JP4616483B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属加工作業に用いられる切削工具に関し、さらに詳細には、金属加工作業の間、切屑コントロールを促進する形状寸法を有する割りだし可能な（indexable）切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
金属加工作業中、材料は切削工具によって被加工物から除去される。効率を最大にし、この材料によって生じるダメージの可能性を最小限にするために、切削工具はこの材料を除去し、しかるのちに切屑として知られる短い断片へと変形するように設計される。このような切削工具の設計者は常に、一般的には「切屑コントロール」（chip control）として参照される、切屑形成を促進及び制御する設計を探している。結果として、切削加工作業の多数の形式が同じくらい多くの切屑コントロール設計を発達させてきた。しかし切削加工作業におけるニーズはさらに高まり、設計者は金属加工作業をさらに効果的にする改善された切屑コントロール形態を常に探している。
【０００３】
米国特許第５，６９５，３０３号は、切削エッジに沿ってインサートの中心に向かって内側へ延在する複数の波状の溝を有する切削インサートを開示している。この設計における溝は切削エッジに対して垂直である。しかし、切削インサート上の切屑の無制限の経路は切削エッジに対して垂直方向ではないので、結果として、この特許における溝の方向は、切屑排出に有利に働くものではない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、切屑が被加工物から除去された後の自然な排出の経路をさらに正確にシミュレートする切屑コントロールのパターンを取り入れることによって、切屑形成を促進する切削インサートを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、耐磨耗性材料の多角形の本体を含む割り出し可能な切削インサートに関する。本体は中心を備え、上部表面と底部表面と、それらの間に側面と角を有する周縁壁とを含む。周縁壁と上部表面との交点が切削エッジを形成し、切削作業時には、インサートは、第一の角及び第一の角に近接して第二の角へと延在する側面に沿った切削エッジを用いて、被加工物に対して係合するように意図されている。上部表面は、側面切削エッジからインサートの中心に向かって内側へ、第一の角から、第二の角より隔てられた移行位置までの側面切削エッジの長さに沿って延在するレーキ表面を含む。
【０００６】
上部表面はさらに、上方へ延在し、また切削エッジの長さに沿ってインサート本体の中心に向かって内側へと延在する偏向表面(deflecting surface)を含み、この偏向表面は、第一の角と移行位置の間において側面切削エッジから凹んでレーキ表面に隣接し、移行位置と第二の角の間においては側面切削エッジに直接隣接する。さらに、インサートのレーキ表面は、切削エッジから内側に延在する複数のレーキ波形(rake corrugation)を備えてもよい。また偏向表面は、レーキ波形から延在する複数の偏向波形(deflecting corrugation)を備えてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の正確な本質は、付随する図面との関連によって以下に続く明細書を参照することでさらに明白となるだろう。
【０００８】
本発明の切削インサートは図１に示され、全体を通じて参照番号１０によって表示されている。切削インサート１０の一つの形態においては、インサートは回転フライス本体１５の内部に取りつけられてもよい。このような本体１５の内部で切削インサート１０を利用することは制限ではなく、目的のインサートが、旋削又はドリル作業に用いられる他の切削工具本体に用いることも可能であるということは、理解されなければならない。
