JPWO2012020784A1 - 切削インサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

切削インサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施形態に係る切削インサートは、上面と、下面と、上面および下面のそれぞれと接続し、且つ、互いに隣接している第1側面および第2側面を有する側面と、上面と第1側面との交線部に位置している主切刃、および上面と第2側面との交線部に位置している副切刃を有する切刃と、を備え、上面は、主切刃に沿って位置するすくい面を有し、第2側面は、上面から下面に向かって、中心軸を基準にして内方に傾斜角度α1で傾斜している第2上拘束面および第2上拘束面と連続し外方に傾斜角度α2で傾斜している第2下拘束面を順に有する。この切削インサートを備える切削工具と、この切削工具を用いて切削加工物を製造する方法とを提供する。

Description

本発明は、切削インサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法に関する。
切削インサートの一例として、特表2008−544872号公報には、上面視で正方形状のリバーシブルタイプの切削インサートが開示されている。そして、特表2008−544872号公報には、上述の切削インサートは、正方形の各辺に対応する主側面の主エッジと、コーナ部を切り欠いて形成された補助側面の補助エッジとを用いて、ワークピースを切削加工することが説明されている。
しかしながら、上述の切削インサートによれば、平面状である補助側面の補助エッジを用いてワークピース面を切削するため、補助側面とワークピース面との間に十分な逃げ角を確保し難いという課題が生じ得る。それゆえ、補助側面とワークピース面との接触によって、ワークピース面の仕上げ面粗度が低下したり、補助側面が摩滅してリバーシブル時に所望の機能を発揮できなくなったりするおそれがある。
一方、補助側面とワークピース面とが接触することを抑制するためには、例えば切削インサートをホルダに取り付ける際に、主側面の主エッジのアキシャルレーキ角を小さくする必要があるため、主エッジが受ける切削抵抗が増大するおそれがある。その他、補助側面の補助エッジによってワークピース面を切削する際に切削インサートに加わる所定方向の切削力によって、切削インサートがホルダから浮き上がってしまうことも懸念される。
本発明の課題の1つは、切削抵抗の低減および高寿命を兼ね備えた切削インサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態に係る切削インサートは、上面と、下面と、前記上面および前記下面のそれぞれと接続しており、互いに隣接している第1側面および第2側面を有する側面と、前記上面と前記第1側面との交線部に位置している主切刃、および前記上面と前記第2側面との交線部に位置している副切刃を有する切刃と、を備え、前記上面は、前記主切刃に沿って位置し、前記主切刃から離れるにつれて下方に傾斜しているすくい面を有し、前記第2側面は、前記上面から前記下面に向かって、前記上面および前記下面の間を貫通する中心軸を基準にして内方に傾斜角度α1で傾斜している第2上拘束面および前記第2上拘束面と連続し外方に傾斜角度α2で傾斜している第2下拘束面を順に有する。
本発明の一実施形態に係る切削工具は、上述した実施形態に係る切削インサートと、前記切削インサートが取り付けられるホルダと、を備え、前記ホルダは、前記切削インサートの前記下面と当接する着座面、および前記切削インサートの前記第1上拘束面と当接する第1拘束面を有し、前記着座面の仮想延長線と前記第1拘束面の仮想延長線とがなす角の角度は鋭角である。
本発明の一実施形態に係る切削加工物の製造方法は、上述した実施形態に係る切削工具を回転させる工程と、回転している前記切削工具の前記切刃を被削材に接触させる工程と、前記切削工具を前記被削材から離隔する工程と、を備える。
本発明の実施形態に係る切削インサートによれば、第2側面は、上面から下面に向かって、上面および下面の間を貫通する中心軸を基準にして内方に傾斜角度α1で傾斜している第2上拘束面および第2上拘束面と連続し外方に傾斜角度α2で傾斜している第2下拘束面を順に有することから、ホルダに取り付ける際に切削インサートをホルダの回転方向の進行方向側に前傾させることなく、第2側面と被削材の仕上げ面との間に比較的大きな逃げ角を確保することが可能となる。言い換えれば、切削インサートを前傾させることなく、主切刃のアキシャルレーキ角を比較的大きく確保することができる。それゆえ、切削インサート自体を側面視したときの主切刃の傾斜を比較的小さく設定することができるため、結果として切削インサートの厚みを過度に大きくする必要を要しないというメリットが生じる。
本発明の第1実施形態に係る切削インサートを示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図(上面図)、(c)は(b)の矢印a方向から見た側面図(第2側面側)、(d)は(b)の矢印b方向から見た側面図(第1側面側)である。 (a)および(b)はそれぞれ図1(c)の拡大図である。 図1(d)の拡大図である。 本発明の第2実施形態に係る切削インサートを示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図(上面図)、(c)は側面図(第2側面側)、(d)は側面図(第1側面側)である。 (a)は図4(d)の拡大図、(b)は(a)のE−E線における拡大断面図である。 (a)は図5(a)のA−A線における拡大断面図、(b)は図5(a)のB−B線における拡大断面図、(c)は図5(a)のC−C線における拡大断面図、(d)は図5(a)のD−D線における拡大断面図である。 (a)は図4(c)の拡大図、(b)は図4(b)の拡大図である。 本発明の第3実施形態に係る切削インサートを示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図(上面図)、(c)は側面図(第2側面側)、(d)は側面図(第1側面側)である。 図8の切削インサートを示す図であり、(a)は平面図(上面図)、(b)は(a)のA−A線における拡大断面図、(c)は(a)のB−B線における拡大断面図、(d)は(a)のC−C線における拡大断面図、(e)は(a)のD−D線における拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る切削インサートを取り付けるためのホルダを示す図であり、(a)は側面図、(b)は(a)と異なる角度から見た側面図、すなわち(a)を90度回転させた側面図、つまり(a)を下方から見た側面図、(c)は先端視図である。 本発明の実施形態に係る切削工具を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。 (a)は図11(b)の切削工具の先端部を拡大して示す部分拡大図、(b)は(a)の先端視図である。 (a)〜(c)は本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法を工程順に示す斜視図である。
