(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側境界部が切刃を形成する前面逃げ面を有する金属切削差込工具であって、
一対の間隔を置いた第１の傾斜表面が前記切刃から離れて延び、
前記第１の傾斜表面の各々が、少なくとも部分的に第１の切り屑破砕表面を形成し、
前記第１の切り屑破砕表面が溝の両側に配設され、
前記溝が前記切刃の近くで始まる入口部分を含み、
一対の第２の切り屑破砕表面が前記第１の切り屑破砕表面から離れて延び、
前記第２の切り屑破砕表面が前記溝の両側に配設され、
前記第２の切り屑破砕表面の各々と、関連する第１の切り屑破砕表面とが移行表面によって相互接続され、
前記第２の切り屑破砕表面の各々がその関連する第１の切り屑破砕表面に対して上側に上昇し、
前記第１の傾斜表面の各々が、凹面であって、前記切刃に対して下側に下降する第１の部分及び上側に上昇して比較的短い凸表面と合流する第２の部分を含み、
前記第１の切り屑破砕表面の各々が前記第１の傾斜表面及び前記凸表面によって形成され、
前記第２の切り屑破砕表面の各々が前記移行表面から延びる短い凹表面を含み、
前記移行表面が前記凸表面と前記短い凹表面とを相互接続しており、
切り屑が回転する加工物から切り離されたときに、前記第１の切り屑破砕表面が前記切り屑に最初のカールを付与し、一方、前記溝が切り屑の中央部分に硬化を起こさせ、前記第２の切り屑破砕表面が前記切り屑にさらなるカールを付与し、その結果前記切り屑のカール直径を減少させる、金属切削差込工具。
【請求項２】
前記溝が中間混合表面を介して前記第１の傾斜表面内に混合する上側に曲がる側面を含み、前記溝の少なくとも一部分が増加する横方向の寸法を有する、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項３】
前記溝が、上側に上昇し、溝移行表面を介して前記差込工具の頂部表面に合流する出口部分を有する、請求項２に記載の金属切削差込工具。
【請求項４】
前記切刃が非ゼロのリード角を形成し、前記第２の切り屑破砕表面が前記リード角によって加えられた軸方向曲げ成分を相殺しようとする、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項５】
前記切刃が実質的にゼロであるリード角を形成する、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項６】
前記差込工具が炭化物材料から全体成型され、使い捨ての炭化物差込工具として使用するようになされた、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項７】
前記差込工具がサーメット材料から成型される、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項８】
前記差込工具がセラミック材料から成型される、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項９】
前記差込工具が以下の材料（窒化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン・アルミニウム）の１つで被覆される、請求項１に記載の金属切削差込工具。
【請求項１０】
金属切削差込工具にして、
シャンク部分の両側に配設される一対の刃部と、
前記刃部の１つが回転する加工物に対して作業位置に配置されるところの作業位置に前記金属切削差込工具を保持する切削差込工具ホルダによって係合可能なクランプ構造部とを有しており、
前記刃部の少なくとも一つが、上側境界部が切刃を形成する前面逃げ面を有し、
一対の間隔を置いた、第１の傾斜表面が前記切刃から離れて延び、
前記第１の傾斜表面の各々が、少なくとも部分的に、第１の切り屑破砕表面を形成し、
前記第１の切り屑破砕表面が溝の両側に配設され、
前記溝が前記切刃の近くで始まる入口部分を含み、
一対の第２の切り屑破砕表面が前記第１の切り屑破砕表面から離れて延び、
前記第２の切り屑破砕表面が前記溝の両側に配設され、
前記第２の切り屑破砕表面の各々が移行表面によって関連する第１の切り屑破砕表面に接続され、
