JP7017553B2 - 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、焼入鋼の切削加工における浸炭除去加工など、互いに硬度が異なる複数の被削材を一度に切削する加工が増えてきており、これらの切削加工で好適に用いることができるインサートが求められている。特に、被削材の硬度が低くなった際に、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、互いに硬度が異なる複数の被削材を一度に切削する加工において、硬度が低い被削材の表面を加工した際であっても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、前記第1部材に接合された第2部材と、を備える。前記第2部材は、上面と、前記上面と隣り合う側面と、前記上面及び前記側面の交わりに位置する稜部と、を有している。前記上面は、第1辺と、第2辺と、前記第1辺及び前記第2辺の間に位置する角と、前記角、前記第1辺及び前記第2辺に沿って位置し、前記稜部から離れるにつれて上方に向かって傾斜する、又は、前記稜部との高さが同じである、縁部と、前記稜部よりも内方に位置するとともに、縁部に対して上方に向かって突出する突出部と、前記縁部及び前記突出部の間に位置し、且つ、前記稜部から離れている第1溝と、を有している。上面視した場合に、前記角の二等分線に垂直な方向における前記第1溝の第1幅は、前記二等分線に垂直な方向における前記突出部の第2幅よりも小さい。
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B1の拡大図である。 図5と同じ領域を示す拡大図である。 図6に示す切削インサートにおけるC1の断面図である。 図6に示す切削インサートにおけるC2の断面図である。 図6に示す切削インサートにおけるC3の断面図である。 図6に示す切削インサートにおけるC4の断面図である。 本開示の第2実施形態に係る切削インサートを示す斜視図である。 図11に示す切削インサートの上面図である。 図12における領域B2の拡大図である。 図13と同じ領域を示す拡大図である。 図14に示す切削インサートにおけるC5の断面図である。 図14に示す切削インサートにおけるC6の断面図である。 図14に示す切削インサートにおけるC7の断面図である。 図14に示す切削インサートにおけるC8の断面図である。 図14に示す切削インサートにおけるC9の断面図である。 本開示の第3実施形態に係る切削インサートを示す上面図である。 図20における領域B3の拡大図である。 図20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。 本開示の第4実施形態に係る切削インサートを示す上面図である。 図23における領域B4の拡大図である。 図23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)
まず、図1~図10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、第1部材(本体部)11と、本体部11に接合された第2部材(超高硬度の焼結体部)12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ってもよく、切削部として機能してもよい。
より具体的には、図1~図4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のもう一方は、インサート1をホルダ105に装着する際に、ホルダ105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105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10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ものとする。
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及び第1辺3b1、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は複数の平らな面領域を有する構成であってもよい。
図1に示す一例においては、側面6を構成する複数の平らな面の1つが本体部11に接している。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を挿入してもよい。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に置き換えられてもよい。また、インサート1の中心軸1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が交わりに位置する稜部2を有している。焼結体部12における稜部2の少なくとも一部には、切刃が位置していてもよい。図2に示す一例においては、稜部2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が位置している。