<切削インサート>
(第1実施形態)
以下、本発明の切削インサート(以下、「インサート」と言うことがある。)に係る第1実施形態について、図1〜図3を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態のインサート1は、大略、上面2、下面3、上面2および下面3のそれぞれと接続している側面4、上面2および下面3の間を貫通している貫通孔6、並びに上面2と側面4との交線部に位置している切刃5を備えている。上面2はすくい面8および立ち上がり面9、並びに平坦面21を有し、側面4は互いに隣接している第1側面41および第2側面42を有し、切刃5は主切刃51および副切刃52を有する。以下、インサート1の各構成要素について、順に説明する。
図1(b)に示すように、インサート1は、上面視において、略四角形状(略長方形状)である。ここで、上面視とは、以下においては特記しない限り、上面2側からインサート1を見た状態を意味するものとする。なお、インサート1の形状は略四角形状に限定されるものではなく、上面視において、例えば三角形、五角形、六角形、八角形などの略多角形状の板状とすることができる。
インサート1は、上面視における略四角形状の長辺を例えば8〜15mm程度、短辺を例えば4〜8mm程度とすればよく、また、上面2から下面3までの厚みを例えば3〜7mm程度をすればよい。ここで、厚みとは、側面視で、上面2のうち最も上方に位置する部位と下面3のうち最も下方に位置する部位までの距離のうち、インサート1の中心軸S1に平行な線分を意味することとする。インサート1の中心軸S1とは、上面2および下面3の間を貫通する軸であり、上面視において、インサート1を回転させたときに回転軸となる軸を意味するものとする。
また、インサート1は、図1(a)に示すように、上面2側と同様に、下面3と側面4との交線部にも主切刃51Aおよび副切刃52Aを有する切刃5Aを備えている。下面3側の主切刃51Aを用いて切削加工を行なう場合には、上面2の平坦面21を後述するホルダ10への着座面として使用することが可能である。すなわち、本実施形態のインサート1は、上面2側と下面3側のそれぞれを切削加工に使用可能であるため、下面3側の主切刃51Aは、インサート1を上下反転させた状態で使用できるように、上面2側の主切刃51を反転させた形状となっている。
すなわち、インサート1は、図1(c)の紙面に直角の線を中心とする回転対称となっている。それゆえ、本実施形態に係るインサート1では、上面2および下面3のそれぞれで2か所、計4か所のコーナを使って切削加工を行なうことができる。このように、側面4のうち主切刃51が形成される部位と副切刃52が形成される部位とを、第1側面41および第2側面42のように別々に構成したため、主切刃51並びにそれに沿って上面2に位置するすくい面8および立ち上がり面9と、副切刃52に対する逃げ面(第2上拘束面42a)とを、それぞれに適した構成として設計することが比較的容易となる。
切刃5は、上述の通り上面2と側面4の交線部に位置し、主切刃51および副切刃52を有している。本実施形態においては、図1(b)に示すように、主切刃51および副切刃52が、コーナ切刃53を介して接続されている。本実施形態のインサート1は、主切刃51、副切刃52およびコーナ切刃53を含むコーナを使用して、切削加工を行なうことができる。
まず、主切刃51は、上面2と第1側面41との交線部に位置しており、切削作用において切屑生成に主な役割を果たす刃である。主切刃51は、図1(b)に示すように上面視においては副切刃52側から離れるにつれて外方に向かって緩やかな凸状の曲線を有し、図1(d)に示すように側面視においては副切刃52側から離れるにつれて下方に傾斜している。前者の構造によれば主切刃51の刃先欠損を抑制することができ、後者の構造によれば切削加工時の切削抵抗を低減することができる。主切刃51の側面視における傾斜角度は、副切刃52側から離れるにつれて漸次小さくなっている。なお、主切刃51のうち副切刃52から最も遠い端部において、側面視における傾斜角度をゼロとしてもよい。
次に、副切刃52は、上面2と第2側面42との交線部に位置しており、後述する被削材100の仕上げ面102を平滑にする役割を有する刃である。本実施形態では、切削加工時において、上面2と第2側面42との交線部のうち主として主切刃51(コーナ切刃53)側端部から中央部までの領域を用いることが好ましい。また、本実施形態において、副切刃52は、図1(c)に示すように第2側面42側から見た側面視において直線状であり、また、図1(b)に示すように上面視においても直線状である。
次に、コーナ切刃53は、図1(b)に示すように、主切刃51と副切刃52の間に挟まれており比較的なだらかな曲線状であり、主切刃51と副切刃52との交差部における欠損を抑制する役割を有する。
一方、上面2は、図1(a)に示すように、主切刃51に沿って位置し、主切刃51から離れるにつれて下方に傾斜しているすくい面8を有し、中心軸S1(貫通孔6)の周囲であって主切刃51と離隔した部位に、側面視において中心軸S1に垂直であり、且つ、少なくとも一部が主切刃51よりも上方に位置している平坦面21を有する。なお、以下においては特記しない限り、側面視とは、インサート1を第1側面41に向かって見た状態を意味するものとする。
すくい面8は、切削加工時に主切刃51で生成された切屑と接触して、切屑の変形あるいは進行方向の変更を生じさせることによって、切屑を外部へスムーズに排出する役割を備える部位である。すくい面8は、主切刃51と連続していてもよいし、所謂ランド部を介して形成されていてもよい。また、すくい面8は、平面状の部分を有してもよいし、曲面状の部分を有していてもよい。ここで、平面状とは、厳密な意味での平面のみならず、その機能を奏する限りにおいて若干の凹凸や湾曲を含む趣旨である。この点、曲面状についても同様である。
