JP6017918B2 - インサートおよび切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、略棒状のシャンク部の先端に切刃部を有するインサート、およびこれをホルダに装着する切削工具に関する。

従来、内径のボーリング加工や溝入れ加工に用いられる切削工具として、切刃部を有する略棒状のインサートをホルダの孔内に挿入し、ボルトで締め込み固定したものが知られている。

例えば、特許文献１には、先端にダイヤモンド焼結体または立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）焼結体からなる刃部をロウ付けした切刃部を有する略棒状のインサートをホルダの先端から孔内に挿入するとともに、ホルダを貫通するネジ部材でインサートを固定した切削工具が開示され、この切削工具を用いて、被削材の加工孔の中にインサートの切刃部からシャンク部の一部までを挿入して内径加工等を行う方法が知られている。特許文献２では、４頂角の内１頂角を鈍角のＶ字平板状の刃部を、超硬合金からなる基材の上にロウ付けした切削バイトが開示され、刃先角が小さい鋭角部分を切刃としている。

特開平１０−１２８６０３号公報 特開２０００−１２６９０６号公報

しかしながら、特許文献１、２のダイヤモンド焼結体やｃＢＮ焼結体からなる刃部をロウ付けした切削工具では、難削材を加工することが多く、切削加工によって発生する熱が高いために、刃部の温度が上がってクレータ摩耗が進行しやすくなるという問題があった。

本発明の目的は、難削材の内径加工等においても放熱性を改善できるインサートおよび切削工具を提供することにある。

本発明のインサートは、略棒状で、先端視すると略円形状からなるシャンク部と、該シャンク部の先端に設けられた切刃部とを備え、
該切刃部は、基部と、該基部にロウ付けされた刃部とを具備し、該刃部は、前切刃と横切刃とを具備する切刃と、すくい面とを具備し、
前記基部の前記前切刃側の長さＬ_ｂと前記刃部の前記前切刃の長さＬ_ｆとの比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｂ）が０．４〜１であるとともに、前記前切刃の長さＬ_ｆと前記横切刃の長さＬ_ｓとの比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｓ）が２以下であり、かつ前記前切刃と前記横切刃とのなす角である刃先角θが７０〜８０°からなり、
前記シャンク部の先端には、前記切刃部の前記刃部に続いて設けられる前記基部の後方に続いて立ち上がり部が設けられており、前記基部と前記立ち上がり部との間に段差が設け
られて、前記基部が前記立ち上がり部よりも低い高さとなっているものである。

また、本発明の切削工具は、ホルダの先端側に設けられた長尺の挿入孔内に、上記インサートを挿入して固定されているものである。

本発明のインサートおよびこれを装着した切削工具によれば、難削材の内径加工等によ
って発生する切削熱を、効率よく刃部全体に拡散させて刃部の温度上昇を小さくすることができるので、刃部に発生するクレータ摩耗の進行を抑制できて、刃部の切削性能が維持される。

本発明のインサートの一実施態様についての（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）先端視図である。 本発明のインサートの他の実施態様についての（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）先端視図である。 図１に示すインサートをホルダに装着した切削工具の（ａ）上面図、（ｂ）側面から見た透視図、（ｃ）先端視図である。

本発明のインサート１の実施態様である図１、２、およびこれをホルダ２０に装着して使用する内径加工用の切削工具３０についての一実施態様である図３を用いて説明する。

図１において、インサート１は、略棒状で先端視すると略円形状からなるシャンク部２と、シャンク部２の先端に続く切刃部３とが設けられている。切刃部３は、基部４と、基部４にロウ付けされた刃部５とを具備し、刃部５は、前切刃６ａと横切刃６ｂとを具備する切刃６と、すくい面７とを具備している。本実施態様では、基部４は超硬合金または高速度鋼からなり、刃部５はダイヤモンド焼結体やｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）焼結体等の高硬度焼結体からなる。刃部５は難削材を加工する頻度が高いｃＢＮ焼結体からなることがより好適である。図１では、刃部５が後方ロウ付け部８ａと下方ロウ付け部８ｂとの２箇所のロウ付け部８で基部４にロウ付けされている。なお、図１の刃部５、および図２の刃部１５はわかりやすくするために便宜上灰色で示した。

