JPWO2016190351A1 - 切削インサート、切削工具及びこれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

一態様に基づく切削インサートは、第１角部及び第１角部と隣り合う第１辺を有する上面と、上面と隣り合う側面と、上面及び側面が交差する部分の少なくとも一部に位置する切刃とを備えている。上面視において、切刃は、第１角部に位置する凸曲線形状の第１切刃と、第１切刃の隣に位置する直線形状の第２切刃と、第２切刃の隣に位置する凸曲線形状の第３切刃と、第３切刃の隣であって第１辺に位置する第４切刃とを有している。

Description

本態様は、切削加工に用いられる切削インサート、切削工具及びこれを用いた切削加工物の製造方法に関する。

従来、切削加工に用いられる切削インサートの一例として、特表２００５−５０３９３４号公報（特許文献１）に記載のスローアウェイ旋削チップ（切削インサート）が知られている。特許文献１に記載の切削インサートは、切刃、ノーズ及びワイパーを有している。ワイパーは、ノーズに隣接する凸曲線形状の湾曲セグメントと、この湾曲セグメントを介してノーズに隣接する直線形状の平坦セグメントとを有している。

特許文献１に記載の切削インサートを用いて切削加工を行う際に、平坦セグメントに平行な方向に切削インサートを送る場合には、直線形状の平坦セグメントによって被削材の加工面の凹凸を小さなものにできる。しかしながら、沈み込み加工のように直線形状のワイパーに対して傾斜した方向に切削インサートを送る加工条件においては、直線形状の平坦セグメントと切刃とのエッジによって加工面が仕上げられることになる。そのため、ワイパーによって被削材の加工面の凹凸を十分に小さくすることが困難になり得る。

本態様は、加工条件の影響を受けにくく被削材の加工面の平滑性を高めることができる切削インサートを提供することを目的とする。

一態様に基づく切削インサートは、第１角部及び該第１角部と隣り合う第１辺を有する上面と、該上面と隣り合う側面と、前記上面及び前記側面が交差する部分の少なくとも一部に位置する切刃とを備えている。上面視において、前記切刃は、前記第１角部に位置する凸曲線形状の第１切刃と、該第１切刃の隣に位置する直線形状の第２切刃と、該第２切刃の隣に位置する凸曲線形状の第３切刃と、該第３切刃の隣であって前記第１辺に位置する第４切刃とを有している。

一実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図１に示す切削インサートの上面図である。 図２に示す領域Ｂ１における拡大図である。 図３に示す領域Ｂ２における、上面及び側面が交差する部分の模式図である。 図２に示す切削インサートをＡ１方向から視た側面図である。 一実施形態の切削工具を示す上面図である。 図６に示す領域Ｂ３における拡大図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。

以下、一実施形態の切削インサート１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明の切削インサートは、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

＜切削インサート＞
図１〜図５を参照して、一実施形態の切削インサート１（以下、単にインサート１ともいう）について説明する。なお、図４は、図３における領域Ｂ２の拡大図であるものの、切刃の構成を明確にするため、上面及び側面が交差する部分のみを模式的に表している。

本実施形態のインサート１は、図１に示すように、上面３、下面５、側面７、切刃９及び貫通孔１１を備えている。インサート１の材質としては、例えば、超硬合金又はサーメットなどが挙げられる。

超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−ＣｏおよびＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ（炭化タングステン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）は硬質粒子であり、Ｃｏ（コバルト）は結合相である。

また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣまたはＴｉＮ（窒化チタン）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

インサート１の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）およびＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などが挙げられる。

上面３は、多角形状であり、複数の角部及び複数の辺を有している。本実施形態における上面３は、菱形の形状となっている。そのため、本実施形態における上面３は、４つの角部と４つの辺とを有している。