平坦面21は、ホルダ10に取り付ける際に着座面としての機能を有する部位である。さらに、本実施形態において、上面2は、図1(a)に示すように、すくい面8の少なくとも一部と連続して位置し、主切刃51から離れるにつれて上方に傾斜している立ち上がり面9を有している。そして、すくい面8のうち副切刃52から遠い側に位置している第1端部8aは、立ち上がり面9を介して平坦面21と連続しており、すくい面8のうち副切刃52に近い側に位置している第2端部8bは、平坦面21と連続している。
なお、すくい面8と立ち上がり面9との間に平坦な底部を有するような構成にしてもよい。なお、本実施形態において、上面2のうち副切刃52の内側領域52dには、上述の立ち上がり面9のように上方に傾斜している部位は存在しておらず、上述のすくい面8に相当する部位と平坦面21とが連続している。
貫通孔6は、インサート1をホルダ10へ取り付ける際に締付けネジや取付け用のボルトを挿入するための孔である。貫通孔6は、上面2の中央部に位置している。貫通孔6の中心軸と、インサート1の中心軸S1とは、同じ位置に位置している。なお、本実施形態において、上面2と下面3とは同一の構成を備えているため、特別な説明を要しない限り、以下において下面3の説明を省略する。
側面4は、上述の通り上面2および下面3のそれぞれと接続しており、互いに隣接している第1側面41および第2側面42を有する。第1側面41および第2側面42は以下に説明する複数の拘束面を有しており、それぞれの拘束面は、ホルダ10への取付け方向によって、ホルダ10に対する取付け面としての機能、あるいは、被削材100との接触を避ける所謂逃げ面としての機能を発揮するものである。また、本実施形態において、側面4は、図1(b)に示すように、第1側面41と第2側面42との間に介在し、上面視において外方に湾曲しているコーナ側面43をさらに有している。
なお、本実施形態のインサート1は、上面視において、第1側面41側の外縁を長辺とし、第2側面42側の外縁を短辺とする長方形状である。そのため、第1側面41と対になる第3側面41Pが反対側に位置し、第2側面42と対になる第4側面42Pが反対側に位置している。第3側面41Pおよび第4側面42Pは第1側面41および第2側面42の構造とそれぞれ同一であることから、特別な説明を要しない限り、以下においては第1側面41および第2側面42についての説明をもって第3側面41Pおよび第4側面42Pについての説明に代えるものとする。この点、コーナ側面43と対になる他のコーナ側面43Pについても同様である。
なお、本実施形態に係るインサート1は、上面視における第1側面41から第3側面41Pまでの距離(幅)W1が、側面視における上面2から下面3までの距離(厚み)W2よりも大きい。すなわち、本実施形態に係るインサート1は、所謂横型のインサート1である。そして、インサート1は、後述するように、貫通孔6に挿入される締付けネジ61を用いてホルダ10に取り付けられる。これによれば、インサート1の幅が大きいため、すくい面8および立ち上がり面9を所望の大きさ・形状にすることができ、切屑の排出性を向上させることができる。また、貫通孔6に締付けネジ61を挿入するため、インサート1の厚みを必要以上に大きくする必要がないことから、材料コストの低減も可能となる。
第1側面41は、図2(a)および図3に示すように、上面2から下面3に向かって、中心軸S1を基準にして外方に傾斜角度β1で傾斜している第1上拘束面41a、および第1上拘束面41aと連続し内方に傾斜角度β2で傾斜している第1下拘束面41bを順に有する。
また、第1側面41は、図2(b)および図3に示すように、主切刃51と第1上拘束面41aとの間に位置し、上面2から下面3に向かうにつれて中心軸S1を基準にして外方に傾斜角度β3で傾斜している部位を有する第1上強化面41cをさらに有し、第1上強化面41cの傾斜角度β3は、第1上拘束面41aの傾斜角度β1よりも大きい。
同様に、第1側面41は、下面3側の主切刃51Aと第1下拘束面41bとの間に位置し、上面2から下面3に向かうにつれて中心軸S1を基準にして内方に傾斜角度β4で傾斜している第1下強化面41dをさらに有し、第1下強化面41dの傾斜角度β4は、第1下拘束面41bの傾斜角度β2よりも大きい。
ここで、傾斜角度β1とは、中心軸S1に平行な面S1aと第1上拘束面41aの仮想延長線L1とがなす角の角度を意味するものとし、傾斜角度β2とは、面S1aと第1下拘束面41bの仮想延長線L2とがなす角の角度を意味するものとする。また、傾斜角度β3とは、面S1aと第1上強化面41cの仮想延長線L3とがなす角の角度を意味するものとし、傾斜角度β4とは、面S1aと第1下強化面41dの仮想延長線L4とがなす角の角度を意味するものとする。それぞれの傾斜角度は、中心軸S1を基準にした絶対値で示されるものとする。
本実施形態のインサート1では、傾斜角度β1=傾斜角度β2の関係を有し、また、傾斜角度β3=傾斜角度β4の関係を有する。そして、例えば、傾斜角度β1およびβ2はそれぞれ3〜5°に設定されることが好ましく、傾斜角度β3およびβ4はそれぞれ4〜7°に設定されることが好ましい。なお、これらの傾斜角度を副切刃52から離れるにつれて変化させるようにしてもよい。
さらに、第1側面41は、主切刃51と連続し、第1上強化面41cおよび第1上拘束面41aのいずれよりも第2側面42側に位置し、上面2から下面3に向かって中心軸S1を基準にして外方に傾斜角度γで傾斜している第1逃げ面41eをさらに有し、第1逃げ面41eの傾斜角度γ(図示せず)は、第1上強化面41cの傾斜角度β3よりも小さい。第1逃げ面41eを有することで、切削加工時において被削材100の壁面101となる部位との接触を抑制することができ、加工精度の向上とインサート1の損傷の抑制が可能となる。第1逃げ面41eの傾斜角度γは、第1上拘束面41aの傾斜角度β1よりも3〜15°小さい。
なお、本実施形態において、図3に示すように、第1逃げ面41eは、主切刃51のみならずコーナ切刃53にも連続している。これによってコーナ切刃53側においても同様の効果を奏することが可能となる。ここで、第1側面41の第1上拘束面41aは、第3側面41P側に位置している主切刃51Pを用いて切削加工を行なう場合に、ホルダ10と当接することによってインサート1とホルダ10とを固定する役割を備える部位である。逆もまた同様である。
第2側面42は、上面2から下面3に向かって、中心軸S1を基準にして内方に傾斜角度α1で傾斜している第2上拘束面42a、および第2上拘束面42aと連続し外方に傾斜角度α2で傾斜している第2下拘束面42bを順に有する。傾斜角度α1とは、中心軸S1に平行な面S1aと第2上拘束面42aの仮想延長線L5とがなす角の角度を意味するものとし、傾斜角度α2とは、面S1aと第2下拘束面42bの仮想延長線L6とがなす角の角度を意味するものとする。
