JP5315569B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

この発明は、切削工具の切れ刃として利用する切削インサート、詳しくは、焼き入れ鋼などの加工に利用されるチップブレーカ付き切削インサートに関する。なお、ここで言う切削インサートは、基材のコーナ部に立方晶窒化硼素焼結体を含有する超高硬度焼結体（以下超高硬度焼結体と記載）を接合し、その超高硬度焼結体で切れ刃を形成したものを指す。

首記の切削インサートの従来例として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。その特許文献１に開示された切削インサートは、基材のコーナ部に、その基材の上面から落ち込む座を形成してその座に超高硬度焼結体を接合し、その超高硬度焼結体に、切れ刃とすくい面とチップブレーカを形成している。

その特許文献１の切削インサートは、超高硬度焼結体を含めて基材の上面の縁に大きめのネガランドを形成し、切れ刃になる稜線に沿ってそのネガランドが少し残される位置で超高硬度焼結体のコーナ部を除去してすくい面となるフラットなランドを超高硬度焼結体に形成し、そのランドの終端を斜めに切り上げてチップブレーカを形成している。

そのチップブレーカは、前記ネガランドの位置から円弧刃の先端に向って中央が突出量大となるようにせり出す突起と、すくい面から前記突起の上辺に向って斜めに切れ上るブレーカ壁とで構成しており、ブレーカ壁は角度をもって連なる２面で構成されている。

ＷＯ２００５／０６８１１７号公報

上記特許文献１の切削インサートは、すくい角が０°に設定されており、そのために、切削抵抗が大きくてクレータ摩耗が起こり、切削抵抗低減による寿命向上の余地が残されていた。

また、すくい角を０°にしたことで、ブレーカ壁の高さを十分に確保するのが難しく、切屑処理性に関しても改善の余地が残されていた。

なお、アルミニウムなどの切削に使用されるインサートでは、切削加工時の負荷が小さい。そのため、基材のコーナ部にダイヤモンド焼結体を接合してそのダイヤモンド焼結体に切れ刃とすくい面とチップブレーカを形成し、すくい面に正のすくい角を付与することが従来から行なわれている。

ところが、切れ刃を超高硬度焼結体で形成した切削インサートは、焼き入れ鋼に代表される難削材の加工に利用され、大きな切削負荷に耐えることが要求されることから、単純な形で正のすくい角を付与すると切れ刃の強度が低下して実用に耐えるものが得られない。そのために、切れ刃を超高硬度焼結体で形成した切削インサートで正のすくい角を付与した製品は、市場に見当たらない。

この発明は、切れ刃の必要強度を確保しながら切削インサートに正のすくい角を付与することを可能にして切削抵抗の低減、寿命向上、切屑処理性能の向上を実現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、基材のコーナ部に、その基材の上面から落ち込む座を形成してその座に超高硬度焼結体を接合し、その超高硬度焼結体に、切れ刃とすくい面とチップブレーカを形成したチップブレーカ付き切削インサートを以下の通りに構成した。

まず、前記チップブレーカを、チップの平面視において、コーナ角の二等分線に交わる直線から前記切れ刃の円弧刃の先端（Ｔ）の方向にせり出す突起と、その突起の上辺とすくい面との間に形成された第１ブレーカ壁と、前記突起の基端から前記超高硬度焼結体の側面まで延びた稜線とすくい面との間に形成された第２ブレーカ壁とで構成した。

また、前記超高硬度焼結体に、その高さがほぼ一定で、刃先強化用の面取り部が形成された円弧刃を有する切れ刃を形成した。ここで言うほぼ一定とは、高低差が全く無いことを意味するのではなく、切れ刃を形成する部分で大きな高低差が無いことを意味する。例えば、円弧刃を構成する部分の高低差が０．５ｍｍ以内であれば、ほぼ一定とみなすことができる。その面取り部は、チャンファー面（Ｃ面）、ホーニング処理された丸みのある面のどちらであってもよい。

そしてさらに、前記すくい面に正のすくい角を付与し、このすくい面と前記超高硬度焼結体の側面とが交わって形成される稜線を、前記切れ刃から遠ざかるにつれて基材の下面に近づく方向に傾斜させた。

