JP2014117775A - 切削インサート - Google Patents

Abstract

【課題】超高硬度焼結体からなる切刃先端の強度アップを図ることができるとともに、切屑の排出性を向上させることができる切削インサートを提供する。
【解決手段】インサート本体のすくい面に超高硬度焼結体がすくい面のコーナ部に配設された切削インサートである。超高硬度焼結体のすくい面の辺稜部にコーナ部から延びる切刃が形成され、この切刃には、切刃の先端からすくい面に向けて各曲率半径を漸次大になるように設定された複数のアール部からなる複合アールホーニング１７が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、インサート本体のすくい面にＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）等の超高硬度焼結体がすくい面のコーナ部に位置するように配設されていて、例えば刃先交換式の正面フライスに取り付けられて、その切刃を構成する切削インサートに関するものである。

例えば、鋳物や高硬度鋼を切削加工するにあたり、インサート本体のすくい面のコーナ部にＣＢＮ等の超高硬度焼結体が配設された切削インサートを用いる場合がある。このようにコーナ部に超高硬度焼結体が配設された切削インサートとして、下記特許文献１には、工具の逃げ面とネガランド面（チャンファーホーニング）とが曲率半径０．１μｍ〜５μｍの曲線を介して接続されたものが提案されている。
この切削インサートは、工具の逃げ面とネガランド面とを、きわめて小さい曲率半径である０．１μｍ〜５μｍの曲線を介して接続することにより、工具の実質的なすくい角を小さくし、これにより、切刃の切れ味の向上を図っている。

特開２０００−１９０１０８号公報

ところで、この特許文献１に記載の切削インサートでは、インサート本体のすくい面のコーナ部に、高硬度材加工用としてＣＢＮ等の超高硬度焼結体を配設しているが、超高硬度焼結体は、文字通り硬度が非常に高い半面、靭性に乏しい性質を持つため、切刃の先端が欠損しやすいという問題を有する。
また、切刃の欠損対策として、切刃に大きな角度のネガランドと丸ホーニングを形成することが一般的に知られているが、ネガランドの角度が大きすぎると、切削後の切屑の排出性が悪くなり、切屑のつまりやそれに伴う切刃の欠損を引き起こす。

本発明は、このような背景の下になされたもので、超高硬度焼結体からなる切刃先端の強度アップを図ることができるとともに、切屑の排出性を向上させることができる切削インサートを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、インサート本体のすくい面に超高硬度焼結体が上記すくい面のコーナ部に配設され、上記超高硬度焼結体の上記すくい面の辺稜部に上記コーナ部から延びる切刃が形成され、上記切刃には、該切刃の先端から上記すくい面に向けて各曲率半径を漸次大になるように設定された、連続する複数のアール部からなる複合アールホーニングが形成されていることを特徴とする。

このような構成の切削インサートでは、切刃に、該切刃の先端からすくい面に向けて各曲率半径を漸次大になるように設定された、連続する複数のアール部からなる複合アールホーニングが形成されており、切刃の先端部分に曲率半径が比較的小さなアール部が形成されるとともに、このアール部に続いてそのすくい面側に曲率半径がより大きいアール部が形成されることによって、切刃の良好な切れ味を確保しながら、靭性に乏しい超高硬度焼結体からなる切刃の先端の強度アップを図ることができ、これにより、切刃の欠損を防止することができる。

また、上述したように、切刃の先端部分に曲率半径が比較的小さなアール部が形成されるとともに、このアール部に続くそのすくい面側に曲率半径がより大きいアール部が形成されており、比較的小さな曲率半径のアール部によって生成された切屑は、そのアール部に続きそれよりも曲率半径が大きいアール部に沿ってすくい面側へ流れる。このように切屑が曲率半径のより大きなアール部に沿ってすくい面側へ流れることとなり、曲率半径のより大きなアール部がすくい面側へ流れる切屑のガイド機能を果たし、結果的に、切屑の排出性が良好となる。また、切屑が、比較的小さなアール部を通過した後、直ちに平坦面に沿って流れる場合に比べ、比較的小さなアール部を通過した後、曲率半径がより大きいなアール部の曲面に沿って流れることから、切削インサートに対する切屑離れが良くなり、この点においても切屑の排出性が良好となる。
つまり、上記切刃に、切刃の先端からすくい面に向けて各曲率半径を漸次大になるように設定された連続する複数のアール部からなる複合アールホーニングが形成されているので、切刃の良好な切れ味を確保しつつ、切刃先端の強度アップが図れるとともに、切屑の排出性が向上する。

