JP2010069578A - Edge-exchangeable rotary tool for use in high-feed machining - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、工具突き出し量の長い高送り加工に適した構造のインサートを装着した刃先交換式切削工具に関する。 The present invention relates to a cutting edge exchangeable cutting tool equipped with an insert having a structure suitable for high feed processing with a long tool protrusion.
刃先交換式切削工具に関する技術が、特許文献1から3に開示されている。特許文献1は、直線状の主切刃のホーニング幅と角度を変化させて耐欠損性を改善する技術を開示している。特許文献2は、高送り切削加工に適した刃先交換式切削工具が開示されている。特許文献3は、平坦なランドを設けた刃先交換式切削工具が開示されている。
本願発明は、切削用インサートの主切刃の耐欠損性を維持しながら切削抵抗の低抵抗化を可能とし、特に工具突き出し量が200mmを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートを装着した刃先交換式回転工具を提供することである。 The present invention makes it possible to reduce the cutting resistance while maintaining the fracture resistance of the main cutting edge of the cutting insert, and in particular, an insert suitable for high-feed machining when the tool protrusion amount exceeds 200 mm. It is to provide an attached blade-tip-replaceable rotary tool.
本願発明は、着脱可能なインサートを用いた高送り用刃先交換式回転工具において、該インサートはすくい面と逃げ面との稜線部を切刃とし、該切刃は、コーナー刃と該コーナー刃を挟んで主切刃と外周刃とを備え、該主切刃における回転工具最下点と該主切刃と該コーナー刃との繋ぎ部を結んだ線分が工具回転軸の垂線となす角度(度)をθとしたとき、5≦θ≦30であり、該主切刃は該線分に対して工具回転軸と垂直な方向に凸形状であり、該すくい面には該主切刃に対して略垂直な方向で内向きに該主切刃の稜線部からネガホーニング、フラットランド、ブレーカ溝を有し、該最下点における該ネガホーニングの幅(mm)をH1、該フラットランドの幅(mm)をF1、該繋ぎ部における該ネガホーニングの幅(mm)をH2、該フラットランドの幅(mm)をF2、としたとき、ネガホーニング幅とフラットランド幅とが該最下点から該繋ぎ部に向かって漸次増加し、0.03≦H1≦0.1、0.15≦H1/H2≦0.5、0.03≦F1≦0.1、0.15≦F1/F2≦0.5、であることを特徴とする高送り加工用刃先交換式回転工具である。上記の構成を採用することによって、切削用インサートの主切刃の耐欠損性を維持しながら切削抵抗の低抵抗化を可能とし、特に工具突き出し量が200mmを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートを装着した刃先交換式回転工具を提供することができる。 The present invention relates to a high-feed-blade replaceable rotary tool using a detachable insert, wherein the insert has a ridge line portion between a rake face and a flank face as a cutting edge, and the cutting edge includes a corner edge and the corner edge. The main cutting edge and the outer peripheral edge are sandwiched, and the angle formed by the line segment connecting the lowest point of the rotary tool on the main cutting edge and the connecting portion between the main cutting edge and the corner edge with the perpendicular of the tool rotation axis ( Θ) is 5 ≦ θ ≦ 30, and the main cutting edge has a convex shape in a direction perpendicular to the tool rotation axis with respect to the line segment, and the rake face has the main cutting edge on the main cutting edge. From the ridgeline portion of the main cutting edge in a direction substantially perpendicular to the main knives, there is a negative honing, a flat land, and a breaker groove, and the width (mm) of the negative honing at the lowest point is H1, The width (mm) is F1, the negative honing width (mm) at the joint is H2, When the width (mm) of the rat land is F2, the negative honing width and the flat land width gradually increase from the lowest point toward the connecting portion, and 0.03 ≦ H1 ≦ 0.1,. 15 ≦ H1 / H2 ≦ 0.5, 0.03 ≦ F1 ≦ 0.1, 0.15 ≦ F1 / F2 ≦ 0.5. . By adopting the above configuration, it is possible to reduce the cutting resistance while maintaining the fracture resistance of the main cutting edge of the cutting insert, and in particular, high feed machining when the tool protrusion exceeds 200 mm. It is possible to provide a blade-exchangeable rotary tool equipped with a suitable insert.
本願発明の高送り加工用刃先交換式回転工具は、少なくとも該インサート上面の該主切刃の近傍には、該主切刃の接線に対して略直交する方向に縦長に形成された複数のU字溝を有し、また該U字溝どうしの間にはすくい面を有することが好ましい。また、該繋ぎ部における該U字溝どうしの間のすくい面の幅(mm)をRW、該U字溝の横幅(mm)をUW、縦方向長さ(mm)をUH、該主切刃の稜線部から該U字溝端までの長さ(mm)をUL、としたとき、0.3≦RW≦0.35、1.5≦RW/UW≦2.0、UH≧1、0.45≦UL≦0.8、であることが好ましい。 The high-feed cutting edge replaceable rotary tool of the present invention has a plurality of U's formed vertically at least in the vicinity of the main cutting edge on the upper surface of the insert in a direction substantially orthogonal to the tangent to the main cutting edge It is preferable to have a groove and a rake face between the U-shaped grooves. Further, the width (mm) of the rake face between the U-shaped grooves in the connecting portion is RW, the horizontal width (mm) of the U-shaped groove is UW, the longitudinal length (mm) is UH, and the main cutting edge When the length (mm) from the ridge line portion to the U-shaped groove end is UL, 0.3 ≦ RW ≦ 0.35, 1.5 ≦ RW / UW ≦ 2.0, UH ≧ 1, 0. It is preferable that 45 ≦ UL ≦ 0.8.