【０００９】
しかし、図１に示されるように、フライス本体１５は、フライス本体１５の切削端部２５の周囲に形成され円周上に配置された複数のインサートポケット２０を含む。フライス本体１５は、中心長手軸３０に対して回転駆動されるように設計される。フライス本体が回転すると、切削インサート１０は被加工物に対して係合するように作動する。
【００１０】
図２は、フライス本体１５から取り外された切削インサート１０の等角図を図示する。インサート１０は耐磨耗性材料から成る多角的な本体３５を備える。本体は中心線４０に対称であり、上部表面４５と底部表面５０と、その間の周辺壁５５とを含む。周縁壁５５は、側面６０ａ、ｂ、ｃ、ｄと、角６５ａ、ｂ、ｃ、ｄとを備える。参照として、本出願を通じて参照面Ｐが四つの角６５ａ、ｂ、ｃ、ｄの最上位点上に載る平面として定義される。この平面Ｐは図４と図５に図示されるが、四つの角６５ａ、ｂ、ｃ、ｄの上部表面が平面Ｐと平行である必要はないことは明記しておく必要があるだろう。
【００１１】
周縁壁５５と上部表面４５の交点は切削エッジ７０を形成し、これは便宜上、側面６０ａ、ｂ、ｃ、ｄとそれぞれ関連した切削エッジ７０ａ、ｂ、ｃ、ｄとして参照される。側面６０ａ、ｂ、ｃ、ｄは、金属加工作業中に被加工物から充分な間隙を取るためにテーパ付けされる。図４に見られるように、各側面の典型である側面６０ａは、平面Ｐに対して垂直な線を有する角度Ａを形成する。この角Ａは、側面逃げ角（the flank clearance angle）として参照され、０〜３０度の間の数値であってもよく、図示されるように概ね２０度の角度を備える。
【００１２】
付け加えると、図５で示されるように、各角の典型である角６５ａは、平面Ｐに垂直な線を有する角度Ｂを形成するためにテーパ付けされる。この角度Ｂは、小面逃げ角（facet clearance）として参照され、０〜３０度の間の数値であってもよく、図示されるように概ね２５度の角度を備える。
【００１３】
図２と図４においては、切削エッジ７０ａに関して図示されており、凹面リリーフ表面７２ａは、切削エッジ７０ａに対して付加的な強度を付与するために、側面切削エッジ７０ａの下の側面６０ａから突き出てもよい。また、リリーフ表面７２ａは角６５ａ上に延在してもよい。特に、図４中の円で囲まれた領域７３は、図７に拡大されている。リリーフ表面７２ｂが強調されているが、それぞれのリリーフ表面も類似した形態を備える。リリーフ表面７２ｂは凹面であり、リリーフ表面７２ｂと切削エッジ７０ｂの交点において、リリーフ表面７２ｂに沿った接線が角度の範囲０〜１５度の、平面Ｐに対して垂直な線を有するリリーフ表面逃げ角Ｃを形成するように湾曲してもよい。さらに、側面６０ａを用いて、図２で示されたように、リリーフ表面７２ａは側面６０ａに沿って側面６０ｂに関する角度と比較しうる角度で角６５ａへと延びてもよい。
【００１４】
本論の目的のために、正方形として認識されるインサート寸法形状を備える切削インサートがここで説明される。しかし、本発明の構成が、正方形のみに限定されるものではなく他の寸法形状で代替されてもよいということは理解されねばならない。他の形状の中では、８０度のダイアモンド型（二つの８０度の角と、二つの１００度の角を備える）、５５度のダイアモンド型（二つの５５度の角と二つの１２５度の角を備える）のような菱形、三角形（triangle）又は三角形（trigon）でもよい。
【００１５】
切削作業中、インサート１０は、被加工物（図示せず）に対して、例えば第一の角６５aに隣接した側面６０ａに沿って、第一の角６５ａから第二の角６５ｂまで延在する切削エッジ７０ａを用いて係合する。
【００１６】
