JPS5850801B2 - Cutting tools for continuous metal machining and their manufacturing method - Google Patents

Cutting tools for continuous metal machining and their manufacturing method

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Publication number
JPS5850801B2
JPS5850801B2 JP9950274A JP9950274A JPS5850801B2 JP S5850801 B2 JPS5850801 B2 JP S5850801B2 JP 9950274 A JP9950274 A JP 9950274A JP 9950274 A JP9950274 A JP 9950274A JP S5850801 B2 JPS5850801 B2 JP S5850801B2
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JP
Japan
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tool
angle
cutting
workpiece
cutting tool
Prior art date
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Application number
JP9950274A
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Japanese (ja)
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JPS5128273A (en
Inventor
エル マンデ− ウイリアム
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OFUARON INBESUTOMENTO CO
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OFUARON INBESUTOMENTO CO
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Publication date
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Publication of JPS5850801B2 publication Critical patent/JPS5850801B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、旋盤、平削り盤、形削り盤またはこれらに類
するものに使用される型式の金属の連続加工用切削工具
および特別の加工作業用切削工具の正しい形状寸法を定
める方法、さらに、そのように定められた形状寸法を有
する切削工具に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is directed to the correct geometry of cutting tools for continuous machining of metals and for special machining operations of the type used in lathes, planers, shapers or the like. The invention also relates to a cutting tool having the geometry so defined.

これまで、切削工具の形状寸法を定めるに当り主として
考慮したことは、その形状寸法をいかにすべきかという
方向でその工具を見ることであった。
Up until now, the main consideration in determining the shape and dimensions of a cutting tool has been to look at the tool from the perspective of how the shape and dimensions should be.

たとえば、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタ
ルまたはこれに類するものの如きカーバイドで作られた
従来の工具は、殆んどすべての材料を加工できるように
、負のレーキ角と非常に小さな逃げ角とを有していた。
For example, conventional tools made of carbides, such as tungsten carbide, titanium carbide, tantalum carbide, or the like, have negative rake angles and very small clearance angles, allowing them to machine almost any material. had.

このようにした一般的な理由はカーバイドが極端に大き
な赤熱硬度と圧縮強さとを有するからである。
The general reason for this is that carbides have extremely high red-hot hardness and compressive strength.

負の形状寸法にすると切削圧が生じてそれがカーバイド
工具の本体中に向けられ、その結果カーバイドの極めて
大きな圧縮強さを利用することになる。
Negative geometries create cutting pressures that are directed into the body of the carbide tool, thereby taking advantage of the extremely high compressive strength of the carbide.

小さい逃げ角にすると切刃を支えることになる。A small relief angle will support the cutting edge.

この考え方はカーバイドの圧縮能力をよく見過ぎるもの
であり、不充分な切削状態を作り出し、カーバイドの大
きな赤熱硬度と圧縮強さを有する工具だけが耐え得る過
度の熱と圧力とを発生する。
This approach overstates the compressive capabilities of carbides, creating poor cutting conditions and generating excessive heat and pressure that only tools with the high red-hot hardness and compressive strength of carbides can withstand.

さらに、工具に圧縮力が向けられると、それと大きさが
等しく方向が反対の力が加工片にも向けられることにな
る。
Furthermore, when a compressive force is applied to the tool, an equal and opposite force is applied to the workpiece.

こうして発生されるちょっとした表面上の損傷が後に振
動応力または腐食の原因となる応力(corrosiv
e 5tress)の如き極端な応力状態を受ける部分
において大きな破壊の原因となり得る。
The minor surface damage thus generated can later lead to vibrational stresses or corrosive stresses.
This can cause major fractures in areas that are subjected to extreme stress conditions such as 5tresses.

本発明は、こうした旧来の考え方から完全に脱皮するも
のである。
The present invention completely breaks away from this conventional way of thinking.

本発明によれば、加工すべき材料によって適当なレーキ
角が決定されるもので、切削工具によって決定されるも
のではない。
According to the present invention, the appropriate rake angle is determined by the material to be machined and not by the cutting tool.

工具の適切な形状寸法を教えるのは加工片の特性であり
、これは金属加工片の試料に外部荷重を与えて破壊する
物理的影響によって決定される。
It is the properties of the workpiece that dictate the appropriate geometry of the tool, which are determined by the physical effects of external loading on the metal workpiece specimen to failure.

切削工具による金属の切削は破壊の一形態である。Cutting metal with a cutting tool is a form of destruction.

切削工具がそのような破壊を作り出せなければ、切削は
起らない。
If the cutting tool cannot create such fractures, cutting will not occur.

その破壊を作るのに過剰な仕事量が必要とされるならば
、切削工具の発熱と磨耗、加工片から切り出される切屑
の過熱そして加工片の表面に加えられる損傷が生じ得る
If excessive work is required to create the fracture, heating and wear of the cutting tool, overheating of chips cut from the workpiece, and damage inflicted on the surface of the workpiece can occur.

もし切削過程で作り出される金属破壊が最小限の仕事で
達成されるならば、切削工具の発熱と磨耗は最低となり
、切屑の温度はもつと低くなり、加工片の表面に生せし
められる損傷は最小限のものとなる。
If the metal fracture created during the cutting process is achieved with minimal work, the heating and wear of the cutting tool will be minimal, the chip temperature will be low, and the damage caused to the surface of the workpiece will be minimal. It will be limited.

その結果、切削効率は最適となり工具の寿命は長くなる
As a result, cutting efficiency is optimized and tool life is extended.

与えられた切削条件に対して切削工具で金属を切削する
のに必要とされる仕事量は、切削工具の形状寸法により
変化する。
The amount of work required to cut metal with a cutting tool for given cutting conditions varies depending on the geometry of the cutting tool.

本発明では、切削すべき金属の試料は引張荷重を受け、
その金属試料の破壊を起こさせる。
In the present invention, the metal specimen to be cut is subjected to a tensile load;
causing destruction of the metal sample.

試料の破壊から生ずる寸法の変化が測定される。The dimensional changes resulting from fracture of the sample are measured.

これらの測定から工具の適切な形状寸法が計算される。From these measurements the appropriate geometry of the tool is calculated.

切削工具の適切な形状寸法を定めるのに引張試料が用い
られる。
Tensile samples are used to determine the appropriate geometry of the cutting tool.

というのは、切削中の金属の破壊は切削工具の切刃に直
接に接触している領域における圧縮によるのであるが、
切削された金属はすぐにその切削領域から離されるので
、普通の圧縮荷重を受けたときに存在する金属干渉が避
けられて、何の拘束をも受けないからである。
This is because the fracture of the metal during cutting is due to compression in the area that is in direct contact with the cutting edge of the cutting tool.
This is because the cut metal is immediately removed from the cutting area and is therefore not constrained by any metal interference that exists when subjected to normal compressive loads.

従って、加工片を加工すると、加工片の試料に引張荷重
を与えて作られると同じ型の粒状すべりが作られ、この
重要な点において破壊の型式は同じである。
Therefore, machining the workpiece produces the same type of granular slip as would be produced by applying a tensile load to a specimen of the workpiece, and in this important respect the type of failure is the same.

従って、本発明によれば、加工すべき加工片と同じ材料
の試験棒に引張荷重をかけて破壊される。
According to the invention, therefore, a test bar made of the same material as the workpiece to be machined is subjected to a tensile load and destroyed.

引張荷重がその金属を破壊するのに充分な大きさになる
と、その破壊領域はカップ状円錐の形となりその外周面
は加えた引張力の方向に測定した金属の軸に対しである
一定の角度をなしている。
When a tensile load is large enough to fracture the metal, the failure area takes the form of a cup-cone whose outer circumferential surface lies at an angle to the axis of the metal measured in the direction of the applied tensile force. is doing.

この角度は与えられた金属に対しては一定であり、一般
に45度と考えられている。
This angle is constant for a given metal and is generally considered to be 45 degrees.

また、カップ状円錐破断てはその応力レベルが最大に達
するのでカップ状円錐の領域は大きな硬度を表わす。
Also, since the stress level reaches a maximum at cup-cone fracture, the region of the cup-cone exhibits greater hardness.

これらの最大応力レベルは試料をそのカップ状円錐領域
で最大加工硬化させる。
These maximum stress levels cause the specimen to be maximum work hardened in its cup-shaped conical region.

金属試験棒にはその破壊前に伸びと局部縮みとが生ずる
A metal test bar undergoes elongation and local shrinkage before its failure.

この伸びと局部縮み角とは金属によって種々変り、一般
に、金属の延性によってきまる。
This elongation and local contraction angle vary depending on the metal and are generally determined by the ductility of the metal.

しかし、所定の金属に対しては、幾つかの同じ材料の試
料が引張荷重を受けて破壊するときは、伸び率と局部縮
み角はほぼ一様である。
However, for a given metal, when several samples of the same material fail under a tensile load, the elongation rate and local shrinkage angle are approximately uniform.

試験試料の形状寸法に2つの物理的変化、すなわち伸び
と局部縮み、があるので、2つの力が関連あると思われ
る。
The two forces appear to be relevant because there are two physical changes in the geometry of the test specimen: elongation and local contraction.

その1つは伸びを生せしめる引張力であり、他の1つは
局部縮みの原因となる金属内の内部引張力である。
One is the tensile force that causes elongation, and the other is the internal tensile force within the metal that causes local shrinkage.

金属は内部引力によってその伸びの方向に直角に局部縮
みを作るから、これら2つの力は互いに直角である。
These two forces are perpendicular to each other because the metal produces a local contraction perpendicular to its direction of elongation due to internal attraction.

試験棒に引張荷重がかけられて破壊が生ずる前に、材料
はその局部縮み領域で伸びとその局部縮みの結果特定の
最小量だけ変形されなければならない。
Before a tensile load is applied to the test bar and failure occurs, the material must be deformed by a certain minimum amount as a result of elongation and its local contraction in its localized contraction area.

もし変形されなければ、破壊は生じない。同様に、加工
される金属加工片に破壊が起る前に、切削される金属は
その同じ最小量変形されなければならない。
If it is not deformed, no fracture will occur. Similarly, the metal being cut must be deformed by the same minimum amount before failure occurs in the metal workpiece being machined.

従って本発明によれば、破壊を起すのに必要とされる最
小量だけ加工片の金属を変形するのに必要な切削工具の
切削角は、試験試料に引張り荷重をかけて破壊する場合
の試料の局部縮み角と伸びとの関数である。
According to the invention, therefore, the cutting angle of the cutting tool required to deform the metal of the workpiece by the minimum amount required to cause failure is determined by is a function of local contraction angle and elongation.

この切削角は有効レーキ角と呼ばれる。This cutting angle is called the effective rake angle.

