JP2011036932A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】チップブレーカを有する切削工具について、切削加工の更なる安定化のために、小切込み、小送りの加工で発生する切屑を確実に良好に処理できるようにすることを課題としている。
【解決手段】ブレーカ主壁６ａｍとブレーカ副壁６ａｓとでブレーカ壁を構成し、基準線Ｓ１に対して所定の前切れ刃角λを設定したときにコーナ切れ刃５ａが基準線Ｓ１に接触するＡ点と基準線Ｓ１から平行方向に０．３ｍｍ以下離れた位置に設定されるＢ点を結ぶ領域にブレーカ主壁６ａｍを対面させ、Ａ点からブレーカ主壁６ａｍまでの距離Ｌ１とＢ点からブレーカ主壁６ａｍまでの距離Ｌ２を、Ｌ２＞Ｌ１とし、かつ、距離Ｌ１を０．２ｍｍ以下に設定した。
【選択図】図４

Description

この発明は、ｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体などの硬質焼結体で切れ刃を形成した旋削用切削工具、特に、コーナ部のすくい面にチップブレーカを設けた切削工具に関する。

超硬合金製工具本体の先端のコーナ部にｃＢＮ焼結体などの硬質焼結体を貼り合せ、その硬質焼結体に切れ刃とチップブレーカを形成した切削工具が、特許文献１、２などに開示されている。

この種の切削工具は、工具本体の上面のエッジ部と切れ刃を構成する硬質焼結体の上面の稜線部の強度を向上させるエッジ処理を施している。そして、その処理によって形成された刃先強化用面取部とエッジ強化用面取部（例えば、特許文献１では刃先強化用面取部６と高さＨの面取部８）は、共通の角度を有する共通の面で形成されたものが多い。

特許文献１の切削工具は、チップブレーカを、硬質焼結体の上面から段落ちさせて設けたブレーカ底面とそのブレーカ底面から立ち上がるブレーカ壁とで構成しており、ブレーカ壁は一軸方向に延びた断面円弧の単一の面で形成されている。

また、特許文献２の切削工具（スローアウェイチップ）は、ブレーカ壁を、一対の第１のブレーカ壁とその第１のブレーカ壁の外端に連なる一対の第２のブレーカ壁とで構成し、第１のブレーカ壁を先端コーナ部の頂角の二等分線に対して第１の鈍角θ１の傾きをもつ壁にして前記二等分線の位置から左右に延びださせ、さらに、第２のブレーカ壁を前記頂角の二等分線に対して第１の鈍角θ１よりも大きな第２の鈍角θ２の傾きをもつ壁としている。

特開平０８−１５５７０２号公報 特開２００６−９５６２０号公報

特許文献２が開示している切削工具は、ブレーカ幅を特許文献１の工具に比べて小さくすることができる。ブレーカ幅が小さくなれば加工時の切り込みや送りが小さなときに発生する幅や厚みの小さな切屑もブレーカ壁に衝突するようになる。特許文献２の切削工具は、そのことによって特許文献１の切削工具では対応し難い仕上げ加工などでの切屑処理性を向上させようとしている。

ところが、特許文献２の切削工具は、切屑の流出方向の制御に関する配慮がなされておらず、安定した切削加工が必ずしも保証されるものになっていない。

特許文献２の切削工具は、第１のブレーカ壁が切屑の流出方向に対してほぼ直角に向き合うと思われる。その場合、切屑が確実に第１のブレーカ壁に衝突すれば強いカール力が付与されて切屑の分断性が高まる。

しかしながら、特許文献２の構造は、チップブレーカをエッジ強化用面取部（同文献の図１、図２の７）の中に形成しているので、ブレーカ壁の高さを十分に確保するのが難しい。従って、切屑がブレーカ壁にうまく衝突せず、前記面取部に乗り上げて工具の送り方向後方に向って長く延びだすことが懸念される。

また、ブレーカ壁の高さをある程度確保できたとしても、切屑の流出方向に対してほぼ直角に向き合うブレーカ壁には切屑の流出方向をコントロールする機能がない。そのために、ブレーカ壁によるブレーキング歪みが不足したときに、切屑が折れずにブレーカ壁に沿って工具の送り方向後方に向って長く延びだす事態が起こり得る。