本願発明は、インサートの主切刃の耐欠損性を維持しながら切削抵抗の低抵抗化を可能とし、特に工具突き出し量が200mmを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートを装着した刃先交換式回転工具を提供することができた。 The present invention makes it possible to reduce the cutting resistance while maintaining the fracture resistance of the main cutting edge of the insert, and in particular, an insert suitable for high-feed machining when the tool protrusion amount exceeds 200 mm is mounted. We were able to provide a blade-changeable rotary tool.
本願発明の高送り加工用刃先交換式回転工具の概略について、図を用いて説明する。まず、図1は本願発明の回転工具本体1とインサート2の装着の様子を説明する図を示す。図1に示すように、インサート2は中央部に設けた取付け孔3を介して、クランプねじ4により回転工具本体1に装着される。図2はインサート2を回転工具本体1に装着したときの図を示す。図2において、本願発明の切刃は、コーナー刃5を挟むように主切刃6と外周刃7が形成されている。インサートを回転工具本体に装着したとき、主切刃は最下点8を有する。外周刃は工具回転軸に対して外側に位置し、他方、取付け穴に関して外周刃と対称な面は、回転工具本体に装着したときの拘束面になる。インサートは、工具回転軸方向に対して所定の角度に傾けた状態で装着され、バックテーパがついた状態になっている。本願発明の刃先交換式切削工具は、切込深さap値を主切刃の範囲内で設定する為、たとえ垂直の立壁を加工したとしても外周刃は切削には関与せず、切刃としての役割はしないため切削抵抗が発生しない。図3は、図2に示すインサート2を拡大した図である。図3に示すインサート2は、本願発明の第1の実施形態である。図3に示すように、本願発明の刃先交換式切削工具に装着されたインサートの主切刃の最下点8とし、主切刃とコーナー刃との繋ぎ部9とし、最下点8と繋ぎ部9とを結んだ線分が工具回転軸に垂直な直線となす角度(度)をθとしたとき、5≦θ≦30である。更に該主切刃は該線分に対して工具回転軸と垂直な方向に凸形状である。主切刃の形状は曲線状、円弧状、若しくはこれらと直線の組み合わせにより形成されてもよい。本願発明のインサートのサイズは、内接円の直径が6mm〜16mm、最下点8、交点10、繋ぎ部9の3点を結んだ円弧の半径Rは、6mmから20mmとするのが好ましい。ここで、該交点10とは、該線分の垂直2等分線と主切刃との交点であり、該交点10は最下点8と繋ぎ部9とを結んだ線分に対して工具回転軸と垂直な方向に外側となっている。図4に本願発明のインサートの斜視図を示す。インサートは略四角形状をなし、工具本体の着座面と接する底面11、この底面と対向するすくい面12、底面とすくい面との間に形成された逃げ面13を備えている。そして、すくい面と逃げ面とがなす稜線部には切刃が形成され、インサート中央部に設けた取付け孔に対して対称な位置にも同様に切刃が形成されている。
An outline of the high-feed cutting edge replaceable rotary tool of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a view for explaining how the rotary tool
図5は図4に示すインサートの主切刃における最下点8付近のA−A線の断面図であり、ネガホーニング幅がH1、フラットランドの幅がF1であることを示す。図6は図4に示す主切刃とコーナー刃との繋ぎ部9付近のB−B線の断面図であり、ネガホーニング幅がH2、フラットランドの幅がF2であることを示す。高送り加工用の刃先交換式切削工具には、主切刃のすくい面側には、主切刃の耐欠損性を向上させ、特にコーナー刃近傍の外周側における耐欠損性の向上を目的にネガホーニング及びフラットランドを設けて切刃強度の強化を図っている。しかし、ネガホーニング及びフラットランドは、その幅が広いと耐欠損性は向上する反面、切削抵抗が増大して切削に使用する工作機械、例えば、マシニングセンターなどの工作機械への負荷が大きくなり、高能率な高送り加工が出来なくなる。また、突き出し量が200mmを超えるような長い場合、又は、工具径に対して4倍以上の突き出し量を有する工具には、ビビリ振動が大きくなり切刃の欠損が発生し易い状態となり、被削材の加工面粗さの劣化も生じる。一方、ネガホーニング及びフラットランドは、その幅が小さいと切削抵抗は小さくなるが切刃強度の強化が不十分となり切刃が欠損し易くなる。従って、ネガホーニング幅及びフラットランド幅の設定は、被削材の剛性が弱く、切削中にビビリ振動などが発生し易くなる突き出し量が200mmを超えるような長い場合、又は、工具径に対して4倍以上の突き出し量を有する工具にはネガホーニング幅及びフラットランド幅を小さく設定し、強断続切削になって切刃の欠損が発生し易いときには逆に大きく設定する。ネガホーニングの角度α(度)は、5≦α≦30に設定することが好ましく、α値は、該最下点8から該繋ぎ部9の間で変化させても良い。更に、すくい面にブレーカ溝を設けることで、切削抵抗の低減化が可能となる。ブレーカ溝のすくい角β(度)は、β≦20、より好ましくは10≦β≦20にすることが好ましい。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in the vicinity of the
図7は本願発明の切削工具の主切刃部分における切屑厚みのを説明するための模式図である。本願発明は、工具回転軸方向下側に凸形状となっている円弧状の主切刃によって生成される切屑厚みは、主切刃の長さ方向の全てに渡って一定の厚みではない。例えば、主切刃の半径Rが15mmの場合、高送り加工の切削条件として、切込深さap値が1.5mm、1刃の送り量fz値が1.5mmで加工したときの切屑厚みT2は、約0.6mm、最下点8付近での切屑厚みT1は、約0.06mmとなる。即ち、T1値はT2値の約1/10まで薄くなる。これより、本願発明は、切屑厚みが厚くなるコーナー刃近傍の箇所と、切屑厚みが最も薄くなる最下点8付近とでは、夫々切刃の部位により適切なネガホーニング幅及びフラットランド幅を設けることにより、切削抵抗を低減し、同時に耐欠損性を改善した刃先交換式切削工具を実現することができる。上記の通り、切削抵抗を低減させる為には、切屑厚みが最も薄くなる最下点8のH1値、F1値を小さくすることである。このとき、H1値、F1値を小さくしても、切屑厚みは薄いことから、耐欠損性が大幅に損なわれることは無い。他方、切屑厚みが最大となるコーナー刃近傍の外周側の箇所では、ネガホーニング幅及びフラットランド幅を大きくすることによって耐欠損性を向上させなければならない。ここでインサートの主切刃におけるコーナー刃近傍の外周側では、耐欠損性を優先して改善する。本願発明は、ネガホーニング幅及びフラットランド幅が主切刃の最下点8のH1値、F1値を最小とし、主切刃とコーナー刃との繋ぎ部9のH2値、F2値を最大として、回転工具最下点8から該繋ぎ部9に向かって漸次増加させることにより、主切刃の耐欠損性と低抵抗化の両立を可能としている。