結論として、試験試料は破壊が起るカップ状円錐領域で
その最大硬度まで加工硬化されるものであり、かつ金属
の加工もこれと同じ型式の破壊を生ずるものであるから
、適切な有効レーキ角Cはまた加工切屑を最大硬度にす
る最小角として定めることができる。
In conclusion, since the test specimen is work-hardened to its maximum hardness in the cup-conical region where failure occurs, and metal machining also produces this same type of failure, an appropriate effective rake angle is required. C can also be defined as the minimum angle that produces the maximum hardness of the machining chip.

本発明のもう1つの面は切削工具の逃げ角の適切な選択
にある。
Another aspect of the invention resides in the proper selection of the clearance angle of the cutting tool.

レーキ角とちょうど同じように、従来の工具の逃げ角は
、切刃に対する最大の支持を維持するために、出来るだ
け小さく選ばれた。
Just like the rake angle, the clearance angle of conventional tools was chosen as small as possible to maintain maximum support for the cutting edge.

これは、カーバイド切削工具に対して特にそのとおりで
あった。
This was especially true for carbide cutting tools.

これとは反対に、本発明の切削工具では、いくつかの加
工片材料の研削特性を認識することにより、且つ加工工
程中の加工片材料の研削作用により切刃を維持するよう
に切削工具の横逃げ角および前逃げ角を適当に選択する
ことにより、自己研削がなされる。
On the contrary, the cutting tool of the present invention recognizes the abrasive properties of some workpiece materials and is designed to maintain the cutting edge by the abrasive action of the workpiece material during the machining process. Self-grinding is achieved by appropriate selection of the side clearance angle and front clearance angle.

工具の切刃を強めるために、切刃のすぐ下に薄い磨耗ラ
ンドが形成され、またもう1つが切刃の端部にも形成さ
れる。
To strengthen the cutting edge of the tool, a thin wear land is formed just below the cutting edge and another at the end of the cutting edge.

これらのランドは実質的に零の逃げ角を有する。These lands have a substantially zero clearance angle.

工具で加工片を切削する際には、形成される切屑が切刃
の所で工具の頂面を侵食していき窪みを形成する傾向が
あり、加工片の表面が磨耗ランドを侵食する傾向がある
When cutting a workpiece with a tool, the chips that are formed tend to erode the top surface of the tool at the cutting edge, forming a depression, and the surface of the workpiece tends to erode the wear land. be.

これらの侵食は加工が続くにつれてだんだん大きくなる
These erosions become larger and larger as processing continues.

これらの侵食の速度は必ずしも同じではなく、工具、加
工片材料および加工の際の送りと速度とによってきまる
The rates of these erosions are not necessarily the same and depend on the tool, the workpiece material, and the feed and speed during machining.

しかし与えられた材料と与えられた送りおよび速度に対
して、与えられた工具の面の侵食速度は一定であり、ま
たこれらの磨耗ランドの侵食速度は必ずしも同じではな
いが一定となる。
However, for a given material and a given feed and speed, the erosion rate of a given tool face will be constant, and the erosion rate of these wear lands will be constant, although not necessarily the same.

もし加工中侵食の不均衡のために磨耗ランドの幅がより
小さくなるならば、切刃は鋭くなり過ぎ、支えられず、
折れる。
If the width of the wear land becomes smaller due to erosion imbalance during machining, the cutting edge becomes too sharp and unsupported.
It will break.

他方、もし磨耗ランドの幅が増すと、余分な磨耗ランド
のためにこすれ、がたかたになり、かつ工具が壊れる点
に達する。
On the other hand, if the width of the wear land increases, a point is reached where the extra wear land causes rubbing, rattling, and tool failure.

磨耗ランドの幅が加工工程中一定になるならば、頂面の
侵食は磨耗ランド上の侵食と均衡し、工具は効果的に自
己研削がなされ、工具の寿命が太いに増す。
If the width of the wear land remains constant during the machining process, the erosion on the top surface will balance the erosion on the wear land, the tool will effectively self-grind, and the tool life will be increased.

これは、横および前逃げ角を適切に選ぶことにより達成
でき、逃げ角をそのように選ぶことが本発明の特徴であ
る。
This can be achieved by appropriate selection of the lateral and front clearance angles, which is a feature of the invention.

従って、本発明の主たる目的は、最小の仕事で且つ最大
の効率で金属加工片を切削する形状寸法を有する非常に
寿命が改善された切削工具を作り、その形状寸法を決定
する手順を定めることである。
It is therefore a principal object of the present invention to create a cutting tool with significantly improved life, having a geometry that cuts metal workpieces with minimum work and with maximum efficiency, and to define a procedure for determining the geometry. It is.

本発明は、主として、金属を連続加工するのに適した形
状寸法の適当な形状寸法を定める方法と、そのように定
められた形状寸法を有する切削工具とに向けられている
The present invention is primarily directed to a method of determining suitable geometries of geometries suitable for continuous machining of metal, and to cutting tools having the geometries so defined.

本発明の好適な実施例では、本発明は高い赤熱硬度を有
する材料で作られた切削工具に向けられている。
In a preferred embodiment of the invention, the invention is directed to a cutting tool made of a material with high red-hot hardness.

その意味は、これらの工具がその切削有効性を維持する
温度は約649℃(1200’F)を超えているという
ことである。
The implication is that the temperature at which these tools maintain their cutting effectiveness is above about 1200'F.

そのような材料は、カーバイド(タングステン、タンタ
ル、チタン等のそれらを包含する)、アルミナ、シリカ
等をベースとしたセラミックの如きセラミック、天然ダ
イアモンドおよび合成ダイアモンド等にわたる。
Such materials range from ceramics such as those based on carbides (including those of tungsten, tantalum, titanium, etc.), alumina, silica, etc., natural diamonds and synthetic diamonds, etc.

すべてが当業界に一般に知られているこれらの材料のう
ちで、カーバイドは特に好ましい。
Among these materials, all of which are commonly known in the art, carbides are particularly preferred.

このような材料は多くの文献で取扱われているが、中で
もオハイオ州、シンシナチのメタカット・リサーチ・ア
ソーシエイツ社(Metcut Re5earch A
s5ociate 、 Inc、)1972年発行の「
機械加工データ・ハンドブック(Machining
Data Handbook ) J第2巻、第789
頁ないし第793頁を引用することができる。
Such materials have been covered in many publications, including by Metcut Research A, Cincinnati, Ohio.
s5ociate, Inc.) published in 1972.
Machining Data Handbook
Data Handbook) J Volume 2, No. 789
Pages 793 to 793 may be cited.

本発明の原理は、後述されるように、たとえば旋盤用工
具、ドリル、エンドミル、リーマ、ブローチ、またはこ
れらに類するものの如き金属の連続加工に向いた工具に
一般に適用すると理解されるが、この明細書では本発明
を理解するのに容易なように、旋盤用工具について記載
した。
Although the principles of the invention are understood to apply generally to tools adapted for continuous machining of metals, such as lathe tools, drills, end mills, reamers, broaches, or the like, as described below, this specification This book describes a tool for a lathe to facilitate understanding of the present invention.

この明細書でいう「連続加工」とは、工作機械でよく起
るように金属を大体連続的に加工することをいい、連続
的に切屑が形成されてもされなくてもよい。
As used herein, "continuous machining" refers to the generally continuous machining of metal, as often occurs with machine tools, and may or may not result in continuous chip formation.

そのような加工に使用される工具は、たとえば、旋盤用
工具、ブローチ、ドリル、エンドミル等を含む。
Tools used for such machining include, for example, lathe tools, broaches, drills, end mills, and the like.

本発明の切削工具は動力で作動する機械における如き「
金属の連続加工」に向いており、従って通常は旋盤のバ
イトホルダーにおける如き機械のバイトホルダーに把持
されるシャンクまたはロッドの如き支持部を含む。
The cutting tool of the present invention is suitable for cutting tools such as those used in power-operated machines.
It is suitable for "continuous machining of metals" and therefore usually includes a support, such as a shank or rod, which is gripped by a machine tool holder, such as in a lathe tool holder.

切刃と後述するようにして定められる切削角とを有する
切削工具の切削部分がその工具の支持部にしっかりと取
付けられている。
A cutting portion of a cutting tool having a cutting edge and a cutting angle defined as described below is rigidly attached to a support of the tool.

ある場合には、その切削部分は切削工具の支持部に銀ろ
う付けまたはその他の方法で取付けられる。
In some cases, the cutting portion is silver-brazed or otherwise attached to the support of the cutting tool.

本発明の好適な実施例の如き他の場合には、切削工具は
1つの材料のものでその一端は金属加工機に取付けられ
るようになっており他端は金属加工片を切削するための
切刃を含んでいる。
In other cases, such as the preferred embodiment of the invention, the cutting tool is of one material, one end of which is adapted to be attached to a metal working machine, and the other end of which is adapted to cut a metal workpiece. Contains a blade.

これらの工具の形状の各々は、金属加工機に工具を取付
けるための支持部と、切刃と本明細書で定められる切削
角とを含む切削部とを含むことが特徴となっている。
Each of these tool shapes is characterized by including a support for mounting the tool on a metal processing machine and a cutting portion that includes a cutting edge and a cutting angle as defined herein.

第1図、第2図および第3図は、旋盤用切削工具20を
表わす。
1, 2 and 3 show a cutting tool 20 for a lathe.

工具20は加工片Wを切削中である第4図にも示されて
いるが、そこには第一、第二および有効レーキ角の位置
を選定しかつそれらの角を決定することを図解し説明す
るために、いかなる間隙も逃げ角も示されていない。
The tool 20 is also shown in FIG. 4 cutting the workpiece W, which illustrates the selection of the first, second and effective rake angle locations and determination of those angles. For illustrative purposes, no gaps or clearance angles are shown.

種々の角度を含む旋盤用切削工具20の形状寸法は、そ
の分野で普通にやるように、三次元X、Y、Z座標系を
使用して加工片に対しで説明される。
The geometry of the lathe cutting tool 20, including various angles, is described relative to the workpiece using a three-dimensional X, Y, Z coordinate system, as is common in the art.

座標XYは切削工具の先端と加工片Wの軸aとを通る平
面を定め、座標XZは切削工具の先端を通りXY平面に
直交しかつ軸aと平行である平面を定める。
The coordinates XY define a plane that passes through the tip of the cutting tool and the axis a of the workpiece W, and the coordinates XZ define a plane that passes through the tip of the cutting tool and is perpendicular to the XY plane and parallel to the axis a.

座標YZは切削工具の先端を通りXY平面とXZ平面と
の両方に直交する平面を定める。
The coordinate YZ defines a plane that passes through the tip of the cutting tool and is orthogonal to both the XY plane and the XZ plane.

他の座標基準に対して定められる形状寸法を有する工具
は本明細書で使用される座標に数学的に容易に変換でき
る。
Tools having geometries defined with respect to other coordinate standards can be easily converted mathematically to the coordinates used herein.

