WO2011149091A1 - 切削インサートおよび切削工具、なら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、なら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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謙伯 藤井
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Definitions

  • the present invention relates to a cutting insert, a cutting tool, and a method for manufacturing a cut product using the cutting insert and the cutting tool.
  • the cutting insert used for grooving tends to be thinner as the cutting insert feed rate is lower. Since thin chips have low rigidity, the chips may not be stably discharged to the outside.
  • the cutting insert of Patent Document 1 is inclined downward in a portion corresponding to the central portion of the cutting blade among the rake faces provided continuously to the cutting blade, and both end portions of the cutting blade.
  • the structure which inclines upward in the part corresponding to is disclosed.
  • the chips generated by this cutting insert can be increased in rigidity because the chips are deformed into a corrugated shape according to the difference in the angle of the rake face.
  • the cutting insert according to the first embodiment of the present invention includes an upper surface, a lower surface, a side surface, and a cutting blade provided at an intersection of the upper surface and the side surface, and the cutting blade is provided on the upper surface.
  • a rake face is provided continuously, and the rake face is located corresponding to the center part of the cutting edge and is parallel to the horizontal plane including the intersecting line part or away from the cutting edge.
  • a pair of second rake faces which are located on both sides of the first rake face and which are inclined upward as the distance from the cutting edge increases.
  • Each of the pair of second rake faces has a recess.
  • the cutting insert according to the second embodiment of the present invention includes an upper surface, a lower surface, a side surface, and a cutting blade provided at an intersection of the upper surface and the side surface, and the upper surface is continuous with the cutting blade.
  • a rake face is provided, and the rake face is located corresponding to the center part of the cutting edge, and is parallel to the horizontal plane including the intersecting line part or downward as it is away from the cutting edge.
  • a first rake face that is inclined, and a pair of second rake faces that are located on both sides of the first rake face and that are inclined upward as the distance from the cutting edge increases.
  • One rake face is provided with a pair of protrusions that are spaced apart from each other along a direction parallel to the cutting edge, and the pair of protrusions are inclined upward as they move away from the cutting edge. Have an inclined surface
  • a cutting insert according to a third embodiment of the present invention includes a top surface, a side surface having a front side surface and a pair of lateral side surfaces connected to the front side surface, and a front surface located at the intersection of the upper surface and the front side surface.
  • the first side part that is continuous to the adjacent side cutting edge side Intersection line portion of the upper and the first side has a first curved region of the convex to the first rake face side with distance from the adjacent side cutting edge as the distance from the front cutting edge in a plan view.
  • a cutting tool includes the cutting insert according to each of the above-described embodiments and a holder for mounting the cutting insert.
  • a manufacturing method of a cut product according to an embodiment of the present invention includes a step of bringing a front cutting edge of a cutting tool according to the above-described embodiment into contact with a rotating work material, and after the step, And a step of bringing the transverse cutting edge of the cutting tool into contact with the rotating work material.
  • a rake face is located corresponding to the center part of a cutting blade, and is parallel to the horizontal surface containing an intersection part, or leaves
  • a pair of second rake faces that are located on both sides of the first rake face and are inclined upward as the distance from the cutting edge increases.
  • One rake face is provided with a pair of convex portions that are spaced apart from each other along a direction parallel to the cutting edge, and each of the pair of convex portions is inclined upward as the distance from the cutting edge increases. It has an inclined surface. Therefore, even when the cutting condition is such that the chips are swung from side to side when the chips are extremely thin, the chip discharging property is improved.
  • generated with a horizontal cutting blade contacts the 1st side part of a 2nd scoop surface. Can be curled. And the intersection of the upper part and the 1st side part in a pair of 2nd rake faces leaves
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the cutting insert shown in FIG. 3, (a) is a cross-sectional view taken along the line CC, and (b) is a cross-sectional view taken along the line DD. It is the top view which expanded partially the cutting part I and the clamp part II of the cutting insert shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line EE of the cutting insert shown in FIG. It is the perspective view which expanded a part of cutting part I and the clamp part II of the cutting insert shown in FIG. It is the top view which expanded partially the cutting part I and the clamp part II of the cutting insert shown in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the cutting insert shown in FIG.
  • the cutting insert according to the first embodiment includes an upper surface, a lower surface, a side surface, and a cutting blade provided at the intersection of the upper surface and the side surface, and a rake surface is provided on the upper surface continuously to the cutting blade. It has been.
  • the rake face is located corresponding to the center part of the cutting edge, and is parallel to the horizontal plane including the intersecting line part, or is inclined downward as the distance from the cutting edge increases,
  • a pair of second rake faces that are located on both sides of the one rake face and that are inclined upward as they move away from the cutting edge and have a recess. Therefore, on the second rake face where the cutting resistance is increased, the cutting resistance is low, and the pair of second rake faces facilitates the stabilization of the chip flowing direction and improves the chip discharging performance.
  • FIG. 1 is a view showing a cutting insert according to a first embodiment of the present invention, where (a) is a perspective view, (b) is a front view (longitudinal side view), and (c) is a plan view, (D) is a side view in the width direction.
  • the cutting insert 1 (hereinafter simply referred to as the insert 1) has a substantially prismatic shape, and is located between the cutting portions I located at both ends and the cutting portion I.
  • the clamp part II is provided with a clamp surface 26 that comes into contact with the holder 11 when the holder 11 is fixed by the clamp member.
  • the insert 1 of the present embodiment can be used for grooving or parting off of an inner diameter or an outer diameter, and can also be suitably used for shoulder grooving or lateral pulling.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of the cutting portion I of the cutting insert 1 shown in FIG.
  • the cutting part I has an upper surface 2, a lower surface 3, and a side surface 4 connected to the upper surface 2 and the lower surface 3.
  • the upper surface 2 functions as a rake surface
  • the lower surface 3 functions as a mounting surface for mounting on the holder
  • the side surface 4 functions as a flank surface.
  • the side surface 4 has a front side surface 4a located on the front side and a pair of lateral side surfaces 4b connected to the front side surface 4a.
  • examples of the material of the cutting insert 1 include cemented carbide or cermet.
  • the composition of the cemented carbide for example, WC—Co produced by adding cobalt (Co) powder to tungsten carbide (WC) and sintering, and WC—with titanium carbide (TiC) added to the WC—Co alloy.
  • WC—TiC—TaC—Co in which tantalum carbide (TaC) is added to TiC—Co and WC—TiC—Co.
  • a cermet is a sintered composite material in which a metal is combined with a ceramic component. Specifically, there are those based on titanium compounds such as titanium carbide (TiC) and titanium nitride (TiN).
  • the surface of the cutting insert 1 may be coated with a film by a chemical vapor deposition (CVD) method or a physical vapor deposition (PVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • the composition of the coating film to be coated include titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), and alumina (Al 2 O 3 ).
  • the length in the width direction of the insert 1 is 2 to 6 mm, and the length in the longitudinal direction of the insert 1 is 20 mm.
  • the height from the lower surface 3 to the upper surface 2 of the insert 1 is determined as 4 to 6 mm according to the length of the insert 1 in the width direction.
  • a cutting edge 5 is provided at the intersection of the upper surface 2 and the side surface 4.
  • a front cutting edge 5a is provided at an intersecting portion in the width direction of the cutting portion I, that is, an intersecting portion between the upper surface 2 and the front side surface 4a.
  • a side cutting edge 5b is provided at the intersection of the upper surface 2 and the side surface 4b, and a corner cutting edge 5c having a curved portion is provided at a position where the front cutting edge 5a and the side cutting edge 5b are connected. Yes.
  • the cutting blade 5 may include a land portion 51.
  • the land portion 51 refers to a thin band-like region having a substantially constant width located on the upper surface 2 side in the intersecting portion of the cutting portion I.
  • the upper surface 2 is provided with a rake face (first rake face 21 and second rake face 22) inside the cutting edge 5.
  • the rake face is a face having a role of guiding chips in the discharge direction while rubbing chips.
  • the rake face is located on the first rake face 21 located inward of the center portion of the front cutting edge 5 a and on both sides of the first rake face 21.
  • a pair of second rake surfaces 22 and a pair of corner rake surfaces 23 continuous with each of the pair of corner cutting edges 5c are provided.
  • “inward” refers to the center side of the insert main body portion in plan view with respect to the cutting edge 5 in plan view.
  • Each corner rake face 23 has a descending portion 23a that inclines downward as it moves away from the corner cutting edge 5c in the entire region of the corner cutting edge 5c.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of the cutting part I of the cutting insert shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of the cutting insert shown in FIG. 3, wherein (a) is a cross-sectional view taken along the line AA, and (b) is a cross-sectional view taken along the line BB.
  • the first rake face 21 has a descending portion 211a that is parallel to the horizontal plane L including the front cutting edge 5a or inclined so as to approach the lower surface 3 as the distance from the front cutting edge 5a increases.
