JP2005118965A - インサート及び刃先交換式回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】刃先交換式回転工具に装着してより一層の加工能率を向上させることができるインサート形状及びこれを装着した刃先交換式回転工具を提供することを目的とした。
【解決手段】中央取り付け穴を有する略平行４辺形平板状をしたインサートであって、該インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある２辺は直線状であり、他の対称の位置にある２辺は、円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり、該対称の位置にある２辺の距離をｗ、該他の対称の位置にある２辺の距離をｇ、該インサートの厚さをｔ、該中央取り付け穴の直径をＰとした時、該インサートのｗとｔとＰからなる断面積Ａが５ｍｍ^２以上、該インサートのｇとｔとＰからなる断面積Ｂが１４ｍｍ^２以上であり、且つ、断面積の比Ｂ／Ａが１．３以上であることを特徴とするインサートである。
【選択図】図４

Description

本願発明は、略平行４辺形平板状をしたインサート及び該インサートを装着した刃先交換式回転工具に係わり、特に、高送り加工に用いる刃先交換式回転工具の小径化に用いるインサート関する。

特許文献１は、高送り加工に用いる刃先交換式回転工具が開示されている。特許文献１記載のインサートは、略四角形でピン穴を有し、円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり主切刃と直線状の内周切刃を有し、高送り切削加工を可能としている。しかし、近年では、更に一段と加工能率を向上させることが求められている。そのための手段の１つとして、同一の工具径のもとで、刃先交換式回転工具に装着するのインサートの数を増やして対応することが考えられる。

特許第３３１７４９０号公報

本発明は、高送り用の刃先交換式回転工具に装着するインサートの数を増やす際に問題となる、インサートの強度面に関する課題を解決し、刃先交換式回転工具に装着してより一層の加工能率を向上させることができるインサート形状及びこれを装着した刃先交換式回転工具を提供することを目的とした。

本発明は、中央取り付け穴を有する略平行４辺形平板状をしたインサートであって、該インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある２辺は直線状であり、他の対称の位置にある２辺は、円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり、該対称の位置にある２辺の距離をｗ、該他の対称の位置にある２辺の距離をｇ、該インサートの厚さをｔ、該中央取り付け穴の直径をＰとした時、該インサートのｗとｔとＰからなる断面積Ａが５ｍｍ^２以上、該インサートのｇとｔとＰからなる断面積Ｂが１４ｍｍ^２以上であり、且つ、断面積の比Ｂ／Ａが１．３以上であることを特徴とするインサートである。本構成を採用することにより、同一の工具径に対して、高送り用刃先交換式回転工具に装着するのインサートの数を増やすことができ、インサートのサイズを小さくした場合であっても、強度面に関する課題を解決することができる。そして、より一層の加工能率を向上させる刃先交換式回転工具を提供することが可能となる。ここで言う高送りとは、等高線の彫り込み加工、低切り込み量で、１刃当りの送り量が、Ｓ５０Ｃの鋼切削で約０．６〜３．５ｍｍ、鋳鉄切削で約０．８〜４ｍｍのものを言う。

更に、本発明のインサートは、該ｗが、５≦ｗ≦１１であり、インサートを装着した高送り用刃先交換式回転工具は、該刃先交換式回転工具直径Ｄが、１３≦Ｄ≦６３であり、インサート数が２以上１０以下である。

本発明のインサートを装着した高送り用刃先交換式回転工具は、同一工具直径において、インサート数を２〜２．５倍に増加させることができ、切削能率を飛躍的に高めることができた。

同一工具径の刃先交換式回転工具もとで、加工能率を向上させるための手段の１つとして、工具に装着するのインサートの数を増やして対応することが考えられる。インサート装着数を増やす場合、従来寸法のインサートを用いたのでは、可能な増加数に限界がある。これは、インサートを固定支持するバックメタルの厚さが所定寸法以下に薄くなると、工具本体の強度が低下するという問題が生じるためである。そこで、より小さな寸法のインサートを用いることが考えられるが、小さな寸法のインサートでは、加工時に発生したヒートクラックを起点として、インサートの強度不足が原因となる破壊を生じ易くなる。この現象は特に彫り込み加工時に発生し易い。そこで、これらの点を対策することが、小さな寸法のインサートの採用を拡大するのに必要なことである。即ち、小さな寸法のインサートを用いてインサート装着数を増加するためには、工具本体の強度維持を図りつつ、インサート自体の強度も向上させるという技術課題を解決することが必要である。

