JP6603955B2 - スローアウェイチップ - Google Patents

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Description

本発明は、スローアウェイチップに関し、より特定的には、ダイヤモンドを含む刃部を備えるスローアウェイチップに関する。
スローアウェイチップには、切削時の切屑処理性を高めるために、ブレーカ溝やブレーカ壁などのチップブレーカが形成されている。
たとえば、特開平4−217404(特許文献1)、特開平4−217405(特許文献2)及び特開平4−217406(特許文献3)には、チップブレーカの表面粗さを規定することにより、切屑を渦巻き状にカールさせる技術が開示されている。
特開平4−217404 特開平4−217405 特開平4−217406
特許文献1〜3では、チップブレーカを放電加工あるいは研磨加工により形成するため、チップブレーカの形状は単純な溝状の形状となる。このため、加工条件によっては、切屑を渦巻き状にカールさせることができず、所望の切屑処理性を得ることができない。また、チップブレーカを放電加工で形成した場合、チップブレーカの刃部のすくい面が放電加工面となるため、刃部の切れ刃をシャープに形成することができない。したがって、特許文献1〜3に開示されたスローアウェイチップを用いた場合、被削材の仕上げ面粗さが悪化するという問題があった。
また、スローアウェイチップの強度と耐摩耗性の向上のために、刃部にダイヤモンドを用いる。しかし、ダイヤモンドは高硬度であるため、加工が難しく、切屑処理性に優れたチップブレーカを形成することが困難であるという問題がある。
そこで、本目的は、ダイヤモンドを含む刃部を備え、切屑処理性の優れたスローアウェイチップを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るスローアウェイチップは、本体と、前記本体に設けられた、切れ刃を有する刃部とを備え、前記刃部は、ダイヤモンドを80体積%以上含み、前記刃部は、前記切れ刃に沿って延在するランド面と、前記ランド面から見て前記切れ刃と反対側に位置する凹部を有するチップブレーカとを含み、前記凹部の側面は、前記ランド面からの距離の大きさに伴って連続的に後退する、回転体形状の側面の一部と同一形状のすくい面を有する。
上記態様によれば、ダイヤモンドを含む刃部を備え、切屑処理性の優れたスローアウェイチップを提供することが可能となる。
本発明の一態様にかかるスローアウェイチップの代表的な構成例を説明する図である。 図1に示すスローアウェイチップの刃部の拡大図である。 図1に示すスローアウェイチップの刃部の上面図である。 図3のA−A’線における断面図である。 図3のB−B’線における断面図である。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るスローアウェイチップは、(1)本体と、前記本体に設けられた、切れ刃を有する刃部とを備え、前記刃部は、ダイヤモンドを80体積%以上含み、前記刃部は、前記切れ刃に沿って延在するランド面と、前記ランド面から見て前記切れ刃と反対側に位置する凹部を有するチップブレーカとを含み、前記凹部の側面は、前記ランド面からの距離の大きさに伴って連続的に後退する、回転体形状の側面の一部と同一形状の傾斜面を有する、スローアウェイチップである。
本発明の一態様に係るスローアウェイチップは、刃部が凹部を有するチップブレーカを含み、凹部の側面が、ランド面からの距離の大きさに伴って連続的に後退する、回転体形状の側面の一部と同一形状のすくい面を有することにより、被削材の切削時に、切屑がチップブレーカのすくい面に沿ってすくい面の底部に向かって流出するため、切屑に大きな歪を与えることができる。したがって、本発明の一態様に係るスローアウェイチップは、様々な切削条件下において、優れた切屑処理性を発揮することが可能となる。また、本発明の一態様に係るスローアウェイチップは、刃部がダイヤモンドを80体積%以上含むため、刃部の強度および耐摩耗性が優れている。
(2)前記ランド面に対する前記すくい面の傾斜角は15°以上50°以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に切屑がすくい面に沿って流出しやすいため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。さらに、刃部の刃先の強度を維持することができるため、スローアウェイチップの工具寿命も長くなる。本明細書において、ランド面に対するすくい面の傾斜角とは、ランド面を凹部の上部まで延長した場合に想定される面(以下、「凹部の天面」ともいう)と、すくい面とのなす角のうち、鋭角のものを意味する。
(3)前記ランド面は、前記切れ刃に対して垂直方向の幅が、10μm以上100μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に切屑がランド面に乗り上げることを防止できるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。さらに、刃部の刃先の強度を維持することができるため、スローアウェイチップの工具寿命も長くなる。ここで、切れ刃に対して垂直方向とは、切れ刃に対して垂直、かつ、ランド面上に位置する直線に沿う方向を意味する。なお、切れ刃が曲線の場合は、曲線の接線に対して垂直で、かつ、ランド面上に位置する直線に沿う方向を意味する。
(4)前記凹部は、最大深さが60μm以上300μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に切屑に効果的に歪を与えることができるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