  • the “horizontal plane” means a plane parallel to the plane when the cutting insert is arranged on a predetermined plane unless otherwise specified.
  • the chips generated from the front cutting edge 5a are deformed according to each of the first and second rake faces on which the chips are scraped. Specifically, the cross section of the chip is deformed into a concave shape at the central portion where the first rake face 21 is abraded, and is deformed into a convex shape at both ends where the second rake face 22 is abraded. Thereby, even when the rigidity of the chip is increased and the feed amount is low, the chip can be curled into a spring shape. Moreover, since this chip becomes corrugated and becomes narrower than the width of the front cutting edge 5a, that is, the width of one side of the cutting portion I, it is possible to reduce damage to the processing surface of the surrounding work material. Further, the above configuration makes it easy to determine the direction of movement of the chips in the direction from the front cutting edge 5a toward the clamp surface 26.
  • the horizontal plane including the front cutting edge 5a is L, and the virtual extension line P of the descending portion 211a of the first rake face 21 and the horizontal plane L are formed.
  • the angle is defined as a rake angle ⁇
  • the angle formed by the virtual extension line Q of the front rake portion 221a of the second rake surface 22 and the horizontal plane L is defined as a rake angle ⁇ .
  • the inclination direction in which the virtual extension line P rotates away from the lower surface 3 with respect to the intersection of the rake face and the horizontal plane L as the rotation center is positive, and the virtual extension line Q is the horizontal plane. If the inclination direction that rotates closer to the lower surface 3 than L is negative, ⁇ ⁇ 0 ° and ⁇ ⁇ 0 °. Since FIG. 4 is a side view, the horizontal plane L is represented by a straight line.
  • the rake angle ⁇ is preferably 10 ° to 30 ° from the viewpoint of maintaining the insert strength, and the rake angle ⁇ is preferably ⁇ 10 ° to ⁇ 20 ° from the viewpoint of reducing cutting resistance.
  • the absolute value of the difference between the rake angle ⁇ and the rake angle ⁇ is preferably 25 ° to 30 °.
  • the rake angle ⁇ is 16 ° and the rake angle ⁇ is ⁇ 12 °.
  • ) of the difference between the rake angle ⁇ and the rake angle ⁇ is 28 °.
  • the width of the second rake face 22 becomes narrower as the distance from the front cutting edge 5a increases in plan view. Specifically, if the width of the second rake face 22 in FIG. 5A is Wx1, and the width of the second rake face 22 in FIG. 5B is Wx2, then Wx1> Wx2. Thus, since the frictional resistance can be reduced by reducing the contact area between the second rake face 22 and the chips as the distance from the lower surface 3 increases, the cutting resistance can be reduced. From the viewpoint of reducing cutting resistance, as shown in FIG. 3, when the maximum width of the second rake face 22 is Wx0, the total of the maximum width Wx0 of the pair of second rake faces 22 is the front cutting edge. It is preferably 30% to 50% of the width W5a of 5a.
  • the second rake face 22 is provided with recesses 221b and c.
  • the second rake face 22 has the largest resistance because the rake angle ⁇ is negative.
  • the contact area between the chips and the second rake face 22 can be reduced, and the cutting resistance can be reduced.
  • the number of recessed parts 221b, c is not restrict
  • the second rake face 22 has a front rake part 221a that is separated from the lower face 3, and the concave parts 221b and c are located in front of the front rake part 221a. It is preferable to be located on the side away from the cutting edge 5a.
  • the 2nd rake face 22 also has a role which controls the chip
  • the second rake face since the second rake face has the recesses 221b and c, the height from the lower surface 3 is lowered, the impact received by the chips generated from the side cutting blade 5b is reduced, and the chips are clogged in the machining groove. Is suppressed.
  • the boundary portion 24 has a region that is continuous with the front cutting edge 5a and that the distance between the boundary portions 24 becomes narrower as the distance from the front cutting edge 5a increases.
  • the distance from the end of one boundary 24 on the first rake face 21 side to the end of the other boundary 24 on the first rake face 21 side is Wy1.
  • the distance from the end of one boundary 24 on the first rake face 21 side to the end of the other boundary 24 on the first rake face 21 side is Wy2, Wy1. > Wy2.
  • the upper surface 2 has an inclined portion 25 in addition to the raised portion 211b of the first rake face 21 on the side farther from the front cutting edge 5a than the convex portion 241. Also good.
  • the ascending portion 211b and the inclined portion 25 are provided for deforming the generated chips into a spring shape, dividing them, and discharging them. As a result, the generated chips can be divided by the rising portion 211b and the inclined portion 25 even when the rigidity is insufficient and the protruding portion 241 is overcome.
  • the inclined portion 25 is continuously provided on the clamp surface 26 that comes into contact with the holder when the insert 1 is fixed to the holder.
  • the end of the inclined portion 25 on the clamp surface 26 side is at the highest position on the upper surface 2.
  • the cutting insert which concerns on 2nd Embodiment is equipped with the cutting edge provided in the intersection part of an upper surface, a lower surface, a side surface, and an upper surface, and a side surface, and a rake face is provided in the upper surface continuously to the cutting blade.
  • the first rake face is positioned so as to correspond to the center part of the cutting edge, and is parallel to the horizontal plane including the intersecting line part or inclined so as to approach the lower face as the distance from the cutting edge increases.
  • a pair of second rake faces that are located on both sides of the first rake face and are inclined away from the lower surface with respect to the horizontal plane as the distance from the cutting edge increases.
  • the first rake face 21 is provided with a pair of convex portions 241 located in a direction parallel to the front cutting edge 5a and spaced apart from each other.
  • the convex portion 241 is provided in order to prevent the chips from moving so as to swing from side to side. Specifically, since the lower part of the chip comes into contact with and is supported by the convex part 241, for example, even when the chip is extremely thin, it is possible to suppress the chip from moving so as to swing left and right.
  • the convex portion 241 is provided such that an inclined surface 241a that is inclined so as to be separated from the lower surface 3 as it is away from the front cutting edge 5a in plan view is positioned on a line orthogonal to the front cutting edge 5a in plan view. ing. With this configuration, the chips can easily come into contact with the inclined surface 241a, the contact area can be appropriately secured, and the progress of the chips so as to swing left and right can be more reliably suppressed.
  • the shape of the inclined surface 241a is not particularly limited. In order to bring the chips into contact with the inclined surface 241a more reliably, in this embodiment, the inclined surface 241a is curved toward the lower surface 3 in a cross-sectional view perpendicular to the front cutting edge 5a as shown in FIG. It is good to have.
  • the inclined surface 241 a becomes wider as the distance from the front cutting edge 5 a increases in plan view. With this configuration, since the area in contact with the chips gradually increases in the direction in which the chips flow, better chip discharge can be expected.
  • the pair of convex portions 241 and 241 may be provided on any portion of the upper surface 2 as long as the above configuration is satisfied. As a more preferable positional relationship, it is provided at the end of the first rake face 21, specifically, at the end of the pair of second rake faces 22. As shown in FIG. 6, each of the convex portions 241 is continuously provided on the second rake face 22 in a plan view.
  • the chips generated by the horizontal cutting blade are brought into contact with the first side of the second rake face. Can be curled. And the intersection of the upper part and the 1st side part in a pair of 2nd rake faces leaves
  • the cutting insert of the above-mentioned patent document 1 has a configuration as shown in FIG. 2, the front tip deflector surfaces 29a and 29b have a side cutting edge 25a on the upper surface in plan view.
  • the end on the 25b side has a convex shape toward the side cutting edges 25a and 25b. Therefore, when performing the lateral feed using the side cutting edges 25a and 25b, the chips are not curled and extend so as to jump over the front tip deflector surfaces 29a and 29b, and are entangled with other members and work materials. There was a fear. Such a phenomenon may be easily manifested when the chips are thin, when the chips tend to be unstable, or when a work material made of a material with high ductility is cut.
  • the upper surface 2 is provided with a rake face (first rake face 21 and second rake face 22) inward of the cutting edge 5.
  • the rake face is a face having a role of guiding chips in the discharge direction while rubbing chips.
  • the rake face is positioned on both sides of the first rake face 21 that is located inward of the center portion of the front cutting edge 5 a and the first rake face 21.
  • a pair of second rake surfaces 22 and a pair of corner rake surfaces 23 continuous with each of the pair of corner cutting edges 5c are provided. “Inward” refers to the center side of the insert main body with respect to the cutting edge 5 in plan view.
  • Each corner rake face 23 has a descending portion 23a that inclines downward as it moves away from the corner cutting edge 5c in the entire region of the corner cutting edge 5c.
  • the second rake face 22 has an intersection line portion between the upper part 221 and the second side part 222 b (a part of the boundary part 24 in the first embodiment) in plan view. It is preferable to have a convex second curved region A2 that approaches the adjacent horizontal cutting edge 5b as it moves away from the front cutting edge 5a and that protrudes toward the adjacent horizontal cutting edge 5b.
