JPWO2018012463A1 - 切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

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Abstract

一態様に基づく切削インサートは、第1辺部と、第2辺部と、前記第1辺部と前記第2辺部との間に位置する第3辺部とを有する第1面と、前記第1面の反対に位置する第2面と、前記第1面と前記第2面との間に位置する第3面と、前記第1面と前記第3面との交線部に位置する切刃と、を備える。前記切刃は、前記第3辺部に位置するとともに、前記第1面の平面視において直線状の第1切刃と、前記第2辺部に位置するとともに、前記第1面の平面視において直線状の第2切刃と、前記第1切刃と前記第2切刃との間に位置するとともに、前記第1面の平面視において、凸曲線状の第3切刃と、を有している。前記第1面の平面視において、前記第1切刃は、前記第1辺部と前記第2辺部とのなす角の二等分線に対して、非対称に位置している。前記第1面は、前記第1切刃に沿って位置するとともに、前記第1切刃から遠ざかるにつれて第1傾斜角度θ1で前記第2面に向かって傾斜する第1傾斜面を有している。

Description

本開示は、切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法に関する。
従来、切削加工などに用いられる切削工具として、ホルダに切削インサートが装着されたスローアウェイ式の切削工具が用いられている。このような切削工具に用いられる切削インサートは、一般的に、多角形状の上面と、側面と、上面と側面との交線部に位置する切刃と、を有している。この切刃を被削材に接触させることによって、被削材を切削することができる。
特許文献1には、このような切削工具に用いられる切削インサートが開示されている。特許文献1に記載の切削インサートは、上面2と、コーナ部を構成する2つの側面4と、該側面4間に配置されたカット面5と、該カット面5と上面2との交線部に位置する主切刃22と、を有している。主切刃22は、切削インサートをホルダに装着した状態で、60度以上90度以下の横切れ刃角αを設定可能な角度で傾斜している。
近年、より厳しい切削条件下で良好な切削能力を発揮する切削インサートが求められている。特に、超耐熱合金などの難削材を加工する際には、切削インサートに大きな切削負荷がかかる。また、切削効率の向上を図るべく、切込み量が大きな切削条件も多用されている。このように大きな切削負荷がかかる加工や切込み量が大きな加工においても良好な切削性能を発揮する切削インサートが求められている。
特開2010−125566号公報
本開示の切削インサートは、第1辺部と、第2辺部と、前記第1辺部と前記第2辺部との間に位置する第3辺部とを有する第1面と、前記第1面の反対に位置する第2面と、前記第1面と前記第2面との間に位置する第3面と、前記第1面と前記第3面との交線部に位置する切刃と、を備える。前記切刃は、前記第3辺部に位置するとともに、前記第1面の平面視において直線状の第1切刃と、前記第2辺部に位置するとともに、前記第1面の平面視において直線状の第2切刃と、前記第1切刃と前記第2切刃との間に位置するとともに、前記第1面の平面視において、凸曲線状の第3切刃と、を有している。前記第1面の平面視において、前記第1切刃は、前記第1辺部と前記第2辺部とのなす角の二等分線に対して、非対称に位置している。前記第1面は、前記第1切刃に沿って位置するとともに、前記第1切刃から遠ざかるにつれて第1傾斜角度θ1で前記第2面に向かって傾斜する第1傾斜面を有している。
本開示の切削工具は、上述した本開示に係る切削インサートと、前記切削インサートが装着されたホルダと、を備える。
本開示の切削加工物の製造方法は、被削材を回転させる工程と、回転している前記被削材に上述した本開示の係る切削工具の前記切刃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、を備える。
図1は、本開示の一実施形態に係る切削インサートを示す斜視図である。 図2は、図1に示す切削インサートの上面図である。 図3は、図1に示す切削インサートのA1方向からの側面図である。 図4は、図1に示す切削インサートのA2方向からの側面図である。 図5は、図1に示す切削インサートの下面図である。 図6は、図2の一部拡大図である。 図7は、図2の一部拡大図において、図8乃至図12の断面位置を示す図である。 図8は、図7のA−A断面における要部拡大図である。 図9は、図7のB−B断面における要部拡大図である。 図10は、図7のC−C断面における要部拡大図である。 図11は、図7のD−D断面における要部拡大図である。 図12は、図7のE−E断面における要部拡大図である。 図13は、本開示の一実施形態に係る切削工具を示す斜視図である。 図14は、切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 図15は、切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 図16は、切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 図17は、図1に示す切削インサートのA3方向からの切刃5の形状を示す図である。
<切削インサート>
以下、本開示の一実施形態に係る切削インサートについて、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、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。したがって、本開示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寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具及び切削加工物の製造方法においても同様である。