(5)前記凹部は、前記切れ刃に対して垂直方向の幅が、0.2mm以上1.0mm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、刃部の上面に乗り上げることなく、チップブレーカの凹部のすくい面の後端から刃部の上面に向かって立ち上がる傾斜面(以下、「ブレーカ壁面」ともいう)に衝突し、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
(6)前記刃部はコーナを有し、前記凹部は、前記凹部の側面に、前記コーナ角の二等分線に沿って形成された凸部を有し、前記凸部の高さは、前記凹部の最大深さに対して20%以上80%以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、凸部に乗り上げることなく凸部に衝突し、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
(7)前記凸部は、前記コーナ角の二等分線を法線とする断面で見た場合に、前記凹部の深さ方向に伴って幅が広がる断面形状を有し、前記断面形状の幅方向の最小値は、5μm以上40μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、凸部に乗り上げることなく凸部に衝突し、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
(8)前記凸部は、前記コーナ角の二等分線に沿う方向の長さが、0.2mm以上1.0mm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、凸部に衝突しやすく、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
(9)前記ランド面の表面粗さは、0.05μm以上0.2μm以下の範囲であり、前記すくい面の表面粗さは、2μm以上7μm以下の範囲であることが好ましい。ランド面の表面粗さを0.05μm以上0.2μm以下の範囲とすることで、刃部の切れ刃をシャープに形成することができるため、被削材の仕上げ面粗さが良好となる。また、すくい面の表面粗さを2μm以上7μm以下の範囲とすることで、切削時に流出した切屑が、すくい面の表面を擦過する際の抵抗が増大するため、切屑がカールしやすくなり、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
(10)前記ダイヤモンドは、気相合成法により合成された単結晶ダイヤモンドであることが好ましい。単結晶ダイヤモンドは強度および耐摩耗性に優れているため、スローアウェイチップは優れた耐摩耗性および刃先の鋭利さ(刃立性)を有することができる。
(11)前記単結晶ダイヤモンドは、波長が190nm以上11000nm以下のレーザ光に対する吸収係数が2cm−1以上90cm−1以下の範囲であることが好ましい。単結晶ダイヤモンドの吸収係数が2cm−1以上90cm−1以下の範囲であると、単結晶ダイヤモンドがレーザ光を吸収しやすい。したがって、単結晶ダイヤモンドのレーザ加工が容易であり、刃部に所望の形状のチップブレーカを形成することができ、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態にかかるスローアウェイチップの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1は、本発明の一実施形態のスローアウェイチップ1の斜視図である。図2は、図1に示すスローアウェイチップ1の刃部3の拡大斜視図である。図3は、図1に示すスローアウェイチップ1の刃部3の拡大上面図である。図4は、図3のA−A’線における断面図である。図5は、図3のB−B’線における断面図である。
図1を参照して、本実施形態のスローアウェイチップ1は、本体2と、本体2に設けられた刃部3とを備える。図1のスローアウェイチップ1は、平面視形状が平行四辺形であるが、形状は特に限定されない。図1のスローアウェイチップでは、本体2の複数のコーナのうち、1つのコーナに刃部3が設けられているが、2つ以上のコーナに刃部3を設けてもよい。本体2の材質は、たとえば鋼や超硬合金を用いることができる。本体2の上面のコーナには、刃部3を固着するための切欠き部が形成されている。切欠き部は、コーナの上方および側方を開口させて形成されている。切欠き部は、上面視形状が三角形の底面と、底面から垂直に立ち上がる側壁を有している。
本体2の切欠き部には、刃部3が固着されている。刃部3は、上面視形状が切欠き部の底面と同一の略三角形の上面31と、上面31に対向する上面31と同一形状の底面と、上面31の外周と底面31の外周とをつなぐ側面32とを有する。側面32のうち、本体のコーナの上方に位置する面は、スローアウェイチップの逃げ面33を構成する。
刃部3の上面31の外周を構成する辺のうち、刃部3の上面31と側面32とが交差した位置の稜線によって形成された辺は、切れ刃4を構成する。
刃部3には、チップブレーカ9が、刃部3の上面31と側面32とが交差した位置の稜線に沿って延在して形成されている。チップブレーカ9は、切れ刃4に沿って形成された凹部7を含む。
刃部3は、ダイヤモンドを80体積%以上含む。ダイヤモンドは強度および耐摩耗性に優れているため、ダイヤモンドを含む刃部は、強度および耐摩耗性が優れ、チップブレーカの工具寿命を向上させることができる。刃部3のダイヤモンドの含有量は、90体積%以上が好ましく95体積%以上がさらに好ましい。
ダイヤモンドとしては、ダイヤモンド粉末を焼結させたダイヤモンド焼結体や、気相合成法(CVD:Chemincal Vapor Deposition)により合成された単結晶ダイヤモンドを用いることができる。ダイヤモンド焼結体を刃部3に用いると、特に非鉄金属の加工において、刃部は優れた耐摩耗性を有し、良好な仕上げ面を得ることができる。一方、気相合成法により合成された単結晶ダイヤモンドを刃部3に用いると、刃部は優れた耐摩耗性および刃先の鋭利さ(刃立性)を有することができる。
