JP2005186214A - 切削インサート及び切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランプ時や高負荷切削時などに、割れや欠損等が発生することを防止できる切削インサート及び切削工具を提供すること。
【解決手段】 切削インサート（１）は、菱形の板状の超硬製の基材（３）と三角形の板状の一対のセラミック部材（５）、（７）とからなり、このセラミック部材（５）、（７）は、基材（３）の鋭角側の角部の両先端にそれぞれロー付けされている。基材（３）の左右の端部のすくい面（１３）側には、セラミック部材（５）、（７）がロー付けされる接合座部（１５）、（１７）が設けられている。セラミック部材（５）、（７）は、二等辺三角形の板材であり高純度アルミナからなる。このセラミック部材（５）、（７）のすくい面（１３）側の頂点から左右に伸びる一対の辺は、切れ刃（２１）〜（２７）として構成されている。基材（３）とセラミック部材（５）、（７）とは、活性ロー材により接合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばホルダにピンやネジ等により固定されて、例えば鋳鉄、鋼、アルミ、樹脂等の切削加工に使用される切削インサート及びその切削インサートを備えた切削工具に関する。

従来より、セラミック製の切削インサート（スローウェイチップ）は、ホルダの先端にて、レバーやネジ等の固定部材によって機械的に固定され、切削工具として使用されていた。

具体的には、セラミック製の切削インサートは、その全体がアルミナや窒化珪素等のセラミックから構成されており、このセラミックの一部（例えば中央付近）が機械的にクランプされるとともに、セラミックの端部が切れ刃とされていた（特許文献１参照）。
特公平３−４９６８１号公報 （第１頁）

しかしながら、上述した従来の切削工具では、切削インサートを強固に固定するために、大きな力でセラミックを押圧してクランプするので、セラミックに過度の圧力が加わって、クラック（割れ）が発生することがあった。

また、高負荷切削を行う場合には、前記クランプ時の圧力に加えて、加工時に更に大きな圧力が加わるので、ホルダに押し当てて固定している箇所等に、割れや欠損が発生することがあり、安定した加工を行うことができないという問題があった。

本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランプ時や高負荷切削時などに、割れや欠損等が発生することを防止できる切削インサート及び切削工具を提供することにある。

（１）請求項１の発明は、超硬又は金属製の基材の端部に、切れ刃を有するセラミック部材を接合したことを特徴とする切削インサートを要旨とする。
本発明では、切れ刃を有するセラミック部材、即ち実際に被加工物（ワーク）に接触して切削加工を行う部材が、ベースとなる金属製の基材の端部（加工が行われる切削インサートの例えば角の部分）に、ロー付け等により接合される構成である。

従って、この切削インサートをホルダに取り付ける場合には、超硬又は金属製の基材部分をクランプすることにより、ホルダに固定することができる。例えばレバーロックやダブルクランプ等により切削インサートを固定する場合には、超硬又は金属製の基材部分を（例えばレバーやネジ等の固定部材で）押圧して固定することができる。

つまり、本発明では、従来の様に、セラミック部分を押圧して固定するのではなく、（セラミックよりも割れにくい）超硬又は金属製の基材を押圧して固定できるので、基材に割れが発生しにくい。また、高負荷切削の場合でも、同様に、割れや欠損が発生しにくく、安定して加工を行うことができる。

尚、前記セラミック部材が接合される基材の端部とは、切削インサートのうち、ワークに接触して実際に切削加工が行われる部分（即ち切れ刃が構成される部分）である。また、金属製の基材としては、例えば高速度鋼（ハイス）などを採用できる。更に、セラミック部材としては、その表面に（例えば超硬コート等の）硬質被覆を備えているものを採用できる。

（２）請求項２の発明は、前記基材は板状であり、該基材の厚み方向の一方の表面側に、前記セラミック部材を接合したことを特徴とする前記請求項１に記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、切削インサートの構成を例示したものである。本発明は、基材の厚み方向の一方の表面側（すくい面側）にセラミック部材を接合している。
（３）請求項３の発明は、前記基材は板状であり、該基材の側方（厚み方向と垂直方向）の端部に、該基材の厚み方向の両側に切れ刃を有する前記セラミック部材を接合したことを特徴とする前記請求項１に記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、切削インサートの構成を例示したものである。本発明は、基材の側方の端部に（両側に切れ刃を有する）セラミック部材を接合している。従って、その両側（両すくい面側）にて切削加工が可能である。