この発明は、チップブレーカを有する切削工具に関し、切削加工の更なる安定化のために、小切込み、小送りの加工で発生する切屑を確実に良好に処理できるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、工具本体の先端のコーナ部に形成された座溝に硬質焼結体を接合し、その硬質焼結体に、円弧のコーナ切れ刃と、そのコーナ切れ刃の両端からそれぞれ延び出す前切れ刃用及び横切れ刃用の２つの直線の切れ刃と、ブレーカ壁及びブレーカ底面とからなるチップブレーカを形成した切削工具において、
前記ブレーカ壁を、前記コーナ部の中央寄りに配置されるブレーカ主壁とそのブレーカ主壁の外端に角度をもって連なる１乃至複数のブレーカ副壁とで構成し、
切削工具を、前記直線切れ刃の一方が直線の基準線に対して実加工において設定される前切れ刃角をもつように傾斜させたときに前記コーナ切れ刃が前記基準線に接触する位置をＡ点、
前記基準線と平行、かつ、その基準線から０．３ｍｍ以下離れた位置に配置される仮想線が前記コーナ切れ刃に対して交わる箇所をＢ点として、
前記ブレーカ主壁を、前記Ａ点とＢ点を結ぶ領域に対面させ、
前記Ａ点から前記ブレーカ主壁までの距離Ｌ１と、前記Ｂ点から前記ブレーカ主壁までの距離Ｌ２について、Ｌ２＞Ｌ１の条件を満足させ、かつ、前記距離Ｌ１を０．２ｍｍ以下に設定した。

ここで言う直線の基準線とは、ワークの加工後の面を想定したものである。距離Ｌ１，Ｌ２は、前記Ａ点とＢ点を結ぶ直線に対して垂直なＣ方向の距離で表す。Ａ点からブレーカ主壁までのＣ方向距離をＬ１、前記Ｂ点からブレーカ主壁までのＣ方向距離をＬ２とする。

前記ブレーカ壁は、高さＨを０．２ｍｍ以上確保したものが好ましい。

この切削工具は、ブレーカ主壁を、前記コーナ部の頂角の二等分線に対して鋭角をなす方向に傾けたもの、それとは逆に鈍角をなす方向に傾けたもの、垂直をなす向き（傾き角９０°）にしたものの３形態が考えられる。

前記ブレーカ壁は、前記コーナ部の頂角の二等分線を境にして左右対称に設けることができる。

また、この発明の切削工具は、前記コーナ部を対角位置に有する菱形のインサート（スローアウェイチップ）、又は前記コーナ部を３箇所備える正三角形のインサートなどとして構成することができる。

この発明の切削工具によれば、切屑の流出方向がブレーカ主壁によって望ましい方向にコントロールされる。望ましい方向とは、例えば、外径切削ではワークの径方向外方（横切れ刃のある側）を指す。

前記距離Ｌ１、Ｌ２が、Ｌ２＞Ｌ１に設定されているので、生成された切屑は、Ａ点から流出する部分がＢ点から流出する部分よりも先にブレーカ主壁に到達する。これにより、切屑のＡ点から流出する部分とＢ点側から流出する部分の流出抵抗に差が生じ、流出抵抗の小さいＢ点側に切屑が誘導される。

そのために、切屑は前述の望ましい方向に流れてワークから離反し、工具の送り方向後方に延びだして工具に絡みついたり、ワークの加工済みの面を傷付けたりすることがなくなる。また、切屑の流出方向が望ましい方向となることで切屑に対してカールする歪が付与され、切屑の分断処理も良好になされるようになる。

なお、前記基準線からＢ点を決定する仮想線までの距離を０．３ｍｍ以下にしたのは、仕上げ加工で想定される最大切り込み量はほぼ０．３ｍｍであり、その切り込み条件での切削においても、前述のＬ２＞Ｌ１の条件が維持されるようにするためである。