単結晶ダイヤモンドは、レーザ波長が190nm以上11000nm以下の波長領域において、吸収係数が2cm−1以上90cm−1以下の範囲であることが好ましい。単結晶ダイヤモンドの吸収係数が前記の範囲であると、レーザ光を吸収しやすいため、刃部3のレーザ加工が容易である。したがって、刃部3の外形を所望の形状に加工したり、刃部3にチップブレーカを精度よく成形することができる。レーザ波長が1064nmの場合、単結晶ダイヤモンドの吸収係数は、5cm−1以上20cm−1以下の範囲がさらに好ましい。レーザ波長が532nmの場合、単結晶ダイヤモンドの吸収係数は、30cm−1以上70cm−1以下の範囲がさらに好ましい。レーザ波長が355nmの場合、単結晶ダイヤモンドの吸収係数は、60cm−1以上90cm−1以下の範囲がさらに好ましい。
刃部3の上面31には、切れ刃4に沿って延在するランド面5が形成されている。図5を参照して、ランド面5は、切れ刃4に対して垂直かつ上面31の中央方向へ、一定の幅W1を有している。ランド面5の幅W1は、10μm以上100μm以下の範囲であることが好ましい。ランド面5の幅W1が10μm以上であると、刃部の刃先の強度を維持することができるため、刃先の欠け(チッピング)を防止でき、スローアウェイチップの工具寿命が長くなる。ランド面5の幅W1が100μm以下であると、切削時に切屑がランド面に乗り上げ、切屑が長くなることを防止できるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。ランド面5の幅W1は、10μm以上70μm以下がさらに好ましい。
ランド面5は、表面粗さが、0.05μm以上0.2μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、刃部の切れ刃をシャープに形成することができるため、被削材の仕上げ面粗さが良好となる。ここで、表面粗さとは、十点平均高さ(Rz)である。具体的には、断面曲線から基準長さだけを抜き取った部分において、最高から5番目までの山頂の標高の平均値と、最深から5番目までの谷底の標高の平均値との差の値をマイクロメートル(μm)で表わした値である。ランド面5の表面粗さは、0.08μm以上0.15μm以下の範囲がさらに好ましい。
刃部3の上面31には、ランド面5から見て切れ刃4と反対側に、凹部7を有するチップブレーカ9が形成されている。ここで、凹部7とは、チップブレーカ9のうち、コーナ付近の切れ刃4に沿って形成された部分のことを示す。凹部7の外延を形成する側面は、ランド面5から、刃部3の中央方向に向かう距離の大きさに伴って連続的に後退するすくい面6と、すくい面6の後端から刃部3の上面31に向けて立ち上がるブレーカ壁面16とを含む。これによると、被削材の切削時に流出した切屑は、初めにすくい面6に沿ってすくい面6の底部に向かって流出する。この時、切屑に歪が与えられ、切屑は細断されやすくなる。その後、すくい面6の底部に到達した切屑は、ブレーカ壁面16に衝突する。この時、切屑は衝突により、細断される。または、切り屑により歪が与えられることにより細断される。
すくい面6は、回転体形状の側面の一部と同一形状である。これによると、刃部3の凹部7において、被削材の切削時に、切屑がチップブレーカのすくい面6に沿ってすくい面6の底部に向かって流出するため、切屑に大きな歪を与えることができる。ここで、回転体形状とは、平面図形をその平面上の一直線を軸として、その周りに一回転してできる立体のことを意味する。回転体形状としては、たとえば、球、円錐などが挙げられる。回転体形状の軸は、刃部3のコーナ角の二等分線上にあると、切屑がコーナ角の二等分線の下方に位置する底部の最大深さ方向に流出するため、切屑により大きな歪を与えることができる。すくい面6の形状は、円錐の側面の一部と同一形状であることが好ましい。これによると、刃先の強度を維持することができる。
図5を参照して、ランド面5に対するすくい面6の傾斜角αは15°以上50°以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に切屑がすくい面に沿って流出しやすいため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。さらに、刃部の刃先の強度を維持することができるため、スローアウェイチップの工具寿命も長くなる。ここで、ランド面5に対するすくい面6の傾斜角αとは、ランド面5を凹部の上部まで延長した場合に想定される面15(以下、「凹部の天面」ともいう)と、すくい面6とのなす角のうち、鋭角のものを意味する。ランド面5に対するすくい面6の傾斜角αは、20°以上40°以下がさらに好ましい。
すくい面6の表面粗さは、2μm以上7μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、すくい面の表面を擦過する際の抵抗が増大するため、切屑がカールしやすくなり、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。ここで、表面粗さとは、十点平均高さ(Rz)である。すくい面6の表面粗さは、3.0μm以上6.0μm以下の範囲であることがさらに好ましい。
図4を参照して、凹部7は最大深さDが60μm以上300μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に切屑に効果的に歪を与えることができるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。ここで、凹部7の最大深さDとは、ランド面5を凹部の上部まで延長した場合に想定される面15(凹部の天面)から、凹部の底部までの距離の最大値を意味する。凹部7の最大深さDは、60μm以上200μm以下の範囲がさらに好ましい。
