JP2009233801A - 切削インサート及び切削工具、並びに切削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具ホルダの切削インサートとの接触部分における塑性変形、或いは摩滅を抑制し、長期にわたり安定した切削加工を施すことのできる切削インサート及び切削工具、並びに切削方法を提供する。
【解決手段】上面および側面を有するインサート本体と、上面と側面の間に設けられた切刃部と、を有する切削インサートと、該切削インサートが取り付けられるインサート装着部を有する工具ホルダと、を備える切削工具において、前記切削インサートは、その表面の一部に前記インサート本体よりも硬度の低い低硬度部材を備えており、該低硬度部材で前記インサート装着部と当接している。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属部材等の切削加工に用いられる切削インサート及び切削工具、並びに切削方法に関する。

従来から金属部品等を加工するための切削工具に用いられる工具ホルダとして、例えば特許文献１に示すものが開示されている。

この切削工具は、工具ホルダと、この工具ホルダに取り付けられる切削インサートとを備えている。工具ホルダは、軸線周りに回転される略円柱形状を有するホルダ本体を備えている。ホルダ本体は、このホルダ本体先端部に、インサート載置面と、拘束壁面とを有するインサート装着部を備えている。切削インサートは、上面と下面と、これらを繋ぐ側面とを備えており、上面と側面との間に切刃が形成されている。この切削インサートは、下面がインサート載置面に当接するとともに、側面が拘束壁面に当接した状態で工具ホルダに取り付けられており、切刃の一部が、工具ホルダから突き出ている。この切削工具をホルダ本体の軸線周りに回転させ、上述した切刃のうち工具ホルダから突き出た部分を用いて被削材に対して切削加工を施す。
特開２００８−６５３８号公報

一般に、耐摩耗性を要求される切削インサートは、超硬合金やサーメット等の硬質材料で形成されている。これに対し、工具ホルダは、コスト面でのメリットや、靭性の大きさが優先されることから、切削インサートよりも軟らかい鋼やアルミニウム等で形成されている。そのため、長期にわたる切削加工や、高負荷の条件下における切削加工を行う場合、切削インサートよりも軟らかい材料で形成されたインサート装着部の拘束壁面が塑性変形、或いは摩滅するという問題があった。このような問題が生じた切削工具を切削加工に用いると、刃先位置がずれ、また、切削インサートに対するインサート装着部の拘束力が低下する。そのため、被削材に対して安定した切削加工を施すことができず、工具ホルダを短期間で交換しなければならなかった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、工具ホルダの切削インサートとの接触部分における塑性変形、或いは摩滅を抑制し、長期にわたり安定した切削加工を施すことのできる切削インサート及び切削工具、並びに切削方法を提供することにある。

本発明に係る切削工具は、上面および側面を有するインサート本体と、上面と側面の間に設けられた切刃部と、を有する切削インサートと、該切削インサートが取り付けられるインサート装着部を有する工具ホルダと、を備える切削工具において、前記切削インサートは、その表面の一部に前記インサート本体よりも硬度の低い低硬度部材を備えており、該低硬度部材で前記インサート装着部と当接していることを特徴とする。

また、上記発明において、前記インサート装着部は、前記切削インサートの下面と当接するインサート載置面と、前記切削インサートの側面と当接する拘束壁面と、を備えており、前記低硬度部材は、前記切削インサートの側面の一部に形成されているとともに前記拘束壁面と当接することが好ましい。

また、上記発明において、前記切削インサートは、前記インサート本体の側面に、前記インサート本体の内側に窪んだ凹部を有し、前記低硬度部材は、前記凹部内に取り付けられていることが好ましい。

また、上記発明において、前記低硬度部材は、前記凹部内に着脱可能に取り付けられていることが好ましい。

また、上記発明において、前記凹部は、該凹部から更に前記インサート本体の内側に窪んだ第二凹部を有し、該第二凹部と前記低硬度部材との間には、前記インサート本体の外側に開口する空隙が形成されているが好ましい。

また、上記発明において、前記切削インサートは、前記インサート本体の側面に、前記低硬度部材よりも硬度の高い高硬度部材を備えており、該高硬度部材は、前記切刃部の切削に使用される部分の下方に取り付けられていることが好ましい。

また、上記発明において、前記凹部は、複数形成されており、前記高硬度部材は、前記凹部内に着脱可能に取り付けられていることが好ましい。

また、上記発明において、前記低硬度部材は、前記インサート装着部の前記低硬度部材と当接する部分と同一の材質で形成されていることが好ましい。

本発明に係る切削インサートは、上面および側面を有するインサート本体と、上面と側面の間に設けられた切刃部と、を有する切削インサートにおいて、前記インサート本体の表面の一部に、該インサート本体よりも硬度の低い低硬度部材を備えることを特徴とする。

