JP6978589B2 - 切削インサート、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本態様は、切削加工において用いられる切削インサートに関する。

金属などの被削材を切削加工する際に用いられる切削工具として、転削工具が知られている。例えば、特許文献１には、転削工具に用いられる切削インサートが開示されている。特許文献１に記載の切削インサートは、上面、下面、第１側面、第１側面の反対側に位置する第２側面、上面と第１側面とが交わる部分に位置する第１切刃、上面と第２側面とが交わる部分に位置する第２切刃、及び、下面に位置する複数の***に挟まれた溝を有している。複数の***は、第２の対向する側面の一方からもう一方に向かって互いに平行に延びている。これらの***に挟まれた溝によって切削インサートを安定してホルダに固定することが試みられている。

国際公開２００６／０４１３５３

特許文献１に記載の切削インサートを下面の側から見た場合においては、第２切刃と***の仮想延長線とのなす角が、第２の対向する側面及び下面の交わる稜線と***の仮想延長線とのなす角に対して同じとなっている。

上述したそれぞれの角が同じである場合、これらの角が小さいときには、切削インサートを安定してホルダに固定することが困難になる可能性がある。また、これらの角が大きいときには、切削インサートを安定してホルダに固定することが可能である一方で、例えば斜め沈み込み加工などを行うことが困難になる可能性がある。

一態様に基づく切削インサートは、上面と、下面と、前記上面及び前記下面の間において対向して位置する第１面及び第２面を備えた側面と、前記上面と前記第１面とが交わる部分の少なくとも一部に位置する第１切刃と、前記上面から前記下面にかけて延びた貫通孔とを備えている。前記下面は、前記第１面の側から前記第２面の側に向かって延びた複数の溝と、前記貫通孔の開口部分を囲む平坦な第１領域と、複数の前記溝の間に位置する複数の***部とを有している。下面側から見た場合において、前記上面及び前記第１面が交わる稜線と、複数の前記溝の仮想延長線とがなす角度をθ１、前記下面及び前記第１面が交わる稜線と、前記仮想延長線とがなす角度をθ２としたときに、θ２＞θ１である。複数の前記***部は、前記第１領域よりも下方に突出しており、複数の前記***部の基底は、前記第１領域よりも下方に位置している。そして、前記貫通孔の延びた方向において、前記***部の頂部から前記***部の前記基底までの幅は、前記第１領域から前記***部の前記基底までの幅よりも大きい。

上記態様の切削インサートによれば、斜め沈み込み加工などを行うことが可能でありつつ、安定してホルダに固定することが可能な切削インサートとなる。

一実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図１に示す切削インサートを上面の側から見た正面図である。 図１に示す切削インサートを下面の側から見た正面図である。 図２に示す切削インサートをＡ１方向から見た側面図である。 図２に示す切削インサートをＡ２方向から見た側面図である。 図３に示す領域Ａ３における拡大図である。 図３に示す切削インサートにおけるＢ１断面の断面図である。 図７に示す切削インサートの第１変形例における断面図である。 図７に示す切削インサートの第２変形例における断面図である。 図３に示す切削インサートにおけるＢ２断面の断面図である。 一実施形態の切削工具を示す斜視図である。 図１１に示す領域Ａ４における拡大図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。

以下、一実施形態の切削インサート１（以下、単にインサート１ともいう）について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、一実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、以下に開示するインサート１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

本実施形態のインサート１は、図１に示すように、上面３と、上面３の反対側に位置する下面５と、上面３及び下面５の間に位置する側面７と、上面３及び側面７が交わる稜線に位置する切刃９を備えている。

上面３は、図２に示すように、複数の角及び辺を有する多角形状である。本実施形態における上面３は、略四角形の形状であるため、４つの角及び４つの辺を有している。より具体的には、本実施形態における上面３は、略平行四辺形の形状である。そのため、本実施形態における上面３は、正面から見た場合に、中心軸Ｘ１を中心に１８０°の回転対称となっている。

なお、多角形状とは、厳密に多角形の形状であることを意味するものではない。例えば、本実施形態での上面３における４つの角は、それぞれ厳密な角となっておらず、正面視において丸みを帯びた形状となっていてもよい。また、４つの辺は、それぞれ厳密な直線形状とはなっていなくてもよい。

図２に示す一例においては、４つの辺は２つの長辺及び２つの短辺によって構成されている。また、４つの角は、相対的に曲率半径の大きな２つの第１角３ａ、及び、相対的に曲率半径の小さな２つの第２角３ｂによって構成されている。２つの第１角３ａ及び２つの第２角３ｂは、図２に示すように、それぞれ上面３における対角線上に位置している。

