JP5158490B2 - 刃先交換式切削チップ - Google Patents

Description

この発明は、旋削加工用の刃先交換式切削チップ、詳しくは、良好な切屑処理性能を確保しながらブレーカ突起の耐久性向上を図って切屑処理性能の早期低下を抑えた刃先交換式切削チップに関する。

バイトホルダに装着して使用される首記の旋削加工用の刃先交換式切削チップ（以下では単にチップと称することもある）の中に、すくい面上にチップブレーカを設けて切屑処理性能を高めたものがある。チップブレーカの役割は、旋削加工時に発生する切屑を適度な長さに分断してワーク（加工物）と切削工具から引離すことにあり、下記特許文献１，２が開示しているものも含めて、これまでに様々な形状のチップブレーカが提案されている。

前掲の特許文献１，２が開示しているチップブレーカは、最も多用されている突起タイプのブレーカであって、特許文献１では、そのブレーカ突起として、各々が、チップのコーナの各々に対面している凹状側と、前記コーナの各々から逆に対面している凸状側とでもって湾曲した形状の***（ブレーカ突起）を、チップのコーナの各々に隣接するチップ面（すくい面）上に配設している。

また、特許文献２は、ボス面（中央陸部）からノーズ部に向って延出する第１ブレーカ突起と、ノーズ部近傍の切れ刃ランド部に続く傾斜面から第１ブレーカ突起の端部に至る第２ブレーカ突起をすくい面上に設けており、第２ブレーカ突起は、切れ刃直線部に沿って平面視でノーズ部の２等分線を基準にして対称となる位置に凹状に設けられている。
なお、特許文献２は、前記傾斜面と、ブレーカ溝のブレーカ溝底部からの立ち上がり面は、前記傾斜面の中腹部から形成するのが望ましいとしており（同文献第４頁、２４〜２９行）、また、第２ブレーカ突起は、前記傾斜面の中腹部から形成するとしている（同文献第４頁、４９〜５０行）。
特許３６０７２８８号公報 特開２００２−２１０６０４号公報

図１１に、従来の一般的な突起タイプのブレーカの断面を示す。同図は、ノーズ部の頂角の２等分断面であり、太線の矢印はブレーカの表面に接して流れる切屑２０を表している。図からわかるように、従来の一般的なブレーカは、図中のＡ部が流出する切屑２０に向って凸状になっており、Ａ部での切屑２０の接触が局部接触になって接触面積が狭くなる。そのために、切削速度や工具送りが高い場合、切屑との接触部に加わる負荷が大きくなり、温度上昇による当該部のクレータ摩耗や被覆チップでの被膜の破壊による大規模な損傷が発生する。その問題の対策としては、切れ刃からブレーカ突起までの距離を長くして切屑擦過による負荷を軽減することが有効であるが、切れ刃からブレーカ突起までの距離が長くなると切屑処理性能が悪化する。

また、上記特許文献１の構造は、ノーズ部近傍に設けられた***（ブレーカ突起）が大切込み時の切屑を処理して切屑詰まりを防止する効果を有するが、一般的な加工形態である外径切削、端面切削、或いは倣い切削においては、図１２に示すように、切屑２０がチップの平面視において横向きにカールしながら流出するので、特許文献１の***の場合、図中のＢ部での切屑押し付けが強くなってＢ部の摩滅が他の部分に比べて早く進行し、切屑処理性能の早期低下が起こる。

さらに、特許文献２の構造は、小切り込み時の切屑をノーズ部の２等分線を基準にして対称位置に設けられた２つの突起（左右の第２ブレーカ突起）で拘束してカールさせ、大切り込み時の切屑については、図１３に示すように、第２ブレーカ突起３２から第１ブレーカ突起３１に切屑２０を誘導して処理するようにしているが、これも、特許文献１の構造と同様に、チップの保護に関する配慮に欠けている。すなわち、図１３のように、第１ブレーカ突起３１やブレーカ溝の立ち上がり面３３が傾斜面３４の中腹から始まると、ブレーカ溝の底がノーズ部の２等分断面（図１３）においてＶ字状になって切屑２０が図のＣ部でチップの表面に点接触し、そのために、チップの切屑接触部が集中的に摩滅し、刃先の欠け落ちや、切屑処理性能の低下を招く。

