WO2011093333A1 - 切削インサートおよび切削工具、ならびにそれらを用いた被削材の切削方法 - Google Patents

切削インサートおよび切削工具、ならびにそれらを用いた被削材の切削方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a cutting insert and a cutting tool, and a cutting method of a work material using them.
  • Patent Document 1 discloses a cutting blade having a concave portion in the center, a concave groove having a flat bottom surface provided on the upper surface so as to be continuous with the concave portion of the cutting blade, and an inclined surface provided behind the concave groove.
  • a grooving cutting insert is disclosed. Chips generated by this cutting insert are narrowed in the width direction by the concave grooves of the cutting insert, and the chip width becomes smaller than the cutting edge width, so that the chips are difficult to contact the processing surface and the processing surface is damaged by the cutting chips. Is suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a cutting insert having excellent chip discharging performance.
  • the cutting insert according to the present invention includes a main body having an upper surface, a lower surface, a side surface, and a cutting edge portion located at an intersection of the upper surface and the side surface, A concave groove continuously provided in the cutting edge, and a pair of inclined surfaces which are located on both sides of the concave groove and are inclined so as to become higher as the distance from the cutting edge increases.
  • the bottom surface of the concave groove is a first bottom surface that is continuous with the cutting blade portion, a side farther from the cutting blade portion than the first bottom surface, and from the cutting blade portion of the first bottom surface.
  • a second bottom surface located at a position lower than the virtual extension line of the end portion on the far side, and when viewed from above, the pair of inclined surfaces are located on the side far from the cutting edge portion of the first bottom surface. It is located on the side farther from the cutting edge than the end.
  • the cutting tool of the present invention includes the cutting insert of the present invention and a holder for mounting the cutting insert at the tip.
  • the method for cutting a work material includes a step of rotating the work material, a step of bringing a cutting edge portion of the cutting tool close to the rotating work material, and the rotating work material. And cutting the work material by bringing the cutting blade part of the cutting tool into contact with the cutting tool, and separating the cutting blade part of the cutting tool from the cut work material.
  • the bottom surface of the groove is a first bottom surface that is continuous with the cutting edge, a side farther from the cutting edge than the first bottom, and from the cutting edge of the first bottom. And a second bottom surface located at a position lower than the virtual extension line at the far end. Furthermore, in the top view, the pair of inclined surfaces are located on the side farther from the cutting edge than the end on the first bottom face far from the cutting edge. For this reason, the curl diameter of the chip is reduced by curling while the generated chip sinks into the space formed lower than the virtual extension line of the first bottom part. As a result, the chip discharge direction is stabilized, and the chip discharge performance is improved.
  • the cutting insert which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is a side view, (c) is a tip view. It is the elements on larger scale of the cutting insert shown in FIG. 1, (a) is a perspective view, (b) is a top view, (c) is a side view.
  • (a) is a sectional view taken along the line AA
  • (b) is a sectional view taken along the line BB
  • (c) is a sectional view taken along the line CC. It is.
  • (A) is sectional drawing in the DD line in the cutting insert shown in FIG.2 (b)
  • (b) is the elements on larger scale of (a).
  • the partial enlarged view of the cutting insert which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown, (a) is a perspective view, (b) is a top view.
  • the partial enlarged view of the cutting insert which concerns on 3rd Embodiment of this invention is shown, (a) is a perspective view, (b) is a side view.
  • (C) is a top view. It is a partial expansion perspective view which shows the example of the cutting tool of this invention.
  • (A)-(c) is the schematic which shows the example of the cutting method of the workpiece of this invention.
  • a cutting insert 1 (hereinafter, simply referred to as an insert 1) has a prismatic shape, is located between both cutting portions I and the cutting portion I, and is fixed to a holder.
  • a clamp portion II having a clamp surface (described later) in contact with the holder is provided. That is, the cutting part I is provided at both ends of the clamp part II.
  • This insert 1 is used for parting off.
  • Examples of the material of the cutting insert 1 include cemented carbide or cermet.
  • the composition of the cemented carbide is, for example, WC—Co produced by adding cobalt (Co) powder to tungsten carbide (WC) and sintering, and WC—coating WC—Co with titanium carbide (TiC).
  • WC—TiC—TaC—Co in which tantalum carbide (TaC) is added to TiC—Co and WC—TiC—Co.
  • the cermet is a sintered composite material in which a metal is combined with a ceramic component, and specifically includes a titanium compound mainly composed of titanium carbide (TiC) and titanium nitride (TiN).
  • the surface of the cutting insert 1 may be coated with a film using a chemical vapor deposition (CVD) method or a physical vapor deposition (PVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • the composition of the coating include titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), and alumina (Al 2 O 3 ).
  • the cutting part I has an upper surface 2, a lower surface 3, and a side surface 4 connected to the upper surface 2 and the lower surface 3.
  • the upper surface 2 functions as a rake surface
  • the lower surface 3 functions as a mounting surface to be mounted on the holder
  • the side surface 4 functions as a flank surface.
  • the cutting portion I has a polygonal shape in a plan view, and in this example, a rectangular shape having two long sides and two short sides in a plan view. is doing.
  • the length of the insert 1 in the longitudinal direction is 20 mm
  • the length in the width direction perpendicular to the longitudinal direction is 2 to 4 mm in plan view. This width becomes smaller as it approaches the clamp part II so that the insert does not interfere with the inner wall surface of the groove machined into the work material during machining.
  • the height from the lower surface 3 to the upper surface 2 of the insert 1 is 3 to 5 mm.
  • a cutting edge portion 5 is provided at the intersection between the upper surface 2 and the side surface 4.
  • the cutting blade part 5 has a cutting blade 50.
  • the cutting blade 50 may be provided, for example along any of the crossing part of the cutting part I in the longitudinal direction and the width direction. In this example, the cutting blade 50 is provided only along the intersecting portion in the width direction of the cutting portion I because it is used for parting off to cut the workpiece.
  • the cutting edge portion 5 has a land 51.