下面５は、上面３と反対側に位置しており、上面３に対して一回り小さくなっている。下面５は、インサート１をホルダに取り付ける際にホルダにおけるポケットへの着座面として機能させることが可能である。本実施形態における上面３が略平行四辺形であることから、本実施形態における下面５もまた略平行四辺形である。下面５は上面３と同じ大きさであってもよい。

上面３及び下面５の形状としては、上記の形態に限定されるものではない。本実施形態のインサート１においては上面３及び下面５の形状が略四角形であるが、例えば、上面３及び下面５が、それぞれ三角形、五角形、六角形又は八角形であってもよい。

側面７は、図４及び図５に示すように、上面３及び下面５に接続されている。本実施形
態における側面７は、互いに対向して位置しており、それぞれ上面３における２つの短辺に接続された第１面７ａ及び第２面７ｂを備えている。本実施形態においては、下面５が上面３よりも一回り小さくなっていることから、側面７は、上面３の側から下面５の側に向かうにしたがって中心軸Ｘ１に近づくように傾斜している。

本実施形態のインサート１における上面３を正面視した場合の最大幅は６〜２５ｍｍである。また、下面５から上面３までの高さは１〜１０ｍｍである。ここで、下面５から上面３までの高さとは、上面３の上端と下面５の下端との間における中心軸Ｘ１に平行な方向での長さを意味している。

なお、上面３、下面５及び側面７の構成としては、上記の構成に限定されない。例えば、下面５が上面３と同じ形状であって、平面透視した場合に、下面５の外周が上面３の外周と重なり合っていてもよい。この場合には、側面７は、下面５に対して直交するように設けられる。

切刃９は、図１などに示すように、上面３及び側面７が交わる稜線に位置している。このとき、上面３及び側面７が交わる稜線の全体に切刃９が位置していてもよく、また、上面３及び側面７が交わる稜線の一部のみに切刃９が位置していてもよい。切刃９は、切削加工において被削材を切削するために用いることが可能である。本実施形態における切刃９は、上面３と第１面７ａとが交わる稜線の少なくとも一部に位置する第１切刃９ａを有している。第１切刃９ａは、上面３における短辺に位置していると言い換えてもよい。

下面５は、図３に示すように、第１面７ａの側から第２面７ｂの側に向かって延びた複数の溝１１を有している。下面５が複数の溝１１を有していることによって、インサート１のホルダへの固定が安定し易い。さらに、下面５の側から見た場合、すなわち下面５を正面から見た場合において、図６に示すように、上面３及び第１面７ａが交わる稜線Ｘ２と、複数の溝１１の仮想延長線Ｘ３とがなす角度をθ１、下面５及び第１面７ａが交わる稜線Ｘ４と、仮想延長線Ｘ３とがなす角度をθ２としたときに、θ２＞θ１である。

このように、θ２が、θ１と同じ値ではなくθ１よりも大きい値であることから、θ２が過度に小さくなることが避けられる。そのため、斜め沈み込み加工などを行うためにθ１の値を小さくした場合であっても、θ２の値を大きくすることが可能である。したがって、斜め沈み込み加工などを行うことが可能でありつつ、安定してホルダに固定することが可能な切削インサート１となる。

図３に示す一例における下面５は、第１面７ａの側から第２面７ｂの側に向かって延びた複数の***部１２を有している。そのため、複数の溝１１は、それぞれ複数の***部１２の間に位置していると見做すことが可能である。また、言い換えれば、複数の***部１２は、それぞれ複数の溝１１の間に位置していると見做すことが可能である。

複数の***部１２は、それぞれ第１面７ａの側から第２面７ｂの側に向かって延びており、図３に示す一例においては互いに平行である。図７に示す一例では、***部１２の延びる方向に直交する断面において、***部１２が、平坦な頂部１２ａと、この頂部１２ａの両端にそれぞれ接続された２つの傾斜した平面１２ｂによって構成されている。

***部１２の頂部１２ａが、第１面７ａの側から第２面７ｂの側に向かって延びた平坦面である場合には、複数の***部１２がホルダに干渉しにくくなる。そのため、***部１２の頂部１２ａに負荷が集中しにくくなる。

なお、***部１２の形状は特定の構成に限定されるものではなく、例えば図８に示すよ
うに、平坦な頂部１２ａと、この頂部１２ａの両端にそれぞれ接続された２つの凸曲面１２ｃによって構成されていてもよく、また、図９に示すように、一つの凸曲面１２ｃによって構成されていてもよい。