本発明の工具は当業界では知られているチップブレーカ
をつけずに説明されるが、必要ならば設けることもでき
る。
Although the tool of the present invention is described without a chip breaker as is known in the art, it can be provided with one if desired.

切削工具20はシャンク21とノーズ22とを有し、こ
のノーズ22は、切削点23と、面24と、底面25と
、前逃げ面26と、側面27と、横逃げ面28とを有す
る。
The cutting tool 20 has a shank 21 and a nose 22, the nose 22 having a cutting point 23, a face 24, a bottom face 25, a front flank 26, a side face 27 and a side flank 28.

このノーズ22は、切刃30と上部正面刃31とを有す
る。
This nose 22 has a cutting edge 30 and an upper front edge 31.

第1図ないし第3図に見られるように、第4図の座標系
に対して切刃30がYZ面に平行な線32によって示さ
れる垂直面と作る水平角が角度gとして表わされた横切
刃角であり、横逃げ面28が垂直面32と作る垂直角が
角度りとして表わされた横逃げ角である。
As seen in Figures 1 to 3, the horizontal angle that the cutting edge 30 makes with the vertical plane indicated by the line 32 parallel to the YZ plane with respect to the coordinate system in Figure 4 is expressed as angle g. This is the side clearance angle, and the vertical angle that the side clearance surface 28 makes with the vertical surface 32 is the side clearance angle expressed as an angle.

上部正面刃31が垂直面XZと作る線35によって示さ
れる水平角が角度iとして表わされた前切刃角であり、
前逃げ面26が垂直面35と作る垂直角が角度jとして
表わされた前逃げ角である。
The horizontal angle indicated by the line 35 that the upper front blade 31 makes with the vertical plane XZ is the front cutting edge angle expressed as the angle i,
The vertical angle that the front clearance surface 26 makes with the vertical surface 35 is the front clearance angle expressed as angle j.

上部正面刃31が第2図に示されるように端部刃角iを
なす前にXY面に平行な線36によって示される水平面
と作る角度が第一切削角すなわちレーキ角Eである。
The angle that the upper front blade 31 makes with the horizontal plane indicated by the line 36 parallel to the XY plane before forming the end edge angle i as shown in FIG. 2 is the first cutting angle or rake angle E.

切刃30が第3図に最もよく示されるように、横切刃角
gをなす前に線37によって示される同じ水平面となす
角が第二切削角すなわちレーキ角りである。
The angle that the cutting edge 30 makes with the same horizontal plane indicated by line 37 before making the crosscut angle g, as best seen in FIG. 3, is the second cutting or rake angle.

この角りは標準工具規格(standard tool
nomenclature) に従うと負で示され
ており切刃30が点23の方に下降しているが、この角
りはまた切刃30が点23に向けて上昇するようにして
正にすることもでき、説明されている限度内では角りの
大きさだけが重要性を持っている。
This corner is defined by standard tool specifications.
Although the angle is shown as negative and the cutting edge 30 is lowered towards point 23, this angle can also be made positive so that the cutting edge 30 is raised towards point 23. , within the limits described, only the size of the angle is important.

有効レーキ角Cが第9図に示されている。The effective rake angle C is shown in FIG.

これは、第一レーキ角Eと第二レーキ角りとの合成を計
算することにより決定される。
This is determined by calculating the combination of the first rake angle E and the second rake angle.

この有効レーキ角Cの大きさは、数学上の余弦法則によ
る式C03C−CO3ECO8Dにより決定される。
The magnitude of this effective rake angle C is determined by the formula C03C-CO3ECO8D based on the mathematical law of cosines.

すべての工具が第一レーキ角と第二レーキ角とを有する
わけではなく、ある工具は第一(有効)レーキ角だけを
有する。
Not all tools have a first rake angle and a second rake angle; some tools only have a first (effective) rake angle.

第二レーキ角を有しない工具では、第二レーキ角りは零
であるからCO3Dは1に等しく、従って有効レーキ角
Cは第一レーキ角Eに等しいすなわち第一レーキ角Eと
同じである(第13図参照)。
For tools without a second rake angle, the second rake angle is zero, so CO3D is equal to 1, and therefore the effective rake angle C is equal to the first rake angle E, i.e., the same as the first rake angle E. (See Figure 13).

第1図ないし第4図における工具の方向において、加工
される加工片は、第2図ないし第4図に見られるように
、工具を通過して下向きに通り、一方工具は加工中第2
図に見られるように右方に供給される。
In the direction of the tool in FIGS. 1-4, the workpiece to be machined passes downwardly past the tool, as seen in FIGS. 2-4, while the tool is in the second position during machining.
It is fed to the right as seen in the figure.

第1図ないし第4図の工具を説明するのにこれまで使わ
れた規格(nomeclature )が本発明の他の
実施例を説明するのに適切な場合は以下でも使われる。
The nomenclature previously used to describe the tools of FIGS. 1-4 will also be used below where appropriate to describe other embodiments of the invention.

最も重要な角度である有効レーキ角Cの大きさの決め方
を、本発明に従かい以下に説明する。
How to determine the size of the most important angle, the effective rake angle C, will be explained below in accordance with the present invention.

金属加工片からの材料の切削すなわち加工はその金属中
に破壊を作ることにより行なわれる。
Cutting or machining material from a metal workpiece is accomplished by creating fractures in the metal.

切削工具がその破壊を作り得なければ、切削は行なわれ
ない。
If the cutting tool cannot create that fracture, no cutting will take place.

工具の寿命は、加工工程中その破壊を作るのに要する仕
事量に直接関係していることがわかった。
It has been found that the tool life is directly related to the amount of work required to create its fracture during the machining process.

与えられた加工片と与えられた加工作業に対して、破壊
を作るのに多くの仕事が必要とされればされるほど、工
具の寿命は益々短かくなり、逆に破壊を作るのに要する
仕事が少なければ少ないほど、工具の寿命は益々長くな
る。
For a given workpiece and a given machining operation, the more work is required to create a fracture, the shorter the tool life will be; The less work there is, the longer the tool life will be.

従って、最小限の仕事で最大の効率で切削すなわち破壊
が行なわれる場合に、工具の寿命が最も大きくなる。
Therefore, tool life is maximized when cutting or breaking is performed with the least amount of work and maximum efficiency.

送りおよび切削速度の如き所定の設定切削条件において
切削工具で金属を切削するのに要する仕事量は、工具の
形状寸法により変る。
The amount of work required to cut metal with a cutting tool at predetermined set cutting conditions, such as feed and cutting speed, varies depending on the geometry of the tool.

本発明の基本概念は、工具の形状寸法を切削される金属
の特性から直接決定すること、特に破壊を生せしめる引
張荷重を受ける金属試料から決定することである。
The basic idea of the invention is to determine the geometry of the tool directly from the properties of the metal to be cut, in particular from a metal specimen subjected to tensile loads that lead to fracture.

破壊荷重を受けたときに金属試料中に起る変化のうちの
あるものは、切削すなわち加工されたときに金属加工片
中に起る変化に直接関係している。
Some of the changes that occur in a metal sample when subjected to a fracture load are directly related to the changes that occur in the metal workpiece when it is cut or machined.

これらの関係のために、有効レーキ角Cは、引張荷重を
受けた試料の破壊から生ずる物理的特性の変化を測定す
ることによって決定される。
Because of these relationships, the effective rake angle C is determined by measuring the change in physical properties that results from failure of a specimen subjected to a tensile load.

これらの関係が伺故正しいかということに対して理論を
進めるが、先ず本発明に従かいこの角を決定する手順を
説明しよう。
We will discuss whether these relationships are correct or not, but first we will explain the procedure for determining this angle according to the present invention.

第5図は棒45を示し、その端46と47は棒45が破
壊するまで荷重するために引張荷重装置(図示せず)に
保持される。
FIG. 5 shows a rod 45, the ends 46 and 47 of which are held in a tensile loading device (not shown) for loading the rod 45 until it breaks.

荷重前に棒区分の初期値liを定めるために、棒上に2
つの符号56および57が付けられる。
To determine the initial value li of the bar section before loading, two
56 and 57.

第6図は、破壊時の棒45の状態を線図的に示す。FIG. 6 diagrammatically shows the state of the rod 45 at the time of destruction.

特性上、破壊によって作られた2つの部分48および4
9は伸び、その破壊の反対側には局部縮み部分50およ
び51があり、加えられる引張力の軸から測定される各
局部縮み部分の表面角は角りとして表わされている。
Characteristically, two parts 48 and 4 created by destruction
9 is elongated, and on the opposite side of the failure there are locally contracted sections 50 and 51, the surface angle of each locally contracted section measured from the axis of the applied tensile force being expressed as the angulation.

実際の破壊が生ずる場合、先づ内部円錐台ウェル52が
部分48上に形成され、次いでこれと相補う外部円錐台
部分53が部分49の端部に形成される。
If actual fracture occurs, an internal frustoconical well 52 is first formed on section 48 and then a complementary external frustoconical section 53 is formed at the end of section 49.

局部縮み領域の表面上で符号56および57は位置56
′および5Tにまで伸びた。
Reference numerals 56 and 57 are located at position 56 on the surface of the local shrinkage region.
' and extended to 5T.

第6図に56/および5Tで表わされた符号間の距離は
、棒45の軸に平行に測定され、llfである。
The distance between the symbols, designated 56/ and 5T in FIG. 6, is measured parallel to the axis of rod 45 and is llf.

しかし、局部縮み領域内にある符号56′および57′
間の真の伸長距離はAtである。
However, the symbols 56' and 57' within the local shrinkage region
The true elongated distance between is At.

本発明によれば、工具の有効レーキ角Cは、式C03C
: !j cosl)によって決定される。
According to the invention, the effective rake angle C of the tool is expressed by the formula C03C
: ! j cosl).

角りは第6試晶に 図の から直接測定することができ、liは第5図
の試験棒から測定できる。
The angularity can be measured directly from the test bar shown in Fig. 6, and li can be measured from the test bar shown in Fig. 5.

しかし、Ilfに対しては符号56および57の如き符
号が伸ばされた場合に局部縮み内にあるという保証は伺
もなく、必要なのは局部縮みまたは破壊領域内の伸びの
測定である。
However, for Ilf there is no guarantee that codes such as 56 and 57 will be within local shrinkage when stretched; what is needed is a measurement of the local shrinkage or elongation within the rupture region.

さらに、棒45の如き一様な断面積の棒は、数個の局部
縮み領域または部分的局部縮み領域を有してもよいが、
伸びの測定を信頼できないものにする。
Furthermore, a rod of uniform cross-sectional area, such as rod 45, may have several regions of localized contraction or partial localized contraction regions;
Makes elongation measurements unreliable.

伸びの測定をもつと正確にするために、第7図および第
8図に示された棒62の如き棒が使われる。
To obtain accurate elongation measurements, a rod such as rod 62 shown in FIGS. 7 and 8 is used.