（４）請求項４の発明は、前記セラミック部材は、アルミナを主成分とするセラミック部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、セラミック部材の材質を例示したものである。尚、その組成としては、アルミナが９０重量％以上を採用でき、また、このセラミック材料中に、ＳｉＣウイスカーを例えば４０体積％以下の範囲で含むものを採用できる。

（５）請求項５の発明は、前記セラミック部材は、ＴｉＣ−アルミナ系のセラミック部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、セラミック部材の材質を例示したものである。尚、その組成としては、ＴｉＣが３０〜７０重量％、アルミナが１００〜３０重量％の範囲を採用できる。
（６）請求項６の発明は、前記セラミック部材は、窒化珪素を主成分とするセラミック部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、セラミック部材の材質を例示したものである。尚、その組成としては、窒化珪素が８０重量％以上を採用できる。
（７）請求項７の発明は、前記基材に、前記切削インサート自身をホルダに固定（クランプ）するための固定部を有することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、基材の形状を例示したものである。本発明では、基材に穴や凹部又は凸部が設けられているので、それを利用して、例えばレバーロックやダブルクランプ等により、切削インサートをホルダに強固に固定することができる。

（８）請求項８の発明は、前記基材と前記セラミック部材とが、活性ロー材で接合されていることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の切削インサートを要旨とする。

本発明は、ロー材の種類を例示したものである。この活性ロー材（例えばＴｉを含むＡｇ−Ｃｕ等のロー材）を用いることにより、超硬又は金属製の基材にセラミック部材を強固に接合することができる。

（９）請求項９の発明は、前記請求項１〜８のいずれに記載の切削インサートをホルダに装着したことを特徴とする切削工具を要旨とする。
本発明は、上述した切削インサートをホルダに取り付けた切削工具を示したものである。この切削工具を用いる場合には、切削インサートをホルダに取り付ける際に、割れ等が発生することを防止できる。また、高負荷切削を行う場合でも、割れや欠損が発生することを抑制できる。

次に、本発明の切削インサート及び切削工具の最良の形態の例（実施例）について説明する。

ａ）まず、本実施例の切削インサートについて説明する。
図１に示す様に、本実施例の切削インサート（スローアウェイチップ）１は、板厚方向からみて菱形の板状のチップ（例えばＣＰＧＷ４３２）である。

この切削インサート１は、板厚方向の形状が切削インサート１と同じ菱形の板状の基材３と、板厚方向の形状が三角形の板状の一対のセラミック部材５、７とからなり、このセラミック部材５、７は、基材３の鋭角側（図１の左右方向）の角部の両先端にそれぞれロー付けされている。

このうち、前記基材３は、板厚４．７６ｍｍの超硬合金製（又はハイス等の金属製）の部材であり、その板厚方向からみた中心には、切削インサート１をホルダ９（図２参照）に固定する際に用いられる固定部（固定穴）１１が貫通している。尚、固定穴１１の上面（すくい面）１３側は、テーパ状に形成されている。

また、図１（ｂ）に示す様に、基材３の左右の端部のすくい面１３側は、前記セラミック部材５、７と同形状に切り欠かれることにより、セラミック部材５、７がロー付けされる接合座部１５、１７がそれぞれ設けられている。

一方、前記セラミック部材５、７は、長さａ（４ｍｍ）×幅ｂ（５ｍｍ）×厚みｃ（２．３８ｍｍ）の板厚方向からみて二等辺三角形の板材であり、例えばアルミナ９０重量％以上の高純度アルミナからなる。このセラミック部材５、７の上面１３側の頂点から左右に伸びる一対の辺は、切れ刃２１、２３、２５、２７として構成されている。

そして、前記基材３とセラミック部材５、７とは、例えば２Ｔｉ−６５Ａｇ−３３Ｃｕからなる活性ロー材により接合されている。
尚、これとは別に、基材３に一方の接合座部１５のみを設け、一方のセラミック部材５のみをロー付けする構成としてもよい。

ｂ）次に、本実施例の切削インサート１の製造方法について説明する。
まず、前記基材３を製造するために、例えばＷＣ：９２重量％、Ｃｏ：８重量％の組成の原料を用いて、周知の粉末プレス、焼成等の製造方法により、切削インサート１とほぼ同様な略菱形の板状の母材（図示せず）を製造した。

次に、この母材の端部、即ち、母材の左右の鋭角側の端部に対して、その上面１３側を研磨することにより、前記セラミック部材５、７と同形状の凹部となる様に削除して接合座部１５、１７を形成し、前記形状の基材３を得た。