ここで、多角形状とは、厳密に多角形の形状であることを意味するものではない。例えば、本実施形態での上面３における角部はそれぞれ厳密な角となっておらず、上面視において丸みを帯びた形状となっている。また、隣り合う角部を接続するように位置する辺は、厳密に直線形状とはなっていなくてもよい。例えば、辺の全体としては上面視において外側に向かってわずかに突出する形状となっていてもよい。

本実施形態における上面３は、図２に示すように、２つの鋭角の角部と２つの鈍角の角部とを有している。角部が鋭角であるとは、上面視した場合に、この角部から延びる２つの辺の交差する角度が直角より小さいことを意味している。また、角部が鈍角であるとは、上面視した場合に、この角部から延びる２つの辺の交差する角度が直角より大きいことを意味している。切削加工物を製造するため被削材を切削する加工において鈍角の角部を用いてもよいが、本実施形態のインサート１においては鋭角の角部が切削加工に用いられる。以下、鋭角の角部の１つを便宜的に第１角部といい、この第１角部と隣り合う辺を第１辺という。

下面５は、上面３とは反対側に位置する面であり、インサート１をホルダに取り付ける際にインサートポケットへの座面として機能する。本実施形態における下面５は、上面３と同様に菱形の形状であるが、上面３よりも一回り小さくなっている。

なお、上面３及び下面５の形状としては、上記の形態に限定されるものではない。本実施形態のインサート１においては上面３の形状が略四角形であるが、例えば、上面３の形状が三角形又は五角形のような多角形の形状であってもよい。また、本実施形態における上面３及び下面５は菱形であるが、四角形の形状としてはこのような形状に限られず、例えば、平行四辺形であってもよい。

本実施形態のインサート１は、上面３の中心から下面５の中心に向かって設けられた貫通孔１１を有している。貫通孔１１は、インサート１を切削工具のホルダにネジ止めする際にネジを挿入するために設けられている。貫通孔１１の中心軸Ｏ１は、上面３の中心及び下面５の中心を通る仮想直線と一致している。

側面７は、上面３と下面５との間に位置しており、上面３及び下面５のそれぞれに接続されている。そのため、側面７は上面３と隣り合っている。また、側面７は貫通孔１１の中心軸Ｏ１に沿った断面において、直線形状となるように形成されている。このとき、下面５が上面３よりも一回り小さい形状であることから、側面７は、上面３に接続された上端から下面５に接続された下端に向かうに従って中心軸Ｏ１に近付くように傾斜している。

本実施形態のインサート１を上面視した場合の幅は６〜２５ｍｍである。また、下面５から上面３までの高さは１〜１０ｍｍである。ここで、上面視した場合の幅とは、上面３における最大の幅を意味しており、本実施形態においては図２における上方の端部から下方の端部までの幅を意味している。また、下面５から上面３までの高さとは、上面３の上端と下面５の下端との間における中心軸Ｏ１に平行な方向での幅を意味している。

切刃９は、上面３及び側面７が交差する部分、すなわち上面３と側面７との稜線部の少なくとも一部に位置している。切刃９は切削加工において被削材を切削するために用いられる。上面３と側面７とが交差する領域であって切刃９が形成されている部分には、いわゆるホーニング加工が施されていてもよい。すなわち、上面３と側面７とが交差する稜線部は、２つの面が交差することによる厳密な線形状でなくてもよい。上記の稜線部が線形状であると切刃９の強度が低下する。そのため、上面３と側面７とが交わる領域に、この領域が曲面形状となるＲホーニングが施される。

本実施形態における切刃９は、図３に示すように、第１切刃１３及び第４切刃１５を有している。第１切刃１３は上面３における第１角部に位置している。本実施形態における角部は、上面視において丸みを帯びた形状であることから、第１切刃１３は凸曲線形状となっている。第１切刃１３は、一般的にはコーナ切刃と呼ばれる部分である。