ここで、上記複合アールホーニングは、切刃の先端から上記すくい面に向けて小アール部と大アール部とが順に配設されてなる２つのアール部を有し、上記小アール部の曲率半径が上記大アール部の曲率半径より小に設定されていることを特徴とすることが好ましい。
この場合、複合アールホーニングを、主に小アール部と大アール部の２つのアール部により構成するので、比較的簡単な構成となり、製作が容易になる。

また、上記小アール部の曲率半径が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、上記大アール部の曲率半径が０．３ｍｍ〜１．１ｍｍに設定され、かつ上記小アール部の曲率半径よりも上記大アール部の曲率半径が大に設定されていることが望ましい。
このように小アール部及び大アール部の曲率半径を設定することで、切刃の良好な切れ味を確保しつつ、切刃先端の強度アップが図れるとともに、切屑の排出性が向上する効果をより確実に奏することができる。

ちなみに、小アール部の曲率半径が０．２ｍｍ未満であると、小アール部の曲率半径が小さすぎて実際の研磨加工が困難になる、また切刃の強度アップは図れるものの、切削抵抗が大きくなる等の不具合が生じるおそれが出てくる。また、小アール部の曲率半径が０．５ｍｍを越えると、切刃の先端の鋭利さが薄れ、良好な切れ味が得られなくなる。

一方、大アール部の曲率半径が０．３ｍｍ未満であると、小アール部と大アール部とを滑らかにつなぐことができなくなり、小アール部と大アール部との間に凹部が形成される。この結果、切屑を良好に排出させることができなくなるおそれが出てくる。また、大アール部の曲率半径が１．１ｍｍを超えると、大アール部が直線状に近づき、小アール部と大アール部との間、あるいは大アール部とすくい面との間に凸部が生じてしまい、この凸部に起因して切屑を良好に排出させることができなくなるおそれが出てくる。また、切削インサートに対する切屑離れが悪くなり、この点においても切屑を良好に排出させることができなくなる。

以上説明したように、本発明によれば、超高硬度焼結体からなる切刃先端の強度アップを図ることができるとともに、切屑の排出性を向上させることができる。

本発明の実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図１のII矢視図である。 図２のIII矢視図である。 図１のIＶ―IＶ線に沿う断面図である。

図１ないし図４は、本発明の実施形態の切削インサートを示すものである。図１は切削インサートの斜視図、図２は図１のII矢視図、図３は図２のIII矢視図である。
本実施形態の切削インサート１は、そのインサート本体１Ａが超硬合金によって形成されて図１に示すように多角形、具体的には略平行四辺形の平板状をなしており、インサート本体１Ａの厚さ方向（図１において左右方向）を向いて平行四辺形をなす平板面２，３と、この平行四辺形状の平板面の長辺が延びる方向に沿う２つの第一側面４ａ、４ｂと、短辺が延びる方向に沿う２つの第二側面４ｃ、４ｄとを有している。

また、切削インサート１の中央には、一方の平板面２から他方の平板面３まで達する取付孔５が形成されている。切削インサート１は、取付孔５の中心線周りに１８０°回転対称の形状となるように形成されている。他方の平板面３は、当該切削インサート１が刃先交換式切削工具の工具本体に組みつけられるとき、該工具本体に形成されたインサート取付座に当接されて固定される着座面となる。
インサート本体１Ａの一方の第一側面４ａはすくい面とされる。また、平板面２は主逃げ面とされ、一方の第二側面４ｄは副逃げ面とされる。
すくい面を形成する一方の第一側面４ａの一のコーナ部６Ａ、具体的には一方の第一側面４ａ、主逃げ面を形成する平板面２、一方の副逃げ面を形成する第二側面４ｄがともに交差するコーナ部６Ａには、インサート本体１を切り欠くように凹部６Ａａが形成されている。この凹部６Ａａは、第一側面４ａから見て略３角形状、平板面２及び第二側面４ｄから見てそれぞれ４角形状となる、略３角柱状に形成されている。