本実施形態のインサート1では、傾斜角度α1=傾斜角度α2の関係を有しており、例えば傾斜角度α1およびα2はそれぞれ4〜8°に設定されることが好ましい。ここで、第2側面42の第2下拘束面42bは、第4側面42P側に位置している副切刃52Pを用いて切削加工を行なう場合に、ホルダ10と当接することによってインサート1とホルダ10とを固定する役割を備える部位である。逆もまた同様である。なお、副切刃52Pと上述した主切刃51Pとの間には、コーナ切刃53Pが位置している。
上述した構成を有する本実施形態のインサート1は、例えば、超硬合金、セラミックまたはサーメットなどの硬質材料、あるいは、これらの母材にTiC、TiN、TiCNまたはAl23などの硬質膜をPVDまたはCVDなどの手段でコーティングしたものを用いることができる。耐チッピング性およびコーティング層の安定性の観点からは、超硬合金にPVDコーティングを行なったものを用いることが好ましい。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るインサートについて、図4〜図7を参照して詳細に説明する。なお、図4〜図7においては、上述した図1〜図3と同一の構成部分には同一の符号を付して説明は省略する。
図4に示すように、本実施形態のインサート1Aが備える切刃5は、第1実施形態に係るインサート1と同様、主切刃51および副切刃52がコーナ切刃53を介して接続されている。
そして、本実施形態において、副切刃52は、図7(a)に示すように、第2側面42側からの側面視で、中央領域において最も高い最高点52T(頂点)を有し、最高点52Tから主切刃51(コーナ切刃53)側の一端521および主切刃51(コーナ切刃53)から離隔する側の他端522に向かうにつれて、それぞれ下方に傾斜している。なお、最高点52Tから一端521に向かう傾斜角度が、最高点52Tから他端522に向かう傾斜角度よりも小さい。そして、いずれの領域における傾斜も、曲線状あるいは円弧状である。特に、最高点52Tから一端521までの部位は、被削材100の仕上げ面102を平滑にする役割を主として有する部位であり、最高点52Tから一端521に向かって、上面2側に凸の緩やかな円弧状をなしている。
また、本実施形態において、副切刃52は、図7(b)に示すように、上面視したときに、3つの直線部52a、52b、52cで構成されている。具体的には、中央領域の直線状の第1部52aがインサート1の最も外方に位置しており、その両側の直線状の第2部52bおよび第3部52cはそれぞれ中央領域から離れるにつれて内方に傾斜している。
このような構成によれば、主切刃51(コーナ切刃53)側の第2部52bを被削材100の仕上げ面102に沿うようにして、且つ、上面2を回転方向の前方に向けた状態でホルダ10に取り付けた場合に、上面2における主切刃51(コーナ切刃53)から離隔する側の第3部52cと被削材100の仕上げ面102とのクリアランスを大きく確保することができるとともに、上述の上面2に対応して構成されている下面3側の副切刃52Aの第2部およびコーナ切刃と、被削材100の仕上げ面102とのクリアランスも大きく確保することができるため、それらの部位と仕上げ面102との接触が抑制されることによって被削材100の仕上げ面102の面精度を高めることが可能となる。
なお、副切刃52を上述のような構成にするのに代えて、上面視したときに、第1部52aと第3部52cとを連続する1つの直線となるようにしてもよい。また、副切刃52を上述のような直線部で構成するのに代えて、上面視で、両端から中央領域に向かうにつれてインサート1の外方に膨らむような曲線状としてもよい。
側面4は、第1実施形態と同様、上面2および下面3のそれぞれと接続しており、互いに隣接している第1側面41および第2側面42を有する。
まず、第1側面41は、第1実施形態と同様、第1上拘束面41aおよび第1下拘束面41bを有する。また、傾斜角度β1=傾斜角度β2の関係を有する。例えば、傾斜角度β1およびβ2はそれぞれ3〜5°に設定されることが好ましい。
そして、本実施形態のインサート1Aでは、図4(d)および図5(a)に示すように、側面視において、第1上拘束面41aと第1下拘束面41bとの境界部41gは、直線状であり、インサート1の中心軸S1の垂線に対して、副切刃52から離れるにつれて下面3側に傾斜している。境界部41gは、第1側面41のうちで最も外方に位置している。なお、境界部41gは、厳密にはインサート1Aの厚み方向に細い幅を持った帯状であり、幅方向の一端から他端に向かうにつれて外方に凸の曲面状をなしている。これによれば、第1上拘束面41aおよび第1下拘束面41bの面積を比較的大きく確保しつつ、インサート1Aを成形する際に金型への材料の充填をスムーズに行なうことが可能となる。なお、他の例として、境界部41gは、側面視において、部分的にあるいは全長に渡って曲線状にしてもよい。
また、本実施形態において、第1側面41は、図4(d)および図5(a)に示すように、第1上拘束面41aおよび第1下拘束面41bが、第1側面41の略中央部に位置している凹部41fによってそれぞれが2分割された構成41a1(第1上拘束部)、41a2(第2上拘束部)、41b1(第1下拘束部)、41b2(第2下拘束部)を有する。これによって、インサート1Aをホルダ10に取り付ける際に、それぞれの分割された2つの面(領域)41a1、41a2、41b1、41b2が凹部41fを介して独立してホルダ10に当接するため、単一の面で当接する場合と比較して、ホルダ10への取付け時に若干の位置ずれが生じた場合であってもホルダ10との当接面積を比較的大きく確保することができるため、ホルダ10に対する取付け安定性が向上する。特に、本実施形態においては、第2側面42の第2上拘束面42a(あるいは第2下拘束面42b)を加えた3つの面(41a1、41a2、42a)をホルダ10に当接させることができるため、優れた取付け安定性を発揮することが可能となる。
また、側面視において、凹部41fは、上面2から下面3に向かうにつれて副切刃52に近づく方向に傾斜していることが好ましく、これによって2分割された拘束面41a1、41a2(41b1、41b2)の面積を互いに近づけることができる。その結果、被削材100を切削する際にインサート1Aに主として加わる切削力を、2つの分割された拘束面41a1、41a2(41b1、41b2)によってバランスよく受け止めることができ取付け安定性を向上させることができる。なお、凹部41fの深さ41f1は、例えば0.03〜0.15mmに設定することが好ましい。
