しかしながら、上記したような切削用インサートでは、高送り時や高切込み時においては、切削温度の急激な上昇や切削抵抗の増大により、ブレーカ突起との接触時に切りくずが圧縮されて詰まったり、切りくずがブレーカ突起に凝着したりするおそれがある。切りくずが詰まると切りくずの厚みが増大して切削時に大きな負荷が加わり、刃部の損傷やびびり振動を誘発するという不都合がある。また、切りくずが凝着すると切りくずのカール形状や排出方向が不安定になるため、切りくずの工作物への巻き付きや噛み込みによる刃部の欠損等が生じるという不都合がある。したがって、高精度の仕上げ面品位を得ることができず、工具寿命が短くなるという問題があった。一方、これを回避すべくブレーカ突起の傾斜を緩やかにしたりブレーカ突起をノーズから離間させたりすると、低切込み時における切りくずの拘束力が弱くなってブレーカとしての機能を果たさないおそれがある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、送り量や切込みを変化させた場合においても安定して切屑処理性に優れ、高精度の仕上げ面品位を得ることができる工具寿命の長い切削用インサートを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、多角形平板状をなすインサート本体と、該インサート本体の少なくとも一の多角形面に設けられたすくい面と、前記すくい面の角部に設けられたコーナ部と、前記すくい面の辺稜部に設けられた前記コーナ部に交差する少なくとも一対の切れ刃とを有する切削用インサートであって、前記コーナ部近傍のすくい面上に、前記コーナ部から離間するに従い該コーナ部の二等分線方向に漸次隆起するブレーカ突起を備え、前記ブレーカ突起が、前記二等分線に沿った断面において略凸円弧状をなす前頂部と、前記二等分線に直交する断面において略凹円弧状をなす凹部を有する側部とを備えることを特徴とする切削用インサートを提供する。
本発明によれば、コーナ部近傍のすくい面上に、コーナ部から離間するに従いコーナ部の二等分線方向に漸次隆起するブレーカ突起を備えているので、切削に伴って流出した切りくずが、ブレーカ突起に突き当たって拘束されることで切りくずがカールさせられて細かく分断されることになる。
この場合において、前記ブレーカ突起の前頂部が、コーナ部の二等分線に沿った断面において略凸円弧状をなすように形成されているので、直線状に形成された従来のブレーカ突起に比べ、ブレーカ突起の前頂部と切りくずとの接触面積が小さくなることにより、ブレーカ突起の前頂部との過度な接触による切りくずの詰まりや凝着を抑制できる。
さらに、前記ブレーカ突起の側部に、コーナ部の二等分線に直交する断面において略凹円弧状をなす凹部が形成されているので、この凹部に切削油剤が流れ込むことで、ブレーカ突起の側部との接触による切りくずの凝着も抑制できる。
これにより、切りくずの詰まりに起因して切削時にかかる負荷が増大することによる刃部の損傷やびびり振動の発生を防止できるとともに、切りくずの凝着に起因して切りくずのカール形状や排出方向が不安定になることによる工作物への切りくずの巻き付き、噛み込み、刃部の欠損等を防止できる。
その結果、送り量や切込みを変化させることで切りくずとブレーカ突起との接触箇所が変動する場合であっても、安定して切屑処理性に優れ、高精度の仕上げ面品位を得ることができ、工具寿命が向上する。
また、上記発明においては、前記前頂部の前記二等分線に沿った断面がなす凸曲線のうちの少なくとも一部が、2.0mm以上20.0mm以下の曲率半径を有していることが好ましい。このようにすることで、低切込み時の切りくずの拘束力を確保しつつ、切りくずの詰まりや凝着を防止できる。
また、前記凹部の前記二等分線に直交する断面がなす凹曲線の曲率半径が、0.2mm以上10.0mm以下であることが好ましい。このようにすることで、高切込み時の切りくずの凝着を効果的に防止できる。