本実施態様によれば、基部４の前切刃６ａ側の長さＬ_ｂと刃部５の前切刃６ａの長さＬ_ｆとの比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｂ）が０．４〜１であるとともに、前切刃６ａの長さＬ_ｆと横切刃６ｂの長さＬ_ｓとの比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｓ）が２以下であり、かつ前切刃６ａと横切刃６ｂとのなす角である刃先角θが６０〜８３°からなる。これによって、難削材の内径加工等によって発生する切削熱を、効率よく刃部からすくい面に拡散させて刃部の温度上昇を少なくすることができるので、刃部５に発生するクレータ摩耗の進行を抑制できて、刃部の切削性能が維持される。

すなわち、比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｂ）が０．４よりも小さいと、刃部５の放熱性が低下して切刃６の温度が上昇するとともに、切削加工時の切込みを大きくできず切削条件が制限されてしまう。比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｂ）のより好適な範囲は、放熱性およびコストの点で０．５〜０．７である。比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｓ）が２より大きいか、または刃先角θが６０°より小さいと、切削時に発生する切削熱を刃部５内に効率よく拡散させることができず、刃部５の温度が高くなる傾向にある。すなわち、切刃６およびすくい面７の切屑が接触する部位に発生する熱は、刃部５内を比較的速く拡散する。しかし、ロウ付け部８および基部４では熱伝搬が悪いために、刃部５の外への放熱性は低下する。そのために、刃部５の形状は、熱が効率的に拡散するように、被削材と接触する部位に対して縦横とも長い形状であることが、刃部５の放熱性を高める点で有効である。さらに、刃先角θが８３°を超えると、切刃６付近に切屑が詰まって切刃６に噛み込みやすくなる。比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｓ）のより好適な範囲は、放熱性およびコストの点で０．８〜１．５であり、刃先角θのより好適な範囲は、放熱性および切屑の排出性の点で７０〜８０°である。

刃部５は主面が図１のように三角形からなるか、または図２のように四角形の平板状からなる。図１の実施態様では、刃部５の厚みｔ_１は０．５〜１．５ｍｍ、基部４の下方ロ
ウ付け部８ｂの下の厚みｔ_２は０．５〜２.０ｍｍからなる。この下方ロウ付け部８ｂの
下の基部４は、切削時の負荷を受け止めて、ロウ付け部８に切削時の負荷が集中することを緩和し、刃部５の脱落を抑制する。また、図２に示す他の実施態様では、刃部１５の下方に基部４がなく、ロウ付け部１８は後方ロウ付け部１８ａと側方ロウ付け部１８ｃとからなる。刃部１５の主面を四角形とすることによって、後方ロウ付け部１８ａに側方ロウ付け部１８ｃを加えてロウ付け面積を増し、ロウ付け強度を高めている。この構成は、例えば、基部４の前切刃６ａ側の長さＬ_ｂに相当する加工径が３ｍｍ以下の切削時の負荷が小さい加工に好適である。

また、図１によれば、シャンク部２は、切刃部３の基部４に隣接する立ち上がり部１０と、立ち上がり部１０に隣接する移行部１１と、移行部１１に隣接するとともに先端視で移行部１１よりもよりもコーナー６ｃ側に突出した棒状部１２とからなる。切刃６の前切刃６ａと横切刃６ｂとの間のコーナー６ｃは、先端視で、移行部１１の外周よりも外側に突出している。また、コーナー６ｃは、先端視で、棒状部１２の外周よりも内側に位置している。