この凹部６Ａａには、ＣＢＮまたはダイヤモンド焼結体からなる超高硬度焼結体（本実施形態ではＣＢＮ）７Ａと超硬合金７Ｂとを層状に一体焼結した層状焼結体７が、超高硬度焼結体７Ａをすくい面側つまり第一側面４ａ側を向くように配設されている。この層状焼結体７は、上記超高硬度焼結体７Ａの原料粉末と超硬合金７Ｂの原料粉末とを一体に圧粉成形して焼結したものであり、例えば、薄板状に焼結されたものから放電加工等によって所定の形状に切り出され、ロウ付け等により凹部６Ａａに接合されて固着される。

また、インサート本体１Ａの他方の第一側面４ｂはすくい面とされる。また、平板面２は主逃げ面とされ、他方の第二側面４ｃは副逃げ面とされる。
すくい面を形成する他方の第一側面４ｂの一のコーナ部６Ｂ、具体的には他方の第一側面４ｂ、主逃げ面を形成する平板面２、他方の副逃げ面を形成する第二側面４ｄがともに交差するコーナ部６Ｂには、インサート本体１を切り欠くように凹部６Ｂａが形成され、この凹部６Ｂａも上記凹部６Ａａと同様に３角柱状に形成されている。そして、凹部６Ｂａには、上記層状焼結体７と同様な構成の層状焼結体８が配設されている。
ここで、この切削インサートは、カッタ本体にセットされる際に、すくい面（４ａ、４ｂ）に対し、主逃げ面（２）及び副逃げ面（４ｃ、４ｄ）が、一のすくい面（例えば第一側面４ａ）からそれとは逆側に位置するすくい面（例えば第一側面４ｂ）側へ向かうに従い切削インサート１の内側に漸次後退するように形成されている。つまり、この実施形態の切削インサートは、ポジティブインサートとされている。

上記層状焼結体７、８はともに同様な構成であり、ここでは層状焼結体７についてのみ説明し、層状焼結体８の説明は省略する。
層状焼結体７の上記すくい面となる第一側面４ａを向く面と、主逃げ面となる上記平板面２を向く面との交差稜線部には、主切刃１０が形成されている。層状焼結体７の上記すくい面となる第一側面４ａを向く面と、副逃げ面となる上記第二側面４ｄを向く面との交差稜線部には、副切刃部１１が形成されている。また、平板面２と第二側面４ｄとの交差稜線部には、一方の第一側面４ａから他方の第一側面４ｂに向かうに従い漸次チャンファ幅が小さくなり、該交差稜線部の途中で途切れるチャンファ部１２が形成されている。

主切刃１０にはホーニングが施されていて、すくい面と主逃げ面とに交差するようにホーニング部が形成されている。このホーニング部は、円弧状の丸（アール部）ホーニングでも、あるいは面状のチャンファホーニングでもいずれでもよい。

図４はチャンファ部１２及び副切刃部１１に形成された切刃１３の詳細を示す図である。この図４に示すように、切刃１３の先端には丸（アール部）ホーニング部１３ａが形成され、この丸ホーニング部１３ａが形成された切刃１３の先端からすくい面を形成する第一側面４ａに向けて、小アール部１５とこの小アール部１５の曲率半径Ｒａよりも曲率半径Ｒｂが大きい大アール部１６とが順に形成された複合アールホーニング１７が形成されている。複合アールホーニング１７を構成する小アール部１５と大アール部１６とは、滑らかに接している。
ここで言う、滑らかに接するとは、小アール部１５と大アール部１６との境界部分に凹凸を形成することなく連続することを意味する。
なお、この切刃１３の逃げ角αは、例えば１０°〜２０の範囲に設定されている。

上記小アール部１５は、例えば、ホーニング幅Ｌａが０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍ、曲率半径Ｒａが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、ホーニング角（ネガランド）βが２０°〜４０°に設定される。
上記大アール部１６は、例えば、ホーニング幅Ｌｂが０．１０ｍｍ〜０．１７ｍｍ、曲率半径Ｒａが０．３ｍｍ〜１．１ｍｍ、ホーニング角（ネガランド）γが１０°〜２０°に設定される。
そして、小アール部１５のホーニング幅Ｌａと大アール部１６のホーニング幅Ｌｂとを合わせた、複合アールホーニング１７の全ホーニング幅Ｌｃは、例えば、０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍに設定される。

次に、上記構成の切削インサート１の作用について説明する。
上記構成の切削インサート１は、図示せぬ刃先交換式の転削工具である正面フライスに着脱可能に取り付けられて転削加工により、例えばＦＣ材、ＦＣＤ材等の鋳物あるいはＳＣＭ材、ＳＣｒ材等の高硬度鋼からなる被削材の仕上面を切削するのに使用される。

