JPH10512812A - 薄片チップ用のチップブレーカを備えるカッティングインサート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ドリル又は他のファインカッティング作業により生成される薄片状のチップ（６１）を効果的に砕けやすくして破砕するチップブレーキング形状を有するカッティングインサート（１）が提供される。カッティングインサート（１）は多角形のインサートボデー（３）を含み、インサートボデー（３）は、上面（５）と、サイド逃げ面（９）と、それらの間に画定されるカッティングエッジ（１１）と、を含む。カッティングインサート（１）はさらにチップブレーカ（２３）を含み、チップブレーカ（２３）は、上面（５）上でカッティングエッジ（１１）の後方に配置される長尺状溝（２５）と、溝（２５）にわたって配置され、対向するサイドエッジ（４３）を有する複数の凹所（２７）との組合せにより形成される。溝（２５）の背壁（３４）がチップ（６１）にカール力を与え、凹所（２７）の対向するサイドエッジ（４３）がチップ（６１）と係合してチップ（６１）に波形をつけることにより、加工硬化によってチップが破砕されやすくされる。波形をつけられたチップは、溝（２５）の背壁（３４）と凹所（２７）の後壁（４２）により与えられるカール力により破砕されて小片となり、カッティング作業の周辺から容易に排除される。

Description

【発明の詳細な説明】 薄片チップ用のチップブレーカを備えるカッティングインサート 発明の背景 本発明は一般にカッティングインサートに関し、特に、薄片状のチップを効果 的に破砕してワークピース上でファインカッティング（細刻み）するチップブレ ーカーを備えるカッティングインサートに関する。 金属のワークピースを機械加工するカッティングインサートは従来技術でよく 知られている。かかるインサートの全ては、インサートボデーの壁が２つ交わっ た所に形成されるカッティングエッジを含む。かかるインサートが金属のワーク ピースに対して回転して係合するミリングヘッド又はドリルに取り付けられると 、カッティングエッジは金属をリボン状の金属チップの形態でワークピースから 除去する。 かかる金属チップは、カッティング作業の周辺から連続的に除去されなければ 、カッティング作業に差し障るおそれがある。従って多くのインサートは、カッ ティングエッジにより形成されるときに、チップを連続的にもろくして破砕する チップブレーキング形態を有するように製造される。インサートがワークピース 上で粗削りする場合には、チップブレーキングの形態は、カッティングエッジ上 の正の傾斜角のみから構成され得る。当然のことながら、このように正の傾斜角 では、粗削り作業で生成される比較的厚いチップは連続的にカールされてもろく なり、砕けて小片となる。チップがよりリボン状となるようにファイン（微細） カッティングするために、カッティングエッジの後ろにチップブレーキング溝が 設けられる。より微細なカッティング作業から形成された、より薄く延性のある チップがこのような溝に流れ込み、溝の後方壁と係合すると、カール力が働いて これらのチップをもろくして砕けさせ小片にすることにより、カッティング作業 の周辺から排除することができる。出願人は、有効なチップブレーキングのため には、かかるチップブレーキングの溝の幅を、カッティングエッジにより生成さ れるチップの厚さの約５倍にすべきことを発見した。 かかるチップブレーキング溝の設置は、ファインカッティング作業により生成 されたチップをカールさせ破砕するには有効であるが、当出願人は、かかる構造 には限界があり、非常に微細なカッティング作業で生じる非常に薄いチップを砕 けさせるのには、あまり適さないことを見出した。例えば、ワークピースにおけ る一回転当り約０．００７インチ前進するドリルの末端にこのようなカッティン グインサートが取り付けられると、インサートは０．００５インチ〜０．００９ インチの広い範囲の厚さを有する非常に薄いチップを生成する。かかるチップは 、リボン状というよりは薄片状であり、連続的に破砕して小片とするのに必要な 程度にまでカールさせたり脆くさせにくい。特定の厚さからなる薄片状のチップ に対して有効なチップブレーキングを提供することは可能である。しかし当出願 人は、かかるチップブレーキング溝の動作上の公差が非常に小さいことを見出し た。例えば、溝が０．００７インチの厚さを有するチップを破壊するように寸法 をとるときには、上記範囲の０．００５インチ付近の厚さを有するチップをチッ プブレーキング溝から有効に排除しないためにチップが集積し、これによりカッ ティングエッジに過度の圧力が生じる。