JP4460573B2 - 溝切り作業用切削インサート - Google Patents

Description

本発明は、溝切り作業用切削インサートに関する。特に、本発明に係る切削インサートは、主として、楔形溝の製造を意図されたものであり、ピストンのリング溝の機械加工での適用も可能である。

そのような切削インサートは、例えば、後方軸部及び該後方軸部から前方に突出する前方切削ヘッドを備えている切削インサートを開示する特許文献１で知られている。切削ヘッドは、上面、下面、各々が上面を下面に相互に連結する２つの横側面、及び横側面を相互に連結する前方を向いている前側面を含んでいる。各横側面は、上面と鋭角をなしている。前側面と上面との間の移行部は、主切削刃を形成している。各横側面と上面との間の移行部は、側部切削刃を形成している。側部切削刃は、切削ヘッドの中心線のそれぞれの対向する側部に延在し、前方方向で収束する。側部切削刃は、互いの間で鋭角を形成する。各側部切削刃は、そこに形成されている相隔たる複数の溝を含んでいる。それにより、各側部切削刃は、非連続となる。したがって、切削刃は、切削刃区分を備え、各区分は、溝で隣接する区分と分離されている。

溝切り作業中、最初に、主切削刃は、被加工物に係合する。切削深さが大きくなると、インサートと被加工物との間の干渉が３つの異なる辺で、すなわち、主切削刃と２つの側部切削刃に沿って、起こる。そこでは、溝が、積極的な役割を果たし始め、切り屑の幅を減少させるのに貢献する。このことは、あまりに薄く、処理するのに困難である切り屑の形成を避けるのに役立つ。しかしながら、連続した切削刃の区分は、供給方向に直交する（すなわち、中心線に直交する）方向に重なることがない。結果として、切削深さが大きくなると、所定の切削刃の区分が被加工物を機械加工し終えた後、被加工物の一部は、所定の切削刃の区分のすぐ後方（すなわち、供給方向に対して下流）に位置する溝に係合するであろう。このことは、さらなる溝が被加工物に係合するたびに、切削インサートに加えられる大きな抵抗力を生じさせる。溝は、切削刃ではなく、したがって、切削深さが大きくなると、溝と係合する被加工物のその部分は、切削されず、最も変形した状態になるであろう。したがって、機械加工全体は、非常に非効率的であるであろう。

米国特許第６，４４７，２１９号明細書

上述した不都合な点を著しく減じ、あるいはこれを克服する、楔形の溝の製造のための、半径方向の溝切り作業用切削インサートを提供することが本発明の目的である。

本発明によれば、溝切り作業用切削インサートが提供される。該溝切り作業用切削インサートは、固定部分と少なくとも１つの切削部分、対向する上面と底面及びこれらの間に延在する周囲側面を備え、上面と周囲側面とは少なくともその一部が切削刃を備える上縁部で交わり、少なくとも１つの切削部分は、前方主切削刃と該主切削刃から切削インサートの中心線の両側の固定部分まで後方に向かって延在する２つの対向する側部切削刃を備え、各切削刃は、切削インサートの上面図で概略鋸歯状をなしている。

鋸歯形状は、複数の段部を備え、各段部は、３つの区画、前方区画、後方区画及びこれらの区画間のコーナー区画、を備え、１つの段部の後方区画が隣接する段部の前方区画と結合し、前方主切削刃は、複数の段部のうちの第１の段部と結合していることが好ましい。

一般的に、上縁部が中心線を通る平面に対して鏡面対称をなすとともに、対向する２つの側切削刃の段部が中心線に対して対向する一対の段部を形成するように、１つの側部切削刃の段部は、他の側部切削刃の段部とぴったりと合っている。

必要に応じて、第１の段部の前方区画は、丸みが付けられている。

典型的には、丸い前方区画は、所定の半径を有する円弧である。

本発明の好ましい実施態様によれば、対向する側部切削刃のうちの１つのコーナー区画は、第１の線上にあり、対向する側部切削刃のうちのもう１つのコーナー区画は、第２の線上ある。

第１及び第２の線は、主切削刃の両側の第１の段部の前方区画の前方で収束することが好ましい。

本発明の好ましい実施態様によれば、第１の段部から離れている、所定の一対の対向する段部の各段部の前方区画は、前方で収束する一対の対向する線のうちの１本の線上にある。

