形状の長軸方向とすることができる。
図14に示す一例におけるC7断面は、第2凸部9の先端部9F及び後端部9Rを通り、中心軸O1に沿った断面である。図14に示す一例において、先端部9Fは、縁部7に接続している。また、後端部9Rは、第1部831に接続している。
また、上記態様に限定されず、先端部9Fは、後述する第3部823と接続していてもよい。また、後端部9Rは、縁部7と接続していてもよい。
また、第1長さW21及び第2長さW22は、以下のように規定することができる。すなわち、例えば、第1長さW21は、上面視した場合に、第1辺3b1に直交する方向における、第2凸部9の先端部9Fから第1辺3b1までの長さである。第2長さW22は、上面視した場合に、第1辺3b1に直交する方向における、第2凸部9の後端部9Rから第1辺3b1までの長さである。
インサート1の中心軸O1に沿った方向であって、下面5から上面3に向かう方向を「上方」、上面3から下面5に向かう方向を「下方」として、上面3の各構成の高さ位置をしてもよい。例えば、「第1凸部8が上方に突出している」とは、第1凸部8が下面5から離れる方向に向かって突出することを意味しているといえる。なお、本明細書において、便宜上、主面4に直交する方向を高さ方向とする。
図5に示す一例においては、第2凸部9は、第1凸部8と接続していてもよい。より具体的には、第2凸部9の後端部9Rが、第1凸部8と接続していてもよい。このような構成によれば、第2凸部9の強度が向上する。
さらに、このとき、上面視において、第2凸部9は、角3aから離れるにつれて、第1辺3b1に近づくように、第1辺3b1に対して傾斜して延びていてもよい。このような場合には、第2凸部9によって切屑排出性を向上する効果が高まる。
ここで、第2凸部9が、第1辺3b1に対して傾斜して延びるとは、以下のように考えればよい。すなわち、第2凸部9の先端部9Fと後端部9Rを結ぶ直線を、第2凸部9の延びる方向を示す直線L9としたとき、直線L9が第1辺3b1に対して傾斜していることである。このような配置とすることで、切り込み量が小さく且つ送り量が大きな切削条件下において、良好な切屑処理性能を発揮することができる。
なお、第2凸部9が、角3aから離れるにつれて第1辺3b1に近づくように傾斜する、とは、第2凸部9から第1辺3b1までの長さが、角3aから遠ざかるにつれて大きくならないことを意味する。したがって、第2凸部9は、その全長に渡って第1辺3b1に近づくように傾斜している必要はなく、第2凸部9から第1辺3b1までの長さが一定となる部分を有していてもよい。
また、第2凸部9の上端9Tは、第1凸部8の上端8Tよりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、第2凸部の上端9Tの高さが、第1凸部8の上端8Tの高さより低くてもよい。このような構成によれば、切刃2の近傍に相対的に高さの高い凸部が位置しないため、生成した切屑が詰まるおそれが小さい。
なお、ここで、第2凸部9の上端9Tとは、例えば、図10〜図13に示す一例においては、切刃2に垂直な断面において評価することができる。すなわち、第2凸部9の上端9Tとは、第2凸部9のうち高さ方向において最も上方に位置する部分である。言い換えれば、第2凸部9の上端9Tとは、第2凸部9のうち高さ方向において最も下面5から離れて位置する部分である。図11に示す一例においては、第2凸部9は、上方に向かって凸の曲面を有しているため、第2凸部9の上端9Tは、略一点に対応する。
同様に、第1凸部8の上端8Tとは、第1凸部8のうち、高さ方向において最も上方に位置する部分である。言い換えれば、第1凸部8の上端8Tとは、第1凸部8のうち、高さ方向において最も下面5から離れて位置する部分である。
また、図6に示すように、第1凸部8は、第1辺3b1にまで対応して位置していてもよい。言い換えれば、第1凸部8は、第1辺3b1に沿った部分を有していてもよい。このとき、第1凸部8は、角3aに対応する第1部分81と、第1辺3b1に対応する第2部分82と、第1部分81及び第2部分82の間に位置する第3部分(以下、第1稜部ともいう。)83と、を有していてもよい。言い換えれば、第1凸部8は、角3aに沿って位置する第1部分81を有していてもよい。
上記の通り、第1凸部8は、第1辺3b1に沿って位置する第2部分82を有していてもよい。また、第1凸部8は、第1部分81及び第2部分82の間に位置する第3部分(第1稜部)83を有していてもよい。