これに対して、従来の高送り加工用工具におけるインサートのネガホーニング幅は略0.2mmの一定幅、フラットランド幅も一定幅が施されているため、工具最下点付近はネガホーニングの中で切削が行われていることになり、切れ味が悪く、大きな切削抵抗を示していた。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the chip thickness at the main cutting edge portion of the cutting tool of the present invention. In the present invention, the chip thickness generated by the arcuate main cutting edge that is convex downward in the tool rotation axis direction is not constant over the entire length direction of the main cutting edge. For example, when the radius R of the main cutting edge is 15 mm, the chip thickness when machining is performed with a cutting depth ap value of 1.5 mm and a cutting amount fz value of 1.5 mm as cutting conditions for high-feed machining. T2 is about 0.6 mm, and the chip thickness T1 near the
本願発明のインサートにおいて、まず主切刃のH1値(mm)は、0.03≦H1≦0.1とする必要がある。その理由は、加工時のfz値と最下点8付近の切屑厚みを割り出し、その値を元にH1値を設定したとき、H1値が0.03mm未満では耐欠損性が著しく低下してしまうからである。これは、刃先強度が不足する為、切屑厚みの影響よりも、切削時にインサートの最下点と被削材が接触するときの衝撃で欠損が発生する為である。一方、H1値が0.1mmを超えて大きいと切削抵抗が増大して不都合となってしまう。次に、H2値(mm)は、H1値を設定の後、H1値とH2値との比、H1/H2値が0.15〜0.5となるように設定する必要がある。こうすることで、主切刃の耐欠損性と切削抵抗のバランスが最も良く、また、耐欠損性を損なうことなく10%以上の切削抵抗の低減が可能である。但し、H2値は、切刃の耐欠損性や切削抵抗増大に配慮して、0.1〜0.5mmの範囲内で設定することが好ましい。こうすることで、H1値を最下点付近の切屑厚みT1よりも約30%広い幅としても、ネガホーニング幅の中で切削している範囲が少ない為、10%以上の切削抵抗の低減が可能である。
In the insert of the present invention, first, the H1 value (mm) of the main cutting edge must be 0.03 ≦ H1 ≦ 0.1. The reason for this is that when the fz value at the time of machining and the chip thickness near the
次に、本願発明のインサートにおいて、主切刃のF1値(mm)は、0.03≦F1≦0.1とする必要がある。その理由は、F1値が0.03mm未満では切刃強度の強化に有効ではなくなり耐欠損性が低下するからである。刃先強度が不足すると、切削時にインサートの最下点と被削材が接触するときの衝撃で欠損が発生する。一方、F1値が0.1mmを超えて大きいと切削抵抗が増大する不都合が生じる。次に、F2値(mm)は、F1値を設定の後、F1/F2値が0.15〜0.5となるように設定する必要がある。こうすることで、主切刃のすくい面における摩耗の進行を遅延させることに効果的となる。F2値が広い程、すくい面の特にコーナー刃近傍の外周側における摩耗を遅延させる効果があり、耐欠損性が向上するのである。但し、F2値は、切刃の耐欠損性や切削抵抗増大に配慮して、0.1〜0.5mmの範囲内で設定することが好ましい。F2値が過度に広い場合は、切屑の排出性が損なわれて切削抵抗が増大する。切屑をブレーカ溝へと誘導する流れが阻害される不都合が生じるためである。 Next, in the insert of the present invention, the F1 value (mm) of the main cutting edge needs to be 0.03 ≦ F1 ≦ 0.1. The reason is that if the F1 value is less than 0.03 mm, it is not effective in strengthening the cutting edge strength and the fracture resistance is lowered. If the strength of the cutting edge is insufficient, a chipping occurs due to an impact when the lowermost point of the insert comes into contact with the work material during cutting. On the other hand, if the F1 value is larger than 0.1 mm, there is a disadvantage that the cutting resistance increases. Next, after setting the F1 value, the F2 value (mm) needs to be set so that the F1 / F2 value is 0.15 to 0.5. This is effective in delaying the progress of wear on the rake face of the main cutting edge. A wider F2 value has an effect of delaying wear on the rake face, particularly on the outer peripheral side in the vicinity of the corner blade, and the fracture resistance is improved. However, it is preferable to set the F2 value within a range of 0.1 to 0.5 mm in consideration of chipping resistance and cutting resistance increase. When the F2 value is excessively wide, the chip discharge performance is impaired and the cutting resistance increases. This is because the flow of guiding the chips into the breaker groove is hindered.