この発明は、旋削用の刃先交換式切削チップにおいて、良好な切屑処理性能を確保しながらブレーカ突起の耐久性を向上させて切屑処理性能の早期低下を抑え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、これまで困難と考えられていた切屑処理性能の向上と切屑擦過による負荷の軽減を両立させる。その目的を達成するために、ノーズ部切れ刃とそれに連なる直線切れ刃を備えた多角形の旋削加工用の刃先交換式切削チップに以下の構成を付与する。具体的には、ボス面からノーズ部側に突出する第１リッジと、その第１リッジから前記直線切れ刃の切れ刃ランド部に連なった斜面の位置まで連続的に延びだす第２リッジをすくい面上に有し、さらに、ノーズ部切れ刃に囲まれた平坦なブレーカ底面を有し、
前記ブレーカ底面の頂角の２等分線に沿う方向の長さが、ノーズ部の頂点から第１リッジの上面の突出端までの距離の３０〜７０％に設定され、かつ、切れ刃からそのブレーカ底面までの深さが０．０３〜０．１５ｍｍに設定され、
前記第２リッジは、２個のリッジがノーズ部の頂角の２等分線を基準にして対称状態に形成され、前記第１リッジよりも高さが低く、かつ、平面視においてその第２リッジがノーズ部の頂角の２等分線に向って凸となる方向に、前記ブレーカ底面の幅がノーズ部の先端に向けて広がるように湾曲しているものにした。

この発明の切削チップは、２個の第２リッジをノーズ部の頂角の２等分線を基準にして対称状態に形成しているため、使用の方向性がない。

前記第１リッジの立ち上がり面は、凹形に湾曲した斜面で構成すると好ましい。

この発明の切削チップは、小切り込み条件で使用するときは勿論、大切り込み条件で使用するときにも、切屑の主たる処理が第１リッジによってなされる。第２リッジは、大切り込み条件時に第１リッジを支援して第１リッジの保護効果を高める。すなわち、この第２リッジを連続的に形成したことによって大切り込み時の切屑は第２リッジに沿って流れ
て第１リッジへの衝突が防止される。第２リッジの高さを第１リッジの高さよりも低くしているので第２リッジに誘導された切屑はその後に第１リッジに接触するが、その時に既に流出エネルギーが減衰しており、第１リッジの切屑接触部に加わる負荷が衝突が起こるときに比べて緩和されて第１リッジの保護効果が高まる。

また、第２リッジを上記の方向に湾曲させたことによって、横向きにカールしながら流出する大切り込み時の切屑の流れ方向と第２リッジの湾曲方向が一致し、切屑を低抵抗状態で排出することができる。これにより、第２リッジも負荷が軽減されて損傷し難くなり、第１、第２リッジの耐久性が向上してそれらのリッジによる良好な切屑処理性が従来品よりも長い期間維持されるようになる。

さらに、第１リッジと第２リッジとノーズ部切れ刃の３者に囲まれた平坦なブレーカ底面を備えさせ、そのブレーカ底面のノーズ部の頂角の２等分線に沿う方向の長さを、ノーズ部の頂点から第１リッジの上面の突出端までの距離Ｌの３０〜７０％に設定し、併せて、切れ刃から前記ブレーカ底面までの深さを０．０３〜０．１５ｍｍに設定したので、切屑がブレーカ底面にも接触し、これにより、第１リッジに到達したときのエネルギーがさらに低減されて、第１リッジの負荷の緩和、損傷抑制の効果がより高まる。