切れ刃には、円弧刃の両端に連なる直線刃が含まれていてもよい。

この切削インサートの好ましい形態を以下に列挙する。
（１）前記第１、第２ブレーカ壁の立ち上がり角θ２を、前記すくい面のすくい角θ１と同等以上に設定したもの。
（２）前記円弧刃の先端から前記突起の突端までの距離Ｗと、前記切れ刃の前記超高硬度焼結体の上面からの芯下がり量ｔを、０．１ｍｍ≦Ｗ≦１．８ｍｍ、かつ、０ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍに設定したもの。
（３）すくい面のすくい角を０°を超え、３０°以下に設定したもの。
（４）前記基材の上面と側面の交差部に所定高さのネガランドを形成し、前記突起の上辺を前記ネガランドと前記上面との間に形成される稜線の延長上に配置し、前記ネガランドに前記第２ブレーカ壁を交わらせたもの。

この発明の切削インサートは、すくい面に正のすくい角を付与している。さらに、このすくい面と超高硬度焼結体の側面とが交わって形成される稜線を、前記切れ刃から遠ざかるにつれて基材の下面に近づく方向に傾斜させている。この構成により、切屑が流出しやすくなって切削抵抗が低減される。

また、すくい角を正にしたことですくい面に対する切屑の押し付け圧が小さくなってすくい面のクレータ摩耗も抑制される。

さらに、超高硬度焼結体に、その高さがほぼ一定で、刃先強化用の面取り部が形成された円弧刃を有する切れ刃を形成している。それにより、すくい角を正にしたことによる刃先の強度低下が補われ、難削材の加工に耐える耐欠損性が確保される。

このほか、すくい角を正にしたことで、すくい角０°の場合に比べてブレーカ壁の高さが増大し、切屑がブレーカ壁に安定して接触する。また、切削条件によっては切屑が第１ブレーカ壁に沿ってカールせずに流れ出すことが考えられるが、このときには、流出方向前方に位置する第２ブレーカ壁が有効に機能して切屑をカールさせる。従って、切屑の処理性能も向上する。

なお、上記において好ましいとした形態の作用・効果は、後に説明する。

この発明の切削インサートの一例を示す斜視図 図１の切削インサートの側面図 図１の切削インサートの要部の拡大平面図 図１の切削インサートの要部を図３のＡ方向に見た拡大側面図 図１の切削インサートの要部を図３のＢ方向に見た拡大側面図 図１の切削インサートの要部の図３のVI−VI線に沿った拡大断面図 実施例１での発明品と比較品の切削抵抗を示す図 （ａ）実施例１での比較品１による切屑を示す図、（ｂ）実施例１での比較品２による切屑を示す図、（ｃ）実施例１での発明品による切屑を示す図 実施例２での発明品と比較品の切削抵抗を示す図 （ａ）実施例２での比較品１による切屑を示す図、（ｂ）実施例２での比較品２による切屑を示す図、（ｃ）実施例２での発明品による切屑を示す図 この発明の切削インサートの他の例を示す斜視図 この発明の切削インサートにおける他の例の要部の拡大斜視図 この発明の切削インサートにおけるさらに他の例の要部の拡大斜視図 この発明の切削インサートにおけるさらに他の例の要部の拡大斜視図 この発明の切削インサートにおけるさらに他の例の要部の拡大斜視図 この発明の切削インサートにおけるさらに他の例の要部の拡大斜視図

以下、添付図面の図１〜図１６に基づいて、この発明の切削インサートの実施の形態を説明する。

図１は菱形の切削インサートにこの発明を適用したものである。この切削インサート１は、超硬合金からなる基材２と、その基材の鋭角コーナ部に接合された小片の超高硬度焼結体３とで構成されている。超高硬度焼結体３は、立方晶方窒化硼素を２０容量％以上含有する周知の焼結体である。

基材２の鋭角コーナ部には、上面から所定量落ち込んだ座４が形成されており、その座４に超高硬度焼結体３が鑞付けして接合されている。そして、その超高硬度焼結体３に、切れ刃５と超高硬度焼結体３の上面から落ち込んだすくい面６とチップブレーカ７が形成されている。