本願発明の切削工具は、高送り加工において切削時に生成される切屑が主切刃に対して略直交する方向に排出される。そこで図3に示すように、インサートのすくい面の、少なくともコーナー刃近傍の外周側には、略円弧状の主切刃の接線に対して略直交する方向に縦長に形成された複数のU字溝16を設けることが好ましい。U字溝どうしの間にはすくい面18を有する。切屑がこのすくい面18に沿って通過し、すくい面と切屑との接触面積が減少して摩擦力が減少し、また摩擦による温度上昇も緩和される。このことによって、低抵抗化を図り、摩耗の進行も遅延させることが可能となり好ましい。特に主切刃におけるコーナー刃近傍の外周側には、ネガホーニング幅、フラットランド幅を共に幅広く設定して切削抵抗は高くなる傾向にあることから、このすくい面の部位にU字溝を設けることは好ましい。ここで隣り合うU字溝の間に設けたすくい面部分の断面形状は、緩やかな丘形状をなしており、この丘形状部分が切屑と接触する面となる。主切刃にかかる負荷は、工具外周側となる繋ぎ部近傍になる程大きくなることから、先の改善では、H2値をH1値よりも大きく設定して切刃強度を改善した。ここで、繋ぎ部近傍とは、主切刃と該線分の垂直2等分線との該交点10から該繋ぎ部9までの範囲のことである。切刃強度を改善では、切削抵抗の低減化対策は施されなかったが、ここでU字溝の配置により低減化対策を施すことができるため、好ましい。工具外周側のすくい面にU字溝を設けて、切削抵抗の低減化を図ることができる。これは、切屑とすくい面との接触面積を少なくできるからである。特に工具突き出し量が200mmを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートは、切削抵抗の低抵抗化を図ることが好ましいのである。
また、図8は図4に示すインサートにおけるホーニング部のC−C線の断面図を示す。図8に示すように、繋ぎ部近傍におけるU字溝の横幅(mm)をUW、該U字溝どうしの間の該すくい面の幅(mm)をRWとしたとき、0.3≦RW≦0.35、1.5≦RW/UW≦2.0、であることが好ましい。繋ぎ部近傍の工具外周側のすくい面におけるUW値、RW値を上記の範囲に設定することにより、工具外周側のすくい面摩耗の進行に悪影響を及ぼさない範囲で切削抵抗の低抵抗化を図ることができる。RW値が0.3未満、或いはRW/UW値が1.5未満では、切屑との接触面積が減少して切削抵抗の低減化をもたらすが、その反面、すくい面の摩耗の進行が顕著となり、切刃の耐欠損性を劣化させることになる。一方、RW値が0.35を超えて長く、或いはRW/UW値が2.0を超えて大きいときは、すくい面の摩耗の進行が抑制され、切刃の耐欠損性を維持することができるが、切屑との接触面積の低減化が不十分のため切削抵抗の低減化を得ることができない。
U字溝のUH値は、UH≧1であることが好ましい。この理由は、UH値が1未満ではU字溝が短すぎて切屑接触面積の低減が十分でないため、切削抵抗の低抵抗化に有効とはならないからである。ここでUH値の上限値はすくい面の形態によって決定されるため、特に定めない。
UL値は、0.45≦UL≦0.8であることが好ましい。この理由は、切屑がすくい面と接触する領域を配慮し、U字溝がすくい面摩耗の進行に悪影響を及ぼさない範囲で切削抵抗の低抵抗化を図ることができるからである。UL値が0.45未満では、U字溝の開始位置が切刃に近すぎるため、すくい面の摩耗進行が早くなり、耐欠損性を劣化させてしまう。一方、ULが0.8を超えて長いときは、切削抵抗の低抵抗化に有効とはならないのである。
また、U字溝のピッチ(mm)をUPとしたとき、UP値が回転工具最下点から繋ぎ部に向かって漸次増加するように変化させることによって、切削時の低抵抗化と耐欠損性とのバランスが好適となる。しかも、UP値が回転工具最下点から繋ぎ部に向かって漸次増加するように変化すれば、工具外周側のU字溝数を工具最下点と比較して少なくすることになり、工具外周側のすくい面摩耗の進行を遅延させることにも有効であり、切削抵抗の低減化と切刃の耐欠損性のバランスがとれるのである。逆に、繋ぎ部近傍のUP値を比較的幅狭く設定すると、U字溝の存在密度が大きくなってすくい面の面積が減少する。すると切屑との接触面積がより小さくなり切削抵抗の低減化が図れるものの、すくい面の摩耗が進行してしまい、切刃の耐欠損性を損なうことになってしまう。一方、すくい面における回転工具最下点近傍のUP値を小さく設定することは、U字溝の存在密度を大きくして更に切削抵抗の低減化に有効となる。最下点近傍では切屑厚さも薄く、すくい面の摩耗の進行が遅いため、UP値を小さく設定することの方が有効である。
また、U字溝の深さをdとしたとき、d値は1mmより深くなるとインサートの強度が不足し、特に高送り加工に於いては切刃に大きな負荷がかかり破損し易くなる為、d値は1mm以下に設定するのが好ましい。また、刃先強度を維持するため、d値は最下点から繋ぎ部に向かって漸次減少することが好ましい。また、本願発明の第2の形態として、図9に略3角形をした3箇所の主切刃を設けたものを示す。これらについても、本願発明と同様な効果を得ることができる。
In the cutting tool of the present invention, chips generated during cutting in high-feed machining are discharged in a direction substantially orthogonal to the main cutting edge. Therefore, as shown in FIG. 3, at least on the outer peripheral side of the rake face of the insert, in the vicinity of the corner blade, a plurality of U-shapes that are vertically formed in a direction substantially perpendicular to the tangent to the substantially arc-shaped main cutting blade It is preferable to provide the
Moreover, FIG. 8 shows sectional drawing of CC line of the honing part in the insert shown in FIG. As shown in FIG. 8, when the width (mm) of the U-shaped groove in the vicinity of the joint is UW and the width (mm) of the rake face between the U-shaped grooves is RW, 0.3 ≦ RW ≦ It is preferable that 0.35 and 1.5 ≦ RW / UW ≦ 2.0. By setting the UW value and RW value on the rake face on the tool outer peripheral side in the vicinity of the joint to the above ranges, the cutting resistance is reduced in a range that does not adversely affect the progress of rake face wear on the tool outer peripheral side. be able to. If the RW value is less than 0.3 or the RW / UW value is less than 1.5, the contact area with the chips is reduced and cutting resistance is reduced, but on the other hand, the wear of the rake face becomes remarkable. This will deteriorate the chipping resistance of the cutting blade. On the other hand, when the RW value is longer than 0.35 or the RW / UW value is larger than 2.0, the progress of wear on the rake face is suppressed, and the chipping resistance of the cutting edge can be maintained. However, since the reduction of the contact area with the chips is insufficient, the cutting resistance cannot be reduced.
