JP2008207273A

JP2008207273A - 切削工具

Info

Publication number: JP2008207273A
Application number: JP2007045598A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tokunaga; 隆司徳永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】コーナー部近傍の切刃で切削時の温度差により発生する大きな損傷を防止できる切削工具を提供する。
【解決手段】多角形板状で、２つの主面をすくい面２と着座面３とし、側面を逃げ面４とし、すくい面２と逃げ面４との交差稜を切刃５とし、すくい面２のコーナー部にＲ切刃７を設け、すくい面２の切刃５に続く外周部にランド８を設け、少なくともコーナー部のランド８に続くすくい面２の中央側にブレーカ溝１０とブレーカ突起１１とを順に設けたスローアウェイチップ１で、Ｒ切刃７に続く辺部切刃６に切欠き１４を設けるとともに、切欠き１４のコーナー部の外挿頂点ｐ_１からの距離を切刃５の一辺の長さＬ_１に対して０．２Ｌ_１以下とする。
【選択図】図２

Description

本発明は切削工具に関し、特にコーナー部の切刃における耐熱衝撃性を高めた切削工具に関する。

金属等の切削に用いられる切削工具は最近要求が厳しくなっており、長寿命化はもちろんのこと切削工具が使用される切削条件も高速切削や難削材の加工等の厳しい条件で使用される傾向にある。このような切削工具においては、加工条件が厳しくなるにつれて切削時に切刃が高温になり、高温になった切刃を含むコーナー部分が熱衝撃によって大きく欠損することが発生している。特に、Ｔｉを主成分とするサーメットは超硬合金に比べて熱伝導率が低いために、切削時に切刃に熱がこもって高温となりやすい。そして、高温になったコーナー部の切刃と温度が上がりにくいそれに続く切刃との間で大きな温度差ができる結果、熱衝撃によって切刃から近い位置にクラックが発生しこれが進展して、コーナー部全体が欠損して大きく損傷してしまうことがあった。

そこで、例えば特許文献１には、ブレーカ溝の底面に切屑が接触しないような凹部を形成することによって、切屑のブレーカ溝への接触面積を小さくして切刃近傍のみが高温となるのを防止して、サーマルクラックの発生・進行を抑制できることが記載されている。
特開平４−２９４９１１号公報

上記特許文献１の構成からなる切削工具のように、ブレーカ溝の底面に切屑が接触しないようにして切削時の切刃の温度を下げる方法では、切刃の温度が下がってサーマルクラックの進行を抑制する効果はある。しかしながら、高温となったコーナー部の切刃と温度が低いそれに続く辺部の切刃との温度差自体は解消されないので、コーナー部のＲ形状切刃に続く辺部切刃に切削時に発生する温度差に起因する熱膨張挙動の違いからコーナー部のＲ形状切刃に続く切刃の特定の位置には大きな歪みが発生しており、熱衝撃によってこの特定位置からクラックが発生して進展していき、最終的にはコーナー部ごと大きく欠損してしまうことは解消されなかった。

そこで、本発明の切削工具は上記問題を解決するためのものであり、その目的は、コーナー部近傍の切刃で切削時の温度差により発生する大きな損傷を防止した切削工具を提供することである。

本発明の切削工具は、多角形板状で、２つの主面をすくい面と着座面とし、側面を逃げ面とし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜を切刃とし、前記すくい面のコーナー部にＲ形状の切刃を設け、前記すくい面の前記切刃に続く外周部にランドを設け、少なくとも前記コーナー部の前記ランドに続く前記すくい面の中央側にブレーカ溝とブレーカ突起とを順に設けたもので、前記Ｒ形状の切刃に続く辺部の前記切刃に切欠きを設けるとともに、該切欠きの前記コーナー部の外挿頂点からの距離Ｌが前記切刃の一辺の長さＬ_１に対して０．２Ｌ_１以下であることを特徴とする。

ここで、上記構成において、前記切欠きの前記コーナー部の外挿頂点からの距離Ｌが、前記ブレーカ突起の頂部のうちの前記コーナー部側の先端を通って前記コーナー部の二等分線と直交する直線と前記切刃との交点と前記コーナー部の外挿頂点との長さＬ_２以下であることが望ましい。