本実施形態の切削インサート1(以下、「インサート1」ということがある。)は、図1乃至図5に示すように、上面(第1面)2と、下面(第2面)3と、側面(第3面)4と、切刃5と、貫通孔6と、を備えている。なお、図2においては、下面3は示されておらず、図5については、上面2は示されていない。また、上面2及び下面3は、便宜上の表現であり、上及び下の方向性を示すものではない。後述するホルダ103に装着した際に上方を向く面である必要はない。
まず、インサート1の材質について説明する。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又はWC−TiC−TaC−Coなどが挙げられる。WC−Coは、炭化タングステン(WC)にコバルト(Co)の粉末を加えて焼結して生成される。WC−TiC−Coは、WC−Coに炭化チタン(TiC)を添加したものである。WC−TiC−TaC−Coは、WC−TiC−Coに炭化タンタル(TaC)を添加したものである。
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、炭化チタン(TiC)又は窒化チタン(TiN)などのチタン化合物を主成分としたものが一例として挙げられる。
インサート1の表面は、化学蒸着(CVD)法又は物理蒸着(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、例えば、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)又はアルミナ(Al)などが挙げられる。
次に、インサート1の形状について説明する。
上面2は、図2に示すように、上面2を平面視(上面視)した場合の形状が概略四角形状、より具体的には概略菱形形状である。より具体的には、上面2は、2つの鈍角コーナC1と2つの鋭角コーナC2を有した概略菱形形状である。そして、2つの鋭角コーナC2には複数の辺部が配置されている。具体的には、上面2は、2つの第1辺部21と2つの第2辺部22と2つの第3辺部23とを有している。鋭角コーナC2は、第1辺部21、第2辺部22及び第3辺部23で形成される。ここで、第1辺部21の仮想延長線L1と第2辺部22の仮想延長線L2とで形成されるコーナを、鋭角コーナC2に対応する仮想コーナC2’とする。そして、第3辺部23は、第1辺部21と第2辺部22との間に位置している。したがって、第3辺部23は、鋭角コーナC2において、仮想コーナC2’をカットするように位置しているといえる。なお、鋭角コーナC2に対応する仮想コーナC2’の角度αは、第1辺部21の仮想延長線L1と第2辺部22の仮想延長線L2とがなす角度であって鋭角である。角度αは、例えば、35度以上とすることができる。
また、上面2は、概略菱形形状であるとともに、上面2の中心に関して180度回転対称な形状である。
下面3は、図5に示すように、上面2の反対に位置している。本実施形態においては、下面3は、上面2と略同一の形状である。そして、下面3は、全域に渡って平坦である。これにより、下面3は、インサート1をホルダに装着する際に、着座面として機能する。
側面4は、図1、図3及び図4に示すように、上面2と下面3との間に位置しており、上面2と下面3にそれぞれ接続している。本実施形態においては、側面4は、上面2及び下面3に対して垂直に配置されている。これにより、上面2と下面3は、平面視した場合に互いに重なり合う略同一形状である。したがって、図5に示すように、下面3は、上面2と同様に、2つの第1辺部21、2つの第2辺部22、2つの第3辺部23、2つの鈍角コーナC1及び2つの鋭角コーナC2を有している。
切刃5は、上面2と側面4との交線部に位置している。切刃5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2と側面4との交線部であって、切刃5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。ホーニング加工が施されていると、切刃5の強度が低下するのを低減することができる。ホーニング加工としては、例えば、Rホーニングなどが挙げられる。また、本実施形態のインサート1は、上面2と側面4との交線部にのみ切刃5が形成された、いわゆる片面使いのインサートである。インサート1としては、下面3と側面4との交線部にも切刃5が形成された、いわゆるネガティブ形のインサート1であっても構わない。
貫通孔6は、上面2の中心から下面3の中心にかけてインサート1を貫通している。該貫通孔6を用いて、本実施形態のインサート1は、図13を用いて後述するように、切削工具101のホルダ103にクランプ部材107によって固定される。より具体的には、貫通孔6にクランプ固定するためのクランプ部材107の先端部が挿入される。そして、クランプ部材107を固定するネジ105がホルダ103にネジ止めされることによって、クランプ部材107の先端部がインサート1をホルダ103に押さえこむ。これによって、インサート1はホルダ103に固定される。インサート1をホルダ103に固定する方法としては、このようなクランプ構造を用いた方法に代えて、ネジ止め固定などの他の方法を採用しても構わない。
また、本実施形態においては、貫通孔6の中心軸Xは、上面2の中心と下面3の中心を通る仮想直線と一致している。したがって、貫通孔6の中心軸Xは、インサート1の中心軸と置き換えてもよい。インサート1の中心軸とは、上面2及び下面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。したがって、インサート1の上面2は、中心軸Xに対して180度回転対称の形状であるといえる。なお、上面視とは、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。