前記第２の切り屑破砕表面の各々がその関連する第１の切り屑破砕表面に対して上側に上昇し、
前記第１の傾斜表面の各々が、凹面であって、前記切刃に対して下側に下降する第１の部分及び上側に上昇して比較的短い凸表面と合流する第２の部分を含み、
前記第１の切り屑破砕表面の各々が、前記第１の傾斜表面及び前記凸表面によって形成され、
前記第２の切り屑破砕表面の各々が前記移行表面から延びる短い凹表面を含み、
前記移行表面が前記凸表面と前記短い凹表面とを相互接続させており、
前記第１の切り屑破砕表面が、切り屑が回転する加工物から切り離されたときに切り屑に最初のカールを付与し、一方、前記溝が切り屑の中央部分に硬化を起こさせ、前記第２の切り屑破砕表面が前記切り屑にさらなるカールを付与し、その結果前記切り屑のカール直径を減少させる、金属切削差込工具。
【請求項１１】
前記１つの刃部が炭化物材料から成型される、請求項１０に記載の金属切削差込工具。
【請求項１２】
前記差込工具が炭化物材料から全体成型され、使い捨て炭化物差込工具として使用するようになされた、請求項１０に記載の金属切削差込工具。
【請求項１３】
前記切削差込工具ホルダが、前記差込工具のもう１つの刃部によって形成される位置決め表面と係合する当接表面を形成する、請求項１０に記載の金属切削差込工具。
【請求項１４】
前記刃部の各々が実質的に同じであり、各部分の前記切刃が非ゼロのリード角に向きをつけられており、前記部分の各々が、前記前面逃げ表面から下側に延び、前記平らな位置決め表面の平面を横切って引かれた横線が前記切削差込工具の長手方向軸と直交するようにある角度に向きをつけられた、平らな、差込工具位置決め表面をさらに含み、前記位置決め表面が、前記工具ホルダによって形成される当接表面に対面的に係合可能である、請求項１０に記載の金属切削差込工具。
【請求項１５】
前記刃部の各々が実質的に同じであり、各部分の前記刃部が実質的にゼロのリード角に向きをつけられており、前記部分の各々は、前記前面逃げ面の下の、前記平らな位置決め表面の平面を横切って引かれた横線が前記切削差込工具の長手方向軸と直交するようにある角度に向きをつけられた、平らな、差込工具位置決め表面をさらに含み、前記位置決め表面が、前記工具ホルダによって形成される当接表面に対面的に係合可能である、請求項１０に記載の金属切削差込工具。
【請求項１６】
前記工具ホルダが第１及び第２の当接表面を形成し、前記位置決め表面が前記第１の当接表面と対面的に係合可能である、請求項１４に記載の金属切削差込工具。
【請求項１７】
前記工具ホルダが第１及び第２の当接表面を形成し、前記位置決め表面が前記第２の当接表面と対面的に係合可能である、請求項１５に記載の金属切削差込工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に金属加工に関し、より詳しくは、金属切削差込工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な切り屑制御形状を有する金属切削差込工具がこの分野で知られている。米国特許第３６５４６８１号明細書は、その刃部が切刃の後方に配置され、切り屑取り除き目的のための逃げをもたらすのに役立つ対向する面取り表面を含む切り屑破砕表面を備えることを特徴とする金属切削工具を開示する。米国特許第３８１５１９１号明細書は、切り屑を硬化させ、その形態を改変する長手方向に延びるふくらみを切り屑に付与する、切り屑形成差込工具を教示する。米国特許第３９７３３０８号明細書は、互いに分離し、切刃の内部でかつ切刃から間隔をあけて位置するいくつかのくぼみ又は切り欠きを有する切削工具を教示する。Ｈｕｓｔｏｎによる米国特許第４６２９３７２号明細書は、突っ切りバイト又は切削工具として使用するためのものである切り屑破砕表面を有する切削差込工具を開示する。
【０００３】
既知の切削差込工具設計は、低い強度の延性のある鋼に使用するとき、本来的にいくつかの問題に遭遇する。低強度、延性鋼の例には３０４Ｌ及び３１６Ｌステンレス鋼、並びにチューブを形成するためにマンドレル上でより容易に引き抜くことができるように強度を低下させた１０１０及び１０２６炭素鋼が含まれる。
【０００４】
