JP7003390B1

JP7003390B1 - 切削インサート

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Publication number: JP7003390B1
Application number: JP2021093779A
Authority: JP
Inventors: 泰岳佐々木; 龍一佐治
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2041-06-03
Also published as: CN115430851A; JP2022185880A; US11801560B2; EP4098385A1; US20220388071A1

Abstract

【課題】焼結体と基体の接合面における接合材の軟化を抑制し、接合強度を向上し、なおかつ焼結体を小型化できる切削インサートを提供する。【解決手段】切削インサート１０は、切れ刃を有する焼結体２０と、先端に焼結体２０がろう材Ａにより接合された基体２１と、を備える。焼結体２０は、先端側に面する正面４０と、正面４０に接続され、当該正面４０との間の接続稜線４１に切れ刃５０が形成される上面４２と、上面４２に対向する底面４３と、正面４０に対向する背面４４と、２つの側面４５、４６と、を有している。焼結体２０と基体２１は、焼結体２０の底面４３と背面４４を含む接合面７０で接合されている。側面視で、接合面７０は、先端側が低く後方側が高くなるような階段形状を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、切削インサートに関する。

高硬度材加工を行う例えば溝入れ用の切削インサートは、切れ刃となるCBN焼結体などの焼結体がベースインサート（基体）にろう材により接合されて構成されている。このろう付けでは、略直方体状の焼結体のうち２面（底面と背面）が基体とろう付けされるのが一般的である（特許文献１参照）。

特開２０１１－１６７８０５号公報

しかしながら、上述のろう付け方法では、高速、高送り、高切込み、ＤＲＹ加工などの高負荷条件の加工時に、焼結体の切れ刃部分の高温の熱がろう材に伝わり、ろう材が軟化する可能性がある。この場合、基体から焼結体がはがれて、焼結体が欠損する恐れがある。

また、上述の切削インサートでは、高負荷条件の加工時に、ろう付け部分に大きな負荷がかかり、焼結体の欠損を招く恐れがある。このため、ろう付け強度の向上が望まれている。

また、上述の切削インサートでは、焼結体が高価であるため、焼結体の材料の使用量が多いほど、切削インサートが高価になる。そのため、焼結体の小型化が望まれている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、焼結体と基体の接合面におけるろう材などの接合材の軟化を抑制し、接合強度を向上し、なおかつ焼結体を小型化できる切削インサートを提供することをその目的とする。

本発明の一態様に係る切削インサートは、切れ刃を有する焼結体と、先端に前記焼結体が接合材により接合された基体と、を備え、前記焼結体は、先端側に面する正面と、当該正面に接続され、当該正面との間の接続稜線に切れ刃が形成される上面と、前記上面に対向する底面と、前記正面に対向する背面と、前記正面、前記上面、前記底面及び前記背面に接続される２つの側面と、を有し、前記焼結体と前記基体は、前記焼結体の底面と背面を含む接合面で接合され、側面視で、前記接合面は、先端側が低く後方側が高くなるような階段形状を有している。

上記態様によれば、焼結体と基体との間の接合面が階段形状を有するので、切れ刃の切削により比較的高温となる接合面の先端側（焼結体の正面側の接合材）が切れ刃から離れる。このため、接合面の接合材が熱により軟化することを抑制することができる。また、焼結体と基体の接合面の接合面積が大きくなり、接合強度を向上することができる。さらに接合面の後方側が焼結体の上面に近くなり、背面側の焼結体が薄くなるため、その分焼結体を小型化することができる。

上記態様において、前記接合面は、先端側から後方に向かって延設される複数の接合平面と、上方に向かって延設される複数の接合立面と有し、前記接合平面と前記接合立面が先端側から後方に向かって交互に配置されているようにしてもよい。

上記態様において、側面視で、前記接合平面は、先端側に対し後方側が低くなるように傾斜していてもよい。

上記態様において、前記複数の接合平面のうちの先端側の第１の接合平面が、それより後方の第２の接合平面に対し前後方向に同等の長さ、或いは前記第２の接合平面よりも長い長さを有するようにしてもよい。