次に、本実施形態のインサート1の切刃5について、図1乃至図6を用いて、詳細に説明する。
切刃5は、第1切刃51と第2切刃52と第3切刃53とを有している。図2に示すように、第1切刃51は、第3辺部23に位置するとともに、上面視において直線状の切刃である。この第1切刃51は、切削加工時に主に主切刃として機能する切刃である。第2切刃52は、第2辺部22に位置するとともに、上面視において直線状の切刃である。この第2切刃52は、切削加工時に主に副切刃として機能する部分である。第3切刃53は、第1切刃51と第2切刃52との間に位置する。そして、図2及び図6に示すように、第3切刃53は、上面視において、凸曲線状である。この第3切刃53は、切削加工時にいわゆるさらい刃として機能する部分である。本実施形態においては、第1切刃51は、第3切刃53の一端と接続しており、第2切刃52は、第3切刃53の他端と接続している。すなわち、本実施形態においては、第1切刃51、第3切刃53及び第2切刃52は、この順にて連続して位置している。このような構成によれば、強度が低下しやすい切刃の接続部分を円弧形状として強化することができ、切刃の欠損が生じる可能性をより一層低減させることができる。なお、第1切刃51、第3切刃53及び第2切刃52は、連続して位置していなくても構わない。例えば、第1切刃51と第3切刃53との間に他の接続刃が位置していてもよい。
本実施形態において、上面視において、第1切刃51は、第1辺部21と第2辺部22とのなす角度α(仮想コーナC2’の角度)の二等分線L3に対して、非対称に配置されている。より具体的には、第1切刃51は、二等分線L3の垂線に対して、傾斜するように配置されている。すなわち、第1切刃51は、二等分線L3の垂線に対して、第3切刃53から遠ざかるにつれて内方に位置するように傾斜している。また、言い換えれば、第1切刃51は、二等分線L3に対して、角度βで傾斜している。角度βは、例えば、45度より大きく90度未満とすることができる。第1切刃51が、二等分線L3に対して、このような角度βで傾斜することで、切削に関する第1切刃51の長さを長く確保することができる。それにより、切刃当たりの切削負荷を低減でき、刃先が損傷する可能性を低減できる。併せて、一次境界損傷が生じる可能性も低減できる。なお、角度βが90度未満であることにより、背分力が増加して生じる振動を低減することができるため、厳しい切削条件下などにおいても、良好な切削性能を発揮することができる。
本実施形態のインサート1は、上面2に、このような構成の第1切刃51に沿って配置する第1傾斜面71を有している。第1傾斜面71は、第1切刃51から遠ざかるにつれて第1傾斜角度θ1で下面3に向かって傾斜している。すなわち、第1傾斜面71は、第1切刃51から遠ざかるにつれて第1傾斜角度θ1で下方に傾斜している。この第1傾斜面71は、対応する第1切刃51によって生成された切屑が通過する面、すなわち、すくい面としての機能を果たす面である。
このように、仮想コーナC2’において非対称に配置される第1切刃51と第1切刃51に対応する上記第1傾斜面71とをインサート1が有することで、加工時の切刃あたりの切削負荷が低減されて一次境界損傷の低減が図れるとともに、大きな切込み量の加工にも使用できる。
すなわち、第1切刃51が仮想コーナC2’において対称に配置された場合、切込み量が大きな切削加工を行う際には専用のホルダが必要となる。しかしながら、第1切刃51が仮想コーナC2’において非対称に配置されるとともに第1切刃51が主切刃として用いられるインサート1であれば、境界部損傷を低減しつつ、専用のホルダを用いずにより広範な切削加工条件に良好に用いることができる。
また、本実施形態においては、第1傾斜面71は、図8及び図9に示すように、第1切刃51に垂直な断面において、平坦な面であるが、曲面であっても構わない。第1傾斜面71が平坦な面である場合には、特に、切屑厚みが厚くなることで高い切削負荷がかかる主切刃として機能する第1切刃51において、切削負荷を低減することができる。
なお、本実施形態においては、上述したように、インサート1は、2つの第1辺部21、2つの第2辺部22、2つの第3辺部23を有しており、インサート1の中心軸に対して180度回転対称である。したがって、図2に示すように、切刃5は、2つの第1切刃51、51’、2つの第2切刃52、52’及び2つの第3切刃53、53’を有している。そして、一方の第1切刃51と一方の第2切刃52と一方の第3切刃53が、一方の鋭角コーナC2に配置されており、他方の第1切刃51’と他方の第2切刃52’と他方の第3切刃53’が、他方の鋭角コーナC2に配置されている。このような構成により、本実施形態のインサート1は、いわゆる2コーナ使いのインサートである。なお、本実施形態においては、切刃5は、このように第1切刃51、51’、第2切刃52、52’及び第3切刃53、53’を2つずつ有している。しかしながら、切刃5は、本実施形態の構成に限らず、少なくとも1つの第1切刃51、1つの第2切刃52及び1つの第3切刃53を備えるものであれば良いことはいうまでもない。
また、図6に示すように、第3切刃53は、上面視において、第1部分531と第2部分532とを有している。第2部分532は、第3切刃53のうち、第1部分531よりも第2切刃52の近くに位置する部分である。すなわち、第1部分531は、第1切刃51側に位置する部分であり、第2部分532は、第2切刃側に位置する部分である。第1部分531及び第2部分532は、いずれも円孤状である。そして、第1部分531の曲率半径R1は、第2部分532の曲率半径R2よりも大きい。