The UH value of the U-shaped groove is preferably UH ≧ 1. The reason is that if the UH value is less than 1, the U-shaped groove is too short and the chip contact area is not sufficiently reduced, so that it is not effective in reducing the cutting resistance. Here, since the upper limit value of the UH value is determined by the form of the rake face, it is not particularly defined.
The UL value is preferably 0.45 ≦ UL ≦ 0.8. This is because the cutting resistance can be reduced within a range in which the U-shaped groove does not adversely affect the progress of wear of the rake face in consideration of the region where the chips come into contact with the rake face. If the UL value is less than 0.45, the starting position of the U-shaped groove is too close to the cutting edge, so that the wear of the rake face is accelerated and the fracture resistance is deteriorated. On the other hand, when UL exceeds 0.8, it is not effective for reducing the cutting resistance.
In addition, when the U-groove pitch (mm) is UP, the UP value is changed so as to gradually increase from the lowest point of the rotary tool toward the joint, thereby reducing resistance and fracture resistance during cutting. And the balance is suitable. In addition, if the UP value changes so as to gradually increase from the lowest point of the rotary tool toward the connecting portion, the number of U-shaped grooves on the outer periphery side of the tool will be reduced compared to the lowest point of the tool, It is also effective in delaying the progress of wear on the side of the rake face, and it is possible to balance the reduction in cutting resistance and the fracture resistance of the cutting edge. On the contrary, if the UP value in the vicinity of the joint portion is set to be relatively narrow, the existence density of the U-shaped grooves increases and the area of the rake face decreases. Then, although the contact area with the chip becomes smaller and the cutting resistance can be reduced, the wear of the rake face proceeds and the chipping resistance of the cutting edge is impaired. On the other hand, setting a small UP value in the vicinity of the lowest point of the rotary tool on the rake face is effective for increasing the existence density of U-shaped grooves and further reducing the cutting resistance. In the vicinity of the lowest point, the chip thickness is also thin and the progress of wear on the rake face is slow, so it is more effective to set the UP value small.
Further, when the depth of the U-shaped groove is d, if the d value is deeper than 1 mm, the strength of the insert is insufficient, and particularly in high-feed machining, a large load is applied to the cutting blade, and it is easy to break. The value is preferably set to 1 mm or less. In order to maintain the cutting edge strength, it is preferable that the d value gradually decreases from the lowest point toward the joint. Further, as a second embodiment of the present invention, FIG. 9 shows a configuration in which three main cutting edges each having a substantially triangular shape are provided. Also in these cases, effects similar to those of the present invention can be obtained.