図１は、本発明のインサート例の正面図、図２は、図１のａ−ａ線の断面図、図３は、図１のｂ−ｂ線の断面図を示す。本発明のインサート２は、略平行四辺形平板状であり、その４辺のうち、対称の位置にある２辺５ａ、５ｂは直線状であり、他の対称の位置にある２辺６ａ、６ｂは、円弧部７と該円弧部に連なる直線部８からなる。また、対称の位置にある２辺５ａ、５ｂの距離をｗ、該他の対称の位置にある２辺６ａ、６ｂの距離をｇ、インサートの厚さｔ、該中央取り付け穴の円直径をＰとした時、ｗとｔとＰからなる断面積Ａが５ｍｍ^２以上、該インサートのｇとｔとＰからなる断面積Ｂが１４ｍｍ^２以上であり、且つ、断面積の比がＢ／Ａ≧１．３、であることを特徴とするインサートである。断面積Ａは、インサートの中央取り付け穴の円の中心を通り、辺５ａ、５ｂに垂直な線ａ−ａにおける断面積である。断面積Ｂは、断面積Ａと直交する方向の断面積で、インサートの中央取り付け穴の円の中心を通り、線ｂ−ｂにおける断面積である。Ａが５ｍｍ^２未満ではインサートを工具本体に固定するのに十分な大きさのネジを貫通させるためのピン穴径が確保できず、ネジが弛んで損傷してしまうため、Ａは５ｍｍ^２以上である。Ｂが１４ｍｍ^２未満では彫り込み加工においてインサートが破損する可能性があるため、インサート自体の強度を確保するために、Ｂは１４ｍｍ^２以上である。Ｂ／Ａが１．３未満の範囲では、両断面積のバランスが不適切なためにインサート強度が低下してしまい、高送り切削加工に耐えられる十分な強度を確保できない問題がある。図４は本発明のインサートを装着した本発明の刃先交換式回転工具の１例を示す図である。刃先交換式回転工具にける主切刃７の切り込み角κが、３度以上、４０度以下となるようにインサート２が工具本体３に装着される。切り込角κは、工具切れ刃の最下点１３における接線と、該最下点１３と工具最外周の点１４とを結んだ直線とのなす角度である。本発明のインサートは、ｗ（ｍｍ）が、５≦ｗ≦１１である。ｗが５ｍｍ未満の場合は、固定するネジ径を小さくしなければならない為、ネジ自体の強度不足によりネジが破損しやすいという不都合があり、一方１１ｍｍを超えて大きい場合は回転工具として刃数を増やせないという不都合があるので、ｗは５ｍｍ以上、１１ｍｍ以下とする。本発明の刃先交換式回転工具の工具直径Ｄは、１３〜６３ｍｍである。Ｄが１３ｍｍ未満の場合は、インサート数を２以上設けられないという不都合があり、一方６３ｍｍを超えて大きい場合はインサートが小さいため強度不足から破損しやすいという不都合があるので、Ｄは１３〜６３ｍｍとする。本発明の刃先交換式回転工具は、インサート数が２以上、１０以下で装着されていることである。インサート数が１枚刃の場合は加工能率が稼げず、工具寿命も１枚刃であるため短寿命という不都合があり、一方１０を超えて大きい場合は切削加工時の深い部位やコーナー部でびびり振動を発生しやすいという不都合があるので、インサート数は２以上、１０以下とする。

図５に、１個のインサートを装着するために必要な円周方向スペースを角度で表した図を示す。図５を用いて工具本体の強度を維持しつつ、装着可能なインサート数とインサートの大きさとの関係は、チップポケットＰ部形成のための角度θ１と、バックメタルＭ部の強度を確保するために必要な厚さｈを得るための角度θ２は、数１と数２で表すことができる。

ここで、
Ｒ：工具本体半径（ｍｍ）
ｗ：対称の位置にある２辺の距離（インサート幅）（ｍｍ）
ｔ：インサート厚さ（ｍｍ）
ｈ：バックメタル厚さ（ｍｍ）
、である。

数１、２に従い装着可能なインサート数は、円周角３６０度をθ１とθ２の加算値で除算し、小数点以下を切り捨てることで求めることができる。工具本体の強度は、バックメタル厚さｈとインサート厚さｔの比率ｈ／ｔが、材質や直径などの要因を考慮した所定の係数α以上あれば問題ない。ここでαは経験的に得られた数値を用い、θ２の算出においてはｈ＝α×ｔとした。

図６は工具直径とインサート取り付け数の関係を示すグラフであり、上式で算出した工具本体直径Ｄとインサート数との関係を、インサート幅ｗをパラメータとして示した。図６より、刃先交換式回転工具において工具強度を維持したままでインサート数を増やすことができた。特に、ｗが６．４ｍｍのインサートを装着すれば、工具直径が３０、３２、５０ｍｍでは刃数が２倍になり、加工能率を約２倍にすることができる。図７はインサート取り付け部のチップポケット形成例を示す図であり、インサート数を更に増やすためには、チップポケットの形成角θ１を小さくすればよい。図７中に点線で示す様に、ポケット低底部を途中から角度をつけて形成し、実線で示す様にヌスミ加工を施すなどの工夫を施すことによって、θ’１＜θ１とすることができる。これにより、例えばｗが６．４ｍｍではインサート数を前記算出値より１〜２枚増やすことも可能である。回転工具の用途によっては、インサートサイズを大きくすることが望ましい場合がある。このような時は、ｗが７．９ｍｍ又は１０ｍｍのものも装着できるような工具本体を設計し、適宜選択して使用できるようにするとよい。上記で評価したインサートは、中央取り付け穴を有する略四角形平板状をしたインサートであるが、中央取り付け穴の無いインサートにも適用できる。また、本発明のインサートは、ｗが５〜１１ｍｍの範囲のものであるが、大きなサイズのインサートにも適用することができる。