インサート１は、図１に示す一例のように、上面３から下面５にかけて延びた貫通孔１３を有していてもよい。なお、本実施形態における貫通孔１３は、上面３の中心から下面５の中心に向かって形成されている。そのため、本実施形態においては、貫通孔１３の延びる方向が、中心軸Ｘ１と平行になっている。

貫通孔１３は、インサート１をホルダにネジ止め固定する際にネジを挿入するための孔として用いることが可能である。なお、インサート１をホルダに固定する方法としては、上記のネジ止め固定には限定されない。例えば、クランパー又はレバーでインサート１をホルダに固定する際にも貫通孔１３を利用することが可能である。

上面３における貫通孔１３の開口部分を第１開口部１３ａ、下面５における貫通孔１３の開口部分を第２開口部１３ｂとする。このとき、下面５の側から見た場合における複数の溝１１は、第２開口部１３ｂに接続されていてもよいが、図６に示す一例のように、第２開口部１３ｂから離れていてもよい。複数の溝１１が第２開口部１３ｂから離れている場合には、インサート１の耐久性を高めることができる。

これは、インサート１をホルダにネジ止め固定する際に第２開口部１３ｂの近くには大きな負荷が加わり易いが、複数の溝１１が第２開口部１３ｂから離れている場合には、インサート１をホルダにネジ止め固定する際に溝１１に加わる負荷を溝１１の広い範囲に分散させ易いからである。

さらに、下面５の側から見た場合において、下面５が第２開口部１３ｂを囲む平坦な第１領域５ａを有しており、下面５における第２開口部１３ｂの周りが凹凸形状ではない場合には、第２開口部１３ｂの周りにおける下面５の強度を高めることができる。そのため、インサート１の耐久性をさらに高めることができる。

特に、第１領域５ａにおける貫通孔１３の径方向での幅Ｗ１が一定である場合には、第１領域５ａに加わる負荷を分散させ易いため、第１領域５ａの強度を高めることができる。そのため、インサート１の耐久性をより一層高めることができる。なお、上記の幅が一定であるとは、厳密に一定であることを要求するものではなく、第１領域５ａにおける貫通孔１３の径方向での幅の最小値が、この幅の最大値の９０％以上であればよい。

また、複数の***部１２は、第１領域５ａよりも下方に突出しており、図１０に示すように、貫通孔１３の延びた方向、すなわち中心軸Ｘ１に沿った方向において、***部１２の上端から***部１２の下端までの幅Ｗ２が、第１領域５ａから***部１２の下端までの幅Ｗ３よりも大きい場合には、第１領域５ａに加わる負荷を***部１２へと逃がし易い。そのため、第１領域５ａの耐久性を高めることができる。

下面５の側から見た場合において、複数の***部１２は、それぞれ第１面７ａの側から第２面７ｂの側に向かって延びているが、このとき複数の***部１２の少なくとも１つが、第１面７ａの側から貫通孔１３に向かって延びていてもよい。ここで、第１面７ａの側から貫通孔１３に向かって延びた***部１２を第１***部１５とする。

このとき、貫通孔１３の延びる方向に平行、かつ、第１***部１５を含む断面において、第１***部１５は、第１面７ａの側の端部に位置する第１傾斜面１５ａと、貫通孔１３の側の端部に位置する第２傾斜面１５ｂとを有していてもよい。

第１***部１５における第１傾斜面１５ａが位置する部分は、第１切刃９ａを用いて切削加工を行う際に切削負荷が加わり易い部分である。第１***部１５が第１傾斜面１５ａを有している場合には、上記の切削負荷が加わり易い部分におけるインサート１とホルダの接触面積を増やし易い。そのため、インサート１をホルダで安定して保持し易くなる。

また、第１***部１５における第２傾斜面１５ｂが位置する部分は、既に述べたように、インサート１をホルダにネジ止め固定する際に負荷が加わり易い部分である。第１***部１５が第２傾斜面１５ｂを有している場合には、上記の負荷が加わり易い部分におけるインサート１とホルダの接触面積を増やし易い。そのため、インサート１をホルダで安定して保持し易くなる。

第１傾斜面１５ａの傾斜角をφ１、第２傾斜面１５ｂの傾斜角をφ２とした場合に、φ１＞φ２であってもよいが、図１０に示す一例においてはφ１＜φ２である。ホルダにネジ止め固定する際にインサート１に加わる負荷よりも第１切刃９ａを用いて切削加工を行う際にインサート１に加わる負荷の方が一般的に大きいため、φ１＜φ２である場合には、インサート１をホルダでさらに安定して保持し易くなる。

