JP6940334B2 - 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、切削加工において用いられる切削インサートに関する。
金属などの被削材を切削加工する際に用いられる切削工具(バイト)として、例えば特許文献1に記載の切削インサート(スローアウェイチップ)が知られている。特許文献1には、略円弧状のコーナに向かって突出した突起を有する切削インサートが記載されている。特許文献1においては、上面視した場合のコーナの曲率半径と、突起の先端の外周縁の曲率半径とが同程度となっている。
特開平7−308807号公報
例えば、コーナのみを切刃として用いる低切込み加工、及び、小さなインサートを用いる小内径加工などの切削加工においては、切屑の流れる方向が不安定になる場合がある。特に、特許文献1に記載の切削インサートのように、上面視した場合における、突起の外周縁及びコーナの曲率半径が同程度である場合には、切屑が突起の先端に接触した際における切屑の流れる方向が不安定になり易い。そこで、切屑の流れが不安定になり易い加工においても、切屑の流れる方向を安定させることが求められていた。
一態様に基づく切削インサートは、上面と、下面と、前記上面及び前記下面の間に位置する側面と、前記上面及び前記側面が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを備えている。前記上面は、第1辺と、第2辺と、前記第1辺及び前記第2辺の間に位置する円弧形状の第1コーナと、該第1コーナに向かって突出する突起とを有している。また、突起は、上面視において、前記第1コーナ側の端部の外周縁が円弧形状であるとともに、前記外周縁の曲率半径が前記第1コーナの曲率半径よりも小さく、前記端部が、前記第1コーナに接する仮想円内に位置しているとともに、前記仮想円の中心よりも前記第1コーナから離れて位置している。前記突起は、前記第1辺の側に第1傾斜面、前記第2辺の側に第2傾斜面を有している。前記第1傾斜面は、前記第1コーナから離れるに従って、前記第1辺との間隔が大きくなるとともに、前記仮想円から離れて位置している。
上記態様の切削インサートによれば、切屑の流れる方向を安定させることが可能である。
一実施形態の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上面側から見た平面図である。 図2に示す切削インサートをA1方向から見た側面図である。 図2に示す切削インサートをA2方向から見た側面図である。 図1に示す領域B1における拡大図である。 図2に示す領域B2における拡大図である。 図3に示す領域B3における拡大図である。 図4に示す領域B4における拡大図である。 図6に示す被覆工具におけるA3断面の断面図である。 一実施形態の切削工具を示す平面図である。 図10に示す領域B5における拡大図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。
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ために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、切削インサート1は、本明細書が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などを忠実に表したものではない。
<切削インサート>
本実施形態の切削インサート1(以下、単にインサート1もいう)は、多角形状の上面3と、下面5と、上面3及び下面5の間に位置する側面7と、上面3及び側面7が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃9とを備えている。
多角形状である上面3は、第1辺11と、第2辺13と、第1辺11及び第2辺13の間に位置する円弧形状の第1コーナ15と、第1コーナ15に向かって突出する突起17とを有している。図1に示す一例のインサート1は、三角板形状であり、上面3及び下面5がそれぞれ三角形である。側面7は、3つの四角形の部位を有している。なお、インサート1の形状は上記の構成に限定されるものではない。上面3が三角形ではなく、例えば、四角形、五角形又は六角形であっても何ら問題ない。
図1などに示す一例においては、三角形である上面3が3つの角及び3つの辺を有している。このとき、3つの角の1つを第1コーナ15とする。また、3つの辺のうち第1コーナ15から延びる2つの辺を、第1辺11及び第2辺13とする。そのため、第1コーナ15は第1辺11及び第2辺13の間に位置していると言い換えてもよい。
また、図2に示す上面3は、この上面3の中心を基準として120°の回転対称な形状となっている。上面3の中心は、インサート1における上面3の上面視における重心によって特定することが可能である。
上面3は、概ね多角形状であればよく、厳密な意味での多角形状である必要はない。すなわち、多角形状の上面3における辺は、厳密に直線形状である必要はなく、例えば、凸曲線形状又は凹曲線形状であってもよい。また、本実施形態における上面3の角は、外方に向かって凸となる円弧形状である。