  • the land 51 is a flat surface provided along the cutting edge 50. By providing the land 51, it is possible to suppress the chipping of the cutting blade 50 and improve the strength of the cutting blade 50.
  • the upper surface 2 is provided with a concave groove 21 provided continuously to the cutting edge portion 5 and a pair of inclined surfaces which are located on both sides of the concave groove 21 and become higher as the distance from the cutting edge portion 5 increases. And an inclined surface 23.
  • the concave groove 21 is continuous with the central portion of the cutting edge portion 5, and a pair of rake face 22 and a rake face 22 located on both sides of the concave groove 21.
  • a pair of inclined surfaces 23 are provided which are located further away from the cutting blade portion 5 and are inclined so as to become higher as the distance from the cutting blade portion 5 increases. That is, the concave groove 21 is formed so as to penetrate the rake face 22 and the inclined face 23.
  • the concave groove 21 is an elongated recess extending in the longitudinal direction of the insert 1 continuously to the cutting edge portion 5. With this configuration, the chips are compressed in the width direction, and the discharge direction of the chips is stabilized. Further, since the chips are compressed in the width direction, the width of the chips is smaller than the width of the insert 1 (the width of the cutting blade 50), and it is difficult to contact the processed surface of the work material. Therefore, damage to the processed surface is suppressed.
  • the concave groove 21 is located on the vertical bisector L0 of the cutting edge 50 in a top view. Specifically, the concave groove 21 has a line-symmetric shape at the perpendicular bisector L0 of the cutting edge 50. With this configuration, since the chips compressed in the width direction have a bilaterally symmetrical shape, the discharge direction of the chips is more stable. Further, the chips compressed in the width direction are finally curled into a spring shape by the inclined surface 23 and discharged.
  • FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB, where the groove width of the concave groove 21 shown in FIG. 3A showing the sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the groove width of the concave groove 21 is wb, wa ⁇ wb, and when the groove width of the concave groove 21 in FIG.
  • 3C showing a cross-sectional view taken along the line CC is wc, wb> wc.
  • the chip support part moves toward the end side as it goes from the cutting edge part 5 toward the inclined surface 23, and the amount of bending of the chip toward the lower surface 3 side increases, so the chip is compressed in the width direction. Is promoted.
  • wb> wc the chips are surely drawn into the concave groove 21 and the traveling direction is more easily determined.
  • the shape of the cross section parallel to the cutting edge 50 of the concave groove 21 and perpendicular to the lower surface 3 is, for example, a shape constituted by a straight line such as a V shape, a shape constituted by a curved line such as an arc shape, or the like.
  • the shape which combined is mentioned.
  • it is arcuate as shown in FIGS.
  • the concave groove 21 is formed so that the holding angle ⁇ at which the chips are held becomes smaller as the distance from the cutting blade portion 5 increases. With this configuration, chips are more reliably compressed and discharged more stably.
  • the cross-sectional shape of the groove 21 is an arc shape as in this example, the sandwiching angle ⁇ is obtained by measuring an angle formed by a virtual extension line between two opposing surfaces.
  • the holding angle of the groove 21 shown in FIG. 3A is ⁇ 1
  • the holding angle of the groove 21 shown in FIG. 3B is ⁇ 2
  • the holding angle of the groove 21 shown in FIG. Then, ⁇ 1> ⁇ 2> ⁇ 3.
  • the bottom surface of the groove 21 has a first bottom surface 211 that is continuous with the cutting blade portion 5, and a cutting edge portion that is more than the first bottom surface 211. 5 and a second bottom surface 212 at a position lower than the virtual extension line L1 at the end of the first bottom surface 211 on the side far from the cutting edge portion 5.
  • a space is formed at a position lower than the virtual extension line L1 at the end of the first bottom surface 211 on the side far from the cutting edge portion 5.
  • This space is a space in which chips can sink when the chips try to ride on the inclined surface 23. Specifically, the generated chip is curled while sinking into this space, so that the diameter of the chip curl is reduced. As a result, chip dischargeability is improved. Furthermore, since the area where the chip and the groove 21 come into contact is reduced, the effect of reducing the frictional resistance is also achieved, and the groove 21 is prevented from being clogged with the chip.
  • the first bottom surface 211 is a surface through which the bottom of the chips passes.
  • the first bottom surface 211 is located at least partially at a part near the second bottom surface 212 in the descending portion 211a that approaches the bottom surface 3 as the distance from the cutting edge portion 5 increases.
  • a flat portion 211b having a constant length. This configuration makes it easier for the chips to be guided to the above space, so that the chips are more likely to sink.
  • an inclination angle ⁇ that is an angle formed by the descending portion 211a and the reference plane H0. Is from 10 ° to 30 °.
  • the second bottom surface 212 is positioned closer to the lower surface 3 as the distance from the cutting edge portion 5 is lowered, and is located on a side farther from the cutting edge portion 5 than the lowering portion 212a and becomes higher as the distance from the cutting edge portion 5 increases.
  • a rising portion 212b is formed at a position corresponding to the inclined surface 23.
  • the depth of the second bottom surface 212 is deeper than the depth of the first bottom surface 211 in a cross-sectional view in a cross section parallel to the cutting edge 5 and intersecting the lower surface 3.
  • the depth of the first bottom surface 211 in FIG. 3A is d1
  • the depth of the second bottom surface 212 in FIG. 3C is d2
  • the second bottom surface 212 has a descending portion 212a and a rising portion 212b formed continuously, and the second bottom surface is most at the boundary between the descending portion 212a and the rising portion 212b. It is deeper.
  • “the boundary between the descending portion 212a and the ascending portion 212b” refers to the second connecting portion 214 that is a connecting portion between the descending portion 212a and the ascending portion 212b, as shown in FIG. Point to.
  • the ascending portion 212b is provided continuously to the descending portion 212a, but may have a connecting surface with a small curved surface such as a chamfered portion provided for manufacturing.
  • the second connection portion 214 coincides with the deepest portion of the concave groove 21 in a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the cutting edge portion 5.
