JP7463794B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

本発明は、すくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたインサート本体内にクーラント孔が形成されたクーラント孔付き切削インサートに関するものである。

近年の切削装置の高性能化はめざましく、その一方で切削加工に対する省力化、省エネルギー化、さらに低コスト化の要求は強くなってきており、これに伴って高速での切削加工が行われる傾向にある。また、構造物の軽量化や薄肉化のために構造材材質の高強度化を図るために構造材材質が難削化しており、切削インサートによる切削の場合には、切刃の加工点の温度が高温化することになる。従って、従来のような外部からのクーラントの供給では効率的に切刃を冷却することができなくなり、十分な工具寿命が得られないという問題があった。

そこで、例えば特許文献１には、第１の上面と、第１の下面と、前記第１の上面と前記第１の下面とを接続する第１の側面と、を備えるベースインサートと、第２の上面と、第２の下面と、前記第２の上面と前記第２の下面とを接続する第２の側面と、を備える切削チップとを備えるクーラント孔付き切削インサートが記載されている。

この特許文献１に記載されたクーラント孔付き切削インサートでは、第１の側面は、第２の側面と対向する第１の装着面と、第１の上面、第１の下面および第１の装着面と接続する第１の周側面とを備え、第２の側面は、第１の装着面と対向する第２の装着面と、第２の上面、第２の下面および第２の装着面と接続し、少なくとも第２の上面と接続する稜線に第１の切れ刃が形成される第２の周側面とを備えている。

そして、特許文献１に記載されたクーラント孔付き切削インサートにおいては、第１の装着面は、第２の装着面と固着する第１の固着面と、第２の装着面と離間して対向する第１の流路面とを備え、第１の流路面と、第２の装着面のうち、第１の流路面に対向する第２の流路面とによって、第２の上面および第２の下面に連通し、切削チップを冷却するクーラントが流通するための流路（クーラント孔）を構成している。

また、特許文献２にも、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面と逃げ面との稜線により構成される切れ刃とを備える切削インサートであって、切削インサートは、第１面と、第１面に連なる第２面とを有し、切削インサートは、角にノーズ部を有し、ノーズ部に位置する第１面は、すくい面を構成し、第２面は、ノーズ部に位置して逃げ面を構成する第１部分と、第１部分に連なる第２部分とを含み、切削インサートの内部には、クーラント溜まりと、クーラント流路（クーラント孔）とが設けられたクーラント孔付き切削インサートが記載されている。

そして、この特許文献２に記載されたクーラント孔付き切削インサートにおいて、クーラント流路は、クーラント溜まりに接続する第１端と、第２部分に接続する第２端とを有し、第１端は、第２端よりもノーズ部から離れた位置にあり、かつ第２端よりも第１面から離れた位置にあり、第１面に平行な断面におけるクーラント溜まりの断面積は、第１面に平行な断面におけるクーラント流路の断面積よりも大きく、クーラント溜まりの内壁面のうち、第２面に対向する部分は、第２面と平行とされている。

特開２０１９－０７７００２号公報 特開２０１９－０１８２９４号公報

このような特許文献１、２に記載されたクーラント孔付き切削インサートでは、インサート本体内にクーラント孔が形成されているので、インサート本体の外部からクーラントを供給するのに比べては、インサート本体を内部から冷却する効果を多少は望むことができる。

しかしながら、これ特許文献１、２に記載されたクーラント孔付き切削インサートにおいては、クーラント孔が、四角形板状のインサート本体の表裏の四角形面の同じ側の角部の内側同士を結ぶように、または裏面の角部の内側と表面側の角部に隣接する側面とを結ぶように、直線を折り曲げた折れ線状や直線状に延びているので、クーラント孔の長さが限定されてしまう。