このとき、第3部分83は、第1部分81及び第2部分82が交わる部分に位置して、上方に凸の曲面を有した稜部ともいえる。また、第3部分83は、第1部分81及び第2部分82が交わる部分に位置しており、かつ、角3aに凸の曲面を有した稜部ともいえる。そして、上面視において、第3部分83から後述する直線L1までの長さW4は、第2凸部9の後端部9Rから直線L1までの長さW5よりも小さくてもよい。
このような構成によれば、高送り加工時において、第2凸部9が切刃2に近づいていることに起因する切屑の詰まりのおそれが小さく、切屑排出性が向上する。ここで、長さW4及び長さW5は、以下のように規定することができる。すなわち、図6に示すように、長さW4は、上面視において、第3部分83の下端から角3aの中点を通り角3aの二等分線L2に直交する直線(角3aの中点を通る角3aの接線)L1までの長さのことである。
より具体的には、長さW4は、直線L2に沿う方向における、第3部分83の下端と直線L1との最短距離である。同様に、長さW5は、直線L2に沿う方向における、第2凸部9の先端部9Fと直線L1との最短距離である。
またここで、第3部分83の下端83D及び第2凸部9の下端9Dも、上述した第1凸部8の上端8T及び上述した第2凸部9の上端9Tと同様に規定することができる。すなわち、例えば、第3部分83の下端83Dとは、第3部分83のうち、高さ方向において最も下方に位置する部分である。第3部分83は、角3aから離れるにつれて下面5から離れるように傾斜していてもよい。第3部分83の下端83Dとは、第3部分83の先端とも言い換えてもよい。
またさらに、第2凸部9の上端9Tは、第3部分83の上端83Tよりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、第2凸部9の上端9Tの高さは、第3部分83の上端83Tの高さよりも低い。このような構成によれば、送り量が中程度の場合における切削加工において、生成した切屑を第2凸部9よりも上方に位置する第3部分83で良好に切屑をカールさせることができる。
ここで、第3部分83の上端83Tも、上述した第1凸部8の上端8T及び上述した第2凸部9の上端9Tと同様に規定することができる。
さらに、図6に示すように、上面視において、第3部分83は、角3aの二等分線L2に対して、外方に向かって凸となるよう屈曲していてもよい。このような構成によれば、生成した切屑が十分にカールされずに伸びて上方に流れた場合に、切屑が、相対的に傾斜角度が急な第1凸部8における、後述する第4部824と強く接触して詰まるおそれが小さい。それゆえ、低送り加工から高送り加工に渡って、良好な切屑排出性を発揮することができる。
なお、ここで、第3部分83が外方に向かって凸となるよう屈曲しているとは、言い換えれば、上面視において、第3部分83の上端83Tと下端83Dを結ぶ直線に対して、第3部分83の中央部分が外方(二等分線L2から第1辺3b1の側に向かう方向)に位置していることを意味している。すなわち、二等分線L2から第3部分83の中央部分の長さが、二等分線L2から上端83Tまでの長さ及び二等分線L2から下端83Dまでの長さよりも大きくなっていることを意味している。
また、上面視において、第3部分83は、角3aに向かって突出となるよう屈曲していてもよい。上記の構成を有している場合、切屑を良好にカールすることができる。そのため、インサート1は良好な切屑排出性を有する。また、第3部分83は、角3aに沿った凸曲面を有していてもよい。具体的には、下面5に平行な断面において、第3部分83が凸曲線となっていてもよい。
また、第3部分83は、第1部831及び第2部832を有していてもよい。このとき、第1部831及び第2部832は、角3aから離れるにつれて下面5から離れるように傾斜していてもよい。さらに、下面5に対する第2部832の傾斜角度が、下面5に対する第1部831の傾斜角度より大きくてもよい。第1部831は、相対的に角3aの近く(角3a側)に位置している。第2部832は、相対的に角3aから離れて(第1部81よりも内方に)位置している。
第2凸部9は、第1辺3b1から離れるにつれて下面5から離れるように傾斜する第1傾斜面91を有していてもよい。このとき、本体部11の中心軸O1に直交する基準面Sを設定する。基準面Sに対する第1部831の第1角度θ11及び基準面Sに対する第2部832の第2角度θ12は、基準面Sに対する第1傾斜面91の第3角度θ1よりも小さくてもよい。
このような構成によれば、高送り加工時において、第3部分83が、第2凸部9によってカールされた切屑の排出が阻害されるおそれが小さく、良好な切屑処理を行うことが出来る。