図5を参照して、凹部7は、切れ刃4に対して垂直方向の幅(以下、「凹部の幅」ともいう)W2が、0.2mm以上1.0mm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、刃部3の上面31に乗り上げることなく、ブレーカ壁面16に衝突し、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。ここで、切れ刃4に対して垂直方向の幅W2とは、切れ刃4に対して垂直で、かつ、凹部の天面上に位置する直線に沿う方向における、凹部の開口部のランド面側の端部から刃部の中央側の端部の間の距離を意味する。なお、切れ刃が曲線の場合は、曲線の接線に対して垂直で、かつ、凹部の天面上に位置する直線に沿う方向における、凹部の開口部のランド面側の端部から刃部の中央側の端部の間の距離を意味する。凹部7は、切れ刃4に対して垂直方向の幅W2が、0.25mm以上0.7mm以下の範囲がさらに好ましい。
図3〜図5を参照して、凹部7の側面上には、刃部3のコーナ角の二等分線(B−B’)に沿って、凸部8が形成されていることが好ましい。これにより、被削材の切削時に流失した切屑が凸部8に衝突して切屑が細断されたり、切屑により歪が与えられて細断される。凸部8が刃部3のコーナ角の二等分線に沿って形成されていると、切屑が流出する経路上に凸部8が存在することになるため、より効果的に切屑を細断することができる。凸部8の高さHは、凹部の最大深さDに対して20%以上80%以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、凸部8に乗り上げることなく凸部に衝突し、切屑が細断されやすくなる。また、凸部8の高さHが、凹部の最大深さDに対して80%以下であると、切削時の凸部8の摩耗を防止することができるため、スローアウェイチップの工具寿命が長くなる。なお、凸部8の高さHとは、凸部を、コーナ角の二等分線(B−B’)を法線とする断面であって、凹部が最大深さDを示す位置を通る断面で見た場合の、凸部の高さを意味する。
凸部8は、コーナ角の二等分線を法線とする断面で見た場合に、凹部の深さ方向に伴って幅が広がる断面形状を有することが好ましい。凸部8の断面形状は、たとえば、三角形や台形とすることができる。凸部の断面形状の幅方向W3の最小値(以下、「凸部の最小幅」ともいう)は、5μm以上40μm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、凸部に乗り上げることなく凸部に衝突し、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。凸部の断面形状の幅方向W3の最小値は、10μm以上20μm以下がさらに好ましい。
凸部8は、コーナ角の二等分線に沿う方向の長さW5が、0.2mm以上1.0mm以下の範囲であることが好ましい。これによると、切削時に流出した切屑が、凸部に衝突しやすく、切屑が細断されやすくなるため、スローアウェイチップの切屑処理性が向上する。凸部8のコーナ角の二等分線に沿う方向の長さW5は、0.25mm以上0.7mm以下がさらに好ましい。
本実施の形態のスローアウェイチップの製造方法の一例を説明する。切欠き部を有する本体2と、ダイヤモンドを80体積%以上含む刃部3とを準備する。本体の切欠き部に刃部をロウ付けし、ダイヤモンド砥石により刃付け研磨を行う。その後、高出力パルスレーザにて、刃部3の表面を加工して、チップブレーカ9を形成する。従来は、ダイヤモンドを含む刃部の加工を放電加工や研磨により行っていたため、チップブレーカの形状は、単純な形状に限られていた。一方、本実施の形態では刃部3の加工をレーザ照射により正確に位置決めをして行うため、チップブレーカの形状を所望の形状とすることが可能である。特に、切れ刃に4沿って存在するチップブレーカの凹部7の形状を精密に調整できるため、スローアウェイチップの切屑処理性能を向上させることができる。
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
[実施例1]
本実施例では、凹部のすくい面の形状が、切削加工時における切屑処理性と逃げ面摩耗量に及ぼす影響を調べた。
平均粒子径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体からなる刃部を、図1に示すように本体のコーナーにロウ付けし、その後、#1500のダイヤモンド砥石により刃付け研磨を行った。
その後、ガルバノメータミラーにより集光性を高めた高出力パルスYVO:Ndレーザ(波長1,064nm)を用い、出力1.5W、発振周波数22kHz、加工ピッチ1μmの条件にて等高線状に一定の加工量で彫り進むことにより、刃部のすくい面上面に3次元形状の凹凸形状を有するチップブレーカ形状を形成した。すくい面形状を表1のように変化させた種々の試料を作製し、切屑処理性を評価した。切削条件および工具形状を以下に示す。この評価では、長さ5mm以上300mm以下の範囲の切屑を良好と判断した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミニウム合金(ADC12)
切削方法:直径100〜95(mm)×長さ500(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:10km
被削材の周表面速度:400(m/min)
工具の切り込み深さ:0.30(mm)
工具の送り速さ:0.10(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:DCMT11T304
工具材質:平均粒径0.5μmのダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体ホルダー型番:SDJCL2525M11
すくい面形状:表1のすくい面形状に示す形状の一部と同一
ランド面の幅(W1):0.03(mm)
凹部の最大深さ(D):0.1(mm)
凹部の幅(W2):0.3(mm)