このため、特許文献１、２に記載されたクーラント孔付き切削インサートでは、インサート本体の全体を効率的に冷却することは困難であり、切り込み量が大きくなった場合には、角部に形成されたコーナ刃から離れた部分の切刃において損傷が生じるおそれがあって、依然として十分な工具寿命を得ることが困難となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、高速での切削加工が要求される場合や、構造材材質の高強度化に伴って難削化した場合でも、インサート本体の全体を効率的に冷却することにより長寿命化を図ることが可能なクーラント孔付き切削インサートを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、すくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたインサート本体内にクーラント孔が形成されたクーラント孔付き切削インサートであって、上記クーラント孔の両端部は、上記インサート本体の表面の互いに異なる位置に開口しており、上記クーラント孔は、上記インサート本体内で湾曲するように曲線状に延びていることを特徴とする。

このように構成されたクーラント孔付き切削インサートにおいては、クーラント孔がインサート本体内で湾曲するように曲線状に延びているので、特許文献１、２に記載されたクーラント孔付き切削インサートのようにクーラント孔が直線状や直線を折り曲げた折れ線状に延びているのに比べ、クーラント孔の長さを長くすることができる。

このため、クーラント孔を、切刃のうちのコーナ刃の近傍だけでなく、コーナ刃から離れた部分にも延長することができ、インサート本体の全体を効率的に冷却して、切り込み量が大きくなった場合でも切削熱による損傷を防ぐことにより、インサート寿命の長寿命化を図ることが可能となる。

ここで、クーラント孔の一方の端部が、上記すくい面に開口している場合には、このすくい面への開口部の近傍において上記クーラント孔は、上記すくい面に対して第１の傾斜角で交差する方向に延びる第１の部分と、この第１の部分に曲折して接続され、上記すくい面に対して上記第１の傾斜角よりも小さい第２の傾斜角で交差する方向に延びる第２の部分とを有していることが望ましい。

これにより、クーラント孔の開口部の近傍の第１の部分では、すくい面に垂直な方向のインサート本体の肉厚を大きく確保することができて強度を向上させることができ、例えば特許文献１に記載されたクーラント孔付き切削インサートのように表裏のすくい面の同じ角部にクーラント孔の開口部が形成されて連通しているとともに、固着面と装着面がすくい面に垂直な方向に延びている場合のように、切削負荷によってこの角部に欠損が生じたり、固着面と装着面が剥離したりするなどの損傷を防ぐことができる。

また、例えば特許文献１に記載されたクーラント孔付き切削インサートのように、上記インサート本体が四角形板状に形成されていて、このインサート本体の２つの四角形面が第１の上記すくい面および第２の上記すくい面とされるとともに、これらのすくい面の周囲に配置される側面が上記逃げ面とされ、上記インサート本体の第１の角部と、この第１の角部とは反対側の第２の角部とには、上記第１のすくい面と第２のすくい面とに、それぞれ上記切刃のうちのコーナ刃が形成されている場合には、上記インサート本体に２つの上記クーラント孔を有し、第１の上記クーラント孔は、上記第１のすくい面における上記第１の角部の内側と、上記第２のすくい面における上記第２の角部の内側に開口し、第２の上記クーラント孔は、上記第１のすくい面における上記第２の角部の内側と、上記第２のすくい面における上記第１の角部の内側に開口していることが望ましい。

これにより、これら２つのクーラント孔は、上記第１、第２のすくい面の第１、第２の２つの角部の対角線方向の間と、インサート本体の２つの四角形面の第１、第２のすくい面の間とに渡って延長されることになるので、一層確実にインサート本体の全体を冷却することが可能となる。

さらに、この場合において、上記インサート本体には、該インサート本体を貫通して上記２つのすくい面の中央部に開口する取付孔が形成されているときには、上記２つのクーラント孔を、上記取付孔の外周側において、この取付孔の中心線であるインサート中心線回りに互いに反対側を１／２周してそれぞれ延びるように形成することにより、２つのクーラント孔を互いにも、また取付孔とも干渉させることなく、切刃が形成されるすくい面と逃げ面との交差稜線部に近づけることができ、さらに効率的なインサート本体の冷却を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、クーラント孔の長さを長くすることができるので、クーラント孔を、切刃のうちのコーナ刃の近傍だけでなく、コーナ刃から離れた部分にも延長することができ、インサート本体の全体を効率的に冷却することが可能となる。このため、切り込み量が大きくなった場合でもインサート本体の損傷を防ぐことができ、インサート寿命の長寿命化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態の外観を示す斜視図である。 図１に示す実施形態のクーラント孔を透視した斜視図である。 図１に示す実施形態のクーラント孔を透視した四角形面に対向する方向から見た平面図である。 図３における矢線Ｘ方向視のクーラント孔を透視した正面図である。 図３における矢線Ｙ方向視のクーラント孔を透視した側面図である。