本発明に係る切削方法は、上記本発明に係る切削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、前記被削材に切削工具を相対的に近づける工程と、前記切削工具と前記被削材のいずれか一方を回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、被削材の表面を切削する工程と、前記被削材と前記切削工具とを相対的に遠ざける工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、工具ホルダの切削インサートとの接触部分における塑性変形、或いは摩滅を抑制し、長期にわたり安定した切削加工を施すことのできる切削工具を提供することができる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る切削工具の第一実施例の斜視図である。図２は、図１の切削工具に取り付けられる切削インサートの斜視図である。図３は、図１の切削工具の先端部のうち、切削インサートの主切刃の両端に繋がる切刃を通り、かつ上面に垂直な二つの平面Ａ、Ｂで挟まれた部分の斜視図である。図４は、図３をＸ方向から視た図である。

図１に示すように、切削工具１は、先端部に、複数の切削インサート３と、これらの切削インサート３を取り付けるインサート装着部を備える工具ホルダ２と、切削インサート３をインサート装着部に固定するクランプ部材４と、各クランプ部材４を工具ホルダ２に固定するネジ部材５とを備えている。

工具ホルダ２の先端部には、インサート装着部が形成されている。このインサート装着部は、インサート載置面と、拘束壁面とを備えている。また、このインサートポケットよりも後端側には、ネジ部材５をねじ込むためのネジ挿入孔が形成されている。

クランプ部材４は、先端側に凸部を備えている。また、この凸部よりも後端側において、ネジ部材５を挿入する貫通孔が形成されている。

図２に示すように、切削インサート３は、四角形板状のインサート本体３０を備えている。インサート本体３０は、上面３１と、下面３４と、これらの間に位置する４つの側面３２とを備えている。上面３１には、下面３４に向かって窪んだ取り付け孔３１ａが形成されている。切削インサート３は、上面３１と各側面３２との間に設けられた４つの切刃３３を備えている。切削加工時においては、これら４つの切刃３３のうち、１つの切刃が主切刃３３ａとして使用される。この主切刃３３ａが摩耗した場合は、コーナチェンジをし、残り３つの切刃３３のいずれかを主切刃３３ａとして使用することができる。

また、切削インサート３は、インサート本体３０の４つの側面３２に、それぞれ凹部３２０を備えている。そして、この４つの凹部３２０のうち隣り合う２つの凹部３２０には、インサート本体３０よりも硬度の低い低硬度部材３５が取り付けられている。これにより、インサート装着部２０において、低硬度部材３５が当接した部分は、硬度の高いインサート本体３０の他の部分と当接する部分に比べて、切削加工時における塑性変形や摩滅が抑制される。なお、この効果を得るためには、低硬度部材３５が切削インサート３の表面の一部に備えられていればよく、他の実施例において、インサート本体３０の下面や、インサート本体３０の上面に取り付けられていても良い。

本明細書中において、「硬度」は、ビッカーズ硬さ値を基準として求められる。このビッカーズ硬さ値は、各部材と同一の材料で形成された基準片（ＪＩＳ Ｂ ７７３５）に、ビッカース試験機（ＪＩＳ Ｂ ７７２５）を用い、ビッカーズ硬さ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）に準拠して求められる。

本明細書中において、「インサート本体」は、切削インサートの母材及び母材の表面に成膜された被覆膜をいう。また、本明細書中において、「インサート本体の側面」とは、凹部及び第二凹部の表面を含んだ面をいう。このインサート本体の側面と、凹部に取り付けられた低硬度部材或いは後述する高硬度部材の表面とが連なり、切削インサートの側面を形成している。換言すると、低硬度部材は、切削インサートの側面の一部に形成されている。

また、本実施例においては、図３及び図４に示すように、この低硬度部材３５を、インサートポケット２０の拘束壁面２０ｂと当接した状態で、切削インサート３を、インサートポケット２０に固定する。具体的には、まず、切削インサート３の下面３４をインサートポケットの載置面２０ａに、切削インサート３の側面のうち、低硬度部材３５を備える２つの側面を、図示された拘束壁面２０ｂと、平面Ａ側の図示されない拘束壁面に当接させる。次に、クランプ部材４の凸部４０を切削インサート３の取り付け孔３１ａに挿入し、その一部を取り付け孔３１ａの壁面に当接させる。そして、ネジ部材５を、クランプ部材４の貫通孔及び工具ホルダ２のネジ挿入孔に挿入し、ねじ込む。これにより、切削インサート３は、取り付け孔３１ａに当接したクランプ部材４の凸部４０によりインサートポケット２０のインサート載置面２０ａ側及び拘束壁面側２０ｂに押圧され、拘束される。

