JP6562983B2 - 切削インサート及び切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサート及び切削工具に関する。

金型等の切削加工において、切削工具として例えば刃先交換式のエンドミルが用いられている。この種の切削工具は、略円柱状の工具本体と、工具本体の軸方向の先端部に装着される切削インサートを備えている。

上述のような切削工具では、高送りの加工を実現するため、刃先の強度を向上することが重要な課題の一つとなっている。特許文献１には、切削インサートの主切れ刃の厚みを切削インサートの中央の平坦面の厚みよりも厚くすることにより、切削インサートの主切れ刃の剛性を向上することが提案されている。

国際公開第２０１０／１１４０９４号

しかしながら、上述の切削工具では、近年増加しつつある、硬度が50HRCを超えるような硬い被削材を加工する場合には刃先の強度が不十分であり、加工中に刃先の欠損が生じる可能性があり切削インサートの短寿命化や能率低下が問題となっている。

本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、硬度の高い被削材を加工する際でも刃先の欠損を抑制できる切削インサート及び切削工具を提供することをその目的とする。

本発明の一態様に係る切削インサートは、複数の角部を有し、互いに対向する２つの端面と、前記２つの端面の間に延在する周側面と、前記２つの端面の少なくとも一方と前記周側面との間の交差稜線に形成された切れ刃と、を備え、前記切れ刃は、第１の角部に形成された第１のコーナー刃と、前記第１の角部に隣り合う第２の角部に形成された第２のコーナー刃と、その第１のコーナー刃と第２のコーナー刃との間に配置され、互いに接続された主切れ刃及び底刃と、を少なくとも有し、端面側から見て、前記底刃は外側に凸の円弧状に形成され、前記底刃の幅は、前記第１のコーナー刃の外側端と前記第２のコーナー刃の外側端を結ぶ方向の切削インサートの幅の１５％以上５０％以下であり、前記底刃の円弧半径は、前記切削インサートの幅の１/３以上１/１以下である。

この態様によれば、上述のように底刃の幅と底刃の円弧半径を規定することにより、底刃の強度が向上し、切削時の切れ刃の欠損を抑制することができる。

周側面側から見て、前記底刃は、切削インサートの幅方向の中心を通りその幅方向に垂直の方向に延びる中心線を跨いでおり、前記底刃の主切れ刃側の第１の端が、前記底刃の主切れ刃と反対側の第２の端より高い位置にあってもよい。

周側面側から見て、前記底刃は、上に凸の第１の曲線と下に凸の第２の曲線とを含んで構成され、前記第１の曲線は前記主切れ刃に接続され、前記底刃の両端を結んだ直線と切削インサートの前記中心線に直交する線とがなす角度が０°より大きく２０°より小さくてもよい。

前記底刃は、前記第１の曲線と、前記第２の曲線と、前記第１の曲線と前記第２の曲線の間に設けられ、前記第１の曲線と前記第２の曲線に連続的に接続された直線と、を有するものであってもよい。

切削インサートが、前記底刃と前記第２のコーナー刃との間に副切れ刃を有していてもよい。

前記端面から見て、前記第１のコーナー刃の外側端と前記底刃の円弧状の最も外側に突出した点を結んだ線と、前記第２のコーナー刃の外側端と前記底刃の円弧状の最も外側に突出した点を結んだ線とがなす角度が１５０°以下であってもよい。

本発明の他の態様に係る切削工具は、工具本体と、前記工具本体の先端部に装着される、上述の切削インサートと、を備え、前記切削インサートは、工具本体の回転軸周りに端面を回転方向に向けて装着される。

切削インサートは、工具本体の先端部側から見て、前記切削インサートの底刃の両端を結んだ線が、前記切削インサートの底刃と主切れ刃との接点と切削工具の回転軸とを結んだ線に対して、回転方向に−１０°以上＋６°以下の範囲の角度になるように装着されてもよい。

前記角度範囲が、−１０°以上２°以下であってもよい。

切削インサートの斜視図である。 切削インサートの端面側から見た正面図である。 切削インサートの周側面側から見た側面図である。 切削インサートの第１の端面の拡大図である。 角度α３を示す切削インサートの第１の端面の拡大図である。 切削工具の斜視図である。 切削工具を先端部側から見た図である。 底刃の他の形状を示す模式図である。 底刃の他の形状を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る切削インサート１の斜視図であり、図２は、切削インサート１の端面側から見た正面図である。図３は、切削インサート１の周側面側から見た側面図である。