また、上記発明においては、前記前頂部に、前記二等分線に直交する断面において略直線状をなす平坦面を備えることとしてもよい。この場合、前記平坦面の前記二等分線に直交する方向の幅は0.05mm以上0.5mm以下であることが好ましい。このようにすることで、低切込みや低送り時の幅が狭く厚みが薄い拘束し難い切りくずであってもブレーカ突起前頂部の平坦面で確実に捉えて拘束できる。
また、上記発明においては、前記切れ刃が、前記コーナ部から離間するに従い前記インサート本体の厚さ方向下方に傾斜していることとしてもよい。このようにすることで、コーナ部から離間するに従い切れ刃からブレーカ突起の頂部までの相対的な高さが高くなるため、高切込みや高送り時の幅が広く厚みが厚い切りくずであってもブレーカ突起を飛び越えてしまうようなことがなく、切りくずを確実にブレーカ突起の側部で拘束できる。また、この切れ刃の傾斜に伴って、これにつながるすくい面もコーナ部から離間するに従いインサート本体の厚さ方向下方に傾斜することとなる。その結果、切りくずはインサート本体のコーナ部3から離間する方向に誘導されることとなるので、切りくずの排出方向が安定する。
上記発明においては、前記すくい面が、前記辺稜部から離間するに従い前記インサート本体の厚さ方向下方に傾斜する傾斜面を備えることとしてもよい。このようにすることで、切削抵抗が低減される。また、切りくずがブレーカ突起に向かって誘導されることとなるので、切りくずを確実にブレーカ突起に接触させて拘束できる。
以下、本発明に係る切削用インサートの一実施形態について、図1~図3及び図4A,図4B,図5A,図5Bを参照して説明する。
本実施形態に係る切削用インサートのインサート本体1は、図1及び図2に示されるような外形を有している。また、インサート本体1の材質は、超硬合金、サーメット、セラミック、ダイヤモンド焼結体、立方晶窒化ホウ素(cBN)焼結体等が用いられている。インサート本体1は、例えば、上面視において頂角が55°の略菱形平板状をなしている。なお、図1中上下方向をインサート本体1の厚さ方向とする。さらに、インサート本体1は、略菱形状をなす上面に設けられたすくい面2と、このすくい面2の頂角となる2つの鋭角な角部の夫々に設けられたコーナ部3と、このコーナ部3に交差するすくい面2の辺稜部に設けられた一対の切れ刃4と、すくい面2と交差する側面に設けられた逃げ面5と、この逃げ面5と交差する下面に設けられた着座面6と、中央部に設けられた上下面に貫通する取付穴7とを備えている。
前記すくい面2は、例えば10°のすくい角γが付され、インサート本体1の辺稜部から離間するに従いインサート本体1の厚さ方向下方に傾斜する傾斜面2aから構成されている。例えば、この傾斜面2aは、切れ刃4に垂直な断面において直線状に傾斜するように形成されている。そして、このすくい面2上のコーナ部3近傍には、傾斜面2aからインサート本体1の厚さ方向上方に立ち上がり、コーナ部3の二等分線L方向において切れ刃4の高さを越えるように漸次隆起するブレーカ突起10を備えている。コーナ部3からブレーカ突起10の立ち上がり始点、すなわち、前頂部11の先端までの距離Dは、例えば0.5mmに設定されている(図4A参照)。
前記ブレーカ突起10は、図3に示されるように、インサート本体1のコーナ部3を向く前頂部11と、インサート本体1の辺稜部を向く側部12と、前頂部11の終端からインサート本体1の厚さ方向と垂直な方向に延びる頂部13とを備えている。