本願発明による切削抵抗低減と耐欠損性の効果を確認するため、以下に示す切削の試験条件により評価を行った。本発明例1のインサートは、粉末冶金の技術を用いて作成したWC基超硬合金製のインサートを使用した。インサートのサイズは、内接円の直径が14mm、厚みが5.56mm、主切刃の半径R値が15mmとした。本発明例1のインサートにおけるネガホーニング付与、該U字溝の付与は、プレス金型の形状設定時に行ない、金型プレス機でインサートの成形体を作成した。他の本発明例2〜17、比較例18〜22及び従来例23についても、成形用金型の形状設定の変更によってネガホーニング幅、フラットランド幅やU字溝の形状を変化させたが、それ以外は本発明例1と同様な方法で作成した。このとき、本発明例1〜17と比較例19から22のH2値は全て0.2mm、F2値は全て0.2mmで同じ値に設定した。また何れも、ネガホーニングの角度α(度)は20度、ブレーカ溝のすくい角β(度)は12度、d値は1mm以下とした。但し、従来例23のインサートは、主切刃全体に渡ってネガホーニング幅が0.2mmで一定幅のものを使用した。上記の値であれば、刃先強度は十分確保されていると考えたからである。
本発明例1のインサートを工具径63mmの切削工具本体に1個装着した1枚刃で切削抵抗測定の評価を行った。切削抵抗の評価は、被削材として平坦な加工面のS50C材を使用して10分間の切削を行ない、切削抵抗値が従来例23と比較して10%以上低下したものを、効果ありと判断した。
次に、被削材として、図10に示す径6mmの孔が多数形成されたS50C材を使用し、強断続切削による高送りの平面削り加工を60分間行ない、耐欠損性の評価を行なった。この耐欠損性の評価試験では、インサートを5個用い、切削工具本体に1個装着した1枚刃で60分間の切削を5回行なって評価した。評価は、60分間の切削において切刃の欠損の有無を評価した。本発明例2から17、比較例18から22、従来例23のインサートについても本発明例1と同様に評価した。結果は、60分間の切削で5個中全てが欠損すること無く加工が可能であったものは○印、5個中1個でも欠損が発生したものは×印で示した。本発明例1から17、比較例18から22、従来例23のH1値、H1/H2値、F1値、F1/F2値、すくい面のU字溝の条件、評価結果を表1に示す。
(試験条件)
加工方法:平面削り、乾式切削加工
切削速度Vc:120m/分
回転数n:606min−1
1刃当りの送り量fz:1.5mm/刃
軸方向切込み量ap:1.5mm
径方向切込み量ae:40mm
工具突出し長さ:250mm
In order to confirm the effects of cutting resistance reduction and fracture resistance according to the present invention, evaluation was performed under the following cutting test conditions. As the insert of Example 1 of the present invention, an insert made of WC-based cemented carbide prepared by using powder metallurgy technology was used. As for the size of the insert, the diameter of the inscribed circle was 14 mm, the thickness was 5.56 mm, and the radius R value of the main cutting edge was 15 mm. The application of negative honing and the U-shaped groove in the insert of Example 1 of the present invention were performed at the time of setting the shape of the press mold, and a molded body of the insert was created with a mold press machine. For other Invention Examples 2-17, Comparative Examples 18-22 and Conventional Example 23, the shape of the negative honing width, flat land width and U-shaped groove was changed by changing the shape setting of the molding die. Other than that was created in the same manner as in Example 1 of the present invention. At this time, the H2 values of Invention Examples 1 to 17 and Comparative Examples 19 to 22 were all set to 0.2 mm, and the F2 values were all set to the same value of 0.2 mm. In all cases, the negative honing angle α (degree) was 20 degrees, the rake angle β (degree) of the breaker groove was 12 degrees, and the d value was 1 mm or less. However, the insert of Conventional Example 23 used a negative honing width of 0.2 mm and a constant width over the entire main cutting edge. This is because it is considered that the blade edge strength is sufficiently secured with the above values.
The cutting resistance measurement was evaluated with a single blade in which one insert according to Invention Example 1 was mounted on a cutting tool body having a tool diameter of 63 mm. The evaluation of the cutting resistance is effective when cutting is performed for 10 minutes using an S50C material having a flat work surface as the work material, and the cutting resistance value is reduced by 10% or more compared to the conventional example 23. It was judged.
Next, as a work material, an S50C material having a large number of holes with a diameter of 6 mm shown in FIG. 10 was used, and high-feed surface cutting by strong interrupted cutting was performed for 60 minutes to evaluate fracture resistance. . In this fracture resistance evaluation test, five inserts were used, and a 60-minute cut was performed five times with a single blade mounted on the cutting tool body for evaluation. In the evaluation, the presence / absence of a cutting edge defect was evaluated after cutting for 60 minutes. The inserts of Invention Examples 2 to 17, Comparative Examples 18 to 22, and Conventional Example 23 were also evaluated in the same manner as Invention Example 1. The results were indicated by a mark “◯” for those that could be processed without loss of all 5 pieces after cutting for 60 minutes, and a mark “×” for cases where even 1 out of 5 pieces was broken. Table 1 shows the H1 value, H1 / H2 value, F1 value, F1 / F2 value, U-groove condition of the rake face, and evaluation results of Invention Examples 1 to 17, Comparative Examples 18 to 22, and Conventional Example 23.
