头部交换式切削工具的制作方法

头部交换式切削工具的制作方法
【专利摘要】刀座（1）中，在安装孔（4）形成有锥状嵌合部（4B），前端面（2B）与中心线（Ｏ）垂直。切削头（10）中，锥状的安装部（12）从与刃部（11）的中心线（Ｏ）垂直的后端面（11C）突出。切削头（10）与刀座（1）被安装为由内外螺纹部（3E、13）螺合而安装部（12）与嵌合部（4B）嵌合且前端面（2B）与后端面（11C）抵接，嵌合前的嵌合部（4B）的内径d与刀座（1）前端部的外径D1的内外径之比d/D1为0.5～0.8，相对于外径D1，嵌合后的刀座（1）前端部的外径D2与外径D1之差D2-D1所成的外径扩大率（D2-D1）/D1×100（%）在0.022×d/D1-0.003（%）～0.33×d/D1-0.06（%）的范围内。
【专利说明】头部交换式切削工具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有刃部的交换式切削头以能够装卸的方式装配于头部交换式切削工具用刀座的头部交换式切削工具。
【背景技术】
[0002]作为这种头部交换式切削工具，专利文献I中记载有如下头部交换式立铣刀，即在以装卸自如的方式将刃部固定于主体的立铣刀中，该刃部的一端具有围绕轴心设置的切削刃部且在另一端具有锥形轴部，该锥形轴部的端部直径小于刃部的刀刃直径，其锥度为1/50以下，将该刃部与该主体锥嵌合固定，该主体包括接头部和刀柄部，该接头部由使用了平均粒径为3微米以上的WC的硬质合金形成，并且构成朝向刀柄侧以5度以下的梯度增大的锥度。
[0003]另外，该专利文献I中还记载有刃部为超细颗粒硬质合金制，并且刀柄部为相当于JISK30的硬质合金，而且还记载有:刃部在切削刃部与锥形轴部之间具备最大直径与主体前端的直径相等的中间部，刃部和主体通过使刃部的圆角与主体前端的端面相对于工具轴以大致直角突接，从而即使固定用锥形轴部的直径较小，也能够在该突接面充分传导切削转矩。
[0004]专利文献1:日本特开2001-252814号公报
[0005]然而，该专利文献I中记载的头部交换式切削工具中，刃部仅将其锥形轴部压入到接头部的锥形孔部来进行锥嵌合，并不具有键等旋转限制部，因此，由锥形轴部与锥形孔部，以及刃部的圆角(突接面)与主体前端的端面之间的摩擦力阻止切削时作用于刃部的切削转矩。然而，形成这些刃部和主体(接头部)的硬质合金彼此的摩擦系数较低，例如以螺旋刃进行负载较高的切削时切削头会脱出，或者即使不脱出，也有可能因端面的压力减小而使切削头空转。
[0006]另一方面，为了抵抗这种负载较高的切削时的切削转矩，需要以较高的压力将锥形轴部压入到锥形孔部来提高锥形轴部与锥形孔部的接触压力，但是若如此以较高的压力将锥形轴部压入到锥形孔部，则在锥形孔部的内周面沿圆周方向有较高的拉伸应力发挥作用，因此，若形成有锥形孔部的接头部为如上所述的脆性材料的硬质合金，则即使其为WC的平均粒径为3 μ m以上的刃性较高的接头部，也可能产生破损。

【发明内容】

[0007]本发明是在这种背景下提出的，其目的在于提供一种即使切削头与刀座相互嵌合的部分彼此为如上所述摩擦系数较低的硬质合金，也不会在刀座产生损伤，并能够针对负载较高的切削可靠地保持切削头的头部交换式切削工具。
[0008]本发明的头部交换式切削工具具备:具有刃部的切削头；以及具有圆筒状前端部且上述切削头以能够装卸的方式装配于在该前端部形成的安装孔的刀座，其中，
[0009]在上述安装孔形成有随着朝向该安装孔的开口部侧而内径逐渐变大的呈锥状的嵌合部，并且上述刀座的前端面的上述开口部的周缘与上述安装孔的中心线垂直，该刀座的至少上述前端面和上述嵌合部由硬质合金形成，
[0010]在上述切削头上，与上述嵌合部嵌合的呈锥状的安装部形成为从上述刃部的后端面突出且与上述中心线成为同轴，并且上述刃部的后端面与上述中心线垂直，上述切削头的至少上述安装部和上述刃部的后端面由硬质合金形成，
[0011]上述切削头与上述刀座被安装为，通过以上述中心线为中心而分别设置的内外螺纹部彼此螺合，上述安装部与嵌合部嵌合并且上述前端面与后端面抵接，
[0012]在上述安装部与嵌合部嵌合前的状态下，上述安装孔开口部侧的上述嵌合部的内径d相对于上述刀座的前端部的外径Dl所成的内外径之比d/Dl在0.5?0.8的范围内，
[0013]相对于该安装部与嵌合部嵌合前的状态下的上述刀座前端部的外径D1，在由上述安装部与嵌合部嵌合而上述切削头被安装于上述刀座的状态下的上述刀座前端部的外径D2与上述外径Dl之差D2-D1所成的外径扩大率(D2-D1)/Dl X 100 (%)相对于上述内外径之比 d/Dl 在 0.022X d/Dl-0.003 (%)?0.33X d/Dl-0.06 (%)的范围内。