第４切刃１５は、上面３における第１辺に位置している。本実施形態における上面３の辺が概ね直線形状であることから、第４切刃１５は直線形状である。なお、第４切刃１５とは被削材を切削する際における主要な切刃９であるため、一般的には主切刃と呼ばれる。

また本実施形態における切刃９は、図３に示すように、第１切刃１３及び第４切刃１５の間に位置するワイパー切刃１７を有している。上面３の角部に凸曲線形状の第１切刃１３が位置していることから、ワイパー切刃１７は、第１辺における第１角部に接続する端部付近に位置している。ワイパー切刃１７とは、被削材の加工面の平滑性を高めるために機能する切刃９の部位であり、さらい刃とも言われる。

本実施形態におけるワイパー切刃１７は、第２切刃１９及び第３切刃２１を有している。第２切刃１９は、第３切刃２１よりも第１切刃１３に近接して位置しており、第１切刃１３の隣に位置している。また、第３切刃２１は、第２切刃１９よりも第４切刃１５に近接して位置しており、第４切刃１５の隣に位置している。

本実施形態における第２切刃１９は上面視において直線形状である。また、第３切刃２１は上面視において凸曲線形状である。具体的には、第３切刃２１は上面視において外方に向かって凸となる円弧形状である。

本実施形態における第２切刃１９は、主要な切削加工、具体的には被削材の回転軸に沿った方向、別の言い方をすれば、被削材の加工面に平行な方向にインサート１を送る加工において主要なワイパー切刃として用いられる切刃９の部位である。そのため、被削材の回転軸に対して第２切刃１９が平行な状態で被削材の切削加工が行なわれることが望ましい。

なお、本実施形態において、第２切刃１９が「直線形状」であるとは、厳密に直線形状であることを意味するものではない。第４切刃１５が形成される上面３の辺と同様に、上面視において外側に向かってわずかに突出する形状となっていてもよい。ただし、わずかに突出する場合であっても、第１切刃１３及び第３切刃２１、並びに後述する第１接続刃２３及び第２接続刃２５の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する緩やかな曲線であるものとする。

また、第３切刃２１は、沈み込み加工のように被削材の回転軸に対して傾斜した方向にインサート１を送る加工においてワイパー切刃として用いられる切刃９の部位である。沈み込み加工においては、加工条件によってインサート１を送る方向の回転軸に対する傾斜角が異なる。そのため、上記の傾斜角の変動に対応すべく、本実施形態における第３切刃２１は、直線形状ではなく凸曲線形状となっている。特に本実施形態における第３切刃２１は円弧形状であることから、上記の傾斜角の変動による第３切刃２１への影響が小さくなる。

以上の通り、本実施形態のインサート１によれば、切刃９が、第１切刃１３、第２切刃１９、第３切刃２１及び第４切刃１５を有しているため、被削材の加工面に平行な方向に切削インサート１を送る基本的な切削加工においては、直線形状の第２切刃１９によって被削材の加工面の平滑性を高めることができる。さらに、沈み込み加工などの切削加工においては、凸曲線形状の第３切刃２１によって被削材の加工面の平滑性を高めることができる。結果として、加工条件の影響を受けにくく被削材の加工面の平滑性を高めることが可能なインサート１となる。

被削材の加工面に平行な方向にインサート１を送る主要な切削加工においては、さらい刃として第２切刃１９が用いられる。本実施形態のインサート１を上面視した場合において、第２切刃１９の幅Ｗ１が、第３切刃２１の幅Ｗ２よりも大きいときには、第２切刃１９の幅が相対的に広く確保されていることによって、主要な切削加工において加工面を凹凸の少ない良好な面に仕上げることができる。

ここで第２切刃１９及び第３切刃２１の幅とは、図４に示すように、それぞれの端部を結ぶ仮想線分の長さを意味している。

本実施形態においては、図４に示すように、第１切刃１３及び第２切刃１９が凸曲線形状の第１接続刃２３によって接続されている。このような構成を満たしているときには、第１切刃１３と第２切刃１９とが滑らかに接続されているため、第１切刃１３及び第２切刃１９を所望の性能を両立させることができるとともに、第１切刃１３及び第２切刃１９の設計の自由度が高まる。