本発明例と比較例のインサート及び刃先交換式回転工具を作製し、これらを切削テストによって評価した結果を表１に示す。また図８には、評価結果を断面積Ａと断面積Ｂに関連付けて示した。切削テストは図９に示すように、切り込み深さ及び、切り込み幅を一定とした肩削りの彫り込み加工にて行い、Ｄが２５ｍｍの工具本体を使用し刃数は１として行った。評価方法は、切削時間が６０分、即ち切削距離が１３８ｍに達した時点での切れ刃の状態を観察して行なった。切削条件を以下に示す。
（切削条件）
加工方法：肩削りの彫り込み加工、ダウンカット
被削材：Ｓ５０Ｃ（ＨＢ２２０）
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ
主軸回転数：２２９２回転／ｍｉｎ
テーブル送り速度：２２９２ｍｍ／ｍｉｎ
１刃当りの送り量：１ｍｍ／刃
切り込み深さ：１ｍｍ
切り込み幅：１０ｍｍ

表１より、本発明例１から４のインサートは切削距離が１３８ｍに達した時点での切れ刃の状態を観察した結果、異常は見られなかった。比較例５、６、７は切削距離が１３８ｍに達する前にインサートが破損し、途中で切削テストを中断した。従来例８、９はインサートの強度や寿命などの切削能力については異常見られず、安定した正常摩耗を示した。しかし、刃先交換式回転工具とした場合、インサート数を増やす事ができない。図８は、本発明例１から４、比較例５から７、従来例８、９を対象に、縦軸に断面積Ａ、横軸に断面積Ｂをとってプロットした。本発明例１から４は、Ａが５ｍｍ^２以上、Ｂが１４ｍｍ^２以上、Ｂ／Ａが１．３以上の点線で囲まれた範囲内にあることから、インサートの強度が改善されている。これは、ヒートクラックが起点となって破損することを防止することを目的として、本発明のインサートが、インサートの回転軸方向の断面積Ｂを大きくしつつ、断面積Ａとのバランスを適切に設定した効果である。本発明のインサートは強度が高く、ヒートクラックによる割れ発生を防止でき、信頼性の高い加工を行うことができるとともに、これを刃先交換式切削工具に装着して切削能率を高めることができることを確認できた。

図１は、本発明のインサートの１例を示す。 図２は、図１のａ−ａ線の断面図を示す。 図３は、図１のｂ−ｂ線の断面図を示す。 図４は、本発明の刃先交換式回転工具の１例を示す。 図５は、工具本体へのインサートの取り付け関係を示す。 図６は、工具直径とインサート数の関係を示す。 図７は、インサート取り付け部とチップポケット形成の例を示す。 図８は、インサートの評価結果を示す。 図９は、切削テストの加工方法の概略図を示す。

符号の説明

１：本発明の刃先交換式回転工具
２：本発明のインサート
３：本発明の回転工具本体
４、１４：中央取り付け穴の円中心
５：インサートの直線部の辺
６：インサートの円弧部と直線部からなる辺
７、１７：主切刃
８、１８：内周切刃
９、１９：外周切刃
１１：従来例の高送りスローアウエイ式回転工具
１２：従来例のインサート
１３：工具切れ刃の最下点
１４：工具最外周の点
Ａ：断面積
Ｂ：断面積
ｗ：対称の位置にある２辺の距離（インサート幅）
ｇ：他の対称の位置にある２辺の距離（インサート高さ）
ｔ：インサート厚さ
κ：主切刃の切り込み角
Ｄ：工具直径

Claims (4)

1. 中央取り付け穴を有する略平行４辺形平板状をしたインサートであって、該インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある２辺は直線状であり、他の対称の位置にある２辺は、円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり、該対称の位置にある２辺の距離をｗ、該他の対称の位置にある２辺の距離をｇ、該インサートの厚さをｔ、該中央取り付け穴の直径をＰとした時、該インサートのｗとｔとＰからなる断面積Ａが５ｍｍ^２以上、該インサートのｇとｔとＰからなる断面積Ｂが１４ｍｍ^２以上であり、且つ、断面積の比Ｂ／Ａが１．３以上であることを特徴とするインサート。
2. 請求項１記載のインサートにおいて、該ｗが、５≦ｗ≦１１であることを特徴とする請求項１記載のインサート。
3. 請求項１又は２記載のインサートを装着した高送り用刃先交換式回転工具であって、該刃先交換式回転工具直径Ｄが、１３≦Ｄ≦６３であることを特徴とする刃先交換式回転工具。
4. 請求項３記載の刃先交換式回転工具において、該インサートが２以上１０以下装着されていることを特徴とする刃先交換式回転工具。
   

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