切刃部３の基部４とシャンク２の立ち上がり部１０は、切削時に発生する切屑を一時的に収容する切屑ポケットの働きをする。本実施態様では、基部４と立ち上がり部１０との間に段差１４が設けられて、基部４が立ち上がり部１０よりも低い高さとなっている。なお、刃部５は基部４と同じ高さになっている。この構成によれば、切削時に切削液を供給する場合に、切削液が確実かつ効率的に基部４に流れて、基部４に続く刃部５に確実かつ効率的に切削液を供給することができる。本実施態様では、段差１４の高さ△ｔが０．０１〜０．５ｍｍからなる。この段差１４を作製する際に刃部５の上面が研磨されるが、刃部５の上面にロウ付けの際に発生したクラックが存在していても、研磨によってクラックを薄くするかまたは消失させることができ、切削時に刃部５に被削材が溶着することを抑制して、クレータ摩耗の進行を抑制できる。

一方、ホルダ２０については、図３に示されるように、長尺状のホルダ２０の先端からインサート１を差し込む長尺の挿入孔２１が設けられ、挿入孔２１内には、インサート１の傾斜面１３に当接される位置決め部材２２が設けられている。

また、図１〜３によれば、切刃部３が設けられた端部の反対端に傾斜面１３が設けられており、ホルダ２０の挿入孔２１内に傾斜面１３側からインサート１を挿入して、ホルダ２０に設けられた位置決め部材２２にて傾斜面１３が線当たりとなるように当接して固定している。この構成によれば、インサート１の切刃の長手方向および回転方向の位置決めが容易で精度が高くなる。

そして、図３によれば、インサート１の脱落やがたつきを抑制するために、位置決め部材２２以外に、位置決め部材２２よりもホルダ２０の先端（第１端）側で、ホルダ２０の外周面から挿入孔２１に貫通するネジ孔２４を形成して、ネジ孔２４にネジ部材２５を螺合して、ネジ部材２５の先端でインサート１のシャンク部２の外周面を押圧固定している。

また、ホルダ２０の側面には、棒状の位置決め部材２２を挿入するための位置決め部材取付孔（図示せず）が多数個設けられている。そして、これら位置決め部材取付孔のうちの１つの位置決め部材取付孔内に棒状の位置決め部材２２が挿通されている。なお、位置決め部材取付孔が多数個設けられている理由はインサート１の突き出し量を適宜調整することができる構成とするためである。位置決め部材２２は、例えば、ピンやネジ材といったインサート１の傾斜面１３と当接するものであればよく、棒状をなしており、円柱、三角柱等の多角柱等のいずれの形状であってもよく特に制限されない。ピンであれば容易に
抜き差しできるので、インサート１の突き出し量を容易に変更することが可能であり、本実施態様においては、位置決め部材２２としてピンが用いられている。位置決め部材２２はまた、挿入孔２１の長手方向に対して、位置決め部材２２の軸線が垂直となるように設けられている。

また、位置決め部材２２の固定方法は、円柱状のピンの両端をネジで挟み込んで固定する方法、円柱状のピンの片側端部にネジ切りをつけてこのネジ切り部分をホルダ２０に設けたネジ切り部分に螺合する方法、円柱状のピンの片端を拡径したテーパ状としてこのテーパ部を位置決め部材取付孔の所定位置に当接して固定する方法、円柱状のピンを接着剤で固定する方法、円柱状のピンの側面からネジ部材を締めこんで固定する方法が挙げられる。

位置決め部材２２の挿入孔２１内の位置は、インサート１の傾斜面１３の挿入角度に応じて適宜調整されればよい。インサート１の傾斜面１３と位置決め部材２２とが線当たりになるように当接されるが、例えば、位置決め部材２２が円柱状のピンである場合には、インサート１をホルダ２０に装着する際に、傾斜面１３の長手方向に垂直な方向と、位置決め部材２２の外周面のホルダ２０の長手方向に垂直な方向とが平行になるように構成される。これによって、安定して強固な拘束が可能である。

