JP6206801B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

この発明は、突っ切りや溝入れなどの旋削加工に用いられる切削インサートに関する。

突っ切りや溝入れなどの旋削加工に用いられる切削工具については、下記特許文献１などに示される構造が知られている。

その特許文献１に記載された構造は、すくい面の幅方向中央部に曲面の溝面を有する窪みを設け、その窪みをブレーカとして働かせて切屑をカールさせるものである。窪みは切れ刃から離れるに従ってその幅が次第に狭くなっており、これにより、切屑に対してカールさせる力だけでなく幅方向に湾曲させる力も加わる。

特開２００２−２５４２１６号公報

前記特許文献１などに開示された構造によれば、すくい面の幅方向中央の窪みに対して切屑が押し込まれるように変形して幅方向に湾曲し、さらに、その幅方向に湾曲した切屑に対してカール力が付与される。

これにより、切屑が複雑に歪んで分断されやすくなる。そのために、切屑処理が良好になされるが、切屑が窪みの溝面に沿って幅方向の湾曲度合いを高めながら流出するため、
ステンレス鋼の低送り条件での加工のように切屑が薄くてカールもし難い条件では、前切れ刃から離れた領域のブレーカまでもが作用（機能）することから、切屑が過剰に拘束され、切削抵抗が大きくなる難点がある。

そこで、この発明は、突っ切りや溝入れ加工に用いる切削インサートについて、良好な切屑処理性を維持しながら切削抵抗を低減させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、突っ切り又は溝入れに使用される切削インサートを以下に記す構造にした。

即ち、幅方向中央部に２０°〜３５°のすくい角が付与された前切れ刃と、幅方向中央部にブレーカ溝が、幅方向両端部に中央部よりもすくい角の小さなランド部がそれぞれ形成されたすくい面と、前記ブレーカ溝に形成された、前記前切れ刃から遠ざかるにつれて離間距離が小さくなる対向溝側面と、前記対向溝側面の前記ランド部よりも高所に高さ位置の揃った４箇所のショルダー部を有し、前記ショルダー部の２箇所が、他の２箇所よりも前切れ刃側かつ幅方向外側にあるチップブレーカとを備えるものにした。

上記の構造を有するこの発明の切削インサートは、良好な切屑処理性を維持しながら切削抵抗を低減させることができる。

この発明の切削インサートの一例を示す要部の平面図である。 図１の切削インサートの要部の側面図である。 図１のIII−III線に沿った断面図である。 図１の切削インサートの要部の斜視図である。 試作した切削インサートの寸法諸元を示す平面図である。 試作した切削インサートの寸法諸元を示す側面図である。 切屑がチップブレーカの前切れ刃側の２つのショルダー部に接した状態を示す断面図である。 切屑がチップブレーカの他の２つのショルダー部に接した状態を示す断面図である。 評価試験での試作品による送りｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖの条件で発生した切屑を示す図である。 評価試験での試作品による送りｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖの条件で発生した切屑を示す図である。 評価試験での試作品による送りｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件で発生した切屑を示す図である。 評価試験に用いた切削インサートうち市販品Ａ，Ｂのチップブレーカの概略形状を示す斜視図である。 評価試験に用いた切削インサートのうち市販品Ｃのチップブレーカの概略形状を示す斜視図である。 評価試験に用いた切削インサートのうち市販品Ｄのチップブレーカの概略形状を示す斜視図である。 評価試験に用いた切削インサートのうち市販品Ｅのチップブレーカの概略形状を示す斜視図である。 評価試験に用いた切削インサートのうち市販品Ｆのチップブレーカの概略形状を示す斜視図である。

以下、添付図面の図１〜図８に基づいて、この発明の切削インサートの実施の形態を説明する。

図１〜図４に示した切削インサート１は、前切れ刃２と、その前切れ刃に連なるすくい面３と、チップブレーカを有する。

図２、図３、図４の４は前逃げ面、図２、図４の５は横逃げ面である。前逃げ面４と横逃げ面５は、５°〜１６°程度の逃げ角を有する。

図１、図４の６は、上面７に設けたクランプ用のＶ溝である。例示の切削インサート１は、Ｖ溝６を設けた上面と切削インサートの下面（その下面にもＶ溝又はＶ字状の突起が設けられる）にバイトホルダのクランプ部を（図示せず）Ｖ字嵌合させてバイトホルダに固定するようにしているが、バイトホルダに対する固定の仕方は、これに限定されるものではない。