  • the deepest portion (second connection portion 214) of the second bottom surface 212 is a cutting edge portion of the pair of inclined surfaces 23 in a plan view. It is located closer to the cutting edge part 5 than the position of the end part closer to 5. With this configuration, the space can be secured larger.
  • the second connection portion 214 is formed substantially parallel to the cutting edge portion 5.
  • the ratio of the area occupied by the first bottom surface 211 and the second bottom surface 212 on the bottom surface is not particularly limited, but from the viewpoint of maintaining a large space, for example, in a top view, in a range that does not hinder the effect of the present invention.
  • the area of the second bottom surface 212 is preferably larger than the area of the first bottom surface 211.
  • the first bottom surface 211 and the second bottom surface 212 are formed so as to extend over the width direction of the concave groove 21.
  • the first bottom surface 211 and the second bottom surface 212 are continuous, and the boundary between the first bottom surface 211 and the second bottom surface 212 is formed substantially parallel along the cutting edge portion 5.
  • the boundary between the first bottom surface 211 and the second bottom surface 212 refers to the connecting portion 213.
  • the chips temporarily move from the state in contact with the bottom surface of the groove 21 to the state in non-contact with the connection part 213 as a boundary. With this configuration, the state of contact with the bottom surface of the chips moves in a substantially synchronized manner in the left-right direction of the chips, so that the traveling direction of the chips becomes more stable.
  • substantially parallel to the cutting edge portion 5 refers to a state in which the target portion is at an angle in the range of 0 ° ⁇ 2 ° with respect to the cutting edge 50.
  • the connection portion 213 is formed by a surface, and the first bottom surface 211 and the second bottom surface 212 are connected by a small curved surface such as a chamfered portion provided in manufacturing. It has a surface and is connected. With this configuration, cracking on the bottom surface of the groove 21 can be suppressed and the strength of the insert 1 can be maintained.
  • the cutting edge part 5 has the recessed part 6 which becomes low as it goes to the center, as shown in FIG.1 (c). That is, the concave portion 6 and the concave groove 21 of the cutting blade portion 5 are continuous.
  • the recess 6 generates chips having a concave central portion in a cross-sectional view, and therefore, the compression of the chips in the width direction by the recessed grooves 21 can be promoted.
  • the shape and size of the recess 6 are not particularly limited.
  • Examples of the shape of the recess 6 include a shape constituted by a straight line such as a V-shape, a shape constituted by a curved line such as an arc shape, or a combination of these. In this example, FIG. ), Preferably an arc shape.
  • the rake face 22 is a face on which the generated chips are scraped, and is formed with a rake angle so as to approach the lower face 3 as the distance from the cutting edge portion 5 increases.
  • the angle formed by the reference plane H0 that passes through the cutting edge portion 5 and is parallel to the horizontal plane and the virtual extension line of the rake face 22 is defined as a “rake angle”.
  • the rake angle is an angle ⁇ formed by a rake face 22 and a reference plane H0 that passes through the cutting edge portion 5 and is parallel to the horizontal plane, as shown in FIG.
  • the rake angle ⁇ is preferably set to about 5 ° to 10 °.
  • the inclination angle ⁇ of the first bottom portion 211a is formed to be larger than the rake angle ⁇ of the rake face 22.
  • the inclined surface 23 is provided in order to divide chips or form a spring.
  • it has the back inclined surface 24 in the position far from the cutting-blade part 5 rather than a pair of inclined surface 23, and a high position.
  • the inclined surface 23 has an inclination angle of 34 ° and the height of the rear inclined surface 24 from the cutting blade 5 is about 0.35 mm.
  • the rear inclined surface 24 is located on the side farther from the cutting edge portion 5 than the concave groove 21 and is larger than the inclination angle of the inclined surface 23 with respect to a reference plane H0 passing through the cutting edge portion 5 and parallel to the horizontal plane. It has an inclination angle. With this configuration, even when chips having low rigidity have crossed the inclined surface 23 without being divided, they can be divided by the rear inclined surface 24.
  • the inclination angles of the inclined surface 23 and the rear inclined surface 24 are set in a range of about 30 ° to 50 ° according to cutting conditions. In this example, the inclination angle of the rear inclined surface 24 is 35 °.
  • the rear inclined surface 24 is provided continuously with the clamp surface 25.
  • the clamp surface 25 is a surface that contacts the holder when the insert 1 is fixed to the holder.
  • the end of the rear inclined surface 24 on the clamp surface 25 side is at the highest position on the upper surface 2.
  • h1 when the height of the top of the inclined surface 23 is h1, and the height of the rear inclined surface 24 is h2, h1 ⁇ h2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cutting insert 1 ′ according to the second embodiment.
  • the portion corresponding to the rake face 22 is curved so that the width of the groove 21 becomes wider as the distance from the cutting edge portion 5 increases.
  • the corresponding part has such a shape that the width becomes narrower as the distance from the cutting blade part 5 increases. With this shape, a groove width larger than the groove width of the concave groove 21 of the first embodiment can be secured, the generated chips can be easily bent in the direction of the lower surface 3, and the chip can be narrowed down. it can.
  • FIG. 6 is a view showing a cutting insert 1 ′′ according to the third embodiment.
  • the insert 1 '' is used for end face grooving to form an annular groove on the end face of the work material.
  • the blade 50a is provided with a cutting blade 50b in the longitudinal direction. Therefore, a rake face 22a that is inclined so as to approach the lower surface 3 as it is away from the cutting edge 50a, and a rake face 22b that is inclined so as to approach the lower face 3 as it is away from the cutting edge 50b are formed. Further, the cutting edge 50b is inclined at an inclination angle ⁇ so as to approach the lower surface 3 as the distance from the cutting edge 50a in the longitudinal direction of the cutting portion I increases. Of the cutting edge 50b, the greater the length involved in cutting, the greater the amount of chips generated. According to this structure, even when there is much quantity of the chip
  • the groove width of the concave groove 21 is narrower as the groove width is away from the cutting edge 50a in top view.