  • the first rake face 21 has a bottom portion 211 located inward from the front cutting edge 5a.
  • the bottom portion 211 includes the above-described descending portion 211a and the ascending portion 211b that is located continuously from the descending portion 211a. With this configuration, chips generated by the front cutting edge 5a can be separated by coming into contact with the rising portion 211b even when the chips 212b get over a convex portion 212a described later.
  • the bottom portion 211 is a surface having a continuous plane and curved surface, and has a smooth configuration with no corners.
  • the bottom portion 211 has a region that is continuous with the front cutting edge 5a and that becomes narrower as the distance from the front cutting edge 5a increases in plan view. Specifically, as shown in FIGS. 10A and 10B, the width of the bottom portion 211 has a relationship of Wy1> Wy2. As a result, the chips can be more reliably deformed into a U shape.
  • a side portion 212 (a part of the boundary portion 24 in the first embodiment) exists around the bottom portion 211, and the side portion 212 protrudes near the center of the bottom portion 211 as shown in FIG.
  • a convex portion 212a has a role of transforming the chips generated by the front cutting edge 5a into a spring shape, dividing the chips, and discharging them.
  • the convex part 212a it is good for the convex part 212a to be provided in the direction in alignment with the front cutting edge 5a, and to adjoin to the inside scoop part 221b mentioned later.
  • the convex portion 212a is positioned in the vicinity of the inner side end portion of the intermediate scoop portion 221b.
  • the second rake face 22 has an upper part 221 positioned inward from the front cutting edge 5a as shown in FIG.
  • the upper portion 221 is a surface having a continuous plane and curved surface, and has a smooth configuration with no corners.
  • the upper part 221 is preferably continuous with the front cutting edge 5a, and has a region whose width becomes narrower as the distance from the front cutting edge 5a increases in plan view. Specifically, if the width of the second rake face 22 in FIG. 10A is Wx1, and the width of the second rake face 22 in FIG. 10B is Wx2, then Wx1> Wx2.
  • the upper portion 221 of the second rake face 22 is formed in such a manner that the front rake portion 221a, the middle rake portion 221b, and the rear rake portion 221c are sequentially directed inward as shown in FIGS. 9 and 4B.
  • the inclination angle that is inclined upward as it is away from the front cutting edge 5a that is, the rake angle
  • the middle scoop portion 221b is the smallest.
  • the middle scoop part 221b and the rear scoop part 221c constitute the concave parts 221b, c by both.
  • the cutting resistance increases at the front rake part 221a having the rake angle ⁇ , but the rake is between the front rake part 221a and the rear rake part 221c.
  • the middle rake portion 221b having the smallest corner the contact area between the chips and the second rake face 22 can be reduced, and the cutting resistance of the second rake face 22 as a whole can be reduced.
  • the chip reaches the middle scoop part 221b after the discharge direction is directed at the front scoop part (ascending part) 22a and the rigidity is increased, so that the chip discharge direction can be further stabilized.
  • one rake portion 221b or one recess is interposed, but the number of the rake portions 221b or recesses is not particularly limited, It may be provided.
  • the second rake face 22 is generated from the corner cutting edge 5b and the side cutting edge 5b, and the corner rake face 23 is lowered.
  • the chip that has passed through the vicinity of the portion 23a has a role of causing the first side portion 222a to come into contact with and curl.
  • the intersecting line portion of the upper portion 221 and the first side portion 222a on the second rake face 22 is adjacent to the front cutting edge 5a in plan view.
  • the first curved region A1 preferably extends from the front scoop portion 221a to the middle scoop portion 221b. In the case of relatively high cutting conditions, chips generated from the corner cutting edge 5b and the side cutting edge 5b pass through a horizontal rake face (not shown) positioned along the side cutting edge 5b. It will contact the first side portion 222a.
  • the second rake face 22 has the middle rake part 221b, the height from the lower face 3 is lowered, the impact received by the chips generated from the side cutting blade 5b is reduced, and the chips are clogged in the machining groove. It is suppressed.
  • the 1st side part 222a is following the front cutting edge 5a, and according to this structure, it is improving the discharge stability of the chip
  • region A1 is each connected with the both ends of the front cutting edge 5a.
  • the both ends of the front cutting edge 5a are connection points with a pair of corner cutting edges 5c.
  • the cutting tool 10 of the present embodiment includes an insert 1, a clamping member 12 that clamps the insert 1 at the tip, and a substantially prismatic holder 11 on which the clamping member 12 is mounted. .
  • the “clamp-on method” is used in which the restraint force is adjusted by the screw 13 provided at the tip of the holder 11 and the insert 1 is pressed down and restrained from above.
  • the present invention is not limited to this.
  • a “lever lock method” in which a hole is formed in the insert 1 and the lever is made of a substantially L-shaped lever and is restrained from the inner wall of the hole of the insert 1 or a pin with an eccentric shaft and head It is possible to use a “cam lock method” that uses a hole formed in the insert and restrains it.
  • the method for manufacturing a cut product according to the present embodiment includes the following steps (i) to (iv).
  • the work material 100 and the cutting tool 10 may be relatively close to each other.
  • the work material 100 may be close to the cutting tool 10.
  • the work material 100 and the cutting tool 10 only need to be relatively distant from each other.
  • the work material 100 may be moved away from the cutting tool 10.
  • the rake face has the above-described configuration, the chips generated from the front cutting edge 5a have different thicknesses depending on the portion of the rake face to be rubbed when performing “vertical feed machining”. Therefore, in the cross-sectional view, the corrugated shape has a concave central portion and convex both end portions. Since the rake face (the first rake face 21 and the second rake face 22) has a cross-sectional shape as shown in FIG. 10, the chips are deformed to follow the shape. In this way, the chips become narrower than the width in the width direction of the cutting portion I by being deformed into a corrugated shape in a cross-sectional view, so that the chips may damage the processing surface of the work material and surrounding members.
  • Each of the pair of second rake faces 22 has an upper part 221 and side parts 222 (first side part 222a and second side part 222b) as shown in FIG. Since it has a substantially trapezoidal shape in a cross-sectional view, it also has a role of making it easy to determine the direction of movement of chips in one direction and suppressing lateral blur.
  • the second rake face 22 is generated from the corner cutting edge 5b and the side cutting edge 5b, and the chips passing through the vicinity of the descending portion 23a of the corner rake face 23 are transferred to the first side. It has a role of curling by contacting the portion 222a. That is, as shown in FIG. 9, the intersection of the upper part 221 and the first side part 222a in the second rake face 22 is separated from the adjacent side cutting edge 5b as the distance from the front cutting edge 5a in plan view and the first Since the first curved area A1 is convex on the rake face 21 side, chip discharge stability can be improved in a wide range of conditions from a low cut amount to a high cut amount.
  • the process of bringing the cutting blade 5 of the cutting tool 10 into contact with a different portion of the work material 100 may be repeated while the work material 100 is kept rotated.
  • the insert 1 is a specification which can use 2 corners. Therefore, when one of the cutting edges 5 being used is worn, the other unused cutting edge 5 may be used.
  • the longitudinal feed process may be performed until the workpiece 100 is divided.