また、前記Ａ点での距離Ｌ１を０．２ｍｍ以下に設定したのは次の理由による。仕上げ加工は、一般に、送り量が０．２ｍｍ／ｒｅｖ以下の条件でなされる。ブレーカ幅は、その送り量と同程度が適当とされており、Ａ点での距離Ｌ１の最大値を０．２ｍｍに設定すれば、最大送り量（０．２ｍｍ／ｒｅｖ）での仕上げ加工においても切屑のＡ点からの流出部を確実にブレーカ主壁に衝突させることができるからである。

上記の設定によって、小切込み、小送りの仕上げ加工でも切屑をＢ点側に誘導する作用が起こり、切屑の処理が確実かつ良好になされるようになって切削加工の更なる安定化の目的が達成される。

この発明の切削工具の一形態を示す斜視図 図１の切削工具の切削に関与するコーナ部の拡大斜視図 ブレーカ主壁部の拡大断面図 図１の切削工具の切削に関与するコーナ部の拡大平面図 ブレーカ主壁による切屑の誘導作用の説明図 この発明の切削工具の他の形態を示す斜視図 この発明の切削工具のさらに他の形態を示す斜視図 この発明の切削工具のさらに他の形態を示す斜視図 図８の切削工具の切削に関与するコーナ部の拡大平面図 切屑処理の比較試験に用いた既知のチップブレーカ形状の拡大平面図 切屑処理の比較試験で得られた切屑の形状を示す図

以下、添付図面の図１〜図９に基づいて、この発明の切削工具の実施の形態を説明する。

図１〜図４は、この発明を菱形のインサート（スローアウェイチップ）に適用した例である。このインサート１は、工具本体２の先端のコーナ部に硬質焼結体３を接合し、その硬質焼結体３を切削に関与させるものにしている。

図示の工具は、工具本体２として超硬合金で形成された平面視菱形の台金を用いている。その工具本体２の対角位置にある鋭角コーナ部に座溝４を設け、その座溝４に、ｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体などの硬質焼結体３を貼り合せてその硬質焼結体３に切れ刃５とチップブレーカ６を形成している。

切れ刃５は、円弧のコーナ切れ刃５ａとそのコーナ切れ刃５ａの両端から延びだす２つの直線切れ刃５ｂ，５ｂで構成される。直線切れ刃５ｂは少なくとも平面視が直線をなす切れ刃であり、側面視では図２に示すように、終端が硬質焼結体３の上面に向って切れ上っていてもよい。この直線切れ刃５ｂの一方が前切れ刃として使用され、他方は横切れ刃として使用される。

チップブレーカ６は、ブレーカ壁６ａとブレーカ底面６ｂとからなる。ブレーカ底面６ｂは切れ刃に沿って設けられている。また、図示のブレーカ壁６ａは、ブレーカ底面６ｂから斜めに立ち上がった面で形成されている。

例示の切削工具は、右、左の勝手違いを無くするために、ブレーカ壁６ａとブレーカ底面６ｂを切削に関与させる鋭角コーナ部の頂角の２等分線ＣＬ（図４及び図５参照）を境にして左右対称に設けている。

また、ブレーカ壁６ａは、前記鋭角コーナ部の中央寄りに配置されるブレーカ主壁６ａｍとそのブレーカ主壁の外端に角度をもって連なるブレーカ副壁６ａｓとで構成している。ブレーカ副壁６ａｓは、複数の壁が角度をもって連なるものであってもよい。

ブレーカ主壁６ａｍは、図４に示すブレーカ角度α（これはコーナ部の頂角の二等分線ＣＬを基準にした角度）が鋭角をなす壁、そのブレーカ角度αが鈍角をなす壁、そのブレーカ角度αが９０°の壁のいずれであってもよい。