前記前頂部11は、図4A及び図5Aに示されるように、コーナ部3の二等分線Lに直交する断面において略直線状をなす平坦面11aから構成されている。この平坦面11aは、コーナ部3の二等分線Lに沿った断面において略凸円弧状をなすように形成されている。この前頂部11のコーナ部3の二等分線Lに沿った断面がなす凸曲線の曲率半径Rは、例えば、コーナ部3近傍における曲率半径R1は0.5mmと小さく、コーナ部3から離間した位置における曲率半径R2は曲率半径R1より大きく5.0mmに設定されている。つまり、この前頂部11は、コーナ部3近傍においては曲率が大きく急な傾斜で立ち上がり、コーナ部3から離間するほど曲率が小さく緩やかな傾斜で隆起するように形成されている。
また、この平坦面11aのコーナ部3の二等分線Lに直交する方向の幅Wは、例えば、0.08mmに設定されている。なお、この平坦面11aの両端には、側部12とのつなぎ目を滑らかにすべく、コーナ部3の二等分線Lに直交する断面において略凸円弧状をなす凸曲面が設けられている。
前記側部12は、図5Aに示されるように、コーナ部3の二等分線Lに直交する断面において略凹円弧状をなし、コーナ部3から離間する方向に延びる凹部12aを備えている。そして、このコーナ部3から離間する方向に延びる、凹部12aの二等分線Lに直交する各断面形状は互いに略相似形をなし、コーナ部3に近いほど浅くコーナ部3から離間するほど深くなるように形成されている。この凹部12aのコーナ部3の二等分線Lに直交する各断面がなす凹曲線の曲率半径rは、凹部12a全体において一定となるように設定されている。例えば、傾斜面2aと隣接する前頂部11の先端から頂部13と隣接する前頂部11の終端までの長さの1/2の位置で測定した場合において1.0mmとなっている。
前記一対の切れ刃4は、コーナ部3を挟んで隣り合う主切れ刃4aと副切れ刃4bとから構成されている。この主切れ刃4aと副切れ刃4bとからなる一対の切れ刃4は2つのコーナ部3,3の夫々に設けられているので、全体としては二対の切れ刃4,4が備えられている。
前記主切れ刃(横切れ刃)4a及び副切れ刃(前切れ刃)4bは、前記コーナ部3を含んでコーナ部3から離間するに従いインサート本体1の厚さ方向下方に傾斜している。この切れ刃4の傾き角λは、例えば8°に設定され、コーナ部3から連なって略円弧状に傾斜するように形成されている(図1参照)。
前記逃げ面5には、例えば7°の正の逃げ角αが付され、ポジティブタイプのインサートを構成している(図4A参照)。
このように構成された本実施形態に係る切削用インサートの作用について以下に説明する。
本実施形態に係る切削用インサートによれば、コーナ部3近傍のすくい面2上に、コーナ部3から離間するに従いコーナ部3の二等分線方向に漸次隆起するブレーカ突起10を備えているので、このブレーカ突起10がインサートブレーカ(チップブレーカ)として機能して、切削に伴って工作物から分離して流出した切りくずが、ブレーカ突起10に突き当たって拘束されることで切りくずがカールさせられて細かく分断されることになる。
また、インサート本体1の辺稜部につながるすくい面2に傾斜面2aを備えるため、切削抵抗が低減される。また、この傾斜面2aにより切りくずがブレーカ突起10に誘導されることになるので、切りくずを確実にブレーカ突起10に接触させて拘束できる。
この場合において、本実施形態に係る切削用インサートによれば、ブレーカ突起10の前頂部11が、コーナ部3の二等分線Lに沿った断面において略凸円弧状をなすように形成されているので、直線状に形成された従来のブレーカ突起に比べ、ブレーカ突起10の前頂部11と切りくずとの接触面積が小さくなる。その結果、低切込み時に生じるようなブレーカ突起10の前頂部11との過度な接触による切りくずの詰まりや切りくずの凝着を抑制することができる。
また、図4Bに示されるように、ブレーカ突起10の前頂部11は、コーナ部3近傍においては低切込み時における切りくずの拘束力向上の観点から急な傾斜で立ち上がるように形成されているが、コーナ部3から離間するにつれて緩やかにカーブして隆起するように形成されているので、図中鎖線で示す直線状に形成された従来のブレーカ突起に比べて、コーナ部3から離間した位置における前頂部11のインサート本体1の厚さ方向における高さは低くなる。そのため、送りや切込みを大きくしたときでも、切りくずの詰まりや切りくずの凝着を抑制することができる。