一側面６０ａのみに近位の上部表面４５は、以下に記述される形態を備えることも可能である。図２に図示されたインサート１０は、中心線４０に関して線対称であり、６０ａ、ｂ、ｃ、ｄの四つの側面のそれぞれにおける配置面も、中心線４０に関して線対称である。側面６０ａに関する記述が、他の側面のいずれにも一様に応用することができ、代替案においては異なる構成を有するインサートにも応用可能であるという認識をもって、角６５ａ及び６５ｂに関連した側面６０ａが記述される。
【００１７】
側面６０ａに関する上部表面４５はレーキ表面７５から成り、これは平面でもよく、側面切削エッジ７０ａからインサート１０の中心に向かって、第一の角６５ａから、第二の角６５ｂからの移行位置Ｔまでの長さＲＬに沿って、内側に延在する。レーキ表面７５は、側面切削エッジ７０ａから内側に延在しつつ後方に延在してもよい。レーキ表面７５から分離して、偏向表面８０は上方及び内側へ側面切削エッジ６０ａの長さＬに沿って、インサート本体３５の中心に向かって延在する。
【００１８】
第一の角６５ａと移行位置Ｔの間において、偏向表面８０は、側面切削エッジ７０ａから凹み、レーキ表面７５に隣接する。移行位置Ｔと第二の角６５ｂの間においては、偏向表面８０は、長さＤＬに沿って切削エッジ７０ａに隣接している。
【００１９】
レーキ表面７５は、側面切削エッジ７０ａから中心に向かって内側へ延在する、複数のレーキ波形８５を備えてもよい。レーキ波形８５は、図３で図示されるように、波形線９０に沿って、インサート１０の中心に向かって内側へ延在し、同時に、第一の角６５ａから第二の角６５ｂに対する方向に延在し、これによって、側面切削エッジ７０ａに対して垂直な線Ｌを有するレーキ波形角度Ｄを形成する。レーキ波形角度Ｄは１〜６０度の間でもよく、図３においては概ね１５度である。
【００２０】
偏向表面８０は、レーキ波形８５に隣接する複数の偏向波形９５を備えてもよい。偏向波形９５はインサート１０の中心に向かって内側に延在し、同時にチップの自然な流れに近いチップ排出のフローパターンを形成するために、第一の角６５ａから第二の角６５ｂの方向に延在する。
【００２１】
図３に図示されるように、偏向表面８０の偏向波形９５は、レーキ表面７５のレーキ波形８５と一対一で整列してもよい。このような配置は、切屑フローを方向付けて切屑排除を助けるための連続的な表面を促進する。レーキ波形８５は、図３中の半径Ｒ１によって図示されるように、切屑コントロールを促進するための湾曲を備えてもよい。例として、半径Ｒ１は、０．０８〜０．５０インチの間の数値でもよく、また図示されるように概ね０．１８インチである。
【００２２】
図１に戻ると、被加工物の一部分ＷＰが、材料除去のために位置付けされたインサート１０とともに図示されている。フライス本体１５は、矢印Ｘによって表示されるように左から右へと移動し、これによって、被加工物ＷＰに対してインサート１０の位置決めをする。フライス本体が中心軸３０に沿って垂直に移動しないという仮定下で、切削工具本体１５が矢印Ｘに沿って左から右に移動される送り速度が、側面切削エッジ７０ａが被加工物ＷＰを貫通する量を決定する。送り速度によって生じたインサート１０の被加工物ＷＰ中への貫通Ｐは、図１に示される。これが、側面切削エッジ７０ａに対して垂直方向にある被加工物ＷＰと接触するインサート１０の量を決定する。
【００２３】
一方で、被加工物ＷＰに関する長手軸３０に沿ったフライス本体１５の位置決めは、被加工物ＷＰ内部へのインサート１０の切削の深度（ｄｏｃ）を画定し、これは、したがって、被加工物ＷＰによって係合される切削エッジ７０ａの量を決定する。これは図１中で長さＥＥによって図示される。
【００２４】
図１中の長さＥＥによって表されるように、側面切削エッジ７０ａの短い長さのみが係合されると、次に側面切削エッジ７０ａは、レーキ表面７５の部分においてのみ係合される。結果として、材料は被加工物Ｗから移動され、レーキ波形８５に沿ってインサート１０の中心へと方向付けられる。材料がレーキ表面７５に接触する際、材料は、受容可能な切屑を形成するために湾曲する。しかし、レーキ表面７５との接触が受容可能な切屑を形成するのに充分でなければ、次に材料は継続して、偏向表面８０に衝突する。この接触で、材料は唐突に偏向表面８０に沿って方向を上方に変える。付け加えれば、材料は、偏向波形９５によって前述されたように切屑の流れを自然に近づけるインサート１０の第二の角６５ｂに対して方向付けられる。