図１～図５は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態におけるインサート本体１は、超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料により、接合などはされずに一体に四角形の板状に形成されており、特に菱形の板状に形成されている。なお、このインサート本体１は、このような硬質材料を基体として、その表面にＰＶＤやＣＶＤによる硬質皮膜が被覆されていてもよい。

本実施形態では、インサート本体１の２つの菱形面がすくい面２Ａ、２Ｂとされるとともに、これらのすくい面２Ａ、２Ｂの周囲に配置される側面が逃げ面３とされ、これらすくい面２Ａ、２Ｂと逃げ面３との交差稜線部に切刃４が形成されている。また、２つのすくい面２Ａ、２Ｂの中央部には、インサート本体１を貫通する断面円形の取付孔５が開口しており、インサート本体１は、この取付孔５の中心線であるインサート中心線Ｌの回りに１８０°回転対称形状とされるとともに、２つのすくい面２Ａ、２Ｂに関して表裏反転対称形状とされている。

また、すくい面２Ａ、２Ｂはインサート中心線Ｌに垂直な平坦面とされるとともに、逃げ面３はインサート中心線Ｌに平行、すなわちすくい面２Ａ、２Ｂに垂直な平面に形成されている。これにより、本実施形態のクーラント孔付き切削インサートは、ネガティブタイプのクーラント孔付き切削インサートとされる。

切刃４には、インサート本体１がなす菱形板の鋭角の角部Ｃ１、Ｃ２に、インサート中心線Ｌ方向にすくい面２Ａ、２Ｂに対向する方向から見て図３に示すように凸円弧等の凸曲線状をなすコーナ刃４ａが形成されている。また、このコーナ刃４ａの両端部からすくい面２Ａ、２Ｂがなす菱形の鈍角角部に延びる直線状の辺稜部は、主切刃４ｂとされている。

そして、このインサート本体１の内部にはクーラント孔６Ａ、６Ｂが形成されており、このクーラント孔６Ａ、６Ｂは、その両端部がインサート本体１の表面の互いに異なる位置に開口しているとともに、インサート本体１内で湾曲するように曲線状に延びている。本実施形態では、インサート本体１に２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂが形成されており、これら２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂは、第１のクーラント孔６Ａが、第１のすくい面２Ａにおける第１の角部Ｃ１の内側と、第２のすくい面２Ｂにおける第２の角部Ｃ２の内側に開口し、第２のクーラント孔６Ｂは、第１のすくい面２Ａにおける第２の角部Ｃ２の内側と、第２のすくい面２Ｂにおける第１の角部Ｃ１の内側に開口するようにそれぞれ延びている。

すなわち、これら２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂは、表裏のすくい面２Ａ、２Ｂにおいて互い違いの鋭角の角部Ｃ１、Ｃ２に開口するように、１つのすくい面２Ａ、２Ｂから他の１つのすくい面２Ｂ、２Ａに向けて図５に示すようにすくい面２Ａ、２Ｂに対して傾斜して、インサート本体１をインサート中心線Ｌ方向に貫通して延びるように形成される。なお、クーラント孔６Ａ、６Ｂは、本実施形態では断面円形に形成されている。

また、インサート本体１に、該インサート本体１を貫通して２つのすくい面２Ａ、２Ｂの中央部に開口する取付孔５が形成された本実施形態では、これら２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂは、取付孔５の外周側を、図３に示すようにインサート中心線Ｌ回りに互いに反対側を１／２周するように半長円状または半楕円状にそれぞれ延びている。