ここで、上記構成の切削インサート１では、切刃１３の先端からすくい面（第一側面４ａ）に向けて、小アール部１５とこの小アール部１５の曲率半径よりも曲率半径が大きい大アール部１６とが順に形成された複合アールホーニング１７が形成されており、切刃１３の先端部分に小アール部１５が形成されるともに、この小アール部１５に続いてそのすくい面側に曲率半径がより大きい大アール部１６が形成されることによって、切刃の良好な切れ味を確保しながら、靭性に乏しい超高硬度焼結体からなる切刃１３の先端の強度アップを図ることができる。そして、これにより切刃１３の欠損を防止できる。

また、上記構成の切削インサート１では、小アール部１５のすくい面となる第一側面４ａ側に大アール部１６を形成しており、小アール部１５での切削により生成された切屑は、小アール部１５に続く大アール部１６に沿ってすくい面（第一側面４ａ）側へ流れる。このように切屑が曲率半径のより大きな大アール部１６に沿ってすくい面（第一側面４ａ）側へ流れることとなり、曲率半径のより大きな大アール部１６がすくい面側へ流れる切屑のガイド機能を果たし、結果的に、切屑の排出性が良好となる。また、また、切屑が、小アール部１５を通過した後、直ちに平坦面に沿って流れる場合、つまり大アール部１６が平坦面に変わる場合に比べ、小アール部１５を通過した後、大アール部１６の曲面に沿って流れることから、切削インサート１に対する切屑離れが良くなり、この点からも切屑の排出性が良好となる。

つまり、切刃１３に、小アール部１５と大アール部１６とを備える複合アールホーニング１７を形成しているので、切刃の先端の強度アップが図れるとともに、切屑の排出性を向上させることができる。

また、上記構成の切削インサート１では、小アール部１５の曲率半径Ｒａを０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、大アール部１６の曲率半径Ｒｂを０．３ｍｍ〜１．１ｍｍに設定し、かつ小アール部１５の曲率半径Ｒａよりも大アール部１６の曲率半径Ｒｂを大となるように設定している。
これにより、切刃１３の良好な切れ味を確保しつつ、該切刃１３の先端のさらなる強度アップが図れるとともに、切屑の排出性をより向上させることができる。

小アール部１５の曲率半径Ｒａが０．２ｍｍ未満であると、小アール部１５の曲率半径Ｒａが小さすぎて、小アール部１５を実際に研磨加工する作業が困難になる、また切刃１３の先端の強度アップが図れるものの、切削抵抗が大きくなる等の不具合が生じるおそれが出てくる。また、小アール部１５の曲率半径Ｒａが０．５ｍｍを越えると、切刃１３の先端の鋭利さが薄れ、良好な切れ味が得られなくなる。

一方、大アール部１６の曲率半径Ｒｂが０．３ｍｍ未満であると、小アール部１５と大アール部１６とを滑らかにつなぐことができなくなり、小アール部１５と大アール部１６との間、つまりそれらの境界部分に凹部が形成される。この結果、切屑を良好に排出させることができなくなるおそれが出てくる。また、大アール部１６の曲率半径Ｒｂが１．１ｍｍを超えると、大アール部１６が直線状に近づき、小アール部１５と大アール部１６との間、あるいは大アール部１６とすくい面である第一側面４ａとの間に凸部が生じてしまい、この凸部に起因して切屑を良好に排出させることができなくなるおそれが出てくる。

なお、上記実施形態では、チャンファ部１２及び副切刃部１１に形成した切刃１３を例に挙げて説明したが、本発明は、主切刃１０でも適用可能である。
また、上記実施形態では、複合アールホーニング１７として、小アール部１５と、大アール部１６の２つアール部から構成されたものを例に挙げて説明したが、これに限られることなく、３以上のアール部であって、かつ、それら３以上のアール部が切刃の先端からすくい面に向けて各曲率半径を漸次大になるように設定されものからなる複合アールホーニングでも本発明は適用可能である。

図１〜図４に示すように、切削インサートに固着した超高硬度焼結体の切刃に、小アール部と大アール部からなる複合アールホーニングを設けたものについて、小アール部と大アール部のそれぞれの曲率半径を種々異ならせたものを用意し、それらについて実際に切削を行なった。