【００２５】
ほとんどの場合、インサート１０が金属加工作業において用いられるときは、貫通Ｐは高度であるか、又は係合されたエッジの長さＥＥが高度であるが、それらは同時に起きるとはかぎらない。したがって、レーキ表面７５は、第一の角６５ａに対して近位の、より大きな幅Ｗ（図３中の角６５ｄ）を備える。幅Ｗは、レーキ表面７５が第二の角６５ｂに近づくほど小さくなっていく。
【００２６】
図示目的のための注意として、幅Ｗは、角６５ｄに関するレーキ表面上に示された。しかし、幅Ｗは実際には、角６５ａに関するレーキ表面７５に関して応用される。
【００２７】
図２に図示されたように、側面切削エッジ７０ａに沿った長さＲＬにおいて、レーキ表面７５が終わり、偏向表面８０が側面切削エッジ７０ａに対して延在する。もしインサート１０がレーキ表面７５の全長ＲＬに係合するために用いられると仮定すると、貫通Ｐは比較的低くなる。結果として、被加工物の最初の接触はレーキ表面７５上に留まり、偏向表面８０には接触しない。
【００２８】
しかし或る状況下では、係合されたエッジの長さＥＥはレーキ表面７５の長さを超えてもよく、これによって、側面切削エッジ７０ａに沿って偏向表面８０に対して係合する。後述されるように、インサートもまたこの条件を含むものである。
【００２９】
図２と図３に図示されるように、インサート１０の側面６０ａは、角６５ａによって、隣接した側面６０ｄと接続される。角６５ａの上部表面４５は、小面１００によって形成される。小面１００は、上部表面４５に対して隆起され、下方に傾斜して、矢印５−５に沿った図３の横断面図である図５に示されたように、正のすくい角(positive facet angle)Ｅを供するために内側へと延在する。すくい角Ｅは、平面Ｐに沿って延びる線と小面１００に沿って伸びた線の間に形成される。すくい角Ｅは０〜２０度の間でもよい。
【００３０】
図３に戻ると、小面１００は、直線的な断面を備える中央部分１１０と、そこから延びてそれぞれインサート１０の側面切削エッジ７０ａ、ｂと交わる、湾曲した断面を有する二つの終端部分１１５、１２０とから成る。終端部分１１５の湾曲した断面は、図１の金属切削作業中にワイパとして機能して、被加工物ＷＰに対して表面仕上げの効果をもたらす。小面１００の形状は、インサート１０の底に向かって切削エッジ６７ａから下方に延在してもよい。
【００３１】
図１を簡単に振り返ると、インサート１０が矢印Ｘの方向に移動されると、側面切削エッジ７０ａは、被加工物に対して係合し、そして角切削エッジ６７の終端部分１１５が被加工物ＷＰに係合する。このような理由で、小面１００に関する終端部分１１５の形状は重要であり、また切削作業において所望される表面仕上げの型に基づいて、どの数の断面を備えていてもよい。図示されてはいないが容易に想定できるのは、小面１００がインサート１０の側面６ａ、６０ｄに沿った切削エッジ７０ａ、７０ｄと交わる、完全に湾曲した部分から成っていてもよいということである。
【００３２】
被加工物ＷＰに対して表面仕上げを付与することに加えて、さらに小面１００の形状は、破損に対して脆弱である鋭角を持たない表面を提供することによって、インサート１０に対して力を伝達するのに用いられる。
【００３３】
図１〜３に示されるように、小面１００から内側に延在するのは、インサート１０の中心へと延在するくぼみ１２５である。図５に図示されるように、くぼみ１２５は、小面１００の隆起部から下降勾配を付けられ、インサート１０の中心に向かって延在する。ある状況下では、インサート１０は冷却材とともに用いられてもよく、くぼみ１２５はこのような冷却材の排出路として供されてもよい。