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Abstract

 【課題】 切削抵抗が小さく、かつ切屑排出性が良好な切削インサートを提供する。 【解決手段】 本発明の実施形態に係る切削インサート1は、上面2と、下面3と、側面4と、上面2と側面4との交線部に設けられる切刃5とを備え、上面2には、切刃5に連続してすくい面が設けられており、すくい面が、切刃5の中央部に対応して位置するとともに、交線部を含む水平面Lに対して平行な、または切刃5から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面21と、第1すくい面21の両側に位置するとともに、切刃5から離れるに従って上方に傾斜しておりかつ凹部221b,cを有する一対の第2すくい面22と、を有している。また、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

切削インサートおよび切削工具、ならびにそれらを用いた切削加工物の製造方法
 本発明は、切削インサートおよび切削工具、ならびにそれらを用いた切削加工物の製造方法に関する。
 溝入れ加工に用いられる切削インサートは、切削インサートの送り量が低いほど得られる切屑の厚みは薄くなる傾向がある。薄い切屑は剛性が低いため、切屑を安定して外部に排出することができない場合がある。
 これに対して、例えば、特許文献1の切削インサートは、切刃に連続して設けられるすくい面のうち、切刃の中央部に対応する部分では下方に傾斜しており、切刃の両端部に対応する部分では上方に傾斜している構成を開示している。この切削インサートによって生成される切屑は、すくい面の角度の違いに応じて、切屑が波型に変形するため剛性を高くすることができる。
特開平1-115503号公報
 しかしながら、この切削インサートは、切刃の両端部に対応する部分ではすくい面が上方に傾斜しているため、生成される切屑とすくい面との摩擦抵抗が大きくなり、結果として切削抵抗が大きくなるおそれがあった。
 そこで、切削抵抗が小さく、かつ切屑排出性が良好な切削インサートが求められている。
 本発明の第1の実施形態に係る切削インサートは、 上面と、下面と、側面と、前記上面と前記側面との交線部に設けられる切刃とを備え、 前記上面には、前記切刃に連続してすくい面が設けられており、 前記すくい面は、前記切刃の中央部に対応して位置するとともに、前記交線部を含む水平面に対して平行な、または前記切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、前記第1すくい面の両側に位置するとともに、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している一対の第2すくい面と、を有しており、 前記一対の第2すくい面のそれぞれは凹部を有している。
 本発明の第2の実施形態に係る切削インサートは、 上面、下面、側面、および前記上面と前記側面との交線部に設けられる切刃を備え、 前記上面には、前記切刃に連続してすくい面が設けられており、 前記すくい面は、前記切刃の中央部に対応して位置するとともに、前記交線部を含む水平面に対して平行な、または前記切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、前記第1すくい面の両側に位置するとともに、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している一対の第2すくい面と、を有しており、 前記第1すくい面には、前記切刃に平行な方向に沿って互いに離隔して位置している、一対の凸部が設けられ、 前記一対の凸部はそれぞれ、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している傾斜面を有している。
 本発明の第3の実施形態に係る切削インサートは、 上面と、 前側面と前記前側面に接続する一対の横側面とを有する側面と、 前記上面および前記前側面の交線部に位置する前切刃と、 前記上面および前記一対の横側面の交線部に位置する一対の横切刃とを備え、 前記上面は、 前記前切刃と連続し、前記前切刃から離れるに従って下方に傾斜している下降部を有する、第1すくい面と、 前記前切刃と連続し、前記前切刃から離れるに従って上方に傾斜している上昇部を有しており、前記第1すくい面の両端側に連続するとともに前記一対の横切刃から離れて位置する、一対の第2すくい面とを有し、 前記一対の第2すくい面はそれぞれ、上部と前記上部の前記一対の横切刃のうち隣接する横切刃側に連続する第1側部とを有し、前記上部および前記第1側部の交線部は平面視で前記前切刃から離れるに従って前記隣接する横切刃から離れるとともに前記第1すくい面側に凸の第1曲線領域を有する。
 本発明の実施形態に係る切削工具は、上述の各実施形態に係る切削インサートと、前記切削インサートを装着するホルダとを備える。
 本発明の一の実施形態に係る切削加工物の製造方法は、上述の実施形態に係る切削工具の前切刃を、回転している被削材に接触させる工程と、前記工程の後で、前記切削工具の横切刃を、回転している前記被削材に接触させる工程とを備える。
 本発明の他の実施形態に係る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前記切削工具のうち前記切刃、前記前切刃あるいは前記横切刃のいずれかを接触させる工程と、前記被削材と前記切削工具とを離隔させる工程とを備える。
 本発明の第1の実施形態に係る切削インサートによれば、すくい面が、切刃の中央部に対応して位置するとともに、交線部を含む水平面に対して平行な、または切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、第1すくい面の両側に位置するとともに、切刃から離れるに従って上方に傾斜しておりかつ凹部を有する一対の第2すくい面と、を有している。そのため、切削抵抗が大きくなる第2すくい面において、切削抵抗が小さく、かつ、一対の第2すくい面によって、切屑の流れる方向は、安定し易くなり、切屑排出性も良好となる。
 本発明の第2の実施形態に係る切削インサートによれば、すくい面が、切刃の中央部に対応して位置するとともに、交線部を含む水平面に対して平行な、または切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、第1すくい面の両側に位置するとともに、切刃から離れるに従って上方に傾斜している一対の第2すくい面と、を有しており、第1すくい面には、前記切刃に平行な方向に沿って互いに離隔して位置している、一対の凸部が設けられ、一対の凸部はそれぞれ、切刃から離れるに従って上方に傾斜している傾斜面を有している。そのため、切屑が極端に薄いことによって切屑が左右に振れるように進行するような切削条件下においても、切屑排出性が良好となる。
 本発明の第3の実施形態に係る切削インサートによれば、横切刃を用いて横送り加工を行う場合に、横切刃で生成される切屑を第2すくい面の第1側部に接触させてカールさせる事ができる。そして、一対の第2すくい面における上部および第1側部の交線部が、平面視で前切刃から離れるに従って前記隣接する横切刃から離れるとともに第1すくい面側に凸の第1曲線領域を有することから、低い切り込み量から高い切り込み量までの広い条件範囲において、切屑の排出安定性を向上させる事ができる。
本発明の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)は正面図(長手方向の側面図)、(c)は平面図、(d)は幅方向の側面図である。 図1に示す切削インサートの切削部Iおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した斜視図である。 図1に示す切削インサートの切削部Iおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した平面図である。 図3に示す切削インサートの断面図であり、(a)はA-A線における断面図、(b)はB-B線における断面図である。 図3に示す切削インサートの断面図であり、(a)はC-C線における断面図、(b)はD-D線における断面図である。 図1に示す切削インサートの切削部Iおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した平面図である。 図6に示す切削インサートのE-E線における断面図である。 図1に示す切削インサートの切削部Iおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した斜視図である。 図1に示す切削インサートの切削部Iおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した平面図である。 図9に示す切削インサートの断面図であり、(a)はC-C線における断面図、(b)はD-D線における断面図である。 本発明の実施形態に係る切削工具を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法を示す概略図である。
 <切削インサート>
 (第1実施形態)
 以下、本発明の第1の実施形態に係る切削インサートについて、図1~図5を用いて詳細に説明する。
 第1の実施形態に係る切削インサートは、上面と、下面と、側面と、上面と側面との交線部に設けられる切刃とを備え、上面には切刃に連続してすくい面が設けられている。そして、すくい面が、切刃の中央部に対応して位置するとともに、交線部を含む水平面に対して平行な、または切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、第1すくい面の両側に位置するとともに、切刃から離れるに従って上方に傾斜しておりかつ凹部を有する一対の第2すくい面と、を有している。そのため、切削抵抗が大きくなる第2すくい面において、切削抵抗が小さく、かつ、一対の第2すくい面によって、切屑の流れる方向は、安定し易くなり、切屑排出性も良好となる。
 以下、本実施形態の切削インサート1について、詳細に説明する。
 図1は、本発明の第1の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)は正面図(長手方向の側面図)、(c)は平面図、(d)は幅方向の側面図である。