さらに、これらのクーラント孔６Ａ、６Ｂは、すくい面２Ａ、２Ｂへの開口部６ａ近傍の第１の部分６ｂにおいては、図３に示すようにすくい面２Ａ、２Ｂにおける鋭角の角部Ｃ１、Ｃ２を結ぶ対角線に沿って、図５に示すようにすくい面２Ａ、２Ｂ側に向かうに従いコーナ刃４ａ側に向けて、すくい面２Ａ、２Ｂに対して第１の傾斜角αで直線状に延びてすくい面２Ａ、２Ｂに開口している。従って、クーラント孔６Ａ、６Ｂの開口部６ａはすくい面２Ａ、２Ｂに楕円状に開口する。

また、上記第１の部分６ｂの間におけるクーラント孔６Ａ、６Ｂの取付孔５の外周側を１／２周する第２の部分６ｃは、第１の部分６ｂに曲折して接続され、やはり図５に示すようにすくい面２Ａ、２Ｂ側に向かうに従いコーナ刃４ａ側に向けて、すくい面２Ａ、２Ｂに対して第２の傾斜角βで延びている。そして、この第２の傾斜角βは、上記第１の傾斜角αよりも小さくされている。

なお、このようにインサート本体１内を湾曲して曲線状に延びるクーラント孔６Ａ、６Ｂは、上述のような材質よりなるインサート本体１の基材を３Ｄプリンターによる積層加工によって成形し、この基材を焼結することによって製造することができる。また、上述のような硬質皮膜を被覆するには、こうして製造されたインサート本体１の表面に、ＰＶＤやＣＶＤによって硬質皮膜を被覆すればよい。

このように製造されたクーラント孔付き切削インサートは、刃先交換式バイト等の刃先交換式切削工具の工具本体に形成されたインサート取付座に、すくい面２Ａ、２Ｂの一方を着座面として上記インサート取付座の底面に密着させ、上記取付孔５に挿入されたクランプネジやクランプ駒、レバー等によって着脱可能に取り付けられる。

このとき、着座面とされるすくい面２Ａ、２Ｂの一方とは反対側のすくい面２Ａ、２Ｂの他方においては、切刃４のうちのコーナ刃４ａと、このコーナ刃４ａの一端に連なる主切刃４ｂとが工具本体の先端側と送り方向側とに突出させられ、切削加工に使用される。また、インサート取付座の底面の工具本体後端側には、着座面とされたすくい面２Ａ、２Ｂの一方における工具本体後端側のクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方の開口部６ａに連通するクーラント供給孔が形成されており、切削加工中はこのクーラント供給孔から工具本体後端側のクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方に切削油剤や圧縮空気等のクーラントが供給される。

こうしてクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方に供給されたクーラントは、このクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方を流れるうちにインサート本体１を冷却し、切削加工に使用されるコーナ刃４ａの内側のクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方の開口部６ａからすくい面２Ａ、２Ｂの他方に噴出させられる。このとき、取付孔５の外周側を１／２周するクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方が、送り方向側を向く主切刃４ｂと取付孔５との間を通るようにすることが望ましい。

また、この切削加工に使用されるコーナ刃４ａの内側のクーラント孔６Ａ、６Ｂの一方の開口部６ａからすくい面２Ａ、２Ｂに噴出されたクーラントは、このコーナ刃４ａと主切刃４ｂとを含む切刃４を冷却、潤滑するとともに、この切刃４によって被削材から生成された切屑を除去することにもなる。

このように、上記構成のクーラント孔付き切削インサートにおいては、クーラント孔６Ａ、６Ｂがインサート本体１の内部で湾曲するように曲線状に延びているので、特許文献１、２に記載されたクーラント孔付き切削インサートのようにクーラント孔が直線状や直線を折り曲げた折れ線状に延びているのに比べて、クーラント孔６Ａ、６Ｂの長さを長くすることが可能となる。