上記態様において、前記複数の接合平面のうちの後方の第２の接合平面が、それより先端側の第１の接合平面よりも長い長さを有するようにしてもよい。

上記態様において、前記接合面は、前記接合平面と前記接合立面を接続する接合中間面を有し、側面視で、前記接合中間面は、上に凸に湾曲していてもよい。

上記態様において、側面視で、前記焼結体の前記正面における高さは、前記背面における高さの１１０％以上であってもよい。

上記態様において、側面視で、前記接合面は、前記階段形状の後方に、下に凸の突形状をさらに有するようにしてもよい。

本実施の形態に係る切削工具の一例を示す斜視図である。本実施の形態に係る切削インサートの斜視図である。切削インサートの先端部の拡大図である。切削インサートの先端部の側面図である。切削インサートの先端部の上面図である。切削インサートの先端部の正面図である。焼結体の斜視図である。基体の先端の斜視図である。第２の接合平面が第１の接合平面よりも長い場合の切削インサートの先端部の側面図である。接合面が下に凸の突形状を有する場合の切削インサートの先端部の側面図である。接合面の後端面が波形状に形成された場合の切削インサートの先端部の上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る切削インサート１０を保持した切削工具１の一例を示す斜視図である。

切削工具１は、例えば溝入れ加工用の工具である。切削工具１は、切削インサート１０と、切削インサート１０を保持して固定する工具本体１１を備えている。切削工具１は、ねじ１２を締めることによって切削インサート１０を工具本体１１に固定することができる。

工具本体１１は、細長形状を有し、その先端に切削インサート１０を保持している。なお、工具本体１１の構造や形状はこれに限られない。

図２は、本実施の形態に係る切削インサート１０の斜視図であり、図３は、切削インサート１０の先端部の拡大図である。図４は、切削インサート１０の先端部の側面図であり、図５は、切削インサート１０の先端部の上面図であり、図６は、切削インサート１０の先端部の正面図である。なお、本明細書において、切削インサート１０の長手方向の切れ刃がある側を「先端側」とし、その反対側を「後方側」とする。また、切削インサート１０の長手方向を「前後方向Ｘ」とし、その前後方向Ｘと直角をなし切削インサート１０の後述の上面４２と平行な方向を「左右方向Ｙ」とする。切削インサート１０の上面４２に対し垂直な方向を「上下方向Ｚ」とする。

図２に示すように切削インサート１０は、全体で細長の略直方体形状を有している。切削インサート１０は、切れ刃を有する焼結体２０と、焼結体２０が接合された基体２１を備えている。焼結体２０は、接合材としてのろう材Ａによって基体２１に接合されている。

基体２１は、前後方向Ｘに長い細長形状を有し、その先端２１ａに焼結体２０が接合されている。

焼結体２０は、例えばCBN（立方晶窒化ホウ素）焼結体やダイヤモンド焼結体などである。図３に示すように焼結体２０は、底に段部がある略６面体の立体形状を有している。焼結体２０は、例えば先端側に面する正面４０と、当該正面４０に接続され、当該正面４０との間で接続稜線４１を形成する上面４２と、上面４２に対向する底面４３と、正面４０に対向する背面４４と、正面４０、上面４２、底面４３及び背面４４に接続される、互いに対向する２つの側面４５、４６と、を有している。

正面４０は、図６に示す正面視で略方形形状を有している。図４に示すように側面視で、正面４０は、上下方向Ｚに対し、上面４２から底面４３に近づく（下方に行く）につれて次第に後方に後退するように傾斜している。

上面４２は、図５に示す上面視で略方形形状を有している。上面４２と正面４０との間には、直線状の接続稜線４１が形成され、接続稜線４１が切れ刃５０となっている。切れ刃５０は、上面視で両端付近が後方側に後退するようにわずかに湾曲している。また、上面４２はすくい面となる。上面４２は、先端から後方に向かって次第に左右方向Ｙの幅が狭くなっている。