第3切刃53がこのような2つの部分を有することによって、背分力をより一層低減できるため、振動の低減が更に図れる。また、第1切刃51側に位置する第1部分531においては、曲率半径が相対的に大きいため、切削に関与する切刃の長さを大きくして一次境界損傷の低減を図ることができる。また、第2切刃52側に位置する第2部分532においては、曲率半径が相対的に小さいため、生じる切屑の厚みを大きくして、切屑の切断性を向上させることができる。そのため、一次境界損傷を低減する効果と切屑の排出性を向上させる効果の両方を兼ね備えることができる。その結果、切込み量が大きい切削条件下においても、仕上げ面精度の高い切削が可能となる。
なお、第1部分531の曲率半径R1は、第1部分531の仮想円孤の半径とし、第2部分532の曲率半径R2は、第2部分532の仮想円孤の半径とすることができる。第1部分531の曲率半径R1と第2部分532の曲率半径R2の寸法は、インサート1の寸法に応じて設定することができる。第2部分532の半径R2は、例えば、0.1mm以上3.2mm以下とすることができ、第1部分531の半径R1は、第2部分532の半径R2より大きくすることができる。
さらに、本実施形態においては、図3に示すように、第3切刃53は、側面4の平面視(側面視)において、第2切刃52から遠ざかるにつれて下面3に向かって傾斜している領域を有している。すなわち、第3切刃53は、第2切刃52から遠ざかるにつれて下方に傾斜している領域を有している。これにより、切削加工時にかかる背分力を低減できるため、刃先の損傷を低減できる。
具体的には、第3切刃53は、第2部分532の第2切刃52側の位置Pから第1切刃部分531の第1切刃51側の位置Qに渡って、下面3に向かって傾斜している。言い換えれば、位置Pから位置Qまでの領域が下面3に向かって傾斜している。これにより、切刃5のうち切削加工時に被削材に対して、被削材の回転軸に垂直に接触する部分(位置P)を起点として、第1切刃51(主切刃)が傾斜する。したがって、背分力を低減する効果が高まり、刃先の損傷を低減する効果がより一層高まる。さらに、位置Pを起点として主切刃が傾斜しているため、切削に用いられる切刃の長さが長くなるため、切刃当たりの切削負荷を低減することもできる。
なお、第3切刃53が第2切刃52から遠ざかるにつれて下面3に向かって傾斜している、とは、第3切刃53の下面3からの高さが第2切刃52から遠ざかるにつれて小さくなることを意味している。
また、本実施形態においては、第3切刃53は、位置Pから位置Qに渡って、下面3に向かって傾斜しているが、第3切刃53の構成はこれに限らない。すなわち、第3切刃53の少なくとも一部が下面3に向かって傾斜していればよい。例えば、第3切刃53は、その全長に渡って下方に向かって傾斜していてもよく、高さが一定となる領域を有していてもよい。
なお、本実施形態においては、位置Qは、第1切刃51側に位置する第3切刃53の第1端部T1と一致する一方、位置Pは、第2切刃52側に位置する第3切刃53の第2端部T2よりも内方に位置している。このような場合には、さらい刃が仕上げ面を切削する際に、さらい刃によって被削材に転写される円弧形状が、幾何学的に、より大きくすることができる。その結果、仕上げ面粗さを小さくすることができる。
また、本実施形態においては、図17に示すように、第3切刃53のうち、位置Pから位置Qまでの領域が一定の角度で下面3に向かって傾斜している。言い換えれば、図17に示すように、第1部分531が第1角度γ1で下面3に向かって傾斜しており、第2部分532が第2角度γ2で下面3に向かって傾斜していている。そして、第1角度γ1と第2角度γ2とは同じである。これにより、突発的な異常損傷を低減することができる。
なお、第3切刃53は、その一部が傾斜していればよく、例えば、下面3からの高さが一定となる部分を有していてもよい。また、ここで一定の角度とは、実質的に一定であればよく、言い換えれば、第1角度γ1と第2角度γ2と実質的に同じであればよい。例えば、第1角度γ1と第2角度γ2との差が、±0.5度程度であっても構わない。
なお、図17は、第2辺部22、すなわち第2切刃52に沿ってインサート1の切刃5をみた図である。このように第2切刃52に沿ってみたインサート1の側面図において、第1部分531の第1角度γ1及び第2部分532の第2角度γ2は、定義することができる。すなわち、例えば、図17に示すように、第1角度γ1は、中心軸Xに垂直な基準面X1に対する第1部分531の傾斜角度である。第2角度γ2も同様である。
第1角度γ1は、例えば、6〜18度、第2角度γ2は、例えば、6〜18度とすることができる。
なお、本実施形態においては、上述したように、第3切刃53は、位置Pから位置Qに渡って、一定の角度で傾斜している(第1角度γ1と第2角度γ2とが同じである)が、第3切刃53の構成はこれに限らない。例えば、第3切刃53は、互いに異なる角度で下方に向かって傾斜する複数の部分(領域)を有していてもよい。すなわち、例えば、第1角度γ1と第2角度γ2とが異なっていてもよく、第3切刃53が互いに異なる角度で傾斜する3以上の部分(領域)を有していてもよい。
また、本実施形態において、第1切刃51は、図3に示すように、側面視において、第3切刃53から遠ざかるにつれて下面3に向かって傾斜している。すなわち、第1切刃51は、第3切刃53から遠ざかるにつれて下方に傾斜している。これにより、背分力の低減がより一層図れ、刃先の損傷を低減する効果が高まる。
なお、本実施形態においては、図17に示すように、第1切刃51は、その全長に渡って、第3角度γ3で下方に向かって傾斜している。これにより、突発的な異常損傷を低減する効果がより高まる。ただし、第1切刃51の構成はこれに限らず、第1切刃51の一部のみが下方に向かって傾斜していてもよく、第1切刃51の一部が傾斜していなくてもよい。例えば、第1切刃51は、下面3からの高さが一定である領域を有していてもよい。例えば、第1切刃51は、互いに異なる角度で傾斜する複数の領域を有していてもよい。例えば、第1切刃51の傾斜角度が漸次減少又は増加していてもよい。