また、前記切欠きが前記すくい面側から見て円弧状であり、該円弧の半径は前記ランドの幅以上で前記コーナーＲの半径以下であることが望ましい。

さらに、上記構成において、前記ブレーカ溝の前記切刃側の壁面に、前記ランドの高さよりも低い小突起を設けたことが望ましい。

また、上記構成において、前記切欠きが前記逃げ面の上端から下端にかけて設けられているか、または前記切欠きが前記切刃から前記逃げ面の途中まで設けられていることが望ましい。

本発明の切削工具は、コーナー部のＲ形状切刃に続く切刃における切削加工時の切込み位置よりも少しだけコーナー部から離れる位置に切欠きを設けることによって、Ｒ形状の切刃に続く辺部切刃に大きな温度差が発生して熱膨張挙動に違いが生じてもＲ形状の切刃に続く辺部切刃に大きな歪みが発生することを抑制でき、結果的に熱衝撃によってコーナー部ごと欠損によって損傷することを抑制できる。また、コーナー部の外挿頂点から切削時の切り込み深さよりもわずかに遠い位置に切欠きを設けるので、Ｒ形状の切刃から切欠きまでは、切欠きを設けない従来の構成と比較して温度が均一に上昇し、これも大きな歪みが発生しやすいＲ切刃から切欠きまでの間における大きな歪みが発生するのを抑制する効果がある。

ここで、上記構成において、前記切欠きの前記コーナー部の外挿頂点からの距離Ｌが、前記ブレーカ突起の頂部のうちの前記コーナー部側の先端を通って前記コーナー部の二等分線と直交する直線と前記切刃との交点と前記コーナー部の外挿頂点との長さＬ_２以下であることが、コーナー部近傍の切刃における切刃の温度をより均一化して、Ｒ形状の切刃から切欠きまでの間における歪みをより確実に抑制する効果がある点で望ましい。

また、上記構成において、前記切欠きが前記すくい面から見て円弧状であり、該円弧の半径は前記ランドの幅以上で前記Ｒ切刃の半径以下であることが、切刃の強度を維持しつつＲ形状の切刃に続く辺部切刃に発生する歪みの発生を防止できる点で望ましい。

さらに、上記構成において、前記ブレーカ溝の前記切刃側の壁面に、前記ランドの高さよりも低い小突起を設けることによって、切屑とブレーカ壁面との接触面積を小さくできて切削時におけるＲ形状の切刃の温度上昇を抑制できる点で望ましい。

なお、上記構成において、前記切欠きが前記逃げ面を貫通するように設けられている場合には、プレス成形の際に金型自体に切欠きを形成できることから製造が容易である。他方、前記切欠きが前記切刃から前記逃げ面の途中まで設けられている場合には、切刃の強度が低下するのをより抑制できるという効果がある。

本発明の切削工具の一例について、スローアウェイチップ１の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である図１、および図１中のＡ−Ａ線部分についての要部拡大断面図である図２を基に説明する。

図１、図２に示すように、スローアウェイチップ（以下単にチップと略す。）１は、多角形板状で、２つの主面をすくい面２と着座面３とし、側面を逃げ面４とし、前すくい面２と逃げ面４との交差稜を切刃５とし、すくい面２のコーナー部にＲ形状の切刃（以下、Ｒ切刃と称す。）７を設け、すくい面２の切刃５に続く外周部にランド８を設け、少なくともコーナー部のランド８に続くすくい面２の中央側にブレーカ溝１０とブレーカ突起１１とを順に設けた構成からなる。なお、図１によれば、すくい面２上にはブレーカ突起１１以外に複数の島状突起１２が設けられ、ブレーカ突起１１および島状突起１２とこれらの間を連結する中間壁１３によってすくい面２の中央部が囲まれた形状からなる。なお、図２によれば、ランド８は着座面３と平行な平行ランドとなっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ランド８が着座面３と平行な方向よりもすくい面２の中央側に向かって着座面側に向かうポジランドであってもよい。

そして、本発明によれば、Ｒ切刃７に続く辺部の切刃（以下、辺部切刃と称す。）６に切欠き１４を設けるとともに、切欠き１４のコーナー部の外挿頂点ｐ_１からの距離Ｌが切刃５の一辺の長さＬ_１に対して０．２Ｌ_１以下であることを特徴とする。これによって、Ｒ切刃７に続く辺部切刃６の所定位置に大きな温度差が発生して、これに起因して熱膨張挙動が部分的に違っていても従来クラックが発生していた所定位置に大きなひずみが発生することを抑制でき、結果的に熱衝撃によってコーナー部の全体が欠損により損傷することを抑制できる。また、Ｒ切刃７の先端から切削時の切り込み深さよりもわずかに遠い位置に切欠きを設けるので、Ｒ切刃７から切欠き１４までの温度を小さくすることができ、温度の違いによる熱膨張の違いによってもＲ切刃７に続く辺部切刃６の特定位置に歪みが発生するのをさらに防止できる。なお、本発明におけるコーナー部の外挿頂点ｐ_１とはコーナー部に続く２つの辺部を外挿したときの交点を指す。

