(57)【要約】      （修正有）【課題】ねばり性のある金属材料の切削において、広範な加工条件下で安定した切屑処理性能が長く維持されて優れた加工安定性が持続されるようにする切削インサートとそれを用いた刃先交換式切削工具を提供する。【解決手段】切削インサートのコーナ部のすくい面５上にブレーカ突起７を具備させ、前記ブレーカ突起７のブレーカ壁７ａを凹形に湾曲させ、さらに、前記すくい面５を前記ブレーカ突起７のブレーカ壁７ａの下端に角度差θ２をつけて連ならせた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーナ部のすくい面上にブレーカ突起を具備させ、前記ブレーカ突起のブレーカ壁を凹形に湾曲させ、さらに、前記すくい面を前記ブレーカ突起のブレーカ壁の下端に角度差をつけて連ならせた切削インサート。
【請求項２】
前記すくい面に、切れ刃に沿ってランドを設けた請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
前記すくい面に２５°以下の正のすくい角を付与した請求項１又は請求項２に記載の切削インサート。
【請求項４】
前記すくい面と前記ブレーカ突起のブレーカ壁の繋がり部に５°以上の角度差を付与した請求項１〜請求項３のいずれかひとつに記載の切削インサート。
【請求項５】
切れ刃から前記ブレーカ突起の頂点の突端までのブレーカ幅を、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲に設定した請求項１〜請求項４のいずれかひとつに記載の切削インサート。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかひとつに記載の切削インサートをホルダの先端に着脱自在に装着した刃先交換式切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切屑の処理性能を高めた切削インサートとそれを用いた刃先交換式切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削工具には、切削加工において発生する切屑を良好に処理する性能が要求される。その要求に応える手法として、切削インサートのすくい面にブレーカ溝やブレーカ突起を設けることが行われており、ブレーカ溝とブレーカ突起を併用することもなされている。
【０００３】
被削材が、ねばり性の強い軟鋼や一般鋼のような低炭素鋼である場合には特に、折れ難い切屑が生成される。切込みが浅ければ生成される切屑はより折れ難いものになる。
【０００４】
下記特許文献１は、そのねばり性の強い被削材について、浅い切込みの仕上げ加工領域において広範な送り条件で切屑処理を可能となした切削インサートを提案している。
【０００５】
その特許文献１の切削インサートは、ブレーカ溝とブレーカ突起を併用し、コーナ切れ刃の両端に連なる横切れ刃には、コーナ切れ刃から離れるに従って３〜８°の角度で下降する傾きを付与している。そしてさらに、ブレーカ突起を、コーナ部の先端に対して０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍの高さを有するものにしている。
【０００６】
なお、特許文献１の切削インサートに設けられたブレーカ突起は、切屑の衝突するブレーカ壁が傾斜して直線的に立ち上がっている。
【０００７】
ブレーカ突起のブレーカ壁は、凸円弧状の膨らみを持つものや直線的に立ち上がるものが一般的であり、特許文献１のブレーカ突起は、高さが一般的なものよりも高く設定されているが、形状に関しては一般的な突起と言えるものになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３０１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１が示しているようなブレーカ突起は、ブレーカ壁に対する切屑の接触面積が小さなものになっており、このために、切屑の流出状況や処理状況が安定し難い。
【００１０】
また、ブレーカ壁に対する切屑の接触面積が小さいため、すくい面やブレーカ壁の切屑接触領域が負荷の集中によって選択的に摩耗、損傷し、その摩耗、損傷が進行するに従って切屑の流れが変化して切屑の処理性能が不安定になる。
【００１１】
そのために、安定した切屑処理性能の維持時間が短くなる。さらに、切屑の接触面積が小さいため切屑に与えるブレーキング歪も不足しがちで切屑の分断性も十分とは言い難い。これに加えて切屑の流れが不安定になることで切屑が分断されずに排出されるケースが増え、工具、ワーク、治具、チャックなどに絡みつくなどのトラブルも発生し易くなる。