本実施形態においては、図４に示すように、第２切刃１９及び第３切刃２１が凸曲線形状の第２接続刃２５によって接続されている。このような構成を満たしているときには、第２切刃１９と第３切刃２１とが滑らかに接続されているため、第２切刃１９及び第３切刃２１を所望の性能を両立させることができるとともに、第２切刃１９及び第３切刃２１の設計の自由度が高まる。

以上の通り、本実施形態における第１切刃１３は、上面３における鋭角の角部に位置して曲率半径が一定である領域を指している。第１接続刃２３は、第１切刃１３に接続されており、第１切刃１３とは曲率半径が異なる領域を指している。第２切刃１９は、第１接続刃２３に接続されており、直線形状である領域を指している。第２接続刃２５は、第２切刃１９に接続されており、曲率半径が一定である領域を指している。第３切刃２１は、第２接続刃２５に接続されており、第２接続刃２５とは曲率半径が異なる領域を指している。また、第３切刃２１は第４切刃１５にも接続されている。

本実施形態における第１切刃１３及び第１接続刃２３はいずれも円弧形状である。このとき、第１接続刃２３の曲率半径Ｒａは第１切刃１３の曲率半径Ｒａよりも小さくなっている。具体的には、第１切刃１３の曲率半径Ｒａは０．１〜０．８ｍｍとなっており、第１接続刃２３の曲率半径Ｒａは０．０１〜０．３ｍｍとなっている。さらに、第１接続刃２３の曲率半径Ｒａが第１切刃１３の曲率半径Ｒａよりも小さい場合には、切屑の厚みを確保することができる。そのため、加工面の平滑性を高めることができる。

また、本実施形態における第３切刃２１及び第２接続刃２５はいずれも円弧形状である。このとき、第２接続刃２５の曲率半径Ｒａは第３切刃２１の曲率半径Ｒａよりも大きくなっている。具体的には、図４に示すインサート１において、第２接続刃２５の曲率半径Ｒａは０．５〜１ｍｍとなっており、第３切刃２１の曲率半径Ｒａは０．１〜０．８ｍｍとなっている。

沈み込み加工などの切削加工において被削材の回転軸に対するインサート１を送る方向の傾斜角が小さい場合には、第３切刃２１が被削材に接触せず第２接続刃２５がさらい刃として機能する可能性がある。このような場合においても第２接続刃２５の曲率半径Ｒａが第３切刃２１の曲率半径Ｒａよりも大きいことによって加工面の平滑性を良好なものにできる。

上記の理由から第１接続刃２３の曲率半径Ｒａは相対的に小さい値であることが好ましく、また、第２接続刃２５の曲率半径Ｒａは相対的に大きい値であることが好ましい。従って、本実施形態においては、第２接続刃２５の曲率半径Ｒａが、第１接続刃２３の曲率半径Ｒａよりも大きくなっている。

ただし、第２接続刃２５の幅が過度に大きい場合には、インサート１全体も過度に大きくなってしまう可能性がある。そのため、第２接続刃２５の幅Ｗ３が第３切刃２１の幅Ｗ２よりも小さい、言い換えれば、第３切刃２１の幅Ｗ２が第２接続刃２５の幅よりも大きいことが好ましい。ここで第２接続刃２５の幅Ｗ３とは、第２接続刃２５の端部を結ぶ仮想線分の長さを意味している。

＜切削工具＞
次に、一実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。

本実施形態の切削工具１０１は、図６及び図７に示すように、先端側に位置するポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３内に位置する、上記のインサート１とを備えている。本実施形態の切削工具１０１においては、第１切刃１３がホルダ１０５の先端から突出するようにインサート１がホルダ１０５に装着されている。