さらに、図5Bに示されるように、ブレーカ突起10の側部12には、コーナ部3の二等分線Lに直交する断面において略凹円弧状をなす凹部12aが形成されているので、この凹部12aに切削油剤が流れ込むことにより、図中鎖線で示す凹部の形成されていない従来のブレーカ突起に比べて、切削油剤による潤滑作用、冷却作用などの効果をより効果的に得ることができる。その結果、高切込み時に生じるようなブレーカ突起10の側部12との接触による切りくずの凝着や切りくずの詰まりを抑制することができる。
したがって、切りくずの詰まりに起因して切りくずの厚みが増大して変形させられる際に大きな抵抗がかかることがなく、切削時の負荷が軽減されるため、刃部の損傷やびびり振動の発生を防止できる。
また、切りくずの凝着に起因して切りくずのカール形状や排出方向が不安定になることがなく、切屑排出性が安定するため、切りくずが長く延び出て工作物へ巻き付いたり噛み込んだりして刃部の欠損等を引き起こすことを防止できる。
その結果、送り量や切込みを変化させることにより、切りくずとブレーカ突起との接触箇所が変動する場合であっても、安定して切屑処理性に優れ、長期にわたって高精度の仕上げ面粗さ、寸法精度等を得ることができ、工具寿命に優れる。
また、本実施形態によれば、このブレーカ突起10の前頂部11はコーナ部3の二等分線L方向に略凸円弧状に隆起させられているので、低切込み時における切りくずの拘束を目的としてコーナ部3近傍における傾斜を大きくし、前頂部11の先端をコーナ部3にきわめて近い位置まで近接させて配置したとしても、コーナ部3から離間した位置における前頂部11の高さを抑えることができる。そのため、高切込みや高送り時の切りくずの詰まりを防止することができる。
しかも、この前頂部11は、コーナ部3の二等分線Lに直交する断面において略直線状をなす平坦面11aを備えているので、低切込みや低送り時の幅が狭く厚みが薄い拘束し難い切りくずであっても、コーナ部3にきわめて近い位置に配置された平坦面11aで確実に捉えて拘束することができる。また、切りくずが平坦面11aで拘束されることにより、切りくずの排出方向が安定する。
これにより、低切込み領域、すなわち、取り代の小さな加工部位での切りくずの拘束力に優れ、仕上げ切削を行う場合において良好な切屑処理性を得ることができる。
また、本実施形態によれば、主切れ刃4aが、コーナ部3を含んでコーナ部3から離間するに従いインサート本体1の厚さ方向下方に傾斜するように形成されているので、着座面6と平行に形成される場合と比べ、主切れ刃4aの位置が低くなる。したがって、コーナ部3から離間するに従い主切れ刃4aからブレーカ突起10の頂部13までの相対的な高さが高くなる。その結果、高切込みや高送り時の幅が広く厚みが厚い切りくずであってもブレーカ突起10を飛び越えてしまうようなことがなく、切りくずを確実にブレーカ突起10の側部12で拘束することができる。
さらに、この低い位置に設けられた主切れ刃4aにつながる傾斜面2aから隆起するブレーカ突起10については、その側部12における傾斜面2aと隣接する底部から頂部13までの高さが、着座面6と平行に形成される場合と比べて高くなる。換言すると、主切れ刃4aの傾斜に伴い、ブレーカ突起10の側部12の面積が広くなる。したがって、ブレーカ突起10の剛性を維持しつつ、コーナ部3から離間するほど凹部12aを大きく形成したり、深く形成したりすることができる。その結果、コーナ部3から離間した位置におけるブレーカ突起10の側部に接触するような幅の広い切りくずや厚みの厚い切りくずであっても、大きく深く形成された凹部12aに切削油剤が効果的に流れ込むことにより、切りくずの凝着を抑制することができる。