【００１２】
その絡みつきは設備の一時的停止、空転などを招き、刃先などの突発的欠損の原因ともなる。
【００１３】
この発明は、上記の如き不具合を無くすために、ねばり性のある金属材料の切削において、広範な加工条件下で安定した切屑処理性能が長く維持されて優れた加工安定性が持続されるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、この発明は、切削インサートのコーナ部のすくい面上にブレーカ突起を具備させ、前記ブレーカ突起のブレーカ壁を凹形に湾曲させ、さらに、前記すくい面を前記ブレーカ突起のブレーカ壁の下端に角度差をつけて連ならせた。
【００１５】
この切削インサートをホルダの先端に着脱自在に装着して刃先交換式切削工具を構成する。この発明は、その刃先交換式切削工具も併せて提供する。
【発明の効果】
【００１６】
上記切削インサートとそれを用いた刃先交換式切削工具は、切屑の分断性が向上する。また、すくい面とブレーカ壁の選択的摩耗が抑制されて切屑の流出状況や処理状況の変動が抑えられ、切屑の流れが安定して処理性能が向上する。その結果、切屑の絡み付きなどのトラブルや刃先の突発的欠損、設備の一時停止などの発生頻度が低減する。
【００１７】
さらに、安定した性能の維持時間が従来品に比べて長くなり、寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の切削インサートの一例を示す平面図である。
【図２】図１の切削インサートのコーナ部の拡大平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図４】図３のＹ−Ｙ線に沿った断面形状を示す図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ線に沿った断面形状の他の例を示す図である。
【図６】図３のＹ−Ｙ線に沿った断面形状のさらに他の例を示す図である。
【図７】切れ刃に沿ってランドを設けた切削インサートのコーナ部のコーナ角の２等分線に沿った断面図である。
【図８】この発明の刃先交換式切削工具の一例を示す平面図である。
【図９】性能評価試験に用いた試料Ｉのコーナ部の拡大平面図である。
【図１０】性能評価試験に用いた試料IIIのコーナ部の拡大平面図である。
【図１１】性能評価試験に用いた試料Ｉ〜IIIの切削インサートのコーナ部のコーナ角の２等分線に沿った断面形状を重ねて示す図である。
【図１２Ａ】性能評価試験において試料Ｉによって生成された切屑を示す図である。
【図１２Ｂ】性能評価試験において試料IIによって生成された切屑を示す図である。
【図１２Ｃ】性能評価試験において試料IIIによって生成された切屑を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の切削インサートと刃先交換式切削工具の実施の形態を添付図面の図１〜図１１に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、この発明を三角形の切削インサートに適用したものである。図示の切削インサート１は、上面２と側面３との交差部の稜線を切れ刃４として使用する。
【００２１】
この切削インサート１の上面２には、切れ刃４に沿ってすくい面５が設けられている。図３に示すように、例示の切削インサート１のすくい面５は、切れ刃４から離れるに従って下面に近づく方向に傾斜してブレーカ溝を構成している。
【００２２】
すくい面５の基準面Ａ（これは切削インサートの平坦な下面と平行）に対する傾斜角をここではθ１と規定する。
【００２３】
すくい面５の、コーナ角の２等分線（図２のＸ−Ｘ線）に沿った位置でのすくい角とその他の位置でのすくい角は必ずしも一致している必要はない。
【００２４】
切削インサート１の上面２には、さらに、各コーナ側に偏った位置に三角形を基本にした上面の平坦な陸部６が設けられ、その陸部６の切削インサート１のコーナと位置の対応したコーナにブレーカ突起（リッジ）７が連設されている。８は、切削インサート１の中央部に上面から下面に貫通して設けた取り付け孔である。その取り付け孔８は、必要に応じて設けられる。
【００２５】
ブレーカ突起７は、切削インサートのコーナの頂点に向けてせり出しており、せり出し方向の前面がすくい面の終端（切れ刃４から遠い側の端部）から立ち上がるブレーカ壁７ａとなっている。
【００２６】