 図1(c)に示すように、切削インサート1(以下、単にインサート1ということがある)は、略角柱状をなし、両端部に位置する切削部Iと、切削部Iの間に位置し、ホルダ11のクランプ部材で固定される際に、ホルダ11と接するクランプ面26を備えるクランプ部IIとを備えている。本実施形態のインサート1は、内径又は外径の溝入れ加工や突切り加工に使用することができ、肩溝加工や横引き加工にも好適に使用することができる。
 図2は、図1に示す切削インサート1の切削部Iを拡大した斜視図である。
 図2に示すように、切削部Iは、上面2と、下面3と、上面2と下面3に接続されている側面4とを有する。上面2はすくい面として、下面3はホルダへ載置する載置面として、そして側面4は逃げ面として機能する。側面4は、図1(b)に示すように、正面側に位置する前側面4aと、前側面4aに接続する一対の横側面4bとを有している。
 なお、切削インサート1の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成として、例えば、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-Co、WC-Co合金に炭化チタン(TiC)を添加したWC-TiC-Co、WC-TiC-Coに炭化タンタル(TaC)を添加したWC-TiC-TaC-Coがある。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、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)などのチタン系化合物を主成分としたものがある。
 切削インサート1の表面には、化学蒸着(CVD)法または物理蒸着(PVD)法によって被膜をコーティングしていてもよい。コーティングされる被膜の組成としては、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)およびアルミナ(Al)などがある。
 また、本実施形態においては、インサート1の幅方向の長さが2~6mm、インサート1の長手方向の長さが20mmである。インサート1の下面3から上面2までの高さは、インサート1の幅方向の長さに応じて4~6mmで決められる。
 上面2と側面4との交線部には、切刃5が設けられている。本実施形態のインサート1は、切削部Iの幅方向の交線部、すなわち上面2および前側面4aの交線部には前切刃5aが、切削部Iの長手方向の交線部、すなわち上面2および横側面4bの交線部には横切刃5bが、そして前切刃5aおよび横切刃5bを接続する位置には曲線状の曲線部を有するコーナー切刃5cがそれぞれ設けられている。
 なお、切刃5はランド部51を備えていてもよい。ここで、ランド部51とは、切削部Iの交線部のうち上面2側に位置する略一定幅の細い帯状の領域のことをいう。切刃5が、すくい面、特に第1すくい面21と連続する構成である場合には、ランド部51を設ける事によって、切刃5先端の強度を向上させて欠損を抑制することができる。
 上面2には、切刃5の内方にすくい面(第1すくい面21および第2すくい面22)が設けられている。すくい面は、切屑を擦過させつつ排出方向に導く役割を有する面である。本実施形態においては、図2に示すように、すくい面は、前切刃5aの中央部の内方に位置している第1すくい面21と、第1すくい面21の両側に位置している一対の第2すくい面22と、一対のコーナー切刃5cのそれぞれに連続する一対のコーナーすくい面23を有している。なお、「内方」とは、特記しない限り、本明細書において、平面視で、切刃5を基準として、インサート本体部の中央側のことをいう。なお、各コーナーすくい面23は、コーナー切刃5cの全領域においてコーナー切刃5cから離れるに従って下方に傾斜している下降部23aを有している。
 図3は、図1に示す切削インサートの切削部Iを拡大した平面図である。また、図4は、図3に示す切削インサートの断面図であり、(a)はA-A線における断面図、(b)はB-B線における断面図である。
 第1すくい面21は、前切刃5aを含む水平面Lに対して平行、または前切刃5aから離れるに従って下面3に近づくように傾斜する下降部211aを有しており、第2すくい面22は、前切刃5aから離れるに従って前切刃5aを含む水平面Lに対して下面3から離れるように傾斜する上昇部(前すくい部)221aを有している。なお、「水平面」とは、特記しない限り、本明細書において、切削インサートを所定の平面に配置した際に該平面に平行な平面をいう。
 このような構成によって、前切刃5aから生成された切屑は、切屑が擦過する第1および第2すくい面のそれぞれに応じて変形する。具体的には、切屑の断面が、第1すくい面21を擦過した中央部において凹状に変形し、第2すくい面22を擦過した両端部において凸状に変形して波型形状となる。これにより、切屑の剛性を高め、送り量が低い場合においても、切屑はゼンマイ状にカールすることができる。また、この切屑は、波型形状になることによって、前切刃5aの幅すなわち切削部Iの一辺の幅より狭くなるため、周囲の被削材の加工面を傷つけることが低減される。さらに、上記の構成によって、切屑の進行方向を前切刃5aからクランプ面26へ向かう方向へと定めやすくする。
 具体的には、図4(a),(b)に示すように、前切刃5aを含む水平面をLとし、第1すくい面21の下降部211aの仮想延長線Pと水平面Lとのなす角度をすくい角αとし、第2すくい面22の前すくい部221aの仮想延長線Qと水平面Lとのなす角度をすくい角βとする。また、断面視において、すくい面と水平面Lとの交点を回転中心として、仮想延長線Pが水平面Lよりも下面3から離れるように回転する傾斜方向を正とし、そして、仮想延長線Qが水平面Lよりも下面3に近づくように回転する傾斜方向を負とすれば、α≧0°、β<0°である。なお、図4は側面図であるため、水平面Lは直線で表現されている。
 なお、すくい角αはインサート強度維持の観点から10°~30°が好ましく、すくい角βは切削抵抗低減の観点から-10°~-20°が好ましい。さらには、切削抵抗低減の観点からは、すくい角αとすくい角βとの差の絶対値が25°~30°であるのが好ましい。例えば、本実施形態においては、すくい角αが16°で、すくい角βが-12°であり、この場合、すくい角αとすくい角βとの差の絶対値(|α-β|)は28°となる。
 第2すくい面22はその幅が、平面視において、前切刃5aから離れるに従って狭くなっている。具体的には、図5(a)における第2すくい面22の幅をWx1,図5(b)における第2すくい面22の幅をWx2とすれば、Wx1>Wx2である。このように、下面3から離れるに従って、第2すくい面22と切屑との接触面積を小さくすることによって、摩擦抵抗を低減することができるので、切削抵抗を低減することができる。なお、切削抵抗の低減の観点からは、図3に示すように、第2すくい面22の最大の幅をWx0とすると、一対の第2すくい面22の最大の幅Wx0の合計が前切刃5aの幅W5aの30%~50%であるのが好ましい。
 第2すくい面22には凹部221b,cが設けられている。第2すくい面22は、すくい角βが負であるため、最も抵抗が大きくなる。凹部221b,cを有することによって、切屑と第2すくい面22との接触面積を低減させることができ、切削抵抗を低減することができる。なお、本実施形態においては、図4(a)に示すように、凹部221b,cが1つ形成される態様であるが、凹部221b,cの数は特に制限されず、複数設けられていてもよい。
 さらに、図4(b)に示すように、第2すくい面22は、下面3から離れるような前すくい部221aを有しており、凹部221b,cが、前すくい部221aに比べて、前切刃5aから離れる側に位置しているのが好ましい。この構成によって、切屑は、前すくい部221aにおいて排出方向を方向付けられて剛性が高まった後、凹部221b,cに達するため、切屑の排出方向をより安定させることができる。
 なお、第2すくい面22は、溝幅を拡げる加工である「横送り加工」において、横切刃5bから生成される切屑を制御する役割も有する。この時、第2すくい面が凹部221b,cを有することによって、下面3からの高さが低くなり、横切刃5bから生成された切屑が受ける衝撃を緩和し、切屑が加工溝に詰まることが抑制される。
 第1すくい面21と一対の第2すくい面22との間には、第1すくい面21から第2すくい面22に向かうに従って下面3から離れるような境界部24を有している。この境界部24には、前切刃5aに連続するとともに、境界部24間の距離が、前切刃5aから離れるに従って狭くなる領域を有している。具体的には、図5(a)において、一方の境界部24の第1すくい面21側の端部から、他方の境界部24の第1すくい面21側の端部までの距離をWy1とし、図5(b)において、一方の境界部24の第1すくい面21側の端部から、他方の境界部24の第1すくい面21側の端部までの距離をWy2とすれば、Wy1>Wy2である。これによって、切屑をより確実に、切削部Iの幅よりも狭くなるように変形させることができる。
 また、境界部24には、図3に示すように、凸部241が設けられている。凸部241は、生成された切屑をゼンマイ状に変形させ、分断して排出するために設けられる。凸部241は前切刃5aに沿う方向において、凹部221b,cに対応する位置に設けられるのがよい。具体的には、図3において、凸部241は、凹部221b,cの中央部を通り、横切刃5bに対する垂線上に位置している。これによって、切屑が凸部241に接触するために増加する切削抵抗を低減することができる。また、凸部241は、前すくい部221aよりも前切刃5aから遠い位置に設けられるのがよい。この構成によって、切屑の剛性を高めた後のち、凸部241によってゼンマイ状に変形させ、分断し排出することができるため、切屑排出性はより良好となる。
 上面2には、図4(a)に示すように、凸部241よりも前切刃5aから離れた側に、第1すくい面21の上昇部211bに加えて傾斜部25を有していてもよい。上昇部211bおよび傾斜部25は、生成された切屑をゼンマイ状に変形させ、分断して排出するために設けられる。これによって、生成された切屑は、剛性が十分でなく凸部241を乗り越えてしまった場合にも、上昇部211bおよび傾斜部25で分断することができる。