[0014]如此构成的头部交换式切削工具中，切削头与刀座通过如下所谓的两面限制被安装，即如上所述通过上述内外螺纹部的螺合，彼此呈锥状的安装部与嵌合部进行锥嵌合，并且刀座前端面与刃部后端面被抵接。并且，此时，安装部通过该内外螺纹部的螺合引入安装孔内，从而通过楔效应，能够在嵌合部的内周面与安装部的外周面之间确保较大的接触压力，因此，即使这些切削头与刀座彼此为摩擦系数较小的硬质合金，也会为了能够抵抗高负载的切削而产生充分的摩擦力。
[0015]另一方面，在通过内外螺纹部被旋入一定量而安装部与嵌合部如此嵌合之后，若刀座的前端面与刃部的后端面抵接，则安装部不会引入更多，因此，即使在交换切削头时或切削阻力作用于内外螺纹部的旋入方向时，也不会产生过于紧固的情况，能够避免过大的应力作用于刀座的情况。另外，当切削头与刀座的温度通过由切削产生的发热而上升的情况下，刀座的热膨胀系数大于切削头时，刀座的膨胀量变大而由锥嵌合产生的保持力变小，但是不会产生如上所述的由切削阻力引起的内外螺纹部过于紧固的情况，因此，也不会产生因过于紧固而在切削结束后切削头以及刀座被冷却时，由于锥嵌合变得过强而使切削头无法脱节的状况。
[0016]而且，通过刀座的前端面与刃部的后端面如此抵接，在这些前后端面也能够阻止切削转矩和力矩，从而能够实现切削头的安装刚性和安装强度的提高，并且在该前端面之间也能够将切削时产生于切削头的热量传递到刀座侧，从而能够抑制刃部的温度上升。另夕卜，切削头的上述中心线方向的安装位置稳定，因此，只要在制造切削头时对从刃部的后端面至刀尖为止的长度进行管理，就能够在交换切削头时不从机床上卸下刀座而仅通过在设备上只交换切削头来正确把握刀尖位置。
[0017]而且，还由于在安装部与嵌合部嵌合前的状态下，刀座的安装孔开口部侧的嵌合部的内径d相对于形成有该安装孔的刀座前端部的外径Dl所成的内外径之比d/Dl在0.5?0.8的范围内，并且在安装部与嵌合部嵌合前后，刀座前端部的外径所扩大的外径扩大率(D2-D1) /DlX 100 (%)相对于上述内外径之比d/Dl在0.022X d/Dl-0.003 (%)?0.33Xd/Dl-0.06 (%)的范围内，因此能够对该刀座的前端部赋予所需的厚度的同时可靠地确保如上所述的接触压力，并且在能够得到所需的接触压力的范围内能够充分抑制嵌合前后的变形而防止刀座的破损。而且，针对在已嵌合的状态下很难测定应力本身，并且对于过盈量也很难高精度地测定嵌合部的内径的情况，在本发明中，以在已嵌合的状态下也能够进行高精度测定的刀座前端部的外径D2为基础的上述外径扩大率为上述范围，因此能够更可靠地得到所期望的接触压力。
[0018]S卩，若在嵌合前的状态下的刀座的安装孔开口部侧的嵌合部的内径d同样相对于在嵌合前的刀座前端部的外径Dl所成的内外径之比d/Dl大到超过约0.8，则无法在该刀座前端部的外周面与安装孔的内周面之间确保充分的厚度，并且因刀座前端部的厚度变小而直径易变大，接触压力降低，因此有可能无法抵抗作用于高负载切削时的切削转矩。
[0019]另一方面，若该内外径之比d/Dl小到小于约0.5，则刀座前端部的厚度变厚而强度也提高，并且直径很难变大，因此接触压力增大，但由于嵌合部与安装部的接触半径变小，因此依旧有可能无法抵抗高负载切削时的切削转矩而保持切削头。
[0020]另外，若相对于该内外径之比d/Dl的嵌合前后的刀座前端部的外径扩大率(D2-DD/D1X100 (%)大到超过约0.33Xd/Dl_0.06 (%)，则刀座超过形成刀座的硬质合金的拉伸强度而刀座的前端部直径变大，从而作用有过大的拉伸应力，由此有可能导致该刀座的前端部破损，另一方面，若该外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)相对于上述内外径之比d/Dl小到小于约0.022Xd/Dl-0.003 (%)，则有可能产生无法在嵌合部与安装部之间产生充分的接触压力而使得切削头的保持不稳定。
[0021]而且，形成上述刀座的至少上述前端面和上述嵌合部的硬质合金为WC的平均粒度为I?5 μ m的比较粗粒的WC-Co系硬质合金，以Co为主成分的结合相量为8?20wt%，由此能够提高断裂韧性而防止由切削中的冲击等引起的破损，并且提高导热率而迅速发散切削时产生于切削头的切削热量。
[0022]S卩，如用于自刃部至刀柄部一体形成的通常的整体式立铣刀的WC的平均粒度小于I μ m的超细颗粒硬质合金的硬度虽高，但断裂韧性值较低，因此，若在切削时等中尤其作用有冲击性加重，则有可能因制造刀座时无法避免的磨削的痕迹和微小的裂纹成为起点而产生破损。其中，当WC的平均粒度大于5 μ m时，断裂韧性虽提高但硬度降低，因此有可能因嵌合部的耐久性受损而使得切削头的安装在早期就变得不稳定。
[0023]另外，如此在WC的平均粒度为I?5μπι的WC-Co系硬质合金中，若以Co为主成分的结合相量为8wt%以上，则拉伸强度成为约1.5GPa以上，因此在重切削的情况下也能够在刀座确保充分的刚性和强度。但是，该结合相量越多越能提高断裂韧性，但拉伸弹性模量降低，因此该结合相量为20wt%以下。