切れ刃５は、図２、図４、図５からわかるように、超高硬度焼結体３に高さがほぼ一定した円弧刃５ａを有している。図示の切れ刃５は、図３に示す平面視１／４円の円弧刃５ａと、その円弧刃の両端に連ならせた長さの短い直線刃５ｂとからなるが、直線刃５ｂは省くこともあり得る。

切れ刃５には、超高硬度焼結体３の側面に対して鈍角をなす刃先強化用の面取り部８を形成している。また、すくい面６には、図６に示す正のすくい角θ１が付されている。図示の面取り部８は、平面で形成されたネガランドであるが、丸ホーニングの面であってもよい。

その面取り部８の図６に示した面取り幅ｓは、０．０１〜０．１５ｍｍ程度が適当と思われる。これは一般的な切削条件での切り込み幅よりも小さな値であり、刃先の強化と切れ味の確保を両立させることができる。また、面取り幅ｓが切り込み幅よりも小さければ、切屑はすくい面に沿って流れるので、切屑の処理も良好になされる。

チップブレーカ７は、チップの平面視（図３）において、コーナ角の二等分線Ｌ１に交わる線Ｌ２から前記切れ刃の円弧刃５ａの先端Ｔの方向にせり出す突起７ａと、その突起７ａの上辺ｅ１とすくい面６との間に形成された第１ブレーカ壁７ｂと、前記突起７ａの基端から超高硬度焼結体３の側面まで延びた稜線ｅ２とすくい面６との間に形成された第２ブレーカ壁７ｃとで構成されている。円弧刃５ａの先端Ｔは、図３に示す通りコーナ角の二等分線Ｌ１上に位置する。

また、すくい面６と超高硬度焼結体３の側面とが交わって形成される稜線ｅ３は、切れ刃５から遠ざかるにつれて基材の下面２ｃに近づく方向に傾斜したものになっている。なお、稜線ｅ３は切れ刃ではない。従って、この稜線ｅ３を生じさせる部分では超高硬度焼結体３の側面に対してすくい面６が鋭角に交わっていてもよい。
また、稜線ｅ３の部分では切削に直接関与しないので、すくい面６のすくい角θ１は、円弧刃５ａの先端Ｔから離れるにつれて、徐々に角度を小さくしてもよい。

図６に示したコーナ角の二等分線Ｌ１上における第１ブレーカ壁７ｂの立ち上がり角θ２は、すくい面６のすくい角θ１よりも大きいことが好ましい。第２ブレーカ壁７ｃの立ち上がり角についても同じことが言える。一般的な条件で使用されるチップについては、すくい角θ１は０°を超え、３０°以下が適しており、また、第１、第２ブレーカ壁７ｂ，７ｃの立ち上がり角θ２は、３０°以上、８０°以下が適当である。また、第１、第２ブレーカ壁７ｂ、７ｃは曲面で形成してもよい。ここで言う好ましい構成を備えていると、第１、第２ブレーカ壁７ｂ、７ｃが有効に機能して切屑の処理が良好になされる。

また、図６に示した円弧刃５ａの先端Ｔから突起７ａの突端までの距離（ブレーカ幅）Ｗと、図６に示した切れ刃５の超高硬度焼結体３の上面からの芯下がり量ｔについて、０．１ｍｍ≦Ｗ≦１．８ｍｍ、かつ、０ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍの条件を満足させるのも好ましい。

ｔが０よりも大きいと、刃先が所謂芯下がりの状況になる。この芯下がりの切削インサートは、内径加工で所謂２番当たりが生じて旋削抵抗が大きくなることがある。この発明の切削インサートは、切れ刃に正のすくい角を付与したことで芯下がり量が０の設定や、刃先が基材の上面よりも上になる芯上がりの設定も可能になる。これにより内径加工での２番当たりを回避でき、加工の条件選択の自由度が高まる。