さらに、本発明の好ましい実施態様によれば、所定の一対の対向する段部の各段部の後方区画は、後方で収束する一対の対向する線上のうちの１本の線上にある。

典型的には、周囲側面は、少なくとも１つの端面と該少なくとも１つの端面から後方に延在する２つの対向する側面を含んでいる。少なくとも１つの端面は、少なくとも１つの切削部分を持つ主切削刃において上面に交わる。

必要に応じて、各側面は、２つの側面部分、上縁部に隣接する上部側面部分と上部側面部分から底面まで延在する下部側面部分、に分割される。

典型的には、上部側面部分の形状は、切削インサートの上面図で上縁部の形状に類似している。

本発明をよりよく理解するために、また、本発明がどのように実際に実行されているかを示すために、添付図面を参照されたい。

本発明に係る溝切り作業用切削インサート１０を示す図に注目する。切削インサート１０は、典型的には、プレス成形（form-pressing）又は押出鋳込（injection molding）し、超硬粉末を粘結剤で焼結することで、超硬合金のような非常に硬い、耐摩耗性材料から作られる。切削インサート１０は、割り出し可能な両面切削インサート（an indexable double-ended cutting insert）であり、固定部分１２及び２つの切削部分１４を備えている。しかしながら、本発明は、切削部分１４が一箇所しかない片面切削インサートにも同様に適用可能である。切削インサート１０は、対向する上面１６及び底面１８及びこれらの間に延在する周囲側面２０を有する。上面１６と周囲側面２０は、前方主切削刃２４及び主切削刃２４から後方に固定部分１２まで、切削インサート１０の中心線Ｌの両側に延在する、２つの対向する同一の側部切削刃２６を備える上縁部２２で交わる。本発明によれば、各側部切削刃２６は、切削インサート１０を上から見て概略鋸歯形状を有している。

本発明の好ましい実施態様によれば、２つの切削部分１４は、同一であり、したがって、図２及び３に示されるように切削インサート１０の半分に関して両面切削インサート１０を説明すれば足りる。線Ｌは、切削インサート１０の前方から後方までの縦方向を画定するとともに、主切削刃２４は、切削インサート１０の前端２８に配置され、固定部分１２は、図２及び３に示されるように、半分の切削インサート１０に対して後端３０に配置される。

図３を参照すると、各側部切削刃２６は、複数の段部３２を備え、各段部３２は、３つの区画３４、３６、３８、前方区画３４、後方区画３６及び前方区画３４と後方区画３６との間に位置するコーナー区画３８を備えている。ある段部３２の後方区画３６は、隣接する段部３２の前方区画３４と結合し、前方主切削部刃２４は、複数の段部のうちの第１の段部３２’と結合する。図に示される実施態様においては、第１の段部３２’の前方区画３４’は、丸みが付けられており、後方区画３６’に直接的に結合する共有の丸い前方区画３４’を形成するコーナー区画３８’と結合している。典型的には、丸い前方区画３４’は、所定の半径を持つ円弧である。一方の側部切削刃２６の段部３２は、上縁部２２が中心線Ｌを通る平面Ｐに関し鏡面対称をなすとともに、対向する２つの側部切削刃２６の段部３２が中心線Ｌに対して一対の対向する段部を形成するように、他方の側部切削刃２６の段部３２とぴったりと合っている。一対の対向する段部３２ａ、３２ｂの例が図３に示されている。一対の対向する段部３２ａ、３２ｂの例における段部の前方区画３４ａ、３４ｂは、前方区画３４ａ、３４ｂから中心線上の前方交点Ｑにかけて前方に向かって収束する一対の対向する線Ｌ’ａ、Ｌ’ｂの上にある。前方交点Ｑは、例示された一対の対向する段部３２ａ、３２ｂの前方区画３４ａ、３４ｂに対し前方に位置する。同様に、一対の対向する段部全ての前方区画全ては、前方区画から中心線上の前方交点にかけて前方に向かって収束する一対の対向する線上にある。さらに、例示された一対の対向する段部３２ａ、３２ｂの段部の後方区画３６ａ、３６ｂは、後方区画３６ａ、３６ｂから中心線上の後方交点Ｒにかけて後方に向かって収束する一対の対向する線Ｌ”ａ、Ｌ”ｂの上にある。後方交点は、図３から外れた点で中心線に交差するので示され得ない。後方交点Ｒは、例示された一対の対向する段部３２ａ、３２ｂの後方区画３６ａ、３６ｂに対し後方に位置する。同様に、一対の対向する段部全ての後方区画全ては、後方区画から中心線上の後方交点にかけて後方に向かって収束する一対の対向する線上にある。