インサート載置面２０ａに比べ、切削インサート３の表面との接触面積が小さく単位面積あたりで受ける負荷の大きい拘束壁面２０ｂにおいては、インサート載置面２０ａよりも塑性変形や摩滅が生じ易い。この拘束壁面２０ｂに低硬度部材３５を当接させることにより、切削加工時におけるインサートポケット２０の塑性変形や摩滅を、より効果的に抑制することができる。

また、低硬度部材３５は、ある程度の厚みを備えることが好ましい。具体的には、１１ｍｍ角で形成された四角形板状のインサート本体３０の側面３２に取り付けられる低硬度部材３５は、この低硬度部材３５と当接する拘束壁面に垂直な方向の厚みが２ｍｍ以上であることが好ましい。また、上面が７ｍｍ角で形成された四角形板状の切削インサート３に取り付けられる低硬度部材３５は、上述した厚みが１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

また、本実施例において、低硬度部材３５は、拘束壁面２０ｂと同一の材質で形成されている。これにより、拘束壁面２０ｂと低硬度部材３５の片方が、一方的に摩滅するのを抑制することができる。

また、低硬度部材３５は、切削インサート３に、着脱可能に取り付けられている。これにより、低硬度部材３５が摩耗した場合は、新しい低硬度部材３５を凹部３２０に取り付けることができる。

なお、本実施例において、切削インサート３は、凹部３２０が溝状に形成されており、この溝状の凹部３２０は、上面３１と平行に、かつ、側面３２の一端から他端まで延在している。そして、この溝状の凹部３２０の底から、インサート本体３０の内側へ更に窪んだ溝状の第二凹部（以下、凹溝３２０ａとする）が形成されている。この凹溝３２０ａもまた、側面３２の一端から他端まで延在している。

低硬度部材３５と凹溝３２０ａとの間には、凹溝３２０ａの延在する方向に開口する空隙３２０ｂが形成される。この空隙３２０ｂに棒状の冶具を挿入し、てこの原理を利用して容易に低硬度部材３５を取り外すことができるため、上述した低硬度部材３５の着脱作業を、効率良く行うことができる。

なお、上記効果を奏するためには、インサート本体３０の側面３２と、低硬度部材３５との間にインサート本体３０の外側に開口する空隙があれば良く、この空隙を形成する第二凹部であれば、凹溝以外の形状であっても良い。

次に、本発明に係る切削工具の第二実施例について、図５を用いて説明する。なお、第一実施例と略同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施例において、主切刃３３ａの下方に位置する凹部３２０には、低高度部材３５よりも硬度の高い高硬度部材３６が取り付けられている。これにより、主切刃３３ａの下方に位置する凹部３２０に何も取り付けられていない第一実施例に比べて、主切刃３３ａの直下における切削インサート３の撓みや損傷を抑制することができる。なお、高硬度部材３６の硬度は、インサート本体３０の硬度と同等か、或いはインサート本体３０よりも高いことが好ましい。これにより、主切刃３３ａの直下において、凹部３２０を備えていない切削インサートと同等或いはそれ以上の強度を備えることができる。

また、低硬度部材３５と同様に、高硬度部材３６と凹溝３２０ａとの間には、空隙３２０ｂが形成される。これにより、高硬度部材３６を容易に取り外すことができるため、コーナチェンジの際の高硬度部材３６の着脱作業を、効率良く行うことができる。

（切削方法）
次に、本発明に係る切削工具の第一実施例を用いて被削材を切削する切削方法について図面を参照して説明する。

図６〜図８に、本発明に係る第１の実施例の切削工具を用いて被削材を切削する切削方法の工程図を示す。まず、工具ホルダ２に切削インサート３を取り付ける。そして、図６に示すように、切削工具１を回転させるとともに、切削工具１を被削材６に近づける。なお、切削工具１と被削材６は、相対的に近づけば良く、例えば、被削材６を切削工具１に近づけても良い。