これにより、高切込み領域、すなわち、取り代の大きな加工部位での切りくずの拘束力に優れ、粗切削を行う場合において良好な切屑処理性を得ることができる。
また、本実施形態によれば、主切れ刃4aの傾斜に伴って、主切れ刃4aにつながるすくい面が、主切れ刃4aが伸びる方向に向かってコーナ部3から離間するに従いインサート本体1の厚さ方向下方に傾斜しつつ、主切れ刃4aに垂直な方向に向かってインサート本体1の辺稜部から離間するに従いインサート本体1の厚さ方向下方に傾斜することになる。換言すると、主切れ刃4aにつながるすくい面2には、この主切れ刃4aに付された傾き角λと、主切れ刃4aとつながるすくい面2に付されたすくい角γとの合成により得られる正のすくい角γが付されている。したがって、この主切れ刃4aが伸びる方向に漸次下降すると同時に主切れ刃4aに垂直な方向にも漸次下降する傾斜面2aにより、切りくずは主切れ刃4aに垂直な方向に速やかにカールさせられながら、インサート本体のコーナ部3と辺稜部から離間する方向にスムーズに誘導されることになる。その結果、切りくずが分断されない場合であっても、横向きカールが促進され切りくずが一定方向に排出されることになる。
これにより、切りくずが分断されにくい低送り加工を行う場合においても、安定して良好な切屑排出性を得ることができる。
このように、本実施形態に係る切削用インサートによれば、取り代の小さな加工部位と取り代の大きな加工部位とが共存するような切込み変動の大きい倣い加工においても好適に用いることができる。また、送り量の変動にも対応することができる。そのため、粗切削用インサートと仕上げ切削用インサートとを併用する必要等もなく、任意に切削加工条件を設定することができるので、加工効率が向上する。また、本実施形態に係る切削用インサートは粗加工と仕上げ加工に兼用することができるので、製造工程数及び工具点数が集約され製造コストの削減を図ることができる。
なお、本実施形態においては、ブレーカ突起10の前頂部11におけるコーナ部3近傍の曲率半径R1を0.5mmと小さく、コーナ部3から離間した位置の曲率半径R2を曲率半径R1より大きく5.0mmとしたが、前頂部11の曲率半径Rとしてはこれに限定されるものでなく、他の任意の曲率半径Rとすることができる。また、曲率半径Rをコーナ部3近傍とそれ以外の場所とで変化させることなく、前頂部11全体を同じ曲率半径Rとしてもよい。この前頂部11の曲率半径Rは、2.0mm以上20.0mm以下の範囲内で設定されることが好ましい。前頂部11の曲率半径Rが2.0mmより小さいと、急傾斜となりすぎてコーナ部3から近い位置で前頂部11の高さが高くなっていまい、高切込み時の切りくずの詰まりを防止できないおそれがあるからである。また、前頂部11の曲率半径Rが20.0mmより大きいと、緩やかなカーブになりすぎて直線状に形成したものと変わらなくなり、前頂部11と切りくずとの接触面積を小さくすることができず、低切込み時の切りくずの詰まりを防止できないおそれがあるからである。
また、本実施形態においては、ブレーカ突起10の前頂部11を平坦面11aから構成することとしたが、これに代えて、コーナ部3の二等分線Lに直交する断面において略凸円弧状をなす凸曲面から構成してもよい。また、複数の平坦面や、平坦面と凸曲面との組み合わせにより構成してもよい。
また、本実施形態においては、平坦面11aの幅Wを0.08mmとしたが、これに代えて、他の任意の幅に設定することができる。この平坦面11aの幅Wは、0.05mm以上0.5mm以下の範囲内で設定されることが好ましい。0.05mmより小さいと、低切込みや低送り時の幅が狭く厚みが薄い切りくずを十分に拘束できないおそれがあるからである。0.5mmより大きいと、切りくずとの接触面積が大きくなり、凝着抑制効果が損なわれるおそれがあるからである。