この棒62は、引張負荷時に破壊が生ずる領域を局部化
するために、環状溝63を有する。
This rod 62 has an annular groove 63 in order to localize the area where failure occurs during tensile loading.

棒62の端64および65は、引張荷重装置(図示せず
)に把持され第8図に示された破壊66を作り、棒62
を2つの部分67および68に分ける。
Ends 64 and 65 of rod 62 are gripped by a tensile loading device (not shown) to create fracture 66 shown in FIG.
into two parts 67 and 68.

環状溝63の縁69と70との間の伸長前の距離はAi
であり、これらの縁69と70との間の伸長後の距離は
第8図に示されるようにIfである。
The distance between the edges 69 and 70 of the annular groove 63 before elongation is Ai
and the stretched distance between these edges 69 and 70 is If as shown in FIG.

棒62は破壊が生ずる局部化領域(環状溝63)を有す
るから、liとlfは正確に測定できる。
Since the rod 62 has a localized region (annular groove 63) where failure occurs, li and lf can be measured accurately.

従って寸法liおよびIffは棒62に荷重して破壊さ
せその荷重前後の切欠きの長さを測定することによって
決定され、角りは棒45に荷重して破壊させ、局部縮み
角りを直接測定することによって測定される。
Therefore, the dimensions li and Iff are determined by loading the rod 62 to break it and measuring the length of the notch before and after the load, and the angle is determined by loading the rod 45 to break it and directly measuring the local shrinkage angle. It is measured by

次いで有効レーキ角は式C03C= !−j C03D
から計算することができる。
The effective rake angle is then calculated using the formula C03C=! -j C03D
It can be calculated from

If 第9図は、三次元座標軸X、Y、Zに関するJ?i、7
f、lf間の幾何学的関係をベクトル的に示し、X座標
は試験試料の軸に平行である。
If Figure 9 shows J? regarding the three-dimensional coordinate axes X, Y, and Z? i, 7
The geometric relationship between f, lf is shown vectorially, with the X coordinate parallel to the axis of the test sample.

もし長さliの金属試料が角Eになるまで力fxy に
よって撓まされると新しい長さlfに達する。
If a metal specimen of length li is deflected by a force fxy until an angle E, a new length lf is reached.

lfと21との差は局部縮みによって生じ、局部縮みは
加えられた引張力に直角の向きの金属内における内力に
よって作られるので、角りになるまで新しい長さlfに
加えられる力fXZ は新しい長さltを作る。
The difference between lf and 21 is caused by local shrinkage, and since local shrinkage is created by an internal force in the metal with a direction perpendicular to the applied tensile force, the force fXZ applied to the new length lf until the corner is Make the length lt.

力fxyとfXZとは互いに直角をなし、fxyはxy
千図にあり、fXZはXZ平面に平行でXY平面に垂直
である。
The forces fxy and fXZ are at right angles to each other, and fxy is xy
In the diagram, fXZ is parallel to the XZ plane and perpendicular to the XY plane.

これらの力の合力は、伸長前の初期長Aiと破壊後の真
の長さ7fとの間に角Cを作る。
The resultant of these forces creates an angle C between the initial length Ai before elongation and the true length 7f after fracture.

それ故に、第9図から、C03C−’−j、 C03E
= !j 。
Therefore, from FIG. 9, C03C-'-j, C03E
=! j.

C03D −”−t?、、i”ワGcO3c =cos
Ecosg)r、zワq温31lt −cos1)となることがわかる。
C03D −”-t?,, i”wa GcO3c = cos
It can be seen that the temperature is 31lt - cos1).

有効レーキ角Cf がこのようにして定められるので、第一および第二レー
キ角EおよびDはそれらの余弦の積力zos Cに等し
くさえあれば、実用上の限度内で変えることができる。
Since the effective rake angle Cf is determined in this way, the first and second rake angles E and D can be varied within practical limits as long as they are equal to their cosine product force zos C.

これらの実用上の限度は角りに関係があるもので、第1
0図ないし第12図を参照して最もよく説明できる。
These practical limits are related to angles and are
This can best be explained with reference to FIGS. 0 to 12.

第10図は、切刃72と、零に等しい第二レーキ角とを
有する切削工具71を示す。
FIG. 10 shows a cutting tool 71 with a cutting edge 72 and a second rake angle equal to zero.

この工具71は金属加工片Wを切削しているところを示
し、その切削の幅すなわち切込み深さく chip d
epth )はdで示されている。
This tool 71 is shown cutting a metal workpiece W, and the width of the cutting, that is, the depth of cut is chip d.
epth) is indicated by d.

加工片Wの回転方向は矢73によって示され、工具はそ
れを主軸台の方へ送るようにして旋盤の主軸台をのぞく
ようにして見られたものとする。
The direction of rotation of the workpiece W is indicated by the arrow 73, and the tool is viewed as looking into the headstock of the lathe as if it were feeding toward the headstock.

第二レーキ角りが零に等しいので、切削工具71は加工
片Wに1つの力Mを加えるが、それは大体切削の領域す
なわち切込み深さ・に限定された1つの方向に加えられ
るので、非常に僅かなエネルギーが加工片を不必要に変
形するのに消費されるにすぎない。
Since the second rake angle is equal to zero, the cutting tool 71 applies one force M to the workpiece W, but it is applied in one direction roughly limited to the area of cutting, i.e., the depth of cut, so that it is extremely Only a small amount of energy is wasted in unnecessarily deforming the workpiece.

この力Mと大きさ等しく方向反対の力M′が、工具の先
端に図示されているような向きで加わる。
A force M' equal in magnitude and opposite in direction to this force M is applied to the tip of the tool in the direction shown.

角りを零にすることは、加工片の変形を大体切屑の領域
に限定し、同時に工具の圧縮強さを利用して工具の先端
におけるチッピング(ch ipp ing )すなわ
ち破壊の可能性を減らし、かつその切削領域に充分な質
量を与えて切刃から熱を導き去るようにする1つの満足
な解決策と考えられる。
Zeroing the corner limits the deformation of the workpiece to approximately the area of the chip and at the same time utilizes the compressive strength of the tool to reduce the possibility of chipping or fracture at the tip of the tool. and providing sufficient mass in the cutting area to conduct heat away from the cutting edge is considered one satisfactory solution.

第11図は、切削工具74が切削刃75と正の第二レー
キ角りとを有することを除けば、第10図と概略同じで
ある。
FIG. 11 is generally the same as FIG. 10 except that the cutting tool 74 has a cutting edge 75 and a positive second rake angle.

角りが正であると、工具74は加工片Wの変形を力Nの
方向によって図示された切屑の領域に制限することが一
層確実に提供されるので工具71よりすぐれているが、
力Nと大きさが等しく方向が反対の力N′がチッピング
すなわち破壊を生じ易い工具の先端に加えられるので不
利益を有する。
If the angle is positive, tool 74 is superior to tool 71 because it provides a more reliable confinement of the deformation of workpiece W to the area of the chip illustrated by the direction of force N;
This is disadvantageous because a force N', equal in magnitude and opposite in direction to force N, is applied to the tip of the tool, which is susceptible to chipping or breaking.

また、角りがさらに正になるにつれて、工具の切削領域
には切刃から熱を導き去る質量が益々少なくなる。
Also, as the corners become more positive, there is less and less mass in the cutting area of the tool to conduct heat away from the cutting edge.

不必要な加工片の変形により生ずる消費エネルギーを最
小にするためには小さな正の角りが望ましいが、その大
きさは、工具の先端での圧縮能力を減少し、角Bが一層
正になるにつれて熱を導く質量を減少するために、制限
される。
Although a small positive angle is desirable to minimize energy dissipation caused by unnecessary workpiece deformation, its size reduces the compression capacity at the tip of the tool, making angle B more positive. In order to reduce the mass conducting heat as the

第12図は、切削工具76が切刃77と、負の第二レー
キ角りとを有することを除けば、第10図および第11
図と非常によく似ている。
FIG. 12 is similar to FIGS. 10 and 11 except that the cutting tool 76 has a cutting edge 77 and a negative second rake angle.
It looks very similar to the figure.

角りが負ならば、切削工具76は図示したように力Rを
加工片に加え、この力Rは切削工具71および74と比
べて切込み深さを越えて加工片の領域78を変形する。
If the corner is negative, cutting tool 76 applies a force R to the workpiece as shown, which force R deforms region 78 of the workpiece beyond the depth of cut compared to cutting tools 71 and 74.

これはエネルギーの消費であり、切削工具71および7
4より不利となる。
This is a consumption of energy and cutting tools 71 and 7
It is more disadvantageous than 4.

しかし、工具76は、力Rと大きさが等しくて方向が反
対の力R′を工具の圧縮強さが工具71の場合より以上
に利用される方向に加えるので有利である。
However, tool 76 is advantageous because it applies a force R' equal in magnitude and opposite in direction to force R in a direction in which the compressive strength of the tool is utilized to a greater extent than is the case with tool 71.

工具76はまた、切刃から熱を導き去るのに工具74よ
り大きな質量を切削領域に与える。
Tool 76 also provides more mass to the cutting area than tool 74 to conduct heat away from the cutting edge.

角りが破線で示されたようにさらに大きな負になって角
・−D′となると、力Sの方向によって示されたこの変
形のために、さらに多くのエネルギーが消費される。
As the angle becomes more negative, as indicated by the dashed line, to angle -D', more energy is expended due to this deformation as indicated by the direction of the force S.

従って、ある適用の場合には、工具の圧縮強さを利用し
、先端のチッピングの生ずる可能性を減じ且つ熱を導く
ようにさらに質量を増すために、小さな負の角りとする
ことが望ましいが、その大きさは加工片の過度の変形を
避けるように制限されなければならない。
Therefore, in some applications, it is desirable to have a small negative radius to take advantage of the compressive strength of the tool, reduce the possibility of tip chipping, and add more mass to conduct heat. However, its size must be limited to avoid excessive deformation of the workpiece.

正の角りまたは負の角りが望ましいと思われる場合でも
、その大きさは一般には小さいもので充分である。
Even if a positive or negative corner is desired, a small magnitude is generally sufficient.

例えば、大きさが10度以下の角りが最も普通である。For example, angles with a size of 10 degrees or less are most common.

第13図ないし第16図は、切削工具80を有する本発
明のもう1つの実施例を示す。
13-16 illustrate another embodiment of the invention having a cutting tool 80. FIG.

この切削工具80は、わかり易くするために、第二レー
キ角りと横切刃角gとがなく示されている。
This cutting tool 80 is shown without the second rake angle and the side edge angle g for clarity.

切削工具80は、シャンク81と、切削点83を有する
ノーズ82と、面84と、底面85と、切刃86と、上
方正面刃87とを有する。
Cutting tool 80 has a shank 81 , a nose 82 having a cutting point 83 , a surface 84 , a bottom surface 85 , a cutting edge 86 , and an upper front edge 87 .