【００３４】
図４は、インサート１０の側面図を図示するものであり、角６５ａ、側面６０ａ、角６５ｂの部分における切削エッジ７０の形状を示す。左から右へ移動して、角６５ａにもっとも接近している切削エッジ７０ａは、レーキ表面７５部分では、直線である。移行位置Ｔにおいては、図２でも示されるように、側面切削エッジ７０ａは角６５ａと交わるまで上方へと湾曲していく。偏向表面８０が側面切削エッジ７０ａと交わる部分における側面切削エッジ７０ａの湾曲Ｒ２の半径は、角６５ｂに対する側面切削エッジ７０ａの長さに沿って、累進的に小さくなる。これは、切削エッジ７０ａをコーナー６５ｂと接続する実用的な考慮のためだけでなく、偏向表面８０が被加工物ＷＰに対して切屑形成を促進するための急な角度で離れるためである。
【００３５】
したがって、第一の角６５ａから第二の角６５ｂの側面切削エッジ７０ａは、図４に示されたような、角度Ｆとして認識される正アキシャルレーキ角度を形成するように下降し、次に側面切削エッジ７８は、第二の角６５ｂの位置まで上昇する。アキシャルレーキ角度Ｆは０〜１５度の間の数値を有してもよく、好ましいのは概ね６度の角度である。
【００３６】
図６は、図３の矢印６−６に沿った切削インサート１０の一部分の横断面図である。レーキ表面は、切削エッジ７０ａから内側に延在し、平面Ｐに対してラジアルレーキ角度Ｇを形成する。ラジアルレーキ角度Ｇは、−１０〜＋２０度の範囲を有してもよい。
【００３７】
インサート１０は、図２に図示されたように、インサートを切削工具本体に固定するために据え付けねじととも用いられる中心孔１３０を有してもよい。しかし、インサートを工具ホルダ本体内に固定するために典型的に用いられるどの数の挟持装置が用いられてもよく、金属切削の当業者には公知である。
【００３８】
図４に図示されるように、側面６０ａ、６０ｂは下方にテーパ付けされ、底部表面５０と交わる前に内側に陥没する。この態様は、インサート製造工程を単純化するものであり、インサートの底部表面５０へと下降して延在するテーパ付けされた壁を有するインサートを収容するために必要な、極小の半径のかわりに比較的大きな半径によって接続されるポケット壁を有する、さらに強いポケットにインサートを取り付けることを可能にするものである。
【００３９】
記載してきたのは、強化された切屑コントロールを提供する寸法形状構成を有する切削インサートである。修正は、追加された請求項の範囲においてなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づいて切削工具本体に取り付けた切削インサートの等角図である。
【図２】本発明に基づいた切削インサートの等角図である。
【図３】図２で図示された切削インサートの上面図である。
【図４】図２で図示された切削インサートの側面図である。
【図５】図３の矢印５−５に沿った切削インサートの断面図である。
【図６】図３の矢印６−６に沿った切削インサートの一部分の横断面図である。
【図７】図４で円に囲まれている部分の拡大図である。

Claims (21)

1. 耐磨耗性材料の多角形の本体を有する割り出し可能な切削インサートであって、前記本体は中心を備え、上部表面と底部表面と、それらの間に側面と角を有する周縁壁とを含み、前記周縁壁と前記上部表面との交点が切削エッジを形成し、切削作業においては、第一の角ならびに第一の角に隣接した側面に沿って第二の角に対して延在する前記切削エッジを用いて、被加工物と係合する前記インサートであって、前記上部表面が、
   ａ）前記切削エッジから前記インサートの中心に向かって、前記第一の角から、前記第二の角から隔てられた移行位置までの前記切削エッジの長さに沿って内側に延在するレーキ表面と、
   ｂ）前記底部表面から前記上部表面の方向に延在し、前記切削エッジの長さに沿って前記インサートの前記本体に向かって内側に延在する偏向表面と