さらに、本実施形態において、第1側面41の第1上強化面41cは、図5および図6に示すように、主切刃51に連続している上部領域41c1をさらに有する。そして、上部領域41c1は、側面視において、副切刃52(コーナ切刃53)に近い側に位置している第1領域と副切刃52(コーナ切刃53)から遠い側に位置している第2領域とを有するとともに、下面3に向かうにつれて第1領域は外方に傾斜しており、且つ、第2領域は内方に傾斜している。なお、図5において、A−A線近傍からC−C線近傍までの領域が第1領域に相当し、D−D線近傍の領域が第2領域に相当する。また、図6において、直線S1bは、中心軸S1に垂直で、且つ、インサート1の厚み方向の中心を通っている。
具体的には、副切刃52(コーナ切刃53)に近い側に位置している第1領域においては、図6(a)および図6(b)に示すように、第1側面41の第1上強化面41c(上部領域41c1)は、上面2から下面3に向かうにつれて外方に傾斜している。より具体的には、第1側面41の第1上強化面41c(上部領域41c1)は、上面2から下面3に向かうにつれて外方に膨らむような形状となっている。本実施形態においては、図6(c)に示される領域においても同様の形状である。
これに対して、図6(d)に示すように、副切刃52(コーナ切刃53)から遠い側に位置している第2領域においては、第1上強化面41cのうち主切刃51に連続している上部領域41c1がインサート1の中心軸S1に対して内方に傾斜しているとともに、上部領域41c1の下面3側に連続している下部領域41c2はさらに下面3側に向かうにつれて外方に傾斜している。より具体的には、下部領域41c2はさらに下面3側に向かうにつれて外方に膨らむような形状となっている。
このように、第1上強化面41cの上部領域41c1がインサート1の中心軸S1に対して内方に傾斜していることによって、インサート1をホルダ10に取り付けた状態でホルダ10の回転軸S2を中心に回転させたとき、上部領域41c1と被削材100の壁面101との間にクリアランスを確保することが可能となるため、被削材100の壁面101に傷が付くことを効果的に抑制できる。これに伴い、本実施形態では、副切刃52(コーナ切刃53)から離隔する側の領域において、上述の第1実施形態とは異なり、第1上強化面41cのうち外方に膨らむ領域が小さくなっている。以上の点は、図6(a)に示すように、第1下強化面41dについても、上部領域41d1および下部領域41d2の関係は同様である。例えば、上部領域41d1および下部領域41d2の傾斜角度はそれぞれ、上面2から下面3に向かって中心軸S1を基準にして判断する。
なお、本実施形態において、第1側面41の第1逃げ面41eは、第1実施形態と異なり、副切刃52側から離れるにつれて、上面2から下面3に向かってインサート1の中心軸S1に対する傾斜が内方への傾斜から外方への傾斜に変化している。
第2側面42は、第1実施形態と同様、第2上拘束面42aおよび第2下拘束面42bを有する。また、傾斜角度α1=傾斜角度α2の関係を有しており、例えば傾斜角度α1およびα2はそれぞれ4〜8°に設定されることが好ましい。
それに加えて、本実施形態においては、第2側面42は、図4(c)および図4(d)に示すように、副切刃52と第2上拘束面42aとの間に位置し、中心軸S1と略平行の第2上強化面42cと、下面3側の主切刃51Aと第2下拘束面42bとの間に位置し、中心軸S1と略平行の第2下強化面42dと、をさらに有している。
すなわち、本実施形態において、第2側面42は、上面2から下面3に向かうにつれて、第2上強化面42c、第2上拘束面42a、第2下拘束面42bおよび第2下強化面42dを順に有している。このように、第2上拘束面42aおよび第2下拘束面42bを有することによって切削時における被削材100との接触を抑制することができるのに加えて、中心軸S1と略平行な第2上強化面42cおよび第2下強化面42dを有することによって優れた刃先強度を兼ね備えることが可能となる。
なお、上面2から下面3へと向かうインサート1Aの厚み方向において、第2上拘束面42aの長さは第2上強化面42cの長さよりも大きいことが好ましい。もし両者の長さの割合が第2側面42の幅方向において変化する場合には、第2上拘束面42aの面積を第2上強化面42cの面積よりも大きくすることが好ましい。特に、ホルダ10に対する取付け安定性の観点を考慮すると、第2上拘束面42aの面積を第2上強化面42cの面積の3倍以上とすることが好ましい。その他の構成は、上述した第1実施形態に係るインサート1と同様であるので、説明を省略する。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るインサートについて、図8および図9を参照して詳細に説明する。なお、図8および図9においては、上述した図1〜図7と同一の構成部分には同一の符号を付して説明は省略する。また、第3実施形態に係るインサートの基本的な構成は上述の第2実施形態に係るインサート1Aと同一であるため、以下の説明においては、主として第2実施形態に係るインサートとの差異を説明し、重複する内容については説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態のインサート1Bが備える切刃5は、第1実施形態および第2実施形態に係るインサート1、1Aと同様、主切刃51および副切刃52がコーナ切刃53を介して接続されている。
そして、本実施形態において、副切刃52は、第2実施形態とは異なり、図8(c)に示すように、第2側面42側からの側面視で、主切刃51(コーナ切刃53)側の一端521から主切刃51(コーナ切刃53)から離隔する側の他端522に向かうにつれて、下方に向かって直線状に傾斜している。傾斜角度は、側面視において、中心軸S1に垂直な平面を基準にして6〜13°に設定することが好ましい。
一端521側の部位は、被削材100の仕上げ面102を平滑にするための主たる役割を有する部位である。このように、本実施形態においては、副切刃52を1つの直線で形成することによって、第2実施形態と比較して、一端521から他端522に向かって最高点52Tのように突出する部位がない。その結果、一方のコーナ側面43側の切刃51〜53を用いて切削加工を行なう場合に生成される切屑が、上面2(すくい面8)を通って排出される際に、他方のコーナ側面43P側の副切刃52Pに衝突することが抑制されるため、非使用の副切刃52Pへの損傷を低減することが可能となる。なお、他の例として、第2側面42側からの側面視で、副切刃52を、緩やかな1つの円弧状としてもよい。