切削インサート１は、例えば高送り加工に適したエンドミル用である。図１及び図２に示すように切削インサート１は、略直方体形状を有している。切削インサート１は、互いに対向する第１の端面１０及び第２の端面１１と、第１の端面１０と第２の端面１１の間に延在する周側面１２と、２つの端面１０、１１と周側面１２との間の一部の交差稜線に形成された切れ刃１３を備えている。切削インサート１の中央には、第１の端面１０から第２の端面１１に向かう端面方向Ａ（図３の上下方向）に貫通する固定用穴１４が形成されている。

端面１０、１１側から見て、第１の端面１０及び第２の端面１１は、略長方形状を有している。例えば図２に示すように第１の端面１０は、互いに対向する一対の短辺２０、２１と、互いに対向する一対の長辺２２、２３と、４つの角部２４、２５、２６、２７を備えている。第１の端面１０には、切れ刃１３（短辺２０、２１）に沿ってチップブレーカー（溝）２８が設けられている。第２の端面１１は、第１の端面１０と同様の構成を有している。

周側面１２は、端面１０、１１の長方形状の各辺に対応する４つの周側面部３０、３１、３２、３３を有している。例えば周側面部３０、３２は、短辺２０、２１に対応し、端面１０側から見て概ね外側に凸に湾曲している。周側面部３１、３３は、長辺２２、２３に対応し、端面１０側から見て直線状に平行に形成されている。

図１〜図３に示すように切れ刃１３は、例えば周側面部３０と端面１０、１１との間の交差稜線（短辺２０）と、周側面部３３と端面１０、１１との間の交差稜線（短辺２１）に形成されている。

図２に示すように例えば周側面部３０と端面１０の間の切れ刃１３は、第１の角部２４に形成された第１のコーナー刃５０と、第２の角部２５に形成された第２のコーナー刃５１と、その第１のコーナー刃５０と第２のコーナー刃５１との間に配置され、互いに接続された主切れ刃５２、底刃５３及び副切れ刃５４を有している。すなわち切れ刃１３は、第１の角部２４から第２の角部２５に向けて、第１のコーナー刃５０、主切れ刃５２、底刃５３、副切れ刃５４及び第２のコーナー刃５１をこの順で連続的に備えている。

図４に示すように底刃５３は、端面１０側から見て外側に凸の円弧状に形成されている。底刃５３の円弧半径Ｒ１は、切削インサート１の横幅Ｗの１/３以上１/１以下である。端面１０側から見た底刃５３の幅（底刃５３と主切れ刃５２との接点Ｐ１から底刃５３と副切れ刃５４との接点Ｐ２までの距離）ｗ１は、切削インサート１の短辺方向Ｂ（第１のコーナー刃５０の外側端と第２のコーナー刃５１の外側端を結ぶ方向）の横幅Ｗの１５％以上５０％以下であり、好ましくは１７％以上４４％以下である。

底刃５３は、切削インサート１の短辺方向Ｂの中心を通る長手方向Ｓの中心仮想平面（中心線）Ｃを跨ぐように配置されている。主切れ刃５２は、底刃５３と第１のコーナー刃５０とを接続し（この接続部分を接続点Ｐ３とする）、端面１０側から見て例えば直線的である。副切れ刃５４は、底刃５３と第２のコーナー刃５１とを接続し（この接続部分を接続点Ｐ４とする）、端面１０側から見て例えば直線的である。第１のコーナー刃５０と第２のコーナー刃５１は、角部２４、２５の形状に沿って湾曲している。なお、主切れ刃５２、副切れ刃５４、第１のコーナー刃５０及び第２のコーナー刃５１の幅（長さ）は、底刃５３の幅ｗ１に応じて適宜設定される。

図３に示すように周側面部３０側から見て、端面１０側の底刃５３は、切削インサート１の短辺方向Ｂの中心を通る端面方向Ａの中心仮想平面（中心線）Ｃを跨いでおり、主切れ刃５２側の第１の端（接点Ｐ１）が、副切れ刃５４側の第２の端（接点Ｐ２）よりも端面方向Ａに高い位置にある。