ブレーカ主壁６ａｍが以下の条件を満たすことが重要であり、その条件を満たしたブレーカ主壁を備えることで発明の目的が達成される。

ここで言う条件は、下記Ｉ）〜III）である。
Ｉ）切削工具を、図４に示すように、直線切れ刃５ｂの一方が直線の基準線Ｓ１に対して所定の角度（工具使用時の前切れ刃角λ）をもつように傾斜させたときにコーナ切れ刃５ａが基準線Ｓ１に接触する位置をＡ点、前記基準線Ｓ１と平行、かつ、その基準線Ｓ１から０．３ｍｍ以下離れた位置に配置される仮想線Ｓ２がコーナ切れ刃５ａに対して交わる箇所をＢ点として、ブレーカ主壁６ａｍを、Ａ点とＢ点を結ぶ領域に対面させる。
II）Ａ点からブレーカ主壁６ａｍまでのＡ点とＢ点を結ぶ直線に対して垂直なＣ方向の距離Ｌ１と、Ｂ点からブレーカ主壁６ａｍまでの前記Ｃ方向の距離Ｌ２について、Ｌ２＞Ｌ１の条件を満足させる。
III）Ａ点での前記距離Ｌ１を０．２ｍｍ以下に設定する。

Ａ点は、コーナ切れ刃５ａと前切れ刃として使用される直線切れ刃５ｂの交点近くにおいてコーナ切れ刃５ａ上に設定される。汎用サイズの切削工具の場合、前切れ刃の逃げ角にもよるが、前記交点からの離反距離が大きくても０．１ｍｍぐらいの範囲にそのＡ点が設定されると思われる。

図３に示したブレーカ壁６ａの高さ量Ｈは、０．２ｍｍ以上確保するのがよい。そのようにすることで切屑をブレーカ壁６ａに対して確実に衝突させることができる。

なお、ブレーカ壁６ａの傾斜角β（図３参照）は、例示の工具では４５°としたが、これに限定されるものではない。

また、例示の切削工具は、刃先強化用の面取り部や硬質焼結体及び工具本体の上面と側面の交差部に形成されるエッジ強化用の面取り部が無いものにしたが、これ等の面取り部
の設置は任意に行うことができる。特に、面取り又はＲホーニングの量を０．１ｍｍ以下の刃先処理を行うことが好ましい。

このほか、この発明は、切削に関与する鋭角コーナ部を３箇所備えた図６に示すような正三角形のインサート１Ａ、対角位置の鋭角コーナの頂角を図１のインサートよりも小さくした図７に示すような菱形のインサート１Ｂなどにも適用することができる。適用対象はインサート以外の切削工具であってもよい。

図５は、ブレーカ主壁６ａｍによる切屑の誘導作用に関する説明図である。この図において、仮想線Ｓ２をワークの加工前外径面、基準線Ｓ１を加工後外径面と考えると、コーナ切れ刃５ａ上に設定した前述のＡ点がワークの加工後外径面に、Ｂ点が加工前外径面にそれぞれ接触する。

この状態で前切れ刃角λを設定してワークの外径加工を進める。その加工は、工具に図中Ｙ方向の送りをかけて行なわれ、ワークが１回転する間に、図においてハッチングを入れた部分が削り取られる。ｆは、ワーク１回転当たりの工具送り量である。

そのときに生成される切屑は、ワークの加工面（外径切削では加工後外径面）に切れ刃が接触する位置（図中Ａ点）とワークの加工前外径面に接触する位置（例えばＢ点）を結ぶ直線（Ｓ３）に対してほぼ垂直なＣ方向に流出する。

そして、その切屑は、流出方向前方に配置されたブレーカ主壁６ａｍに主に衝突する。このとき、切屑のＡ点から流出する側はＢ点から流出する側よりもブレーカ主壁６ａｍまでの距離が短いためＢ点から流出する側よりも先にブレーカ主壁６ａｍに衝突する。そのために、切屑のＡ点から流出する側とＢ点から流出する側の流出抵抗に差が生じる。これにより、切屑は流出抵抗の小さいＢ点側、すなわち、横切れ刃側に誘導される。

図４に示したブレーカ幅Ｗは、通常、切れ刃からブレーカ壁までのブレーカ壁に対して垂直方向の距離によって規定されるが、切屑が前述のＣ方向に流出するとすれば、Ａ点での実質的なブレーカ幅はＬ１で表される。この発明では、そのＬ１を０．２ｍｍ以下に設定しているので、送り量が０．２ｍｍ／ｒｅｖ以下の条件での切削であれば、切屑のＡ点からの流出部はＢ点からの流出部よりも先に確実にブレーカ主壁６ａｍに衝突する。