具体的には、超高硬度焼結体としてＣＢＮを用い、小アール部として、ホーニング幅Ｌａを０．０５ｍ、ホーニング角βを３０°に設定し、また、大アール部として、ホーニング幅Ｌｂを０．１３ｍｍ、ホーニング角γを１５°に設定した切削インサートを用いた。被削材としてはＦＣＤ材を用いた。
その結果を表したものが下記の表１である。

小アール部の曲率半径Ｒａが０．１ｍｍと小さい場合、レーザー加工等による加工は可能であるが、砥石を用いた通常の研削加工は、曲率半径Ｒａがあまりに小さすぎて加工が困難であった。小アール部の曲率半径Ｒａが０．２ｍｍ以上であると、砥石を用いた通常の研削加工が可能になる。しかしながら、小アール部の曲率半径Ｒａが１．０ｍｍまで大きくなると、両アール部はほぼ直線状になり、すくい面側に形成する大アール部との間に凸部が生じてしまい、切屑の排出性の点で好ましくなかった。

一方、大アール部の曲率半径Ｒｂが０．１ｍｍの場合、小アール部の曲率半径Ｒａが小さい場合と同様に、砥石を用いた通常の研削加工は困難であった。また、大アール部が切刃の先端よりも外方へ突出してしまい、この突出部分に切屑がつまり気味になり、極端な場合には切刃が欠損してしまうおそれが出てきた。大アール部の曲率半径Ｒｂが０．２ｍｍの場合も同様であった。

大アール部の曲率半径Ｒｂが０．３ｍｍの場合、小アール部の曲率半径Ｒａが０．１ｍｍのときでは、前述したように砥石を用いた通常の研削加工は小アール部について困難であり、加えて、小アール部と大アール部との間に凹部が発生し、切屑の排出性の面で不具合が生じた。

大アール部の曲率半径Ｒｂが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの場合、小アール部の曲率半径Ｒａが０．２ｍｍ以上でかつ大アール部の曲率半径Ｒｂより小さい限りにおいては、小アール部と大アール部とが凹凸を生じさせることなく、滑らかにつながることとなり、切刃先端の強度アップ及び切屑の排出性の両面で良好な結果が得られた。

また、大アール部の曲率半径Ｒｂが１．１ｍｍになると、大アール部が直線状に近くなり、小アール部と大アール部との間、あるいは大アール部とすくい面との間に凸部が生じてしまい、この凸部に起因して切屑を良好に排出させることができなくなる可能性が出てきた。
結局、小アール部の曲率半径Ｒａが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、大アール部の曲率半径Ｒｂが０．３ｍｍ〜１．１ｍｍに設定され、かつ小アール部の曲率半径Ｒａよりも大アール部の曲率半径Ｒｂが大に設定されていれば、好ましいことがわかった。
この場合、切り込み量を０．１ｍｍ以上（最大０．５ｍｍ）にしたとき、切刃の先端にかかる背分力方向の荷重を緩和することに伴って切刃の欠損を防ぐとともに、切屑の分断性を含めた切屑排出性を向上させることが確認できた。

１ 切削インサート
１Ａ インサート本体
２，３ 平板面
４ａ、４ｂ 第一側面（すくい面）
４ｃ、４ｄ 第二側面
５ 取付孔
６Ａ、６Ｂ コーナ部
６Ａａ、６Ｂｂ 凹部
７ 層状焼結体
７Ａ 超高硬度焼結体
７Ｂ 超硬合金
８ 層状焼結体
１０ 主切刃
１１ 副切刃
１２ チャンファ部
１３ 切刃
１５ 小アール部
１６ 大アール部
１７ 複合アールホーニング

Claims (3)

1. インサート本体のすくい面に超高硬度焼結体が上記すくい面のコーナ部に配設され、
   上記超高硬度焼結体の上記すくい面の辺稜部に上記コーナ部から延びる切刃が形成され、
   上記切刃には、該切刃の先端から上記すくい面に向けて各曲率半径を漸次大になるように設定された、連続する複数のアール部からなる複合アールホーニングが形成されていることを特徴とする切削インサート。
2. 上記複合アールホーニングは、切刃の先端から上記すくい面に向けて小アール部と大アール部とが順に配設されてなる２つのアール部を有し、
   上記小アール部の曲率半径が上記大アール部の曲率半径より小に設定さ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. 上記小アール部の曲率半径が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、上記大アール部の半径が０．３ｍｍ〜１．１ｍｍに設定され、かつ上記小アール部の曲率半径が上記大アール部の曲率半径より小に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。

Images