図３に示すように側面４５、４６は、上面４２との間に接続稜線６０を形成し、この接続稜線６０は横切れ刃６１にもなる。側面４５、４６は、図６に示す正面視で、上下方向Ｚに対し、上面４２から底面４３に近づく（下方に行く）につれて次第に左右方向Ｙの中央に近づくように傾斜している。

図４に示すように焼結体２０は、底面４３と背面４４において基体２１と接合し、その部分で接合面７０を構成している。

底面４３と背面４４は、図４に示す側面視で、先端側が低く後方側が高くなるような階段形状を構成している。底面４３は、例えば図４及び図７に示すように第１の平面８０と、第１の立面８１と、中間面８２と、第２の平面８３を先端側から後方側に向かってこの順で有している。第１の平面８０と第１の立面８１、第１の立面８１と中間面８２、中間面８２と第２の平面８３は、それぞれ互いに接続されている。底面４３の第２の平面８３は、背面４４に接続されている。

図７に示すように第１の平面８０と、第１の立面８１及び第２の平面８３は、それぞれ左右方向Ｙに長い長方形状を有している。図４に示すように第１の平面８０と第２の平面８３は、先端側に対し後方側が低くなるように傾斜している。すなわち、第１の平面８０と第２の平面８３は、上面４２に対し角度を有している。中間面８２は、上面４２側に円弧状に凹むように湾曲している。第１の立面８１は、上下方向Ｚに対し、上方に近づくにつれて背面４４側に近づくようにわずかに傾斜している。

図７に示すように背面４４は、左右方向Ｙに長い長方形状を有している。背面４４は、図４ではわかりにくいが、上下方向Ｚに対し、下方に近づくにつれて正面４０側に近づくようにわずかに傾斜している。また、背面４４は、上面４２に対し垂直な面であってもよい。

図８に示すように基体２１の先端２１ａは、焼結体２０を載せて接合する上面２１ｂを有している。上面２１ｂは、焼結体２０の底面４３及び背面４４の階段形状に対応する、先端側が低く後方側が高くなるような階段形状を有している。

基体２１の上面２１ｂは、第１の平面９０と、第１の立面９１と、中間面９２と、第２の平面９３と、第２の立面９４を先端側から後方側に向かってこの順で有している。第１の平面９０と第１の立面９１、第１の立面９１と中間面９２、中間面９２と第２の平面９３、第２の平面９３と第２の立面９４は、それぞれ互いに接続されている。

第１の平面９０と、第１の立面９１と、第２の平面９３及び第２の立面９４は、それぞれ左右方向Ｙに長い長方形状を有している。第１の平面９０と第２の平面９３は、先端側に対し後方側が低くなるように傾斜している。中間面９２は、上方に円弧状に凸に湾曲している。第１の立面９１及び第２の立面９４は、上下方向Ｚに対し、上方に近づくにつれて後退するようにわずかに傾斜している。

焼結体２０と基体２１と間の接合面７０は、図７及び図８の焼結体２０の第１の平面８０と基体２１の第１の平面９０、焼結体２０の第１の立面８１と基体２１の第１の立面９１、焼結体２０の中間面８２と基体２１の中間面９２、焼結体２０の第２の平面８３と基体２１の第２の平面９３、焼結体２０の背面４４と基体２１の第２の立面９４が、ろう材Ａを介して互いに合わさることで構成されている。

すなわち、接合面７０は、先端側が低く後方側が高くなるような階段形状を有し、図４に示す側面視で、先端側から後方に向かって延設する第１の接合平面１００と、第１の接合平面１００に接続され、上方に向かって延設される第１の接合立面１０１と、第１の接合立面１０１に接続された接合中間面１０２と、接合中間面１０２に接続され、先端側から後方に向かって延設される第２の接合平面１０３と、第２の接合平面１０３に接続され、上方に向かって延設される第２の接合立面１０４を有している。なお、本明細書において、「階段形状」とは、２つ以上のステップ（接合平面）を有する形状をいう。