なお、第１リッジの立ち上がり面を、凹形に湾曲した斜面で構成したものは、第１リッジに対する切屑の接触面積が広がって第１リッジの負荷の緩和の効果がより高まる。

以下、添付図面の図１〜図１０に基づいて、この発明の刃先交換式切削チップの実施の形態を説明する。図１に、この発明を適用した菱形チップの平面を表す。図２は、図１の切削チップの鋭角コーナ側の斜視図である。この切削チップは、上面の中央部に平坦なボス面１を有し、２箇所の鋭角コーナ部と、２箇所の鈍角コーナ部のすくい面上に、それぞれこの発明を特徴づける第１リッジ２と第２リッジ３を有している。また、第２リッジ３から所定量離れた位置に第３リッジ４を有している。なお、鈍角コーナ部の第１リッジ２と第２リッジ３などは、鋭角コーナ部に設けられるものと同様の構成であり、必須の要素でもないので、以下では、鋭角コーナ側の構成について説明を行ない、鈍角コーナ部側の説明は省略する。また、底面（図示せず）は上面と同一構成になるので、これについても説明を省略する。

５は所定の曲率半径を持つノーズ部切れ刃、６はノーズ部切れ刃５に連なる直線切れ刃であり、この直線切れ刃６が主切れ刃として働く。７は、ノーズ部切れ刃５と直線切れ刃６に沿って設けられた切れ刃ランド部、９，１０は、すくい面上に設けられたブレーカ底面、図２の１１はノーズ部逃げ面、１２は直線切れ刃部逃げ面である。

ボス面１は、切削チップをホルダに装着するときに切削に関与しない側の面が着座面として使用される。

第１リッジ２は、ボス面１からノーズ部側に突出して設けられている。この第１リッジ２は、上面の位置がボス面１よりも低く、ノーズ部切れ刃５の位置よりは高い。この第１リッジ２は、立ち上がり面２ａを凹形に湾曲した図３のような斜面で構成することで、切屑の接触面積が増加して接触圧が分散され、接触面の単位面積当たりの負荷が軽減される。また、この第１リッジ２の高さをボス面１よりも低くすることで、ボス面１に対する切屑の擦過、溶着を防止して底面側の切れ刃を使用するときのチップの着座安定性を確保することができる。

第２リッジ３は、第１リッジ２から直線切れ刃６に沿って設けられた切れ刃ランド部７に向って切れ刃ランド部７に連なった斜面８の位置まで連続的に延びだすように設けられている。この第２リッジ３は、高さが第１リッジ２よりも低く（図４のｈはブレーカ底面９からの高さ）、かつ、チップの平面視においてノーズ部の頂角の２等分線ＣＬに向って凸となる方向に湾曲している。この第２リッジ３は、斜面８に到達させることで伸び出し側の端部が斜面８の対する接続点よりも上方に突出しないようにしており、このようにすることで、伸び出し側の端部に対する切屑の突き当たりが防止されてその端部が保護される。

図示の切削チップには、その第２リッジ３が、前記頂角の２等分線ＣＬを基準にして対称状態に形成されており、対称位置の２個の第２リッジ３，３と、第１リッジ２と、ノーズ部切れ刃５とに囲まれた領域がブレーカ底面９として構成されている。そのブレーカ底面９は平坦な面になっている。また、このブレーカ底面９は、前記２等分線ＣＬに沿う方向の長さが、ノーズ部の頂点から第１リッジ２の上面の突出端までの距離Ｌ（図３参照）の３０〜７０％に設定されている。また、切れ刃からの深さｄ（図３、図４参照）が浅めに設定され、その幅がノーズ部の先端からチップの中央側に向って一旦広がった後、第２リッジ３に沿って狭くなるように構成されている。