第二レーキ角りは零であるから、第一レーキ角Eは第1
3図に示された有効レーキ角Cと同じである。
Since the second rake angle is zero, the first rake angle E is the first
This is the same as the effective rake angle C shown in FIG.

第13図ないし第16図における工具のこの方向付けに
おいて、加工される加工片は第13図、第14図および
第16図に見られるように、下方向に工具を通過して動
き、工具は加工中第15図に見られるように右方に送ら
れる。
In this orientation of the tool in FIGS. 13-16, the workpiece to be machined moves past the tool in a downward direction, as seen in FIGS. 13, 14, and 16, and the tool During processing, it is sent to the right as seen in Figure 15.

第14図に最もよく示されるように、全体を90で示し
た横逃げ面は、工具20の場合と同様に切刃86で面8
4と合うように単一面内に形成されずに、切刃86のす
ぐ下でその上端においてけずられ、狭い横ランド91を
形成する。
As best shown in FIG.
4, but is offset at its upper end just below the cutting edge 86 to form a narrow lateral land 91.

この横ランド91は、第14図に示されたXiで示され
た幅と、実質的に零の横逃げ角とを有する。
This lateral land 91 has a width indicated by Xi shown in FIG. 14 and a lateral relief angle of substantially zero.

横ランド91の真下にある横逃げ而90の残りの部分9
2は横逃げ角hiを有する。
The remaining part 9 of the side relief 90 directly below the side land 91
2 has a lateral relief angle hi.

同様に、第13図および第16図に最もよく示されるよ
うに、工具80はX2で表わされた幅と実質的に零の前
逃げ角とを有する端ランドと呼ばれるところに形成され
た点83の近くに上方部分96を有する前逃げ面95を
有する。
Similarly, as best shown in FIGS. 13 and 16, the tool 80 has a point formed in what is called an end land having a width designated by X2 and a front clearance angle of substantially zero. It has a front flank surface 95 with an upper portion 96 near 83 .

この前逃げ面95の残り部分98は前逃げ角jiをもっ
て形成される。
The remaining portion 98 of this front clearance surface 95 is formed with a front clearance angle ji.

横ランド91はノーズ82の頂部を横切って実質的にず
っと伸びるが、前ランド96は部分83の近くにだけ形
成される小さな大体三角形の面にすぎないことに気がつ
く。
Note that while lateral land 91 extends substantially all the way across the top of nose 82, front land 96 is only a small, generally triangular surface formed near portion 83.

これは、横ランド91のほぼ全体が加工工程中加工片と
接触するが、前ランド96の大きさである前逃げ面の頂
部にある非常に小さい部分だけが工具80の前切刃角i
(第15図参照)のために加工片に実際に接触するから
である。
This is because almost the entire lateral land 91 comes into contact with the workpiece during the machining process, but only a very small portion at the top of the front flank, which is the size of the front land 96, contacts the front cutting edge angle i of the tool 80.
This is because it actually comes into contact with the work piece due to the contact (see FIG. 15).

横逃げ面90および前逃げ面95を図示したようなラン
ド面と逃げ角をもって形成する理由は2つある。
There are two reasons why the side relief surface 90 and the front relief surface 95 are formed to have a clearance angle with the land surface as shown.

第1に、切削工具をこのように形成すると切刃86およ
び切削点83が強化されとても大きな荷重を受けて加工
工程中に切屑が作られるのを防止することである。
First, forming the cutting tool in this manner strengthens the cutting edge 86 and cutting point 83 to prevent chips from being formed during the machining process under very high loads.

これは、高速度鋼の工具の如き小・さい硬さの工具材料
であるすぐれた結果が遠戚されるが、切削工具がカーバ
イド工具の如き非常に硬くて脆い材料で作られている場
合には特に重要である。
This is distantly related to excellent results with small and hard tool materials such as high-speed steel tools, but it can also be seen when cutting tools are made of very hard and brittle materials such as carbide tools. is particularly important.

第2の重要な理由は、たとえばAl5I4340スチー
ルの如き比較的高い磨耗性の材料の加工に関連する。
A second important reason relates to the processing of relatively highly abrasive materials, such as Al5I4340 steel.

上述した型式の材料の如き高磨耗性材料を加工する場合
、加工中に材料から形成される切屑は切刃86の近くで
切削工具の面をすり減らす。
When machining highly abrasive materials, such as the types of materials described above, chips formed from the material during machining wear down the face of the cutting tool near the cutting edge 86.

この侵食は切削工具の面84にクレータを作るまで続く
This erosion continues until it creates a crater in the face 84 of the cutting tool.

第16図に一般的に100で示した破線は神様の侵食段
階でその切刃近くの切削工具を示す。
The dashed line generally designated 100 in FIG. 16 indicates the cutting tool near its cutting edge during the divine erosion stage.

負の有効切削角またはたとえば10度以下の如き比較的
小さな有効切削角を有する切削工具では、研磨材料から
の切屑が切刃を折り易い方向に力を作り出す。
In cutting tools that have a negative effective cutting angle or a relatively small effective cutting angle, such as less than 10 degrees, chips from the abrasive material create a force in a direction that tends to break the cutting edge.

これが起ると、工具は急速に駄目になり、その結果工具
の寿命をひどく短かくする。
When this occurs, the tool will fail rapidly, resulting in a severely shortened tool life.

研磨加工片は、工具の面84を侵食するほかに、切刃8
6近くの横逃げ面90と点83近くの前逃げ面95とを
侵食するが、それはこれらの領域が加工作業中加工片と
接触しているからである。
In addition to eroding the surface 84 of the tool, the abrasive chips also attack the cutting edge 8.
The side relief surface 90 near point 6 and the front relief surface 95 near point 83 are eroded because these areas are in contact with the workpiece during the machining operation.

第13図の破線105と実線106とは、それぞれ加工
工程中の種々の段階でこれらの後者の型式の侵食を示す
Dashed lines 105 and solid lines 106 in FIG. 13 each illustrate these latter types of erosion at various stages during the processing process.

横逃げ面90と前逃げ面95との侵食は、横ランドおよ
び前ランドと逃げ面とが本発明のこの実施例に従って形
成されるかどうかに関係なく起る。
Erosion of the side and front relief surfaces 90 and 95 occurs regardless of whether the side and front lands and flanks are formed in accordance with this embodiment of the invention.

しかし、もしそのように形成されなければ、これらの侵
食が生ずるにつれて、もし横および前逃げ面の逃げ角が
不適当に選ばれるならば、工具の面上のいずれかの侵食
100が横逃げ面および前逃げ面90および95上の侵
食105および106に比べて大き過ぎる程の速度で生
じ、切刃を鋭くする傾向にあり、その結果切刃は結局は
支えられず、折れて駄目になるか、または侵食105お
よび106が浸食100に比べて大きすぎそのために横
ランド91と前ランド96の幅X1およびX2を次第次
第に大きくする。
However, if not formed as such, as these erosions occur, if the clearance angles of the lateral and front flanks are improperly chosen, any erosion 100 on the face of the tool will cause the lateral flank and erosions 105 and 106 on the front flanks 90 and 95 occur at such a rate that they tend to sharpen the cutting edge, so that it eventually becomes unsupported and breaks off. , or the erosions 105 and 106 are too large compared to the erosion 100, so the widths X1 and X2 of the lateral land 91 and the front land 96 are gradually increased.

これらの幅が大きくなり過ぎると、切削工具はこすって
がたがたいい始め、遂には駄目になる。
If these widths become too large, the cutting tool will begin to rub, become stiff, and eventually fail.

従って本発明によれば、第二横逃げ角hiおよび前逃げ
角Jiは、横ランド91および前ランド96の幅が加工
工程中一定になるように選ばれる。
According to the invention, therefore, the second lateral clearance angle hi and the front clearance angle Ji are selected such that the widths of the lateral lands 91 and the front lands 96 remain constant during the machining process.

換言すれば、角hiとjiおよび幅X、とX2を適当に
選べば、面84の孔あきと逃げ面90および95の侵食
とは互いに釣合って加工片の研磨作用を受けて一定の切
刃86が作られる。
In other words, if the angles hi and ji and the widths X, A blade 86 is made.

与えられた工具材料と与えられた加工片材料に対する幅
X1およびX2は、加工作業に使われる送りと速度とに
よってきまる。
The widths X1 and X2 for a given tool material and a given workpiece material are determined by the feed and speed used in the machining operation.

速度と送りが大きくなればなるほど、ランド91と96
の侵食も益々大きくなり、幅も益々大きくしなければな
らない。
The higher the speed and feed, the higher the land 91 and 96.
As the erosion becomes larger and larger, the width must also become larger.

しかし、一般に与えられた送りと速度に対しては、幅X
1およびX2は、切刃が加工中に大きな荷重を受けて削
るほど小さくなく、だがこすり、がたがた言い殆んどす
ぐに工具を駄目にしてしまうほど大きくないように、選
ばなければならない。
However, generally for a given feed and speed, the width
1 and X2 must be chosen such that they are not so small that the cutting edge is subjected to heavy loads during machining and cuts, but not so large that they rub and rattle, almost immediately ruining the tool.

XlおよびX2に対する数値例が後に記述するような実
際の試験結果において与えられる。
Numerical examples for Xl and X2 are given in actual test results as described below.

幅X1およびX2が定められると、横逃げ角hiと前逃
げ角jiとを正しく定める必要がある。
Once the widths X1 and X2 are determined, it is necessary to correctly determine the lateral clearance angle hi and the front clearance angle ji.

前述したように、加工作業中幅X1およびX2が一定な
らば横逃げ角hiおよび前逃げ角jiは正しく選ばれる
As mentioned above, if the widths X1 and X2 are constant during the machining operation, the side relief angle hi and the front relief angle ji are selected correctly.

第16図の拡大図を参照し、工具材料と加工片材料およ
び送りと速度の与えられた組合せに対しては侵食速度が
一定であることを思い出せば、もし横逃げ角hiが小さ
すぎるとXlはそれがあまりに大きくなりすぎてこすり
とがたつきが生じて工具を駄目にするようになるまで加
工作業中増加し続ける。
Referring to the enlarged view in Figure 16 and remembering that the erosion rate is constant for a given combination of tool material and workpiece material and feed and speed, if the side relief angle hi is too small, continues to increase during the machining operation until it becomes so large that rubbing and rattling occur, ruining the tool.

もし、他方角hiが大きすぎると幅X1は、切刃86が
弱くなり壊れるまで加工作業中域る。
If the other angle hi is too large, the width X1 will remain in the range during the machining operation until the cutting edge 86 becomes weak and breaks.