[0024]另外，若上述刀座的上述嵌合部的上述安装孔的内周面在与切削头的安装部外周面的接触时产生偏离等，则无法如上所述通过楔效应而确保较大的接触压力。而且，有可能无法将切削头正确地沿刀座的安装孔中心线进行同轴配置。因此，优选Jis B0601:2001(IS042887:1997)所规定的最大高度粗糙度Rz为3.2 μ m以下的比较光滑的表面粗糙度。
[0025]另一方面，为了防止与切削头的刃部后端面抵接之后由内外螺纹部进一步被旋入而产生如上所述的过于紧固的情况，刀座前端面的安装孔开口部周缘优选其最大高度粗糙度Rz为上述安装孔的内周面的最大高度粗糙度以上而增大摩擦系数，以使在抵接之后欲旋入时产生较大的摩擦阻力。
[0026]但是，若该安装孔开口部周缘的表面粗糙度过大，也有可能在与切削头的刃部后端面的抵接中产生偏离而失掉稳定的保持性，因此优选最大高度粗糙度Rz为6.3 μ m以下。
[0027]而且，若通过将切削头的安装部设置为中空状，并在其内部容纳由硬度比形成该切削头的上述安装部的硬质合金低的金属材料形成的部件，从而使切削头的安装部锥嵌合于刀座安装孔的嵌合部，则刀座前端部的直径变大并且安装部从径向外周侧被推压而内外径均变小，随此，上述部件也从径向外周侧被推压，相反，通过其反力而从内周侧推压安装部。即，安装部从其内外周受到推压力而牢固地夹紧于安装孔，因此，能够使刀座前端部的外径扩大率(D2-D1) /Dl (%)如上所述为较小而抑制拉伸应力且可靠地保持切削头。
[0028]另外，如此在切削头的安装部内部容纳硬度低于硬质合金的部件时，在该部件形成上述内外螺纹部中切削头侧的螺纹部，由此与在由脆性材料的硬质合金形成的切削头安装部直接形成螺纹部的情况相比，能够防止螺纹牙的裂纹的产生，并且无需为了防止裂纹而对螺纹牙要求例如特殊的形状，因此还能够防止成本上升。这对位于刀座侧的螺纹部也相同，即只要在安装孔的例如比嵌合部更靠孔内的一侧容纳硬度低于硬质合金的部件而形成与头部侧螺纹部螺合的刀座侧螺纹部，就同样能够防止成本上升并且防止螺纹牙的裂纹。
[0029]另一方面，优选呈锥状的上述嵌合部与上述安装部的锥度为小于1/10，而为所谓自动保持型(Self-holding)的锥状。即，在由例如专利文献I中记载的立铣刀进行的切削加工中，切削刃的螺旋角较大时，切削头有时会向中心线方向被拉伸，但若为锥度较大的自动脱离型(Self-releasing)的锥状时，即使通过锥度的接触压力，也会产生切削头从该锥状嵌合部被推出的方向的力，因此内外螺纹部中作用有由切削产生的力和来自锥度的力的合力，为了抵抗该力而保持切削头，必须在紧固内外螺纹部时拧得很紧，其结果，在硬质合金制刀座的前端部作用有过度的应力。
[0030]然而，与此相对，在如上所述设为较小的锥度的自动保持型的锥状中，与上述相反，成为以来自锥度的力与切削头和刀座的内外螺纹部的紧固力的合力来抵抗切削力，因此无需使紧固力本身过大，也能够可靠地确保切削头。因此，能够可靠地减轻作用于刀座前端部的拉伸应力，并能够更有效地防止破损的产生。
[0031]如以上说明，根据本发明，即使切削头与刀座的至少相互嵌合的部分彼此为硬质合金，也能够防止因必要以上的拉伸应力作用于刀座的前端部而产生破损等情况，并且针对负载较高的切削也能够可靠地保持切削头而确保较高的安装刚性和安装强度，能够进行稳定且高精度、高效率的切削加工。
【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1是表示本发明的头部交换式切削工具的一实施方式的侧视剖面图。
[0033]图2是表示图1所示的实施方式的刀座的侧视剖面图。
[0034]图3中，(a)是表示图2所示的刀座的刀座主体的侧视剖面图，(b)是(a)中的ZZ首1J视图。
[0035]图4中，(a)是表示图1所示的实施方式的连结部件的图，是进行塑性变形之前的原材料的立体图，(b)是使(a)的原材料塑性变形而形成安装螺纹部之后的连结部件的立体图(即为将容纳于刀座的安装孔而一体化的连结部件看作单体的图)。
[0036]图5是对图1所示的实施方式中使连结部件塑性变形的情况进行说明的图。[0037]图6中，(a)是相当于表示图1所示的实施方式的变形例的刀座主体的图2 (a)中的ZZ剖视图的图，(b)是使连结部件塑性变形之前的原材料的立体图，(C)是使(b)的原材料塑性变形而形成安装螺纹部之后的连结部件的立体图(即为将容纳于刀座的安装孔而一体化的连结部件看作单体的图)。
[0038]图7是表示当刀座主体前端部的外径Dl为10mm、设计应力为IOOMPa时的内外径之比d/Dl与容许转矩T之间的关系的图。
[0039]图8是表示当刀座主体前端部的外径Dl为20mm、设计应力为IOOMPa时的内外径之比d/Dl与容许转矩T之间的关系的图。
[0040]图9是表示当刀座主体前端部的外径Dl为10mm、设计应力为1.5GPa时的内外径之比d/Dl与容许转矩T之间的关系的图。