切刃は、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、稜部2における切刃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。稜部2に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、切刃が、稜部2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、これに限らない。例えば、切刃が少なくとも角3a及び、第1辺3b1の一部に位置していてもよい。
図5に示すように、切刃は、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。
本開示における上面3は、図5~図10に示すように、縁部7と、突出部8と、第1溝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との高さが同じである。図5~図10に示す一例における縁部7は、概ね下面5からの高さが一定である平らな面領域である。例えば、縁部7は、角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2に接続され、且つ、角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2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。
縁部7は、切刃によって生成された切屑が通過するいわゆるすくい面として機能してもよい。なお、下面5からの高さが一定であるとは、厳密な意味で一定である必要はない。
突出部8は、縁部7よりも上面3の内方に位置するとともに上方に向かって突出している。
第1溝9は、縁部7及び突出部8の間に位置している。このとき、第1溝9は、縁部7及び突出部8よりも下方に位置するように下方に向かって窪んでいる。図5に示す一例のように、第1溝9は、角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2に沿って延びていてもよい。また、図5に示すように、第1溝9は、突出部8に接続されていてもよい。
突出部8及び第1溝9は、縁部7を通過した切屑が流れる方向に位置しており、切屑の流れをコントロールするために用いることが可能である。すなわち、突出部8及び第1溝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。
本開示のインサート1においては、上面視した場合に、角3aの二等分線Mに垂直な方向における第1溝9の幅(以下、第1幅とする。)W1は、角3aの二等分線Mに垂直な方向における突出部8の幅(以下、第2幅とする。)W2よりも小さい。
第1溝9及び突出部8が上記の構成である場合には、切り込み量が小さな切削条件で生成される薄い切屑が、第1溝9を通過した後に突出部8に安定して接触し易い。それゆえ、切り込み量が小さな切削条件下において、切屑が安定してカールし易い。
また、被削材の硬度が低い場合においては、生成される切屑が、過度に大きな侵入速度では突出部8に接触しにくい。そのため、切屑が詰まりにくく、また、突出部8を乗り上げにくい。それゆえ、硬度が低い被削材の表面を加工した際であっても良好な切屑処理性が発揮される。加えて、切り込み量が大きな切削条件下で使用される切刃の強度を確保することもできる。
ここで、第1幅W1は、例えば、図5に示すように、角3aの二等分線Mに垂直な方向における第1溝9の最大の幅によって評価してもよい。同様に、第2幅W2は、例えば、角3aの二等分線Mに垂直な方向における突出部8の最大の幅によって評価してもよい。なお、図5に示す一例においては、第2幅W2が、角3aの二等分線Mに垂直な方向における焼結体部12の最大の幅と同じである。
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評価してもよい。例えば、上面3における突出部8が上方に向かって突出するとは、突出部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言える。なお、本明細書において、便宜上、インサート1の中心軸O1に沿った方向を高さ方向とする。
また、上面3の各構成の高さ位置を評価する際に、焼結体部12における下面5、又は、本体部11における他方の主面4を基準面としてもよい。また、これらの面の代わりに、中心軸O1に直交するとともに、上面3及び下面5の間に位置する仮想平面を設定して、この仮想平面を基準面としてもよい。
図5などに示す一例においては、稜部2の高さを基準として、突出部8が稜部2よりも高くに位置している。また、第1溝9が稜部2よりも低くに位置している。そのため、第1溝9から突出部8にかけての領域のうち、稜部2と同じ高さの部分が突出部8及び第1溝9の境界に相当している。
図1に示す一例における縁部7は、本体部11の主面4に平行である。このとき、縁部7は、インサート1の中心軸O1(貫通孔13の中心軸)に垂直な平坦面である。