前切れ刃２は、前切れ刃角が０°の刃になっている。その前切れ刃２の両端部を除く領域（幅方向中央部）は正のすくい角θ（図３参照）を有する。そのすくい角θは、２０°〜３５°である。このハイレーキ設定により、ステンレス鋼のようなねばりのある金属を低送りの条件で加工するときには特に顕著な効果が発揮されて切屑の処理が良好になされる。

すくい面３の両端部（横逃げ面に沿う領域）は、中央部よりもすくい角が小さく、強度を重視したランド部（図示の切削インサートはすくい角が０°のフラットランド）８となっている。

さらに、ランド部８の後部（前切れ刃のある側とは反対側を後ろと考える）には、上面７に向けて湾曲して立ち上がる斜面９が連なっている。

すくい面３の正のすくい角θが付された領域は、前切れ刃２から離反するに従ってその面の高さ位置が次第に低下しており、このために、両端のランド部８，８間、即ち、すくい面３の幅方向中央部にブレーカ溝１０が作り出されている。

そのブレーカ溝１０には、前切れ刃２から遠ざかるにつれて離間距離が徐々に小さくなる対向溝側面１０ａ，１０ａが含まれている。

その対向溝側面１０ａ，１０ａは、ランド部８と斜面９と上面７の各面と交差する位置までブレーカ溝１０の溝底から相反する向きに傾斜して切れ上っている。

例示の切削インサート１は、その対向溝側面１０ａの前切れ刃２に対するインサート平面視での傾き角α（図１参照）が１０°に設定されている。

その傾き角αが小さすぎると切屑を絞って幅方向に湾曲させる機能が不足し、逆にその値が大きすぎると切屑の流出抵抗が大きくなって切削抵抗低減の効果が薄れる。この２つの機能をバランスさせるためには、傾き角αを５°〜１３°とすることが好ましい。

チップブレーカは、前記ブレーカ溝１０に、対向溝側面１０ａ，１０ａのランド部８よりも高所にある部位を互いに接近する方向に突出させる４箇所の高さ位置の揃ったショルダー部１０ｂ，１０ｂ、１０ｃ，１０ｃを含ませて構成されている。

計４箇所のショルダー部のうち、前切れ刃２に近い側の２つのショルダー部１０ｂ，１０ｂは、ランド部８と斜面９と上面７が交差した位置に形成されており、その２者間の図５に示した間隔Ｌ１は、刃幅Ｗ（これも図５参照）の５０％前後に設定されている。

また、残りの２つのショルダー部１０ｃ，１０ｃは、斜面９よりも後方においてブレーカ溝１０に設けた逃がし部１０ｄの溝底から切れ上った斜面とブレーカ溝１０の溝幅が狭くなった箇所の溝側面と上面７とが交差した位置に形成されており、その２者間の間隔Ｌ２（図５参照）は刃幅Ｗの２０％前後に設定されている。

逃がし部１０ｄは、その部位の溝面に対して切屑が接触しないようにするために設けている。

なお、図５に示したショルダー部１０ｂ，１０ｂ間の間隔Ｌ１の大きさは、同じく図５に示したランド部８の幅ｗ、図１に示した対向溝側面１０ａの前切れ刃２に対するインサート平面視での傾き角αの大きさ、前切れ刃２からショルダー部１０ｂまでの距離などに左右される。

例示の切削インサートにおけるショルダー部１０ｂ，１０ｂ間の間隔Ｌ１を刃幅Ｗの５０％前後としたのは、突っ切りや溝入れ用切削インサートに採用されている一般的な寸法を適用し、ランド部８の幅を、抵抗低減のためのハイレーキ設定においても前切れ刃２の両端部の強度を十分に確保するための適正値として例えば刃幅Ｗの１０％に設定し、この状況で上述した対向溝側面１０ａの傾き角αを１０°程度に設定したときに自ずと定まる値であることによる。

切削インサートの設計条件によっては、間隔Ｌ１は、上記の設定値から上下に５％程度振れることが考えられる。そのために「５０％程度」と述べた。

ショルダー部１０ｃ間の間隔Ｌ２は、ショルダー部１０ｂ間の間隔Ｌ１よりも刃幅の割合で３０％程度小さくするのがよいことから、刃幅Ｗの２０％前後とした。
この数値は、ステンレス鋼の送り：０．０５ｍｍ／ｒｅｖと言った低送り条件での切削で生じる切屑を十分にカールさせて排出性を高め得る数値である。この数値も上下に５％程度振れることが考えられる。この数値をこれより小さくすると、切屑が過剰に拘束され、切削抵抗が高くなることが予測される。