端面１０側の底刃５３は、周側面部３０側から見て、例えば互いに連続する上に凸の第１の曲線５３ａと下に凸の第２の曲線５３ｂから構成されている。主切れ刃５２は、上に凸に湾曲し、第１の曲線５３ａに滑らかに接続されている。副切れ刃５４は、下に凸に湾曲し、第２の曲線５３ｂに滑らかに接続されている。

周側面部３０側から見て、端面１０側の第１のコーナー刃５０は、例えば上に凸に湾曲し、主切れ刃５２に滑らかに接続されている。第１のコーナー刃５０と主切れ刃５２の接続点Ｐ３付近が最高点となり、第１のコーナー刃５０の外側端はわずかに下降している。第２のコーナー刃５１は、例えば下に凸に湾曲し、副切れ刃５４に滑らかに接続されている。第２のコーナー刃５１と副切れ刃５４の接続点Ｐ４付近が最低点となり、第２のコーナー刃５１の外側端はわずかに上昇している。

周側面部３０側から見て、底刃５３の両端（接続点Ｐ１、Ｐ２）を結んだ直線Ｌ１と、切削インサート１の中心線Ｃに直交する線（面）Ｌ２とがなす角度α１が、０°より大きく２０°より小さい。

周側面部３０と端面１１との間の稜線の切れ刃１３は、図３に示すように端面１０側の切れ刃１３を周側面部３０側から見た切削インサート１の中心軸Ｄ周りに１８０°回転した回転対称となり、上述の端面１０側の切れ刃１３と同様の構成を有している。すなわち周側面部３０と端面１１との間の切れ刃１３は、第２の角部２５から第１の角部２４に向かって第１のコーナー刃５０、主切れ刃５２、底刃５３、副切れ刃５４及び第２のコーナー刃５１をこの順で連続的に備えている。

周側面部３２と端面１０との間の稜線の切れ刃１３と、周側面部３２と端面１１との間の稜線の切れ刃１３は、周側面部３０側の切れ刃１３を端面１０側から見た切削インサート１の中心軸Ｅ（図２に示す）周りに１８０°回転した回転対称となり、図３に示すように上述の周側面部３０側の切れ刃１３と同様の構成を有している。

本実施の形態における切削インサート１は、送り速度が速い高送り加工に適したものである。例えば切削インサート１は、図５に示すように、端面１０から見て、第１のコーナー刃５０の外側端Ｊ１と底刃５３の円弧状の最も外側に突出した点Ｊ２を結んだ線Ｋ１と、第２のコーナー刃５１の外側端Ｊ３と底刃５３の円弧状の最も外側に突出した点Ｊ２を結んだ線Ｋ２とがなす角度α３が１５０°以下であり、好ましくは１２０°〜１４０°である。

切削インサート１の大きさは、例えば切削インサート１の短辺方向Ｂの横幅Ｗが６ｍｍ程度であり、切削インサート１の長手方向Ｓの縦幅が１２ｍｍ程度である。切削インサート１の厚み（端面１０、１１間の幅）は、例えば３.５ｍｍ程度である。

切削インサート１の材質は、特に限定されるものではないが、例えば超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化ほう素を含む焼結体等の硬質材料又はこれら硬質材料の表面にＰＶＤ又はＣＶＤコーティング膜を被膜したもの、又は単結晶ダイヤモンド或いはダイヤモンドを含む焼結体の中から選ばれる。

次に、上記切削インサート１が装着される切削工具６０について説明する。図６に示す切削工具６０は、刃先交換式のエンドミルである。切削工具６０は、工具本体７０と切削インサート１を備えている。工具本体７０は、円柱状に形成され、その中心軸が回転軸Ｆとなる。切削インサート１は、工具本体７０の先端部の回転軸Ｆ周りに複数、例えば４つ等間隔で装着されている。なお、この工具本体７０に装着される切削インサート１の数は、４つに限られない。図７に示すように切削インサート１は、第１の端面１０又は第２の端面１１を回転方向Ｇに向け、周側面部３０又は周側面部３２を切削工具６０の先端側に向けた状態で装着されている。