図1に示す一例における下面5は、上面3と同様に三角形であるが、上面3よりも一回り小さい形状となっている。そのため、側面7は、図3及び図4に示すように、上面3に接続された側の端部から下面5に接続された側の端部に向かうにしたがって、上面3の中心及び下面5の中心を通る中心軸に近づくように傾斜している。従って、図1に示す一例におけるインサート1は、いわゆるポジティブ形状となっている。
ただし、インサート1はポジティブ形状に限定されるものではなく、いわゆるネガティブ形状であってもよい。すなわち、側面7は、上面3に接続された側の端部から下面5に接続された側の端部に向かうにしたがって、中心軸に平行となっていてもよい。
図5に示すように、上面3は、少なくとも一部にすくい面領域3aを有していてもよい
。本実施形態においては、上面3における切刃9に沿った領域がすくい面領域3aとなっている。側面7は、少なくとも一部に逃げ面領域7aを有していてもよい。本実施形態においては、側面7における切刃9に沿った領域が逃げ面領域7aとなっている。そのため、すくい面領域3a及び逃げ面領域7aが交わる稜線に切刃9が位置していると言い換えてもよい。
ここで、すくい面領域3aとは、切削加工時に切刃9で生じた切屑を接触させて、切屑の流れる方向をコントロールする領域を意味している。また、逃げ面領域7aとは、切刃9を間に挟んですくい面領域3aと隣り合う領域であって、切削加工時に被削材に接触しないように被削材から逃がされた領域を意味している。ただし、逃げ面領域7aは、必ずしも被削材に全く接触しないというものではない。
本実施形態における上面3は、第1コーナ15に向かって突出する突起17を有している。図5及び図6に示す一例における上面3は、上端が平坦面である頂端部19を有しており、この頂端部19から第1コーナ15に向かって突起17が突出している。突起17は、切刃9で生じた切屑の流れる方向をコントロールする、いわゆるブレーカ突起としての機能を有している。図6に示す一例における突起17は、第1コーナ15の二等分線Xを基準として、線対称な形状となっている。
本実施形態における突起17は、上面視において、第1コーナ15側の端部21の外周縁が円弧形状である。このとき、上記の外周縁の曲率半径R1が第1コーナ15の曲率半径R2よりも小さくなっている。このように、突起17における上記の外周縁の曲率半径R1が相対的に小さいことから、切屑の流れる方向が安定し易い。
特に、第1コーナ15のみを切刃9として用いる低切込み加工、及び、小さなインサート1を用いる小内径加工においては、切屑の幅が狭いため、切屑の流れが不安定になり易い。しかしながら、突起17における上記の外周縁の曲率半径R1が相対的に小さいことから、突起17の端部21だけでなく突起17の広い範囲で切屑を受け止め易い。そのため、切屑の流れる方向が安定し易い。
さらに、突起17の上面視において、端部21が、第1コーナ15に接する仮想円Rの内であって、かつ、仮想円Rの中心よりも第1コーナ15から離れて位置している。
端部21が第1コーナ15に接する仮想円Rよりも上面3の中央側に位置している場合のように、突起17が第1コーナ15から離れすぎている場合には、第1コーナ15で生じた切屑が突起17に接触するまでの時間が長いため、切屑の流れる方向が不安定になることがある。しかしながら、本実施形態では、上面視した場合において、端部21が第1コーナ15に接する仮想円Rの内に位置している。そのため、第1コーナ15で生じた切屑が突起17に接触するまでの時間が短くなり、安定して切屑の流れる方向をコントロールできる。
また、端部21が第1コーナ15に近すぎる場合には、第1コーナ15で生じた切屑がすくい面領域3aで十分に減速せずに突起17に接触することによって、突起17を乗り越えて切屑の流れる方向が不安定になることがある。しかしながら、本実施形態では、上面視した場合において、端部21が、仮想円Rの中心よりも第1コーナ15から離れて位置している。そのため、すくい面領域3aの幅を確保しやすく、突起17において安定して切屑の流れる方向をコントロールできる。
インサート1の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、本実施形態においては、上面3の最大幅が3〜20mm程度に設定される。また、上面3から下面5までの高
さは1〜20mm程度に設定される。
図6に示す一例における突起17は、第1辺11の側に位置する第1傾斜面23aと、第2辺13の側に位置する第2傾斜面25aとを有している。図6に示す第1傾斜面23a及び第2傾斜面25aは、それぞれ平らな面形状である。
突起17が第1傾斜面23aを有している場合には、第1辺11で生じた切屑を第1傾斜面23aにおいて湾曲させることができる。また、突起17の端部21と隣り合う第1傾斜面23aが平面形状であることから、突起17の強度を高めることができる。
