JP6459077B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

この発明は、刃先強度の確保とクレータ摩耗の抑制を両立させた切削インサートに関する。

切削インサートは、刃先強度が要求されるものについては、切れ刃に沿ってすくい面にランドを設けて刃先を強化することが行われている（下記特許文献１参照）。

刃先強度確保の要求が強ければ、ランド部のすくい角を小さくすること、すくい角が負のネガランドにすること、またはランドの幅を広げることがなされている。

一方、クレータ摩耗の抑制が要求されるものについては、ランド部のすくい角を大きくしたり、ランドの幅を狭めたり、ランドを無くしたりする方法が採られている。

例えば、下記特許文献２は、円弧の刃先を有するコーナ部にランドを伴わない切れ刃を配置しており、これは、クレータ摩耗の抑制効果が期待できる。

特開平９−５７５０７号公報 特開２００２−６６８１２号公報

刃先強度確保の要求に応えてランド部のすくい角を小さくしたり、ランドの幅を広げたりした切削インサートは、クレータ摩耗が起こりやすい。

また、クレータ摩耗の抑制の要求に応えてランド部のすくい角を大きくしたり、ランドの幅を狭めたり、ランドを無くすなどした切削インサートは、刃先強度が低下しやすい。

このように、刃先強度の確保とクレータ摩耗の抑制は、一方を重視すると他方が犠牲になる関係にあり、その２つの要求を両立させるのが難しい。

この発明は、刃先強度の確保とクレータ摩耗の抑制を両立させ、それによって切削インサートの耐久性を向上させることを課題としている。

上記課題の解決策として、本発明の切削インサートは、すくい面と逃げ面と前記すくい面と前記逃げ面とが交差する稜線に形成された切れ刃と、前記切れ刃に沿って前記すくい面に設けるランドと、前記ランドの内側の前記すくい面に設けるブレーカ溝と、前記ブレーカ溝の溝面と前記ランドとの間に形成された曲面を含み、前記曲面の曲率半径が０．５ｍｍ以上である切削インサートとした。

上記した切削インサートによれば、刃先強度を確保し、同時にクレータ摩耗を抑制することができる。

この発明の切削インサートの一例を示す平面図である。 図１の切削インサートの鋭角コーナ部を拡大した平面図である。 図２のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図２のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 切屑がランドとブレーカ溝の溝面間の曲面上を滑って流れる様子を示す模式図である。 ランドとブレーカ溝の溝面間に曲面が設置されていない場合の切屑の流出状況を示す模式図である。 評価試験におけるすくい面のクレータ摩耗の測定結果を示す図である。 評価試験におけるクレータ摩耗幅の測定方法を解説した図である。

以下、この発明の切削インサートの実施の形態を添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、旋削加工に利用する菱形の切削インサートに対してこの発明を適用した例を表したものである。

例示の切削インサート１は、すくい面２である上面に対して逃げ面３である側面を直角に交わらせたネガティブ型であって、すくい面２と逃げ面３が交差した位置の稜線が切れ刃４として用いられる。

切れ刃４は、所定のノーズ半径Ｒが付されたコーナ切れ刃４ａと、隣り合うコーナ切れ刃４ａの間に配置される直線切れ刃４ｂとからなる。

この切削インサート１のすくい面２には、切れ刃４に沿ったランド５と、ランド５の位置から下り降りるブレーカ溝６と、ブレーカ突起７と、中央陸部８が設けられている。

かかる切削インサート１は、片面使用型のものについては、下面（図示せず）がフラット面に形成される。また、両面使用型のものについては、下面にも上面側と同様のブレーカ溝、ブレーカ突起、中央陸部８がそれぞれ設けられて上面側と下面側が同一形状に仕上げられる。

さらに、必要に応じて中央陸部８の中心部に、上面から下面に抜ける取り付け用の貫通孔（図示せず）も設けられる。

図１の切削インサート１の鋭角側のコーナ部９を拡大して図２に示す。そのコーナ部９のコーナ角の２等分線（図２のＤ−Ｄ線）に沿った断面を図３に示す。

また、直線切れ刃４ｂと直交する図２のＥ−Ｅ線に沿った断面を図４に示す。図２のＥ−Ｅ線は、コーナの端から距離Ｃ離れた位置にある。距離Ｃは、コーナ部９のノーズ半径Ｒよりも大きい。

図３、図４からわかるように、例示の切削インサート１のランド５は、正のすくい角θ_１、θ_２を有するポジランド（ポジティブランド）になっているが、すくい角が０°、もしくは、負のネガランド（ネガティブランド）であっても構わない。すくい角は、中央陸部８の上面と平行な線を基準にした角度である。

ランド５のすくい角θ_１、θ_２は、ランド５の設置効果（刃先の強度向上）を考えると−１０°〜＋１５°程度が適当である。すくい角θ_１とすくい角θ_２は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。