従って、所定の工具材料、所定の加工片材料および所定
の送りと速度に対して適当な角度hiを選ぶために幅X
1が一定となっているまで、角hiを選択的に変えるこ
とが試行錯誤で必要であるに過ぎない。
Therefore, in order to choose an appropriate angle hi for a given tool material, a given workpiece material, and a given feed and speed, the width
It is only necessary by trial and error to selectively vary the angle hi until 1 remains constant.

同じやり方が、適当な前逃げ角jiを選択するのに使わ
れる。
The same method is used to select the appropriate front relief angle ji.

hiおよびjiに対する特定の値を与える例が後に説明
される試験結果に述べられている。
Examples giving specific values for hi and ji are set forth in the test results described below.

上述したところが、本発明の切削工具と、本発明に従い
その工具の有効レーキ角と逃げ角とを定める方法とに関
する説明である。
What has been described above is a description of the cutting tool of the present invention and the method of determining the effective rake angle and clearance angle of the tool in accordance with the present invention.

本発明がその分野で表わす進歩をより一層認識するため
に、本発明が伺故にここに記載するように実施されるか
を説明する理論または科学的原理として以下のものが提
案される。
In order to further appreciate the advancement that this invention represents in the field, the following are proposed as theories or scientific principles that explain how the invention may therefore be practiced as described herein.

第17図は、たとえば工具20のノーズ22または工具
80のノーズ82の如き旋盤工具のノーズを示す合成図
面である。
FIG. 17 is a composite drawing showing the nose of a lathe tool, such as nose 22 of tool 20 or nose 82 of tool 80.

そこには、加工片Wと切屑Pも示されている。The workpiece W and chips P are also shown there.

加工片Wは第17図で見られるように下方に動かされて
工具の切刃に入る。
The workpiece W is moved downwardly into the cutting edge of the tool as seen in FIG.

その上には、第5図の試料45の如き引張試験試料の一
部が荷重前に重ねて置かれ、引張荷重を受けて破壊され
た後の試験試料の断面が示されている。
Above it, a portion of a tensile test sample, such as sample 45 of FIG. 5, is superimposed before loading, and a cross-section of the test sample is shown after it has failed under the tensile load.

前に第6図に関して説明したカップ状破壊形状52が切
込み破壊線110と一致するように整えられる。
The cup-like fracture shape 52 previously described with respect to FIG. 6 is aligned with the cut fracture line 110.

切込み破壊線110と、これと一致したカップ破壊線と
の方向は、その線が加工片Wと試験試料45の軸に平行
な工具の点で線111に関して角度Fにより表わされて
いる。
The direction of the cut break line 110 and the coincident cup break line is represented by an angle F with respect to a line 111 at the point of the tool where that line is parallel to the axes of the workpiece W and the test sample 45.

この線111は第4図のX軸と同じである。This line 111 is the same as the X axis in FIG.

角度Fは与えられた材料に対しては一定であり、一般に
は45度であると考えられているが、粒子の寸法が変る
とこの角度もその値からずれるようになるかもしれない
The angle F is considered to be constant for a given material, generally 45 degrees, but as the particle size changes this angle may deviate from its value.

この説明に関する限り、角Fは与えられた材料に対して
は一定であるということだけが大切である。
As far as this description is concerned, it is only important that the angle F is constant for a given material.

荷重前の試験試料45上には、また点56と57とが示
されており、これらの点の間の距離は初期長Ai とし
て表わされ、引張荷重をかけて破壊した後試験試料の局
部縮み領域には点56′と57′とが位置され、これら
の点の間の距離は真の長さXtである。
Points 56 and 57 are also shown on the test sample 45 before loading, the distance between these points being expressed as the initial length Ai, and the local area of the test sample after fracture under tensile load. Points 56' and 57' are located in the contracted region, and the distance between these points is the true length Xt.

これらは、第8図ないし第8図に関して図示し且つ説明
した点と同じである。
These are the same points as shown and described with respect to FIGS. 8-8.

本発明によれば、有効レーキ角Cの余弦はli/l!t
の比に等しいといわれている。
According to the invention, the cosine of the effective rake angle C is li/l! t
It is said to be equal to the ratio of

第18図の拡大図を参照すれば、荷重前の引張試料45
のカップ状円錐領域の長さliは、引張試料に荷重が掛
けられて破壊された後、点56および57から点56/
および57′すなわち真の長さltに移る。
Referring to the enlarged view of FIG. 18, tensile sample 45 before loading.
The length li of the cup-shaped conical region of is determined from points 56 and 57 to point 56/ after the tensile specimen is loaded and fractured.
and 57', ie, the true length lt.

この新しい長さ21は真の伸びの長さであり、長さ11
が伸びて長さXtになるまで、試験試料の破壊は起こら
ない。
This new length 21 is the true elongation length, which is the length 11
Failure of the test sample does not occur until the length Xt is extended.

引張荷重を受けて直線的伸びと局部縮みとの両方の影響
で長さltに達すると、破壊が起る。
Fracture occurs when the length lt is reached under the influence of both linear elongation and local shrinkage under a tensile load.

長さltに達する直前に引張荷重がなくなると、試料は
引張りで破壊されない。
If the tensile load is removed just before the length lt is reached, the sample will not fail in tension.

相対的に、引張力が長さXtになるほど充分大きくなる
と、破壊は止められず完全に行なわれる。
Comparatively, when the tensile force becomes large enough to reach the length Xt, the fracture is unstoppable and complete.

21の長さを達成するのに必要な仕事量は引張試料を破
壊するのに費される最小限の仕事の判断基準である。
The amount of work required to achieve a length of 21 is a measure of the minimum work expended to break a tensile specimen.

試験試料45におけると同様に、加工に要する如き加工
片Wに破壊が生ずるためには、加工される材料を動かし
初期長liから真の長さ11まで伸ばさなければならな
い。
As with test sample 45, in order for a break to occur in the workpiece W as required for machining, the material to be machined must be moved and elongated from the initial length li to the true length 11.

そうしないと、破壊が起らず加工片が加工されない。Otherwise, breakage will not occur and the work piece will not be machined.

もし工具の送りと同じである破壊前の加工片からの切屑
の初期幅が7iで新たな長さ21に移されるならば、線
110に沿って破壊の状態を作るのに最小限の仕事がな
された。
If the initial width of the chip from the workpiece before failure, which is the same as the tool feed, is transferred to a new length 21 with 7i, the minimum work is done to create the failure condition along line 110. It was done.

初期長7iは第18図に示されたように真の長さ21に
移されなければならないから、切削工具の有効レーキ角
Cは、liとltとの間の角または。
Since the initial length 7i has to be transferred to the true length 21 as shown in FIG. 18, the effective rake angle C of the cutting tool is the angle between li and lt or.

。8C=l i・ とじて自動的に定められる。1 従って、切削工具はC03C=’−i−が初期長Aiを
長1 さltに伸ばすのに必要とされる正確な有効レーキ角と
なるような有効レーキ角を有し、さらにそれは加工片中
に破壊を起こして加工するのになされなければならない
最小限である。
. It is automatically determined as 8C=l i. 1 Therefore, the cutting tool has an effective rake angle such that C03C='-i- is the exact effective rake angle required to extend the initial length Ai to length lt, and it is This is the minimum amount that must be done to process the material without causing destruction.

このように定められた有効レーキ角を有する切削工具は
破壊を生ずるのに最小限の仕事を必要とし、その結果効
率と工具の寿命が大きくなる。
A cutting tool with an effective rake angle thus defined requires minimal work to cause failure, resulting in increased efficiency and tool life.

この結果として、カップ状円錐領域52にある引張試料
45の金属は、引張荷重を加えられて破壊された後、試
料の他の所の金属よりはるかに硬くなることが判った。
As a result of this, the metal of the tensile sample 45 in the cup-shaped conical region 52 was found to be much harder than the metal elsewhere in the sample after being subjected to a tensile load and fractured.

実際に、カップ状円錐領域の金属は特定の金属に対して
最大硬度まで加工硬化されたことが判った。
In fact, it has been found that the metal in the cup-conical region is work hardened to maximum hardness for the particular metal.

また、切削工具に適当な角度Cが使われた場合、それで
形成される切屑Pは、加工片の特定の材料に対して最大
硬度まで加工硬化されることが判った。
It has also been found that if a suitable angle C is used in the cutting tool, the chips P formed thereby will be work hardened to a maximum hardness for the particular material of the workpiece.

このことは、第17図および第18図を分析すれば明ら
かであり、加工中の加工片の破壊特性は、引張荷重を掛
けて破壊したときに、カップ状円錐領域における試料の
破壊特性と同じである。
This is clear by analyzing Figures 17 and 18, and the fracture characteristics of the workpiece during machining are the same as the fracture characteristics of the sample in the cup-shaped conical region when it is fractured by applying a tensile load. It is.

破壊を生ぜじめる際の過度の仕事は余分の熱を発生し金
属の粒状組織を変形し切屑の硬度を減少すると思われる
Excessive work in causing fracture is believed to generate excess heat and deform the grain structure of the metal, reducing chip hardness.

従って本発明によれば、適当な角度Cは切屑の最大硬度
を作る最小角である。
According to the invention, therefore, the appropriate angle C is the smallest angle that produces the maximum hardness of the chip.

これは、特定金属の加工中角度Cを少しずつ増加し切屑
の硬度を測定することによって決定される。
This is determined by gradually increasing the angle C during machining of a specific metal and measuring the hardness of the chips.

切屑がこれ以上硬くならなければ、そのCの値が適切な
値である。
If the chips do not become any harder, the value of C is appropriate.

上述したところは、工具の寿命が大いに増したすばらし
い切削工具を作るために本発明が何故に上記した如く動
作するかについての基礎的理論を正確に記載したもので
あると信するが、その優秀性は実際の試験で証明された
We believe that the foregoing accurately describes the basic theory of why the present invention works as described above to create an excellent cutting tool with greatly increased tool life; Its properties have been proven through actual tests.

これらの試験では、本発明に従って定められた寸法形状
を有するカーバイド工具が従来の普通の寸法形状を有す
るカーバイド工具と比較された。
In these tests, carbide tools having dimensions defined in accordance with the present invention were compared with conventional carbide tools having conventional dimensions.

一般に、この試験は4つの異なる材料、すなわち303
型ステンレス鋼、ロックウェルC50−31に熱処理さ
れたAl5I4340鋼、Al511042鋼およびチ
タン合金Ti−6AA−4Vの加工を含んでいた。
Generally, this test is performed on four different materials, namely 303
It included processing of type stainless steel, Al5I4340 steel heat treated to Rockwell C50-31, Al511042 steel and titanium alloy Ti-6AA-4V.

試験のすべてにおいて、普通の切削工具も本発明による
工具も炭化タングステンであり、特にヴイ・アール・ウ
エソン社(V、R,Wesson Company)
のラメット(RAMET)1であった。
In all of the tests, both the conventional cutting tool and the tool according to the invention were made of tungsten carbide, in particular V.R. Wesson Company.
It was RAMET 1.