上述した側部切削刃２６の鋸歯形状構造は、以下の特性を備える側部切削刃２６を提供する。第１に、前方区画３４は、供給方向Ｆに対して鋭角αで方向付けられている。第２に、後方区画３６は、鋭角β分だけ供給方向Ｆから逃げている。第３に、前方区画３４及び後方区画３６は、鈍角γ分だけ互に傾いている。これらの特性は、切削インサート１０に多くの有利な特徴を与える。第１に、コーナー区画３８（すなわち、“切削コーナー”）を強くする。第２に、主切削刃２４において、中心切り屑が形成され、各前方区画３４（すなわち、“副作業切削刃”）において、小さな分離した側部切り屑が形成される。該側部切り屑は、被加工物に形成される溝の側壁から離れる方向に向かう。第３に、供給方向Ｆで、各側部切削刃２６の前方区画３４間で完全に重なり合う。それで、被加工物のみが、切削刃（主切削刃２４と“副作業切削刃”３４）に遭遇する。

切削インサート１０の底縁部４０が、また、図３に示されている。該底縁部４０において、周囲側面２０が底面１８に交わっている。理解され得るように、切削インサート１０を上から見て、底縁部４０は、上縁部２２の範囲内に位置している。このことは、周囲側面２０が側部切削刃２６から底縁部４０まで下方に及び内側に延在することを示し、該切削刃２６が溝切り作業中被加工物から逃げることを保証する。周囲側面２０は、端面４２及び該端面４２から後方に向けて延在する２つの対向する側面４４を備えている。端面４２は、主切削刃２４において上面１６に交わり、側面４４は、側部切削刃２６において上面１６に交わる。側面４４各々は、２つの側面部分、上縁部２２に隣接する上部側面部分４４’及び該上部側面部分４４’から底面１８まで延在する下部側面部分４４”、に分割される。上部側面部分４４’の形状は、切削インサート１０を上から見て、上縁部２２の形状に類似している。

図１及び図５に注目する。固定部分１２の近くの上面１６及び底面は、長手方向に延在するＶ字形の凹面を有している。切削インサート１０を保持するバイトホルダ（a tool holder）（不図示）のインサート・ポケットの固定面は、長手方向に延在するＶ字形の凸面に結合されるであろう。この機構は、機械加工の作業中、切削インサートの横方向の安定性を達成するための技術においてよく知られている。

図１−３は、主切削刃２４に隣接する切り屑形成体４６及び側部切削刃２６の前方区画３４それぞれに隣接する切り屑形成体４６を示している。切り屑形成体４６は、望ましい形状でよい。図６Ａ及び６Ｂは、切り屑形成体の２つの例を示している。図６Ａの切り屑形成体４６は、上面１６内の凹みであり、一方、図６Ｂの切り屑形成体４６は、上面１６から突出する突起である。図７は、上面１６に切り屑形成体を有しない、本発明に係る切削インサート１０を示している。