また、この発明の切削工具は、ブレーカ主壁６ａｍが前記Ｌ２＞Ｌ１の条件を満たす壁として設けられており、ブレーカ主壁６ａｍに対して垂直な線Ｓ４（図５参照）の基準線Ｓ１に対する傾き角θ２よりも切屑の流出角θ１（切屑の流出方向と基準線Ｓ１とのなす角）が大きくなる。そのために、切屑のＡ点から流出する側とＢ点から流出する側のブレーカ主壁６ａｍへの到達時間に差が生じ、これにより、上記の誘導作用が確実に起こる。従って、切り込み量０．２ｍｍ以下の条件で使用するときに良好な切屑処理性能が発揮される。なお、切屑の大部分がブレーカ主壁６ａｍに衝突すれば本発明の効果を得ることができるため、切屑のわずかな一部がブレーカ副壁６ａｓに当たってもよい。

切屑処理性能の評価を行うために、比較試験を行なった。その比較試験に用いた切削工具は、下記の発明品と比較品である。

発明品：住友電工ハードメタル社製、型番：ＣＣＧＷ０９Ｔ３０８のスローアウェイチップ（切れ刃をｃＢＮ焼結体で形成した頂角８０°の菱形ネガティブチップ）をベースにして、刃先部に図１の形状のチップブレーカを設け、これをホルダに装着した切削工具。
比較品：発明品と同一型番のスローアウェイチップをベースにして、刃先部に図１０に示す従来形状のチップブレーカを形成し、それをホルダに装着した切削工具。

発明品は、ノーズＲ：０．８ｍｍ、前切れ刃角λ：５°の設定でのＡ点からブレーカ主壁までの距離Ｌ１：０．０６ｍｍ、Ｂ点からブレーカ主壁までの距離Ｌ２：０．２１ｍｍ、送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量ａｐ：０．１ｍｍの加工条件での切屑流出角度θ１：７７°、ブレーカ主壁の傾斜角度β：４５°とした。

また、比較品は、ノーズＲとコーナ部の頂角の二等分線を境にして左右対称に設けたブレーカ壁７の傾斜角度については発明品と同一とし、ブレーカ角度αを５０°とし、これを前切れ刃角λ：５°の設定で使用した。

今、前切れ刃角λを５°にした図４において、基準線Ｓ１から仮想線Ｓ２までの距離を０．３ｍｍ（これは推奨する切り込み量ａｐの最大値）に設定したと仮定すると、ブレーカ角度αが７０°弱で同図の距離Ｌ１とＬ２が等しくなる。従って、ここで用いた発明品は、Ｌ２＞Ｌ１の条件を満たし、比較品はその条件を満たさない。

評価試験における切削条件は以下の通りである。
被削材：ＳＣＭ４１５丸棒材、硬さＨＲＣ６０
切削速度Ｖ：１５０ｍ／ｍｉｎ
１）送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量ａｐ：０．１ｍｍの組み合わせ
２）送り量ｆ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量ａｐ：０．１ｍｍの組み合わせ
３）送り量ｆ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量ａｐ：０．２ｍｍの組み合わせ
切削形態：ドライ切削、外径加工

送り量ｆ、切り込み量ａｐについて、前記１）の条件での加工は発明品のみについて行い、また、前記２）の条件での加工は比較品のみについて行った。

この試験の結果、発明品による切削では切屑が良好に処理されたのに対し、比較品による切削では切屑が前切れ刃側に長く延び出した。発明品と比較品によって生成された切屑の形状を図１１に示す。この図からわかるように、発明品による切屑は、送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量ａｐ：０．１ｍｍの加工条件でもブレーカ主壁による処理が良好になされ細かく分断されている。
これに対し、比較品による切屑は、送り量ｆ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量ａｐ：０．２ｍｍの加工条件でもブレーカ壁による処理がまともになされておらず、折れずに延びだしている。