本実施形態においては、側面７が第１面７ａ及び第２面７ｂの間に位置する第３面７ｃをさらに有している。第３面７ｃは、上面３における長辺に接続されている。また、切刃９が上面３と第３面７ｃとが交わる稜線の少なくとも一部に位置する第２切刃９ｂをさらに有している。第２切刃９ｂは、上面３における長辺に位置していると言い換えてもよい。

このとき、下面５の側から見た場合において、複数の***部１２の仮想延長線Ｘ３が第２切刃９ｂに対して概ね平行である場合には、ホルダに対するインサート１の位置ずれが生じにくくなる。第１切刃９ａが上面３の短辺に位置しており、第２切刃９ｂが上面３の長辺に位置していることから、第２切刃９ｂは第１切刃９ａよりも長い。

第１切刃９ａを用いて切削加工を行う際に加わる切削負荷よりも第２切刃９ｂを用いて切削加工を行う際に加わる切削負荷の方が大きいことから、下面５の側から見た場合において、第１切刃９ａに直交する方向よりも第２切刃９ｂに直交する方向でインサート１の位置ずれが生じ易い。しかしながら、仮想延長線Ｘ３が第２切刃９ｂに対して概ね平行である場合には、第２切刃９ｂに直交する方向でのホルダに対するインサート１の位置ずれが生じにくくなる。

インサート１の材質としては、例えば、超硬合金或いはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ及びＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。

また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

インサート１の表面は、特に図示しないが、化学蒸着（ＣＶＤ）法、又は物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

＜切削工具＞
本実施形態の切削工具１０１は、図１１及び図１２に示すように、ホルダ１０３と、複数の切削インサート１と、ネジ１０５とを具備している。

ホルダ１０３は、回転軸Ｏ１を有している。ホルダ１０３は、インサート１が位置している方を先端側、先端側の反対を後端側としたとき、回転軸Ｏ１に沿って先端側から後端側に向かって延びた棒形状の部材である。切削加工物を製造するための被削材の切削加工時において、ホルダ１０３は回転軸Ｏ１を中心に回転する。なお、図１１などにおける矢印Ｏ２は、ホルダ１０３の回転方向を示している。

以下、回転軸Ｏ１に近い側を内周側とし、回転軸Ｏ１から遠い側を外周側とする。また、ホルダ１０３の後端側から先端側に向かう方向を先端方向とし、ホルダ１０３の先端側から後端側に向かう方向を後端方向とする。

ホルダ１０３の材質としては、鋼、鋳鉄、アルミ合金などが挙げられる。ホルダ１０３の大きさは、被削材の大きさに応じて適宜設定される。例えば、回転軸Ｏ１に沿った方向の長さは、３０〜９０ｍｍ程度に設定される。また、回転軸Ｏ１に直交する方向の幅（直径）は、２０〜５００ｍｍ程度に設定される。

ホルダ１０３の先端側における外周側には複数のインサートポケット１０７（以下、ポケット１０７ともいう）が位置している。ポケット１０７は、インサート１が装着される部分であり、インサート１の装着前において、ホルダ１０３の先端側における外周側に開口している。複数のポケット１０７は、回転軸Ｏ１の周りに回転対称となるように等間隔で設けられていても不等間隔で設けられていてもよい。複数のポケット１０７が等間隔で設けられている場合には、各ポケット１０７に取り付けられるインサート１に加わる負荷のばらつきを抑えることができる。

ホルダ１０３が複数のポケット１０７を有していることからも明らかであるように、ホルダ１０３は、厳密な意味での棒形状ではない。ポケット１０７に取り付けられたインサート１は、ネジ１０５によってホルダ１０３に固定されている。

本実施形態においては、図１２に示すように、２つのポケット１０７がホルダ１０３に設けられており、２つのポケット１０７に、それぞれインサート１が位置している例を示している。なお、ポケット１０７の数及びホルダ１０３に取り付けられるインサート１の数は２つに限定されるものではない。これらの数は、例えば１つであってもよく、また、３つ以上であっても何ら問題ない。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図１３〜図１５を用いて説明する。図１３〜１５は、切削加工物の製造方法を示している。なお、図１３〜図１５の二点鎖線は、切削工具の回転軸Ｏ１を示している。切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）上記実施形態に代表される切削工具１０１を回転させる工程と、
（２）回転している切削工具１０１におけるインサート１を被削材２０１に接触させる工程と、
（３）切削工具１０１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図１３に示すように、切削工具１０１を回転軸Ｏ１の周りで回
転させながら被削材２０１に相対的に近付ける。次に、図１４に示すように、インサート１の切刃を被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図１５に示すように、切削工具１０１を被削材２０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、被削材２０１を固定するとともに切削工具１０１を近付けている。また、図１３〜図１５においては、被削材２０１を固定するとともに切削工具１０１を回転軸Ｏ１の周りで回転させている。また、図１５においては、被削材２０１を固定するとともに切削工具１０１を遠ざけている。なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、被削材２０１を固定するとともに切削工具１０１を動かしているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１に近付けてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、切削工具１０１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所にインサート１の切刃を接触させる工程を繰り返せばよい。使用している切刃が摩耗した際には、インサート１を貫通孔の中心軸の周りで１８０°回転させて、未使用の切刃を用いればよい。なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄又は非鉄金属などが挙げられる。