図３に示すように、ブレーカ溝６の溝面６ａで構成されるコーナ部９のすくい面２は、θ_４のすくい角を有する。θ_４は、切屑の円滑な流出と刃先強度のバランスを考えると２０°〜７０°程度が適当である。

ランド５とそのランド５の内端から下り降りるすくい面２、即ち、前記すくい角θ_４を有する溝面６ａとの間には、一端がランド５に滑らかに繋がる凸形の曲面１０を介在している。曲面１０の他端は、図のようにブレーカ溝６の溝面６ａに滑らかに繋いでもよいし、溝面６ａに対して角度差や段差を生じてつながらせてもよい。

その曲面１０は、図３における曲率半径が０．５ｍｍ以上に設定されている。そのような、曲率半径のある程度大きい曲面をランド５とブレーカ溝６の溝面６ａとの間に介在することによって、刃先強度を確保しながらクレータ摩耗を減少させることができる。

曲率半径が０．５ｍｍ以上の曲面１０を設けても、曲面１０が無いものと比較した場合のランド５の減肉量はさほど大きくはならない。そのために、刃先の強度が維持される。

また、曲面１０を設置したことによってランド５の実質的な幅が狭められ、図５に示すように、切屑Ａが曲面１０に誘導されて曲面１０との接触領域を広げながら（曲面１０上を滑りながら）流れる。これにより、すくい面２に対する切屑Ａの接触圧が分散されてクレータ摩耗が抑制される。

図６に示すように、溝面６ａがランド５に角度を持って連なっていると、ランド５の表面に突き当たった切屑Ａは溝面６ａから浮いた状態で流出しようとする。そのために、ランド５の表面に対する切屑Ａの接触点に面圧が集中してクレータ摩耗が助長される。

その問題の解決策として、上記の曲面１０が有効である。その曲面１０を設けたことによって、ランド５のすくい角を小さくしても（そのようにして刃先強度を高めても）クレータ摩耗が起こり難くなる。

切削インサート１を粉末冶金法で製造する場合、成形用金型に付される応力集中回避用の曲面形状（その曲率半径は０．２ｍｍ程度）がランド５と溝面６ａとの交点部に転写されるが、曲率半径が小さすぎて切屑Ａの接触圧分散の効果が発揮されない。

なお、図３に示したコーナ切れ刃４ａからコーナ切れ刃４ａに沿って形成されたランド５と曲面１０との繋がり点までの距離ｌは、０．０５ｍｍ〜１／３Ｌ（Ｌは、切れ刃４からランド５を延長した仮想面と溝面６ａを延長した仮想面の交点までの距離。この発明ではこれをランド幅Ｌとする。）程度が適当であった。その距離ｌが０．０５ｍｍ未満では、刃先強度の確保が難しい。

また、その距離ｌが１／３Ｌよりも大きくなると、切屑Ａが曲面１０に届かずにランド５の表面に突き当たる可能性が高まり、曲面１０の設置効果が薄れる。

例示の切削インサート１は、図４に示すように、直線切れ刃４ｂの部分では、ランド幅Ｌを、０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度に設定し、θ_３のすくい角を持つブレーカ溝６の溝面６ａをランド５に対して曲面１１を介して連ならせている。直線切れ刃４ｂは切削インサートのコーナの端からノーズ半径Ｒよりも大きく離れた部分に形成される。

直線切れ刃４ｂの部分における曲面１１は、エッジを除去する目的で付与した面であって、その曲率半径は極く小さい。
例えば、図４において曲面１１の曲率半径は０．２ｍｍ以下である。

この位置での溝面６ａのすくい角θ_３も、コーナ部９での溝面６ａのすくい角θ_４と同じく、２０°〜７０°程度が適当である。コーナ部９での溝面６ａのすくい角θ_４と、直線切れ刃部での溝面６ａのすくい角θ_３は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。

直線切れ刃４ｂに沿った領域は、クレータ摩耗はほとんど考えられないので、例示の切
削インサート１のように、コーナ切れ刃４ａに沿った領域よりも強度を重視した設計にす
るのがよい。この図４の断面構造と図３の断面構造を組み合わせると、全体強度にも優れ
た切削インサート１を実現することができる。

ブレーカ突起７は、中央陸部８とその周りを囲むブレーカ壁７ａからなる。そして、ブレーカ突起７は、切屑に流出抵抗を与えて歪ませるブレーカ壁７ａをブレーカ溝６の溝底から中央陸部８に向かって斜めに立ち上がらせた突起であって、コーナ切れ刃４ａの二等分線に沿った方向と直線切れ刃４ｂの長手中央部では切れ刃に近づく方向にせり出した形状にしている。その形状は、任意に設定でき、図示の形状に限定されるものではない。