なお、第3角度γ3は、第1角度γ1及び第2角度γ2と同様に定義することができる。すなわち、例えば、図17に示すように、第3角度γ3は、中心軸Xに垂直な基準面X1に対する第1切刃51の傾斜角度である。第3角度γ3は、例えば、6〜18度とすることができる。
さらに、本実施形態においては、図17に示すように、第3切刃53の傾斜角度(第1角度γ1、第2角度γ2)と第1切刃51の傾斜角度(第3角度γ3)は同じである。すなわち、側面視において、第3切刃53と第1切刃51とは滑らかに接続されており、一直線状に配置されている。これにより、突発的な異常損傷の低減が更に図れる。
ここで、第3切刃53の傾斜角度と第1切刃51の傾斜角度とが同じとは、実質的に同じであればよく、例えば、第3切刃53の傾斜角度と第1切刃51の傾斜角度との差が、±0.5度の範囲内であってもよい。なお、本実施形態においては、上述したように、第3切刃53の傾斜角度と第1切刃51の傾斜角度とは同じであるが、第3切刃53と第1切刃51の構成はこれに限らない。例えば、第3切刃53と第1切刃51とは、互いに異なる角度で傾斜していてもよい。
また、本実施形態においては、図3に示すように、第2切刃52の高さは一定である。これにより、切削抵抗の過度な上昇を低減し、且つ、仕上げ面粗さを向上させることができる。なお、ここで、第2切刃52の高さとは、第2切刃52の下面3に対する高さ(下面3からの第2切刃52の高さ)であって、図3及び図11に示すように、下面3に垂直な方向における下面3と第2切刃52との距離Dである。すなわち、下面3が平坦面である本実施形態においては、第2切刃52の高さとは、下面3を含む貫通孔6の中心軸Xに垂直な平面からの第2切刃52の高さを意味している。また、ここで、第2切刃52の高さが一定とは、第2切刃22の全長に渡って、実質的に第2切刃22の高さが同じであればよい。例えば、第2切刃22の高さが、その全長に渡って、インサート1の厚み方向における寸法の5〜8%の範囲内の変化量を含んでいてもよい。
なお、第2切刃52の高さは、第3切刃53から遠ざかるにつれて大きくなるようにしてもよい。すなわち、第2切刃52は、側面視において、第3切刃53から遠ざかるにつれて下面3から遠ざかるように傾斜していてもよい。これにより、仕上げ面粗さを向上させることができる。このとき、第2切刃52の傾斜角度は、第1切刃51の傾斜角度及び第3切刃53の傾斜角度と同じであっても、異なっていてもよい。第2切刃52の傾斜角度が、第1切刃51の傾斜角度及び第3切刃53の傾斜角度よりも小さい場合には、主切刃(第1切刃51)で生成された切屑を、副切刃(第2切刃52)に接続されたすくい面72でスムーズに立ち上げることができ、切屑の排出を良好にすることができる。
本実施形態において、上面2は、第2傾斜面72と第3傾斜面73とをさらに有している。第2傾斜面72は、第2切刃52に沿って位置する面であり、第3傾斜面73は、第3切刃53に沿って位置する面である。第2傾斜面72は、第2切刃52から遠ざかるにつれて第2傾斜角度θ2で下面3に向かって傾斜している。第3傾斜面73は、第3切刃53から遠ざかるにつれて第3傾斜角度θ3で下面3に向かって傾斜している。すなわち、第2傾斜面72と第3傾斜面73は、いずれも、対応する切刃から遠ざかるにつれて下方に傾斜している。第2傾斜面72及び第3傾斜面73も、第1傾斜面71と同様に、対応する切刃(第2切刃52、第3切刃53)で生成された切屑が通過する面、すなわち、すくい面としての機能を果たす面である。
そして、図8乃至図12に示すように、第3傾斜面73の第3傾斜角度θ3は、第1傾斜面71の第1傾斜角度θ1及び第2傾斜面72の第2傾斜角度θ2よりも大きい。すなわち、曲線状である第3切刃53の両端側に位置する第1切刃51に沿う第1傾斜面71及び第2切刃52に沿う第2傾斜面72の傾斜角度(θ1、θ2)が相対的に小さくなっている。そのため、第1傾斜角度θ1、第2傾斜角度θ2及び第3傾斜角度θ3がこのような大小関係を満たすことにより、切刃5に対応するすくい面の形状が、第3切刃53に対応する領域が下方に窪んだ凹形状となる。それゆえ、切屑の切断性が高まるとともに第3切刃53を中心として生成する切屑を良好にカールすることができる。その結果、切屑をスムーズに排出することができ、切屑の巻き込みを低減することができるため、仕上げ面精度を高めるとともに突発的な刃先の損傷を低減することができる。
また、第3傾斜角度θ3が第1傾斜角度θ1よりも大きいことから、切削時に大きな負荷がかかる第1切刃51の強度を高めることができる。その結果、切刃が欠損する可能性を低減することができる。
なお、ここで第1傾斜角度θ1、第2傾斜角度θ2及び第3傾斜角度θ3は、貫通孔6の中心軸Xに垂直な基準面X1に対する各傾斜面の傾斜角度とすることができる。本実施形態においては、下面3が中心軸Xに垂直な平面であることから、第1傾斜角度θ1、第2傾斜角度θ2及び第3傾斜角度θ3は、各傾斜面の下面3に対する傾斜角度とすることができる。すなわち、第1傾斜角度θ1、第2傾斜角度θ2及び第3傾斜角度θ3は、それぞれ対応する傾斜面のすくい角であるといえる。例えば、第1傾斜角度θ1、第2傾斜角度θ2及び第3傾斜角度θ3は、図8乃至図12に示すように規定することができる。
第1傾斜角度θ1は、例えば、18〜28度、第2傾斜角度θ2は、例えば、18〜28度、第3傾斜角度θ3は、例えば、20〜30度とすることができる。
また、本実施形態においては、図10乃至図12に示すように、第2傾斜面72及び第3傾斜面73は、第1傾斜面71と同様に、対応する切刃5(第2切刃52又は第3切刃53)に垂直な断面において、平坦な面であるが、曲面であっても構わない。なお、第2傾斜面72及び第3傾斜面73が平坦な面である場合には、切削負荷を低減することができる。
さらに、第3傾斜面73の第3傾斜角度θ3は、第3切刃53の全長に渡って一定であってもよい。これにより、切刃長さが短い第3切刃53にかかる負荷が、第3切刃53の全長に渡って略一定の値に近づけることができるため、切刃が欠損する可能性を低減することができる。