なお、上記の実施形態においては、切削工具１０１としてフライス加工などに用いられる回転工具を示したが、本実施形態のインサート１が用いられる切削工具１０１としては、上記の工具に限定されるものではない。例えば、切削工具が、溝入れ加工などに用いられる旋削工具であってもよい。

１・・・切削インサート（インサート）
３・・・上面
３ａ・・第１角
３ｂ・・第２角
５・・・下面
５ａ・・第１領域
７・・・側面
７ａ・・第１面
７ｂ・・第２面
７ｃ・・第３面
９・・・切刃
９ａ・・第１切刃
９ｂ・・第２切刃
１１・・・***部
１１ａ・・頂部
１１ｂ・・平面
１１ｃ・・凸曲面
１３・・・貫通孔
１３ａ・・第１開口部
１３ｂ・・第２開口部
１５・・・第１***部
１５ａ・・第１傾斜面
１５ｂ・・第２傾斜面
１０１・・・切削工具
１０３・・・ホルダ
１０５・・・ネジ
１０７・・・ポケット
２０１・・・被削材

Claims (9)

1. 上面と、下面と、前記上面及び前記下面の間において対向して位置する第１面及び第２面を備えた側面と、前記上面と前記第１面とが交わる部分の少なくとも一部に位置する第１切刃と、前記上面から前記下面にかけて延びた貫通孔とを備え、
   前記下面は、
   前記第１面の側から前記第２面の側に向かって延びた複数の溝と、
   前記貫通孔の開口部分を囲む平坦な第１領域と、
   複数の前記溝の間に位置する複数の***部とを有し、
   下面側から見た場合において、前記上面及び前記第１面が交わる稜線と、複数の前記溝の仮想延長線とがなす角度をθ１、前記下面及び前記第１面が交わる稜線と、前記仮想延長線とがなす角度をθ２としたときに、θ２＞θ１であり、
   複数の前記***部が前記第１領域よりも下方に突出するとともに、複数の前記***部の基底が前記第１領域よりも下方に位置しており、
   前記貫通孔の延びた方向において、前記***部の頂部から前記***部の前記基底までの幅が、前記第１領域から前記***部の前記基底までの幅よりも大きいことを特徴とする切削インサート。
2. 下面側から見た場合において、複数の前記溝は、前記下面における前記貫通孔の開口部分から離れていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 下面側から見た場合において、前記第１領域は、前記貫通孔の径方向での幅が一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削インサート。
4. 下面側から見た場合において、複数の前記***部の少なくとも１つは、前記第１面の側から前記貫通孔に向かって延びた第１***部を有し、
   前記貫通孔の延びる方向に平行、かつ、前記第１***部を含む断面において、前記第１***部は、前記第１面の側の端部に位置する第１傾斜面と、前記貫通孔の側の端部に位置する第２傾斜面とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の切削インサート。
5. 前記第１傾斜面の傾斜角をφ１、前記第２傾斜面の傾斜角をφ２とした場合に、φ１＜φ２であることを特徴とする請求項４に記載の切削インサート。
6. 前記側面は、前記第１面及び前記第２面の間に位置する第３面と、前記上面と前記第３
   面とが交わる部分の少なくとも一部に位置する第２切刃とをさらに備え、
   下面側から見た場合において、前記仮想延長線が前記第２切刃に対して平行であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の切削インサート。
7. 複数の前記***部の前記頂部は、前記第１面の側から前記第２面の側に向かって延びた平坦面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の切削インサート。
8. 先端側に位置するポケットを有するホルダと、
   前記ポケット内に位置する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の切削インサートとを有する切削工具。
9. 請求項８に記載の切削工具を回転させる工程と、
   回転している前記切削工具を被削材に接触させる工程と、
   前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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