特許 7378717 切削インサートおよび加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-06

(45)【発行日】2023-11-14

(54)【発明の名称】切削インサートおよび加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20231107BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20231107BHJP

【ＦＩ】

B23B27/14 C

B23B1/00 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019068380

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020163545

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-03-25

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年９月１０日発表、２０１８年度日本機械学会年次大会、関西大学千里山キャンパス 平成３０年９月３日発行、日本機械学会２０１８年度年次大会講演論文集

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504132881

【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】高橋 亘

(72)【発明者】

【氏名】笹原 弘之

(72)【発明者】

【氏名】小嶋 章太

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２０２７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０３０１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０２１５０１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】岩井学,外２名，「旋削バイトノーズの逃げ面を利用したバニシング加工」，2015年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，日本，2015年03月01日，417-418，https://doi.org/10.11522/pscjspe.2015S.0_417

【文献】薬師寺輝敏,外３名，「Ti-6Al-4V合金に行う切削摩擦加工とその効果」，日本機械学会論文集，日本，2014年，Vol.80,No.818，1-13，https://doi.org/10.1299/transjsme.2014smm0296

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ １／００

Ｂ２４Ｂ ３９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

旋削加工に用いられる多角形板状の切削インサートであって、
一対の多角形面のうち少なくとも一方に設けられるすくい面と、
前記すくい面が設けられた前記多角形面の外縁に設けられる切刃と、
前記切刃から板厚方向に沿って延びる逃げ面と、を有し、
前記切刃は、前記多角形面のコーナ部に位置するコーナ刃を含み、
前記逃げ面は、前記コーナ刃から板厚方向に沿って延びる湾曲部を有し、
前記湾曲部には、被削材の切削面に押し当てられることでバニシング加工を行う摺接領域が設けられ、
前記摺接領域の曲率半径は、前記コーナ刃の曲率半径より大きく、
前記湾曲部は、前記コーナ刃から板厚方向に離間するに従い連続的に曲率半径が大きくなる、
切削インサート。

【請求項2】

一方の多角形面の外縁にのみ切刃が設けられる片面型の切削インサートであって、
前記湾曲部は、板厚方向全長において、前記コーナ刃から板厚方向に離間するに従い連続的に曲率半径が大きくなる、
請求項１に記載の切削インサート。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の切削インサートを用いた加工方法であって、
前記切刃を回転軸線周りに回転する被削材に接触させて切削を行い切削面を形成する切削工程と、
前記摺接領域を前記切削面に押し当ててバニシングを行うバニシング工程と、を有する加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切削インサートおよび加工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、機械部品の高性能化を実現するために様々な機械的性質の向上が求められている。このような要求に対し、加工面の金属表面をローラで押しなして表面粗さの改善や圧縮残留応力の付与を行うローラバニシング加工が提案されている。非特許文献１には、旋削後の工具の刃先位置を調整し逃げ面によりバニシング加工を行う方法が提案されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】岩井学，前田直樹，鈴木 清，“旋削バイトノーズの逃げ面を利用したバニシング加工”，2015 年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，(2015)，pp. 417-418

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１に記載の切削インサートでは、バニシング加工を行う面の曲率半径が刃先の曲率半径と一致する。このため、バニシング加工後の加工面の面粗さが不十分であるという問題があった。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切削加工およびバニシング加工を行うことができ、加工後の面粗さを向上できる切削インサートおよび加工方法の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施態様の切削インサートは、旋削加工に用いられる多角形板状の切削インサートであって、一対の多角形面のうち少なくとも一方に設けられるすくい面と、前記すくい面が設けられた前記多角形面の外縁に設けられる切刃と、前記切刃から板厚方向に沿って延びる逃げ面と、を有し、前記切刃は、前記多角形面のコーナ部に位置するコーナ刃を含み、前記逃げ面は、前記コーナ刃から板厚方向に沿って延びる湾曲部を有し、前記湾曲部には、被削材の切削面に押し当てられることでバニシング加工を行う摺接領域が設けられ、前記摺接領域の曲率半径は、前記コーナ刃の曲率半径より大きい。