  • the inclined surface 23 is gently inclined as compared with the first embodiment and the second embodiment. In the end face grooving process, the inclined surface 23 is provided to curl the chips spirally. Therefore, compared with the case where it applies to other processing forms, it is preferable that the inclined surface 23 has a small inclination
  • the cutting tool 10 of this example includes an insert 1 and a prismatic holder 11 having a clamping portion 12 that clamps the insert 1 at the tip.
  • the insert 1 is mounted on the tip of the holder 11 so that the insert 1 is clamped so that the cutting edge 5 protrudes from the tip of the clamp 12.
  • the clamping part 12 and the holder 11 can be attached or detached, but the holder 11 and the clamping part 12 may be integrally formed from a viewpoint of a durable improvement.
  • a method is used in which the restraining force is adjusted with the screw 13 provided at the tip of the holder 11 and the insert 1 is restrained by pressing it from above.
  • the present invention is not limited to this.
  • the cutting method of the work material performed using the cutting tool 10 includes the following steps (i) to (iv).
  • FIG. 8C the step of moving the cutting tool 10 in the direction of arrow G to separate the cutting edge portion 5 of the cutting tool 10 from the cut workpiece 100.
  • the work material 100 and the cutting tool 10 may be relatively close to each other.
  • the work material 100 may be close to the cutting tool 10.
  • the work material 100 and the cutting tool 10 need only be relatively distant from each other.
  • the work material 100 may be kept away from the cutting tool 10.
  • a longitudinal feed process for forming the groove is performed and a lateral feed process for expanding the width of the groove is performed.
  • the process of bringing the cutting edge portion 5 of the cutting tool 10 into contact with different portions of the work material 100 may be repeated while maintaining the state in which the work material 100 is rotated.
  • the longitudinal feed processing is repeated until the work material is divided.
  • the insert 1 has a two-corner specification. Therefore, when one of the cutting blade portions 5 being used is worn, the other unused cutting blade portion 5 may be used.
  • representative examples of the material of the work material 100 include carbon steel, alloy steel, stainless steel, cast iron, or non-ferrous metal.

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Abstract

 【課題】 切屑排出性に優れた切削インサートを提供する。 【解決手段】 本発明の切削インサートによれば、凹溝21の底面は、切刃部5に連続している第1底面211と、第1底面211よりも切刃部5から遠い側で、かつ第1底面211の切刃部5から遠い側の端部の仮想延長線L1よりも低い位置にある第2底面212とを有している。さらに、上面視において、一対の傾斜面23は、第1底面211の切刃部5から遠い側の端部よりも、切刃部5から遠い側に位置している。そのため、第1底部211の仮想延長線L1より低位に形成される空間に、生成される切屑が沈み込みながらカールすることによって、切屑のカールの径は小さくなる。その結果、切屑の排出方向が安定し、切屑の排出性が良好になる。

Description

切削インサートおよび切削工具、ならびにそれらを用いた被削材の切削方法
 本発明は、切削インサートおよび切削工具、ならびにそれらを用いた被削材の切削方法に関する。
 切削インサート、特に溝入れ加工用の切削インサートは、生成される切屑によって加工面が傷つけられることを抑制することが重要となる。例えば、特許文献1には、中央に凹部を有する切刃と、上面において、切刃の凹部に連続するように設けられた底面が平坦な凹溝と、この凹溝の後方に設けられる傾斜面とを有する、溝入れ加工用切削インサートが開示されている。この切削インサートによって生成される切屑は、切削インサートの凹溝によって幅方向に絞られ、切屑幅が切刃幅よりも小さくなるため、切屑が加工面に接触し難くなり、切屑による加工面の損傷が抑制される。