(Test conditions)
Processing method: Planing, dry cutting Cutting speed Vc: 120 m / min Rotational speed n: 606 min −1
Feed rate per tooth fz: 1.5 mm / tooth Axial cutting depth ap: 1.5 mm
Radial cutting depth ae: 40 mm
Tool overhang length: 250 mm
表1に示す評価結果より、まず切削抵抗測定の試験では従来例23のインサートを用いてfz値が1.5mm/刃の高送り加工を行った場合、ネガホーニング幅を0.2mmに一定にした従来例23の10分間の切削を行なった時点での切削抵抗値は3777Nであった。この値を基準にして、10%以上の切削抵抗低減化の有効性について、本発明例1から17、比較例18から22を評価した。その結果、本発明例1から17、比較例18から20は、目標である10%以上の切削抵抗の低減化を達成した。本発明例1から17は、工具突出し長さが250mmと長い条件であるにも拘らず、ビビリ振動の発生も無く加工出来た。切削抵抗が低減出来たことにより工作機械への負担が軽減され、切削送り量を更に上げて加工することが可能となった。特に、H1値は工具最下点付近の切屑厚み以下にすることが好ましい。
また、本発明例1から17の中で比較すると、本発明例1、2、4から17はすくい面に複数のU字溝を設けたため、16.6%以上の切削抵抗低減を達成できた。しかし本発明例3は、U字溝を設けなかったため、切削抵抗低減率は14%に留まった。U字溝を設けることは、切削抵抗低減にとって有効であった。本発明例1、4から6の4種を用いて、RW値の比較をした。本発明例4はRW値が0.25のため切削抵抗低減率は20.6%と最も良好であったが、すくい面の観察において4種の中でも、摩耗進行が最も進んでいた。本発明例6はRW値が0.4のため摩耗進行は少なかったが、切削抵抗低減率は17.9%に留まった。本発明例1、5はRW値が0.3から0.35のため、摩耗進行が抑えられつつ高い切削抵抗低減率が得られ、両者のバランスが良好であった。本発明例1、7から9の4種を用いて、RW/UW値の比較をした。本発明例7はRW/UW値が1.0のため切削抵抗低減率は20.3%となったが、すくい面の摩耗進行が観察された。本発明例9はRW/UW値が2.5のため摩耗進行は少なかったが、切削抵抗低減率は16.6%に留まった。本発明例1、8はRW/UW値が1.5から2のため、摩耗進行が抑えられつつ高い切削抵抗低減率が得られ、両者のバランスが良好であった。本発明例1、10から12の4種を用いて、UH値の比較をした。本発明例10はUH値が0.5のため切削抵抗低減率は18.3%に留まったが、本発明例1、11、12はUH値が1.0以上であったため切削抵抗低減率は19.1%以上となり、優れていた。本発明例1、13から15の4種を用いて、UL値の比較をした。4種とも、同一の切削抵抗の低減率を示したが、本発明例13から本発明例1、14、15へとUL値の小さい順により大きなすくい面の摩耗進行が観察された。本発明例1、16、17の3種を用いて、H1値、H1/H2値を同じ条件のとして、F1値、F1/F2値を変化させたときの切削抵抗を比較した。フラットランド幅が広くなるに従って切削抵抗は増大した。特に、本発明例1、16との差は25Nであった。また、本発明例2、16を用いて、F1値、F1/F2値を同じ条件のとして、H1値、H1/H2値を変化させたときの切削抵抗を比較すると、両者の差は30Nであった。従って、切削抵抗の低減化には、ネガホーニング幅の影響の方が大きいと考えられる。
一方、比較例21、22は、夫々H1/H2値が0.6、0.75、F1/F2値が0.6、0.75と大きく、工具の最下点近傍ではネガホーニング幅の中で切削している範囲が長い為、目標とした切削抵抗10%低減は達成出来なかった。更に、比較例21、22は切削中にビビリ振動が発生した。特に、工具突出し長さが250mmと長い条件の場合にはビビリ振動の発生が顕著となり、主切刃に欠損を誘発した。更に機械の主軸を傷めてしまう為、試験に使用した主軸出力が15kWのBT50主軸の工作機械では、高能率な高送り加工が出来なかった。
次に、主切刃の耐欠損性の評価では、切削時間60分まで加工するまでの間、夫々の欠損の有無を確認した。試験の結果を表1に併記した。表1より、本発明例1から17と比較例21、22は、60分間の切削で5個中全てが欠損すること無く加工することが可能であったたため○印で示した。しかし、比較例18は5個中5個全てが60分間加工出来ずに折損が発生した。各インサートの切削時間は、37分、40分、50分、43分、49分であった。同様に、比較例19は5個中4個が、また比較例20は5個中2個が60分間加工出来ずに欠損が発生した。5個中1個でも欠損が発生したものは、×印で示した。試験後に切刃の観察を行なった所、欠損が発生した場所は、主切刃の最下点付近であったことから、欠損の原因は、最下点のネガホーニング幅、フラットランド幅が共に小さいことにより、刃先強度が不足している為であると考えた。このことより、耐欠損性を維持するためには、H1値、F1値は0.03mm以上が必要である。特に、最下点付近の切屑厚みは約0.06mmとなることから、H1値は切屑厚みの約半分以上あれば耐欠損性が確保出来る。以上の試験結果により、切削抵抗と耐欠損性との2項目の総合評価において本発明例1から17は良好な結果を示し、耐欠損性を損なうこと無く切削抵抗の低減化を可能した。
From the evaluation results shown in Table 1, first, in the test of cutting resistance measurement, when high feed processing with fz value of 1.5 mm / blade was performed using the insert of Conventional Example 23, the negative honing width was kept constant at 0.2 mm. The cutting resistance value at the time of performing the cutting for 10 minutes of the conventional example 23 was 3777N. Based on this value, Invention Examples 1 to 17 and Comparative Examples 18 to 22 were evaluated for the effectiveness of reducing the cutting resistance by 10% or more. As a result, Examples 1 to 17 of the present invention and Comparative Examples 18 to 20 achieved a target reduction in cutting resistance of 10% or more. Inventive examples 1 to 17 were able to be processed without chatter vibration despite the long tool protrusion length of 250 mm. By reducing the cutting resistance, the load on the machine tool was reduced, and it became possible to further increase the cutting feed amount. In particular, the H1 value is preferably less than the chip thickness near the tool lowest point.