このため、クーラント孔６Ａ、６Ｂを切刃４のうちのコーナ刃４ａの近傍だけでなく、コーナ刃４ａから離れた部分の主切刃４ｂの内方にも延長することができ、インサート本体１の全体を効率的に冷却することができる。従って、切り込み量が大きくなった場合に主切刃４ｂのコーナ刃４ａから離れた部分が使用されるときでも、切削熱による切刃４やインサート本体１の損傷を防ぐことができるので、インサート寿命の長寿命化を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、クーラント孔６Ａ、６Ｂは、すくい面２Ａ、２Ｂへの開口部６ａの近傍の第１の部分６ｂにおいてすくい面２Ａ、２Ｂに対する第１の傾斜角αが、第１の部分６ｂの間の第２の部分６ｃがすくい面２Ａ、２Ｂに対してなす第２の傾斜角βよりも大きくされることになるので、特にインサート本体１が一体形成された本実施形態では、表裏のすくい面２Ａ、２Ｂにおけるクーラント孔６Ａ、６Ｂの開口部６ａの間の肉厚を大きくして強度を確保することができる。

このため、例えば特許文献１に記載されたクーラント孔付き切削インサートのように、表裏のすくい面の同じ角部にクーラント孔の開口部が形成されて連通しているとともに、固着面と装着面がすくい面に垂直な方向に延びている場合と比べ、切削負荷によってこの角部に欠損が生じたり、固着面と装着面が剥離したりするなどの損傷を防ぐことが可能となる。

さらに、本実施形態では、インサート本体１が四角形板状に形成されており、２つの四角形面がすくい面２Ａ、２Ｂとされるとともに、これらのすくい面２Ａ、２Ｂの周囲に配置される側面が逃げ面３とされ、すくい面２Ａ、２Ｂの対角線上に位置するインサート本体１の２つの角部Ｃ１、Ｃ２には、切刃４のうちのコーナ刃４ａが形成されている。

そして、これに対して、本実施形態では、２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂが、第１のクーラント孔６Ａは、第１のすくい面２Ａにおける第１の角部Ｃ１の内側と、第２のすくい面２Ｂにおける第２の角部Ｃ２の内側に開口し、第２のクーラント孔６Ｂは、第１のすくい面２Ａにおける第２の角部Ｃ２の内側と、第２のすくい面２Ｂにおける第１の角部Ｃ１の内側に開口するようにそれぞれ延びている。

このため、これら２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂは、すくい面２Ａ、２Ｂの２つの鋭角の角部Ｃ１、Ｃ２の対角線方向の間の略全域と、インサート中心線Ｌ方向におけるインサート本体１の２つのすくい面２Ａ、２Ｂの間との全体とに渡って延長されることになるので、一層確実にインサート本体１の全体を冷却することが可能となる。

さらにまた、本実施形態では、このように２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂが、第１のクーラント孔６Ａは、第１のすくい面２Ａにおける第１の角部Ｃ１の内側と、第２のすくい面２Ｂにおける第２の角部Ｃ２の内側に開口し、第２のクーラント孔６Ｂは、第１のすくい面２Ａにおける第２の角部Ｃ２の内側と、第２のすくい面２Ｂにおける第１の角部Ｃ１の内側に開口するようにそれぞれ延びている場合において、インサート本体１には、インサート本体１をインサート中心線Ｌ方向に貫通して２つのすくい面２Ａ、２Ｂの中央部に開口する取付孔５が形成されている。

そして、このような場合に、本実施形態においては２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂが、取付孔５の外周側を、インサート中心線Ｌ回りに互いに反対側に１／２周してそれぞれ延びるように形成されている。このため、これら２つのクーラント孔６Ａ、６Ｂを互いにも干渉させることなく、また取付孔５とも干渉させることなく、切刃４が形成されるすくい面２Ａ、２Ｂと逃げ面３との交差稜線部に近づけることができるので、さらに効率的なインサート本体１の冷却を図ることができる。