図5に示すように、第1溝9が稜部2から離れており、第1溝9及び稜部2の間に縁部7が位置していてもよい。この場合には、切刃の強度が高い。図5に示す一例においては、稜部2における角3a、第1辺3b1及び第2辺3b2と、第1溝9との間にそれぞれ縁部7が位置している。
また、上面視した場合に、第1辺3b1に直交する線を第1仮想線L1、第2辺3b2に直交する線を第2仮想線L2とする。このとき、第1仮想線L1と第2仮想線L2との交点のうち、最も角3aに近い交点を交点Pとする。図5に示す一例においては、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L1、角3a及び第2辺3b2の境界を通り、第2辺3b2に垂直な直線を第2仮想線L2としている。
このとき、上面視において、第1溝9は、二等分線Mに対応する部分が、交点Pよりも角3aの近くに位置していてもよい。言い換えれば、二等分線Mの上に位置する第1溝9は、第1仮想線L1及び第2仮想線L2の交点Pよりも角3aの近くに位置していてもよい。すなわち、上面3のうち、第1仮想線L1及び第2仮想線L2で囲まれた領域を角領域31としたとき、第1溝9における二等分線Mの上に位置する部分は、角領域31の内に位置していてもよい。
第1溝9が上記の構成である場合には、送り量が小さい切削加工においても、切屑を第1溝9の立ち上がり部分に安定して接触させることができる。そのため、切屑を良好にカールさせることができる。なお、上記においては、第1溝9における二等分線Mの上に位置する部分が角領域31の内に位置していればよいため、必ずしも第1溝9の全体が角領域31の内に位置していなくてもよい。
上面視した場合に、突出部8の先端部は、第1仮想線L1と第2仮想線L2の交点Pよりも角3aの側に位置していてもよい。なお、ここで突出部8の先端部とは、突出部8における二等分線Mの上に位置する部分のうち、最も角部3aの近くに位置する端部を意味している。突出部8の先端部が上記の領域に位置している場合には、切り込み量が小さな切削条件下においても、第1溝9を通過した切屑を良好にカールさせることができる。
上面視した場合において、第1溝9は、縁部7から離れていてもよく、また、縁部7に接続されていてもよい。図5に示す一例における第1溝9は、縁部7に接続されている。このように、第1溝9が縁部7に接続されている場合には、第1溝9が稜部2の近くに位置するため、生成された切屑が第1溝9へと流入し易い。
また、上面視において、図5に示すように、第1溝9は、角3aに向かって突出した凸形状であってもよい。具体的には、縁部7及び第1溝9の境界は、角3aに向かって突出した凸形状であってもよい。縁部7及び第1溝9の境界が上記の構成である場合には、生成された切屑が、第1溝9に沿って第2辺3b2の側へガイドされ易い。そのため、切込み量が大きく送り量が小さい切削条件においても、良好な切屑排出性を発揮できる。
なお、縁部7及び第1溝9の境界が、角3aに向かって突出した凸形状である場合に、第1溝9における縁部7に接続された縁(以下、便宜的に「外縁」という。)とは反対側に位置する縁(以下、便宜的に「内縁」という。)も、角3aに向かって突出した凸形状であってもよい。このように、上面視において、第1溝9における内縁及び外縁の両方が角3aに向かって突出した凸形状である場合には、突出部8がより切刃の近くに位置する。そのため、突出部8による切屑のカール作用が向上する。
上面視した場合に、第1溝9の底部93は、二等分線M上に位置していてもよい。底部93が上記のように位置している場合には、生成された切屑が第1溝9の底部93に接触し易いため、切屑のカール径が小さくなり易い。これにより、送り量が小さな切削条件から送り量が大きな切削条件に渡って、良好な切屑排出性を発揮することができる。
底部93は、第1溝9における1箇所のみに存在していてもよく、また、複数の箇所に存在していてもよい。例えば、第1溝9において、底部93が線状に延びていてもよく、また、面状に延びていてもよい。
底部93は、例えば図7に示すように、第1溝9のうち最も下方に位置する部分を意味している。例えば、上面視した場合に第1溝9の底部93が二等分線M上に位置しており、第1溝9の深さが、二等分線Mから離れるにしたがって浅くなっていてもよい。さらに言い換えれば、第1溝9の深さは、二等分線M上において最も深く、両端部において最も浅くなっていてもよい。
また、上面視における二等分線Mに沿った断面において、第1溝9は、凹曲面形状であってもよい。第1溝9が上記の構成である場合には、第1溝9の底部93が広くなりにくいため、切屑のブレーカ作用が低下しにくい。それゆえ、送り量が小さな切削条件下において、生成された切屑が安定して第1溝9と接触することができ、良好な切屑排出性を発揮できる。
また、第1溝9は、第1傾斜面91及び第2傾斜面92を有していてもよい。ここで、第1傾斜面91は、稜部2から離れるにつれて下方に向かって傾斜する面である。第2傾斜面92は、第1傾斜面91よりも内方に位置するとともに第1傾斜面91から離れるにつれて上方に向かって傾斜する面である。ここで、上面視における二等分線Mに沿った断面において、第1傾斜面91の第1角度θ1は、第2傾斜面92の第2角度θ2より小さくてもよい。第1角度θ1が第2角度θ2より小さい場合には、生成された切屑が第2傾斜面92により強く当たりやすく、それゆえ、切屑のカール作用が高まる。