ここで、傾斜角度θ1、θ11及びθ12は、それぞれ、いわゆる立ち上がり角に相当し、図9〜図11に示すように、切刃2に垂直な断面において、以下のように規定することができる。すなわち、図10に示すように、第3角度θ1とは、インサート1の中心軸(貫通孔13の中心O1又は本体部11の中心軸O1)に直交する基準面Sに対する第1傾斜面91の傾斜角度である。
同様に、第1角度θ11及び第2角度θ12は、それぞれ、基準面Sに対する第1部831及び第2部832の傾斜角度である。以降、本明細書で述べる各部分の傾斜角度は、同様に規定することができる。例えば、第3角度θ1は、50°から80°、第1角度θ11は、10°〜30°、第2角度θ12は、30°〜60°としてもよい。
このとき、第1部831の第1角度θ11は、第2部832の第2角度θ12よりも小さくてもよい。このような関係を満たす場合には、高送り加工時に、第2凸部9によってカールされた切屑が第1部831に強く接触して切屑が詰まってしまうおそれが小さい。
また、第2凸部9の上端9Tは、第2部832の下端832Dよりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、第2凸部9の上端9Tの高さは、第2部832の下端832Dの高さより低くてもよい。このような構成によれば、切り込み量が中程度で且つ送り量が中程度である切削加工においても、良好な切屑排出性を発揮することができる。
第1部831及び第2部832は、いずれも凸曲面であってもよい。このような構成によれば、切屑がすくい面として機能する上面3上を流れる際に、切屑と上面3とが接触する面積を増やすことができる。それゆえ、すくい面として機能する上面3上を、切屑が安定して流れることができる。
さらに、第2部分82は、第1辺3b1から離れるにつれて下面5から離れるように傾斜するとともに、第1辺3b1の近く(第1辺3b1側)に位置する第3部823と、第3部823よりも第1辺3b1から離れて(第3部823よりも内方に)位置する第4部824とを有していてもよい。
このとき、第3部823及び第4部824は、第1辺3b1から離れるにつれて下面5から離れるように傾斜していてもよい。さらに、下面5に対する第4部824の傾斜角度(第5角度θ14)が、下面5に対する第3部823の傾斜角度(第4角度θ13)より大きくてもよい。
すなわち、図6に示すように、上面3のうち第1辺3b1に沿って位置する部分には、切刃2から順に、第2凸部9、第1凸部8の第2部分82の第3部823、第1凸部8の第2部分82の第4部824が位置してもよい。このとき、基準面Sに対する第1傾斜面91の第3角度θ1は、基準面Sに対する第3部823の第4角度θ13及び基準面Sに対する第4部824の第5角度θ14よりも大きくてもよい。
このような構成によれば、第1凸部8の第1辺3b1に沿った部分が上方に向かって傾斜していることから、第2凸部82が長時間に渡って使用されて磨滅してしまった際にも、第3部823及び第4部824によって切屑を安定してカールさせることができる。加えて、第1凸部8の第1辺3b1に沿った部分の傾斜角度が、第1凸部8の角3aに対応する部分の傾斜角度よりも小さいため、傾斜角度が大きすぎることによって切屑詰まる可能性を低減することができる。
また、第3部823の第4角度θ13は、第4部824の第5角度θ14よりも小さくてもよい。このような構成によれば、高送り加工において、切刃2側に相対的に傾斜角度が小さい第3部823を設けることで、相対的に傾斜角度が大きな第4部824が切刃2から遠くに位置する。それゆえ、第4部824に生成された切屑が強く接触して切屑が詰まる可能性を低減できることができる。本実施形態において、例えば、第4角度θ13は、10°〜30°、第5角度θ14は、25°から60°としてもよい。
さらに、第2凸部9の上端9Tは、第4部824の下端824Dよりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、第2凸部9の上端9Tの高さは、第4部824の下端824Dの高さよりも低い。このような構成によれば、相対的に傾斜角度が小さい第3部823によって、切屑の詰まりを低減しつつ第2凸部9の強度を向上させることができる。
またさらに、第3部823及び第4部824は、いずれも平坦な傾斜面であってもよい、このような場合には、主に第3部分83によって切屑がカールされる切り込み量が中程度であり且つ送り量が中程度である切削加工条件下において、切り屑の流れをスムーズにすることが出来る。
一方、第3部823及び第4部824は、互いに滑らかに接続された凹曲面であってもよい。このような場合には、切込み量が小さく送り量が大きな切削加工時に、切屑が詰まるおそれが小さい。