すなわち、切欠き１４を形成しないと、Ｒ切刃７に続く辺部切刃６の所定位置に大きな温度差が発生して、これに起因する熱膨張挙動の部分的な違いによって前記所定位置に大きなひずみが発生してクラックが発生し、熱衝撃によってコーナー部の全体が欠損により損傷する。また、切欠き１４のコーナー部の外挿頂点ｐ_１からの距離Ｌが切刃５の一辺の長さＬ_１に対して０．２Ｌ_１より長いと、辺部切刃６の所定位置に発生する大きな温度差とこれに起因する大きなひずみの発生を抑制することができず、結果的に熱衝撃によってコーナー部の全体が欠損により損傷する。

ここで、上記構成において、切欠き１４のコーナー部の外挿頂点ｐ_１からの距離Ｌが、ブレーカ突起１１の頂部のうちのコーナー部側の先端ｐ_２を通ってコーナー部の二等分線Ａ−Ａと直交する直線Ｂ−Ｂと切刃５（辺部切刃６）との交点ｐ_３とコーナー部の外挿頂点との間の長さＬ_２以下となっている。これによって、コーナー部近傍の辺部切刃６の温度をより均一化して、Ｒ切刃７から切欠き１４までの間における歪みをより確実に抑制する効果がある。

また、図２に示すように、切欠き１４がすくい面２側から見て円弧状であり、該円弧の半径ｒはランド８の幅以上でＲ切刃７の半径以下であることが、切刃５の強度を維持しつつＲ切刃７に続く辺部切刃６の特定位置における歪みの発生を防止できる点で望ましい。

また、図２の変形例である図３に示すように、ブレーカ溝１０のＲ切刃７側の壁面に、ランド８の高さよりも低い小突起１５を設けることによって、被削材が削り取られた高温の切屑とブレーカ溝１０のコーナー部側の壁面との接触面積を小さくできて切削時におけるＲ切刃７の温度上昇を抑制できる点で望ましい。

さらに、図１のコーナー部付近についての要部拡大側面図である図４に示すように、切欠き１４が逃げ面４の上端から下端にかけて設けられている場合（図４（ａ）参照）には、プレス成形の際に金型自体の形状を調整してチップ１の成形体に切欠き１４を形成できることから製造が容易である。一方、切欠き１４が切刃５から逃げ面４の途中まで設けられている場合（図４（ｂ）参照）には、切刃５の強度が低下するのをより抑制できるという効果がある。

また、図１ではブレーカ突起１１は上面視で略半円状をなしているが、楕円状や略三角形形状であってもよい。さらに、ブレーカ溝９の断面形状は、図２のように円弧状でもよいし、図３のようにＲ切刃７側の斜面の傾斜が大きい曲面形状であってもよい。

さらに、上記チップ１を構成する材料として、超硬合金やセラミックスはもちろんのこと、Ｔｉ基サーメットに対して特に好適に採用可能である。

本発明の切削工具に好適なＴｉ基サーメットの構成としては、断面組織を走査型電子顕微鏡にて観察した場合に、Ｔｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物からなる硬質相をＣｏまたはＮｉを主成分とする結合相で結合してなる。硬質相は、黒色の粒子として観察される第１硬質相と、灰白色の粒子、または白色の芯部の周辺に灰白色の周辺部が存在する有芯構造からなる粒子として観察される第２硬質相にて構成される。なお、上記灰白色とは、写真撮影の条件によって白色に近い色調に見えることもあり、灰色に近い色調に見えることもある。さらに、第１硬質相の外周には、灰白色の周辺部が存在して有芯構造をなしていてもよい。

また、サーメットの表面近傍における断面組織を観察した場合、サーメットの表面に、硬質相全体に対する第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｓとし、第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｓとしたとき、Ａ_ｓとＢ_ｓとの比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）が前記サーメットの内部における硬質相全体に対する第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｉとし、第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｉとしたとき、Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）よりも大きい表面領域が存在することが、サーメットの表面近傍における熱伝導性を高めてサーメットの耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）の特に望ましい範囲は３〜１０であり、比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）／比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）の望ましい範囲は１．２〜２．３である。