すくい面６の円弧刃中心部における幅ｗ１と、超高硬度焼結体３の側面に沿った位置での幅ｗ２（ｗ２の幅をもつすくい面は切れ刃に対応していない領域では不要）は、どちらも０．１〜０．５ｍｍ程度が適当である。すくい面６は、ｗ２＞ｗ１の条件が満たされるように、ノーズ中心部から遠ざかるにつれて広くなるような設計にしてもよい。この設計は、第１ブレーカ壁７ｂに対する切屑の接触圧が小さくなるため、切屑の流出抵抗のさらなる低減に有効である。なお、すくい面６は、ノーズ中心部から遠く、切れ刃が形成されていない領域では、設けなくてもよい。

なお、例示の切削インサートは、基材２の上面２ａと側面２ｂの交差部に所定高さのネガランド（面取り部）９を形成し、突起７ａの上辺ｅ１をネガランド９と上面２ａとの間に形成される稜線ｅ４の延長上に配置しており、突起７ａは平面視三角形の突起になっている。突起７ａの上辺ｅ１が稜線ｅ４の延長上に配置されることはこの発明の必須の要件ではないが、そのような配置になっているとネガランド９の加工がしやすい。

超高硬度焼結体３を基材２に接合した後にネガランド９を加工し、その後に、必要箇所を掘り下げてすくい面６と突起７ａと第１、第２のブレーカ壁７ｂ，７ｃを生じさせることができる。

超高硬度焼結体３のブランクの加工（必要箇所の掘り下げ）は、レーザ加工等で行なうことができる。

切削インサートの切れ刃のすくい角θ１＝０°で前述の稜線ｅ３の無い切削工具（比較品１：工具１）と、すくい角θ１＝１５°で前述の稜線ｅ３の無い切削工具（比較品２：工具２）と、すくい角θ１＝１５°、稜線ｅ３有りの切削工具（発明品：工具３）を用いて切削試験を行い、それらの工具の切削抵抗（主分力、背分力、送り分力）を調べた。その結果を図７に示す。

また、各工具の切屑処理性能を評価した。図８（ａ）は比較品１によって生成された切屑、図８（ｂ）は比較品２によって生成された切屑、図８（ｃ）は発明品によって生成された切屑であり、切屑処理性能はこの切屑の形状の違いによって評価した。

評価のための試験は、以下の条件で実施した。
使用工具型番：ＣＮＧＡ１２０４０８、ＢＮＣ２００
ホルダー型番：ＤＣＬＮＲ２５２５Ｍ１２
被削材：ＳＣＭ４１５、ＨＲＣ６０、φ１００ｍｍ
加工条件 ｖｃ（切削速度）：１００ｍ／ｍｉｎ
ｆ（送り） ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
ａｐ（軸方向切り込み深さ）：０．２ｍｍ
切削形態 乾式切削
切削方法 外径切削

この試験の結果（図７）からわかるように、発明品は、比較品１，２に比べて切削の背分力が約５％低減された。
また、図８からわかるように、発明品は比較品に比べて切屑が細かく分断されており、切屑の処理性能が勝っている。

実施例１と同一工具を使用して実施例１と異なる切削条件で切削試験を行った。そして、それらの工具の切削抵抗（主分力、背分力、送り分力）と各工具の切屑処理性能を調べた。その結果を図９と図１０に示す。

切削条件は、加工条件の送りのみを実施例１と異ならせてｆ：０．３ｍｍ／ｒｅｖとし、その他の条件は全て実施例１と同一とした。

この試験では、図９からわかるように、発明品の切削背分力が比較品１，２に比べて約１５％低減されている。
また、図１０からわかるように、発明品は比較品に比べて切屑がより細かく分断されている。

図１１は、三角形切削インサートにこの発明を適用したものである。このように、この発明は三角形切削インサートにも適用できる。三角形の切削インサートは、各コーナに超高硬度焼結体を接合して３コーナ使用とすることが可能である。

図１２〜図１６に、本発明の切削インサートのさらに他の例を示す。これ等は、図１に記載の切削インサートと以下の点が相違する。すなわち、図１２の切削インサート１は、突起７ａの上辺ｅ１が基材の上面２ａよりも下側（基材の下面２ｃ側）に形成されている。