切削作業中の切り屑を制御する課題は、製造部品がチューブ又は棒材からきれいに分離されることを保証するためリード角が使用されるとき、より困難になる。リード角切断工具によって形成される切り屑は、切刃に直角な方向に流れる傾向にある。これは、加工物との最初の接触で発生する切削された切り屑を、より制御が容易なより望ましい時計ばね形状ではなく、軸方向の力の成分の故に、より容易に螺旋形状に流れるようにさせる。螺旋形状になる切り屑が形成されるようにリード角によって本来的に向けられる切削切り屑の傾向を相殺するために、多くの技術が使用されてきた。技術には螺旋傾向に対抗するように、工具の中心線の周りを不平衡にした切り屑破砕器が含まれる。試みられた他の技術には、後壁が等しい大きさであるがリード角と反対方向である切り屑破砕器を設けたものがある。さらに別の試みられた技術には、リード角の軸力に対し反対の力を導入することを試みることによって、リード角の影響に対抗する非均一な高さの切刃を使用するものがある。これらの技術はいくつかの作業では十分であったが、それらは非常に範囲が狭く、切り屑制御を得るためにしばしば切削圧力が増加し、加工中の工具寿命を犠牲にする傾向にあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかの切削差込工具は、その部分に望ましくない尖端（ｎｉｂ）又は破裂点（ｐｉｐ）を残すことなく部品を完全に切削することを保証するために、リード角を使用する。この型式の差込工具が工具ホルダに取り付けられたときは、溝切り又は直線切削用の切削差込工具を固定して支持する、平らな工具ホルダ支持位置決め表面は、最早広い接触表面ではなく、もっと弱い、より寸法的に一貫しない線接触しか提供することはできない。この問題に対処するいくつかの技術がこの分野で知られている。これらの技術は、完全に満足すべきものではなかったし、いくつかの場合には、差込工具の製造コストに不必要な費用を付け加えてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、低強度、延性のある鋼を切削するときに特に効果的な構成の、複数の切り屑破砕表面を提供する金属切削用の新しい改良された切削差込工具を提供する。この複数の切り屑破砕表面は、リード角に向きをつけられた切刃を有する切削差込工具の改良された切り屑制御にも効果的である。好ましい、かつ図示する実施例では、この切削差込工具は、前面切刃から一対の関連する第１の切り屑破砕表面に延びる一対の傾斜表面を含む。一対の第２の切り屑破砕表面は、第１の切り屑破砕表面の下流側に配置され、移行表面によって分離されている。第１の切り屑破砕表面は、切り屑が工具の切刃から離れるときに、切り屑に最初のカールを付与する。
【０００９】
入口部分及び出口部分を有する中央の溝は、切り屑の中央部分に補強リブを形成させることによって切り屑を硬化させようとする。少なくともいくつかの材料に対しては、第１の切り屑破砕表面によって与えられる最初のカールは、決して望ましいものではない可能性がある。望ましいものではないカールを有するこの切り屑が差込工具に沿って移動し続けると第２の切り屑破砕表面に遭遇し、この表面は、この切り屑に、より大きなカールを付与しようとし、リード角を有する切削差込工具の場合は、切り屑の形状を螺旋形状ではなく、より時計ばねに似た形状に変えようとする。
【００１０】
好ましい、かつ図示する実施例では、この金属切削差込工具は、シャンク部分の両側に配設された一対の刃部を含む。差込工具によって形成されるクランプ構造は、切削差込工具ホルダによって係合可能である。例示的な実施例では、シャンク部分の両側に配設された刃部は実質的に同一であり、上述の第１及び第２の切り屑破砕表面を含む。好ましい実施例では、金属切削差込工具は炭化物材料から成形され、使い捨ての炭化物差込工具として使用するようになされている。本発明は、非ゼロの、及び実質的にゼロのリード角に向きをつけられた切刃を有する金属差込工具刃部にも等しく適合させることができる。
【００１２】