また、例示の切削インサート１は、鈍角側のコーナ部についても、コーナ角の２等分線に沿った位置の断面形状を鋭角側のコーナ部９と同様に設定した。

鈍角コーナの使用頻度が低い切削インサートは、鈍角コーナのすくい面２のクレータ摩耗が顕著に進行することは考えられないので、鈍角コーナにおけるランド５とブレーカ溝６の溝面６ａとを繋ぐ曲面はなくても構わない。

この発明の切削インサート１に関する性能評価試験の結果を以下に記す。評価試験は、ランド５とブレーカ溝７の溝面６ａとの間に介在する曲面１０の曲率半径とすくい面２に生じるクレータ摩耗の幅の関係について調べた。

この評価試験には、材質：超硬合金、鋭角コーナのコーナ角：８０°、直線切れ刃４ｂに対する内接円の直径：１２．７ｍｍ、ランド幅Ｌ：０．２ｍｍと０．３ｍｍ、ブレーカ溝６の溝面６ａのすくい角（図３のθ_４：２５°）の切削インサートを試作して行った。

評価に用いた切削インサートは、図３に示した曲面１０の曲率半径を０ｍｍにしたものと０．２ｍｍから０．１ｍｍきざみで１．０ｍｍまで増大させたものの計１０種類とした。

各試料とも、ランド５のすくい角θ_２とブレーカ溝６の溝面６ａのすくい角θ_４は以下の通りに設定した。
θ_２：０°
θ_４：２５°

これらの試料について材質：ＳＵＳ３１６の被削材を同一条件（切削速度ｖ：１２０ｍ／ｍｉｎ，切込みａｐ：２５ｍｍ、送り速度ｆ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ）で旋削加工し、すくい面におけるクレータ摩耗の発生状況を調べた。その結果を図７に示す。

なお、図７のクレータ摩耗幅は、図８に示した直線切れ刃４ｂに直交する方向の幅ｗを測定した。

図７の評価試験の結果から、コーナ部９のランド５とブレーカ溝６の溝面６ａとの間に曲率半径が０．５ｍｍ以上の曲面を設置することの有効性を確認することができる。

その曲面の設置によって切れ刃の強度確保とクレータ摩耗の抑制を両立させて切削インサートの耐久性を向上させることが可能になる。

なお、以上の説明は、菱形の切削インサートを例に挙げて行ったが、この発明は、三角形や方形など、他の形状の切削インサートにも適用できる。

１ 切削インサート
２ すくい面
３ 逃げ面
４ 切れ刃
４ａ コーナ切れ刃
４ｂ 直線切れ刃
５ ランド
６ ブレーカ溝
６ａ 溝面
７ ブレーカ突起
７ａ ブレーカ壁
８ 中央陸部
９ コーナ部
１０，１１ 曲面
ｌ コーナ切れ刃からランドと曲面の繋がり点までの距離
Ｌ ランド幅
θ_１、θ_２ ランドのすくい角
θ_３、θ_４ ブレーカ溝の溝面のすくい角
Ａ 切屑
ｗ クレータ摩耗幅

Claims (5)

1. 切削インサートであって、
   すくい面と
   逃げ面と
   前記すくい面と前記逃げ面とが交差する稜線に形成された切れ刃と、
   前記切れ刃に沿って前記すくい面に設けるランドと、
   前記ランドの内側の前記すくい面に設けるブレーカ溝と、
   前記ブレーカ溝の溝面と前記ランドとの間に形成された曲面を含み、
   前記切れ刃はコーナ切れ刃と直線切れ刃を含み、
   前記コーナ切れ刃から前記ランドと前記曲面との繋がり点までの距離ｌが０．０５ｍｍ
   以上かつ前記直線切れ刃に沿って形成された前記ランドのランド幅Ｌの１／３以下に設定
   され、
   コーナ部のコーナ角の２等分線に沿った断面における前記曲面の曲率半径が０．５ｍｍ以上であり、かつ、その曲率半径は、前記直線切れ刃の部分における曲面の前記直線切れ刃と直交する断面での曲率半径よりも大きい切削インサート。
2. 前記直線切れ刃に沿って形成された前記ランドのランド幅Ｌが０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍに設定された請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記コーナ切れ刃に沿って形成された前記ブレーカ溝の前記溝面のすくい角が２０°〜７０°に設定された請求項１に記載の切削インサート。
4. 前記コーナ切れ刃に沿って形成された前記ブレーカ溝の前記溝面のすくい角が２０°〜７０°に設定された請求項３に記載の切削インサート。
5. ブレーカ突起を有し、前記ブレーカ突起は前記ブレーカ溝の溝底から前記ブレーカ突起の中央陸部に向かって立ち上がるブレーカ壁を具える請求項１又は請求項３〜請求項５のいずれかひとつに記載の切削インサート。

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