ブレーカ壁７ａは、図３に示すように、コーナ角の２等分線（図２のＸ−Ｘ線）に沿った断面形状が凹形に湾曲した面となっている。
【００２７】
ブレーカ突起７は、ブレーカ壁７ａが丸みを帯びた図４に示すような断面形状、ブレーカ壁７ａの中央が凹んだ図５に示すような断面形状、或いは、ブレーカ壁７ａが平坦な図６に示すような断面形状のいずれであってもよい。
【００２８】
また、ブレーカ壁７ａは、一定曲率の円弧面でなくてもよい。ｒ半径の異なる複数の円弧面を組み合わせた複合化された曲面などであってもよい。
【００２９】
そのブレーカ突起７のブレーカ壁７ａに対して図３に示すように、すくい面５をθ２の角度差をつけて連ならせている。
【００３０】
なお、図３のすくい面５はランドを伴わない刃になっているが、すくい面５は、図７に示すように、切れ刃４に沿って、刃先強化用のランド９が設けられた面であってもよい。ランド９は、すくい角が０°のフラットランド、すくい角が負のネガ（ネガティブ）ランド、すくい角が正のポジ（ポジティブ）ランドのいずれであってもよい。
【００３１】
図３、図７に示したすくい面５の傾斜角θ１、すくい面５とブレーカ壁７ａの繋がり点の角度差θ２、ブレーカ壁７ａの基準面Ａとの交差角θ３、ブレーカ幅（切れ刃４からブレーカ突起７の頂点の突端までの距離）Ｗ１、すくい面５の幅｛切れ刃からすくい面の終端（＝ブレーカ壁７ａの始端）までの距離｝Ｗ２、ランド９の幅Ｗ３、ブレーカ突起７の高さ（ブレーカ突起７の切れ刃４からの高さ）Ｈに関する好ましい数値を以下に挙げる。
【００３２】
・０°≦θ１≦２５°
・５°≦θ２≦２５°
・２０°≦θ３≦７０°
・０．５ｍｍ≦Ｗ１≦５．０ｍｍ
・０．２×Ｗ１≦Ｗ２≦０．８×Ｗ１
・０≦Ｗ３≦０．１×Ｗ１
・−０．２５×Ｗ１≦Ｈ≦０．２５×Ｗ１
【００３３】
すくい面５の傾斜角θ１が０°では切屑に与えるブレーキング歪をブレーカ壁７ａのみに依存することになる。また、その傾斜角θ１が２５°を超えると刃先強度の確保が難しくなる。切屑処理と刃先強度の両面を考えると１５°〜２５°程度がより好ましい。
【００３４】
すくい面５とブレーカ壁７ａの繋がり点の角度差θ２は、５°以上必要である。この角度差θ２は、切屑の分断処理に重要な役割を果たす。その角度差θ２が５°未満であると、切屑に与えるブレーキング歪が小さすぎて切屑が折れ難い。
【００３５】
また、その角度差θ２が過大すぎると切屑の流出抵抗が大きくなって切削の安定性が損なわれる。
【００３６】
ブレーカ壁７ａの基準面Ａとの交差角θ３は、２０°未満では切屑に効果的にブレーキング歪を与えるのが難しく、また、７０°以上では切屑の流出を妨げる。この交差角θ３は、２０°〜４５°程度が特に好ましい。
【００３７】
ブレーカ幅Ｗ１は、小さすぎると切屑が詰り易くなり、逆に大き過ぎると切屑に効果的にブレーキング歪に与えることが難しくなるので、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍくらいの範囲に設定するのがよい。
【００３８】
すくい面５の幅Ｗ２も、同様の理由からブレーカ幅Ｗ１の０．２倍〜０．８倍程度にするのがよい。
【００３９】
さらに、ブレーカ突起７の高さＨは、すくい面の傾斜角など他の諸元の設定次第ではそのブレーカ突起７の頂点の位置が切れ刃４よりも低くても切屑の処理が良好になされるが、その高さＨが低すぎると切屑がブレーカ壁に接触せずに流れ、また、その高さＨが高すぎると切屑が詰り易くなるので、Ｗ１の−０．２５倍〜０．２５倍程度が適当である。
【００４０】
図１の切削インサート１をホルダ１０の先端に着脱自在に装着して構成された刃先交換式切削工具の一例を図８に示す。図のそれはバイトである。ホルダ１０に対する切削インサート１の固定は、周知のクランプ機構、例えば、レバーロック式のクランプ機構や引き込みピン、偏心軸、クランプボルト、クランプ駒などを用いて行われる。
【００４１】
この発明の切削インサートの性能評価試験を行った。以下にその結果を記す。試験には、コーナ部を図９の平面視形状にした試料Ｉ、図２の平面視形状にした試料II及び図１０の平面視形状にした試料IIIの３種類を用いた。
【００４２】
図１１のＢ１は、試料Ｉのコーナ部のコーナ角に沿った断面形状を、Ｂ２は、試料IIのコーナ部のコーナ角に沿った断面形状を、Ｂ３は、試料IIIのコーナ部のコーナ角に沿った断面形状をそれぞれ示している。
【００４３】
試料Ｉは、すくい面のすくい角を試料IIと同じ１５°に設定し、すくい面の幅を試料IIよりも大きくし、ブレーカ突起７のブレーカ壁７ａを凸曲面にしたものである。