すべての工具は特別のロフトから注文され、個々の工具
はでたらめに選ばれ特定の形状寸法に研磨された。
All tools were ordered from special lofts, and each individual tool was randomly selected and ground to a specific geometry.

すべての試験は、0.011cIrL(0,004イン
チ)の送りと1.91cm(0,075インチ)の切込
み深さとを有する同じ旋盤で行なわれた。
All tests were conducted on the same lathe with a feed of 0.011 cIrL (0.004 inch) and a depth of cut of 0.075 inch (1.91 cm).

速度は加工される材料によって変えられ、米国政府との
契約の下で編集されたメタカット・リサーチ・アソシエ
ーション社(Metcut Re5earch As5
ociation、Inc、)発行の「機械加工データ
・ハンドブック11972年版に推奨されている速度と
した。
Speeds vary depending on the material being processed and are provided by Metcut Research As5, compiled under contract with the U.S. Government.
The speeds were set as recommended in the ``Machining Data Handbook 11972 Edition'' published by Co., Ltd.

同じ材料の同じ直径のものはすべて同じ速度で回転され
た。
All pieces of the same diameter of the same material were rotated at the same speed.

どの試験でも冷却液は使用されなかった。No coolant was used in any of the tests.

普通の工具に使用される形状寸法は前記ハンドブックに
明記されており、上記4つの材料のいずれが加工される
かには関係なく、すべての普通の工具に対して同じであ
った。
The geometries used for conventional tools were specified in the handbook and were the same for all conventional tools, regardless of which of the four materials mentioned above was being processed.

これらの試験に使用される各々の普通の工具の形状寸法
は次の通りであった。
The geometries of each conventional tool used in these tests were as follows.

第一レーキ(横レーキ)角E=−5゜ 第二レーキ(後部レーキ)角D=−5゜ 前逃げ角 j=5゜ 横逃げ角 h=5゜ 横切削刃角 g=30’ 前切刃角 1=30゜ 切刃角は前記ハンドブックには15度として特定されて
いたが、使用される工具ホルダを収納するように変えら
れた。
First rake (side rake) angle E = -5° Second rake (rear rake) angle D = -5° Front relief angle j = 5° Side relief angle h = 5° Side cutting edge angle g = 30' Front cutting Blade Angle 1 = 30° The cutting edge angle was specified in the handbook as 15 degrees, but was changed to accommodate the tool holder used.

この変化は試験の結果に影響を与えたものとは思われず
、本発明の工具にはいずれの場合も、同じ切刃角が使用
された。
This change did not appear to have affected the results of the tests, and the same cutting edge angle was used in each case for the tools of the invention.

各試験に対して、すなわち4つの材料の各1つに対して
、加工片のすべては同じ寸法であり、1つの棒材から切
出された。
For each test, ie for each one of the four materials, all of the workpieces had the same dimensions and were cut from one bar.

さらに、破壊させる9張荷重を受は本発明の工具に対し
て工具の形状寸法を決定するのに使用される試験試料も
同じ1つの棒材から切出された。
In addition, the test specimens used to determine the tool geometry for the tools of the present invention were also cut from the same bar under nine tensile loads to failure.

4つの試験の各々に対して、棒材からの試料は試験棒4
5および62と同じものにされ、前述したように破壊引
張荷重が加えられた。
For each of the four tests, the sample from the bar was tested at test bar 4.
5 and 62, and the fracture tensile load was applied as described above.

局部縮み角りと、初期長Aiと最終長7fとが測定され
た。
The local shrinkage angle, initial length Ai, and final length 7f were measured.

これらの測定から、有効レーキ角Cが本発明に従って計
算され、本発明の工具が研磨された。
From these measurements, the effective rake angle C was calculated according to the invention and the tool of the invention was ground.

上述したやり方で、横逃げ角hiと前逃げ角jiおよび
横ランド91と端ランド96の幅X1とX2が前の試験
から選ばれた。
In the manner described above, the lateral clearance angles hi and front clearance angles ji and the widths X1 and X2 of the lateral lands 91 and end lands 96 were selected from previous tests.

本発明によれば、逃げ角とランド幅は、加工される加工
片の材料が異なり使用される速度が異なるために試験の
各々に対して同じではない。
According to the invention, the clearance angle and land width are not the same for each of the tests due to the different materials of the workpiece being machined and the different speeds used.

横ランド91および96に対する逃げ角は、すべての試
験に対して、実質的に零であった。
The clearance angle for lateral lands 91 and 96 was essentially zero for all tests.

すべての結果は、インチで表わした切断棒の長さで与え
られる。
All results are given in cutting bar length in inches.

各工具は、特にそうでないと述べてない限り、破壊され
た。
Each tool was destroyed unless otherwise stated.

数字と並んで「切削中」とある語は、棒が使い果された
時の如く試験が中止されたとき工具がまだ切削している
ことを意味する。
The word "cutting" along with the number means that the tool is still cutting when the test is stopped, such as when the rod is used up.

試験 1 加工された材料は型式303のステンレス鋼であった。Exam 1 The material processed was Type 303 stainless steel.

従来の工具の形状寸法は前に述べた通りであり、本発明
の工具の形状寸法は次の通りであった。
The dimensions of the conventional tool were as described above, and the dimensions of the tool of the present invention were as follows.

有効レーキ角 C=46゜ 第一レーキ角 E=46゜ 第二レーキ角 D=0’ 横および前ランド幅X1およびX2−0.0127cI
rL(0,005インチ) 横および前逃げ角hiおよびji=15゜4つの各形式
の工具が試験され、 のように表にされている。
Effective rake angle C = 46° First rake angle E = 46° Second rake angle D = 0' Lateral and front land widths X1 and X2 - 0.0127cI
rL (0,005 inches) Lateral and front clearance angles hi and ji = 15° Four types of tools were tested and tabulated as follows:

その結果は次 工具A8に対して悪い結果が出た理由は、その工具に欠
陥があったからだと思われる。
It seems that the reason why the next tool A8 had a bad result was because that tool had a defect.

試験 2 加工された材料は、ロックウェル(Rockwe l
l )C30−31に熱処理されたAl5I4340
鋼であった。
Test 2 The processed material is Rockwell
l) Al5I4340 heat treated to C30-31
It was steel.

従来の工具の形状寸法は前に述べた通りであり、本発明
の工具の形状寸法は次の通りであった。
The dimensions of the conventional tool were as described above, and the dimensions of the tool of the present invention were as follows.

横および前ランド幅X1およびX2−0.0254cr
IL(o、oiインチ) 横および前逃げ角hiおよびji=22゜5つの従来の
工具と4つの本発明の工具とが試験された。
Side and front land width X1 and X2 - 0.0254cr
IL (o, oi inches) Lateral and front relief angles hi and ji = 22° Five conventional tools and four inventive tools were tested.

その結果は次のように表にされる。留意すべきことは、
試験が中止したとき、従来の工具はすべて駄目になった
が本発明の工具はすべて切削中であったということであ
る。
The results are tabulated as follows. Things to keep in mind are:
When the test was stopped, all the conventional tools were dead and all the inventive tools were cutting.

従来の工具の平均寿命は50.8cIIL(20インチ
)であり、本発明の工具に対しては81.92cIrL
(32%インチ)でまだ切削中であった。
The average life of the conventional tool is 50.8 cIIL (20 inches) and for the tool of the present invention it is 81.92 cIrL.
(32% inch) and was still cutting.

試験 3 加工された材料はAl511042 鋼であった。Exam 3 The processed material was Al511042 steel.

従来の工具の形状寸法は前に述べた通りであり、本発明
の工具の形状手法は次の通りであった。
The shape and dimensions of the conventional tool were as described above, and the shape method of the tool of the present invention was as follows.

有効レーキ角 C−44゜ 第一レーキ角 E=44゜ 第二レーキ角 D=O。Effective rake angle C-44° First rake angle E=44° Second rake angle D=O.

横および前ランド幅X1およびX2−0.0127Cr
rL(0,005インチ) 横および前逃げ角h1およびji=20゜各型式の4つ
の工具が試験され、その結果は次のように表にされる。
Side and front land widths X1 and X2 - 0.0127Cr
rL (0,005 inches) Lateral and front clearance angles h1 and ji = 20° Four tools of each type were tested and the results are tabulated as follows.

ここでもやはり留意すべきことは、試験が中止したとき
、従来の工具がすべて駄目になったのに、本発明の工具
はまだ切削中であったということである。
Again, it should be noted that when the test was stopped, all the conventional tools had failed, while the inventive tool was still cutting.

試験 4 加工された材料はチタン合金Ti−6A14vであった
Test 4 The processed material was titanium alloy Ti-6A14v.

この材料は加工が非常にむずかしいので選ばれた。This material was chosen because it is extremely difficult to process.

従来の工具の形状寸法は前に述べた通りであり、本発明
の工具の形状寸法は次の通りであった。
The dimensions of the conventional tool were as described above, and the dimensions of the tool of the present invention were as follows.

工具4および5に対して: 有効レーキ角 C−33゜ 第一レーキ角 E−33゜ ・第二レーキ角 D=00 横および前ランド幅X1およびX2=0.0127cr
rL(0,005インチ) 横および前逃げ角hiおよびji=20’工具6および
7に対して: 有効レーキ角 C−33゜ 第一レーキ角 E−32゜ 第二レーキ角 D=−12V2゜ 横および前ランド幅X1およびX2−0.0127Cr
rL(0,005インチ) 横および前逃げ角hiおよびji=20゜この試験は独
立の試験研究所によって証明された。
For tools 4 and 5: Effective rake angle C-33° First rake angle E-33° Second rake angle D=00 Lateral and front land widths X1 and X2 = 0.0127 cr
rL (0,005 inches) Lateral and front clearance angles hi and ji = 20' For tools 6 and 7: Effective rake angle C-33° First rake angle E-32° Second rake angle D = -12V2° Side and front land widths X1 and X2 - 0.0127Cr
rL (0,005 inches) Lateral and Front Relief Angle hi and ji = 20° This test was certified by an independent testing laboratory.

従来の工具3つと本発明の工具4つとが試験され、その
結果は次のように表にされる。
Three conventional tools and four tools of the invention were tested and the results are tabulated as follows.

これらの試験結果からいくつかのことに気がつく。Several things can be noticed from these test results.

1つは、炭化タングステン工具に使用するように従来教
えられていたレーキ角および逃げ角から完全にずれてい
ることである。
One is a complete departure from the rake and relief angles traditionally taught to use with tungsten carbide tools.

上記ハンドブックはこれらすべての材料に対して一7°
という有効レーキ角を特定しているが、これらの材料
を加工するための本発明の工具に対する有効レーキ角は
32度ないし46度にわたり、39度から53度の差が
ある。
The above handbook covers all these materials.
The effective rake angle for the tool of the present invention for machining these materials ranges from 32 degrees to 46 degrees, with a difference of 39 degrees to 53 degrees.