 また、傾斜部25は、インサート1をホルダに固定する際にホルダと当接するクランプ面26に連続して設けられている。傾斜部25のクランプ面26側の端部は、上面2において最も高い位置にある。この構成によって、上昇部211bを乗り越えた切屑がホルダに衝突することによってホルダが摩耗することを抑制することが可能である。傾斜部25の傾斜角度は、切削条件により適宜設定されるが、通常、20°~40°程度の範囲に設定される。
 (第2実施形態)
 次に、本発明の第2の実施形態に係る切削インサートについて、主として図6および図7を用いて詳細に説明する。なお、基本構成は上述の第1の実施形態の切削インサートと同一であるため、同一の構成要素の説明については同一の符号を付して適宜省略することがある。また、必要に応じて、図1~図5を用いて説明する。
 第2の実施形態に係る切削インサートは、上面、下面、側面、および上面と側面との交線部に設けられる切刃を備え、上面には切刃に連続してすくい面が設けられている。そして、すくい面が、切刃の中央部に対応して位置するとともに、交線部を含む水平面に対して平行な、または切刃から離れるに従って下面に近づくように傾斜している第1すくい面と、第1すくい面の両側に位置するとともに、切刃から離れるに従って水平面に対して下面から離れるように傾斜している一対の第2すくい面とを有している。この第1すくい面には、切刃に平行な方向に位置し、互いに離隔した一対の凸部が設けられ、凸部は、切刃から離れるに従って下面から離れるように傾斜している傾斜面を有している。そのため、切屑が極端に薄いことによって切屑が左右に振れるように進行するような場合においても、切屑排出性が良好となる。
 なお、上記特許文献1のインサートは、切刃に連続して設けられるすくい面のうち、切刃の中央部に対応する部分では下方に傾斜しており、切刃の両端部に対応する部分では上方に傾斜している。このすくい面の角度の違いによって、生成される切屑を波型に変形させ、剛性を高め易くしている。しかしながら、例えば、切屑が極端に薄くなると、切屑が左右に振れるように進行し、切屑排出性が悪くなる場合があった。
 以下、本実施形態の切削インサート1について、詳細に説明する。
 第1すくい面21には、前切刃5aに平行な方向に位置し、互いに離隔した一対の凸部241が設けられている。凸部241は、切屑が左右に振れるように進行することを抑制するために設けられている。具体的には、切屑の下部が凸部241に接触し、支持されるため、例えば切屑が極端に薄い場合においても、切屑が左右に振れるように進行することを抑制できる。
 凸部241は、平面視において、前切刃5aから離れるに従って下面3から離れるように傾斜している傾斜面241aが、平面視において、前切刃5aに直交する線上に位置するように設けられている。この構成によって、切屑が傾斜面241aに接触しやすくなり、接触する面積を適度に確保でき、切屑が左右に振れるように進行することをより確実に抑制できる。
 また、傾斜面241aの形状は、特に制限されない。切屑をより確実に傾斜面241aに接触させるために、本実施形態においては、傾斜面241aは、図7に示すように、前切刃5aに垂直な方向の断面視において下面3側に湾曲しているのがよい。
 さらに、より良好な切屑の支持を目的として、傾斜面241aは、図5(b)に示すように、切削部Iの幅方向に平行な断面視においても、横切刃5bに近づくに従って下面3から離れるように傾斜している。
 傾斜面241aは、図6に示すように、平面視において、前切刃5aから離れるにつれて幅が広くなっている。この構成によって、切屑と接触する面積が切屑の流れる方向に向かうに従って徐々に大きくなるため、より良好な切屑排出が期待できる。
 本実施形態においては、図7に示すように、傾斜面241aは、凸部241のうち最も下面からの距離が大きい頂部241bに連続している。頂部241bの高さは特に制限されない。本実施形態においては、凸部241の頂部241bは前切刃5aよりも高くなっている。具体的には、図7に示すように、頂部241bを含む水平面Hは水平面Lよりも高い位置にある。この構成によって、前切刃5aから生成された切屑が凸部241に接触しやすくなるため、より確実に支持することができる。
 一対の凸部241,241は、上記の構成を満たしていれば、上面2のどの部分に設けられていてもよい。より好ましい位置関係としては、第1すくい面21の端部、具体的には、一対の第2すくい面22側の端部にそれぞれ設けられていることである。図6に示すように、平面視において、凸部241は、それぞれ第2すくい面22に連続して設けられている。この構成によって、変形した切屑の下部を、切削部Iの幅方向の両側から支持できるため、切屑の左右に振れるような進行をより良好に抑制することができる。
 また、本実施形態においては、一対の凸部241,241の前切刃5a側の端部から前切刃5aまでの距離が互いに等しくなっている。このような構成によって、それぞれの凸部に切屑が接触するタイミングが等しくなり、より安定した切屑の排出を促進することができる。
 具体的には、図6に示すように、一対の凸部241,241のそれぞれにおいて、前切刃5a側の端部を通り前切刃5aに平行な直線をR,Sとすれば、直線Rと直線Sは一致する。すなわち、直線R,Sから前切刃5aまでの距離をそれぞれD1,D2とすれば、D1=D2である。
 本実施形態においては、凸部241は前切刃5aに沿う方向において、凹部221b,cに対応する位置に設けられているのがよい。具体的には、図6において、一対の凸部241の頂部241bを通過する直線Dが、凹部221b,cを通っている。これによって、切屑が凸部241に接触するために増加する切削抵抗を低減することができる。また、凸部241は、前すくい部221aよりも前切刃5aから遠い位置に設けられるのがよい。この構成によって、切屑が十分に波型形状に変形し、剛性を高めた後のち、凸部241によって支持し、排出することができるため切屑排出性はより良好となる。
 (第3実施形態)
 以下、本発明の第3の実施形態に係る切削インサートについて、主として図8~図10を用いて詳細に説明する。なお、基本構成は上述の第1の実施形態の切削インサートと同一であるため、同一の構成要素の説明については同一の符号を付して適宜省略することがある。また、必要に応じて、図1~図5を用いて説明する。
 第3の実施形態に係る切削インサートは、上面と、前側面と前側面に接続する一対の横側面とを有する側面と、上面および前側面の交線部に位置する前切刃と、上面および一対の横側面の交線部に位置する一対の横切刃とを備える。そして、上面は、前切刃と連続し、前切刃から離れるに従って下方に傾斜している下降部を有する、第1すくい面と、前切刃と連続し、前切刃から離れるに従って上方に傾斜している上昇部を有しており、第1すくい面の両端側に連続するとともに一対の横切刃から離れて位置する、一対の第2すくい面とを有し、一対の第2すくい面はそれぞれ、上部と上部の一対の横切刃のうち隣接する横切刃側に連続する第1側部とを有し、上部および第1側部の交線部は平面視で前切刃から離れるに従って隣接する横切刃から離れるとともに第1すくい面側に凸の第1曲線領域を有する。そのため、溝入れ加工などに使用可能であって、且つ、横切刃を用いて横送り加工を行う場合に、横切刃で生成される切屑を第2すくい面の第1側部に接触させてカールさせる事ができる。そして、一対の第2すくい面における上部および第1側部の交線部が、平面視で前切刃から離れるに従って前記隣接する横切刃から離れるとともに第1すくい面側に凸の第1曲線領域を有することから、低い切り込み量から高い切り込み量までの広い条件範囲において、切屑の排出安定性を向上させる事ができる。
 これに対して、上記特許文献1の切削インサートは、その図2に示されるような構成を有するため、前部チップデフレクター表面29a、29bは、平面視において、その上面のうち側部切削縁25a、25b側の端部が、側部切削縁25a、25b側に凸の形状となっている。そのため、側部切削縁25a、25bを用いて横送り加工を行う場合に、切屑がカールされずに前部チップデフレクター表面29a、29bを飛び越えるように延びて、他の部材や被削材に絡みつくというおそれがあった。このような現象は、切屑が薄い場合、切屑が不安定に延びやすい場合、あるいは、延性に富む材料からなる被削材を切削する場合に顕在化しやすいおそれがあった。
 以下、本実施形態の切削インサート1について、詳細に説明する。
 上述の第1の実施形態と同様、上面2には、切刃5の内方にすくい面(第1すくい面21および第2すくい面22)が設けられている。すくい面は、切屑を擦過させつつ排出方向に導く役割を有する面である。本実施形態においては、図8に示すように、すくい面は、前切刃5aの中央部の内方に位置している第1すくい面21と、第1すくい面21の両側に位置している一対の第2すくい面22と、一対のコーナー切刃5cのそれぞれに連続する一対のコーナーすくい面23を有している。なお、「内方」とは、平面視において、切刃5を基準として、インサート本体部の中央側のことをいう。なお、各コーナーすくい面23は、コーナー切刃5cの全領域においてコーナー切刃5cから離れるに従って下方に傾斜している下降部23aを有している。
 すくい面がこのような構成を有することによって、溝入れ加工において溝を形成する「縦送り加工」を行なう場合に、前切刃5aから生成された切屑は、擦過するすくい面の部位に応じて厚みが異なるため、断面視において中央部が凹でその両端部が凸の波型形状となる。図10は、図9に示す切削インサートの断面図であり、(a)はC-C線における断面図、(b)はD-D線における断面図である。すくい面(第1すくい面21および第2すくい面22)がこのような断面形状を有するため、切屑はその形状に追従するように変形していくこととなる。このように、切屑は、断面視で波型形状に変形されることによって切削部Iの幅方向の幅より狭くなるため、切屑が被削材の加工面や周囲に存在する部材を傷つけることを抑制できる。また、一対の第2すくい面22はそれぞれ、図9に示すように上部221および側部222(第1側部222a、第2側部222b)を有しており、前切刃5に平行な断面視において略台形状であるため、切屑の進行方向を一方向へと定め易くして左右へのブレを抑制する役割も有している。そして、第2すくい面22は、図9に示すように、その上部221および第2側部222b(第1の実施形態における境界部24の一部である。)の交線部が、平面視において前切刃5aから離れるに従って隣接する横切刃5bに近づくとともに隣接する横切刃5b側に凸の第2曲線領域A2を有することが好ましい。