側面4は、第1実施形態および第2実施形態に係るインサート1、1Aと同様、図8および図9に示すように、上面2および下面3のそれぞれと接続しており、互いに隣接している第1側面41および第2側面42を有する。
まず、第1側面41は、第2実施形態と同様、図8に示すように、上面2から下面3に向かうにつれて、第1上強化面41c、第1上拘束面41a、第1下拘束面41bおよび第1下強化面41dを有している。また、第1側面41は、図8(d)に示すように、第1逃げ面41eを有する。さらに、第1側面41は、図8(d)および図9(e)に示すように、第1上拘束面41aと第1下拘束面41bとの境界部41g、および、第1上拘束面41aおよび第1下拘束面41bの略中央部に位置している凹部41fを有する。
そして、本実施形態において、境界部41gは、細い直線状の第2実施形態と異なり、インサート1Bの厚み方向に比較的広い幅を持った帯状であり、且つ、幅方向の一端から他端に向かうにつれて外方に凸の緩やかな曲面状をなしている。これによれば、インサート1Bを成形する際に、金型への材料の充填をよりスムーズに行なうことが可能となる。なお、曲線の曲率半径としては、例えば0.1〜0.5mmに設定することが好ましい。
次に、第2側面42は、第2実施形態と同様、図8(c)および図9に示すように、上面2から下面3に向かうにつれて、第2上強化面42c、第2上拘束面42a、第2下拘束面42bおよび第2下強化面42dを順に有している。そして、第2実施形態と同様、傾斜角度α1=傾斜角度α2の関係を有しており、例えば傾斜角度α1およびα2はそれぞれ4〜8°に設定されることが好ましい。
また、第2実施形態と同様、第2側面42は、図8(c)および図9に示すように、副切刃52と第2上拘束面42aとの間に位置し、中心軸S1と略平行の第2上強化面42cと、下面3側の主切刃51Aと第2下拘束面42bとの間に位置し、中心軸S1と略平行の第2下強化面42dと、をさらに有している。従って、インサート1Bは、第2実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。
そして、本実施形態において、第2上強化面42cおよび第2下強化面42dは、上述のように副切刃52が直線状に傾斜することに伴い、図9(b)〜図9(d)に示すように、対応する主切刃51(コーナ切刃53)側から離隔するにつれて、インサート1Bの厚み方向における長さが小さくなっている。その他の構成は、上述した第1実施形態および第2実施形態に係るインサート1、1Aと同様であるので、説明を省略する。
<切削工具>
次に、本発明の実施形態に係る切削工具を、図10〜図12を用いて説明する。本実施形態においては、上述した第1〜第3実施形態に係るインサートのうち、第1実施形態に係るインサート1を取り付けた切削工具を例にとって説明する。
図11および図12に示すように、本実施形態の切削工具20は、上述のインサート1を複数、ホルダ10の外周先端部に取り付けたものである。
具体的に説明すると、図10に示すように、ホルダ10の外周先端部には、周方向に互いに間隔をあけて複数個のインサートポケット11が形成されている。インサートポケット11は、図10(c)に示すように、先端視で略V字状にホルダ10の外周先端部を切り欠いた部分であり、インサートポケット11のうち切欠きによって形成される複数の取付け面がインサート1の取付け部位として機能する。そして、インサートポケット11のそれぞれにインサート1を1つずつ取り付ける。
インサート1の取付け方法としては、例えば、インサート1の貫通孔6に締付けネジ61を挿入し、締付けネジ61の先端部をホルダ10の取付け面に形成したネジ孔12に螺合する方法等が挙げられる(図10(b)、図11および図12(a)参照)。なお、インサート1の他の取付け方法としては、例えばクランプ構造等が挙げられる。
ここで、ホルダ10(インサートポケット)は、図10および図12(b)に示すように、インサート1の下面3と当接する着座面11cと、インサート1の第1上拘束面41a(第3上拘束面41Pa)と当接する第1拘束面11a(当接面)とを有し、着座面11cの仮想延長線L7と第1拘束面11aの仮想延長線L8とがなす角δ1の角度は鋭角である。
また、ホルダ10(インサートポケット)は、図10および図12(a)に示すように、インサート1の第2下拘束面42b(第4下拘束面42Pb)と当接する第2拘束面11b(当接面)をさらに有し、着座面11cの仮想延長線L7と第2拘束面11bの仮想延長線L9とがなす角δ2の角度は鋭角である。
インサート1は、図12の矢印Iで示す回転方向の前方に上面2を向けるようにして、主切刃51がホルダ10の外周から突出するような状態で、ホルダ10に取り付けられる。そして、第1側面41および第2側面42がホルダ10の先端外周側に位置して、主切刃51および副切刃52によって被削材100の切削加工が行なわれる。
このとき、インサート1の側面4のうち切削作用に寄与しない面、すなわち第3側面41Pおよび第4側面42Pが、ホルダ10の当接面にそれぞれ当接している。すなわち、図12(a)に示す破線cで囲まれた領域で示されるように、第4側面42Pの第4下拘束面42Pbがホルダ10の第2拘束面11bに当接し、図12(b)に示す破線dで囲まれた領域で示されるように、第3側面41Pの第3上拘束面41Paがホルダ10の第1拘束面11aに当接することによって、インサート1とホルダ10とが互いに拘束されてインサート1がホルダ10に取り付けられている。
そのため、本実施形態の切削工具20によれば、図12(b)に示すように、切削加工時に、第1側面41側の主切刃51が受ける比較的大きな切削力が、貫通孔6に挿入されている締付けネジ61を介してインサート1の第3側面41P側をホルダ10から矢印e方向に浮き上がらせる力(浮力)として作用するが、角δ1の角度が鋭角であることによって、この浮力が生じる第3側面41Pの第3上拘束面41Paをホルダ10の第1拘束面11aによって上方から押圧することができ、インサート1を効果的に拘束することができる。
また、図12(a)に示すように、第2側面42側の副切刃52が受ける比較的小さな切削力が貫通孔6に挿入されている締付けネジ61を介してインサート1の第4側面42P側をホルダ10から矢印f方向に浮き上がらせる力(浮力)として作用するが、角δ2の角度が鋭角であることによって、この浮力が生じる第4側面42Pの第4下拘束面42Pbをホルダ10の第2拘束面11bによって上方から押圧することができ、インサート1を効果的に拘束することができる。このように、本実施形態の切削工具20によれば、切削力が加わる位置および切削力の大きさに応じて適切な拘束力を発揮することができるため、インサート1とホルダ10との拘束安定性を向上させることができる。