第２リッジ３は、長手直角断面が図４の円弧形状をなすもの、切屑を迎える側の側面３ａが図９に示すように凹形に湾曲しているもの、長手方向に沿った断面（図２の破線に沿った断面）が、図１０（ａ）、（ｂ）のように凸形に膨らむか又は逆に凹むものなどが考えられる。図４の円弧断面形状は、負荷の集中を起こすような箇所が存在しないため、切屑接触による第２リッジの損傷が起こり難い。また、図９の形状は切屑の接触面積が増加して押し付け圧が分散される。図１０（ａ）、（ｂ）の形状も同様の効果を期待できる。図１０（ａ）、（ｂ）の形状はリッジの突起形状を維持することで切屑を変形させる効果が高まり、良好な切屑処理性能の確保につながる。この第２リッジ３は、チップの平面視においてノーズ部の頂角の２等分線ＣＬに向って凸となる方向に湾曲させるが、その他の形状に関しては、切屑処理性とリッジの保護の効果の兼ね合いを考えながら適当な形を選択可能である。

第３リッジ４は、同一直線切れ刃側の第２リッジ３と同一方向に湾曲させたものにし、第２リッジ３よりもノーズ部切れ刃５から遠く離れた位置に、平面視で第２リッジ３と同じ方向に湾曲する状態にして設けられている。この第３リッジ４は、チップの加工条件変動に対する対応範囲を広げるのに有効であるが、好ましい要素に過ぎない。

ブレーカ底面１０は、直線切れ刃６に沿った切れ刃ランド部７と、ボス面１の外周の斜面１３との間に設けられ、第３リッジ４は、そのブレーカ底面１０上に***して設けられている。図示の切削チップのブレーカ底面１０は、平坦な面で構成して切れ刃からの深さをブレーカ底面９の深さよりもｄ１（図４参照）大きくしており、この構成は、後述する理由から好ましいものと言える。

大切り込み時と小切り込み時の切屑２０の流出状況を図５、図６に示す。小切り込み時の切屑２０は、図６、図７に示すように、斜面８やブレーカ底面９に接触しながらコーナ部の頂角の２等分線に沿う方向に流れ、第１リッジ２の位置でカールする方向の歪を受けて処理される。また、大切り込み時の切屑２０は図５に示すように、片方の第２リッジ３に誘導されて横向きにカールしながら流れて、流出エネルギーが緩和された後に第１リッジ２に接触し、ここで分断のための歪を受けて処理される。このときの第２リッジ３による誘導は、第２リッジ３を斜面８の位置まで延びださせており、また、第２リッジ３を切屑の流れ方向と同じになる方向に湾曲させたことによって、切屑の排出抵抗が小さく抑えられ、これにより、第２リッジも負荷が軽減されて損傷し難くなる。これらの作用により、第１リッジ２と第２リッジ３の耐久性が向上してそれらのリッジによる良好な切屑処理性が従来品よりも長い期間維持されるようになる。

以下に、好ましい態様を列挙する。
（１）ブレーカ底面９の図３、図４に示した切れ刃からの深さｄを、０．０３〜０．１５ｍｍに設定する。一般的な加工条件（切込み１〜５ｍｍ、送り０．１〜０．６ｍｍ／ｒｅｖ）では、この数値範囲が、切屑の接触面積増加、それによるリッジの損傷抑制の効果が高かった。
（２）図３に示したノーズ部の頂点から第１リッジ２の上面の突出端までの距離Ｌを１．２〜２．２ｍｍとする。この範囲が、切屑詰まりを招かず切屑を適度にカールさせることができて好ましかった。
（３）図４に示したブレーカ底面１０のブレーカ底面９からの深さｄ１を０．０２ｍｍ以上にする。こうすることで、大切り込み時に切屑がブレーカ溝に入りこむスペースが広がって切屑詰まりが抑制される。
（４）図４に示した第２リッジ３のブレーカ底面９からの高さｈを、０．０３〜０．１５ｍｍとする。この高さｈが０．０３ｍｍ以下では第２リッジ３の設置効果が薄くて第１リッジの保護が十分になされず、一方、その高さｈが０．１５ｍｍ以上では、第２リッジ３の損傷が起こり易くなる。
（５）図４における直線切れ刃６から第２リッジ３までの距離Ｌ１を０．５〜３．０ｍｍにする。この構成により、５ｍｍ程度までの切り込み領域において、満足できるリッジの損傷抑制効果が発揮される。
（６）図４おける直線切れ刃６から第３リッジ４までの距離Ｌ２を２．０〜６．０ｍｍにする。この構成により、５ｍｍ以上の大切り込み時においても、リッジの損傷抑制効果が得られる。