本発明によれば、実質的にゼロのリード角に向きをつけられた切刃を有する金属切削差込工具は、平らな位置決め表面の平面を横切って引いた横線が切削差込工具の長手方向軸と直交するように、ある角度に向けた差込工具位置決め表面を含む。この位置決め表面は、工具ホルダによって形成される当接表面の１つと対面して係合可能である。金属切削差込工具が、その前面切刃が非ゼロのリード角を有するものである場合は、差込工具の前面逃げ面から離れて延びる位置決め表面は、前面逃げ面とは異なる角度で、かつ、位置決め表面の平面を横切って引いた横線が切削差込工具の長手方向軸と直交するような向きに形成される。この位置決め表面は、工具ホルダによって形成された別の当接表面に対面的に係合可能である。
【００１４】
本発明のさらなる特徴は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって明らかとなり、完全な理解が得られるであろう。
【実施例】
【００１５】
図１〜図４は本発明の好ましい実施例により作成された金属切削差込工具１０の全体的構造を示す。使用では、この差込工具１０は工具ホルダ１００（図６参照）内にクランプされる。通常、工具ホルダは、切削差込工具１０の切刃１４を、加工物に切削作業を行うために回転する加工物（図示せず）と接触するように配置する摺動機構の一部をなす。
【００１６】
開示される実施例では、差込工具１０はシャンク部分１０ｃの両側に配設された一対の刃部１０ａ、１０ｂを含む。使用では、差込工具１０のシャンク部分１０ｃは、刃部の１つ、すなわち１０ａを機械加工位置に配置し支持する工具ホルダ１００（図６に示す）にクランプされる。１つの刃部１０ａが磨耗したときは、差込工具１０は別の刃部１０ｂを機械加工位置に配置するため、工具ホルダ１００内で１８０°回転される。図２及び図３で最も良く示すように、差込工具１０は、あとで説明するように工具ホルダによって係合可能な、上側に延びる隆起部１６を含む。工具ホルダ１００によるこの隆起部１６の係合は、回転する加工物に機械加工を行うことができる位置に刃部の１つを存在させて、差込工具をその作業位置に強固に取り付けることに役立つ。
【００１７】
好ましい実施例では、切削差込工具１０は、炭化物、サーメット、セラミックなどの比較的硬い材料から形成される。差込工具はこの分野で知られる粉体金属技術を使用して成型されることが好ましい。しかしながら、本発明は、差込工具の形成又は製造に別の方法及び技術を、並びに上記で特定した材料以外の材料を使用することも企図している。
【００１８】
図示の実施例では、刃部１０ａ、１０ｂは実質的に同一である。したがって、刃部１０ａのみを説明する。上記で示すように、刃部１０ａは前面側切刃１４を有する。平面が好ましい、前面逃げ面２０が、前面側切刃１４から下側へ垂れ下がっている。図示の実施例では、図１に最も良く示すように、切刃１４は角度θに向きをつけられている。この角度が通常リード角と呼ばれる。しかしながら、本発明の原理は、切刃１４がリード角に向きをつけられていない、すなわち、θ＝０度である実施例にも適用可能である。リード角は通常切削差込工具１０の長手方向軸に直交する面又は線２５から測定されることに注目されたい。
【００１９】
一対の、間隔を置いた、凹面の傾斜表面２６ａ及び２６ｂが切刃１４から（図１に示すように）後ろ側に延びる。特に図２及び図４を参照すると、傾斜表面２６ａ、２６ｂは前面切刃１４に対して下側に下降し、次いで上側に上昇し比較的短い凸表面２８ａ、２８ｂに合流又は混合している。傾斜表面２６ａ、２６ｂの上側に曲がる部分は、凸表面２８ａ、２８ｂと協働して第１の切り屑破砕表面を形成する。
【００２０】
図１を参照すると、凹面の傾斜表面２６ａ、２６ｂは、谷状の溝３０の両側に配設される。溝３０は、刃部１０ａの実質的に中央に配設される。溝３０は、差込工具の前面側切刃１４で又は近くで始まり、切刃１４の中央部分１４ａを形成する入口部分３０ａを含む。入口部分３０ａは、（図２及び図５に示すように）前面側切刃１４に対して下側に下降する底部３１（図５参照）を含み、かつ、中間の混合表面３２ａ、３２ｂを介して傾斜表面２６ａ、２６ｂ内に混合する上側に曲がる側面を含む。中央溝３０の入口部分３０ａも、増加する横方向の寸法を含む。
【００２１】
入口部分３０ａは、凹所又は溝３０の出口部分３０ｂ内に、移行表面２９ａ、２９ｂ、２９ｃを介して円滑に移行する。出口部分３０ｂの底面３３（図５参照）は、入口部分３０ｂの底面３１と比較して若干異なる輪郭で下側に続くが、次いで（図５に示すように）上側に上昇する。楕円形の、曲線表面が底面３３から上側に上昇し、楕円形の移行表面４０を介して差込工具の頂部表面に合流する。