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
すくい面粗さ(Rz1):Rz3.2(μm)
ランド面粗さ(Rz2):Rz0.06(μm)
ブレーカ加工条件:YVO:Ndレーザ(波長1,064nm)、周波数22kHz、出力1.5W、加工ピッチ1μm
評価結果を表1に示す。
Figure 0006603955
試料1Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断せず被削材に切屑が巻き付いた。一方、試料1B〜1Gは、すくい面の形状がボール形状(球状)または円錐形状の一部であり、切屑長さが300mm以下となり、良好な切屑処理性が得られた。中でも、試料1D〜1Fは、すくい面の形状が円錐形状で、ランド面に対するすくい面の傾斜角が15°以上50°以下であり、切屑長さが30〜50mmとなり、切屑処理性が特に良好であった。試料1Gは、すくい面の形状が円錐形状で、ランド面に対するすくい面の傾斜角が60°であり、切屑長さが30〜50mmと良好であるが、切削距離10km時点において、刃先にチッピングが発生した。試料1Bは、すくい面の形状がボール形状であり、切屑長さが50〜100mmと良好であるが、切削距離10km時点において、刃先にチッピングが発生した。
以上より、すくい面が形状がボール形状や円錐形状のような回転体形状の一部と同一であると、切屑長さが300mm以下となり、良好な切屑処理性が得られることが分かった。中でも、スローアウェイチップのすくい面形状が円錐形状の一部と同一であり、ランド面に対するすくい面の傾斜角が15°〜50°の範囲であると、切屑長さが30〜50mmの長さになり、良好な切屑処理性を示し、切削距離10km時点でもチッピングが発生することなく、工具寿命が長くなることが分かった。
[実施例2]
ランド面の幅W1が、切削加工時における切屑処理性および逃げ面摩耗量に及ぼす影響を調べた。工具の作製は実施例1と同様の方法で作製した。ランド面の幅を表2のように変化させた種々の試料を作製し、切屑処理性を評価した。切削条件および工具形状を以下に示す。この評価では、長さ5mm以上300mm以下の範囲の切屑を良好と判断した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A6061)
切削方法:直径100〜95(mm)×長さ500(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:10km
被削材の周表面速度:400(m/min)
工具の切り込み深さ:0.30(mm)
工具の送り速さ:0.10(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:DCMT11T304
工具材質:平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%以上含有する多結晶硬質焼結体
ホルダー型番:SDJCL2525M11
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):表2凹部の最大深さ(D):0.1(mm)
凹部の幅(W2):0.4(mm)
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
すくい面粗さ(Rz1):Rz 3.5(μm)
ランド面粗さ(Rz2):Rz 0.09(μm)
ブレーカ加工条件:YAGレーザ(波長1,064nm)、周波数20kHz、出力1.5W、加工ピッチ1μm
評価結果を表2に示す。
Figure 0006603955
試料2Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断せず被削材に切屑が巻き付いた。一方、試料2B〜2Fは、チップブレーカを有し、切屑は長さ300mm以下に分断された。中でも、試料2B〜試料2Eは、ランド面の幅が5〜100μmの範囲であり、切屑長さが50〜150mmとなり、切屑処理性が特に良好であった。しかし、試料2Bは、ランド面の幅が5μmであり、切削距離10km時点で、刃先にチッピングが発生した。
以上より、すくい面がチップブレーカを有することで切屑は長さ300mm以下に分断されることが分かった。特にランド面の幅が10〜100μmの範囲であると、スローアウェイチップは良好な切屑処理性と安定した耐久性を発揮することが分かった。
[実施例3]
凹部の最大深さ(D)および凹部の幅(W2)が、切削加工時における切屑処理性と逃げ面摩耗量に及ぼす影響を調べた。表3に示す各試料を実施例1と同様の方法で作製した。凹部の最大深さと幅の影響のみを調査するため、各試料のチップブレーカの凹部形状は相似形とした。凹部の最大深さと幅を表3のように変化させた種々の試料を作製し、切屑処理性を評価した。切削条件および工具形状を以下に示す。この評価では、長さ5mm以上300mm以下の範囲の切屑を良好と判断した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A5052)
切削方法:直径100〜95(mm)×長さ500(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:10km
被削材の周表面速度:400(m/min)
工具の切り込み深さ:0.6(mm)
工具の送り速さ:0.15(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:DCMT11T308
工具材質:平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
ホルダー型番:SDJCL2525M11
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):0.030(mm)
凹部の最大深さ(D):表3
凹部の幅(W2):表3