特に、この場合には、上述のようにこうして取付孔５の外周側を１／２周するクーラント孔６Ａ、６Ｂを、送り方向側を向く主切刃４ｂと取付孔５との間を通るようにすることにより、切削加工によって高温となるインサート本体１の送り方向側の主切刃４ｂを効率的に冷却することが可能となるので、インサート本体１や切刃４の損傷をさらに確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、すくい面２Ａ、２Ｂにクーラント孔６Ａ、６Ｂが開口しているが、逃げ面３とされる側面の例えば切刃４側に、コーナ刃４ａや主切刃４ｂに向けて開口するように形成してもよい。また、本実施形態では、本発明をネガティブタイプのクーラント孔付き切削インサートに適用した場合について説明したが、逃げ面３とされる側面が切刃４から離れるに従いインサート本体１の内方に向かうように傾斜するポジティブタイプのクーラント孔付き切削インサートに本発明を適用することも可能である。

さらに、本実施形態では、本発明を四角形板状（菱形板状）のインサート本体１を有するクーラント孔付き切削インサートに適用した場合について説明したが、他の多角形板状や円板状等のインサート本体１を有するクーラント孔付き切削インサートに本発明を適用することも可能であるし、インサート本体１は板状でなくても構わない。また、クーラント孔は１つであってもよく、２つ以上のクーラント孔が形成されていてもよい。

１ インサート本体
２Ａ、２Ｂ すくい面
３ 逃げ面
４ 切刃
４ａ コーナ刃
４ｂ 主切刃
５ 取付孔
６Ａ、６Ｂ クーラント孔
６ａ クーラント孔６Ａ、６Ｂのすくい面２Ａ、２Ｂへの開口部
６ｂ クーラント孔６Ａ、６Ｂの第１の部分
６ｃ クーラント孔６Ａ、６Ｂの第２の部分
Ｌ インサート中心線
α クーラント孔６Ａ、６Ｂの第１の部分がすくい面２Ａ、２Ｂに対してなす第１の傾斜角
β クーラント孔６Ａ、６Ｂの第２の部分がすくい面２Ａ、２Ｂに対してなす第２の傾斜角
Ｃ１、Ｃ２ インサート本体１の角部

Claims (3)

1. すくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたインサート本体内にクーラント孔が形成されたクーラント孔付き切削インサートであって、
   上記クーラント孔の両端部は、上記インサート本体の表面の互いに異なる位置に開口しており、
   上記クーラント孔は、上記インサート本体内で湾曲するように曲線状に延びており、
   上記クーラント孔の一方の端部は、上記すくい面に開口しており、
   このすくい面への開口部の近傍において上記クーラント孔は、上記すくい面に対して第１の傾斜角で交差する方向に延びる第１の部分と、
   この第１の部分に曲折して接続され、上記すくい面に対して上記第１の傾斜角よりも小さい第２の傾斜角で交差する方向に延びる第２の部分とを有している
   ことを特徴とするクーラント孔付き切削インサート。
2. 上記インサート本体は四角形板状に形成されていて、このインサート本体の２つの四角形面が第１の上記すくい面および第２の上記すくい面とされるとともに、これらのすくい面の周囲に配置される側面が上記逃げ面とされ、
   上記インサート本体の第１の角部と、この第１の角部とは反対側の第２の角部とには、上記第１のすくい面と第２のすくい面とに、それぞれ上記切刃のうちのコーナ刃が形成されており、
   上記インサート本体は２つの上記クーラント孔を有し、
   第１の上記クーラント孔は、上記第１のすくい面における上記第１の角部の内側と、上記第２のすくい面における上記第２の角部の内側に開口し、
   第２の上記クーラント孔は、上記第１のすくい面における上記第２の角部の内側と、上記第２のすくい面における上記第１の角部の内側に開口していることを特徴とする請求項１に記載のクーラント孔付き切削インサート。
3. 上記インサート本体には、該インサート本体を貫通して上記すくい面の中央部に開口する取付孔が形成されており、
   上記２つのクーラント孔は、上記取付孔の外周側を、この取付孔の中心線であるインサート中心線回りに互いに反対側を１／２周するようにそれぞれ延びていることを特徴とする請求項２に記載のクーラント孔付き切削インサート。

Images