ここで、第1傾斜面91の第1角度θ1及び第2傾斜面92の第2角度θ2は、例えば、以下のように規定することができる。すなわち、第1傾斜面91の第1角度θ1は、例えば、図7に示すように、稜部2に垂直な断面において、インサート1の中心軸O1に垂直な基準面に対する第1傾斜面91の傾斜角度とすることができる。
なお、上述したように、縁部7がインサート1の中心軸O1に垂直な平坦面である場合には、縁部7を基準面として用いてもよい。第2傾斜面92の第2角度θ2も、同様に規定することができる。
第1角度θ1及び第2角度θ2は、いずれも、第1溝9の全長に渡って、略一定であってもよい。すなわち、稜部2に沿って、第1角度θ1及び第2角度θ2は、略一定であってもよい。ここで、略一定とは、値が完全に一致しており全く変化がないという必要はなく、いくらかの誤差を含み得るものであって実質的に一定であればよい。
第1角度θ1及び第2角度θ2が略一定である場合には、生成された切屑が安定して第1溝9へ流入し易く、切屑が突出部8に過度に強く接触するおそれが小さい。それゆえ、突出部8によって安定して切屑をカールさせる作用が高い。
例えば、第1角度θ1は、12°~30°であり、第2角度θ2は、15°~60°であってもよい。
上面視において、稜部2に垂直な方向における第1傾斜面91の寸法(幅)は、稜部2に垂直な方向における第2傾斜面92の寸法(幅)よりも大きくてもよい。相対的に傾斜角度が大きな第2傾斜面92に切屑が到達する前に、切屑の侵入速度が適度に低減されるため、安定して切屑が第2傾斜面92に接触しやすい。その結果、切屑のカール作用がより一層高まる。
図5~図10に示すように、突出部8は、第1部81及び第2部82を有していてもよい。第1部81は、第1溝9から離れるにつれて上方に向かって傾斜する部分であり、第2部82は、第1部81よりも内方に位置するとともに第1部81から離れるにつれて上方に向かって傾斜する部分である。
すなわち、突出部8は、このような2段階の立ち上がり形状を有していてもよい。そして、このとき、第2傾斜面92の第2角度θ2は、第1部81の傾斜角度である第3角度θ3及び第2部82の傾斜角度である第4角度θ4より大きくてもよい。
突出部8が上記の構成である場合には、突出部8と第1溝9とを含めると、切屑が通過する領域が3段階の立ち上がり形状となっている。そして、この3段階の立ち上がり形状のうち、最も稜部2の近くに位置する第2傾斜面92の第2角度θ2が、この第2傾斜面92よりも内方に位置する第1部81の第3角度θ3及び第2部82の第4角度θ4よりも大きくなっている。
そのため、切り込み量が小さく且つ送り量が小さい切削条件下においても、生成された切屑が、第1溝9の第2傾斜面92に良好に接触することができるため、良好な切屑のカール作用が得られる。
なお、ここで、第1部81の傾斜角度である第3角度θ3及び第2部82の傾斜角度である第4角度θ4は、上述した第1角度θ1及び第2角度θ2と同様に規定することができる。すなわち、図7に示すように、第1部81の第3角度θ3は、例えば、稜部2に垂直な断面において、より具体的には、角3aの二等分線を通る断面において、基準面に対する第1部81の傾斜角度とすることができる。第2部82の第4角度θ4も同様である。
このとき、第1部81の第3角度θ3は、第2部82の第4角度θ4より小さくてもよい。このような関係を満たす場合には、高送り加工時において切り屑を安定してカールさせることができる、そのため、高送り加工時の切屑排出性の向上が図れる。
例えば、第3角度θ3は、20°~60°であり、第4角度θ4は、40°~70°であってもよい。
図5に示すように、縁部7は、第1縁部7a、第2縁部7b及び第3縁部7cを有していてもよい。第1縁部7aは、縁部7における角3aに沿って位置する領域である。第2縁部7bは、縁部7における第1辺3b1に沿って位置する領域である。第3縁部7cは、縁部7における第2辺3b2に沿って位置する領域である。
上面視した場合に、第1縁部7aの二等分線Mに沿った方向の第1長さD1は、第2縁部7bにおける第1辺3b1に直交する方向の最大値である第2長さD2、及び、第3縁部7cにおける第2辺3b2に直交する方向の最大値である第3長さD3より小さくてもよい。
上記のように第1溝9が位置している場合には、第1溝9が第1辺3b1及び第2辺3b2においてよりも角3aにおいて稜部2に近づいて位置していることになる。それゆえ、切り込み量が大きく且つ送り量が小さな切削条件下において、生成される切屑が第1溝9内に安定して流入し易い。その結果、切り込み量が大きく且つ送り量が小さな切削条件下において、切屑のカール作用の向上が図れる。
なお、ここで、第1長さD1~第3長さD3は、例えば、以下のように規定することができる。すなわち、図5に示すように、例えば、第1長さD1は、上面視において、角3aの二等分線Mに沿う方向における稜部2から第1溝9までの長さ(すなわち、縁部7の寸法)として規定することができる。また、例えば、第2長さD2は、上面視において、第1辺3b1に垂直な方向における稜部2から第1溝9までの長さ(すなわち、縁部7の寸法)のうち最大の値として規定することができる。第3長さD3は、第2長さD2と同様に規定することができる。