なお、図6に示す一例においては、第2凸部9における第1辺3b1から離れた内側の縁の全体が、第3部823に接続されているが、第2凸部9における上記の内側の縁の構成は、これに限らない。第2凸部9における内側の縁の一部分が第3部823と接続していてもよく、また、第2凸部9の内縁は、第3部823から離れていてもよい。
また、第1凸部8は、第2部分82と隣り合う平坦な端面を有していてもよい。第1凸部8は、上面3において基準面Sから最も離れて位置していてもよい。平坦な端面とは、上述した第1凸部8の上端8Tと置き換えることができる。
また、第1凸部8は、上端8Tと第2部分82とがなす稜線8Lを有している。上面視において、角3aの二等分線L2に対する稜線8Lの第6角度θ21は、角3aの二等分線L2に対する、第2凸部9における先端部9Fと後端部9Rとを結ぶ直線L9の第7角度θ22よりも大きくてもよい。
このような構成によれば、第2凸部9が切刃2に近づくように配置されるため、低送り加工から高送り加工に渡って、良好な切屑排出性を発揮することができる。例えば、第6角度θ21は、10°〜40°、第7角度θ22は、30°〜60°としてもよい。
また、角3a及び第1辺3b1の境界を通り、第1辺3b1に垂直な直線を第1仮想線M1としたとき、第2凸部9は、第1仮想線M1に跨って位置していてもよい。
このような構成によれば、第2凸部9によって、送り量が小さい場合であっても、送り量が大きい場合であっても、良好に切屑処理に寄与することができるため、低送り加工から高送り加工に渡って、良好な切屑排出性を発揮することができる。
第1領域31に位置する第2凸部9の部分よりも、第2領域32に位置する第2凸部9の部分が大きくなっていてもよい。このような構成によれば、高送り加工時において、切屑をカールさせる作用が安定する。
さらに、図6に示すように、上面3は、第1凸部8及び第2凸部9に加えて第3凸部14をさらに有していてもよい。第2凸部9が第1辺3b1に対応して位置している一方で、第3凸部14が第2辺3b2に対応して位置している。第3凸部14は、第2凸部9と同様に、下面5から離れる方向に突出している。
図6に示す一例において、第3凸部14は、二等分線L2を基準として第2凸部9に対して線対称である。そのため、本例において、第3凸部14は、第2凸部9と同様に略楕円形状であり、楕円形状である第3凸部14の長軸方向は、第2辺3b2に沿った方向である。
このような構成によれば、第2凸部9及び第3凸部14が二等分線L2上に位置する第1凸部8の先端部分を挟んで位置することになる。それゆえ、外径加工に適用可能な、第3凸部14を有していない場合と比べて、インサート1を端面加工及び外径加工の両加工に適用することができる。
(第2実施形態)
図15〜図17を参照して、本開示の第2実施形態に係る切削インサート1’(以下、単にインサート1’ともいう)について説明する。なお、上述した第1実施形態に係るインサートと共通の構成については省略する場合がある。
インサート1’は、第1実施形態のインサート1と同様に、本体部11と焼結体部12とを有している。焼結体部12は、第1辺3b1と、第2辺3b2と、角3aとを有する上面3と、上面3と隣り合う側面6と、を有している。焼結体部12は、上面の反対側に下面5を有している。また、上面3は、第1凸部8と、第2凸部9と、を有している。
図16及び図17に示す一例においては、第1凸部8は、本体部11の中心軸O1に直交するとともに上面3よりも下方に位置する基準面Sから最も離れて位置する平坦な端面を有している。平坦な端面とは、第1実施形態で述べた第1凸部の上端8Tと置き換えることができる。
図16及び図17に示す一例において、上面3は、第1辺3b1、第2辺3b2及び角3aに沿っており、かつ、第1辺3b1、第2辺3b2及び角3aから離れる方向に延びる縁部7を有している。図16及び図17に示す一例において、上面3は、上端8T及び縁部7の間に位置しており、かつ、上端8Tに対して傾斜している第2傾斜面301を有している。
図16に示す一例では、上面視において、第2傾斜面301は、第1辺3b1に対して傾斜した方向にそれぞれ延びた複数の溝303を有していてもよい。上記の構成を有している場合、例えば、クーラント(冷却液)を用いた加工において、クーラントが第1切刃21に流入しやすくなる。これは、第2傾斜面301に位置する複数の溝301が第1辺3b1に対して傾斜して位置しているために、複数の溝301にクーラントが流入した際に、第1辺3b1上に位置する第1切刃21にクーラントが流入しやすいからである。