[0041]图10是表示当刀座主体前端部的外径Dl为20mm、设计应力为IOOMPa时的内外径之比d/Dl与容许转矩T之间的关系的图。
[0042]图11是表示当刀座主体前端部的外径Dl为10mm、设计应力为IOOMPa时的内外径之比d/Dl与外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)之间的关系的图。
[0043]图12是表示当刀座主体前端部的外径Dl为20mm、设计应力为IOOMPa时的内外径之比d/Dl与外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)之间的关系的图。
[0044]图13是表示当刀座主体前端部的外径Dl为10mm、设计应力为1.5GPa时的内外径之比d/Dl与外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)之间的关系的图。
[0045]图14是表示当刀座主体前端部的外径Dl为20mm、设计应力为1.5GPa时的内外径之比d/Dl与外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0046]图1是表不本发明的头部交换式切削工具的一实施方式的图，图2是表不该实施方式的头部交换式切削工具的刀座I的图，图3至图5是对制造该刀座I的工序进行说明的图。本实施方式的头部交换式切削工具将本发明适用于头部交换式立铣刀。
[0047]本实施方式的头部交换式切削工具中的刀座I由刀座主体2和连结部件3构成。刀座主体2由硬质合金形成，尤其在本实施方式中为WC的平均粒度为I?5 μ m的WC-Co系硬质合金，其由以Co为主成分的结合相量被设为8?20wt%的硬质合金形成。另一方面，连结部件3由比形成刀座主体2的硬质合金的硬度低，但韧性高的不锈钢和模具钢等钢材形成。
[0048]刀座主体2的外形呈以中心线O为中心的大致圆柱状，其中，其前端侧(图1、图2、图3 Ca)以及图5中左侧)部分为呈外径相对于后端侧(图1、图2、图3 Ca)以及图5中右侦D的刀柄部稍微更小的圆筒面状的颈部2A，该颈部2A的外径成为刀座I的前端部的外径。另外，在该刀座主体2的前端面2B，以向后端侧凹进的方式以中心线O为中心形成有安装孔4，并且沿中心线O形成有直径小于安装孔4的贯穿孔5，以从刀座主体2的后端面2C向该安装孔4的孔底连通。
[0049]在安装孔4中从前端侧向后端侧依次形成有倒角部4A、嵌合部4B、退刀部4C、卡合部4D以及凹座4E。倒角部4A形成于与前端面2B的交叉棱线部，嵌合部4B从倒角部4A向后端侧延伸。退刀部4C的内径为仅稍微大于嵌合部4B的后端侧的内径，卡合部4D的内径为比退刀部4C和嵌合部4B的后端侧的内径更小。凹座4E为与中心线C正交的截面比该卡合部4D更小，上述贯穿孔5在朝向凹座4E的前端侧的底面开口。
[0050]在此，除上述凹座4E之外的安装孔4的倒角部4A、嵌合部4B、退刀部4C以及卡合部4D与贯穿孔5为与中心线O正交的截面呈以该中心线O为中心的圆形。其中，退刀部4C以及卡合部4D和贯穿孔5具有其内径分别沿中心线O方向呈一定的圆筒面状的内周面。因此，在退刀部4C与卡合部4D之间形成有在该卡合部4D的开口部周围朝向前端侧的圆环状壁部4F。
[0051]与此相对，本实施方式中不仅是上述倒角部4A，连嵌合部4B也成锥状，该锥状呈其内周面以中心线O为中心而内径随着朝向安装孔4的开口部侧逐渐变大的凹圆锥面。在此，成锥状的嵌合部4B的锥度小于倒角部4A的锥度，本实施方式中为1/10以下，作为嵌合部4B的内周面在沿中心线O的截面中相对于该中心线O所成的倾斜角度置为约3°以下的一定角度。另外，优选该倾斜角度在1°?3°的范围内，具体而言，本实施方式中，锥度为1/14，作为上述倾斜角度为2°。因此，虽然刀座I的前端部呈圆筒状，但由于嵌合部4B为锥状，因此无法成为严密的圆筒，这对刀座I前端部的外周面也相同，即，为随着上述颈部2A朝向前端侧而逐渐缩径的锥形颈部即可。
[0052]另一方面，在安装孔4的上述卡合部4D的内周面形成有凹部。该凹部可以为，在烧结形成由如上所述的硬质合金形成的刀座主体2之后，通过机械加工等形成围绕中心线O的环状槽、沿中心线O方向的直线槽，或者螺旋槽、散布的凹坑等，从而由朝向安装孔4的孔底侧的壁部与朝向围绕上述中心线O的周方向的壁部的至少其中之一所形成的凹部。本实施方式中，通过调整如此对刀座主体2进行压粉成型而烧结时的条件等，卡合部4D内周面的表面粗糙度为JIS B0601:2001 (IS042887:1997)所规定的最大高度粗糙度Rz为5μπι以上200 μ m以下的凹凸面，将该凹凸面作为上述凹部。
[0053]S卩，由这种硬质合金形成的刀座主体2通过如下制造:利用冲压成型模具压缩WC和Co等原料粉末来成型压坯，对其进行加热、烧结，并根据需要实施研磨等精加工。在此，在成型该压坯时，通过对上述卡合部4D的内周面进行烧结后对其进行加工以便成为如上所述的表面粗糙度，或对烧结时的加热温度和时间进行调整，或通过烧结后的研磨对表面粗糙度进行调整，或者相反，通过省略卡合部4D的内周面的研磨而保持烧结表面等，能够使该卡合部4D的内周面成为如上所述的表面粗糙度。