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
すくい面粗さ(Rz1):Rz3.1(μm)
ランド面粗さ(Rz2):Rz0.10(μm)
ブレーカ加工条件:YAG(波長532nm)、周波数60kHz、出力2.5W、加工ピッチ1.8μm
評価結果を表3に示す。
Figure 0006603955
試料3Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断しなかった。一方、試料3B〜3Gは、チップブレーカを有し、切屑長さは300mm以下であった。中でも、試料3C〜3Fは、凹部の最大深さが0.06mm〜0.30mm、凹部の幅が0.20mm〜1.00mmであり、切屑長さは200mm以下となり、切屑処理性が特に良好であった。
以上より、凹部の最大深さが0.06mm〜0.30mm、凹部の幅が0.20mm〜1.00mmの範囲のとき、切屑処理性が特に良好となることが分かった。
[実施例4]
凸部8の高さ(H)が、切削加工時における切屑処理性に及ぼす影響を調べた。表4に示す各試料を実施例1と同様の方法で作製した。下記の切削条件および工具形状で性能評価を実施した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A6063)
切削方法:直径50(mm)×長さ100(mm)の外径旋削
切削形態:乾式切削
切削距離:10(km)
被削材の周表面速度:250(m/min)
工具の切り込み深さ:0.10(mm)
工具の送り速さ:0.10(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:VCMT160404
工具材質:平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
ホルダー型番:SVJCL2525M16
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):0.030(mm)
凹部の最大深さ(D):0.1(mm)
凹部の幅(W2):0.4(mm)
凸部の高さ(H):表4
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
すくい面粗さ(Rz1):Rz 4.0(μm)
ランド面粗さ(Rz2):Rz 0.1(μm)
ブレーカ加工条件:YAG(波長532nm)、周波数50kHz、出力3.0W、加工ピッチ2μm
評価結果を表4に示す。
Figure 0006603955
試料4Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断しなかった。一方、試料4B〜4Fは、チップブレーカを有し、切屑長さは300mm以下であった。中でも、試料4C〜4Fは、凸部の高さ(H)が0.02〜0.10mmであり、切屑長さは200mm以下となり、切屑処理性が特に良好であった。しかし、4Fは切削距離10km時点で凸部が磨滅した。
以上より、凹部の最大深さ(D)が0.1mmのとき、凸部の高さ(H)が0.02〜0.08mmの範囲において特に良好な切屑処理性が得られたことから、凸部の高さ(H)が凹部の最大深さ(D)に対して20〜80%の範囲にあるとき切屑処理性は良好になることが分かった。
[実施例5]
凸部の断面形状が、切削加工時における切屑処理性に及ぼす影響を調べた。表5に示す各試料を実施例1と同様の方法で作製した。下記の切削条件および工具形状で性能評価を実施した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A6063)
切削方法:直径50(mm)×長さ100(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:150(m)
被削材の周表面速度:250(m/min)
工具の切り込み深さ:0.80(mm)
工具の送り速さ:0.15(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:CCMT09T308
工具材質:平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
ホルダー型番:SCLCL2525M09
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):0.06(mm)
凹部の最大深さ(D):0.12(mm)
凹部の幅(W2):0.6(mm)
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):表5
すくい面粗さ(Rz1):Rz 4.5(μm)
ランド面粗さ(Rz2):Rz 0.12(μm)
ブレーカ加工条件:YVOレーザ(波長1064nm)周波数75kHz、出力1.2W、加工ピッチ0.7μm
評価結果を表5に示す。
Figure 0006603955
試料5Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断しなかった。一方、試料5B〜5Gは、チップブレーカを有し、切屑長さは300mm以下であった。中でも、試料5D〜5Fは、凸部断面形状が台形で、その上面の幅(W3)が5μm〜40μmであり、切屑は長さ50〜150mmとなり、切屑処理性が特に良好であった。
凸部の形状は工具コーナー角2等分線方向に同一の断面形状となる。実施例3に示したように、良好な切屑処理性を発揮するためには、凹部の幅(W2)は0.20〜1.0mmの範囲にある必要があり、かつ実施例4に示したように、凸部の高さ(H)は凹部の最大深さ(D)に対して、20〜80%の高さとなる必要がある。よって、凸部のコーナー角2等分線方向の長さ(W5)は凹部の幅(W2)と同等もしくはそれ以下となる必要がある。
以上より、凸部は断面形状が台形形状となり、その幅方向最小値(W3)が5μm〜40μmの範囲にあり、さらに凸部のコーナー角2等分線方向の長さ(W5)は0.20〜1.0mmの範囲のとき特に良好な切屑処理を発揮することが分かった。