また、突起17は、第1傾斜面23aよりも第1コーナ15から離れて位置するとともに、上面視において凹形状に湾曲した第1凹面23bと、第2傾斜面25aよりも第1コーナ15から離れて位置するとともに、上面視において凹形状に湾曲した第2凹面25bとを有していてもよい。
突起17が第1凹面23bを有している場合には、切屑の長さをコントロールし易い。第1コーナ15で生じた切屑は、突起17における端部21及び第1傾斜面23aで主に湾曲される。このとき、第1コーナ15で生じた切屑が仮に端部21及び第1傾斜面23aで良好に湾曲されなかった場合であっても、第1凹面23bにおいて切屑を湾曲させることが可能である。すなわち、湾曲されずに長く延び過ぎた切屑が発生しにくくなることから、切屑の長さをコントロールし易い。
ここで、図6に示す一例においては、第1傾斜面23aは、第1コーナ15から離れるに従って、第1辺11との間隔W1が大きくなっている。第1辺11及び第1傾斜面23aの間隔W1が上記の通り大きくなっている場合には、切屑が詰まりにくくなる。これは、第1辺11で生じて第1傾斜面23aへと進む切屑が、第1傾斜23aにおいて第1コーナ15から離れる方向に湾曲し易く、外部に排出され易くなるからである。
突起17が第2傾斜面25aを有している場合には、第1傾斜面23aと同様に、第2辺13で生じた切屑を第2傾斜面25aにおいて湾曲させることができる。また、突起17の端部21と隣り合う第2傾斜面25aが平面形状であることから、突起17の強度を高めることができる。突起17が第2凹面25bを有している場合には、突起17が第1凹面23bを有している場合と同様に、切屑の長さをコントロールし易い。
本実施形態のインサート1においては、上面視した場合に、端部21が第1コーナ15に接する仮想円Rの内に位置している。ここで、突起17が第1傾斜面23aを有している場合においてインサート1を上面視した際に、第1傾斜面23aが、仮想円Rと交差していてもよく、また、仮想円Rよりも第1コーナ15から離れて位置していてもよい。
図6に示す一例のように、第1傾斜面23aが仮想円Rから離れて位置している場合には、第1コーナ15及び第1辺11を切刃9として用いた際に、第1コーナ15で生じた切屑が第1傾斜面23aに向かって進みにくい。
そのため、第1辺11で生じた切屑が第1傾斜面23aに向かって進みやすく、第1辺11で生じた切屑の進行方向を安定してコントロールし易い。また、第1コーナ15で生じた切屑及び第1辺11で生じた切屑が第1傾斜面23aにおいてぶつかりにくいため、切屑が詰まりにくくなる。なお、第1傾斜面23aが仮想円Rから離れて位置している場合には、突起17の端部21が仮想円Rと交差している。
また、図6に示す一例においては、第1傾斜面23aは、上面視において、第1コーナ
15から離れるに従って、第1辺11に直交する方向における幅W2が大きくなっている。第1傾斜面23aの幅W2が、上記のように大きくなっている場合には、第1傾斜面23aを流れる切屑の進行方向をさらにコントロールし易くなる。これは、第1傾斜面23aにおいてカールされた切屑の進行方向が第1コーナ15から離れる方向に変化し易いが、第1傾斜面23aにおいて切屑の進行方向の先に進むほど幅W2が広くなっているため、切屑の流れをコントロールし易くなるからである。
図6に示す一例における突起17は、第1コーナ15から上面3の内方に向かう二等分線Xに沿って、第1傾斜面23a及び第2傾斜面25aの間に位置する第1部位27と、第1部位27に隣り合う第2部位29とを有している。
第1部位27は、上面視した場合における第1コーナ15の二等分線Xに沿って延在しており、図8に示す一例においては、上端の高さが一定である。第1部位27の上端の高さが一定である場合には、突起17の耐久性が向上する。
また、第1部位27の上端の高さは特定の値に限定されるものではないが、図9に示す一例においては、第1コーナ15が第1部位27よりも上方に位置している。このように、第1コーナ15が第1部位27よりも上方に位置している場合には、第1部位27へ向かって流れてきた切屑に対して過度のブレーキングが生じにくい。例えば、図6に示す一例においては、第1辺11で生じて第1傾斜面23aへ流れる切屑に対して第1傾斜面23aにおいて過度のブレーキングが生じにくい。そのため、切屑が詰まりにくく円滑に排出することができる。
また、図8及び図9に示す一例における突起17は、第1コーナ15から上面3の内方に向かう二等分線Xに沿って位置する第2部位29をさらに有している。第2部位29は、第1部位27に隣り合っている。このとき、図9に示す一例における第2部位29は、第1部位27の側が凹部29bであり、内方の側が凸部29aである。
第2部位29が上記の凸部29aを有している場合には、突起17の耐久性が高められる。これは、切屑が、端部21及び第1部位27を乗り越えて進行して第2部位29に接触した場合において、この接触に伴って第2部位29に加わる負荷が第1部位27及び第2部位29の境界に集中することが避けられ易いからである。これによって、第2部位29及び第1部位27の境界にクラックが生じにくくなるため、突起17の耐久性が高められる。