以上の如く構成した旋削インサート１は、突っ切り加工や溝入れ加工で生成される切屑がブレーカ溝１０に導入されて凹形に湾曲するように絞り込まれる。

その切屑は、ブレーカ溝の対向溝側面１０ａ，１０ａの離間距離が前切れ刃２から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっているので、ブレーカ溝１０の終端側（奥）に行くに従って絞りの度合い（湾曲の度合い）がきつくなっていくが、流出の途中にショルダー部１０ｂに当って持ち上げられるため、図７に示すように、切屑Ｃはブレーカ溝１０の溝面から浮き上がる。

その後さらに、ブレーカ溝１０の奥まで進み、ショルダー部１０ｃに当る。このために、図８に示すように切屑Ｃがさらに持ち上げられてカール力と幅方向に湾曲させる力が高められ、例えば、ステンレス鋼を低送り条件で加工したときに発生する厚みが薄くてねばりのある切屑は良好にカールする。これにより切屑は、ショルダー部よりも前切れ刃から離れた領域には接触せず、ブレーカによって過剰に拘束されることがない。また、厚みの厚い切屑は印加される複雑な歪によって細かく分断される。

また、ショルダー部１０ｂ，１０ｃに対して切屑が点当りになるため、切削インサートに対する切屑の擦過面積が減少し、摩擦力の上昇による切削抵抗の増加が抑えられる。

〈実施例１〉
例示の形状の切削インサートを試作した。その試作品の寸法諸元は、図５に示した刃幅Ｗ＝３．０ｍｍ、すくい面の両端のランド（フラットランド）８の幅ｗ＝０．３ｍｍ、前切れ刃２からショルダー部１０ｂまでの距離Ｄ１＝２．１０ｍｍ（刃幅Ｗの約７０％）である。

また、前切れ刃２から後方のショルダー部１０ｃまでの距離Ｄ２＝２．７０ｍｍ（刃幅Ｗの約９０％、Ｄ３＝０．６０ｍｍ）、ショルダー部１０ｂ，１０ｂの間隔Ｌ１＝刃幅Ｗの５０％、ショルダー部１０ｃ，１０ｃの間隔Ｌ２＝刃幅Ｗの２０％であり、図６に示したショルダー部１０ｂ、１０ｃの前切れ刃２からの高さｈ＝０．３０ｍｍである。

さらに、図６に示した前切れ刃２の両端部を除く領域のすくい角θ＝３０°、ランド８形成部のすくい角＝０°、対向溝側面の前切れ刃に対するインサート平面視での傾き角α＝１０°である。

この試作品と、市販されている他社の突っ切り、溝入れ用切削インサート６種について、下記条件での加工における切削抵抗と発生する切屑の状況を調べて比較した。

市販品の切削インサートの概要を図１０〜図１４に示す。市販品Ｂのチップブレーカ形状は、図１０に示した市販品Ａの形状とほぼ同じである。
図１１は市販品Ｃのチップブレーカ形状を、図１２は市販品Ｄのチップブレーカ形状を、図１３は市販品Ｅのチップブレーカ形状を、図１４は市販品Ｆのチップブレーカ形状をそれぞれ示している。ここに挙げた市販品Ａ〜Ｆには、４箇所のショルダー部は存在しない。

その評価試験の結果（各切削インサートの主分力と背分力）を表１にまとめる。この評価試験での主分力と背分力は、工具動力計を使用して測定した。

・切削条件 被削材：ＳＵＳ３１６（外径φ３０ｍｍ丸棒）
加工方法：突っ切り及び溝入れ
切削速度Ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎ
送り ｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ，ｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖ，ｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
加工形態：湿式

試作品によって生成された切屑を図９Ａ〜図９Ｃに示す。図９Ａは、送りｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖの条件での加工において発生した切屑、図９Ｂは、送りｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖの条件での加工において発生した切屑、図９Ｃは、送りｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件での加工において発生した切屑である。

市販品による切屑は、送りｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖの条件での切削では市販品Ｄを除く５品は切屑の分断がなされず、カールの状況も不規則であり、工具に絡み易く、加工面を傷付ける懸念があるような形状になっていた。

これに対し、試作品の切屑は、加工の初期に折れずに規則的にカールしたものが少し発生し、その後のものは細かく分断された（図９Ａ参照）。

市販品Ｄの切屑は、加工の初期に試作品よりもカール径の大きなものが折れずに発生し、その後のものは分断されたが、分断されたものはゼンマイ状になってサイズが試作品のものよりも大きかった。

また、送りｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖの条件での切削では、市販品Ｄ、Ｅ、Ｆについては、加工の初期に折れずに延びだした切屑が発生した。これに対し、試作品の切屑は、加工の初期から細かく分断された（図９Ｂ参照）。また、分断された切屑のサイズは、全ての市販品よりも小さかった。