図８の領域Ｄは、切屑が接触する領域を表している。このように、この発明の切削チップでは大切り込み時、小切り込み時のどちらにおいても広い領域に切屑２０が接触し、これによる接触面積の増加で接触部の負荷が軽減されて摩耗や切屑擦過面の損傷が抑制される。

なお、この発明の切削チップは、第２リッジ３の働きによって局部的な温度上昇が緩和される。そのことを、切削熱による刃先温度分布のＣＡＥ解析を行なって確認した。前掲の特許文献１，２が開示しているような切削チップは、局部的な温度上昇が見られた。これは、負荷の集中によるものと考えられる。また、実際に同一条件での加工においても、従来のチップは負荷の集中によって局所的な摩耗が進行し、大規模な損傷が発生したが、この発明の切削チップは摩耗の抑制が効果的になされ、リッジの損傷が少なかった。

この発明の切削チップの一形態を示す平面図 同上のチップの要部の拡大斜視図 図１のＸ−Ｘ線に沿った拡大断面図 図１のＹ−Ｙ線に沿った拡大断面図 大切り込み時の切屑処理状態を示す平面図 小切り込み時の切屑処理状態を示す平面図 ノーズ部の頂角の２等分断面における切屑の接触状態の概念図 切屑の接触箇所を示す平面図 第２リッジの側面の変形例を示す断面図 （ａ）第２リッジの長手方向に沿った断面の変形例を示す図、（ｂ）第２リッジの長手方向に沿った断面の他の変形例を示す図 一般的なチップにおける切屑接触状態を模式的に示す断面図 特許文献１の切削チップにおける切屑接触状態を模式的に示す平面図 特許文献２の切削チップにおける切屑接触状態を模式的に示す断面図

符号の説明

１ ボス面
２ 第１リッジ
２ａ 立ち上がり面
３ 第２リッジ
３ａ 側面
４ 第３リッジ
５ ノーズ部切れ刃
６ 直線切れ刃
７ 切れ刃ランド部
８ 斜面
９，１０ ブレーカ底面
１１ ノーズ部逃げ面
１２ 直線切れ刃部逃げ面
１３ 斜面
２０ 切屑
ＣＬ 頂角の２等分線

Claims (2)

1. ノーズ部切れ刃（５）とそれに連なる直線切れ刃（６）を備えた多角形の旋削加工用の刃先交換式切削チップであって、ボス面（１）からノーズ部側に突出する第１リッジ（２）と、その第１リッジ（２）から前記直線切れ刃の切れ刃ランド部に連なった斜面（８）の位置まで連続的に延びだす第２リッジ（３）をすくい面上に有し、さらに、ノーズ部切れ刃（５）に囲まれた平坦なブレーカ底面（９）を有し、
   前記ブレーカ底面（９）の前記頂角の２等分線（ＣＬ）に沿う方向の長さが、ノーズ部の頂点から第１リッジ（２）の上面の突出端までの距離（Ｌ）の３０〜７０％に設定され、かつ、切れ刃からそのブレーカ底面（９）までの深さ（ｄ）が０．０３〜０．１５ｍｍに設定され、
   前記第２リッジ（３）は、２個のリッジがノーズ部の頂角の２等分線（ＣＬ）を基準にして対称状態に形成され、前記第１リッジ（２）よりも高さが低く、かつ、平面視においてその第２リッジ（３）がノーズ部の頂角の２等分線（ＣＬ）に向って凸となる方向に、前記ブレーカ底面（９）の幅がノーズ部の先端に向けて広がるように湾曲していることを特徴とする刃先交換式切削チップ。
2. 前記第１リッジ（２）の立ち上がり面（２ａ）を、凹形に湾曲した斜面で構成した請求項１に記載の刃先交換式切削チップ。

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