図２に戻ると、一方の側部切削刃２６のコーナー区画３８が第１の線Ｌ１上にあり、他方の側部切削刃２６のコーナー区画が第２の線Ｌ２上にあることが分かる。第１の線Ｌ１及び第２の線Ｌ２は、主切削刃２４の両側にある第１の段部３２’の前方区画３４’に対して前方で収束している。被加工物に形成される溝の形状は、側部切削刃２６及び主切削刃２４の形状であるけれども、第１の線Ｌ１及び第２の線Ｌ２及び主切削刃２４により形成される形状から、溝の形状が、断面で、略楔形すなわちＶ字形のような形状であることが理解され得る。断面で楔形すなわちＶ字形状を有するリング溝（ring grooves）は、例えば、ピストンに必要とされる。そのような形状は、表面に直接溝切りをすることができないので、本発明の切削インサート１０は、断面が略楔形の形状を有するピストンのリング溝を機械加工することを可能とする。したがって、本発明に係る切削インサート１０は、被加工物に溝を荒削りするのに使用され得る。最終製品は、仕上げ加工で得られる。溝切りされた表面の平滑度は、主に、前方区画３４の長さ及び側部切削刃２６の前方区画３４と後方区画３６との間の鈍角γに依存する。一般に、第１の段部３２’の隣接する丸い前方区画３４’とともに主切削刃２４により形成される溝の幅Ｗ１は、任意の前方区画３４により作られる切削幅Ｗ２より広い。ある特定の拘束力のない例では、Ｗ１は、Ｗ２より５〜１０倍も大きい。しかしながら、Ｗ１とＷ２の相対的な大きさは、適用例による。絶対的には、Ｗ２は、普通、１／１０ｍｍより小さいことはない。

主切削刃２４に隣接するレーキ面４８が湾曲していることが図４に示されている。該レーキ面４８は、主切削刃２４から後方及び下方に延在し、次に後方偏向壁５０に向かって上方に延在する。後方偏向壁５０は、側部切削刃２６の前方区画３４で形成される切り屑に干渉することがないように、主切削刃２４で形成される切り屑をカールするのを助ける。

本発明がある程度詳細に説明されてきたけれども、以下にクレームされる本発明の範囲から逸脱することなく、いろいろな変更や改良がなされ得ることが、理解されるべきである。

本発明に係る切削インサートの斜視図である。 図１に示される切削インサートの部分的上面図である。 拡大された図２と同様の図である。 図１に示される切削インサートの部分的側面図である。 図１に示される切削インサートの端面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿ってとられた断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿ってとられた断面図である。 本発明に係る別の切削インサートの斜視図である。

Claims (9)

1. 固定部分及び少なくとも１つの切削部分、対向する上面と底面及びこれらの間に延在する周囲側面を備え、
   上面及び周囲側面は、少なくとも一部が切削刃である上縁部で交わり、
   少なくとも１つの切削部分は、切削インサートの中心線の両側に、前方主切削刃及び該主切削刃から固定部分まで後方に向かって延在する２つの対向する側部切削刃を備え、
   各側部切削刃は、切削インサートを上から見て、概ね鋸歯形状を有し、
   鋸歯形状は、複数の段部を備え、各段部は、３つの区画、前方区画、後方区画及びこれらの区画の間のコーナー区画を備え、１つの段部の後方区画は、隣接する段部の前方区画に結合し、前方主切削刃は、複数の段部のうちの第１の段部に結合し、
   一方の側部切削刃の段部は、中心線を通る平面に対し上縁部が鏡面対称をなすとともに、対向する２つの側部切削刃の段部が中心線に対して対向する一対の段部を形成するように、他方の側部切削刃の段部とぴったり合わされており、
   所定の対向する一対の段部の各段部の後方区画は、後方で収束する対向する一対の線の線上にある、
   ことを特徴とする溝切り作業用切削インサート。
2. 第１の段部の前方区画は、丸みが付けら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. 丸い前方区画は、所定の半径を有する円弧であることを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
4. 対向する側部切削刃の一方のコーナー区画は、第１の線上にあり、対向する側部切削刃の他方のコーナー区画は、第２の線上にあることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
5. 第１の線及び第２の線は、主切削刃の両側の第１の段部の前方区画の前方で収束す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. 所定の対向する一対の段部の各段部の前方区画は、前方で収束する対向する一対の線の線上にあることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
7. 周囲側面は、少なくとも１つの端面と該少なくとも１つの端面から後方に延在する２つの対向する側面を備え、該少なくとも１つの端面は、少なくとも１つの切削部分の主切削刃で上面と交わることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
8. 各側面は、２つの側面部分、上縁部に隣接する上部側面部分と該上部側面部分から底面に延在する下部側面部分、に分割されていることを特徴とする請求項７に記載の切削インサート。
9. 上部側面部分の形状は、切削インサートの上から見て、上縁部の形状に類似していることを特徴とする請求項８に記載の切削インサート。

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