Further, when compared with Examples 1 to 17 of the present invention, Examples 1, 2, 4 to 17 of the present invention provided a plurality of U-shaped grooves on the rake face, and thus achieved a cutting resistance reduction of 16.6% or more. . However, in Example 3 of the present invention, the U-shaped groove was not provided, so the cutting resistance reduction rate was only 14%. Providing the U-shaped groove was effective for cutting resistance reduction. The RW values were compared using the four types of Invention Examples 1, 4 to 6. In Invention Example 4, since the RW value was 0.25, the cutting resistance reduction rate was 20.6%, which was the best, but in the rake face observation, the progress of wear was the most advanced among the four types. In Invention Example 6, since the RW value was 0.4, the progress of wear was small, but the cutting resistance reduction rate remained at 17.9%. In Invention Examples 1 and 5, since the RW value was 0.3 to 0.35, a high cutting resistance reduction rate was obtained while the progress of wear was suppressed, and the balance between the two was good. The RW / UW values were compared using the inventive examples 1 and 7 to 9. In Example 7 of the present invention, the RW / UW value was 1.0, and the cutting resistance reduction rate was 20.3%, but the wear progress of the rake face was observed. In Invention Example 9, since the RW / UW value was 2.5, the progress of wear was small, but the cutting resistance reduction rate was only 16.6%. In Invention Examples 1 and 8, since the RW / UW value was 1.5 to 2, a high cutting resistance reduction rate was obtained while the progress of wear was suppressed, and the balance between them was good. Using four types of Invention Examples 1, 10 to 12, the UH values were compared. Invention Example 10 had a UH value of 0.5, so the cutting resistance reduction rate remained at 18.3%, but Invention Examples 1, 11, and 12 had UH values of 1.0 or more, so the cutting resistance reduction rate. Was 19.1% or more and was excellent. The UL values were compared using the four types of Invention Examples 1 and 13 to 15. All four types showed the same cutting force reduction rate, but a larger rake face wear progression was observed from Example 13 of the present invention to Examples 1, 14, and 15 of the present invention in ascending order of the UL value. Using the three types of Invention Examples 1, 16, and 17, the H1 value and the H1 / H2 value were the same, and the cutting resistance when the F1 value and the F1 / F2 value were changed was compared. The cutting force increased as the flat land width increased. In particular, the difference from Examples 1 and 16 of the present invention was 25N. Further, when the cutting resistance when the H1 value and the H1 / H2 value were changed using the present invention examples 2 and 16 under the same conditions of the F1 value and the F1 / F2 value, the difference between them was 30N. there were. Therefore, it is considered that the negative honing width has a greater influence on the reduction of the cutting resistance.
On the other hand, Comparative Examples 21 and 22 have large H1 / H2 values of 0.6 and 0.75 and F1 / F2 values of 0.6 and 0.75, respectively, and have a negative honing width in the vicinity of the lowest point of the tool. Since the cutting range was long, the targeted cutting resistance could not be reduced by 10%. Further, in Comparative Examples 21 and 22, chatter vibration occurred during cutting. In particular, when the tool protrusion length was as long as 250 mm, chatter vibrations were prominent, and a defect was induced in the main cutting edge. Furthermore, since the spindle of the machine is damaged, the machine tool of the BT50 spindle having a spindle output of 15 kW used in the test cannot perform high-efficiency high-feed machining.
Next, in the evaluation of chipping resistance of the main cutting edge, the presence or absence of each chipping was confirmed until the cutting time was processed up to 60 minutes. The test results are also shown in Table 1. From Table 1, Examples 1 to 17 of the present invention and Comparative Examples 21 and 22 were indicated by ◯ because they could be processed without loss of all 5 pieces after cutting for 60 minutes. However, in Comparative Example 18, all 5 out of 5 pieces could not be processed for 60 minutes, and breakage occurred. The cutting time of each insert was 37 minutes, 40 minutes, 50 minutes, 43 minutes, and 49 minutes. Similarly, in Comparative Example 19, 4 out of 5 pieces, and in Comparative Example 20, 2 out of 5 pieces could not be processed for 60 minutes, and defects occurred. Those in which a defect occurred even in one of the five was indicated by a cross. Since the cutting edge was observed after the test and the location where the defect occurred was near the lowest point of the main cutting edge, the cause of the defect was both the negative honing width and the flat land width at the lowest point. It was thought that it was because the edge strength was insufficient due to the small size. Therefore, in order to maintain the fracture resistance, the H1 value and the F1 value need to be 0.03 mm or more. In particular, since the chip thickness near the lowest point is about 0.06 mm, the chipping resistance can be secured if the H1 value is about half or more of the chip thickness. From the above test results, Examples 1 to 17 of the present invention showed good results in the comprehensive evaluation of the two items of cutting resistance and fracture resistance, and the cutting resistance could be reduced without impairing fracture resistance.
1:回転工具本体
2:インサート
3:インサート取付け孔
4:クランプねじ
5:コーナー刃
6:主切刃
7:外周刃
8:主切刃の最下点
9:主切刃とコーナー刃との繋ぎ部
10:最下点8と繋ぎ部9とを結んだ線分の垂直2等分線と主切刃との交点
11:インサート底面
12:すくい面
13:逃げ面
14:切込み深さapにおける主切刃上の点
15:ネガホーニング
16:U字溝
17:フラットランド
18:U字溝どうしの間のすくい面
H1:ネガホーニング幅
H2:ネガホーニング幅
F1:フラットランド幅
F2:フラットランド幅
UP:U字溝のピッチ
UW:U字溝の横幅
UH:U字溝の縦方向長さ
UL:主切刃の稜線部からU字溝端までの長さ
RW:U字溝どうしの間のすくい面の幅
R:主切刃の半径
T1:切屑厚み
T2:切屑厚み
1: Rotating tool body 2: Insert 3: Insert mounting hole 4: Clamp screw 5: Corner blade 6: Main cutting blade 7: Outer peripheral blade 8: Bottom point of main cutting blade 9: Connection between main cutting blade and corner blade Part 10: Intersection of the perpendicular bisector of the line segment connecting the
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