また、図１３の切削インサート１には、前述のネガランド９が形成されていない。図１４の切削インサート１は、突起７ａの上辺ｅ１が基材の上面２ａとネガランド９とが交わって形成される稜線の延長上（鎖線で示す部分）よりも中央側（基材２の中心部に近づく側）に形成されている。

図１５の切削インサート１は、突起７ａの先端部分７ｄが曲線で形成されて強化されている。図１６の切削インサート１も、突起７ａの先端部分７ｄが面取りされて強化されている。

この図１２以降の構造でも、突起７ａ、第１ブレーカ壁７ｂ、第２ブレーカ壁７ｃ及びすくい面６は有効に機能することで、従来の切削インサートよりも切り屑処理性能を向上させることができる。

なお、図１２〜図１６も、本発明の一形態を示しているに過ぎない。本発明は上に例示した形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々のアレンジが可能である。

１ 切削インサート
２ 基材
２ａ 上面
２ｂ 側面
３ 超高硬度焼結体
４ 座
５ 切れ刃
５ａ 円弧刃
５ｂ 直線刃
６ すくい面
７ チップブレーカ
７ａ 突起
７ｂ 第１ブレーカ壁
７ｃ 第２ブレーカ壁
７ｄ 突起の先端部分
８ 面取り部
９ ネガランド
θ１ すくい角
θ２ ブレーカ壁の立ち上がり角
Ｌ１ コーナ角の二等分線
Ｌ２ Ｌ１に対して垂直をなす直線
ｅ１ 突起の上辺
ｅ２〜ｅ４ 稜線
ｔ 切れ刃の芯下がり量
Ｔ 円弧刃の先端
Ｗ ノーズＲ部の頂点から突起の突端までの距離
ｗ１ すくい面のノーズ中心部における幅
ｗ２ すくい面の超高硬度焼結体の側面に沿った位置での幅

Claims (5)

1. 基材（２）のコーナ部に、その基材の上面から落ち込む座（４）を形成してその座（４）に超高硬度焼結体（３）を接合し、その超高硬度焼結体（３）に、切れ刃（５）とすくい面（６）とチップブレーカ（７）を形成した切削インサートにおいて、
   前記チップブレーカ（７）は、チップの平面視において、コーナ角の二等分線（Ｌ１）に交わる線（Ｌ２）から前記切れ刃の円弧刃（５ａ）の先端（Ｔ）の方向にせり出す突起（７ａ）と、その突起（７ａ）の上辺（ｅ１）とすくい面（６）との間に形成された第１ブレーカ壁（７ｂ）と、
   前記突起（７ａ）の基端から前記超高硬度焼結体（３）の側面まで延びた稜線（ｅ２）とすくい面（６）との間に形成された第２ブレーカ壁（７ｃ）とで構成され、
   前記すくい面（６）は、正のすくい角（θ１）を有し、
   このすくい面（６）と前記超高硬度焼結体（３）の側面とが交わって形成される稜線（ｅ３）は、前記切れ刃（５）から遠ざかるにつれて前記基材の下面（２ｃ）に近づく方向に傾斜していることを特徴とする切削インサート。
2. 前記第１、第２ブレーカ壁（７ｂ,７ｃ）の立ち上がり角（θ２）を、前記すくい面（６）のすくい角（θ１）と同等以上に設定した請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記円弧刃（５ａ）の先端（Ｔ）から前記突起（７ａ）の突端までの距離（Ｗ）と、前記切れ刃（５）の前記超高硬度焼結体（３）の上面からの芯下がり量（ｔ）を、
   ０．１ｍｍ≦Ｗ≦１．８ｍｍ、かつ、０ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍに設定した請求項１又は２に記載の切削インサート。
4. すくい面（６）のすくい角（θ１）を０°を超え、３０°以下に設定した請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサート。
5. 前記基材（２）の上面（２ａ）と側面（２ｂ）の交差部に所定高さのネガランド（９）を形成し、前記突起（７ａ）の上辺（ｅ１）を前記ネガランド（９）と前記上面（２ａ）との間に形成される稜線（ｅ４）の延長上に配置し、前記ネガランド（９）に前記第２ブレーカ壁（７ｃ）を交わらせた請求項１〜４のいずれかに記載の切削インサート。