【0007】

上述の構成によれば、切削インサートは、切削加工を行った後に摺接領域において切削面をバニシング加工することができる。また、上述の構成によれば、摺接領域の曲率半径が、コーナ刃の曲率半径より大きい。摺接領域の曲率半径を大きくすることで、バニシング加工後の加工面の面粗さを向上させることができる。したがって、本実施形態によれば、コーナ刃の曲率半径に依存せずに摺接領域の曲率半径を大きくすることができ、バニシング加工後の加工面の面粗さを向上させることができる。一般的に、バニシング加工を行う場合、送り速度を低くすることで面粗さを向上できることが知られている。上述の構成によれば、摺接領域の曲率半径を大きくすることで、送り速度を高くしても所望の面粗さを実現することが可能となりバニシング加工のタクトタイムを短くすることができる。
なお、本明細書における「コーナ刃の曲率半径」とは、切削インサートの板厚方向と直交する仮想的な面内でのコーナ刃の曲率半径であり、いわゆる刃先Ｒ（又はノーズＲ）を意味する。
同様に、本明細書における「摺接領域の曲率半径」とは、板厚方向と直交する断面における摺接領域の曲率半径である。したがって、摺接領域の曲率半径は、板厚方向の位置によって変化してもよい。なお、摺接領域の曲率半径が、板厚方向の位置によって変化する場合、板厚方向の如何なる位置においても、摺接領域の曲率半径がコーナ刃の曲率半径より大きい。

【0008】

上述の切削インサートにおいて、前記湾曲部は、前記コーナ刃から板厚方向に離間するに従い連続的に曲率半径が大きくなる構成としてもよい。

【0009】

上述の構成によれば、摺接領域の境界部に段差が設けられる場合と比較して、切削インサートの剛性を高めて加工時に加わる応力に起因する切削インサートの損傷を抑制できる。

【0010】

上述の切削インサートにおいて、一方の多角形面の外縁にのみ切刃が設けられる片面型の切削インサートであって、前記湾曲部は、板厚方向全長において、前記コーナ刃から板厚方向に離間するに従い連続的に曲率半径が大きくなる構成としてもよい。

【0011】

上述の構成によれば、板厚方向の全長において湾曲部の曲率半径が連続的に変化する。このため、切削インサートの剛性をさらに高めることができる。

【0012】

本発明の一実施態様の加工方法は、上述の切削インサートを用いた加工方法であって、前記切刃を回転軸線周りに回転する被削材に接触させて切削を行い切削面を形成する切削工程と、前記摺接領域を前記切削面に押し当ててバニシングを行うバニシング工程と、を有する。

【0013】

上述の構成によれば、上述の切削インサートを用いて切削加工およびバニシング加工を連続的に行うことができる。すなわち、工作機械の冶具に取り付けられる工具を、切削加工用の工具からバニシング加工用の工具に付け替える必要がなく、製造工程の短時間化を図ることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、切削加工およびバニシング加工を行うことができ、加工後の面粗さを向上できる切削インサートおよび加工方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、一実施形態の刃先交換式バイトの分解斜視図である。

【図2】図２は、一実施形態の切削インサートの斜視図である。

【図3】図３は、一実施形態の刃先交換式バイトを用いた切削工程を示す図である。

【図4】図４は、一実施形態の刃先交換式バイトを用いたバニシング工程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態に係る切削インサート１について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の切削インサート１を有する刃先交換式バイト３０の分解斜視図である。刃先交換式バイト３０は、主軸回りに回転させられる金属材料の被削材に対して、旋削加工を施すバイトである。

【0017】

刃先交換式バイト３０は、切削インサート１と、切削インサート１が着脱可能に装着される工具本体３１と、切削インサート１を工具本体に取り付けるクランプ機構（図示略）と、シート部材３５と、を有する。

【0018】

工具本体３１は、軸状に延びる棒体である。本明細書では、工具本体３１が延びる方向のうち、被削材Ｗの加工面に向かう方向を工具先端側といい、その反対側を工具基端側という。また、工具本体３１が延びる方向に直交する方向のうち、切削インサート１のすくい面７が向く方向を上側として各部を説明する。なお、本明細書における上下方向は、単に説明のために用いられる方向であって、刃先交換式バイト３０の使用時の姿勢を限定するものではない。