【００４４】
試料IIは、ブレーカ突起のブレーカ壁を半径ｒ＝１．２５ｍｍの凹曲面にし、すくい面５をブレーカ壁に対して角度差を持って連ならせている。
【００４５】
また、試料IIIは、すくい面のすくい角とすくい面の幅を試料IIと同じにし、ブレーカ突起のブレーカ壁を試料IIの凹曲面と対称をなす凸曲面にしたものである。
【００４６】
ブレーカ幅Ｗ１は、いずれの試料も０．８ｍｍにした。また、ブレーカ突起の高さＨは、各試料とも０．１ｍｍにした。また、各試料は、材料として住友電ハードメタル社製のサーメットＴ１５００Ａを用いた。
【００４７】
上記３種類の切削インサートを使用して直径３０ｍｍのＳＴＫＭ１３Ａ（機械構造用炭素鋼鋼管）を切込みａｐ：０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、送りｆ：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、０．１０ｍｍ／ｒｅｖ、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、０．２５ｍｍ／ｒｅｖの各条件で切削した。切削速度は、いずれもＶ：２００ｍ／ｍｉｎとした。
【００４８】
この評価試験で発生した切屑の形状を図１２Ａ〜図１２Ｃにそれぞれ示す。
【００４９】
試料Ｉによる切屑は、図１２Ａに示すように、切込みａｐ：１．０ｍｍ、送りｆ：０．２０ｍｍ／ｒｅｖの条件と、切込みａｐ：０．５ｍｍ、送りｆ：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ〜０．２５ｍｍ／ｒｅｖの条件での切屑は良好に処理されているが、その他の加工条件での切屑は処理が満足になされていない。
【００５０】
また、試料IIIによる切屑は、図１２Ｃに示すように、切込みａｐ：０．５ｍｍ、送りｆ：０．１０ｍｍ／ｒｅｖと０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件での切屑はある程度処理されているが、その他の加工条件での切屑は長く延びて被削材などに絡みやすい形状になっている。
【００５１】
これに対し、試料IIによる切屑は、図１２Ｂに示すように、切込みａｐ：０．５ｍｍ及び１．０ｍｍ、送りｆ：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ〜０．２５ｍｍ／ｒｅｖの広範な条件下で良好に処理されている。
【００５２】
試料Ｉ、IIIは、ブレーカ突起のブレーカ壁に対してすくい面が角度差をもって連なっているが、切屑の処理性能は試料IIに比べると劣る。この結果にブレーカ突起のブレーカ壁を凹曲面にすることの有効性が明確に現れている。
【００５３】
性能評価として、上記加工条件での切削を切削長が４０００ｍになるまで繰り返し、すくい面とブレーカ壁の摩耗の有無も調べた。その結果、試料Ｉ，IIIには、目視確認できる摩耗が見られたが、試料IIには摩耗箇所が見受けられなかった。
【００５４】
なお、以上の説明は、正三角形の切削インサートを例に挙げて行ったが、この発明は、菱形など、他の形状の切削インサートにも適用できる。
【００５５】
材質も、サーメットＴ１５００Ａに限定されない。硬質コーティング層の設けられた例えば、住友電ハードメタル社製の被覆サーメットＴ１５００Ｚや、超硬合金、コーテッド超硬合金などであってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１          切削インサート
２          上面
３          側面
４          切れ刃
５          すくい面
６          陸部
７          ブレーカ突起
７ａ        ブレーカ壁
８          取り付け孔
９          ランド
１０        ホルダ
θ１        すくい面の傾斜角
θ２        すくい面とブレーカ壁の繋がり点の角度差
θ３        ブレーカ壁の基準面との交差角
Ｗ１        切れ刃からブレーカ突起の頂点の突端までの距離
Ｗ２        すくい面の幅
Ｗ３        ランドの幅
Ｈ          ブレーカ突起の切れ刃からの高さ
Ａ          基準面
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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