[0054]当然，也可以通过这些方法的其中之一来调整卡合部4D内周面的表面粗糙度，或者还可以通过适当组合2种以上的方法来进行调整。而且，当如此调整了卡合部4D内周面的表面粗糙度的基础上形成如上所述的槽或凹坑，或者又形成例如沿中心线O方向的直线槽的情况等中，在成型压坯时也可以利用冲压成型模具成型槽。
[0055]与此相对，上述嵌合部4B内周面的表面粗糙度为比卡合部4D光滑，并相同地为JIS B0601:2001 (IS042887:1997)所规定的最大高度粗糙度Rz为3.2μπι以下的粗糙度。相对于通过如上所述的方法对卡合部4D的表面粗糙度进行调整，还能够通过实施研磨等而得到这种嵌合部4Β的表面粗糙度。
[0056]另外，安装孔4开口的刀座主体2的前端面2Β的表面粗糙度为最大高度粗糙度Rz成为6.3μπι以下，但是，比嵌合部4Β内周面的表面粗糙度粗糙。另外，这些最大高度粗糙度Rz为在基准长度:0.8mm、截止值λ s=0.0025mm、λ c=0.8mm的评价条件下测定的结果。并且，该前端面2B形成为相对于刀座主体2的中心线O即安装孔4的中心线O垂直的圆环状的平坦面。
[0057]另一方面，位于安装孔4的最内部的凹座4E形成为，与其中心线O正交的截面在本实施方式中如图2 (b)所示呈在相对于中心线O的直径方向具有长轴的椭圆状，并保持着该椭圆状的一定截面而向中心线O方向延伸。因此，在隔着该长轴的两侧，以与中心线O平行且相互之间也平行地延伸的方式形成有在与中心线O正交的截面上呈直线状的一对壁面4G。
[0058]另外，安装孔4的各部的中心线O方向的长度中，在本实施方式中卡合部4D为最长，其次为嵌合部4B较长。接着，凹座4E为较长，退刀部4C的长度次之，倒角部4A为最短。其中，可以不形成倒角部4A。
[0059]连结部件3容纳于如此构成的刀座主体2的安装孔4内。如图4 (b)所示，该连结部件3为外形呈以中心线O为中心的多级的大致圆筒状，从前端侧(图4中下侧)向后端侦仪图4中上侧)以外径阶段性变小的方式依次一体形成有容纳于安装孔4的退刀部4C的凸肩部3A、容纳于卡合部4D的被卡合部3B，以及容纳于凹座4E的止转部3C。
[0060]其中，凸肩部3A具有大于安装孔4的卡合部4D的内径且稍微小于退刀部4C的内径和嵌合部4B的后端侧的内径的外径，其中心线O方向的长度也稍微小于退刀部4C，在连结部件3被安装于刀座主体2的安装状态下，从前端侧抵接于安装孔4的上述壁部4F。另夕卜，止转部3C中，与中心线O正交的截面呈能够与安装孔4的凹座4E卡合的形状和大小的椭圆状，因此在隔着该椭圆的长轴的两侧以与中心线O平行且相互之间也平行延伸的方式形成有在与中心线O正交的截面呈直线状的一对侧面3D，在上述安装状态下与凹座4E的上述壁面4G隔开间隔对置。
[0061]而且，连结部件3的内周部沿中心线O被贯穿，其中在前端侧形成有内螺纹部3E而作为本实施方式中的安装螺纹部。该内螺纹部3E具有比贯穿于连结部件3的内周部后端侧的上述止转部3C的贯穿孔部3F大的内径，在上述安装状态下从连结部件3的前端侧延设至比被卡合部3B的后端更靠前端侧的例如大致超过上述卡合部4D的中心线O方向的长度的1/2的部分。另外，被卡合部3B的中心线O方向的长度稍微小于卡合部4D的中心线O方向的长度,在上述安装状态下,在该被卡合部3B的后端突出的上述止转部3C脱出卡合部4D而容纳于上述凹座4E。
[0062]另外，在上述安装状态下，上述被卡合部3B以其外周面紧贴于卡合部4D的内周面而嵌入于上述凹部的方式卡合。即，该凹部为如上所述的表面粗糙度的凹凸面的本实施方式中，被卡合部3B的外周面为与该凹凸面相仿的凸凹面而紧贴于卡合部4D的内周面，并卡合于该凹部。其中，该被卡合部3B的外周面可以不通过使卡合部4D的内周面所成的凹凸面依原样颠倒而全面地紧贴于上述凹部，只要连结部件3的安装强度被确保，外周面也可以嵌入至凹部的深度中途而卡合。
[0063]如此为了使连结部件3的被卡合部3B外周面紧贴于安装孔4的卡合部4D内周面而使其卡合于凹部，由上述不锈钢等形成被卡合部3B的外径稍微小于卡合部4D的内径的如图4 Ca)所示的连结部件3的多级圆筒状的原材料6，并如图5所示容纳于安装孔4内。并且，以将具有比该原材料6的内径稍微大的外径的压入部件(冲头)7压入该原材料6的内周部而使原材料6的直径变大的方式塑性变形，由此将被卡合部3B的外周面推压到卡合部4D的内周面而嵌入于凹部(凹凸面)即可。