なお、このとき図5に示すように、上面視において、第1溝9の外縁は、円孤形状であり、この外縁の曲率半径R1は、角3aの曲率半径R2より小さくてもよい。第1溝9の外縁及び角3aが上記の構成である場合には、上述したような、切り込み量が大きく且つ送り量が小さな切削条件下における切屑のカール作用の向上が図れる。
また、稜部2に垂直な方向における第1溝9の幅は、角3aの二等分線M上において、最大であってもよい。そして、稜部2に垂直な方向における第1溝9の幅は、角3aから離れるにつれて小さくなっていてもよい。すなわち、稜部2に垂直な方向における第1溝9の幅は、第1辺3b1の側及び第2辺3b2の側に位置する端部において、最小となっていてもよい。
第1溝9の幅が上記の構成である場合には、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、切屑が第1溝9に流入し易い。それゆえ、上述した第1溝9によるカール作用が好適に発揮される。
突出部8は、角3aに対応する領域(第1領域8a)と、第1辺3b1に対応する領域(第2領域8b)と、第2辺3b2に対応する領域(第3領域8c)とを有していてもよい。角3aに対応する第1領域8aは、角3aに対向しており、第2領域8bは、第1辺3b1に対向しており、第3領域8cは、第2辺3b2に対向している。
このとき、上面視において、第1領域8aの上縁は、角3aの二等分線Mに直交する直線であってもよい。一方、上面視において、第2領域8bの上縁は、2つの直線の組合せであってもよい。そして、この2つの直線のうち、角3aの側に位置する一方の直線は、角3aと平行、又は、角3aから離れるにつれて第1辺3b1から遠ざかるよう傾斜しており、他方の直線は、角3aから遠ざかるにつれて第1辺3b1に近づくように傾斜していてもよい。このような場合には、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関与する突出部8の領域が、切刃に近づいて位置していることになる。それゆえ、安定して切屑をカールさせることができる。
(第2実施形態)
次に、図11~図18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111(以下、単にインサート111ともいう)について説明する。なお、以下においては、第1実施形態のインサート1と相違する部分を中心として説明する。そのため、第1実施形態と同様の構成を有する部分については第1実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
インサート111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、稜部2、上面3、下面5、側面6及び貫通孔13を有している。上面3は、図13に示すように、縁部7、突出部8及び第1溝9を有している。突出部8は、第1部81及び第2部82を有し、第1溝9は、第1傾斜面91及び第2傾斜面92を有している。すなわち、第1実施形態のインサート1と同様に、突出部8及び第1溝9を含めると、上面3のうち切屑が通過する領域が3段階の立ち上がり形状となっている。
インサート111は、この3段階の立ち上がり形状の具体的な構成において、第1実施形態のインサート1と相違する。図15に示す一例においては、第2傾斜面92の第2角度θ2は、第1部81の第1角度θ3よりも小さく、且つ、第2部82の第4角度θ4よりも大きくなっている。このような構成により、送り量が小さな切削条件から送り量が大きな切削条件に渡って、良好な切屑排出性を発揮することができる。
第1実施形態においては、例えば、角3aの半分程度を用いて加工するような切り込み量が小さな切削加工において好適な切屑排出性を発揮することができる。一方、第2実施形態においては、例えば、角3aのほぼ全長を用いて加工するような切り込み量が中程度である切削加工において好適な切屑排出性を発揮することができる。
また、第1実施形態においては、例えば、浸炭除去加工において硬度の高い浸炭層部を加工した際などに生じる薄い切屑を好適に処理することができる。一方、第2実施形態においては、例えば、浸炭除去加工において硬度の低い被削材表面を加工する場合においても、良好な切屑排出性を発揮することができる。
インサート111における第1溝9の形状は、第1実施形態のインサート1と相違していてもよい。すなわち、角3aの二等分線Mに沿う方向における稜部2から第1溝9までの第1長さD1は、第1辺3b1に垂直な方向における稜部2から第1溝9までの第2長さD2及び第2辺3b2に垂直な方向における稜部2から第1溝9までの第3長さD3より大きくてもよい。
上記のように第1溝9が位置している場合には、切り込み量が大きく、且つ、送り量が小さい切削条件下において、生成される切屑をカールさせて分断させる効果が高まる。なお、第1長さD1~第3長さD3は、上述と同様に規定することができる。