特開2001-212704号公報
 しかし、特許文献1の切削インサートに設けられた底面が平坦な凹溝では、幅方向に絞られることによって硬度が高くなった切屑が、傾斜面で分断されにくくなり、切屑が凹溝に詰まるなどの不具合が発生して、切屑の排出性が悪くなるおそれがある。
 本発明の目的は、切屑排出性に優れた切削インサートを提供することにある。
 本発明の切削インサートは、上面と、下面と、側面と、前記上面と前記側面との交線部に位置している切刃部とを有している本体部を備え、前記上面は、前記切刃部に連続して設けられている凹溝と、該凹溝の両側に位置しており、前記切刃部から離れるにしたがって高くなるように傾斜している一対の傾斜面とを有しており、前記凹溝の底面は、前記切刃部に連続している第1底面と、該第1底面よりも前記切刃部から遠い側で、かつ前記第1底面の前記切刃部から遠い側の端部の仮想延長線よりも低い位置にある第2底面とを有しているとともに、上面視において、前記一対の傾斜面は、前記第1底面の前記切刃部から遠い側の端部よりも、前記切刃部から遠い側に位置している。
 本発明の切削工具は、本発明の切削インサートと、該切削インサートを先端に装着するホルダとを備える。
 本発明の被削材の切削方法は、被削材を回転させる工程と、回転している前記被削材に前記切削工具の切刃部を近接させる工程と、回転している前記被削材に前記切削工具の前記切刃部を接触させて前記被削材を切削する工程と、切削した前記被削材から前記切削工具の前記切刃部を離間させる工程とを有している。
 本発明の切削インサートによれば、凹溝の底面は、切刃部に連続している第1底面と、第1底面よりも切刃部から遠い側で、かつ第1底面の切刃部から遠い側の端部の仮想延長線よりも低い位置にある第2底面とを有している。さらに、上面視において、一対の傾斜面は、第1底面の切刃部から遠い側の端部よりも、切刃部から遠い側に位置している。そのため、第1底部の仮想延長線より低位に形成される空間に、生成される切屑が沈み込みながらカールすることによって、切屑のカールの径は小さくなる。その結果、切屑の排出方向が安定し、切屑の排出性が良好になる。
本発明の第1実施形態に係る切削インサートを示し、(a)は上面図であり、(b)は側面図であり、(c)は先端視図である。 図1に示す切削インサートの部分拡大図であり、(a)は斜視図であり、(b)は上面図であり、(c)は側面図である。 図2(b)に示す切削インサートにおける、(a)はA-A線における断面図であり、(b)はB-B線における断面図であり、(c)はC-C線における断面図である。 (a)は図2(b)に示す切削インサートにおける、D-D線における断面図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。 本発明の第2実施形態に係る切削インサートの部分拡大図を示し、(a)は斜視図であり、(b)は上面図である。 本発明の第3実施形態に係る切削インサートの部分拡大図を示し、(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。(c)は上面図である。 本発明の切削工具の例を示す部分拡大斜視図である。 (a)~(c)は、本発明の被削材の切削方法の例を示す概略図である。
 <切削インサート>
 以下、本発明の切削インサートの実施の形態の例について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の切削工具は、内径の溝入れ加工、外径の溝入れ加工、突切り加工、端面溝入れ加工のいずれにも適用することができる。
 (第1実施形態)
 以下、本発明の切削工具の第1実施形態である切削インサート1について、図1~図6を用いて説明する。
 図1に示すように、切削インサート1(以下、単にインサート1ということがある)は、角柱状であり、両端部に切削部Iと、切削部Iの間に位置し、ホルダに固定される際に、ホルダと接するクランプ面(後述する)を有するクランプ部IIとを備えている。すなわち、切削部Iは、クランプ部IIの両端に設けられている。このインサート1は、突切り加工に使用される。
 切削インサート1の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン(WC)にコバルト(Co)の粉末を加えて焼結して生成されるWC-Co、WC-Coに炭化チタン(TiC)を添加したWC-TiC-Co、WC-TiC-Coに炭化タンタル(TaC)を添加したWC-TiC-TaC-Coがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)を主成分としたチタン化合物がある。
 切削インサート1の表面は、化学蒸着(CVD)法または物理蒸着(PVD)法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)およびアルミナ(Al)などが挙げられる。
 図2に示すように、切削部Iは、上面2と、下面3と、上面2および下面3に接続されている側面4とを有している。上面2はすくい面として、下面3はホルダへ載置される載置面として、側面4は逃げ面として機能する。また、図2(b)に示すように、この切削部Iは平面視において多角形状であり、本例においては、平面視において、2つの長辺と2つの短辺とを有した長方形状をしている。また、本例においては、インサート1の長手方向の長さが20mmであり、平面視において、長手方向に垂直な幅方向の長さが2~4mmである。この幅は、加工中に、被削材に加工された溝の内壁面にインサートが干渉しないように、クランプ部IIに近づくにつれて小さくなっている。インサート1の下面3から上面2までの高さは3~5mmである。
 上面2と側面4との交線部には、切刃部5が設けられている。切刃部5は、切刃50を有している。切刃50は、例えば、切削部Iの長手方向および幅方向の交線部のいずれに沿って設けられていてもよい。本例においては、被削材を分断する突切り加工に用いられるため、切削部Iの幅方向の交線部に沿ってのみ切刃50が設けられている。
 本例においては、切刃部5はランド51を有している。ランド51は、切刃50に沿って設けられた平坦面である。ランド51が設けられることによって、切刃50の欠損を抑制し、切刃50の強度を向上させることができる。
 上面2は、切刃部5に連続して設けられている凹溝21と、凹溝21の両側に位置しており、切刃部5から離れるにしたがって高くなるように傾斜している一対の傾斜面23とを有している。本例においては、図2に示すように、凹溝21は、切刃部5の中央部と連続しており、凹溝21の両側には、位置する一対のすくい面22と、すくい面22より切刃部5から離れる側に位置し、切刃部5から離れるにしたがって高くなるように傾斜している一対の傾斜面23とが設けられている。すなわち、凹溝21は、すくい面22および傾斜面23を貫くように形成されている。