このとき、切削インサート１は、工具本体７０の先端部側から見て、切削インサート１の底刃５３の両端Ｐ１、Ｐ２を結んだ線Ｌ１が、切削インサート１の底刃５３と主切れ刃５２との接点Ｐ１と切削工具６０の回転軸Ｆとを結んだ線Ｌ３に対して、回転方向Ｇに−１０°以上＋６°以下（正の値は回転方向Ｇ側であり、負の値は回転方向Ｇの逆側である）の範囲、好ましくは、-１０°以上＋２°以下の範囲の角度α２になるように装着されている。

本実施の形態によれば、切れ刃１３が、端面１０、１１側から見て外側に凸の円弧状の底刃５３を有し、底刃５３の幅ｗ１が、切削インサート１の横幅Ｗの１５％以上５０％以下であり、さらに底刃５３の円弧半径Ｒ１は、切削インサート１の横幅Ｗの１/３以上１/１以下である。これにより、底刃５３の幅ｗ１が十分広く、円弧も緩やかになるので、底刃５３の強度が向上し、切削時の切れ刃１３の欠損を抑制することができる。

周側面１２側から見て、底刃５３は、切削インサート１の中心線Ｃを跨いでおり、底刃５３の主切れ刃５２側の第１の端（接続点Ｐ１）が、底刃５３の主切れ刃５２と反対側の第２の端（接続点Ｐ２）より高い位置にある。この結果、切削時に切れ刃１３が被削材に対し底刃５３側から主切れ刃５２側に向けて順に接していくことになるので、切削時の切れ刃１３の欠損をより適切に抑制することができる。

底刃５３は、周側面１２側から見て、互いに連続する外側に凸の第１の曲線５３ａと内側に凸の第２の曲線５３ｂとで構成され、第１の曲線５３ａが主切れ刃５２に接続されており、周側面１２側から見た、底刃５３の両端（接続点Ｐ１、Ｐ２）を結んだ直線Ｌ１と切削インサート１の中心線Ｃに直交する面Ｌ２とがなす角度α１が０°より大きく２０°より小さい。この結果、底刃５３が、主切れ刃５２側に向けて比較的緩やかに高くなっていくので、切削時に底刃５３に急激な負荷がかからないため、切れ刃１３の欠損をより適切に抑制することができる。

切れ刃１３が、底刃５３と第２のコーナー刃５１との間に副切れ刃５４を有するので、切削工具６０を回転方向に掘り進める加工を好適に行うことができる。

切削工具６０において、切削インサート１は、工具本体７０の先端部側から見て、切削インサート１の底刃５３の両端（接続点Ｐ１、Ｐ２）を結んだ線Ｌ１が、切削インサート１の底刃５３と主切れ刃５２との接点Ｐ２と切削工具６０の回転軸Ｆとを結んだ線Ｌ３に対して、回転方向Ｇに−１０°以上＋６°以下の範囲の角度α２になるように装着されている。この結果、切れ刃１３の強度の確保と切り屑の排出性のバランスが良好となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば底刃５３の構成は、上記実施の形態のものに限られない。例えば底刃５３は、図８に示すように周側面部３０から見て上に凸に湾曲する第１の曲線５３ａと、下に凸に湾曲する第２の曲線５３ｂと、第１の曲線５３ａと第２の曲線５３ｂの間に設けられ、第１の曲線５３ａと第２の曲線５３ｂに連続的に接続された直線５３ｃと、を有するものであってもよい。

また、底刃５３は、例えば図９に示すように周側面部３０から見て互いに接続された複数の直線５３ｄにより構成され、主切れ刃５２から副切れ刃５４に向かって下がるように傾斜していてもよい。

例えば以上の実施の形態において、切れ刃１３は、副切れ刃５４を備えていなくてもよい。すなわち、切れ刃１３は、第１のコーナー刃５０、主切れ刃５２、底刃５３及び第２のコーナー刃５１をこの順で連続的に接続した構成を備えていてもよい。切削インサート１の他の構成も上記実施の形態に限られない。例えば切削インサート１は、略長方形状に限られず、ひし形形状等であってもよい。また、切削インサート１は、三角形状、五角形状、六角形状、八角形状などであってもよい。切れ刃１３の位置や数、寸法も上記実施の形態のものに限られない。切れ刃１３が、切削インサート１の両端面１０、１１にそれぞれ設けられていたが、片方の端面にのみ設けられていてもよい。切れ刃１３が、各端面１０、１１の２つの短辺に設けられていたが、端面の一部の辺となる１辺、３辺に設けられていてもよいし、端面のすべての辺となる４辺に設けられていてもよい。