第１の接合平面１００及び第２の接合平面１０３は、先端側に対し後方側が低くなるように傾斜している。例えば第１の接合平面１００は、第２の接合平面１０３に対し前後方向Ｘに同等の長さ、或いは第２の接合平面１０３よりも長い長さを有している。

接合中間面１０２は、上方に凸の円弧状に湾曲している。第１の接合立面１０１及び第２の接合立面１０４は、上下方向Ｚに対し、上方に近づくにつれて後部に近づくようにわずかに傾斜している。

焼結体２０の正面４０における高さＨ１は、背面４４における高さＨ２の１１０％以上であり、好ましくは１２０％以上４００％以下、さらに好ましくは１５０％以上３００％以下である。

本実施の形態によれば、焼結体２０と基体２１との間の接合面７０が階段形状を有するので、切れ刃５０の切削により比較的高温となる接合面７０の先端側（焼結体２０の正面４０側のろう材Ａ）が切れ刃５０から離れる。このため、接合面７０のろう材Ａが熱により軟化することを抑制することができる。特に、突切り・溝入れ加工においては、正面の切れ刃５０が、最も加工温度が高温になる箇所であり、接合面７０の先端側が切れ刃５０から離れることで、接合面７０のろう材Ａの軟化を効果的に抑制することができる。また、焼結体２０と基体２１の接合面７０の接合面積が大きくなり、ろう付け強度を向上することができる。よって、基体２１からの焼結体２０の欠損を抑制することができる。さらに接合面７０の後方側が焼結体２０の上面４２に近くなり、背面４４側の焼結体２０が薄くなるため、その分焼結体２０の材料の使用量を減らし焼結体２０を小型化することができる。これにより切削インサート１０のコストを低減することができる。

加え、例えば、階段形状のない接合では、接合平面のろう付け面積が主に効き、接合立面は補助的にしか効かない。しかし、階段形状を有することで、接合立面の一部が接合平面と同様なろう付け面積として効く。すなわち、Ｈ１の厚さで段状の接合面を直線へ引き延ばしたような焼結体の体積に対して、前後方向Ｘの面積の一部を上下方向Ｚに変換できる焼結体２０の方が大幅に前後方向Ｘの寸法を削減でき、体積を削減できる。

接合面７０の第１の接合平面１００及び第２の接合平面１０３は、先端側に対し後方側が低くなるように傾斜しているので、焼結体２０と基体２１の接合面７０の接合面積がさらに大きくなり、ろう付け強度を向上することができる。また、焼結体２０と基体２１がかみ合いやすくなるため、その点でもろう付け強度を向上することができる。

先端側の第１の接合平面１００が、後方の第２の接合平面１０３に対し前後方向Ｘに同等の長さを有する、或いは第２の接合平面１０３よりも長い長さを有している。これにより、切削時に大きな負荷がかかる先端側の第１の接合平面１００の接合面積が大きくなり、ろう付け強度を向上することができる。

側面視で、接合中間面１０２は、上に凸に湾曲しているので、焼結体２０と基体２１の接合面７０の接合面積がさらに大きくなり、ろう付け強度を向上することができる。

焼結体２０の正面４０における高さＨ１は、背面４４における高さＨ２の１１０％以上であるため、接合面７０の後方側が焼結体２０の上面４２に十分に近くなり、その分焼結体２０が十分に薄くなるため、焼結体２０をより小型化することができる。

上記実施の形態において、先端側の第１の接合平面１００が後方の第２の接合平面１０３よりも長かったが、図９に示すように後方の第２の接合平面１０３が、先端側の第１の接合平面１００よりも長くてもよい。かかる場合、焼結体２０と基体２１の接合面７０の接合面積を大きくすることができ、この結果、ろう付け強度を向上することができる。なお、この場合、第２の接合平面１０３は、第１の接合平面１００の１．５倍以上長くてもよい。