また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、ホルダ２０は、クーラントを供給するクーラント孔２８を内部に具備する。そして、図５（ｃ）の先端視図に示すように、インサート挿入孔２１とは独立してクーラント孔２８の噴射口２９ａ、２９ｂが少なくとも２つ設けられている。すなわち、噴射口２９ａ、２９ｂとインサート挿入孔２１とは、ホルダ２０の先端視では連結されていない。なお、本実施態様において、噴射口２９ａ、２９ｂとインサート挿入孔２１との間の最短幅△ｔは０．００５〜５ｍｍである。また、２つの噴射口２９ａ、２９ｂの中心がインサート挿入孔２１を先端視した円の中心よりも上側に位置している。これによって、２つの噴射口２９ａ、２９ｂから噴射されるクーラントの進行方向は、重力の関係で下方にずれるために、噴射されたクーラントが高い割合でインサートのシャンク部上に落下した後、シャンク部を伝って先端の切刃部側へ流れる。しかも、２つの噴射口から噴射されたクーラントの一部は合流して、進行方向が先端に向かう方向に曲げられるので、クーラントが切刃部３に供給される割合がより高まる。クーラント孔２８の後方の一部はインサート挿入孔２１の孔径が大きくなった部分につながっている。また、クーラント孔２８の噴射口２９がインサート挿入孔２１とは独立して設けられているので、インサート１をインサート挿入孔２１からホルダ２０に挿入する際に、噴射口２９が干渉してインサート１がインサート挿入孔２１の内壁面に引っかかってしまうこともなく、インサート１の抜き差しがスムーズである。

ここで、図３（ａ）（ｂ）によれば、ホルダ２０の先端形状は、側面視で、外側に向かって凸状の凸曲線部２６を有するとともに、凸曲線部２６に噴射口２９ａ、２９ｂが設けられている。すなわち、ホルダ２０の先端形状は、側面視で、後方に向かって幅広になるとともに、先端側が曲線であるかまたは直線から角部がなく続く曲線からなる。言い換えれば、ホルダ２０の先端に角部がない構成となっている。これによって、ホルダ２０からインサート１に向かってクーラント（切削液）を供給した際に、図３（ｂ）に示すように、噴射口２９の位置は上側が後方で下側が前方とずれた形状となる。この形状によって、噴射口２９から噴射されるクーラントの進行方向が上向きに修正されることから、重力によってクーラントの進行方向が下向きにずれるずれ量を低減することができる。

また、内径加工をする際に、回転する被削材の加工する加工孔の奥が塞がっている止まり孔の加工である場合に、回転しないインサート１の上側から供給されたクーラントはインサート１の下側を通って被削材の加工孔外に排出されるので、クーラントの循環性が良
い。そのため、切削時に発生した切屑をスムーズに系外へ排出することができる。なお、クーラントは図３に示すように、ホルダ２０の内部にクーラント孔２８を設けるものに限定されるものではなく、ホルダとは別体としてクーラントをインサート１の刃部５に供給するものであってもよい。

また、図１〜３では、切刃部３がシャンク部２の一方の端部のみに設けられたインサート１の構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、切刃部がシャンク部２の両端に設けられたインサートについても適用可能である。

基部の前切刃側の長さＬ_ｂが６．０ｍｍで、表１に示す形状からなる図１に示す形状のインサートを、図３のホルダに装着した切削工具を用いて、以下の条件で切削加工を行い、切削性能を確認した。なお、各試料の段差の高さは０．１ｍｍとした。
切削方法：内径加工
被削材 ：ＳＫＤ１１
切削速度：２００ｍ／分
送り ：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：０．０７ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：切削時間３０分経過後のインサートの切刃およびすくい面の状態を観察した。また、切りくず処理が悪化するまでの加工時間を確認した。

表１に示すように、比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｂ）が０．４〜１である試料Ｎｏ．２〜５は、この範囲から外れる試料Ｎｏ．１に比べて、クレータ摩耗が少なく、切削時間が長くなった。