[0064]在此，关于上述原材料6，对于图4 Ca)以及图5中带括号表示的连结部件3的各部，在中心线O方向的长度大致相等，并且对于凸肩部3A和止转部3C，其外径、截面形状以及大小也相等。但是，该原材料6的内周部未形成内螺纹部3E，在中心线O方向上位于内周部前端侧的上述凸肩部3A的部分为直径稍微大于贯穿于比其更靠后端侧的止转部3C的压入孔部6A的阶梯孔，该压入孔部6A为比塑性变形后被卡合部3B卡合于卡合部4D的状态下的连结部件3的贯穿孔部3F的内径稍微小例如0.2mm?1.0mm左右的一定的内径。另夕卜，原材料6中的被卡合部3B部分的外径为比安装孔4的卡合部4D的内径小例如0.1mm?0.5mmο
[0065]另外，压入部件7由比形成连结部件3以及原材料6的上述不锈钢等更硬质的材料形成，并形成为正交于与中心线O同轴配置的压入轴线X的截面呈圆形的轴状。该压入部件7压入于原材料6的一侧(图5中右侧)的突端部7A形成为炮弹状，在该突端部7A的后端具有大径部7B，且形成为经由随着从该大径部7B朝向压入部件7的基端侧(图5中左侦D外径稍微缩径的锥部7C而到达装配于未图示的压入装置的基端部7D。另外，上述大径部7B与成为锥部7C后端侧的小径的部分的外径之差为例如20 μ m?200 μ m左右。
[0066]并且，上述大径部7B的外径为大于原材料6中的压入孔部6A的内径。在此，该大径部7B的外径与压入孔部6A的内径之差为将压入部件7压入于压入孔部6A时原材料6超过弹性变形的范围而发生塑性变形的大小以上。其中，若该直径之差过大，则原材料6的直径变大为必要之上而有可能在刀座主体2上产生破裂，因此考虑这种情况而设定该直径之差的上限值，且为与上述压入孔部6A和上述贯穿孔部3F的内径差大致相等的例如0.2mm?1.0mm左右的大小。
[0067]因此，如图5所示，将原材料6容纳于安装孔4而固定刀座主体2，并且如上所述，将压入部件7的压入轴线X与中心线O同轴配置，通过上述压入装置如图5中箭头线所示将压入部件7插入原材料6的内周部。如此，首先压入部件7的突端部7A与压入孔部6A的开口部抵接而原材料6被推入到刀座主体2的后端侧，凸肩部3A部分与安装孔4的上述壁部4F抵接，并且止转部3C部分容纳于凹座4E，从而原材料6的中心线O方向的移动受到限制。
[0068]接着，若使压入部件7进一步前进而逐渐压入于压入孔部6A中，则原材料6的被卡合部3B部分通过大径部7B而以直径变大的方式发生塑性变形，由此该被卡合部3B部分的外周面以紧贴于卡合部4D的内周面而嵌入于上述凹部的方式被推压，并卡合于该凹部。因此，例如大径部7B到达被卡合部3B部分的后端时，若使压入部件7后退而从压入孔部6A拔出，则原材料6安装于安装孔4而与刀座主体2牢固地一体化，并且压入孔部6A的直径变大而形成上述贯穿孔部3F，因此，此后在该贯穿孔部3F的前端侧形成以中心线O为中心的预定内径的螺纹底孔3G和内螺纹部3E，由此能够得到上述结构的头部交换式切削工具用刀座I。另外，只要不存在压入部件7干涉刀座主体2的可能，大径部7B就可以压入直至从压入孔部6A的后端脱出。
[0069]如此构成的头部交换式切削工具用刀座I通过在其前端部如图1所示连结交换式切削头10而被安装，由此构成为本实施方式的头部交换式切削工具，刀座主体2后端侧的上述刀柄部装配于机床上而被使用于工件的切削加工中。该切削头10在前端部具有刃部11，并且在该刃部11的后端侧形成有安装于刀座主体2的安装孔4的安装部12，而且在其后端侧以中心线O为中心设置有作为头部侧螺纹部的外螺纹部13，该外螺纹部螺合于作为连结部件3的安装螺纹部的上述内螺纹部3E。
[0070]在此，为头部交换式立铣刀的本实施方式的头部交换式切削工具中，在刃部11的前端侧部分以使刀座主体2的中心线O为中心的方式形成有多个切削刃11A，尤其，形成于刃部11的外周侧的切削刃IlA形成为，随着从前端侧朝向后端侧，向后述的切削加工时的头部交换式切削工具的旋转方向的后侧扭曲。另外，在刃部11的后端部外周形成有旋转部11B，该旋转部在装卸交换式切削头10时，通过扳手等作业用工具卡合而被旋转，该旋转部IlB为相对于中心线O平行且相互平行的至少一对平行面，并以切开圆筒状的刃部11后端部的方式形成。
[0071]另外，上述旋转部IlB与刃部11的后端面IlC隔开间隔形成，由此，在这些旋转部IlB与后端面IlC之间形成有以中心线O为中心并向径向外侧突出的凸缘部11D。另外，后端面IlC为其外径与刀座主体2的前端面2B大致相等，且为如与中心线O垂直的圆环状的平坦面。
[0072]而且，安装部12嵌合于安装孔4的嵌合部4B而被安装，该嵌合部4B的内周面为随着朝向安装孔4的开口部侧而内径逐渐变大的锥状，与此相对，安装部12也以随着朝向该安装部12的基端侧(交换式切削头10的前端侧。图1中左侧)而呈与嵌合部4B相等的锥度(倾斜角度)以及比嵌合部4B的内径仅稍微大的外径的方式为该外径逐渐变大的以中心线O为中心的圆锥台状的锥状。