なお、複数の溝303が第1辺3b1に対して傾斜しているとは、少なくとも複数の溝303が第1辺3b1に対して平行でないことを意味する。また、第1辺3b1に対する複数の溝303の傾斜角は、20°〜90°に設定することができる。また、クーラントの種類に応じて第1辺3b1に対する複数の溝303の傾斜角は、40°〜80°に設定することができる。また、複数の溝303の少なくとも2つが、互いに平行に延びている場合には、切屑の流れる方向がさらに制御され易い。
また、図16及び図17に示す一例においては、複数の溝303の少なくとも1つは、第1辺3b1に接続されていてもよい。上記の構成を有している場合、第1切刃21は高い耐久性を有する。第1辺3b1上に位置する第1切刃21に複数の溝303の少なくとも1つが接続されているため、第1切刃21と切屑とが接触する面積が小さい。そのため、第1切刃21にかかる切削抵抗が低減され、第1切刃21は高い耐久性を有する。
図16及び図17に示す一例においては、複数の溝303のうち角3aから離れた側の半数程度が第1辺3b1に接続されている。
図16及び図17に示す一例においては、複数の溝303の少なくとも1つは、上端8Tまで延びていてもよい。上記の構成を有する場合、例えば、クーラントを用いた加工において、クーラントが第1切刃21によりいっそう流入しやすくなる。これは、上端8Tに吹き付けられたクーラントであっても、複数の溝303を介し、第1切刃21まで流すことができるからである。
なお、上端8Tまで延びている、とは、複数の溝303の少なくとも1つにおける、第1辺3b1から最も離れた端部が、上端8T及び第2傾斜面301がなす稜線に接触している態様も含む。このような構成においても、クーラントを用いた加工において、クーラントが第1切刃21によりいっそう流入しやすくなる。
以上、本開示の複数の実施形態に係るインサート1について説明したが、本開示のインサートは、これらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、第1凸部8の第1部分81、第2部分82や第3部分83の各構成は、互いに直接に接続していても、接続していなくてもよい。例えば、第1凸部8の第3部分83において、第1部831と第2部832とは互いに接続して位置していてもよく、間に異なるフィレット面等が位置していてもよい。
<切削工具>
次に、本開示の実施形態に係る切削工具101について図面を用いて説明する。
実施形態の切削工具101は、図18に示すように、先端の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に装着されたインサート1と、を備えている。このとき、インサート1は、少なくとも切刃2がホルダ105の先端から突出するように、言い換えれば、切刃2がホルダ105から外方に突出するようにポケット103に装着されてもよい。
実施形態におけるホルダ105は、先端から後端に向かって細長く延びた棒形状であってもよい。図18に示す一例におけるホルダ105の先端の側には、ポケット103が1つ設けられている。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の先端面に対して開口していてもよい。
インサート1は、例えば、クランプ部材107によって、インサートポケットに固定されていてもよい。すなわち、インサート1の貫通孔にクランプ部材107の先端部が挿入された状態で、クランプ部材107の貫通孔に固定ネジ109が挿入される。そして、このボルト105の先端をホルダ103に形成されたネジ孔(図示せず)に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、クランプ部材107の先端部がインサート1をホルダ103に押さえつける。これにより、インサート1がホルダ103に装着されている。
なお、インサート1をポケット103に固定する方法としては、このようなクランプ構造を用いた方法に限らない。例えば、クランプ部材107を用いずにネジ止め固定などの他の方法が採用されても構わない。
ホルダ105、クランプ部材107及び固定ネジ109の材質としては、例えば、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの材質の中では鋼の靱性が高い。
<切削加工物の製造方法>
次に、本開示の実施形態に係る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。実施形態においては、切削加工として外径加工を例示する。切削加工としては、外径加工の他にも、例えば、内径加工、溝入れ加工及び端面加工などが挙げられる。実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の(1)〜(3)の工程を備えている。
(1)被削材201を回転させる工程。