また、本実施形態においては、ブレーカ突起10の凹部12aの曲率半径rを1.0mmとしたが、凹部12aの曲率半径rとしてはこれに限定されるものでなく、他の任意の曲率半径rとすることができる。この凹部12aの曲率半径r、0.2mm以上10.0mm以下の範囲内で設定されることが好ましい。0.2mmより小さいと、凹部が深すぎてブレーカ突起11の剛性が劣化するおそれがあるからである。10.0mmより大きいと、凹部が浅すぎて切削油剤が流れ込むことによる潤滑作用、冷却作用などの効果を十分に得られないおそれがあるからである。
また、本実施形態においては、コーナ部3から離間する方向に延びる凹部12a全体を同じ曲率半径rとし、コーナ部3に近いほど浅くコーナ部3から離間するほど深くなるように形成することとしたが、これに代えて、凹部12aの曲率半径rを変化させて、コーナ部3へ近づくに従い曲率半径rを小さく、コーナ部3から離間するに従い曲率半径rを大きく設定し、コーナ部3に近いほど深くコーナ部3から離間するほど浅くなるように形成することにしてもよい。
また、本実施形態においては、主切れ刃4aと副切れ刃4bとが対称となるように、共に同じ角度λでコーナ部3を含んで略円弧状に傾斜させることとしたが、切れ刃4の形状としてはこれに限定されるものではない。例えば、コーナ部3と主切れ刃4aとを夫々異なる角度λで傾斜させてもよく、コーナ部3の角度を主切れ刃4aの角度よりも小さくすることで、刃先強度の向上を図ることが可能である。また、刃先強度向上の目的により、コーナ部3を着座面6と平行に形成してもよい。また、同様の目的で円弧状に代えて、直線状に傾斜させてもよい。
また、本実施形態においては、切れ刃4の傾き角λを8°としたが、これに代えて、他の任意の傾き角λとすることができる。この切れ刃4の傾き角λは、切屑排出性向上の観点から、5°以上20°以下の範囲内で設定されることが好ましい。5°より小さいと、切りくずの横向きカール促進の効果が小さく、排出性向上の効果が得られないおそれがあるからである。20°より大きいと、刃先強度が低下し高切込みや高送り時に刃部の欠損を生じるおそれがあるからである。
また、本実施形態においては、すくい面2に10°のすくい角γを付し、直線状に傾斜する傾斜面2aから構成することとしたが、すくい面2の構成としてはこれに限定されるものではない。例えば、これに代えて、傾斜面2aを略円弧状に傾斜させてもよく、この場合、凹部12aとの相乗効果により、切削油剤が流れ込むことによる潤滑作用、冷却作用などの効果を得やすい。また、傾斜面2aとブレーカ突起10との間のすくい面2上に、傾斜面2aからインサート本体1の厚さ方向と垂直な方向に延びる平坦面を設け、ブレーカ突起10をこの平坦面からインサート本体1の厚さ方向上方に立ち上がり、コーナ部3の二等分線L方向に漸次隆起するように形成してもよい。
また、本実施形態においては、すくい角γを10°としたが、これに代えて、他の任意のすくい角γとすることができる。このすくい角γは、3°以上20°以下の範囲内で設定されることが好ましい。3°より小さいと、切削抵抗の低減が図れないおそれがあるからである。20°より大きいと切れ刃4の強度が維持できなくなるおそれがあるからである。
また、本実施形態においては、逃げ角αを7°としたが、これに代えて、他の任意の逃げ角αとすることができる。また、ポジティブタイプのインサートに代えて、ネガティブタイプのインサートにしてもよい。ネガティブタイプのインサートとした場合、インサート本体1の表裏を反転させて使用するので、着座性向上の観点からブレーカ突起10の頂部13は着座面6と平行な平坦面から構成されることとなる。
また、本実施形態においては、インサート本体1を略菱形の平板状としたが、これに代えて三角形、四角形、六角形等の他の任意の形状とすることができる。
なお、本発明は前記実施の形態の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。