基部の前切刃側の長さＬ_ｂが６．０ｍｍ、段差の高さが０．１ｍｍで、表２に示す形状を変更したインサートを、図３のホルダに装着した切削工具を用いて、実施例１と同じ加工条件で切削加工を行い、切削性能を確認した。なお、試料Ｎｏ．９は、先行文献２に記載された、４頂角の内１頂角を鈍角のＶ字平板状の刃部を、刃先角が小さい鋭角部分を切刃として超硬合金からなる基材の上にロウ付けしたものである。

表２に示すように、（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｓ）が２以下である試料Ｎｏ．７〜８は、この範囲から
外れる試料Ｎｏ．６、９に比べて、クレータ摩耗が少なく、切削時間が長くなった。また、先行文献２に記載された、４頂角の内１頂角を鈍角のＶ字平板状の刃部を、刃先角が小さい鋭角部分を切刃として超硬合金からなる基材の上にロウ付けした試料Ｎｏ．９では、切刃の欠損も発生した。

基部の前切刃側の長さＬ_ｂが６．０ｍｍで、表３に示す形状を変更したインサートを、図３のホルダに装着した切削工具を用いて、実施例１の条件で切削加工を行い、切削性能を確認した。なお、試料Ｎｏ．１０〜１３については高さ０．１ｍｍの段差を設け、試料Ｎｏ．１４については、基部と立ち上がり部との間に段差を設けないものとした。

表３に示すように、刃先角θが６０°より小さい試料Ｎｏ．１０は、クレータ摩耗の進行が早かった。また、刃先角θが８３°より大きい試料Ｎｏ．１３は、切刃の周りに切屑が詰まりやすく、切屑を噛み込んで切削不能となった。これに対して、刃先角θが６０〜８３°の試料Ｎｏ．１１、１２、１４は、クレータ摩耗が少なく、切削時間が長くなった。なお、段差を設けなかった試料Ｎｏ．１４は、実施例１の段差を設けた試料Ｎｏ．４よりも切削時間は短いものであった。

１ インサート
２ シャンク部
３ 切刃部
４ 基部
５、１５ 刃部
６ 切刃
６ａ 前切刃
６ｂ 横切刃
６ｃ コーナー
７すくい面
８、１８ ロウ付け部
８ａ、１８ａ 後方ロウ付け部
８ｂ 下方ロウ付け部
１８ｃ 側方ロウ付け部
Ｌ_ｂ 基部４の前切刃６ａ側の長さ
Ｌ_ｆ 刃部５の前切刃６ａの長さ
Ｌ_ｓ 横切刃６ｂの長さ
θ 刃先角
１０ 立ち上がり部
１１ 移行部
１２ 棒状部
１３ 傾斜面
１４ 段差
２０ ホルダ
２１ 挿入孔
２２ 位置決め部材
２４ ネジ孔
２５ ネジ部材
２６ 凸曲線部
２８ クーラント孔
２９（２９ａ、２９ｂ） 噴射口

Claims (3)

1. 略棒状で、先端視すると略円形状からなるシャンク部と、該シャンク部の先端に設けられた切刃部とを備え、
   該切刃部は、基部と、該基部にロウ付けされた刃部とを具備し、該刃部は、前切刃と横切刃とを具備する切刃と、すくい面とを具備し、
   前記基部の前記前切刃側の長さＬ_ｂと前記刃部の前記前切刃の長さＬ_ｆとの比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｂ）が０．４〜１であるとともに、前記前切刃の長さＬ_ｆと前記横切刃の長さＬ_ｓとの比（Ｌ_ｆ／Ｌ_ｓ）が２以下であり、かつ前記前切刃と前記横切刃とのなす角である刃先角θが７０〜８０°からなり、
   前記シャンク部の先端には、前記切刃部の前記刃部に続いて設けられる前記基部の後方に続いて立ち上がり部が設けられており、前記基部と前記立ち上がり部との間に段差が設けられて、前記基部が前記立ち上がり部よりも低い高さとなっているインサート。
2. 前記刃部は主面が三角形または四角形の平板状からなる請求項１記載のインサート。
3. ホルダの先端側に設けられた長尺の挿入孔内に、請求項１または２記載のインサートを挿入して固定されている切削工具。