かかる過度の圧力は、インサートの摩耗 を促し、インサートの破損の可能性を高めるおそれがある。さらに、上記範囲の ０．００９インチ付近の厚さを有するチップは、効果的にカールしたり脆くなっ たりしない。このように砕けないチップは長いテープ状となり、ドリルのよじれ により有効に排除されずにドリル作業に干渉することとなる。 ワークピースにおいてファインカッティング作業を有効にブレークするチップ ブレーキング形状を有するインサートが明らかに必要である。インサートにおけ るかかるチップブレーキング形状は、広い範囲にわたる薄片状のチップを効果的 に脆くして連続的に破砕するので、かかるインサートを使用するカッティングツ ールは、広い範囲にわたる機械加工状況に有効に作用する。さらに、このインサ ートで使用されるチップブレーキング形状は、広い範囲のインサート形状及びサ イズに容易に調和する。 発明の要旨 概して言えば、本発明は、広い範囲の厚さにわたるファインカッティング（細 刻み）作業の結果生成される薄片状のチップを有効に破砕するチップブレーカ形 状により、従来技術に関する前述の欠点の全てをなくす又は改良するカッティン グインサートである。本発明のカッティングインサートはインサートボデーを含 み、該インサートボデーは、上面とサイド逃げ面の交わりにより画定されるカッ ティングエッジと、チップブレーカ形状とを含み、該チップブレーカ形状は、イ ンサートの上面上でカッティングエッジに隣接して配置される長尺状の溝とこの 溝にわたって軸方向に離間配置される複数の離散した凹所との組合せを有する。 溝と個々の凹所の両者は、チップをカールさせて加工硬化するために、カッティ ングエッジに対向すると共にカッティングエッジよりも高いインサートの上面上 のポイントで終わる背壁及び後壁を含む。さらに離散した凹所の各々は、カッテ ィングエッジから溝の背壁及び凹所の後壁の方へとチップが流される時にチップ と係合して波形をつける一対の対抗するサイドエッジを有する。凹所と溝により 与えられるカールさせる力と波形をつける力との組合せが、ファインカッティン グ作業中に生成される薄片状のチップを有効に硬化させることにより、チップが 砕けやすくなり、連続的に破砕されて小さなセグメントとなり、カッティング作 業の周辺から容易に排除されることができる。 インサートボデーの上面は、エッジを強化するためにカッティングエッジと溝 の間に配置されるランド面を含むのが好ましい。溝の幅は、ワークピースから除 去されるチップの厚さの約４〜６倍であるのが好ましく、そうすることにより、 チップの多くが有効にカールされて加工硬化される。凹所の幅は、サイドエッジ の長さを長くするために溝の幅よりも長くされ、これにより、チップと凹所のサ イドエッジとの間の波形をつける係合の量が増大される。 溝の背壁の高さは、最終的にカッティングエッジと相互連結する溝の下降壁の 高さより約８０〜１２０％高い。同様に、凹所の各々の後壁の高さは、凹所の前 壁の高さより約５０〜１００％高い。このようなプロポーショニングにより、溝 の背壁及び凹所の後壁が、波形をつけられた薄いチップに十分なカール力を提供 して、有効にもろくして破砕させることが保証される。 最後に、凹所の全長は溝の全長の約５０％であるべきである。かかるプロポー ショニングにより、薄片状のチップに与えられる波形をつける力の量で、溝の背 壁及び凹所の後壁がそれぞれチップにカール力を与える時に有効なチップブレー キングが保証される程度にチップが破砕されやすくなる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を実行するカッティングインサートの斜視図である。 図２は、図１で示されるインサートをライン２−２に沿って見た断側面図であ る。 図３は、図１で示されるインサートの平面図である。 図４は、図３の点線の円で囲まれた部分の拡大図である。 図５は、図４で示されるインサートの部分をライン５−５に沿って見た断側面 図である。 図６は、図４で示されるインサートの部分をライン６−６に沿って見た断側面 図である。 図７は、図４で示されるインサートの部分をライン７−７に沿って見た断正面 図である。 図８は、本発明を実行するインサートによりワークピースに穴をあけるドリル の側面図である。 図９は、図１で示される作業中のインサートの部分斜視図であり、インサート のカッティングエッジの後ろの溝と凹所がワークピースから除去された材料のチ ップをカールさせ波形をつける様子を示している。 好適な実施の形態の詳細な説明 図１及び図２を参照すると（全ての図面を通じて同一の参照番号は同一の構成 要素を示す）、概して本発明のカッティングインサート１は、上面５及び底面７ を有する三角形ボデー３を含み、上面５及び底面７は３つの逃げ面９により相互 連結される。