ホルダ１０５は、細長く伸びた棒形状をなしている。そして、ホルダ１０５の先端側には、ポケット１０３が１つ位置している。ポケット１０３は、インサート１が装着される部分であり、ホルダ１０５の先端面及び外周面に対して開口している。このとき、ポケット１０３がホルダ１０５の外周面に対しても開口していることによって、インサート１の装着を容易に行うことができる。具体的には、ポケット１０３は、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。

ポケット１０３にはインサート１が装着される。インサート１は、切刃がホルダ１０５から外方に突出するように装着される。本実施形態においては、インサート１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、インサート１の貫通孔に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をインサートポケット１０３に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート１がホルダ１０５に装着されている。

ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。

切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）被削材２０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材２０１に上記実施形態に代表される切削工具１０１を接触させる工程と、
（３）切削工具１０１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図８に示すように、被削材２０１を軸Ｏ２の周りで回転させるとともに、被削材２０１に切削工具１０１を相対的に近付ける。次に、図９に示すように、切削工具１０１における切刃９を被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図１０に示すように、切削工具１０１を被削材２０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、軸Ｏ２を固定するとともに被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１をＸ１方向に移動させることによって被削材２０１に近づけている。また、図９においては、回転している被削材２０１に切削インサートにおける切刃９を接触させることによって被削材２０１を切削している。また、図１０においては、被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１をＸ２方向に移動させることによって遠ざけている。

なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、切削工具１０１を動かすことによって、切削工具１０１を被削材２０１に接触させる、あるいは、切削工具１０１を被削材２０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１に近づけてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材２０１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所に切削インサートにおける切刃９を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄及び非鉄金属などが挙げられる。

１・・・切削インサート（インサート）
３・・・上面
５・・・下面
７・・・側面
９・・・切刃
１１・・・貫通孔
１３・・・第１切刃
１５・・・第４切刃
１７・・・ワイパー切刃
１９・・・第２切刃
２１・・・第３切刃
２３・・・第１接続刃
２５・・・第２接続刃
１０１・・・切削工具
１０３・・・インサートポケット（ポケット）
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
２０１・・・被削材

Claims (10)

1. 第１角部及び該第１角部と隣り合う第１辺を有する上面と、
   該上面と隣り合う側面と、
   前記上面及び前記側面が交差する部分の少なくとも一部に位置する切刃とを備え、
   上面視において、前記切刃は、
   前記第１角部に位置する凸曲線形状の第１切刃と、
   該第１切刃の隣に位置する直線形状の第２切刃と、
   該第２切刃の隣に位置する凸曲線形状の第３切刃と、
   該第３切刃の隣であって前記第１辺に位置する第４切刃とを
   有していることを特徴とする切削インサート。
2. 上面視において、前記第２切刃の幅が、前記第３切刃の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 上面視において、前記切刃は、
   前記第１切刃及び前記第２切刃を接続する凸曲線形状の第１接続刃と、
   前記第２切刃及び前記第３切刃を接続する凸曲線形状の第２接続刃とを
   さらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の切削インサート。
4. 前記第１接続刃及び前記第２接続刃は、それぞれ円弧形状であって、
   前記第２接続刃の曲率半径が、前記第１接続刃の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の切削インサート。
5. 前記第１切刃の曲率半径が、前記第１接続刃の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載の切削インサート。
6. 上面視において、前記第３切刃の幅が、前記第２接続刃の幅よりも大きいことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の切削インサート。
7. 上面視において、前記第４切刃は直線形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の切削インサート。
8. 上面視において、前記第３切刃は円弧形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の切削インサート。
9. 先端側に位置するポケットを有するホルダと、
   前記ポケット内に位置する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の切削インサートとを備えた切削工具。
10. 被削材を回転させる工程と、
    回転している前記被削材に請求項９に記載の切削工具を接触させる工程と、
    前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。
    

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