なお、表面領域においては、表面領域における第２硬質相の平均粒径をｂ_ｓとしたとき、内部における第２硬質相の平均粒径ｂ_ｉとの比率（ｂ_ｓ／ｂ_ｉ）が１．１〜２であることが、表面領域における第２硬質相が熱伝播に有効に寄与してサーメットの熱伝導率が向上し、サーメットの耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。ここで、本発明における硬質相の粒径の測定は、ＣＩＳ−０１９Ｄ−２００５に規定された超硬合金の平均粒径の測定方法に準じて測定する。この時、硬質相が有芯構造からなる場合については、芯部と周辺部を含めた周辺部の外縁までを１つの硬質相としてその粒径を測定する。

さらに、表面領域が３０〜３００μｍの厚さで存在することが、サーメットの表面近傍における熱伝導性を高めてサーメットの耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。なお、本発明におけるサーメットの内部における断面組織を観察する場合には、サーメットの表面からの深さが１０００μｍ以上の領域において観察する。

また、サーメットの内部については、第２硬質相の平均面積が第１硬質相の平均面積よりも大きいこと、望ましくは内部における硬質相全体に対する第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｉとし、第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｉとしたとき、Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）が１．５〜５であることが、第２硬質相が熱伝播により有効に寄与してサーメットの熱伝導率が向上し、サーメットの耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。

また、サーメットの内部において、第２硬質相の平均粒径が第１硬質相の平均粒径よりも大きいこと、望ましくは内部における第１硬質相の平均粒径をａ_ｉとし、第２硬質相の平均粒径をｂ_ｉとしたとき、ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）が２〜８であることが、第２硬質相が熱伝播に有効に寄与してサーメットの熱伝導率が向上し、サーメットの耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）の望ましい範囲はサーメットの耐欠損性を維持できる点で３〜７である。

また、サーメットに含有される硬質相をなすＴｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物の合計含有比率は７０〜９６質量％であることが望ましく、特に耐摩耗性の向上の点で８８〜９６質量％であることが望ましい。一方、結合相の含有比率は４〜１２質量％であることによって、基体の硬度および靭性のバランスに優れたものとなる。また、結合相としては、鉄族金属の総量に対してＣｏを６５質量％以上含有することが切削工具の耐熱衝撃性を高めるために望ましい。なお、サーメット１の焼肌面が平滑な面となるようにサーメット１の良好な焼結性を維持するためには、鉄族金属としてＮｉを５〜５０質量％、特に１０〜３５質量％の割合で含有せしめることが望ましい。

そして、所望により、サーメットの表面に被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能であり、ダイヤモンド層等の熱伝導性能に優れた被覆層を用いることもできる。

なお、上記チップ１は仕上げ加工等の軽切削、具体的には、切込みｄ＝０．５〜２ｍｍ、送りｆ＝０．１〜０．４ｍｍ／ｒｅｖの条件を推奨できるものである。

マイクロトラック法による測定で平均粒径（ｄ_５０値）が０．６μｍのＴｉＣＮ粉末を４５質量％、平均粒径１．１μｍのＷＣ粉末を１５質量％、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末を３質量％、平均粒径２μｍのＴａＣ粉末を５質量％、平均粒径１．５μｍのＮｂＣ粉末を１０質量％、平均粒径１．８μｍのＺｒＣ粉末を３質量％、平均粒径１．０μｍのＶＣ粉末を１質量％、平均粒径２．４μｍのＮｉ粉末を２質量％、および平均粒径１．９μｍのＣｏ粉末を６質量％の割合で調整した混合粉末をステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加して湿式混合し、パラフィンを３質量％添加、混合した後、２００ＭＰａでプレス成形し、１２００℃まで１０℃／分で昇温し、１２００℃から１３５０℃まで０．５℃／分で昇温し、１３７５℃まで５℃／分で昇温した後、８００Ｐａの窒素中、１５７５℃で７０分間焼成して、ＣＮＭＧ１２０４０８（Ｌ_１＝１２．８９６ｍｍ、Ｒ切刃の曲率半径＝０．４０ｍｍ）でランド幅０．１ｍｍとした表１に示すブレーカ溝、ブレーカ突起と切欠きを具備する図１の工具形状のスローアウェイチップを作製した（試料Ｎｏ．１〜６）。