カッティングエッジ１１は、上面５とサイド逃げ面９の交わりにお いてインサートボデー３の回りに画定される。図２で示されるように、上面５に 直交するラインに対する側面９の逃げ角Ｒは約１０度であるのが好ましい。各サ イド逃げ面９は、図示されるように中心に位置される頂点１３において１５５° の鈍角で湾曲している。図８及び図９を参照してより詳細に述べることになるが 、サイドのカッティングエッジ１１の各々においてかかる鈍角の頂点１３を設け ることにより、ドリル作業で使用する場合にインサート１の安定化が促進される 。ネジ取付け穴１５は、ツールホルダのシートにインサート１を固定する取付け ネジ１６を受け取るためにインサート１のボデー３の中心に配置される。ネジ取 付け穴１５は、ヘッド受取部分１７及びシャンク受取部分１９を含む。 好ましい実施の形態の全てにおいて、カッティングインサート１１は、その多 くが当該技術で知られている硬質の耐摩耗性の材料から製造される。 図３及び図４を参照すると、カッティングエッジ１１を強化するためにカッテ ィングエッジ１１の真後ろにランド面２１が設けられる。このランド面２１は、 水平方向に配置される上面５に対して約１０°の角度ｒ（図２に示される）で配 置される。このように１０°の角度でランド面２１を傾斜させることにより、カ ッティングエッジに対して正の傾斜角が与えられ、これによりカッティング力が 低められ、インサート１の有用な寿命が延長される。いくつかの図面を通して示 されるインサート１の例において、全てのランド面２１は、約０．００５インチ の幅である。 各カッティングエッジ１１のランド面２１の真後ろにはチップブレーカ構造２ ３が設けられる。チップブレーカ構造２３は、カッティングエッジ１１に対向す るランド面２１に隣接する長尺状溝２５を含む。さらに、チップブレーカ構造２ ３は複数の離間された凹所２７を含み、これら凹所は図示されるようにオーバー ラップして長尺状溝２５の後ろに延出する。より詳細に後述するが、ここで手短 に述べると、凹所２７の上端は、カッティングエッジ１１により生成された薄片 状のチップに波形をつけて砕けやすくし、この波形をつけられたチップを長尺状 溝２５がカールさせ、破砕して小片とする。 図５〜図７を参照すると、カッティングエッジ１１の後方の各溝２５は、半曲 底壁３０と、底壁３０を各エッジ１１のランド面２１のエッジと相互連結する下 降壁３２を含む。背壁３４は、上面５に対してカッティングエッジ１１よりも約 １００％高いポイントでインサートボデー３の上面５と底面３０を相互連結する 。故に、底壁３０の低い大抵のポイントに対するカッティングエッジ１１の高さ をＨ１とすると、溝２５の背壁３４の最大の高さは、Ｈ１と略同じ距離Ｈ２だけ エッジ１１よりも高い。好適な実施の形態では、略平坦な上面５に対する背壁３ ４の角度Ａは約３０°である。溝２５とランド面２１を組み合わせた幅Ｗは、約 ０．０３０インチである。このように寸法をとることにより、カッティングエッ ジ１１の各々の後方のチップブレーキング溝２５が、凹所の上端により生成され た０．００５〜０．００９インチの厚さに波形をつけられたチップを有効にカー ルさせて加工硬化させることができる。 図６及び図７を参照すると、凹所２７の各々は、前述したチップブレーキング 溝３５の底壁よりも幾分深い底面３８を含む。各凹所はさらに、凹所２７が隣接 するカッティングエッジ１１に対して垂直に配置される一対の側壁３９を含む。 前壁４０は、カッティングエッジ１１後方のランド面２１を底壁３８と相互連結 する。さらに後壁４２は、カッティングエッジ１１より高いポイントでインサー トボデー３の上面５と底面３８を相互連結する。故に、底壁３８の低い大抵のポ イントに対するカッティングエッジ１０の高さをｈ１とすると、後壁４２の最大 の高さはｈ１よりもｈ２だけ高くなり、このｈ２はｈ１の約５０〜１００％であ る。溝２５の背壁３４の角度の場合と同じように、後壁４２の角度はインサート ボデー３の上面５に対して約３０°である。さらに、各凹所２７の幅は約０．０ ４５インチであり、これら凹所は約０．０３０インチ離間されるので、凹所２７ の総幅はエッジ１１の全長Ｌの約５０％である。詳細には、各凹所２７の側壁３ ９ａ、ｂの対向するエッジ４３ａ、ｂの間の長さ１は、同様に約０．０４５イン チである。 図８及び図９を参照すると、本発明のインサート１は、スパイラル溝４７ａ、 ｂを有する螺旋形ボデー４６を有するドリル４５での使用に特に適している。好 ましくは、ドリル４５の遠位端部分４９は一対の対向するオフセットインサート シート５１ａ、ｂを含み、これらは取付けネジ１６によりインサート１を受け取 り、固定して取り付ける。