【００２２】
切刃１４が加工物に入ると、切削作業によって発生する切り屑が、凹面傾斜表面２６ａ、２６ｂを横切って移動する。この切り屑の中央部分は、中央凹所又は溝３０が存在するため支持されていない。この支持がないことが、中央部分が溝内に曲がるときに切り屑の中央部分に補強リブが形成させ、この結果、切り屑を硬化させ狭くさせる。切り屑が傾斜表面２６ａ、２６ｂの上側に曲がった部分を移動するとき、切り屑にカールが付与される。
【００２３】
本発明によれば、第２の切り屑破砕表面が第１の切り屑破砕表面２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの上及び後ろに配置される。図４に最も良く示すように、第２の切り屑破砕表面は、それぞれの移行表面４６ａ、４６ｂから延び、実質的に水平な表面５０ａ、５０ｂ内に混合する関連する凸面４８ａ、４８ｂと合流する、短い凹面４４ａ、４４ｂを含む。図示の実施例では、移行表面４６ａ、４６ｂは実質的に水平であり、第１の切り屑破砕表面を第２の切り屑破砕表面と相互接続させる。「水平」又は「垂直」として説明する表面は、複数の図に示す向きを踏まえて、説明を容易にするためにそのように呼ばれることを理解されたい。しかしながら、本発明は、「水平」又は「垂直」表面を有する差込工具に限定されるべきではない。
【００２４】
開示された切削差込工具１０が、低炭素鋼及びオーステナイト・ステンレス鋼などの延性材料を機械加工するのに使用されるときは、切削作業中に発生する切り屑は、第１の切り屑破砕表面によって最初のカールが与えられる。しかしながら、（図２に示すように）切削差込工具の後部に向かって移動を続けるに従い、それは切り屑にさらなる、よりタイトなカールを付与する第２の切り屑破砕表面に遭遇する。これは溝３０によってもたらされる硬化と一緒になって、切り屑を最終的に破断させる。開示する切削差込工具が前面側切刃１４にリード角を有して製造されるときは、第２の切り屑破砕表面は、切り屑が螺旋形状になる傾向を妨げようとし、その代わりに切り屑を時計ばねの形状により似た形状に変形させる。
【００２５】
好ましい構成では、差込工具は炭化物、サーメット又はセラミックなどの比較的硬い材料によって形成される。差込工具はこの分野で知られている粉体金属技術を使用して成型されることができる。好ましい実施例では、差込工具は既知の技術を使用して成型され、使い捨てのものである。好ましい構成では、切削差込工具はその刃部が磨耗した後は廃棄され、再研磨又は再生は目的としていない。
【００２６】
上記に示すように、好ましい実施例では、差込工具は成型される。本発明の切削差込工具を製造するために成型プロセスが使用される時、図に示す表面形状は、図に示すように鋭利に形成されることはできないことを理解されたい。さらに、成型プロセスの後で、差込工具の切削性能及び寿命を改善する、窒化チタン、炭窒化チタン又は窒化チタン・アルミニウムなどの被覆で差込工具を被覆することが通例である。被覆の使用も、開示された表面の形状を視覚的に、より明瞭ではなくする可能性がある。それにも関わらず、形成された表面形状より鋭利ではないが、開示された形状を有する切削差込工具は本発明によって企図されている。
【００３７】
本発明を詳細に説明してきたが、この分野の技術者は、特許請求の範囲に記載の本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であることは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好ましい実施例により作成された切削差込工具の上面図である。
【図２】図１に示す切削差込工具の側面図である。
【図３】図１に示す切削差込工具の端面図である。
【図４】図１に示す切削差込工具の部分斜視図である。
【図５】図１に示す差込工具の部分側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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