得られたチップについて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、１００００倍の写真にて、表面および内部のそれぞれ任意５箇所について市販の画像解析ソフトを用いて８μｍ×８μｍの領域で画像解析を行い、硬質相の存在状態、表面領域の存在を確認するとともにこれらの平均粒径を測定し、これらの比率を算出した。結果は表１に示した。

次に、得られたサーメット製の切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表１に併記した。

被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍ
切削状態：湿式（水溶性切削液使用）
評価方法：欠損するまでの時間

表１より、切欠きを形成しない試料Ｎｏ．１では、切削時間２分でコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生してしまった。また、切欠きのコーナー部の外挿頂点からの距離Ｌが切刃の一辺の長さＬ_１（１２．８９６ｍｍ）に対して０．２Ｌ_１（Ｌ_１＝２．５７９ｍｍ）より大きい試料Ｎｏ．６でも、切削時間５分でコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生してしまった。

これに対して、切欠きを形成した試料Ｎｏ．２〜５では、いずれもコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生しにくく工具寿命が長くなった。

実施例１のサーメットに対して原料粉末の粒径および焼成時のガス圧を調整して表２に示す構成のサーメットで、実施例１で作製した試料Ｎｏ．２の切削工具形状からなるチップを作製し（試料Ｎｏ．７〜１１）、実施例１と同じ条件で切削評価を行った。

表２、３の結果から明らかなように、いずれもコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生しにくく、中でも表面における第２硬質相の存在比率が内部における第２硬質相の存在比率よりも多く、かつ表面における第２硬質相の粒経が内部における第２硬質相の粒経に比べて大きい表面組織を有する試料Ｎｏ．８〜１０ではチッピングがより発生しにくかった。さらに、サーメットの内部における硬質相の平均粒径が１μｍ以下の試料Ｎｏ．７〜９、１１では、さらにクラックの進展が抑制されて、工具寿命が長くなった。

本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一実施例を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。図１中のＡ−Ａ線における一部拡大断面図である。図２に対する変形例を示す一部拡大断面図である。（ａ）図１中のコーナー部近傍における要部拡大側面図であり、（ｂ）（ａ）の変形例を示す要部拡大側面図である。

符号の説明

１スローアウェイチップ
２すくい面
３着座面
４逃げ面
５切刃
６辺部切刃
７Ｒ切刃
８ランド
１０ブレーカ溝
１１ブレーカ突起
１２島状突起
１３中間壁
１４切欠き
１５小突起
ｐ_１コーナー部の外挿頂点
ｐ_２ブレーカ突起の頂部のコーナー部側の先端位置
ｐ_３コーナー部の二等分線Ａ−Ａと直交する直線Ｂ−Ｂと切刃との交点
Ｌ切欠きのコーナー部の外挿頂点ｐ_１からの距離
Ｌ_１切刃の一辺の長さ
Ｌ_２ブレーカ突起の頂部のうちのコーナー部側の先端を通ってコーナー部の二等分線Ａ−Ａと直交する直線Ｂ−Ｂと辺部切刃との交点とコーナー部の外挿頂点との間の長さ

Claims

多角形板状で、２つの主面をすくい面と着座面とし、側面を逃げ面とし、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜を切刃とし、前記すくい面のコーナー部にＲ形状の切刃を設け、前記すくい面の前記切刃に続く外周部にランドを設け、少なくとも前記コーナー部の前記ランドに続く前記すくい面の中央側にブレーカ溝とブレーカ突起とを順に設けた切削工具において、
前記Ｒ形状の切刃に続く辺部の前記切刃に切欠きを設けるとともに、該切欠きの前記コーナー部の外挿頂点からの距離Ｌが前記切刃の一辺の長さＬ_１に対して０．２Ｌ_１以下であることを特徴とする切削工具。
前記切欠きの前記コーナー部の外挿頂点からの距離Ｌが、前記ブレーカ突起の頂部のうちの前記コーナー部側の先端を通って前記コーナー部の二等分線と直交する直線と前記切刃との交点と前記コーナー部の外挿頂点との長さＬ_２以下であることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
前記切欠きが前記すくい面側から見て円弧状であり、該円弧の半径は前記ランドの幅以上で前記コーナー部の半径以下であることを特徴とする請求項１または２記載の切削工具。
前記ブレーカ溝の前記切刃側の壁面に、前記ランドの高さよりも低い小突起を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
前記切欠きが前記逃げ面の上端から下端にかけて設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。
前記切欠きが前記切刃から前記逃げ面の途中まで設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。