【0019】

工具本体３１は、鋼材等からなる。工具本体３１は、工具基端側に位置する基端部３１ｂにおいて図示略の工作機械の冶具（刃物台）に着脱可能に保持される。また、工具本体３１を保持する冶具は、不図示の旋盤等の工作機械（旋盤）に固定される。

【0020】

工具本体３１の先端部３１ａには、切削インサート１が装着されるインサート取付座３２が設けられる。また、工具本体３１の先端部３１ａには、インサート取付座３２に装着された切削インサート１の切刃５にクーラントを供給するクーラント供給孔が設けられていてもよい。

【0021】

インサート取付座３２は、切削インサート１の形状に対応して切り欠かれるように形成された凹状である。凹状のインサート取付座３２に配置された切削インサート１は、図示略のクランプ機構によって工具本体３１に固定される。本実施形態では、切削インサート１が三角形板状に形成されているのに対応して、インサート取付座３２は、工具先端側及び上方へ向けて開口する三角形穴状である。

【0022】

シート部材３５は、例えば超硬合金等により形成されている。シート部材３５は、切削インサート１が三角形板状に形成されているのに対応して、三角形板状である。シート部材３５における表裏面のうち、裏面は、インサート取付座３２の底面３２ａに当接する。シート部材３５における表裏面のうち、表面は、切削インサート１が着座させられる取付面とされる。

【0023】

図２は、切削インサート１の斜視図である。
切削インサート１は、中心線Ｊに対し回転対称な平面視多角形板状（本実施形態では三角形板状）である。なお、以下の説明において、中心線Ｊに沿う方向のことを単に板厚方向と呼ぶ場合がある。

【0024】

切削インサート１は、板厚方向を向く一対の多角形面１０と、一対の多角形面１０同士を繋ぐ側面１１と、を有する。切削インサート１には、板厚方向に貫通し一対の多角形面１０にそれぞれ開口する平面視円形の取付孔１５が設けられる。切削インサート１は、一方の多角形面１０をインサート取付座３２の底面３２ａを向けた状態で、取付孔１５において、クランプ機構（図示略）により工具本体３１に固定される。なお、切削インサート１と、インサート取付座３２の底面３２ａとの間には、シート部材３５が挟み込まれる。

【0025】

また、切削インサート１は、一対の多角形面１０のうち一方に設けられるすくい面７と、側面１１に設けられる逃げ面８と、すくい面７と逃げ面８との公差稜線に設けられる切刃５と、を有する。本実施形態の切削インサート１は、一方の多角形面１０の外縁にのみ切刃５が設けられる片面型の切削インサートである。

【0026】

切削インサート１は、例えば、超硬合金等の硬質材料からなる。切削インサート１は、その外面のうち少なくとも切刃５近傍（切刃５、すくい面７及び逃げ面８）が硬質膜で被覆される。切削インサート１は、切刃５の一部が工具本体３１の先端部３１ａから突出した状態で工具本体３１に固定される。切刃５は、被削材Ｗの回転軸線Ｏの径方向を向く面、又は軸方向を向く端面に切削加工を施す。

【0027】

切刃５は、すくい面７が設けられた多角形面１０の外縁に設けられる。本実施形態の切刃５は、多角形面１０の外縁の全長に設けられる。しかしながら、切刃５は、多角形面１０の外縁のうち、少なくともコーナ部に設けられていればよい。

【0028】

切刃５は、多角形面１０のコーナ部に位置するコーナ刃５ａと、コーナ刃５ａの両端に接続して直線状に延びる一対の直線刃５ｂと、を有している。本実施形態の切刃５は、３つのコーナ刃５ａと、一対のコーナ刃５ａ同士を繋ぐ３つの直線刃５ｂと、を有する。

【0029】

すくい面７は、一方の多角形面１０の全域のうち、切刃５の近傍の領域に設けられる。すくい面７は、多角形面１０のエッジの近傍において、エッジに沿って帯状に延びる。また、すくい面７は、切刃５によって切削加工を行う際に排出される切屑が接触（擦過）する領域である。本実施形態のすくい面７は、中心線Ｊと直交する平坦面である。しかしながら、すくい面７は、切刃５から中心線Ｊ側に近づくに従い下側に傾斜する面であってもよい。すくい面７は、ブレーカ溝の一部であってもよい。