次に、この接合座部１５、１７の表面に、薄膜状の活性ロー材（図示せず）を配置し、その上に、セラミック部材５、７を配置し、治具（図示せず）により固定した。
次に、この状態で、真空雰囲気中にて、例えば６００℃に加熱して、活性ロー材を溶融させ、その後冷却して、基材３にセラミック部材５、７を接合した。

これにより、本実施例の切削インサート１を得た。
ｃ）次に、本実施例の切削インサート１を装着した切削工具について説明する。
図２に示す様に、本実施例の切削インサート１は、鋼製のホルダ９に、周知のＬ字状のレバー３１を用いたレバーロックにより装着されて、バイト状の切削工具３３として使用される。

つまり、ホルダ９の先端には、切削インサート１の外形に合致する様に切り欠かれた装着用凹部３５が設けられており、この装着用凹部３５に切削インサート１がはめ込まれる。また、切削インサート１の中央の固定穴１１に、レバー３１の一端（同図上端）がはめ込まれ、レバー３１の他端はネジ３７により下方に押圧される。

即ち、ホルダ９の内部の貫通孔（図示せず）に配置されたＬ字状のレバー３１の他端がネジ３７により下方に押圧されることにより、レバー３１の一端が切削インサート１を矢印Ａ方向に押圧する。これにより、切削インサート１がホルダ９に押しつけられて固定される。

尚、これとは別に、例えばレバー３１と（切削インサート１を上面１３側からクランプする）固定部材（図示せず）を用いて、切削インサート１を固定する、いわゆるダブルクランプなどの固定方法を採用することができる。

この様に、 本実施例では、切れ刃２１〜２７を有するセラミック部材５、７が、超硬製の基材３の端部である接合座部１５、１７にロー付けされている。
従って、例えばレバーロックにより切削インサート１をホルダ９に固定する場合には、超硬製の基材３の部分をレバー３１でホルダ９側に押圧することにより固定することができる。

つまり、本実施例では、従来の様に、セラミック部分を押圧して固定するのではなく、（セラミックよりも割れにくい）超硬製の基材３を押圧して固定できるので、基材３に割れが発生しにくい。また、高負荷切削の場合でも、同様に、割れや欠損が発生しにくく、安定して加工を行うことができる。

次に、本実施例について説明するが、前記実施例と同様な箇所の説明は省略する。
図３に示す様に、本実施例の切削インサート４１は、板厚方向からみて菱形の板状のチップ（例えばＣＮＧＡ４３２）である。

この切削インサート４１は、板厚方向の形状が六角形の板状の基材４３と、板厚方向の形状が三角形の板状の一対のセラミック部材４５、４７とからなり、このセラミック部材４５、４７は、切削インサート４１の鋭角側（図３の左右方向）に対応する基材４３の両端面にそれぞれロー付けされている。

このうち、前記基材４３は、板厚４．７６ｍｍの超硬合金製（又はハイス等の金属製）の部材であり、その板厚方向からみた中心には、切削インサート４１をホルダ９（図２参照）に固定する際に用いられる固定穴４９が貫通している。

一方、前記セラミック部材４５、４７は、長さａ（４ｍｍ）×幅ｂ（５ｍｍ）×厚みｃ（４．７６ｍｍ）の板厚方向からみて二等辺三角形の板材であり、例えばアルミナ９０重量％以上の高純度アルミナからなる。

このセラミック部材４５、４７の上面５１側の頂点から左右に伸びる一対の辺は、切れ刃６１、６３、６５、６７として構成されるとともに、下面５３側の頂点から左右に伸びる一対の辺は、切れ刃７１、７３、７５、７７として構成されている。即ち、セラミック部材４５、４７の上下両面に切れ刃６１〜７７が設けられている。

そして、前記基材４３とセラミック部材４５、４７とは、基材４３の左右の平坦な端面（接合座部）８１、８３にて、例えば２Ｔｉ−６５Ａｇ−３３Ｃｕからなる活性ロー材により接合されている。

尚、これとは別に、基材４３に一方の接合座部８１のみを設け、即ち（左右方向の一端のみが平らな）板厚方向からみて５角形の基材を用い、一方のセラミック部材４５のみをその平らな接合座部８１にロー付けする構成としてもよい。

本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、切削インサート４１の上下両面にて加工ができるという利点がある。
（実験例）
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