[0073]并且，该安装部12和刃部11的后端面IlC由刀座I的刀座主体2相同的硬质合金形成，尤其在本实施方式中刃部11的整体与安装部12由硬质合金一体形成。另外，安装部12的外周面的表面粗糙度与嵌合部4B的内周面相同地为JIS B0601:2001 (IS042887:1997)所规定的最大高度粗糙度Rz为3.2 μ m以下的粗糙度，并且该安装部12突出的刃部11的后端面IlC与刀座主体2的前端面2B相同地为最大高度粗糙度Rz为6.3 μ m以下的粗糙度，但是比安装部12的外周面的表面粗糙度粗糙。
[0074]另外，形成该切削头10的刃部11以及安装部12的硬质合金可以是与形成刀座主体2的硬质合金相同的，WC的平均粒度为I?5μπι，以Co为主成分的结合相量为8?20wt%的WC-Co系硬质合金。但是也可以为与刀座主体2不同的硬质合金，例如若为WC的平均粒度小于I μ m的超细颗粒硬质合金，则能够提高刃部11的耐磨损性而延长工具寿命。
[0075]另一方面，作为头部侧螺纹部的外螺纹部13可以通过硬质合金与刃部11以及安装部12 —体形成。然而，若考虑螺纹牙的裂纹和外螺纹部13的易形成性，则优选与上述连结部件3相同地由与形成刃部11以及安装部12的硬质合金相比硬度低的金属材料，例如韧性比硬质合金高的不锈钢或模具钢等钢材形成。
[0076]因此，如此为了安装由与刃部11以及安装部12不同的材质形成的外螺纹部13，可与上述刀座I中在刀座主体2上安装连结部件3的情况相同地，如上所述在由硬质合金一体形成的刃部11以及安装部12中至少形成使安装部12为中空状并在内周面具有凹部的头部侧安装孔，将作为形成有外螺纹部13的由不锈钢等形成的头部侧连结部件的外螺纹部件容纳于该头部侧安装孔内，并将其外周面紧贴于头部侧安装孔内周面而与上述凹部卡
口 ο[0077]更具体而言，本实施方式中在刃部11以及安装部12以沿中心线O的方式形成有上述头部侧安装孔，在其内周面形成由最大高度粗糙度Rz为5 μ m以上200 μ m以下的凹凸面形成的凹部，或者朝向头部侧安装孔的孔底侧(切削头10的前端侧)的壁部以及朝向围绕中心线O的周方向的例如沿中心线O方向延伸的平面状的壁部中的至少其中之一所形成的凹部。另一方面，外螺纹部件形成为圆筒状，该圆筒状具有容纳于头部侧安装孔的部分的内径小于形成有外螺纹部13的部分的内径的内周部。
[0078]并且，只要对该外螺纹部件，在将其内径为小径的部分容纳于头部侧安装孔而限制向孔底方向的移动的基础上，与在刀座I中将压入部件7压入到连结部件3的原材料6的情况相同地，将压入部件(冲头)压入到其内周部而使外螺纹部件塑性变形，由此以使该小径的部分的外周面紧贴于头部侧安装孔的内周面而嵌入于其凹部的方式进行卡合，就能够得到如上所述刃部11以及安装部12为硬质合金且外螺纹部13的硬度比其低的交换式切削头10。
[0079]另外，依旧与上述刀座I相同地，压入前的外螺纹部件的内径成为小径的部分比压入后的同一部分的内径以及压入部件的大径部的外径小0.2mm?1.0mm左右，并且压入前的外螺纹部件的该内径为小径部分的外径为比形成有头部侧安装孔的凹部的部分的内径小例如0.1mm?0.5mm左右，而且压入部件的大径部与其后端侧的小径的部分的外径之差为例如20μπι?200μπι左右。另外，外螺纹部13可形成于压入后的外螺纹部件的内径成为大径的部分的外周，但是若该大径部分的内径大于压入部件的大径部，则该大径部分不会塑性变形，因此也可以预先形成外螺纹部13之后进行压入。
[0080]如此构成的交换式切削头10在上述刀座I中使上述外螺纹部13螺合于内螺纹部3Ε而旋入，安装部12滑接于安装孔4的嵌合部4Β之后，作业用工具卡合于上述旋转部IlB而旋转。由此，锥状的安装部12紧贴于同样为锥状嵌合部4Β而进行推压，由此刀座主体2的前端部的上述颈部2Α稍微弹性变形而其外径扩大，同时进一步旋入而使安装部12嵌合于嵌合部4Β，刃部11的后端面IlC抵接于刀座主体2的前端面2Β而紧贴时，切削头10在中心线O方向受到限制，并被连结而安装。
[0081]而且，作为如此构成的立铣刀的本实施方式的头部交换式切削工具中，如上所述，刀座I中的刀座主体2后端部的刀柄部装配于机床，绕中心线O旋转的同时向与该中心线O交叉的方向送出，并通过切削头10中的刃部11的切削刃IlA对工件进行切削加工。在此，上述内外螺纹部3Ε、13的旋入方向为相对于该切削加工时的头部交换式切削工具的旋转方向为相反的方向。
[0082]而且，如上所述，安装部12嵌合于嵌合部4Β，并且刃部11的后端面IlC抵接于刀座主体2的前端面2Β而使切削头10在中心线O方向受到限制，由此在切削头10安装于刀座I的状态下，就稍微扩大的刀座I前端部的上述颈部2Α的外径D2而言，自安装部12嵌合于嵌合部4Β之前的切削头10从刀座I被卸下的状态下的该颈部2Α的外径Dl扩大的量D2-D1相对于外径Dl的外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)，相对于同样在嵌合前的安装孔4的开口部侧的嵌合部4B的内径d相对于该外径Dl所成的刀座I的前端部的内外径之比d/Dl，在 0.022X d/Dl-0.003 (%)?0.33X d/Dl-0.06 (%)的范围内。