   を含み、
   ｃ）前記第一の角と前記移行位置の間において、前記偏向表面が前記切削エッジからくぼみ、前記レーキ表面に隣接し、
   ｄ）前記移行位置と前記第二の角の間において、前記偏向表面が、前記切削エッジに直接隣接する、
   割り出し可能な切削インサート。
2. 前記レーキ表面が前記切削エッジから内側に延在する複数のレーキ波形を備える、請求項１に記載のインサート。
3. 前記レーキ波形が波形線に沿って、前記波形線は前記インサートの中心に向かって内側に延在し、同時に前記切削エッジの前記第一の角から前記第二の角の方向に延在し、前記切削エッジに対して垂直の線を有するレーキ波形角度Ｄを形成する、請求項２に記載のインサート。
4. 前記レーキ波形角度Ｄが１〜６０度の間である、請求項３に記載のインサート。
5. 前記レーキ波形角度Ｄが１５度である、請求項４に記載のインサート。
6. 前記偏向表面が、前記レーキ波形から延在する複数の偏向波形を備える、請求項３に記載のインサート。
7. 前記偏向波形が、前記インサートの中心に向かって内側に延在し、同時に切屑排出のフローパターンを形成するために前記第一の角から前記第二の角の方向へと延在する、請求項６に記載のインサート。
8. 前記レーキ表面が、前記切削エッジから内側に延在する複数のレーキ波形を有し、前記偏向波形が前記レーキ波形と位置合わせされる、請求項６に記載のインサート。
9. 前記側面エッジから延在していく前記レーキ面の幅が、前記側面切削エッジに沿って第一の角から移行位置にかけて減少する、請求項３に記載のインサート。
10. 前記レーキ表面がさらに前記上部表面から前記底部表面の方向に延長し、前記インサート本体の中心に向かって前記側面切削エッジから内側に延びる、請求項１に記載のインサート。
11. 前記レーキ表面が平坦であり、前記インサートの角上に置かれている平面に対して平行な線を有する角度Ｇを形成するために前記上部表面から前記底部表面の方向に延在する請求項１０に記載のインサート。
12. 前記角度Ｇが−１０〜＋２０度の間である、請求項１１に記載のインサート。
13. 前記インサートの前記側面が、前記角によって隣接する側面に接続され、前記角の上部表面がその間に延在する小面から構成される、請求項１に記載のインサート。
14. 前記小面が、残りの上部表面に関して隆起されて、また前記上部表面から前記底部表面の方向に傾斜され、正のレーキ角を供するように内側に延在する、請求項１３に記載のインサート。
15. 前記小面が、直線的な断面を備える中心部分と、そこから延在して前記インサートの前記側面に沿って前記切削エッジと交わる湾曲した断面を有する末端部とから成る、請求項１３に記載のインサート。
16. 前記小面が、前記インサートの前記側面に沿って前記切削エッジと交わる湾曲部分から構成される、請求項１３に記載のインサート。
17. さらに前記小面から内側に延在するくぼみを含む、請求項１３に記載のインサート。
18. 前記側面切削エッジから、前記第一の角から前記第二の角まで、正のアキシャルレーキ角を提供するように下降勾配を付けられ、前記第二の角の位置へ上昇勾配を付けられている、請求項１に記載のインサート。
19. 前記側面から見た際に前記切削エッジが湾曲半径を備える湾曲部分を有し、前記湾曲半径が、前記第一の角から前記第二の角の方向へと増大する、請求項１に記載のインサート。
20. 中央の孔が工具ホルダの内部に前記インサートを固定するための取り付けねじを受容するために前記インサート本体を介して延在する、請求項１に記載のインサート。
21. 工具ホルダと請求項１に記載のインサートとのアセンブリであって、前記インサートは前記工具ホルダ内部のシートに取り付けられる、アセンブリ。

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