 凹溝21は、切刃部5に連続してインサート1の長手方向に延びる細長い窪みである。この構成によって、切屑を幅方向に圧縮して、切屑の排出方向を安定させる。また、切屑が幅方向に圧縮されるため、切屑の幅はインサート1の幅(切刃50の幅)よりも小さくなり、被削材の加工面と接触しにくくなる。そのため、加工面の損傷を抑制する。また、本例においては、凹溝21は、上面視において切刃50の垂直二等分線L0上に位置している。具体的には、凹溝21は、切刃50の垂直二等分線L0において線対称の形状をしている。この構成によって、幅方向に圧縮された切屑は左右対称の形状となるため、切屑の排出方向がより安定する。また、幅方向に圧縮された切屑は、最終的には、傾斜面23によってゼンマイ状にカールして排出される。
 凹溝21における溝幅は、本例においては、図2(b)に示すように、切刃部5から離れるにしたがって広くなっており、傾斜面23の切刃部5に近い側の端部の位置にて最大となっている。また、その溝幅は、傾斜面23の切刃部5に近い側の端部よりも切刃部5から遠い側において狭くなっている。具体的には、図2(b)のA-A線における断面図を示す図3(a)の凹溝21の溝幅をwaとし、B-B線における断面図を示す図3(b)の凹溝21の溝幅をwbとすると、wa<wbであり、C-C線における断面図を示す図3(c)の凹溝21の溝幅をwcとすると、wb>wcである。wa<wbの場合は、切刃部5から傾斜面23へ向かうにつれて切屑の支持部が端部側に移動し、切屑の下面3側への撓み量が大きくなるため、切屑の幅方向の圧縮が促進される。他方、wb>wcの場合は、切屑を確実に凹溝21へ引き込み、進行方向がより定まりやすくなる。
 凹溝21の切刃50に平行で、下面3に垂直な断面の形状としては、例えば、V字状などの直線で構成される形状や、円弧状などの曲線で構成される形状、あるいはこれらを組み合わせた形状などが挙げられる。本例においては、凹溝21の強度を維持するため、図3(a)~(c)に示すように、円弧状である。
 さらに、本例においては、凹溝21が切屑を挟持する挟持角度θが切刃部5から離れるにしたがって小さくなるように形成されている。この構成によって、切屑がより確実に圧縮されて、より安定して排出される。なお、上記挟持角度θは、本例のように凹溝21の断面形状が円弧状の場合は、相対する2つの面の仮想延長線のなす角を測定することによって得られる。例えば、図3(a)に示す凹溝21の挟持角度をθ1、図3(b)に示す凹溝21の挟持角度をθ2、図3(c)に示す凹溝21の挟持角度をθ3とすると、θ1>θ2>θ3である。
 本例においては、図4(a)および(b)に示すように、凹溝21の底面は、切刃部5に連続している第1底面211と、第1底面211よりも切刃部5から遠い側で、かつ第1底面211の切刃部5から遠い側の端部の仮想延長線L1よりも低い位置にある第2底面212とを有している。この構成によって、第1底面211の切刃部5から遠い側の端部の仮想延長線L1よりも低い位置に空間が形成される。この空間は、切屑が傾斜面23を乗り上げようとする際に、切屑が沈み込むことができる空間となる。具体的には、生成される切屑がこの空間に沈み込みながらカールすることによって、切屑のカールの径は小さくなる。その結果、切屑の排出性が良好になる。さらに、切屑と凹溝21との接触する面積が減少するため、摩擦抵抗を低減する効果も奏して、凹溝21に切屑が詰まることを抑制する。
 第1底面211は、切屑の底部が通過する面である。第1底面211は、少なくとも一部に切刃部5から離れるにしたがって下面3に近づく下降部211aと、下降部211aにおいて、第2底面212に近い側に位置しており、下面3からの高さが一定の平坦部211bとを有している。この構成によって、切屑は上記の空間に誘導されやすくなるため、切屑はより沈み込みやすくなる。また、本例においては、図4(b)に示すように、切刃部5を通り水平面と平行な基準面をH0とすると、下降部211aと基準面H0とのなす角度である傾斜角度αは10°~30°である。
 第2底面212は、切刃部5から離れるにしたがって下面3に近づく下降部212aと、下降部212aよりも切刃部5から遠い側に位置し、かつ切刃部5から離れるにしたがって高くなっている上昇部212bとを有している。上昇部212bは、具体的には、傾斜面23に対応する位置に形成されている。この構成によって、傾斜面23を進行する際に、切屑は上昇部212bを擦過するようになり、切屑の排出をより安定に保つことができる。なお、「対応する」とは、一方の部位を通る直線上に、他方の部位が位置している状態を言う。
 また、本例においては、切刃部5に平行でかつ下面3と交差する断面での断面視において、第2底面212の深さは、第1底面211の深さよりも深いことが好ましい。具体的には、図3(a)における第1底面211の深さをd1とし、図3(c)における第2底面212の深さをd2とすると、d1<d2である。この構成によって、上記空間をより確実に確保することができるため、結果として切屑の排出性が良好になる。
 本例において、図4に示すように、第2底面212は、下降部212aと上昇部212bとが連続して形成されており、第2底面は下降部212aと上昇部212bとの境界において最も深くなっている。具体的には、「下降部212aと上昇部212bとの境界」とは、図2(a)に示すように、下降部212aと上昇部212bとの接続部である第2接続部214のことを指す。本例においては、上昇部212bは、下降部212aに連続して設けられているが、製造上設けられる、面取り部のような小さな曲面によるつなぎ面を有していてもよい。なお、本例において、第2接続部214は、切刃部5に垂直な断面での断面視における凹溝21の最深部と一致している。
 さらに、本例においては、切刃部5に垂直な断面での断面視において、第2底面212の最深部(第2接続部214)は、平面視において、一対の傾斜面23の切刃部5に近い側の端部の位置よりも切刃部5に近い側に位置している。この構成によって、上記空間をより大きく確保することができる。
 本例においては、第2接続部214は、切刃部5に沿って略平行に形成されている。この構成によって、切屑は摩擦抵抗を切刃50と平行な部位で受け、切屑の進行方向がより安定する。
 第1底面211と、第2底面212とが底面において占める面積の割合は特に制限されないが、上記空間を大きく保持する観点から、本願発明の効果が妨げられない範囲で、例えば、上面視において、第1底面211の面積よりも、第2底面212の面積を大きくすることが好ましい。
 本例においては、図2(b)に示すように、第1底面211および第2底面212は、凹溝21の幅方向にわたって延びて形成されている。この構成によって、上記空間をより大きく確保することができ、結果として切屑排出性が良好になる。