さらに、インサート111においては、上面視において、第1溝9の外縁が円孤形状であり、この外縁の曲率半径R1が角3aの曲率半径R2より大きくてもよい。第1溝9の外縁及び角3aが上記の構成である場合には、上述した、切り込み量が大きく且つ送り量が小さな切削条件下における、切屑のカール作用及び分断作用を高めることができる。
また、第1実施形態のインサート1と同様に、稜部2に垂直な方向における第1溝9の幅は、角3aの二等分線M上において最大であってもよい。そして、稜部2に垂直な方向における第1溝9の幅は、角3aから離れるにつれて小さくなっていてもよい。
なお、図13に示す一例においては、稜部2に垂直な方向における第1溝9の幅の最大値と最小値の差が、第1実施形態における上記の差よりも大きくなっている。第1溝9が上記のような構成である場合には、送り量が小さな切削条件下において、切屑を安定して第2傾斜面92に接触させることができる。それゆえ、切屑を安定してカールさせる効果が高まる。
また、第1実施形態と異なり、図13に示すように上面視において、第1溝9の内縁が、角3aの二等分線Mに直交する直線であってもよい。すなわち、上面視において、第1溝9の外縁が角3aに向かって凸となっている一方で、第1溝9の内縁が角3aの二等分線Mに直交していてもよい。
第1溝9が上記のような構成である場合には、切り込み量が大きく送り量が小さな切削条件下で生成される切屑を第1溝9に安定して接触させることができる。それゆえ、良好な切屑排出性が発揮される。
またさらに、突出部8の形状が、第1実施形態のインサート1と相違していてもよい。図13に示す一例のように、突出部8の第2領域8bの上縁が、角3aから離れるにつれて対応する第1辺3b1から遠ざかるように傾斜した1つの直線であってもよい。このような場合、第1辺3b1の後方において、突出部8の上縁と稜部2までの距離を広く確保することができるため、送り量が大きな切削条件下において、切屑が詰まりにくい。
(第3実施形態)
次に、図20~図22を参照して、本開示の第3実施形態に係る切削インサート211(以下、単にインサート211ともいう)について説明する。なお、以下においては、第1実施形態のインサート1及び第2実施形態のインサート111と相違する部分を中心として説明する。そのため、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成を有する部分については第1実施形態及び第2実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
インサート211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、稜部2、上面3、下面5、側面6及び貫通孔13を有している。上面3は、図21に示すように、縁部7、突出部8及び第1溝9を有している。
また、上面視した場合に、図21に示す一例における突出部8は、第1辺3b1に沿った領域において、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第2溝14を有している。このように、突出部8が、第1辺3b1に沿った領域に位置する複数の第2溝14を有している場合には、冷却液(クーラント)を用いた切削加工時において、第2溝14にクーラントが流れるため、冷却効率が良い。特に、複数の第2溝14の少なくとも1つが稜部2に接続されている場合には、切刃として用いられる稜部2を効率よく冷却できる。
また、複数の第2溝14が第1辺3b1に対して傾斜した方向にそれぞれ延びている場合には、第2溝14によって切屑の流れる方向が制御され易い。特に、図21に示す一例のように複数の第2溝14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、複数の第2溝14が、第1辺3b1に対して傾斜した方向にそれぞれ延びている場合には、切屑がねじれた形状になり易い。そのため、切屑が詰まりにくい。特に、図21に示す一例のように、複数の第2溝14が、第1辺3b1から離れるにしたがって角3aから離れる方向に延びている場合には、切屑の排出性がより高い。
なお、図21に示す一例における突出部8は、第1辺3b1に沿った領域に位置する複数の第2溝14に対応する溝として、第2辺3b2に沿った領域にも複数の溝を有している。このように、突出部8が第1辺3b1及び第2辺3b2に沿った領域のそれぞれに複数の溝を有している場合には、第1辺3b1及び第2辺3b2のいずれを切刃として用いた場合であっても冷却効率が高い。
(第4実施形態)
次に、図23~図25を参照して、本開示の第4実施形態に係る切削インサート311(以下、単にインサート311ともいう)について説明する。なお、以下においては、第1実施形態のインサート1~第3実施形態のインサート211と相違する部分を中心として説明する。そのため、第1実施形態~第3実施形態と同様の構成を有する部分については第1実施形態~第3実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