次いで、図７に示すように、主切刃を被削材６に接触させて被削材６を切削する。その後、図８に示すように被削材６から切削工具１を離隔させる。なお、切削加工を継続する場合は、切削工具１を回転させた状態を維持して、被削材６の異なる箇所に主切刃を接触させる工程を繰り返す。

上記切削方法によれば、被削材６に対して、長期にわたり、安定した切削加工を施すことができる。その理由は、上述した低硬度部材により、拘束壁面の塑性変形や摩滅が抑制され、主切刃の刃先位置がずれる、或いは、切削インサート３の拘束が不安定となるのを抑制することができるからである。

以上、本発明の実施例を例示したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明に係る切削工具の他の実施例としては、外径加工、突切り加工、溝入れ加工用の旋削工具等にも用いられる。また、これらの旋削工具を用いて被削材を加工する場合は、切削工具の代わりに被削材を回転させる点で上記切削方法と異なる。また、本発明に係る切削工具の拘束方法としては、クランプオン方式に限られず、スクリューオン方式やレバーロック方式等も用いられる。

本発明に係る切削工具の第一実施例の斜視図である。 図１の切削工具に取り付けられる切削インサートの斜視図である。 図１の切削工具の先端部のうち、図１の切削インサートの主切刃の両端に配置された切刃を通り、かつ上面に垂直な二つの平面Ａ、Ｂで挟まれた部分の斜視図である。 図３をＸ方向から視た図である。 図４の主切刃直下に高硬度部材を取り付けた、切削工具の第二実施例を示す図である。 本発明に係る切削方法の工程図である。 本発明に係る切削方法の工程図である。 本発明に係る切削方法の工程図である。

符号の説明

１・・・切削工具
２・・・工具ホルダ
２０・・・インサートポケット
２０ａ・・・インサート載置面
２０ｂ・・・拘束壁面
３・・・切削インサート
３０インサート本体
３１・・・上面
３１ａ・・・取り付け孔
３２・・・側面
３２０・・・凹部
３２０ａ・・・凹溝（第二凹部）
３２０ｂ・・・空隙
３３・・・切刃
３３ａ・・・主切刃
３４・・・下面
３５・・・低硬度部材
３６・・・高硬度部材
４・・・クランプ部材
４０・・・凸部
５・・・ネジ部材
６・・・被削材

Claims (10)

1. 上面および側面を有するインサート本体と、上面と側面の間に設けられた切刃部と、を有する切削インサートと、
   該切削インサートが取り付けられるインサート装着部を有する工具ホルダと、
   を備える切削工具において、
   前記切削インサートは、その表面の一部に前記インサート本体よりも硬度の低い低硬度部材を備えており、該低硬度部材で前記インサート装着部と当接していることを特徴とする切削工具。
2. 前記インサート装着部は、前記切削インサートの下面と当接するインサート載置面と、前記切削インサートの側面と当接する拘束壁面と、を備えており、
   前記低硬度部材は、前記切削インサートの側面の一部に形成されているとともに前記拘束壁面と当接することを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
3. 前記切削インサートは、前記インサート本体の側面に、前記インサート本体の内側に窪んだ凹部を有し、
   前記低硬度部材は、前記凹部内に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の切削工具。
4. 前記低硬度部材は、前記凹部内に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の切削工具。
5. 前記凹部は、該凹部から更に前記インサート本体の内側に窪んだ第二凹部を有し、
   該第二凹部と前記低硬度部材との間には、前記インサート本体の外側に開口する空隙が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の切削工具。
6. 前記切削インサートは、前記インサート本体の側面に、前記低硬度部材よりも硬度の高い高硬度部材を備えており、
   該高硬度部材は、前記切刃部の切削に使用される部分の下方に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の切削工具。
7. 前記凹部は、複数形成されており、
   前記高硬度部材は、前記凹部内に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の切削工具。
8. 前記低硬度部材は、前記インサート装着部の前記低硬度部材と当接する部分と同一の材質で形成されていることを特徴とする請求項1乃至７のいずれかに記載の切削工具。
9. 上面および側面を有するインサート本体と、上面と側面の間に設けられた切刃部と、を有する切削インサートにおいて、
   前記インサート本体の表面の一部に、該インサート本体よりも硬度の低い低硬度部材を備えることを特徴とする切削インサート。
10. 請求項１乃至８のいずれかに記載の切削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、
    前記被削材に切削工具を相対的に近づける工程と、
    前記切削工具と前記被削材のいずれか一方を回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、被削材の表面を切削する工程と、
    前記被削材と前記切削工具とを相対的に遠ざける工程と、
    を備えることを特徴とする切削方法。

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