 さらに、本例においては、第1底面211と第2底面212とは連続しており、第1底面211と第2底面212との境界は、切刃部5に沿って略平行に形成されている。具体的には、図2(b)に示すように、「第1底面211と第2底面212との境界」とは、接続部213のことを指す。切屑は、接続部213を境にして、一旦、凹溝21の底面と接触している状態から接触していない状態へと移る。この構成によって、切屑の底面との接触の状態が、切屑の左右方向において、ほぼ同期して移るため、切屑の進行方向がより安定する。なお、「切刃部5に沿って略平行」とは、切刃50に対して、対象となる部位が0°±2°の範囲の角度にある状態をいう。また、本例において、図4に示すように、接続部213は面で形成されており、第1底面211と第2底面212とが、製造上で設けられる面取り部のような小さな曲面によるつなぎ面を有して接続されている。この構成によって、凹溝21の底面におけるクラッキングを抑制し、インサート1の強度を維持することができる。
 本例においては、切刃部5は、図1(c)に示すように、中央に向かうにしたがって低くなっている凹部6を有している。すなわち、切刃部5の凹部6と凹溝21とは連続している。この凹部6によって、断面視において中央部が凹状の切屑が生成されるため、凹溝21による切屑の幅方向の圧縮を促進することができる。
 なお、凹部6の形状および大きさは特に制限されない。凹部6の形状としては、V字状などの直線で構成される形状や円弧状などの曲線で構成される形状、あるいはこれらを組み合わせた形状などが挙げられるが、本例においては図1(c)に示すように、好ましくは円弧状である。さらに、本例においては、切刃50の端部側の強度を維持するために、凹部6の幅は、切刃50の長さの1/2~2/3倍である。具体的には、図1(c)に示すように、切刃50の幅をwxとし、凹部6の幅をwyとすると、wxとxyとの割合は、wy/wx=1/2~2/3である。
 すくい面22は、生成された切屑が擦過する面であり、切刃部5から離れるにつれて、下面3に近づくようにすくい角を有して形成されている。切刃部5を通り水平面に平行な基準面H0と、すくい面22の仮想延長線とが成す角を「すくい角」とする。具体的には、すくい角は、図2(c)に示すように、切刃部5を通り水平面に平行な基準面H0と、すくい面22との成す角βである。すくい角βは、5°~10°程度に設定されることが好ましい。なお、第1底部211aの傾斜角αは、すくい面22のすくい角βよりも大きくなるように形成されている。このような構成により、生成された切屑がより絞られやすくなる点で、切屑の中央部の厚みが端部の厚みに比べて薄くなるため、生成された切屑がより幅方向に圧縮されやすくなる。
 傾斜面23は、上述のように、切屑を分断する、あるいはゼンマイ状にするために設けられる。本例においては、図2に示すように、一対の傾斜面23よりも切刃部5から遠い側でかつ高い位置に後方傾斜面24を有している。この構成によって、剛性が小さい切屑が分断されずに傾斜面23を乗り越えてしまった場合にも、後方傾斜面24で分断することができる。本例において、傾斜面23は、切刃5の幅wxが3mmのとき、傾斜角は34°で、後方傾斜面24の切刃5からの高さは0.35mm程度である。
 後方傾斜面24は、凹溝21よりも切刃部5から遠い側に位置しており、切刃部5を通り水平面に平行な基準面H0に対して、傾斜面23の傾斜角度よりも大きい傾斜角度を有している。この構成によって、剛性が小さい切屑が分断されずに傾斜面23を乗り越えてしまった場合にも、後方傾斜面24で分断することができる。なお、傾斜面23および後方傾斜面24の傾斜角度は、切削条件に応じて30°~50°程度の範囲に設定される。本例においては、後方傾斜面24の傾斜角は35°である。
 後方傾斜面24は、クランプ面25に連続して設けられている。クランプ面25は、インサート1をホルダに固定する際にホルダと当接する面である。後方傾斜面24のクランプ面25側の端部は、上面2において最も高い位置にある。本例においては、図1(c)に示すように、傾斜面23の頂部の高さをh1とし、後方傾斜面24の高さをh2とすると、h1<h2である。この構成によって、傾斜面23において分断されずに流れた切屑を、傾斜面23の頂部よりも高い位置にある後方傾斜面24において確実に分断し、加工溝の外へと排出することができる。
 (第2実施形態)
 図5は、第2実施形態である切削インサート1’を示す図である。図5(a)および(b)に示すように、すくい面22に対応する部分では切刃部5から離れるにしたがって凹溝21の幅が広くなるように湾曲し、一方で、傾斜面23に対応する部分では切刃部5から離れるにしたがって幅が狭くなるような形状を有している。この形状により、第1実施形態の凹溝21の溝幅よりも大きな溝幅を確保することができ、生成された切屑を下面3方向に撓ませやすくなり、切屑の絞込みを良好にすることができる。
 (第3実施形態)
 図6は、第3実施形態である切削インサート1’’を示す図である。インサート1’’は、被削材の端面に環状の溝を加工する端面溝入れ加工に使用される。
 本例においては、図6に示すように、被削材に溝を形成する縦送り加工に加えて、溝の幅を拡げる横送り加工にも用いられるため、切削部Iの幅方向には切刃50aが、長手方向には切刃50bが設けられている。そのため、切刃50aから離れるにつれて下面3に近づくように傾斜したすくい面22aと、切刃50bから離れるにつれて下面3に近づくように傾斜したすくい面22bとが形成されている。また、切刃50bは、切刃50aから切削部Iの長手方向に離れるにしたがって下面3に近づくように傾斜角度γで傾斜している。切刃50bのうち、切削に関与する長さが大きくなるほど、生成される切屑の量も多くなる。この構成によれば、切刃50bによって生成された切屑の量が多い場合においても、より良好に分断することができる。
 本例においては、凹溝21の溝幅は、上面視において、溝幅が切刃50aから離れるにしたがって狭くなっている。この構成によって、切刃50aによって生成される切屑を凹溝21において継続して幅方向に圧縮することができ、その結果、切屑の進行方向が安定する。
 本例においては、傾斜面23は第1実施形態および第2実施形態に比べて、緩やかに傾斜している。端面溝入れ加工においては、傾斜面23は切屑を螺旋状にカールさせるために設けられる。そのため、他の加工形態に適用された場合に比べて、傾斜面23は、傾斜角度は小さく、切刃50aからの距離は大きいことが好ましい。具体的には、本例においては、傾斜面23は、凹溝21の後方側に位置している。また、傾斜面23は、切削条件に応じて20°~30°程度の範囲に設定される。本例においては、傾斜面23の傾斜角度は27°で切刃50からの高さは0.35mmである。
 <切削工具>
 本発明の切削工具の例について、インサート1を用いる場合を例に挙げ、図7を用いて説明する。
 図7に示すように、本例の切削工具10は、インサート1と、インサート1を先端に挟持する挟持部12を有している角柱状のホルダ11とを備えている。切刃部5が挟持部12の先端から突出するようにしてインサート1が挟持されるように、インサート1はホルダ11の先端に装着される。なお、本例においては、挟持部12とホルダ11とが着脱可能となっているが、耐久性の向上の観点から、ホルダ11と挟持部12とが一体形成されていてもよい。また、本例では、ホルダ11の先端に設けられたネジ13で拘束力を調節し、インサート1を上から押さえ込んで拘束する方法を用いているが、これに限定されるものではない。