また、本実施形態の切削工具20によれば、上述のインサート1のホルダ10への装着自由度の向上およびそれに基づく優れた作用効果を得ることができる。すなわち、図12(a)に示すように、主切刃51が正のアキシャルレーキ角θ1を有するように配置される。これにより、切削抵抗の低減を図ることができる。また、第2側面42の第2上拘束面42aが8〜15°程度の逃げ角θ2を有するように配置される。これにより、第2上拘束面42aの損傷抑制および被削材100の仕上げ面102の面粗度向上を図ることが可能となる。
主切刃51のアキシャルレーキ角θ1は、副切刃52側の端部で8〜15°程度とし、副切刃52から離れるにつれて小さくなるようにすることが好ましい。ここで、アキシャルレーキ角θ1とは、ホルダ10の中心軸S2に平行な面S2aに対する傾斜角度のことを意味し、逃げ角θ2とは、ホルダ10の中心軸S2に垂直な面S2bに対する傾斜角度のことを意味する。
また、本実施形態において、インサート1は、側面視において、その長手方向がホルダ10の回転軸S2に対して2〜6°程度の傾斜を有するように配置されており、それに伴って副切刃52はホルダ10の回転軸S2に垂直な面S2bに対して0〜1°程度の傾斜を有するように配置されている。また、上面2と第2側面42との交線部のうち副切刃52として実質的に用いない非切削領域、すなわち中央部からコーナ切刃53と反対側の端部までの領域は、ホルダ10の回転軸S2に垂直な面S2bに対して0〜2°程度の傾斜を有するように配置することが好ましい。このようにすれば、切削加工時に非切削領域が被削材100の仕上げ面102から離れているため、互いの接触を抑制することができて非切削領域の損傷を低減することが可能となる。すなわち、インサート1を上面2と下面3とを反転させて使用する場合に、この上面2側の非切削領域が副切刃52としての機能を適切に発揮することが可能となる。上下面が逆の場合も同様である。
以上のような構成を備える切削工具20を、ホルダ10の回転軸S2を中心に矢印I方向に回転させることによって、主切刃51および副切刃52による被削材100に対する切削が行なわれる。
<切削加工物の製造方法>
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法を、図13を用いて説明する。本実施形態においては、上述した切削工具20を例にとって説明する。
まず、被削材100の切削加工を開始するに先立って、上述のようにホルダ10に複数のインサート1を取り付けた切削工具20を用意しておく。また、図13に示すように、切削工具20は、ホルダ10の回転軸S2が被削材100のうち切削されて壁面101となる面に対して略平行になるように配置される。
ついで、図13(a)に示すように、被削材100をフライス盤のベッドなど(図示せず)に固定し、切削工具20を矢印II方向に移動させて適切な切り込み量を設定する。
ついで、図13(b)に示すように、切削工具20を、ホルダ10の回転軸S2を中心に矢印I方向に回転させながら、矢印III方向に送る(移動させる)。それにより、主切刃51が、送り方向前方に位置している被削材100の円弧状の部分と当接し、切り込み量に応じた領域を切削する。そのとき、複数個のインサート1が順に切削領域に入って切削していくので、被削材100の表面(底面)に円弧状の筋(切削痕)が残る。この円弧状の筋は、副切刃52によって切削されて、平滑な表面が形成される。
ついで、図13(c)に示すように、切削工具20が被削材100を通過した後、切削工具20を矢印IV方向に引き上げることによって、被削材100から切削工具20を離隔する。
以上のような各工程を経て、壁面101および仕上げ面102を有する切削加工物110が製造される。すなわち、本実施形態の切削加工物の製造方法では、切削工具20を回転させ、それぞれのインサート1が被削材100に接触することによって切削を行ない、次いで切削工具20を被削材100から離すという工程が順に行なわれることによって、切削加工物110が製造される。
なお、切削加工を継続して行なう場合は、切削工具20を回転させた状態を保持して、被削材100の同一個所あるいは異なる個所に切削工具20の切刃5を接触させ、上述した図13(b)および図13(c)に示される工程を繰り返せばよい。
そして、使用している切刃5が摩耗したときは、インサート1を中心軸S1を軸として回転させ、あるいは上面2と下面3とを裏返しにして、未使用の切刃5、5Pを用いて切削を行なえばよい。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができるのは言うまでもない。
例えば、上述の第1〜第3実施形態に係るインサート1、1A、1Bについて、それぞれのインサートの各部位をその部位の機能を発揮するために可能な範囲で互いに適用するような変更を加えてもよい。
また、上述の実施形態では、切削工具20を回転させた状態で被削材100に対して送るようにしているが、これに代えて、切削工具20を所定位置において回転させ、被削材100を切削工具20に対して送り走行させることによって切削加工を行なうようにしてもよい。あるいは、上述の実施形態においては、工作機械としてフライス盤を例に挙げたが、これに代えて旋盤のように、回転していない切削工具20と回転している被削材100とを接触させることによって、切削加工を行なうようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、第1実施形態に係るインサート1を取り付けた切削工具およびそれを用いた切削加工物の製造方法を例にとって説明したが、第1実施形態に係るインサート1に代えて、第2、第3実施形態に係るインサート1A、1Bを用いても、同様の効果を奏することができる。
特に、第2、第3実施形態に係るインサート1A、1Bを用いると、ホルダ10の第1拘束面11aが平面状である場合には、第1上拘束面41aのうち凹部41fによって2つに分割されている2つの面(領域)41a1、41a2が、第1拘束面11aに当接するようになる。したがって、第2、第3実施形態に係るインサート1A、1Bによれば、ホルダ10への取付け時に若干の位置ずれが生じた場合であってもホルダ10との当接面積を比較的大きく確保することができるため、ホルダ10に対する取付け安定性が向上するという効果を奏する。