インサート311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、稜部2、上面3、下面5、側面6及び貫通孔13を有している。上面3は、図24に示すように、縁部7、突出部8及び第1溝9を有している。また、インサート311は第3実施形態のインサート211と同様に、第2溝14を有している。
また、上面視した場合に、図24に示す一例における第1溝9は、第1辺3b1に沿った領域において、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第3溝15を有している。このように、第1溝9が、第1辺3b1に沿った領域に位置する複数の第3溝15を有している場合には、冷却液(クーラント)を用いた切削加工時において、第3溝15にクーラントが流れるため、冷却効率が良い。特に、複数の第3溝15の少なくとも1つが稜部2に接続されている場合には、切刃として用いられる稜部2を効率よく冷却できる。
また、複数の第3溝15が第1辺3b1に対して傾斜した方向にそれぞれ延びている場合には、第3溝15によって切屑の流れる方向が制御され易い。特に、図24に示す一例のように複数の第3溝15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、複数の第3溝15が、第1辺3b1に対して傾斜した方向にそれぞれ延びている場合には、切屑がねじれた形状になり易い。そのため、切屑が詰まりにくい。特に、図24に示す一例のように、複数の第3溝15が、第1辺3b1から離れるにしたがって角3aから離れる方向に延びている場合には、切屑の排出性がより高い。
なお、図24に示す一例における第1溝9は、第1辺3b1に沿った領域に位置する複数の第3溝15に対応する溝として、第2辺3b2に沿った領域にも複数の溝を有している。このように、第1溝9が第1辺3b1及び第2辺3b2に沿った領域のそれぞれに複数の溝を有している場合には、第1辺3b1及び第2辺3b2のいずれを切刃として用いた場合であっても冷却効率が高い。
以上、本開示の各実施形態に係るインサート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。
<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26に示すように、第1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、少なくとも切刃がホルダ105の第1端から突出するように、言い換えれば、切刃がホルダ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、第1端から第2端に向かって細長く延びた棒形状であってもよい。図26に示す一例におけるホルダ105の第1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における第1端の側の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、この固定ネジ109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をホルダ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27に示すように、被削材201を軸Xの周りでX1方向に回転させる。また、切削工具101をX2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28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X3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29に示すように、切削工具101をX4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27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28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29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27~図29に示す一例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・・・切削インサート(インサート)
2・・・稜部
21・・・第1切刃
22・・・第2切刃
3・・・上面
3a・・・角
3b1・・・第1辺
3b2・・・第2辺
31・・・角領域
4・・・主面
5・・・下面
6・・・側面
7・・・縁部
7a・・・第1縁部
7b・・・第2縁部
7c・・・第3縁部
8・・・突出部
8a・・・第1領域
8b・・・第2領域
8c・・・第3領域
81・・・第1部
82・・・第2部
9・・・第1溝
91・・・第1傾斜面
92・・・第2傾斜面
93・・・底部
11・・・第1部材(本体部)
12・・・第2部材(焼結体部)
13・・・貫通孔
14・・・第2溝
15・・・第3溝