また、第2部位29が上記の凹部29bを有している場合にも、突起17の耐久性が高められる。第2部位29が上記の凹部29bを有している場合には、切屑が第2部位29を乗り越えるような状況が発生したとしても、頂端部19と第2部位29の境界においてインサート1のチッピングが生じにくいからである。
第2部位29が凸部29a及び凹部29bを有している場合には、第2部位29及び第1部位27の境界におけるクラックと、頂端部19及び第2部位29の境界におけるインサート1のチッピングとの両方を生じにくくできる。
なお、第2部位29及び第1部位27の境界におけるクラックよりも頂端部19と第2部位29の境界におけるインサート1のチッピングが生じ易い。そのため、第2部位29が凸部29a及び凹部29bを有している場合において、二等分線Xに沿った方向における凹部29bの長さが二等分線Xに沿った方向における凸部29aの長さよりも長いときには、突起17の耐久性をさらに高めることができる。
また、図1に示す一例におけるインサート1は、上面3において開口する貫通孔31を有している。なお、図1に示す貫通孔31は、上面3の中央から下面5の中央に向かって形成されている。貫通孔31は、インサート1を切削工具のホルダに固定する際に用いることができる。例えば、貫通孔31にネジを挿入してインサート1をネジ止めすることによって、インサート1をホルダに固定することができる。
本実施形態における貫通孔31の伸びる方向、言い換えれば貫通方向は上面3及び下面5に対して直交している。また、貫通孔31が上面3の中央から下面5の中央に向かって形成されていることから、図2においては、貫通孔31の中心軸Oが上面3の中心と一致している。
インサート1の材質としては、例えば、超硬合金或い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。ここで、WC、TiC、TaCは硬質粒子であり、Coは結合相である。
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)を主成分としたチタン化合物が挙げられる。ただし、インサート1の材質が上記の組成に限定されないことは言うまでもない。
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。
<切削工具>
次に、一実施形態の切削工具101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10及び図11に示すように、第1端(図10における上端)から第2端(図10における下端)に向かって延びる棒状体であり、第1端の側にポケット103を有するホルダ105と、ポケット103に位置する上記の実施形態に代表されるインサート1とを備えている。
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の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット103は、ホルダ105の第1端側において開口している。
ポケット103にはインサート1が位置している。このとき、インサート1における第1面の反対側の面がポケット103に直接に接していてもよく、また、インサート1とポケット103との間にシートを挟んでいてもよい。
インサート1は、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ105から外方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107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の貫通孔にネジ107を挿入し、このネジ107の先端をポケット103に形成されたネジ孔(不図示)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。
本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態のインサート1を用いてもよい。
<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に上記の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12に示すように、被削材201を軸O1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13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。そして、図14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O1を固定するとともに被削材201を軸O1の周りで回転させた状態で切削工具101をY1方向に移動させることによって被削材201に近づけている。また、図13においては、回転している被削材201にインサート1における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14においては、被削材201を回転させた状態で切削工具101をY2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に近づけてもよい。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、また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・・・上面