 第1すくい面21は、図8に示すように、前切刃5aから内方に向かって位置する底部211を有している。底部211は、図9および図4(a)に示すように、上述した下降部211aと、下降部211aに連続して位置する上昇部211bとを有する。この構成によって、前切刃5aで生成された切屑は、後述する凸部212aを乗り越えてしまった場合にも、上昇部211bに接触することによって分断することができる。なお、本実施形態において、底部211は、図9に示すように、平面および曲面が連続した面であり、角部が存在しない滑らかな構成となっている。
 底部211は、前切刃5aに連続するとともに、平面視においてその幅が前切刃5aから離れるに従って狭くなる領域を有していることが好ましい。具体的には、図10(a)、(b)に示すように、底部211の幅はWy1>Wy2の関係を有している。これによって、切屑をより確実にU字状に変形させることができる。
 また、底部211の周りには側部212(第1の実施形態における境界部24の一部である。)が存在し、図9に示すように、側部212は底部211の中央付近に突出する凸部212aを有する。凸部212aは、前切刃5aで生成された切屑をゼンマイ状に変形させ、分断して排出する役割を有する。なお、凸部212aは前切刃5aに沿う方向において、後述する中すくい部221bに近接して設けられるのがよい。具体的には、図9において、凸部212aは、中すくい部221bの内方側端部の近傍に位置している。これによって、切屑が凸部212aに接触することによって増大する切削抵抗を緩和することができる。また、凸部212aは、前すくい部(上昇部)221aよりも前切刃5aから遠い位置に設けられるのがよい。この構成によって、切屑の剛性を高めたのち、凸部212aによってゼンマイ状に変形させ、分断し排出することができるため、切屑排出性はより良好となる。
 第2すくい面22は、図8に示すように、前切刃5aから内方に向かって位置する上部221を有している。本実施形態において、図9に示すように、上部221は、平面および曲面が連続した面であり、角部が存在しない滑らかな構成となっている。上部221は、前切刃5aに連続するとともに、平面視においてその幅が前切刃5aから離れるに従って狭くなる領域を有していることが好ましい。具体的には、図10(a)における第2すくい面22の幅をWx1,図10(b)における第2すくい面22の幅をWx2とすれば、Wx1>Wx2である。これによれば、前切刃5aから離れるに従って、第2すくい面22と切屑との接触面積を小さくすることによって、切削抵抗を低減することができる。なお、切削抵抗の低減の観点から、図9に示すように、第2すくい面22の最大の幅をWx0とすると、一対の第2すくい面22の最大の幅Wx0の合計が前切刃5aからコーナー切刃5cに渡る幅W5aの30%~50%であるのが好ましい。
 第2すくい面22の上部221は、より詳細には、図9および図4(b)に示すように、内方に向かって、前すくい部221a、中すくい部221bおよび後すくい部221cを順に有している。ここで、図4(b)に示すように、前切刃5aから離れるに従って上方に傾斜している傾斜角、すなわちすくい角は、前すくい部221a、中すくい部221bおよび後すくい部221cの中で、中すくい部221bが最も小さい。換言すれば、中すくい部221bおよび後すくい部221cは、両者によって凹部221b,cを構成している。また、本実施形態において、中すくい部221bは、前切刃5aから離れるに従って下方に傾斜しているため、更なる切削抵抗の低減に寄与している。なお、一対の第2すくい面22は後すくい部221cよりも内方側で一体化し、一つの平面を構成している。
 第2すくい面22の上部221が以上のような構成を有することによって、すくい角βの前すくい部221aにおいて切削抵抗が大きくなるものの、この前すくい部221aと後すくい部221cとの間にすくい角が最も小さい中すくい部221bを介在させることによって、切屑と第2すくい面22との接触面積を低減させることができ、第2すくい面22全体として切削抵抗を低減することができる。その結果、切屑は、前すくい部(上昇部)22aにおいて排出方向を方向付けられて剛性が高まったのち、中すくい部221bに達するため、切屑の排出方向をより安定させることができる。
 なお、本実施形態においては、図4(b)に示すように、中すくい部221bないしは凹部を1つ介在させた態様であるが、中すくい部221bないしは凹部の数は特に制限されず、複数設けられていてもよい。
 次に、溝入れ加工において溝幅を拡げる加工である「横送り加工」を行なう場合に、第2すくい面22は、コーナー切刃5bおよび横切刃5bから生成され、コーナーすくい面23の下降部23a近傍を通過した切屑を、第1側部222aに接触させてカールさせる役割を有する。具体的には、本実施形態において、図9に示すように、第2すくい面22における上部221および第1側部222aの交線部が、平面視で前切刃5aから離れるに従って隣接する横切刃5bから離れるとともに第1すくい面21側に凸の第1曲線領域A1を有することから、低い切り込み量から高い切り込み量までの広い条件範囲において、切屑の排出安定性を向上させる事ができる。第1曲線領域A1は、図9に示すように、前すくい部221aから中すくい部221bまで渡っていることが好ましい。なお、比較的高い切り込み条件の場合には、コーナー切刃5bおよび横切刃5bから生成された切屑は、横切刃5bに沿って位置する横すくい面(図示せず)を通過してから第1側部222aに接触することとなる。この時、第2すくい面22が中すくい部221bを有することによって、下面3からの高さが低くなり、横切刃5bから生成された切屑が受ける衝撃を緩和し、切屑が加工溝に詰まることが抑制される。
 また、本実施形態において、一対の横切刃5bは、図9に示すように、平面視において前切刃5aから内方に向かうに従って互いの距離が短くなっているが、この場合においても第1曲線領域A1は平面視で前切刃5aから離れるに従って隣接する横切刃5bから離れる構成であることが好ましい。コーナー切刃5bおよび横切刃5bから生成される切屑の排出安定性を向上させる上で、横切刃5bと第1曲線領域A1との位置関係が影響するためである。なお、第1側部222aは前切刃5aと連続していることが好ましく、この構成によれば切り込み量が小さい切削条件においてコーナー切刃5bから生成される切屑の排出安定性を向上させることができる。また、上部221および第1側部222aの交線部、すなわち第1曲線領域A1は、前切刃5aの両端部とそれぞれ接続していることが好ましい。本実施形態において、前切刃5aの両端部とは、一対のコーナー切刃5cとの連結点である。
 <切削工具>
 次に、本発明の実施形態に係る切削工具について、上述のインサート1を溝入れ加工用に適用した切削工具を例に挙げ、図11を参照しつつ説明する。なお、他の例として、インサート1は、内径の溝入れ加工用、外径の溝入れ加工用、および突っ切り加工用のいずれにも適用することができる。
 図11に示すように、本実施形態の切削工具10は、インサート1と、インサート1を先端に挟持する挟持部材12と、挟持部材12を装着する略角柱状のホルダ11と、を備えている。
 インサート1は、切刃5が挟持部材12の先端から突出するように挟持されるとともに、挟持部材12は、切刃5がホルダ11の先端から突出するようホルダ11に装着される。なお、このような構成に代えて、ホルダ11と挟持部材12とが一体形成された部材を用いてもよい。
 本実施形態では、ホルダ11の先端に設けられたネジ13で拘束力を調節し、インサート1を上から押さえ込んで拘束する「クランプオン方式」を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、インサート1に穴を開け、略L字型をしたレバーのてこの作用を利用してインサート1の穴内壁から拘束する「レバーロック方式」や、軸部と頭部とが偏心したピンを使い、インサートに開けられた穴を利用して拘束する「カムロック方式」などを用いることができる。
 <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について、上述の第3の実施形態に係るインサート1およびそれを装着した切削工具10を溝入れ加工に適用する場合を例に挙げ、図12を参照しつつ説明する。
 本実施形態の切削加工物の製造方法は、以下の(i)~(iv)の工程を有する。
(i)図12(a)に示すように、被削材100を矢印E方向に回転させる工程。
 本工程では、被削材100と切削工具10とは相対的に近づけばよく、例えば被削材100を切削工具10に近づけてもよい。
(ii)切削工具10を矢印F方向に動かし、回転している被削材100に切削工具10を近接させる工程。
 本工程では、被削材100と切削工具10とは相対的に遠ざかればよく、例えば被削材100を切削工具10から遠ざけてもよい。
(iii)図12(b)に示すように、回転している被削材100に切削工具10の切刃5を接触させて被削材100を切削する工程。
 本工程においては、溝入れ加工の際には、溝を形成する「縦送り加工」が行われるとともに、溝の幅を拡げる「横送り加工」が行われる。
(iv)図12(c)に示すように、切削工具10を矢印G方向に動かし、切削した被削材100から切削工具10を離隔させる工程。
 以上のような(i)~(iv)の工程を実施することによって、切削加工物を得る事ができる。その際、次のような優れた効果を奏することができる。
 具体的には、すくい面が上述のような構成を有するため、「縦送り加工」を行なう場合に、前切刃5aから生成された切屑は、擦過するすくい面の部位に応じて厚みが異なるため、断面視において中央部が凹でその両端部が凸の波型形状となる。すくい面(第1すくい面21および第2すくい面22)が図10に示すような断面形状を有するため、切屑はその形状に追従するように変形していくこととなる。このように、切屑は、断面視で波型形状に変形されることによって切削部Iの幅方向の幅より狭くなるため、切屑が被削材の加工面や周囲に存在する部材を傷つけることを抑制できる。また、一対の第2すくい面22はそれぞれ、図9に示すように上部221および側部222(第1側部222a、第2側部222b)を有しており、前切刃5に平行な断面視において略台形状であるため、切屑の進行方向を一方向へと定め易くして左右へのブレを抑制する役割も有している。