クーラント開口部５３（そのうちの１つだけが示され ている）は、ドリルの動作中に液体のクーラントを始終スプレーして、インサー ト１とワークピース５５との間の境界面の温度を低めると共に、生成された金属 チップを排除する。 ドリル４５が回転され、金属のワークピース５５に対して強力に係合されると 、一回転あたり約０．００７インチの材料を除去することにより、０．００５〜 ０．００９インチの間の厚さを有する薄片状のチップが生成される。かかるドリ ル作業中に、カッティングエッジ１１の各々の中央に配置される鈍角の頂点１３ は、カッティングエッジ１１の後方サイド部分が金属のワークピース５５に切り 込む前に切り込むカッティングエッジ１１の前端部分を画定することにより、カ ッティングエッジの安定化を促進する。カッティングエッジ１１に鈍角の頂点１ ３が存在しなければ、カッティングエッジ全体が同時にワークピース５５と係合 するので、ドリルががたついて振動することにより、最終的にカッティングエッ ジ１１がチップして損傷を与えられるおそれがある。 カッティングエッジ１１がワークピース５５の図示されるボア５７の底面５９ を切削すると、前述した厚さからなる薄片状のチップが生成される。これらのチ ップは、凹所２７のサイドエッジ４３ａ、ｂと強力に係合することにより、チッ プ６１に波形がつけられる。このような波形６３の生成により、チップ６１が加 工硬化されて砕けやすくなる。チップ６１が溝２５の背壁３４と凹所２７の後壁 ４２と係合すると、カール力がチップ６１に与えらえてチップがさらに脆くなり 、チップ６１を破砕して十分に小さい小片とすることにより、開口部５３を介し てチップに与えられる加圧されたクーラントが、ドリルボデー４６によりチップ ６１に与えられる遠心力と組み合わさって、ドリル４５のスパイラル溝４７ａ、 ｂから外へとドリル作業の周辺から離れるようにチップ６１を連続的に排除する 。 好適な実施の形態を特定的に参照して本発明を説明したが、本発明の種々の変 更、追加及び変形が当業者には明らかになるであろう。かかる変更、変形及び追 加の全ては、添付の請求の範囲によってのみ限定される本特許発明の範囲内に含 まれるものと意図される。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 により与えられるカール力により破砕されて小片とな り、カッティング作業の周辺から容易に排除される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ワークピース５５から材料のチップ６１を除去することによりワークピース ５５をカッティングするカティングインサート１であって、 上面５と、底面７と、サイド逃げ面９と、前記上面５及びサイド逃げ面９の交 わりにより画定されるカッティングエッジ１１とを含むインサートボデー３を含 み、 前記カッティングエッジ１１により形成される所定の厚さを有するチップ６１ を破砕するためのチップブレーキング手段２３を含み、該チップブレーキング手 段２３が前記上面５で前記カッティングエッジ１１に隣接して配置される長尺状 の溝２５を含み、前記溝２５が前記チップ６１をカールさせて加工硬化するため の背壁３４を有し、該背壁３４が、前記エッジ１１に対向すると共に前記エッジ よりも高い前記上面上のポイントで終わり、前記チップブレーキング手段２３が さらに、前記溝２５において軸方向に離間される複数の離散した凹所２７を含み 、該凹所２７が、前記チップ６１と係合して波形をつけてチップブレーキングを 簡便化する手段を含み、該チップブレーキングを簡便化する手段が、略線形の対 向するサイドエッジを含み、該サイドエッジが、前記カッティングエッジに対し て垂直方向に配列されてチップと係合して波形をつけ、該サイドエッジが前記溝 の前記背壁を横切り、ここで、前記凹所の幅が前記溝の幅よりも大きいことによ り、前記チップと前記凹所の前記サイドエッジとの間で波形をつける係合の量が 増大される、 ことを特徴とするカッティングインサート。 ２．前記インサートボデー３がさらに、前記カッティングエッジ１１を強化する ために前記カッティングエッジ１１と前記溝２５の間に配置されるランド面２１ を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のカッティングインサート。 ３．前記溝２５がさらに、底壁３０と、前記溝２５の前記底壁３０と前記ランド 面２１を相互連結して傾斜面を画定する下降壁３２と、を含むことを特徴する請 求項２に記載のカッティングインサート。 ４．前記溝２５が、前記カッティングエッジ１１により前記ワークピース５５か ら除去されたチップ６１の厚さの約４〜６倍の厚さの幅を有する、ことを特徴と する請求項１に記載のカッティングインサート。 ５．前記溝２５における前記凹所２７の長さを合わせたものが、前記溝２５の全 長の半分を越える、ことを特徴とする請求項１に記載のカッティングインサート 。 ６．前記インサートボデー３が多角形である、ことを特徴とする請求項１に記載 のカッティングインサート。 ７．前記インサートボデー３が三角形であり、各逃げ面９に沿う前記カッティン グエッジ１１が、ドリル作業中に前記インサート１を安定化するためにその中央 部分に鈍角の頂点１３を含む、ことを特徴とする請求項７に記載のカッティング インサート。 ８．前記凹所２７の各々が、チップブレーキング溝２５の底壁３０よりも深い底 壁３８と、カッティングエッジ１１から前記溝２５の前記背壁３４よりも遠くに 延在すると共に、前記エッジ４３よりも高い前記上面５上のポイントで終わる後 壁４２と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のカッティングインサート。 ９．ワークピース５５から材料のチップ６１を除去することによりワークピース ５５をカッティングするカッティングインサート１であって、 多角形のインサートボデー３を含み、該インサートボデー３が、上面５と、サ イド逃げ面９と、上面５とサイド逃げ面９の交わりにより画定されるカッティン グエッジ９と、前記カッティングエッジ１１の後ろに配置されて傾斜面を画定す るランド面２１と、を含み、 前記上面５において前記ランド面２１の後方に配置される長尺状の溝２５を含 み、該溝２５が、底壁３０と、前記ランド面２１を前記底壁３０と相互連結する 下降壁３２と、前記底壁３０と相互連結して前記カッティングエッジ１１により 生成されたチップ６１をカールさせる背壁３４と、を含み、前記背壁３４が前記 エッジ１１よりも高い前記上面５上のポイントで終わり、前記溝２５がさらに、 前記溝２５において軸方向に離間された複数の離散した凹所２７を含み、該凹所 ２７が、前記エッジ１１に対して略垂直方向に方向付けられた略線形のサイドエ ッジ手段４３を含み、該サイドエッジ手段４３が、前記チップ６１と係合して波 形をつけてチップ６１を容易に破砕し、該サイドエッジ手段４３が前記溝の前記 背壁を横切り、 ここで、前記凹所の幅が前記溝の幅よりも大きいことにより、前記チップと前 記凹所の前記サイドエッジ手段との間の波形をつける係合の量が増大される、 ことを特徴とするカッティングインサート。 １０．前記溝２５の背壁３４の高さが、下降壁３２の高さよりも約８０〜１２０ ％高い、ことを特徴とする請求項９に記載のカッティングインサート。 １１．前記溝２５の幅が、前記カッティングエッジ１１により前記ワークピース ５５から除去されるチップ６１の厚さの約４〜６倍である、ことを特徴とする請 求項１０に記載のカッティングインサート。 １２．前記サイドエッジ４３の長さを長くし、これにより前記チップ６１と前記 凹所２７の前記サイドエッジ４３との間の波形をつける係合の量を増大するよう に、凹所２７の幅が溝２５の幅の約２倍である、ことを特徴とする請求項１１に 記載のカッティングインサート。 １３．前記凹所２７の各々が、底壁３８と、前記ランド面２１を凹所の底壁３０ と相互連結する前壁４０と、該前壁４０の高さよりも約５０〜１００％高い高さ を有する後壁４２と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載のカッティング インサート。 １４．ワークピースから材料のチップを除去することによりワークピースをカッ ティングするカッティングインサートであって、 インサートを含み、該インサートが、上面と、底面と、サイド逃げ面と、該上 面と該サイド逃げ面の交わりにより画定されるカッティングエッジと、を有し、 前記カッティングエッジにより形成された所定の厚さを有するチップを破砕す るチップブレーキング手段を含み、該チップブレーキング手段が、前記上面上で 前記カッティングエッジに隣接して配置される長尺状溝を含み、該溝が前記チッ プをカールさせて加工硬化する背壁を有し、該背壁が、前記エッジに対向すると 共に前記エッジよりも高い前記上面上のポイントで終わり、前記チップブレーキ ング手段がさらに、前記溝において軸方向に離間される複数の離散した凹所を含 み、該凹所が前記チップと係合して波形をつけてチップブレーキングを簡便化す る手段を含み、該チップブレーキングを簡便化する手段が、前記カッティングエ ッジに対して垂直方向に配列される、略線形の対向するサイドエッジを含み、こ こで、前記凹所の幅が前記溝の幅よりも大きいことにより、前記チップと前記凹 所の前記サイドエッジとの間の波形をつける係合の量が増大される、 ことを特徴とするカッティングインサート。