[実施例6]
すくい面の表面粗さ(Rz1)が切削加工時における切屑処理性に及ぼす影響を調べた。各試料は表6に示すように、種々のレーザ加工条件でチップブレーカを加工することで、すくい面の加工面の面粗度を変化させた。下記の切削条件および工具形状で性能評価を実施した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A5052)
切削方法:直径100〜95(mm)×長さ500(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:10km
被削材の周表面速度:400(m/min)
工具の切り込み深さ:0.30(mm)
工具の送り速さ:0.10(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:DCMT11T304
工具材質:平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
ホルダー型番:SDJCL2525M11
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):0.01(mm)
凹部の最大深さ(D):0.1(mm)
凹部の幅(W2):0.4(mm)
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
すくい面粗さ(Rz1):表6
ランド面粗さ(Rz2):Rz0.08μm
加工条件:YVO(波長1064nm)、および表6
評価結果を表6に示す。
Figure 0006603955
試料6Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断しなかった。一方、試料6B〜6Gは、チップブレーカを有し、切屑長さは300mm以下であった。中でも、試料6C〜6Gは、すくい面粗さRz1がRz2.0μm以上であり、切屑長さは50〜150mmとなり、切屑処理性が特に良好であった。これはすくい面の面粗さRz1が粗くなるほど、切屑が擦過する際の抵抗が増大し、切屑が小さくカールするためである。しかしながら、すくい面の面粗さが大きすぎると、すくい面への被削材溶着も増大するため、試料6Gのように、切屑処理性は良好なものの、場合によっては仕上げ面粗さが悪化する。
[実施例7]
ランド面の表面粗さ(Rz2)が切削加工時における切屑処理性および仕上げ面粗さに及ぼす影響を調べた。各試料は表7に示すように、種々のラップ加工時間でランド面を形成することで、ランド面の加工面の面粗度を変化させた。下記の切削条件および工具形状で性能評価を実施した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A5052)
切削方法:直径100〜95(mm)×長さ500(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:10km
被削材の周表面速度:400(m/min)
工具の切り込み深さ:0.30(mm)
工具の送り速さ:0.10(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:DCMT11T304
工具材質:平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
ホルダー型番:SDJCL2525M11
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):0.01(mm)
凹部の最大深さ(D):0.1(mm)
凹部の幅(W2):0.4(mm)
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
すくい面粗さ(Rz1):Rz4.0μm
ランド面粗さ(Rz2):表7
加工条件:YVO(波長1064nm)、周波数20kHz、出力5.5W、加工ピッチ1μm
評価結果を表7に示す。
Figure 0006603955
試料7A〜7Eは、チップブレーカを有し、切屑長さは100mm以下であった。しかしながら、ランド面の面粗さが大きすぎると、切れ刃の刃立性が悪くなるため、試料7Eのように、切りくず処理は良好なものの、場合によっては仕上げ面粗さが悪化する。一方、試料7Aのようにランド面粗さRz2をRz0.01μm程度にしようとすると10時間以上のラップ加工が必要となり経済的でない。
以上より、すくい面の面粗さRz1がRz2.0〜7.0μmの範囲で、ランド面の面粗さRz2がRz0.05〜0.20μmの範囲であると、切屑長さは150mm以下となり特に良好となることが分かった。
[実施例8]
工具材質が切削加工時における切屑処理性および逃げ面摩耗に及ぼす影響を調べた。工具材質には表8に示す3種類の材質を用いた。チップブレーカはレーザ加工により下記加工条件にて作製した。下記の切削条件および工具形状で性能評価を実施した。
(切削条件)
被削材:円柱形状のアルミ材(A390)
切削方法:直径100〜95(mm)×長さ500(mm)の外径旋削
切削形態:湿式切削
切削距離:10km
被削材の周表面速度:800(m/min)
工具の切り込み深さ:0.50(mm)
工具の送り速さ:0.15(mm/rev)
(工具形状)
使用工具型番:DCMT11T304
工具材質:
試料8A・・・平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
試料8B・・・平均粒径0.5μm以下のダイヤモンドを90体積%含有する多結晶硬質焼結体
試料8C・・・気相合成法(CVD)により合成された単結晶ダイヤモンド
試料8D・・・高圧高温合成法により合成された単結晶ダイヤモンド
ホルダー型番:SDJCL2525M11
すくい面形状:円錐形状の側面の一部と同一、ランド面に対するすくい面の傾斜角25°ランド面の幅(W1):0.03(mm)