またさらに、第1傾斜面71の第1傾斜角度θ1は、第3切刃53から遠ざかるにつれて減少していてもよい。すなわち、図8及び図9に示すように、第1傾斜面71の第3切刃53側端部における傾斜角度θ11よりも、第1傾斜面71の第3切刃53側端部と反対側の端部における傾斜角度θ12が小さい。これにより、切屑の排出性がより一層高まる。また、切刃の強度を高め、切刃損傷の低減が図れる。
加えて、第2傾斜面72の第2傾斜角度θ2も、第3切刃53から遠ざかるにつれて減少していてもよい。すなわち、図11及び図12に示すように、第2傾斜面72の第3切刃53側端部における傾斜角度θ21よりも、第2傾斜面72の第3切刃53側端部と反対側の端部における傾斜角度θ22が小さい。これにより、切屑の排出性を向上させる効果がより一層高まる。また、切刃5の強度もより一層高まり、切刃損傷の低減も高まる。
なお、第1傾斜面71の第1傾斜角度θ1が減少するとは、第1傾斜面71の少なくとも一部の領域において第1傾斜角度θ1が減少していればよく、第1傾斜面71は、第1傾斜角度θ1が変化しない領域を有していても構わない。同様に、第2傾斜面72の第2傾斜角度θ2が減少するとは、第2傾斜面72の少なくとも一部の領域において第2傾斜角度θ2が減少していればよく、第2傾斜面72は、第2傾斜角度θ2が変化しない領域を有していてもかまわない。
また、第1傾斜角度θ1及び第2傾斜角度θ2が減少する場合には、第1傾斜角度θ1の減少量は、第2傾斜角度θ2の減少量よりも小さくすることができる。これにより、生成する切屑を安定してカールさせることができ、切屑の排出方向を仕上げ面から離れる方向に方向付けすることができる。そのため、切屑の排出性が向上し、切屑の巻き込みが低減されるため、仕上げ面精度が向上するとともに突発的な刃先の損傷も低減される。
なお、第1傾斜角度θ1の減少量は、第1傾斜面71の第1切刃51に沿う両端における第1傾斜角度θ1の差とすることができる。同様に、第2傾斜角度θ2の減少量は、第2傾斜面72の第2切刃52に沿う両端における第2傾斜角度θ2の差とすることができる。例えば、第1傾斜角度θ1の減少量は、θ11とθ12の差であり、第2傾斜角度θ2の減少量は、θ21とθ22の差である。
本実施形態においては、図8及び図9に示すように、上面2は、第4傾斜面74をさらに有している。第4傾斜面74は、第1傾斜面71よりも内方に位置するとともに、第1切刃51から遠ざかるにつれて下面3から遠ざかるように傾斜している。すなわち、図8及び図9に示すように、第4傾斜面74は、第1切刃51に沿って位置する立ち上がり面である。そして、図6に示すように、上面視において、第1切刃51と第4傾斜面74との距離dは、第3切刃5から遠ざかるにつれて大きくなっている。これにより、切屑をらせん状にカールさせることができ、切屑を安定して排出することができる。
なお、ここで、第1切刃51と第4傾斜面74との距離dとは、上面視における、第1切刃51に垂直な方向における第1切刃51と第4傾斜面74との距離とすることができる。
また、本実施形態においては、第1切刃51と第4傾斜面74との距離dは、第3切刃53から遠ざかるにつれて漸次大きくなっているが、距離dは、このような形態に限らない。例えば、第4傾斜面74は、距離dが一定の値をとる領域を有していてもよい。
さらに、本実施形態においては、図8及び図9に示すように、第4傾斜面74は、第1切刃51に垂直な断面において、平坦な面であるが、曲面であっても構わない。第4傾斜面74が平坦な面である場合には、切屑との接触面積を広くすることが出来るため、切屑の排出方向を、仕上げ面から離れる方向に安定させることができ、切屑排出性が高まる。また、切削加工時の送り量が大きい場合に、厚みの厚い切屑が第4傾斜面74と接触した際の、切屑と立ち上がり面との摩擦による負荷を低減することができる。
またさらに、本実施形態においては、第1傾斜面71と第4傾斜面74とは、滑らかに接続されている。すなわち、平坦な第1傾斜面71と平坦な第4傾斜面74との間には、曲面、いわゆるフィレット面で接続されている。該フィレット面は、設計上不可避な面であるため、第1傾斜面71及び第4傾斜面74は、接続されているといっても構わない。なお、第1傾斜面71と第4傾斜面74とは、直接接続されていても、間に他の面を介して接続されていても構わない。本実施形態のように、第1傾斜面71と第4傾斜面74とが直接接続されている場合には、すくい面から切屑の立ち上げ面までの変曲点の数を最小限にすることができる。その結果、切屑がスムーズに排出させるため、切屑排出の際の負荷を低減することができる。
さらに、本実施形態においては、第4傾斜面74は、第2切刃52及び第3切刃53に沿っても位置するよう延びて設けられていてもよい。このような場合においても、切屑の排出性が高まる。このとき、第4傾斜面74と各切刃との距離は、第2切刃52と第3切刃53との接続部に対応する領域において、相対的に小さくなっていてもよい。このような場合には、切屑をらせん状にカールさせて切屑を安定して排出する効果がより一層高まる。
以上、本実施形態に係るインサート1について、図面を用いて説明したが、本開示のインサートは、これに限られるものではない。
例えば、本実施形態のインサート1は、図2に示すように、平面視した場合の上面2の形状が概略菱形形状の四角形状であるが、このような形態には限られない。例えば、平面視した場合の上面2の形状が三角形、五角形、六角形または八角形のような多角形状であってもよい。
また、例えば、第1傾斜面71は、直接第1切刃51と繋がって形成されていても、ランド部を介して第1切刃51と繋がって形成されていてもよい。第2傾斜面72及び第3傾斜面73も同様である。
<切削工具>