(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の少なくとも切刃を接触させる工程。
(3)切削工具101を被削材201から離す工程。
より具体的には、まず、図19に示すように、被削材201を軸Xの周りでD1方向に回転させる。また、切削工具101をD2方向に動かすことによって、被削材201に切削工具101を相対的に近付ける。次に、図20に示すように、切削工具101における切刃を被削材201に接触させて、被削材201を切削する。このとき、切削工具101をD3方向に動かしながら被削材201を切削することによって被削材の表面が加工される。そして、図21に示すように、切削工具101をD4方向に動かすことによって、切削工具101を被削材201から相対的に遠ざける。
図19に示す一例においては、軸X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を被削材201に近付けている。また、図20においては、回転している被削材201にインサート1の切刃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21においては、被削材201を回転させた状態で切削工具101を遠ざけている。
なお、図19〜図21に示す一例における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、又は切削工具101を被削材201から離しているが、当然ながら実施形態は、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保持して、被削材201の異なる箇所にインサート1の切刃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。
以上、本開示に係る実施形態について例示したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示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ことはいうまでもない。
1、1’・・・切削インサート(インサート)
2・・・切刃
21・・・第1切刃
22・・・第2切刃
11・・・第1部材(本体部)
4・・・本体部の主面
12・・・第2部材(焼結体部)
3・・・上面
3b1・・・第1辺
3b2・・・第2辺
3a ・・・角
31・・・第1領域
32・・・第2領域
33・・・第3領域
5・・・下面
6・・・側面
7・・・縁部
8・・・第1凸部
81・・・第1部分
82・・・第2部分
823・・・第3部
824・・・第4部
83・・・第3部分(第1稜部)
831・・・第1部
832・・・第2部
9・・・第2凸部
9F・・・第1端部(先端部)
9R・・・第2端部(後端部)
91・・・第1傾斜面
13・・・貫通孔
101・・・切削工具
103・・・インサートポケット(ポケット)
105・・・ホルダ
107・・・クランプ部材
109・・・固定ネジ
201・・・被削材
W21・・・第1長さ
W22・・・第2長さ
W4・・・第1稜部83の下端83Dから角3aまでの長さ
W5・・・第2凸部9の先端部9Fから角3aまでの長さ
θ1・・・第3角度
θ11・・・第1角度
θ12・・・第2角度
θ21・・・第6角度
θ22・・・第7角度
θ13・・・第4角度
θ14・・・第5角度
L1・・・第1稜部83の下端83Dから角3aの中点を通る角3aの接線
L2・・・角3aの二等分線
L9・・・第2凸部9の先端部9Fと後端部9Rを結ぶ直線(第2凸部9の延びる方向を示す直線)

Claims (18)

  1. 第1部材と、
    該第1部材に接合された第2部材と、を備え、
    該第2部材は、第1辺と第2辺と前記第1辺及び前記第2辺の間に位置する角とを有する上面と、前記上面と隣り合う側面と、を有しており、
    前記上面は、前記角に対応して位置するとともに突出する第1凸部と、該第1凸部から延びて前記第1辺に対応して位置するとともに突出する第2凸部と、を有し、
    前記第1凸部は、前記第1辺にまで対応して位置しているとともに、
    前記角に対応する第1部分と、
    前記第1辺に対応する第2部分と、
    前記第1部分及び前記第2部分の間に位置する第3部分と、を有しており、
    前記第2凸部は、第1端部と、該第1端部よりも前記角の近くに位置している第2端部と、を有し、
    上面視において、前記第1端部から前記第1辺までの第1長さは、前記第2端部から前記第1辺までの第2長さよりも短く、