前掲の特許文献２に開示された切削工具は、本願のブレーカ主壁に相当する第１のブレーカ壁が上記の評価試験で用いた比較品のブレーカ壁に近似しており、従って、同文献の切削工具と比較しても本願発明品は切屑処理性能に勝ることがわかる。

なお、この発明の切削工具は、ワークの外径加工は勿論、内径加工や端面加工にも利用することができる。

１ インサート
２ 工具本体
３ 硬質焼結体
４ 座溝
５ 切れ刃
５ａ コーナ切れ刃
５ｂ 直線切れ刃
６ チップブレーカ
６ａ ブレーカ壁
６ａｍ ブレーカ主壁
６ａｓ ブレーカ副壁
６ｂ ブレーカ底面
ＣＬ コーナ部の頂角の二等分線
Ｓ１ 基準線
Ｓ２ 仮想線
Ｓ３ コーナ切れ刃上に設定したＡ点とＢ点を結ぶ直線
Ｓ４ ブレーカ主壁に対して垂直な線
Ｗ ブレーカ幅
α ブレーカ角度
λ 前切れ刃角
β ブレーカ壁の傾斜角
θ１ 切屑の流出角
θ２ ブレーカ主壁に対して垂直な線の基準線に対する傾き角

Claims (6)

1. 工具本体（２）の先端のコーナ部に形成された座溝（４）に硬質焼結体（３）を接合し、その硬質焼結体（３）に、円弧のコーナ切れ刃（５ａ）と、そのコーナ切れ刃の両端からそれぞれ延び出す前切れ刃用及び横切れ刃用の２つの直線切れ刃（５ｂ，５ｂ）と、ブレーカ壁（６ａ）及びブレーカ底面（６ｂ）とからなるチップブレーカ（６）を形成した切削工具において、
   前記ブレーカ壁（６ａ）を、前記コーナ部の中央寄りに配置されるブレーカ主壁（６ａｍ）とそのブレーカ主壁（６ａｍ）の外端に角度をもって連なる１乃至複数のブレーカ副壁（６ａｓ）とで構成し、
   切削工具を、前記直線切れ刃（５ｂ）の一方が直線の基準線（Ｓ１）に対して実加工において設定される前切れ刃角（λ）をもつように傾斜させたときに前記コーナ切れ刃（５ａ）が前記基準線（Ｓ１）に接触する位置をＡ点、
   前記基準線（Ｓ１）と平行、かつ、その基準線から０．３ｍｍ以下離れた位置に配置される仮想線（Ｓ２）が前記コーナ切れ刃（５ａ）に対して交わる箇所をＢ点として、
   前記ブレーカ主壁（６ａｍ）を、前記Ａ点とＢ点を結ぶ領域に対面させ、
   前記Ａ点から前記ブレーカ主壁（６ａｍ）までの前記Ａ点とＢ点を結ぶ直線（Ｓ３）に対して垂直なＣ方向の距離Ｌ１と、前記Ｂ点から前記ブレーカ主壁（６ａｍ）までの前記Ｃ方向の距離Ｌ２について、Ｌ２＞Ｌ１の条件を満足させ、かつ、前記距離Ｌ１を０．２ｍｍ以下に設定したことを特徴とする切削工具。
2. 前記ブレーカ壁（６ａ）の高さ（Ｈ）を０．２ｍｍ以上とした請求項１に記載の切削工具。
3. 前記ブレーカ主壁（６ａｍ）を、工具の平面視で前記コーナ部の頂角の二等分線（ＣＬ）に対して鋭角又は鈍角をなす方向に傾けた請求項１又は２に記載の切削工具。
4. 前記ブレーカ主壁（６ａｍ）を、工具の平面視で前記コーナ部の頂角の二等分線（ＣＬ）に対して垂直をなす向きにした請求項１又は２に記載の切削工具。
5. 前記ブレーカ壁（６ａ）を、前記コーナ部の頂角の二等分線（ＣＬ）を境にして左右対称に設けた請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具。
6. 対角位置に前記コーナ部を有する菱形のインサート、又は前記コーナ部を３箇所備える正三角形のインサートとして構成した請求項１〜５のいずれかに記載の切削工具。