また、図１０に示すように側面視で、接合面７０は、階段形状の後方に、下に凸の突形状をさらに有するものであってもよい。かかる場合、接合面７０は、第１の接合平面１００、第１の接合立面１０１、接合中間面１０２及び第２の接合平面１０３からなる階段形状部１５０を有し、その後方に第２の接合立面１６０、第３の接合平面１６１及び第３の接合立面１６２からなる突起形状部１５１を有するようにしてもよい。かかる例によれば、焼結体２０と基体２１の接合面７０の接合面積をさらに大きくすることができ、この結果、ろう付け強度を向上することができる。また、焼結体２０と基体２１がかみ合うため、その点でもろう付け強度を向上することができる。

図１１に示すように上面視で、接合面７０の後端面である第２の接合立面１０４は波形状に形成されていてもよい。この場合、例えば焼結体２０の背面４４と基体２１の第２の立面９４が波形状に形成されている。かかる例によれば、焼結体２０と基体２１の接合面７０の接合面積をさらに大きくすることができ、この結果、ろう付け強度を向上することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以上の実施の形態において、接合面７０は、側面視で階段形状を有していれば、他の形状であってもよい。第１の接合平面１００及び第２の接合平面１０３は、傾斜しておらず、上面４２に対し水平であってもよい。第１の接合立面１０１及び第２の接合立面１０４は、上面４２に対し垂直であってもよい。接合中間面１０２は、円弧状に湾曲していなくてもよい。また接合中間面１０２はなくてもよく、第１の接合立面１０１と第２の接合平面１０３が直接接続されていてもよい。

接合面７０の階段形状のステップの数（接合平面の数）は、上記実施の形態のような２つに限られず、３つ以上であってもよい。焼結体２０及び基体２１の形状は、上記実施の形態のものに限られない。

上記実施の形態で記載した切削インサート１０は、溝入れ加工用に限られず、外径加工、端面加工、倣い加工、内径加工等に使用するものであってもよい。

本発明は、溝入れ加工と横送り加工の両方の切り屑処理性が高い切削インサート及び切削工具を提供する際に有用である。

１切削工具
１０切削インサート
２０焼結体
２１基体
４０正面
４２上面
４３底面
４４背面
４５、４６側面
５０切れ刃
７０接合面
Ａろう材

Claims

切削インサートであって、
切れ刃を有する焼結体と、
先端に前記焼結体が接合材により接合された基体と、を備え、
前記焼結体は、
先端側に面する正面と、
当該正面に接続され、当該正面との間の接続稜線に切れ刃が形成される上面と、
前記上面に対向する底面と、
前記正面に対向する背面と、
前記正面、前記上面、前記底面及び前記背面に接続される２つの側面と、を有し、
前記焼結体と前記基体は、前記焼結体の底面と背面を含む接合面で接合され、
側面視で、前記接合面は、先端側が低く後方側が高くなるような階段形状を有し、
前記接合面は、先端側から後方に向かって延設される複数の接合平面と、上方に向かって延設される複数の接合立面と有し、
前記接合平面と前記接合立面が先端側から後方に向かって交互に配置されている、切削インサート。
側面視で、前記接合平面は、先端側に対し後方側が低くなるように傾斜している、請求項１に記載の切削インサート。
前記複数の接合平面のうちの先端側の第１の接合平面が、それより後方の第２の接合平面に対し前後方向に同等の長さ、或いは前記第２の接合平面よりも長い長さを有する、請求項１又は２に記載の切削インサート。
前記複数の接合平面のうちの後方の第２の接合平面が、それより先端側の第１の接合平面よりも長い長さを有する、請求項１又は２に記載の切削インサート。
前記接合面は、前記接合平面と前記接合立面を接続する接合中間面を有し、
側面視で、前記接合中間面は、上に凸に湾曲している、請求項１～４のいずれか一項に記載の切削インサート。
側面視で、前記焼結体の前記正面における高さは、前記背面における高さの１１０％以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の切削インサート。
側面視で、前記接合面は、前記階段形状の後方に、下に凸の突形状をさらに有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の切削インサート。