【0030】

逃げ面８は、切刃５から板厚方向に沿って下側に延びる。逃げ面８は、切刃５によって被削材Ｗを切削する際に、被削材Ｗと対向配置される。逃げ面８は、コーナ刃５ａから板厚方向に沿って延びる湾曲部８ａと、直線刃５ｂから板厚方向に沿って延びる平坦部８ｂと、を有する。湾曲部８ａは、中心線Ｊの径方向に凸となる凸曲面である。また、平坦部８ｂは、中心線Ｊと平行な平坦面である。

【0031】

湾曲部８ａは、側面１１の板厚方向の全長に設けられる。湾曲部８ａは、板厚方向全長において、コーナ刃５ａから板厚方向に離間するに従い連続的に曲率半径Ｒが大きくなる。すなわち、湾曲部８ａは、コーナ刃５ａ側に向かうに従い先細りとなる円錐面である。湾曲部８ａの上端の曲率半径は、コーナ刃５ａの曲率半径ｒと一致する。上述したように、本実施形態の逃げ面８の平坦部８ｂは、中心線Ｊと平行な面である。したがって、湾曲部８ａの先端は、切刃５から離れるに従い中心線Ｊに近づいて傾斜する。
なお、ここで湾曲部８ａの曲率半径Ｒとは、板厚方向と直交する断面における湾曲部８ａの曲率半径を意味する。

【0032】

湾曲部８ａには、摺接領域２が設けられる。摺接領域２は、湾曲部８ａの一部であって切刃５に対して板厚方向の下側に離間した一領域である。後述するように、摺接領域２は、被削材Ｗの切削面Ｗａに押し当てられることでバニシング加工を行う。摺接領域２の表面には、バニシング加工に適した被膜で被覆される。この被膜は、ＣＶＤコーティング膜等の手段で形成される。

【0033】

上述したように、湾曲部８ａの曲率半径Ｒは、コーナ刃５ａから板厚方向に離間するに従って大きくなる。また、湾曲部８ａの上端の曲率半径は、コーナ刃５ａの曲率半径ｒと一致する。したがって、摺接領域２の曲率半径Ｒは、コーナ刃５ａの曲率半径ｒより大きい。なお、本実施形態において、摺接領域２の曲率半径Ｒは、板厚方向の位置によって変化する。本実施形態において、摺接領域２の曲率半径Ｒは、板厚方向の如何なる位置においても、コーナ刃５ａの曲率半径ｒより大きい。

【0034】

次に本実施形態の切削インサート１を用いた加工方法について図３および図４を基に説明する。
本実施形態の加工方法では、円柱状の被削材Ｗの外周面に対して、切削加工とバニシング加工とを順次行う。本実施形態の切削工程およびバニシング工程は、ともに旋盤を用いて行われる。本実施形態の切削工程およびバニシング工程は、被削材Ｗを回転軸線Ｏ周りに回転させながら行われる。

【0035】

図３は、刃先交換式バイト３０を用いた切削工程を示す図である。
本実施形態の切削工程は、回転軸線Ｏの径方向外側を向く被削材Ｗの外周面を切削する。

【0036】

切削工程では、作業者は、まず、切削インサート１のすくい面７を被削材Ｗの回転方向と対向させた状態で、刃先交換式バイト３０を旋盤の刃物台（冶具）に取り付ける。
さらに、作業者は、刃物台を操作して刃先交換式バイト３０を移動させ、切刃５のコーナ刃５ａを回転軸線Ｏ周りに回転する被削材Ｗの外周面に接触させる。
さらに、作業者は、回転軸線Ｏの径方向における切刃５の位置および姿勢を変えることなく、切刃５を回転軸線Ｏの軸方向に移動させる。これにより、切刃５によって被削材Ｗの外周面の切削を行い切削面Ｗａが形成される。
作業者は、回転軸線Ｏの軸方向において十分な長さの切削面Ｗａが形成された後に、刃先交換式バイト３０を回転軸線Ｏの径方向外側に移動させる。これにより、切刃５が被削材Ｗから離間して切削工程が完了する。