次に、本開示の一実施形態に係る切削工具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13に示すように、上記実施形態に代表されるインサート1と、インサート1が装着されたホルダ103とを備えている。
本実施形態のホルダ103は、細長く延びた棒形状である。一方の端部(先端部)には、インサート1が装着されるインサートポケットが形成されている。インサートポケットは、インサート1が装着される部分であり、ホルダ103の先端面1031及び2つの側面1032、1033に対して開口している。ホルダ103の材質としては、例えば、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの材質の中で、靱性の高い鋼を用いることができる。
次に、インサート1のホルダ103への装着について説明する。
インサート1は、切刃5がホルダ103の外周よりも外側に突出するように、インサートポケットに装着される。より具体的には、インサート1は、第1切刃51が主切刃として、第2切刃52が副切刃として用いられるように、ホルダ103に装着される。すなわち、図13に示すように、第1切刃51が、ホルダ103の側面1033側に位置しており、第2切刃52が、ホルダ103の先端面1031側に位置している。第3切刃53は、先端面1031と側面1033とがなす角部に位置している。
そして、本実施形態においては、インサート1は、クランプ部材107によって、インサートポケットに固定されている。すなわち、インサート1の貫通孔6にクランプ部材107の先端部が挿入された状態で、クランプ部材107の貫通孔にボルト105が挿入される。そして、このボルト105の先端をホルダ103に形成されたネジ孔(図示せず)に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、クランプ部材107の先端部がインサート1をホルダ103に押さえつける。これにより、インサート1がホルダ103に装着されている。
また、本実施形態においては、インサートポケットとインサート1との間にシート部材106が配置されている。これによりインサート1の欠損等を低減することができる。なお、シート部材としては、さまざまな形状を用いることができる。
本実施形態の切削工具101は、上記の特徴的構成を備えたインサート1を有するため、切削負荷の低減により一次境界損傷の低減を図りつつ、切込み量が大きな切削条件においても良好な加工が可能である。そのため、難削材の加工等、切削条件が厳しい加工においても、汎用のホルダで良好な切削性能を発揮することができる。
<切削加工物の製造方法>
次に、本開示の一実施形態に係る切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。
本実施形態の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
(1)図14に示すように、被削材201を回転させた状態で上記実施形態に代表される切削工具101を被削材201に相対的に近付ける工程と、
(2)図15に示すように、回転している被削材201に切削工具101の切刃5を接触させる工程と、
(3)図16に示すように、切削工具101を被削材201から離す工程と、
を備えている。
本実施形態の切削加工物の製造方法においては、切削工具101のインサート1が、上記の特徴的構成を備えた切刃5を有している。それゆえ、難削材の加工等、切削条件が厳しい加工においても、また、切込み量が大きな切削条件であっても、良好な切削性能を発揮することができる。
すなわち、図15に示すように、第1切刃51が主切刃として、第2切刃52が副切刃として用いられるように、切刃5が被削材201に接触する。このとき、上述したように、第1切刃51は、角度βで傾斜しているとともに仮想コーナC’2の二等分線L3に対して非対称となるよう配置されている。このため、第1切刃51と第2切刃52の間に位置する第3切刃53が、第2切刃52とともに仕上げ面精度を向上させるように機能するとともに、主切刃として機能する切刃の長さを長く確保して一次境界損傷の低減が図れる。その結果、切込み量が大きい切削条件下であっても、仕上げ面精度の高い良好な切削加工が可能となる。
また、図15に示すように、仮想コーナC2’に第1切刃51が二等分線L3に対して非対称形状となるよう配置されているため、刃先がインサートの中心方向に大きく後退しないため、切込み量が大きな切削加工においても、専用のホルダを必要とせず、汎用のホルダで良好な切削性能を発揮することができる。
なお、図14においては、被削材201の回転軸Yを固定した状態で被削材201を回転させるとともに、切削工具101を被削材201に近付けている。また、図15においては、被削材201を回転させた状態で、切削工具101を被削材201に接触させて切削加工を行っている。また、図16においては、回転軸Yを固定した状態で被削材201を回転させるとともに、切削工具101を被削材201から遠ざけている。なお、本実施形態においては、それぞれの工程において、回転軸Yを固定した状態で被削材201を回転させるとともに切削工具101を動かしているが、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に近付けてもよい。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保持して、被削材201の異なる箇所にインサート1の切刃5を接触させる工程を繰り返せばよい。使用している切刃6が摩耗した際には、インサート1を貫通孔6の中心軸Xに対して180度回転させて、未使用の切刃5を用いればよい。
なお、被削材201の材質としては、例えば、超耐熱合金、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄又は非鉄金属などが挙げられる。超耐熱合金としては、例えば、ニッケル基合金などが挙げられる。