Claims (23)

  1. 上面と、
    下面と、
    前記上面および前記下面のそれぞれと接続しており、互いに隣接している第1側面および第2側面を有する側面と、
    前記上面と前記第1側面との交線部に位置している主切刃、および前記上面と前記第2側面との交線部に位置している副切刃を有する切刃と、を備え、
    前記上面は、前記主切刃に沿って位置し、前記主切刃から離れるにつれて下方に傾斜しているすくい面を有し、
    前記第2側面は、前記上面から前記下面に向かって、前記上面および前記下面の間を貫通する中心軸を基準にして内方に傾斜角度α1で傾斜している第2上拘束面および前記第2上拘束面と連続し外方に傾斜角度α2で傾斜している第2下拘束面を順に有する、切削インサート。
  2. 上面視において、前記第1側面側の外縁を長辺とし前記第2側面側の外縁を短辺とする長方形状である、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記第1側面は、前記上面から前記下面に向かって、前記中心軸を基準にして外方に傾斜角度β1で傾斜している第1上拘束面および前記第1上拘束面と連続し内方に傾斜角度β2で傾斜している第1下拘束面を順に有する、請求項1または2に記載の切削インサート。
  4. 前記第1側面は、前記主切刃と前記第1上拘束面との間に位置し、前記上面から前記下面に向かうにつれて前記中心軸を基準にして外方に傾斜角度β3で傾斜している部位を有する、第1上強化面をさらに有し、
    前記第1上強化面の前記傾斜角度β3は、前記第1上拘束面の前記傾斜角度β1よりも大きい、請求項3に記載の切削インサート。
  5. 前記第1上強化面は、前記主切刃に連続している上部領域をさらに有し、
    前記上部領域は、側面視において、前記副切刃に近い側に位置している第1領域および前記副切刃から遠い側に位置している第2領域を有するとともに、前記下面に向かうにつれて前記第1領域は外方に傾斜しており、且つ、前記第2領域は内方に傾斜している、請求項4に記載の切削インサート。
  6. 前記第1上強化面は、前記上部領域の前記下面側に連続している下部領域をさらに有し、
    前記第2領域において、前記下部領域は前記下面に向かうにつれて外方に傾斜している、請求項5に記載の切削インサート。
  7. 前記第1側面は、前記第1上拘束面と前記第1下拘束面とが交差する位置に境界部をさらに有する、請求項3〜6のいずれかに記載の切削インサート。
  8. 前記境界部は直線状である、請求項7に記載の切削インサート。
  9. 側面視において、前記境界部は、厚み方向に所定の幅を有する帯状であり、且つ、幅方向の一端から他端に向かうにつれて外方に凸の曲面状である、請求項8に記載の切削インサート。
  10. 前記第1側面は、前記第1上拘束面および前記第1下拘束面の少なくとも一方に前記上面側から前記下面側にわたって位置している凹部をさらに有し、
    前記第1上拘束面および前記第1下拘束面のうち少なくとも一方は、前記凹部によって2つの領域に分割されている、請求項3〜9のいずれかに記載の切削インサート。
  11. 前記第1側面は、前記主切刃と連続し、前記第1上強化面および前記第1上拘束面のいずれよりも前記第2側面側に位置し、且つ、前記上面から前記下面に向かって前記中心軸を基準にして外方に傾斜角度γで傾斜している第1逃げ面をさらに有し、
    前記第1逃げ面の前記傾斜角度γは、前記第1上強化面の前記傾斜角度β3よりも小さい、請求項4〜10のいずれかに記載の切削インサート。
  12. 前記第2側面は、前記副切刃と前記第2上拘束面との間に位置し、且つ、前記中心軸に平行である第2上強化面をさらに有する、請求項1〜11のいずれかに記載の切削インサート。
  13. 側面視において、前記副切刃は、前記主切刃側から離れるにつれて下方に直線状に傾斜している、請求項1〜12のいずれかに記載の切削インサート。
  14. 側面視において、前記副切刃は、その中央領域において頂点を有し、前記頂点から前記主切刃側に向かうにつれて下方に傾斜している、請求項1〜12のいずれかに記載の切削インサート。
  15. 側面視において、前記副切刃の前記下面側への傾斜は、前記上面側に凸の円弧状である、請求項14に記載の切削インサート。
  16. 前記上面は、前記すくい面の少なくとも一部と連続して位置し、前記主切刃から離れるにつれて上方に傾斜している立ち上がり面をさらに有する、請求項1〜15のいずれかに記載の切削インサート。
  17. 前記上面は、前記中心軸の周囲であって前記主切刃と離隔した部位に前記中心軸に垂直な平坦面をさらに有し、
    前記すくい面のうち前記副切刃から遠い側に位置している第1端部は、前記立ち上がり面を介して前記平坦面と連続している、請求項16に記載の切削インサート。
  18. 前記上面は、前記中心軸の周囲であって前記主切刃と離隔した部位に前記中心軸に垂直な平坦面をさらに有し、
    前記すくい面のうち前記副切刃に近い側に位置している第2端部は、前記平坦面と連続している、請求項1〜17のいずれかに記載の切削インサート。
  19. 前記上面および前記下面の間を貫通している貫通孔をさらに備える、請求項1〜18のいずれかに記載の切削インサート。
  20. 請求項1〜19のいずれかに記載の切削インサートと、
    前記切削インサートが取り付けられるホルダと、を備え、
    前記ホルダは、前記切削インサートの前記下面と当接する着座面、および前記切削インサートの前記第1上拘束面と当接する第1拘束面を有し、
    前記着座面の仮想延長線と前記第1拘束面の仮想延長線とがなす角の角度は鋭角である、切削工具。
  21. 前記ホルダは、前記切削インサートの前記第2下拘束面と当接する第2拘束面をさらに有し、
    前記着座面の仮想延長線と前記第2拘束面の仮想延長線とがなす角の角度は鋭角である、請求項20に記載の切削工具。
  22. 前記ホルダの前記第1拘束面は平面状であり、
    前記第1上拘束面のうち前記凹部によって2つに分割されている領域と前記第1拘束面とが当接している、請求項20または21に記載の切削工具。
  23. 請求項20〜22のいずれかに記載の切削工具を回転させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記切刃を被削材に接触させる工程と、
    前記切削工具を前記被削材から離隔する工程と、
    を備える、切削加工物の製造方法。
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