本実験例では、実験に供する本発明の範囲の試料として、前記実施例１及び実施例２と同様な構成の切削インサートを採用した。
具体的には、基材の材料としては、超硬を用いた。また、セラミック部材の材料としては、実施例１及び実施例２の構造の切削インサートとも、高純度アルミナ（アルミナ９０重量％以上）、アルミナ−ＴｉＣ系（重量比はアルミナ：ＴｉＣ＝７：３）、窒化珪素系（α、β−Ｓｉ₃Ｎ₄を主成分（８０重量％以上）とし、他の成分としてＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、希土類酸化物等の助剤を含有するもの）、アルミナ−ＳｉＣｗ系（体積比がアルミナ：ＳｉＣウイスカ＝７：３）の４種類を採用した。

そして、各セラミック部材の組成毎に、実施例１及び実施例２の構成の切削インサートを、それぞれ３個づつ製造した。
また、本発明の範囲外の比較例として、従来のセラミックからなる切削インサートと、超硬母材の表面に超硬コートを施した切削インサートとを製造した。

具体的には、切削インサートの形状は、前記実施例１及び実施例２の切削インサートと同様とし、セラミックのみの場合の組成は、前記本発明の試料と同様とした。また、実験に供する試料の個数は、各セラミックの組成のもの及び各超硬コートしたもの毎に、前記実施例１及び実施例２の形状に分けてそれぞれ３個づつ製造した。

そして、上述した試料の切削インサートをホルダに装着し、下記切削条件で、被削材に対して切削加工を行った。具体的には、切削速度や切削送りを変更し、被削材の外形切削を３パス行った。

＜切削条件＞
被削材 ：ＦＣ２００（外径φ２００ｍｍ×５０ｍｍ）
チップ形状：ＣＮＧＡ４３２又はＣＰＧＷ４３２
ホルダ ：ＣＮＧＡ４３２に対してはＭＣＬＮＲ２５２５、
ＣＰＧＷ４３２に対してはＳＣＬＮＲ２５２５
刃先処理 ：０．１×２５°
切削速度 ：可変
切削送り ：可変
切込量 ：２ｍｍ
切削油 ：乾式

この実験の結果を下記表１及び表２に記す。

尚、表１において、ＣＶＤ超硬コートとは、Ｋ種超硬母材にＴｉＣＮ−アルミナをコートしたものであり、ＰＶＤ超硬コートとは、Ｋ種超硬母材にＴｉＣＮをコートしたものである。

また、表１中の◎は、欠損無し（６個中）、○は欠損が６個中１〜５個、×は全数欠損（６個中６個欠損）、▲は逃げ面摩耗量が０．３ｍｍ以上を示している。更に、表２は、各区分の切削インサートにおいて、◎、○、×、▲の個数を示している。

この表１及び表２から明らかな様に、セラミックのみからなる比較例は、切削加工時に欠損が発生し易く好ましくない。また、超硬コートを施した比較例は、セラミックの基材を使用しないので、欠損は生じないものの、高速加工になると摩耗の進行が速く好ましくない。

それに対して、本発明の範囲のものは、切削加工を行った場合には、セラミックのみからなる比較例に比べて、欠損の発生割合が少なく、安定した加工を実施でき好適である。また、高速加工を行った場合には、超硬コート品に比べて、逃げ面摩耗量が少なく好適である。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（ａ）は実施例１の切削インサートの平面図、（ｂ）はその正面図である。 実施例１の切削インサートをホルダに装着した切削工具を示す説明図である。 （ａ）は実施例２の切削インサートの平面図、（ｂ）はその正面図である。

符号の説明

１、４１…切削インサート
３…基材
５、７、４５、４７…セラミック部材
９…ホルダ
２１、２３、２５、２７、６１、６３、６５、６７、７１、７３、７５、７７…切れ刃
３３…切削工具

Claims (9)

1. 超硬又は金属製の基材の端部に、切れ刃を有するセラミック部材を接合したことを特徴とする切削インサート。
2. 前記基材は板状であり、該基材の厚み方向の一方の表面側に、前記セラミック部材を接合したことを特徴とする前記請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記基材は板状であり、該基材の側方の端部に、該基材の厚み方向の両側に切れ刃を有する前記セラミック部材を接合したことを特徴とする前記請求項１に記載の切削インサート。
4. 前記セラミック部材は、アルミナを主成分とするセラミック部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサート。
5. 前記セラミック部材は、ＴｉＣ−アルミナ系のセラミック部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記セラミック部材は、窒化珪素を主成分とするセラミック部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサート。
7. 前記基材に、前記切削インサート自身をホルダに固定するための固定部を有することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の切削インサート。
8. 前記基材と前記セラミック部材とが、活性ロー材で接合されていることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の切削インサート。
9. 前記請求項１〜８のいずれに記載の切削インサートをホルダに装着したことを特徴とする切削工具。

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