以上、本開示に係る実施形態について例示したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。
1・・・切削インサート(インサート)
2・・・第1面(上面)
21・・・第1辺部
22・・・第2辺部
23・・・第3辺部
3・・・第2面(下面)
4・・・第3面(側面)
5・・・切刃
51、51’・・・第1切刃
52、52’・・・第2切刃
53、53’・・・第3切刃
531・・・第1部分
532・・・第2部分
6・・・貫通孔
71・・・第1傾斜面
72・・・第2傾斜面
73・・・第3傾斜面
74・・・第4傾斜面
101・・・切削工具
103・・・ホルダ
1031・・・先端面
1032・・・側面
1033・・・側面
105・・・ボルト
106・・・シート部材
107・・・クランプ部材
201・・・被削材

Claims (17)

  1. 第1辺部と、第2辺部と、前記第1辺部と前記第2辺部との間に位置する第3辺部とを有する第1面と、
    前記第1面の反対に位置する第2面と、
    前記第1面と前記第2面との間に位置する第3面と、
    前記第1面と前記第3面との交線部に位置する切刃と、を備え、
    前記切刃は、
    前記第3辺部に位置するとともに、前記第1面の平面視において直線状の第1切刃と、
    前記第2辺部に位置するとともに、前記第1面の平面視において直線状の第2切刃と、
    前記第1切刃と前記第2切刃との間に位置するとともに、前記第1面の平面視において、凸曲線状の第3切刃と、を有しており、
    前記第1面の平面視において、前記第1切刃は、前記第1辺部と前記第2辺部とのなす角の二等分線に対して、非対称に位置しており、
    前記第1面は、前記第1切刃に沿って位置するとともに、前記第1切刃から遠ざかるにつれて第1傾斜角度θ1で前記第2面に向かって傾斜する第1傾斜面を有している、切削インサート。
  2. 前記第3切刃は、前記第3面の平面視において、前記第2切刃から遠ざかるにつれて前記第2面に向かって傾斜している領域を有している、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記第1面の平面視において、前記第3切刃は、円孤状の第1部分と、前記第1部分よりも前記第2切刃の近くに位置する円孤状の第2部分と、を有しており、
    前記第1部分の曲率半径R1は、前記第2部分の曲率半径R2よりも大きい、請求項1または2に記載の切削インサート。
  4. 前記第1部分は、前記第3面の平面視において、前記第2切刃から遠ざかるにつれて前記第2面に向かって傾斜しており、前記第2部分は、前記第3面の平面視において、前記第1部分から遠ざかるにつれて前記第2面に向かって傾斜している、請求項3に記載の切削インサート。
  5. 前記第1部分の傾斜角度;第1角度γ1は、前記第2部分の傾斜角度;前記第2角度γ2と同じである、請求項4に記載の切削インサート。
  6. 前記第1切刃は、前記第3面の平面視において、前記第3切刃から遠ざかるにつれて前記第2面に向かって傾斜している、請求項5に記載の切削インサート。
  7. 前記第1角度γ1及び前記第2角度γ2は、前記第1切刃の傾斜角度;第3角度γ3と同じである、請求項6に記載の切削インサート。
  8. 前記第2切刃の高さは、一定である、請求項1〜7のいずれかに記載の切削インサート。
  9. 前記第2切刃は、前記第3面の平面視において、前記第3切刃から遠ざかるにつれて前記第2面から遠ざかるように傾斜している、請求項1〜7のいずれかに記載の切削インサート。
  10. 前記第1面は、前記第2切刃に沿って位置するとともに、前記第2切刃から遠ざかるにつれて第2傾斜角度θ2で記前第2面に向かって傾斜する第2傾斜面と、前記第3切刃に沿って位置するとともに、前記第3切刃から遠ざかるにつれて第3傾斜角度θ3で前記第2面に向かって傾斜する第3傾斜面と、をさらに有しており、
    前記第3傾斜角度θ3は、前記第1傾斜角度θ1及び前記第2傾斜面の第2傾斜角度θ2よりも大きい、請求項1〜9のいずれかに記載の切削インサート。
  11. 前記第3傾斜角度θ3は、前記第3切刃に渡って一定である、請求項10に記載の切削インサート。
  12. 前記第1傾斜角度θ1は、前記第3切刃から遠ざかるにつれて減少している、請求項10または11に記載の切削インサート。
  13. 前記第2傾斜角度θ2は、前記第3切刃から遠ざかるにつれて減少している、請求項12に記載の切削インサート。
  14. 前記第1傾斜角度θ1の減少量は、前記第2傾斜角度θ2の減少量よりも小さい、請求項13に記載の切削インサート。
  15. 前記第1面は、前記第1傾斜面よりも内方に位置し、前記第1切刃から遠ざかるにつれて前記第2面から遠ざかるように傾斜する第4傾斜面をさらに有しており、
    前記第1面の平面視において、前記第1切刃と前記第4傾斜面との距離は、前記第3切刃から遠ざかるにつれて大きくなる、請求項1〜14のいずれかに記載の切削インサート。
  16. 請求項1〜15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装着されたホルダと、を備えた切削工具。
  17. 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16に記載の切削工具の前記切刃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。
JP2018527598A 2016-07-11 2017-07-10 切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法 Active JP6717941B2 (ja)

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