 <被削材の切削方法>
 以下、本発明の切削工具10を用いて行なう被削材の切削方法の例について、図8を用いて説明する。切削工具1は、突切り加工に適用した切削インサート1を用いているため、突切り加工に適用する。
 切削工具10を用いて行なう被削材の切削方法は、以下の(i)~(iv)の工程を有する。
(i)図8(a)に示すように、被削材100を矢印E方向に回転させる工程。
(ii)切削工具10を矢印F方向に動かし、回転している被削材100に切削工具10の切刃部5を近接させる工程。
(iii)図8(b)に示すように、回転している被削材100に切削工具10の切刃部5を接触させて被削材100を切削する工程。
(iv)図8(c)に示すように、切削工具10を矢印G方向に動かし、切削した被削材100から切削工具10の切刃部5を離間させる工程。
 なお、前記(i)の工程では、被削材100と切削工具10とは相対的に近づけばよく、例えば被削材100を切削工具10に近づけてもよい。これと同様に、前記(iv)の工程では、被削材100と切削工具10とは相対的に遠ざかればよく、例えば被削材100を切削工具10から遠ざけてもよい。また、前記(iii)の工程においては、溝入れ加工の際には、溝を形成する縦送り加工が行なわれるとともに、溝の幅を拡げる横送り加工が行なわれる。切削加工を継続する場合には、被削材100を回転させた状態を保持したまま、被削材100の異なる箇所に切削工具10の切刃部5を接触させる工程を繰り返せばよい。本例においては、突切り加工に適用するため、被削材が分断されるまで縦送り加工を繰り返す。なお、インサート1は、2コーナ仕様である。したがって、使用している一方の切刃部5が摩耗した際には、未使用の他方の切刃部5を用いればよい。
 さらに、被削材100の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。
 1,1’,1’’ 切削インサート
 2 上面
  21 凹溝
   211 第1底部
    211a 下降部
    211b 平坦部
   212 第2底部
    212a 下降部
    212b 上昇部
   213 第1接続部
   214 第2接続部
  22(22a,22b) すくい面
  23 傾斜面
  24 後方傾斜面
  25 クランプ面
 3 下面
 4 側面
 5 切刃部
  50(50a,50b) 切刃
  51 ランド
 6 凹部
10 切削工具
11 ホルダ
12 挟持部材
13 ねじ
100 被削材

Claims (14)

  1.  上面と、下面と、側面と、前記上面と前記側面との交線部に位置している切刃部とを有している本体部を備え、
    前記上面は、前記切刃部に連続して設けられている凹溝と、該凹溝の両側に位置しており、前記切刃部から離れるにしたがって高くなるように傾斜している一対の傾斜面とを有しており、
    前記凹溝の底面は、前記切刃部に連続している第1底面と、該第1底面よりも前記切刃部から遠い側で、かつ前記第1底面の前記切刃部から遠い側の端部の仮想延長線よりも低い位置にある第2底面とを有しているとともに、
    上面視において、前記一対の傾斜面は、前記第1底面の前記切刃部から遠い側の端部よりも、前記切刃部から遠い側に位置していることを特徴とする切削インサート。
  2.  前記第2底面は、前記切刃部から離れるにしたがって前記下面に近づく下降部と、該下降部よりも前記切刃部から遠い側に位置し、かつ前記切刃部から離れるにしたがって高くなっている上昇部とを有し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.  前記第1底面は、少なくとも一部に前記切刃部から離れるにしたがって前記下面に近づく下降部と、該下降部において、前記第2底面に近い側に位置しており、前記下面からの高さが一定の平坦部とを有していることを特徴とする請求項1または2に記載の切削インサート。
  4.  前記切刃部に平行でかつ前記下面と交差する断面での断面視において、前記第2底面の深さは、前記第1底面の深さよりも深いことを特徴とする請求項1から3のいずれかの項に記載の切削インサート。
  5.  前記切刃部に垂直な断面での断面視における前記凹溝の底面の最深部は、
    平面視において、前記一対の傾斜面の前記切刃部に近い側の端部の位置よりも前記切刃部に近い側に位置していることを特徴とする請求項1から4のいずれかの項に記載の切削インサート。
  6.  前記第1底面および前記第2底面は、前記凹溝の幅方向にわたって延びていることを特徴とする請求項1から5のいずれかの項に記載の切削インサート。
  7.  前記第1底面と前記第2底面とは連続しており、前記第1底面と前記第2底面との境界は、前記切刃部に沿って略平行に形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかの項に記載の切削インサート。
  8.  前記切刃部は、側面視において、中央に向かうにしたがって低くなっている凹部を有していることを特徴とする請求項1から7のいずれかの項に記載の切削インサート。
  9.  前記凹部の幅は、前記切刃部の長さの1/2から2/3であることを特徴とする請求項8に記載の切削インサート。
  10.  前記第1底面における下降部と前記切刃部を通り水平面に平行な基準面との成す角度は、前記上面における前記切刃部に近い側の端部と前記切刃部を通り水平面に平行な基準面との成す角度よりも大きいことを特徴とする請求項3から9のいずれかの項に記載の切削インサート。
  11.  前記上面に、前記一対の傾斜面よりも前記切刃部から遠い側でかつ高い位置に後方傾斜面を有していることを特徴とする請求項1から10のいずれかの項に記載の切削インサート。
  12.  前記後方傾斜面は、前記凹溝よりも前記切刃部から遠い側に位置しており、前記切刃部を通り水平面に平行な基準面に対して、前記第1傾斜面の傾斜角度よりも大きい傾斜角度を有していることを特徴とする請求項11に記載の切削インサート。
  13.  請求項1から12のいずれかの項に記載の切削インサートと、該切削インサートを先端部に装着するホルダとを備える切削工具。
  14.  請求項13に記載の切削工具を用いて被削材を切削する方法であって、
     被削材を回転させる工程と、
     回転している前記被削材に前記切削工具の切刃部を近接させる工程と、
     回転している前記被削材に前記切削工具の前記切刃部を接触させて前記被削材を切削する工程と、
     切削した前記被削材から前記切削工具の前記切刃部を離間させる工程とを有している被削材の切削方法。
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