    上面視において、前記角の中点を通って前記角の二等分線に直交する仮想直線を第1直線としたとき、
    前記第1直線から前記第3部分までの第3長さは、前記第1直線から前記第2端部までの第4長さよりも小さく、
    前記第3部分は、前記角から離れるにつれて上方に向かって傾斜するとともに、
    第1部と、
    前記第1部よりも前記角から離れて位置する第2部と、を有しており、
    前記第2凸部は、前記第1辺から離れるにつれて上方に向かって傾斜する第1傾斜面を有しており、
    前記第1部材の中心軸に直交する基準面に対する前記第1部の第1角度及び前記基準面に対する前記第2部の第2角度は、前記基準面に対する前記第1傾斜面の第3角度よりも小さい、切削インサート。
  2. 上面視において、前記第2凸部は、前記角から離れるにつれて、前記第1辺に近づくように延びている、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記第2凸部の上端は、前記第1凸部の上端よりも下方に位置している、請求項1又は2に記載の切削インサート。
  4. 前記第2凸部の上端は、前記第3部分の上端よりも下方に位置している、請求項1〜3のいずれか1つに記載の切削インサート。
  5. 上面視において、前記第3部分は、前記角に向かって突出となるよう屈曲している、請求項1〜4のいずれか1つに記載の切削インサート。
  6. 前記第1角度は、前記第2角度よりも小さい、請求項1〜5のいずれか1つに記載の切削インサート。
  7. 前記第2凸部の上端は、前記第2部の下端よりも下方に位置する、請求項1〜6のいずれか1つに記載の切削インサート。
  8. 前記1部及び前記第2部は、いずれも凸曲面である、請求項1〜7のいずれか1つに記載の切削インサート。
  9. 前記第2部分は、前記第1辺から離れるにつれて上方に向かって傾斜するとともに、
    第3部と、
    前記第3部よりも前記第1辺から離れて位置する第4部と、を有しており、
    前記第3角度は、前記基準面に対する前記第3部の第4角度及び前記基準面に対する前記第4部の第5角度よりも大きい、請求項1〜8のいずれか1つに記載の切削インサート。
  10. 前記第4角度は、前記第5角度よりも小さい、請求項に記載の切削インサート。
  11. 前記第2凸部の上端は、前記第4部の下端よりも下方に位置する、請求項又は10に記載の切削インサート。
  12. 前記第1凸部は、
    前記第2部分と隣り合い、かつ、前記第1部材の中心軸に直交するとともに前記上面よりも下方に位置する基準面から最も離れて位置する平坦な端面と、
    該端面と前記第2部分とがなす稜線と、を有しており、
    上面視において、前記角の二等分線に対する前記稜線の第6角度は、前記角の二等分線に対する、前記第2凸部における前記第1端部と前記第2端部とを結ぶ線の第7角度よりも大きい、請求項1〜11のいずれか1つに記載の切削インサート。
  13. 上面視において、前記角及び前記第1辺の境界を通り、前記第1辺に垂直な直線を第1仮想線としたとき、
    前記第2凸部は、前記第1仮想線に跨って位置している、請求項1〜12のいずれか1つに記載の切削インサート。
  14. 前記第1凸部は、前記第1部材の中心軸に直交するとともに前記上面よりも下方に位置する基準面から最も離れて位置する平坦な端面を有しており、
    前記上面は、
    前記第1辺、前記第2辺及び前記角に沿っており、かつ、前記第1辺、前記第2辺及び前記角から離れる方向に延びる縁部と、
    前記端面及び前記縁部の間に位置しており、かつ、前記端面に対して傾斜している第2傾斜面と、を有しており、
    上面視において、前記第2傾斜面は、前記第1辺に対して傾斜した方向にそれぞれ延びた複数の溝を有している請求項1〜13のいずれか1つに記載の切削インサート。
  15. 前記複数の溝の少なくとも1つは、前記第1辺に接続されている請求項14に記載の切削インサート。
  16. 前記複数の溝の少なくとも1つは、前記端面まで延びている請求項14又は15に記載の切削インサート。
  17. 請求項1〜16のいずれか1つに記載の切削インサートと、
    前記切削インサートが装着されたホルダと、を備えた切削工具。
  18. 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17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、を備える、切削加工物の製造方法。
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