【0037】

図４は、刃先交換式バイト３０を用いたバニシング工程を示す図である。
バニシング工程は、切削工程の直後に行う。より具体的には、バニシング工程は、切削工程後に、被削材Ｗの回転を停止させることなく連続的に行うことができる。

【0038】

バニシング工程では、作業者は、まず、刃先交換式バイト３０を移動させ、逃げ面８の湾曲部８ａに設けられる摺接領域２を切削面Ｗａと回転軸線Ｏの径方向に対向させる。
さらに、作業者は、刃先交換式バイト３０を回転軸線Ｏの径方向内側に移動さえ摺接領域２を切削面Ｗａに押し当ててバニシング加工を行う。

【0039】

バニシング工程において、摺接領域２が切削面Ｗａに押し当てられることで、切削面Ｗａに形成された凹凸が塑性変形する。これにより、バニシング加工後の被削材Ｗの加工面の面粗さを向上させることができる。加えて、被削材Ｗの表面に圧縮残留応力を付与して、バニシング加工後の被削材Ｗの加工面の硬度を高めることができる。

【0040】

本実施形態によれば、切刃５で切削加工を行った後に、摺接領域２において切削面Ｗａをバニシング加工することができる。このため、加工手順において、切削工程を行う工具からバニシング加工を行う工具への付け替えの必要がなく、製造時のタクトタイムを短くして製造コストを圧縮できる。

【0041】

本実施形態によれば、摺接領域２の曲率半径Ｒが、コーナ刃５ａの曲率半径ｒより大きい。摺接領域２の曲率半径Ｒを大きくすることで、バニシング加工後の加工面の面粗さを向上させることができる。本実施形態によれば、コーナ刃５ａの曲率半径Ｒに依存せずに摺接領域２の曲率半径Ｒを大きくすることができ、バニシング加工後の加工面の面粗さを向上させることができる。
一般的に、バニシング加工を行う場合、送り速度を低くすることで面粗さを向上できることが知られている。本実施形態によれば、摺接領域２の曲率半径Ｒを大きくすることで、送り速度を高くしても所望の面粗さを実現することが可能となりバニシング加工のタクトタイムを短くすることができる。

【0042】

本実施形態によれば、湾曲部８ａの曲率半径が板厚方向に沿って連続的に変化する。このため、摺接領域２の境界部に段差が設けられる場合と比較して、切削インサート１の剛性を高めて加工時に加わる応力に起因する切削インサート１の損傷を抑制できる。特に、本実施形態では、湾曲部８ａの曲率半径は、側面１１の板厚方向の全長において、板厚方向に沿って連続的に変化する。このため、切削インサート１の剛性をさらに高めることができる。

【0043】

以上に、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

【0044】

例えば、上述の実施形態では、切削インサート１が三角形板状に形成されているとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明の切削インサート１は、多角形板状であれば、矩形板状などの他の形状であってもよい。

【0045】

また、上述の実施形態の切削インサート１は、一方の多角形面１０の外縁にのみ切刃５が設けられる片面型であるため、すくい面７は、一対の多角形面１０のうち一方にのみ設けられる。しかしながら、切削インサートが、両方の多角形面の外縁に切刃を有する両面型である場合、すくい面は一対の多角形面１０の両方に設けられる。すなわち、すくい面７は、一対の多角形面１０のうち少なくとも一方に設けられる。

【0046】

また、上述の実施形態の切削インサート１は、逃げ面８を含む側面１１が中心線Ｊに平行となるように形成されたネガティブインサートであるが、これに限定されるものではない。すなわち切削インサート１は、逃げ面８が、切刃５から板厚方向において離間するに従い中心線Ｊに近づくように傾斜するポジティブインサートであってもよい。

【符号の説明】

【0047】

１…切削インサート
２…摺接領域
５…切刃
５ａ…コーナ刃
７…すくい面
８…逃げ面
８ａ…湾曲部
１０…多角形面
Ｏ…回転軸線
ｒ，Ｒ…曲率半径
Ｗ…被削材
Ｗａ…切削面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】