本実施の形態で記載した切削工具６０は、刃先交換式のエンドミルであったが、本発明はこれに限られず、フライス、ドリルなどの他の切削工具にも適用できる。

下記表１の構成の切削インサートを用いて切り刃の欠損までの時間を測定する実験を行った。実験条件は、切削速度Vc:120m/min、１刃１回転あたりに進む量（通称「１刃あたりの送り量」）：fz:0.32mm、切削幅ae:50.5mm、工具径：80mm、ワークの材種：SKD61（硬度52HRC）、工具の取り付けられた切削インサートの数：１個である。実験結果は表１に示す。

本発明は、硬度の高い被削材を加工する際でも刃先の欠損を抑制できる切削インサートを提供する際に有用である。

１ 切削インサート
１０ 第１の端面
１１ 第２の端面
１２ 周側面
１３ 切れ刃
３０〜３２ 周側面部
５０ 第１のコーナー刃
５１ 第２のコーナー刃
５２ 主切れ刃
５３ 底刃
５４ 副切れ刃
６０ 切削工具

Claims (9)

1. 複数の角部を有し、互いに対向する２つの端面と、
   前記２つの端面の間に延在する周側面と、
   前記２つの端面の少なくとも一方と前記周側面との間の交差稜線に形成された切れ刃と、を備え、
   前記切れ刃は、第１の角部に形成された第１のコーナー刃と、前記第１の角部に隣り合う第２の角部に形成された第２のコーナー刃と、その第１のコーナー刃と第２のコーナー刃との間に配置され、互いに接続された主切れ刃及び底刃と、を少なくとも有し、
   端面側から見て、前記底刃は外側に凸の円弧状に形成され、前記底刃の幅は、前記第１のコーナー刃の外側端と前記第２のコーナー刃の外側端を結ぶ方向の切削インサートの幅の１５％以上５０％以下であり、前記底刃の円弧半径は、前記切削インサートの幅の１/３以上１/１以下である、切削インサート。
2. 周側面側から見て、前記底刃は、切削インサートの幅方向の中心を通りその幅方向に垂直の方向に延びる中心線を跨いでおり、前記底刃の主切れ刃側の第１の端が、前記底刃の主切れ刃と反対側の第２の端より高い位置にある、請求項１に記載の切削インサート。
3. 周側面側から見て、前記底刃は、上に凸の第１の曲線と下に凸の第２の曲線とを含んで構成され、前記第１の曲線は前記主切れ刃に接続され、前記底刃の両端を結んだ直線と切削インサートの前記中心線に直交する線とがなす角度が０°より大きく２０°より小さい、請求項２に記載の切削インサート
4. 前記底刃は、前記第１の曲線と、前記第２の曲線と、前記第１の曲線と前記第２の曲線の間に設けられ、前記第１の曲線と前記第２の曲線に連続的に接続された直線と、を有する、請求項３に記載の切削インサート。
5. 前記切れ刃は、前記底刃と前記第２のコーナー刃との間に副切れ刃を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記端面から見て、前記第１のコーナー刃の外側端と前記底刃の円弧状の最も外側に突出した点を結んだ線と、前記第２のコーナー刃の外側端と前記底刃の円弧状の最も外側に突出した点を結んだ線とがなす角度が１５０°以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の切削インサート。
7. 工具本体と、
   前記工具本体の先端部に装着される、請求項１〜６のいずれかに記載の切削インサートと、を備え、
   前記切削インサートは、工具本体の回転軸周りに端面を回転方向に向けて装着される、切削工具。
8. 前記切削インサートは、工具本体の先端部側から見て、前記切削インサートの底刃の両端を結んだ線が、前記切削インサートの底刃と主切れ刃との接点と切削工具の回転軸とを結んだ線に対して、回転方向に−１０°以上６°以下の範囲の角度になるように装着される、請求項７に記載の切削工具。
9. 前記角度範囲が、−１０°以上２°以下である、請求項８に記載の切削工具。