これらの材料を加工するための上記ハンドブックが教え
る逃げ角は5度であるが、これらの同じ材料に対する本
発明の工具の逃げ角は15度ないし22度にわたる。
The clearance angle taught by the handbook for machining these materials is 5 degrees, but the clearance angle of the present tool for these same materials ranges from 15 degrees to 22 degrees.

カーバイド工具および一般に高赤熱硬度の工具に対して
そのような大きなレーキ角および逃げ角を使用すること
は、従来技術の教えるところに直接反する。
The use of such large rake and relief angles for carbide tools and tools of high red-hot hardness in general goes directly against the teachings of the prior art.

このことは、加工すべき金属に対し、有効レーキ角C(
度)対真の伸び(%)すなわち1t−11i ×100のプロットを示す第19図のグラフによって、
さらに例示される。
This means that the effective rake angle C(
By the graph in Figure 19 showing a plot of %) vs. true elongation (%) or 1t-11i x 100,
Further examples will be given.

曲線120はカーバイド工具を含む本発明の工具に対す
るこの関係を示i しており、そこではC03C−−である。
Curve 120 illustrates this relationship for a tool of the invention, including a carbide tool, where C03C--.

t この曲線120は、真の伸びがなく展性が零の材料に対
する零の角度Cを表わす零において始まり正方向に進む
t This curve 120 starts at zero and progresses in the positive direction, representing a zero angle C for a material with no true elongation and zero malleability.

曲線120の傾斜は真の伸び10%以下では比較的小さ
く、10%以上では徐徐に大きくなる。
The slope of the curve 120 is relatively small when the true elongation is below 10%, and gradually increases when the true elongation is above 10%.

脆い鋳鉄および高炭素鋼の如き非常に脆い金属を除き遥
かに多くの金属は10%以上で真の伸びを有する。
With the exception of very brittle metals such as brittle cast iron and high carbon steel, many metals have true elongation of greater than 10%.

これらは軟鋼および合金鋼と、アルミニウム、ステンレ
ス鋼、銅、チタン、マグネシウム等の如き非鉄金属の大
部分を含む。
These include mild and alloyed steels and most non-ferrous metals such as aluminum, stainless steel, copper, titanium, magnesium, etc.

曲線120による角度Cは常に正で、真の伸びが10%
以上のすべての金属に対して少なくとも24度である。
The angle C according to curve 120 is always positive and the true elongation is 10%
At least 24 degrees for all metals listed above.

これと比べて、点121ないし124は、前述した試験
に使用される金属を切削するために前記「機械加工デー
タ・ハンドブック」により推奨されるカーバイド工具に
対する有効レーキ角Cを示す。
In comparison, points 121-124 indicate the effective rake angle C for carbide tools recommended by the Machining Data Handbook for cutting the metals used in the tests described above.

これらの角は各々負の7度であり、本発明が従来の技術
にまさって表わす完全なずれを示している。
These angles are each negative 7 degrees, illustrating the complete offset that the present invention exhibits over the prior art.

従って、最小の仕事で最大の効率で大いに改良された工
具の寿命で金属加工片を加工する形状寸法を有する新規
な切削工具と、この工具に対する正しい形状寸法を決定
する新規な方法とを説明した。
We have therefore described a novel cutting tool having a geometry for machining metal workpieces with minimal work, maximum efficiency and greatly improved tool life, and a novel method for determining the correct geometry for this tool. .

本発明では種々の変化変形がなされることは当業者には
容易に明らかであろう。
It will be readily apparent to those skilled in the art that various modifications and variations may be made to the present invention.

そのような変化変形は特許請求の範囲に定められる本発
明の範囲内にある。
Such variations are within the scope of the invention as defined in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、第一および第二レーキ角を有する種類の本発
明の旋盤用切削工具の部分平面図、第2図は第1図の工
具の正面図、第3図は第1図の工具の左側面図、第4図
は、第1図の工具の部分等大等角図であるが、横および
前切刃角または逃げ角はなく、工具の形状寸法を加工片
の座標系に関して示し、第5図は、切削すべきものと同
じ材料の金属試験棒の試料の側面図、第6図は、第5図
の試験棒試料の拡大側面図でその後引張荷重をかけて破
壊する、第7図は、破壊が生ずる平面を孤立させるため
に断面減少領域を有するもう1つの試験棒試料の側面図
、第8図は、第7図の試験棒試料の側面図でその後引張
荷重をかけて破壊する、第9図は、第一レーキ角と第二
レーキ角と有効レーキ角との関係および金属破壊時の力
の印加の関係を示す三次元の形状寸法に関する線図、第
10図、第11図および第12図は、第二レーキ角の大
きさの実際的限界を表わす目的で加工片を切削する切削
工具の側面図、第13図は、本発明のもう1つの実施例
の旋盤工具の正面図、第14図は、第13図に示す工具
の右側断片図、第15図は第13図の工具の断片的平面
図、第16図は第13図の工具の先端部分の拡大図、第
17図は、旋盤工具のビット、加工片、および切屑を本
発明の詳細な説明するために破壊前後の引張試験試料と
共に示す合成線図、第18図は第17図の中央部の拡大
図、そして第19図は、本発明の工具と従来の工具とに
破壊引張荷重をかけた場合の切削工具の有効レーキ角と
材料の真のパーセント伸びとの関係を示すグラフである
。 20・・・・・・旋盤用切削工具、21・・・・・・シ
ャンク、22・・・・・・ノーズ、23・・・・・・切
削点、24・・・・・・面、25・・・・・・底面、2
6・・・・・・逃げ面、27・・・・・・側面、28・
・・・・・横逃げ面、30・・・・・・切刃、31・・
・・・・上部正面刃、45,62・・・・・・棒、52
,53・・・・・・円錐台部分、 56,57,56’、57’・・・・・・符号、69゜
70・・・・・・縁。
1 is a partial plan view of a lathe cutting tool of the present invention having first and second rake angles, FIG. 2 is a front view of the tool shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a top view of the tool shown in FIG. 1. 4 is a partial isometric view of the tool of FIG. 1, but without the lateral and front cutting edge angles or relief angles, and shows the geometry of the tool with respect to the coordinate system of the workpiece. , FIG. 5 is a side view of a metal test rod sample of the same material as that to be cut, and FIG. 6 is an enlarged side view of the test rod sample of FIG. Figure 8 is a side view of another test bar specimen with a reduced cross-section area to isolate the plane in which failure occurs; Figure 8 is a side view of the test bar specimen of Figure 7 which subsequently fails under tensile load. FIG. 9 is a three-dimensional geometrical diagram showing the relationship between the first rake angle, the second rake angle, and the effective rake angle, and the relationship between the application of force at the time of metal fracture, and FIGS. 10 and 11. 12 and 12 are side views of a cutting tool for cutting a workpiece for the purpose of illustrating practical limits on the magnitude of the second rake angle, and FIG. 13 is a side view of a lathe tool according to another embodiment of the invention. A front view, FIG. 14 is a fragmentary right side view of the tool shown in FIG. 13, FIG. 15 is a fragmentary plan view of the tool shown in FIG. 13, and FIG. 16 is an enlarged view of the tip of the tool shown in FIG. 13. Fig. 17 is a composite diagram showing the bit, work piece, and chips of a lathe tool together with a tensile test sample before and after fracture to explain the present invention in detail, and Fig. 18 is an enlarged view of the central part of Fig. 17. , and FIG. 19 are graphs showing the relationship between the effective rake angle of the cutting tool and the true percent elongation of the material when the tool of the present invention and the conventional tool are subjected to a destructive tensile load. 20...Cutting tool for lathe, 21...Shank, 22...Nose, 23...Cutting point, 24...Face, 25・・・・・・Bottom surface, 2
6... Relief surface, 27... Side surface, 28.
... Side flank surface, 30 ... Cutting edge, 31 ...
... Upper front blade, 45, 62 ... Rod, 52
, 53... truncated cone portion, 56, 57, 56', 57'... code, 69°70... edge.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 約649°C(1200’F)以上の温度で切削有
効性を維持する材料で作られ且つEC03C”jf CO3Dに従って実質的に定められる有効レーキ角を有
する切刃を有する金属の連続加工用切削工具(ただし、
上記式においてCは切削工具の有効レーキ角、hは破壊
引張荷重が加えられる荷重と平行f に測定された場合に加工される金属の試料の初期長と最
終長との比、モしてDは引張荷重が加えられて破壊され
た後の破壊領域にある試験試料の局部縮み角である)。 2 ′iが破壊領域の試料の一部分で測定される特Il
f 許請求の範囲第1項に記載した切削工具。 3 カーバイド切刃を有する特許請求の範囲第1項に記
載した切削工具。 4 有効レーキ角Cが20度以上である特許請求の範囲
第3項に記載した切削工具。 5 横磨耗ランド面と横逃げ面とを有し、前記横ランド
面の逃げ角が実質的に零であり、前記横逃げ角が工具が
加工片を加工するのに使用される際前記横ランド面の幅
を一定にするようになっている特許請求の範囲第1項に
記載した切削工具。 6 前磨耗ランド面と前逃げ面とをさらに有し、前記前
磨耗ランド面の逃げ角は実質的に零であり、前記前逃げ
面の逃げ角が工具が加工片を加工するのに使用される際
前記前磨耗ランド面の幅を一定にするようになっている
特許請求の範囲第5項に記載した切削工具。
Claims: 1. A cutting edge made of a material that maintains cutting effectiveness at temperatures above about 649°C (1200'F) and having an effective rake angle substantially defined in accordance with EC03C''jf CO3D. Cutting tools for continuous metal machining (however,
In the above equation, C is the effective rake angle of the cutting tool, h is the ratio of the initial length to the final length of the metal specimen to be machined when the destructive tensile load is measured parallel to the applied load, and D is the local shrinkage angle of the test specimen in the fracture area after being fractured by applying a tensile load). 2 The characteristic Il where ′i is measured in a part of the specimen in the fracture region
f. A cutting tool as set forth in claim 1. 3. The cutting tool according to claim 1, which has a carbide cutting edge. 4. The cutting tool according to claim 3, wherein the effective rake angle C is 20 degrees or more. 5 having a lateral wear land surface and a lateral relief surface, wherein the clearance angle of the lateral land surface is substantially zero, and the lateral relief angle is such that when the tool is used to machine a workpiece, the lateral land The cutting tool according to claim 1, wherein the width of the surface is made constant. 6. The tool further comprises a front wear land surface and a front clearance surface, wherein a clearance angle of the front wear land surface is substantially zero, and a clearance angle of the front clearance surface is used for the tool to machine a workpiece. 6. The cutting tool according to claim 5, wherein the width of the front wear land surface is kept constant during cutting.
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