さらに、送りｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件での切削では、試作品については、加工の初期に折れずに十数回カールした切屑が発生したが、その後の切屑は細かく分断されて各市販品とさほど差の無いサイズの切屑であった（図９Ｃ参照）。

＜実施例２＞
傾き角αの影響を調べるために、表２に示す形状の切削インサートを試作した。その他の寸法諸元は、実施例１で用いたものと同じとした。

その評価試験の結果（各切削インサートの主分力と背分力）を表３にまとめる。この評価試験での主分力と背分力は、工具動力計を使用して測定した。評価試験の条件は以下の通りである。

・切削条件 被削材：ＳＵＳ３１６（外径φ３０ｍｍ丸棒）
加工方法：突っ切り及び溝入れ
切削速度Ｖｃ＝７０ｍ／ｍｉｎ
送り ｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ，ｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖ，ｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
加工形態：湿式

試作品Ｉでは、送りｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖの条件のときに加工の初期に折れずに延びだした切屑が発生したが、送りｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件のときは発生せず、切
り屑の大半がカール径１０ｍｍ程度のゼンマイ状となった。

また、試作品II、III、IV、Ｖによる切屑は、いずれの加工条件でも加工の初期に折れずに延びだした切屑が発生せず、切り屑の大半がカール径の小さなゼンマイ状となった。なお、発明例Ｅでは、送りｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件のときに、ブレーカを乗り越えた切り屑が発生し、温度上昇により変色した長い切屑が散見された。

この評価試験結果からわかるように、この発明の切削インサートは、ステンレス鋼のようなねばりのある金属を低送りの条件で加工したときにも切屑の処理が良好になされ、また、切削抵抗が、広範な送り条件において従来品よりも低減される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 切削インサート
２ 前切れ刃
３ すくい面
４ 前逃げ面
５ 横逃げ面
６ Ｖ溝
７ 上面
８ ランド部
９ 斜面
１０ ブレーカ溝
１０ａ 対向溝側面
１０ｂ、１０ｃ ショルダー部
１０ｄ 逃がし部
θ すくい角
α 対向溝側面の傾き角
Ｃ 切屑
Ｗ 刃幅
Ｌ１ チップブレーカの前切れ刃側の２つのショルダー部の間隔
Ｌ２ チップブレーカの他の２つのショルダー部の間隔
Ｄ１ 前切れ刃から前切れ刃側ショルダー部までの距離
Ｄ１ 前切れ刃から前切れ刃側ショルダー部までの距離
Ｄ２ 前切れ刃から後方のショルダー部までの距離
Ｄ３ Ｄ２とＤ１の差
ｗ フラットランドの幅
ｈ チップブレーカのショルダー部の前切れ刃からの高さ

Claims (2)

1. 突っ切り又は溝入れに使用される切削インサートであって、
   幅方向中央部に２０°〜３５°のすくい角が付与された前切れ刃と、
   幅方向中央部にブレーカ溝が、幅方向両端部に中央部よりもすくい角の小さなランド部がそれぞれ形成されたすくい面と、
   前記ブレーカ溝に形成された、前記前切れ刃から遠ざかるにつれて離間距離が小さくなる対向溝側面と、
   前記対向溝側面の前記ランド部よりも高所に高さ位置の揃った４箇所のショルダー部を有し、前記ショルダー部の２箇所が、他の２箇所よりも前切れ刃側かつ幅方向外側にあるチップブレーカとを備え、
   前記４箇所のショルダー部のうち、前記前切れ刃側にある２箇所のショルダー部は、前記ランド部から上面に向けて立ち上がる斜面と前記対向溝側面と前記上面とが交差した位置で、互いに接近する方向に突出し、切屑に点当りする２つの突起であり、
   前記４箇所のショルダー部のうち、残りの２箇所のショルダー部は、前記ブレーカ溝の溝底から後方に切れ上がって前記前切れ刃に対向する溝斜面とブレーカ溝の溝幅が狭くなった箇所の溝側面と前記上面とが交差した位置で、互いに接近する方向に突出し、切屑に点当りする２つの突起である、
   切削インサート。
2. インサート平面視にて、前記対向溝側面の前記前切れ刃に対して垂直な線に対する傾き角を５°〜１３°とし、さらに、前記前切れ刃側の２箇所のショルダー部の間隔を刃幅の４５〜５５％とし、残りの２箇所のショルダー部の間隔を刃幅の１５〜２５％とした請求項１に記載の切削インサート。