3a・・すくい面領域
5・・・下面
7・・・側面
7a・・逃げ面領域
9・・・切刃
11・・・第1辺
13・・・第2辺
15・・・第1コーナ
17・・・突起
19・・・頂端部
21・・・端部
23a・・第1傾斜面
23b・・第1凹面
25a・・第2傾斜面
25b・・第2凹面
27・・・第1部位
29・・・第2部位
29a・・凹部
29b・・凸部
31・・・貫通孔
101・・・切削工具
103・・・ホルダ
105・・・インサートポケット(ポケット)
107・・・ネジ
201・・・被削材

Claims (9)

  1. 上面と、下面と、前記上面及び前記下面の間に位置する側面と、前記上面及び前記側面が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを備え、
    前記上面は、第1辺と、第2辺と、前記第1辺及び前記第2辺の間に位置する円弧形状の第1コーナと、該第1コーナに向かって突出する突起とを有し、
    該突起は、上面視において、
    前記第1コーナ側の端部の外周縁が円弧形状であるとともに、前記外周縁の曲率半径が前記第1コーナの曲率半径よりも小さく、
    前記端部が、前記第1コーナに接する仮想円内に位置しているとともに、前記仮想円の中心よりも前記第1コーナから離れて位置し、
    前記突起は、前記第1辺の側に第1傾斜面、前記第2辺の側に第2傾斜面を有し、
    前記第1傾斜面は、前記第1コーナから離れるに従って、前記第1辺との間隔が大きくなるとともに、前記仮想円から離れて位置していることを特徴とする切削インサート。
  2. 前記第1傾斜面は、上面視において、前記第1コーナから離れるに従って、前記第1辺に直交する方向における幅が大きくなっ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. 前記突起は、前記第1コーナから前記上面の内方に向かう前記二等分線に沿って、
    前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面の間に位置する第1部位と、
    前記第1部位に隣り合う第2部位とを有し、
    該第2部位は、前記第1部位の側が凹部であり、前記内方の側が凸部であ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. 前記第1コーナは、前記第1部位よりも上方に位置していることを特徴とする請求項3に記載の切削インサート。
  5. 前記第1部位は、上端の高さが一定であることを特徴とする請求項3又は4に記載の切削インサート。
  6. 上面と、下面と、前記上面及び前記下面の間に位置する側面と、前記上面及び前記側面が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを備え、
    前記上面は、第1辺と、第2辺と、前記第1辺及び前記第2辺の間に位置する円弧形状の第1コーナと、該第1コーナに向かって突出する突起とを有し、
    該突起は、上面視において、
    前記第1辺の側に第1傾斜面、前記第2辺の側に第2傾斜面を有し、
    前記第1コーナ側の端部の外周縁が円弧形状であるとともに、前記外周縁の曲率半径が前記第1コーナの曲率半径よりも小さく、
    前記端部が、前記第1コーナに接する仮想円内に位置しているとともに、前記仮想円の中心よりも前記第1コーナから離れて位置し、
    前記突起は、前記第1コーナから前記上面の内方に向かう前記二等分線に沿って、
    前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面の間に位置する第1部位と、
    前記第1部位に隣り合う第2部位とを有し、
    前記第1部位は、上端の高さが一定であって、
    前記第2部位は、前記第1部位の側が凹部であり、前記内方の側が凸部であることを特徴とする切削インサート。
  7. 前記第1コーナは、前記第1部位よりも上方に位置していることを特徴とする請求項6に記載の切削インサート。
  8. 先端側に位置するポケットを有するホルダと、
    前記ポケット内に位置する、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有する切削工具。
  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切削加工物の製造方法。
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