 また、「横送り加工」を行なう場合に、第2すくい面22は、コーナー切刃5bおよび横切刃5bから生成され、コーナーすくい面23の下降部23a近傍を通過した切屑を、第1側部222aに接触させてカールさせる役割を有する。すなわち、図9に示すように、第2すくい面22における上部221および第1側部222aの交線部が、平面視で前切刃5aから離れるに従って隣接する横切刃5bから離れるとともに第1すくい面21側に凸の第1曲線領域A1を有することから、低い切り込み量から高い切り込み量までの広い条件範囲において、切屑の排出安定性を向上させる事ができる。
 さらに切削加工を継続する場合には、被削材100を回転させた状態を保持したまま、被削材100の異なる箇所に切削工具10の切刃5を接触させる工程を繰り返せばよい。なお、インサート1は、2コーナーを使用可能な仕様である。したがって、使用している一方の切刃5が摩耗した際には、未使用の他方の切刃5を用いればよい。
 さらに、被削材100の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレスが挙げられる。
 なお、上述のような溝入れ加工に代えて、突っ切り加工を行なう場合には、被削材100が分断されるまで、縦送り加工を実施すればよい。
 以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明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言うまでもない。
 例えば、上述の切削加工物の製造方法の実施形態において、本溝入れ加工の際には、溝を形成する縦送り加工が行われるとともに、溝の幅を拡げる横送り加工が行なうようにした。これに代えて、溝を形成する縦送り加工だけを行っても上述のような効果を奏することは言うまでもない。
 1 切削インサート
 2 上面
  21 第1すくい面
   211 底部
    211a 下降部
    211b 上昇部
   212 側部
    212a 凸部
  22 第2すくい面
   221 上部
    221a 前すくい部(上昇部)
    221b 中すくい部(凹部)
    221c 後すくい部(凹部)
   222 側部
    222a 第1側部
    222b 第2側部
   A1 第1曲線領域
   A2 第2曲線領域
  23 コーナーすくい面
   23a 下降部
  24 境界部(212、222b)
    241 凸部(212a)
     241a 傾斜面
     241b 頂部
  25 傾斜部
  26 クランプ面
 3 下面
 4 側面
  4a 前側面
  4b 横側面
 5 切刃
  5a 前切刃
  5b 横切刃
  5c コーナー切刃
   51 ランド部
 10 切削工具
 11 ホルダ
 12 挟持部材
 13 ねじ
 100 被削材

Claims (23)

  1.  上面と、下面と、側面と、前記上面と前記側面との交線部に設けられる切刃とを備え、
     前記上面には、前記切刃に連続してすくい面が設けられており、
     前記すくい面は、
      前記切刃の中央部に対応して位置するとともに、前記交線部を含む水平面に対して平行な、または前記切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、
      前記第1すくい面の両側に位置するとともに、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している一対の第2すくい面と、を有しており、
     前記一対の第2すくい面のそれぞれは凹部を有している、切削インサート。
  2.  前記一対の第2すくい面の幅はそれぞれ、平面視において、前記切刃から離れるに従って狭くなっている、請求項1に記載の切削インサート。
  3.  前記一対の第2すくい面の最大の幅の合計は、前記切刃の幅の30%~50%である、請求項1または2に記載の切削インサート。
  4.  前記一対の第2すくい面はそれぞれ、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している前すくい部をさらに有しており、
     前記凹部は、前記前すくい部に比べて、前記切刃から離れて位置している、請求項1から3のいずれかに記載の切削インサート。
  5.  前記第1すくい面と前記水平面とがなす角度と、前記一対の第2すくい面と前記水平面とがなす角度との差の絶対値が25°~30°である、請求項1から4のいずれかに記載の切削インサート。
  6.  上面、下面、側面、および前記上面と前記側面との交線部に設けられる切刃を備え、
     前記上面には、前記切刃に連続してすくい面が設けられており、
     前記すくい面は、
      前記切刃の中央部に対応して位置するとともに、前記交線部を含む水平面に対して平行な、または前記切刃から離れるに従って下方に傾斜している第1すくい面と、
      前記第1すくい面の両側に位置するとともに、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している一対の第2すくい面と、を有しており、
       前記第1すくい面には、前記切刃に平行な方向に沿って互いに離隔して位置している、一対の凸部が設けられ、
       前記一対の凸部はそれぞれ、前記切刃から離れるに従って上方に傾斜している傾斜面を有している、切削インサート。
  7.  前記一対の凸部は、前記第1すくい面のうち前記一対の第2すくい面側の端部にそれぞれ位置している、請求項6に記載の切削インサート。
  8.  前記一対の凸部は、前記切刃側の端部から前記切刃までの距離が互いに等しい、請求項6または7に記載の切削インサート。
  9.  前記傾斜面は、前記切刃に垂直な方向の断面視において、下方に湾曲している、請求項6から8のいずれかに記載の切削インサート。
  10.  前記傾斜面は、平面視において、前記切刃から離れるにつれて幅が広くなっている、請求項6から9のいずれかに記載の切削インサート。
  11.  前記一対の第2すくい面はそれぞれ、前記切刃に連続するとともに前記切刃から離れるにつれて幅が狭くなる前すくい部を有している、請求項6から10のいずれかに記載の切削インサート。
  12.  前記凸部は、頂部が前記切刃よりも高い、請求項6から11のいずれかに記載の切削インサート。
  13.  上面と、
     前側面と前記前側面に接続する一対の横側面とを有する側面と、
     前記上面および前記前側面の交線部に位置する前切刃と、
     前記上面および前記一対の横側面の交線部に位置する一対の横切刃と、を備え、
     前記上面は、
      前記前切刃と連続し、前記前切刃から離れるに従って下方に傾斜している下降部を有する、第1すくい面と、
      前記前切刃と連続し、前記前切刃から離れるに従って上方に傾斜している上昇部を有しており、前記第1すくい面の両端側に連続するとともに前記一対の横切刃から離れて位置する、一対の第2すくい面と、を有し、
       前記一対の第2すくい面はそれぞれ、上部と前記上部の前記一対の横切刃のうち隣接する横切刃側に連続する第1側部とを有し、前記上部および前記第1側部の交線部は平面視で前記前切刃から離れるに従って前記隣接する横切刃から離れるとともに前記第1すくい面側に凸の第1曲線領域を有している、切削インサート。
  14.  前記一対の第2すくい面はそれぞれ、前記前切刃から内方に向かって、前すくい部、中すくい部および後すくい部を有しており、
     前記前切刃から離れるに従って上方に傾斜している傾斜角は、前記前すくい部、前記中すくい部および前記後すくい部のうち前記中すくい部が最も小さい、請求項13に記載の切削インサート。
  15.  前記第1曲線領域は、前記前すくい部から前記中すくい部まで渡っている、請求項14に記載の切削インサート。
  16.  平面視において、前記一対の横切刃は、前記前切刃から内方に向かうに従って互いの距離が短くなっている、請求項13から15のいずれかに記載の切削インサート。
  17.  前記第1側部は前記前切刃と連続している、請求項13から16のいずれかに記載の切削インサート。
  18.  前記前切刃および前記一対の横切刃を接続するとともに曲線状の曲線部を有する一対のコーナー切刃をさらに有し、
     前記上部および前記第1側部の前記交線部は、前記前切刃の両端部とそれぞれ接続している、請求項13から17のいずれかに記載の切削インサート。
  19.  前記上面は、前記一対のコーナー切刃のそれぞれに連続する一対のコーナーすくい面をさらに有し、
     前記一対のコーナーすくい面は、前記一対のコーナー切刃の全領域において前記一対のコーナー切刃から離れるに従って下方に傾斜している下降部を有している、請求項18に記載の切削インサート。
  20.  前記一対の第2すくい面はそれぞれ、前記上部の前記第1すくい面側に連続する第2側部を有し、前記上部および前記第2側部の交線部は平面視で前記前切刃から離れるに従って前記隣接する横切刃に近づくとともに前記隣接する横切刃側に凸の第2曲線領域をさらに有している、請求項13から19のいずれかに記載の切削インサート。
  21.  請求項1から20のいずれかに記載の前記切削インサートと、
     前記切削インサートを装着するホルダと、を備える切削工具。
  22.  請求項21に記載の前記切削工具の前記前切刃を、回転している被削材に接触させる工程と、
     前記工程の後で、前記切削工具の前記横切刃を、回転している前記被削材に接触させる工程と、を備える切削加工物の製造方法。
  23.  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21に記載の前記切削工具のうち前記切刃、前記前切刃あるいは前記横切刃のいずれかを接触させる工程と、
     前記被削材と前記切削工具とを離隔させる工程と、を備える切削加工物の製造方法。
     
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