凹部の最大深さ(D):0.1(mm)
凹部の幅(W2):0.4(mm)
凸部の高さ(H):0.05(mm)
凸部の最小幅(W3):0.020(mm)
ブレーカすくい面粗さ(Rz1):Rz 2.0〜6.5μm
ブレーカランド面粗さ(Rz2):Rz 0.08〜0.12(μm)
ブレーカ加工条件:
試料8B・・・YAGレーザ、波長1064nm、周波数30kHz、出力1.5W、加工ピッチ1μm
試料8C・・・YAGレーザ、波長1064nm、周波数50kHz、出力5.5W、加工ピッチ5μm
試料8D・・・加工不可
表8に評価結果を示す。
Figure 0006603955
試料8Aおよび8Bに用いた多結晶硬質焼結体、ならびに試料8Cに用いたCVDにより合成された単結晶ダイヤモンドは吸収率が2cm−1以上となるためレーザ加工が可能であった。一方、試料8Dの単結晶ダイヤモンドの吸収係数は0.01cm−1以下でありレーザ加工ができなかった。
切削評価の結果、試料8Aはすくい面にチップブレーカを有さず、切屑が分断しなかった。一方、試料8Bおよび8Cは、チップブレーカを有し、切屑長さは50〜150μmであり、切屑処理性が良好であった。また、試料8CはCVD単結晶ダイヤモンドを用い、10km切削時の逃げ面摩耗量は0.008mmとなり、多結晶硬質焼結体を用いた試料8Aおよび試料8Bと比較して摩耗量は大幅に小さい結果となった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施の形態のスローアウェイチップは、アルミ合金や非鉄金属の旋削用途およびフライス用途の工具等に用いると有益である。
1 スローアウェイチップ、2 本体、3 刃部、4 切れ刃、5 ランド面、6 すくい面、7 凹部、8 凸部、16 ブレーカ壁面、31 刃部の上面、32 刃部の側面、33 逃げ面。

Claims (11)

  1. 本体と、前記本体に設けられた、切れ刃を有する刃部とを備え、
    前記刃部は、ダイヤモンドを80体積%以上含み、
    前記刃部は、前記切れ刃に沿って延在するランド面と、前記ランド面から見て前記切れ刃と反対側に位置する凹部を有するチップブレーカとを含み、
    前記凹部の側面は、前記ランド面からの距離の大きさに伴って連続的に後退する、回転体形状の側面の一部と同一形状のすくい面を有し、
    前記本体の平面視形状は、複数のコーナを有する形状であり、
    前記本体の上面のコーナには、刃部を固着するための切欠き部が形成され、
    前記切欠き部は、上面視形状が三角形の底面と、底面から垂直に立ち上がる側壁を有し、
    前記刃部は、前記切欠き部に上面視形状が前記切欠き部の底面と同一の三角形の上面と、前記上面に対向する前記上面と同一形状の底面と、前記上面の外周と前記底面の外周とをつなぐ側面とを有し、
    前記刃部の前記上面の外周を構成する辺のうち、前記刃部の前記上面と前記側面とが交差した位置の稜線によって形成された辺は、前記切れ刃を構成し、
    前記凹部は、前記チップブレーカのうち、前記コーナ付近の前記切れ刃に沿って形成された部分であり、
    前記回転体形状の軸は前記刃部のコーナ角の二等分線上にある、スローアウェイチップ。
  2. 前記ランド面に対する前記すくい面の傾斜角は15°以上50°以下の範囲である、
    請求項1に記載のスローアウェイチップ。
  3. 前記ランド面は、前記切れ刃に対して垂直方向の幅が、10μm以上100μm以下の範囲である、
    請求項1または請求項2に記載のスローアウェイチップ。
  4. 前記凹部は、最大深さが60μm以上300μm以下の範囲である、
    請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のスローアウェイチップ。
  5. 前記凹部は、前記切れ刃に対して垂直方向の幅が、0.2mm以上1.0mm以下の範囲である、
    請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のスローアウェイチップ。
  6. 前記刃部はコーナを有し、
    前記凹部は、前記凹部側面上に、コーナ角の二等分線に沿って形成された凸部を有し、
    前記凸部の高さは、前記凹部の最大深さに対して20%以上80%以下の範囲である、
    請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のスローアウェイチップ。
  7. 前記凸部は、前記コーナ角の二等分線を法線とする断面で見た場合に、前記凹部の深さ方向に伴って幅が広がる断面形状を有し、
    前記断面形状の幅方向の最小値は、5μm以上40μm以下の範囲である、
    請求項6に記載のスローアウェイチップ。
  8. 前記凸部は、前記コーナ角の二等分線に沿う方向の長さが、0.2mm以上1.0mm以下の範囲である、
    請求項6または請求項7に記載のスローアウェイチップ。
  9. 前記ランド面の表面粗さは、0.05μm以上0.2μm以下の範囲であり、
    前記すくい面の表面粗さは、2μm以上7μm以下の範囲である、
    請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のスローアウェイチップ。
  10. 前記ダイヤモンドは、気相合成法により合成された単結晶ダイヤモンドである、
    請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のスローアウェイチップ。
  11. 前記単結晶ダイヤモンドは、波長が190nm以上11000nm以下のレーザ光に対する吸収係数が2cm−1以上90cm−1以下の範囲である、
    請求項10に記載のスローアウェイチップ。
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