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
W1・・・第1幅
W2・・・第2幅
D1・・・第1長さ
D2・・・第2長さ
D3・・・第3長さ
θ1・・・第1角度
θ2・・・第2角度
θ3・・・第3角度
θ4・・・第4角度
L1・・・第1仮想線
L2・・・第2仮想線
M・・・二等分線
P・・・交点

Claims (16)

  1. 第1部材と、
    前記第1部材に接合された第2部材と、を備え、
    前記第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、
    前記上面及び前記側面の交わりに位置する稜部と、を有しており、
    前記上面は、
    前記角、前記第1辺及び前記第2辺に沿って位置し、前記稜部から離れるにつれて上方に向かって傾斜する、又は、前記稜部との高さが同じである、縁部と、
    前記縁部よりも内方に位置するとともに、前記縁部に対して上方に向かって突出する突出部と、
    前記縁部及び前記突出部の間に位置し、且つ、前記稜部から離れている第1溝と、を有し、
    上面視した場合に、前記角の二等分線に垂直な方向における前記第1溝の第1幅は、前記二等分線に垂直な方向における前記突出部の第2幅よりも小さい、切削インサート。
  2. 上面視した場合に、
    前記第1辺に直交する線を第1仮想線、前記第2辺に直交する線を第2仮想線とし、前記第1仮想線と前記第2仮想線との交点のうち、最も前記角に近い交点を交点Pとしたとき、
    前記第1溝は、前記二等分線に対応する部分が、前記交点Pよりも前記角の近くに位置している、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 上面視した場合に、前記第1溝は、前記縁部に接続されている、請求項1又は2に記載の切削インサート。
  4. 上面視した場合に、前記第1溝は、前記角に向かって突出した凸形状である、請求項3に記載の切削インサート。
  5. 上面視した場合に、前記第1溝の底部は、前記二等分線上に位置している、請求項1~4のいずれか1つに記載の切削インサート。
  6. 上面視における前記二等分線に沿った断面において、前記第1溝は、凹曲面形状である、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1溝は、前記稜部から離れるにつれて下方に向かって傾斜する第1傾斜面と、前記第1傾斜面よりも内方に位置するとともに前記第1傾斜面から離れるにつれて上方に向かって傾斜する第2傾斜面と、を有しており、
    上面視における前記二等分線に沿った断面において、前記第1傾斜面の第1角度は、前記第2傾斜面の第2角度よりも小さい、請求項1~6のいずれか1つに記載の切削インサート。
  8. 前記突出部は、前記第1溝から離れるにつれて上方に向かって傾斜する第1部と、前記第1部よりも内方に位置するとともに前記第1部から離れるにつれて上方に向かって傾斜する第2部と、を有しており、
    前記第2角度は、前記第1部の第3角度及び前記第2部の第4角度よりも大きい、請求項7に記載の切削インサート。
  9. 前記第3角度は、前記第4角度よりも小さい、請求項8に記載の切削インサート。
  10. 前記縁部は、
    前記角に沿って位置する第1縁部と、
    前記第1辺に沿って位置する第2縁部と、
    前記第2辺に沿って位置する第3縁部と、を有し、
    上面視した場合に、前記第1縁部の前記二等分線上に沿った方向の第1長さは、前記第2縁部における前記第1辺に直交する方向の最大値である第2長さ及び前記第3縁部における前記第2辺に直交する方向の最大値である第3長さよりも小さい、請求項1~9のいずれか1つに記載の切削インサート。
  11. 上面視した場合に、前記突出部は、前記第1辺に沿った領域において、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第2溝を有している、請求項1~10のいずれか1つに記載の切削インサート。
  12. 上面視した場合に、前記複数の第2溝の少なくとも1つは、前記稜部に接続されている、請求項11に記載の切削インサート。
  13. 上面視した場合に、前記第1溝は、前記第1辺に沿った領域において、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第3溝を有している、請求項1~12のいずれか1つに記載の切削インサート。
  14. 上面視した場合に、前記複数の第3溝の少なくとも1つは、前記縁部に接続されている、請求項13に記載の切削インサート。
  15. 請求項1~14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。
  16. 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15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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