[0083]并且，该安装部12与嵌合部4B在嵌合前的状态下，安装孔4的开口部侧的嵌合部4B的内径d相对于刀座I前端部的颈部2A的外径Dl所成的内外径之比d/Dl本身在0.5?0.8的范围内。另外，就该安装孔4的开口部侧的嵌合部4B的内径d而言，如本实施方式所示，在安装孔4的开口部形成有倒角部4A的情况下，设为假设未形成有该倒角部4A时的嵌合部4B与刀座主体2的前端面2B的交叉棱线所成的圆的直径，并且安装部12的嵌合前后的外径D1、D2为刀座I的前端的外径，在刀座I的前端部外周实施倒角的情况下，依旧设为假设未实施倒角时的外径。而且，如上所述，刀座I的前端部可以不为严密的圆筒，例如颈部2A可以为上述锥形颈部，该情况下实施倒角时，锥形颈部的延长面与前端面2B的交叉棱线所成的圆的直径为外径Dl、D2即可。另外，刀座I前端部的外周面也可以为截面近似圆形的例如正12角形以上的多角形。
[0084]如此构成的头部交换式切削工具中，如上所述后端侧的刀柄部装配于机床的刀座I的刀座主体2，以及安装于该刀座I的前端部并通过刃部11进行切削的切削头10均由作为硬质材料的硬质合金形成。这些通过嵌合部4B以及前端面2B与安装部12以及后端面IlC的直接接触而被安装，因此能够作为切削工具整体而确保较高的强度和刚性，能够在使用于切削加工时防止破损和高频振动的产生而获得较高的加工精度和加工效率。
[0085]而且，沿刀座I的中心线O方向延伸的嵌合部4B和安装部12的内外周面以及成为沿垂直于该中心线O的方向延伸的平面的上述前后端面2B、11C分别接触，由此切削头10通过所谓的2面限制得以保持。即，这些内外周面与前后端面2B、11C中的一方向延伸方向的移动根据另一方相互受到限制，并且即使是前后端面2B、11C也能够阻止作用于切削头10的切削转矩和力矩，因此能够以更高的安装刚性和安装强度安装切削头10，并且也不会导致切削头10相对于中心线O倾斜的情况。
[0086]而且，这些切削头10的安装部12与刀座I的嵌合部4B呈相互嵌合的锥状，并通过该切削头10与安装孔4的内外螺纹部3E、13的螺合被锥嵌合，此时安装部12通过内外螺纹部3E、13的旋入而被引入到安装孔4内，由此安装部12通过楔效应使安装孔4扩张，安装孔4通过其反力紧固安装部12，由此能够在嵌合部4B的内周面与安装部12的外周面之间确保较大的接触压力。因此，即使这些安装部12与嵌合部4B彼此形成为摩擦系数较小的硬质合金，也能够产生充分的摩擦力，切削时即使作用有较高负载，也能够对此进行抵抗而可靠地保持切削头10。
[0087]另一方面，刀座I的上述前端面2B与切削头10的上述后端面IlC为与中心线O垂直的平面，如上所述内外螺纹部3E、13被旋入一定量而锥嵌合安装部12与嵌合部4B之后，若这些前后端面2B、IlC抵接，则切削头10在中心线O方向受到限制，安装部12不会被引入其以上。因此，不会产生如交换切削头10时将外螺纹部13过于旋入到内螺纹部3E，或者切削时过大的切削阻力作用于内外螺纹部3E、13的旋入方向时，外螺纹部13过于旋入到内螺纹部3E的情况，因此能够防止楔效应过度作用而安装部12使嵌合部4B过于扩张，由此如过大的应力作用于刀座I的情况。
[0088]另外，例如，如上所述将刀座主体2的硬质合金为WC的平均粒度大于切削头10的硬质合金，且刀座主体2的热膨胀系数也大于切削头10时，通过由切削产生的发热，切削头10与刀座主体2的温度上升而刀座主体2的膨胀量变大。由此即使嵌合部4B与安装部12的接触压力变小而由锥嵌合产生的保持力也降低时，通过前后端面2B、11C抵接而切削头10受到限制，也不会产生内外螺纹部3E、13进一步旋入而过于紧固的情况，因此在切削结束后冷却切削头10以及刀座I时，也不会发生如锥嵌合通过这种过于紧固变得过强而无法卸下切削头10的状况。
[0089]而且，除嵌合部4B与安装部12的内外周面之外，通过抵接刀座主体2的前端面2B与刃部11的后端面11C，切削头10与刀座I的接触面积增大，因此如上所述能够将切削时产生于切削头10的刃部11的热量快速传递到刀座I侧，能够抑制刃部11的温度上升。
[0090]尤其，如本实施方式，由比切削头10的刃部11粗粒的硬质合金形成刀座主体2的情况，例如WC的平均粒度小于I μ m的超细颗粒硬质合金的导热率为71W/m.V，与此相对，WC的平均粒度为I μ m?5 μ m的粗粒硬质合金的导热率为91W/m.°C，因此传递的热量也增力口，而且刀座主体2大于刃部11而热容也大，因此能够更有效地抑制刃部11的温度上升。
[0091]并且，进一步在上述结构的头部交换式切削工具中，在安装部12与嵌合部4B嵌合前的状态下的刀座I中，刀座主体2的安装孔4开口部侧的嵌合部4B的内径d相对于刀座主体2前端部的外径Dl所成的内外径之比d/Dl在0.5?0.8的范围内，本实施方式中为0.65，并且安装部12与嵌合部4B嵌合后的刀座主体2前端部的外径D2与嵌合前的上述外径Dl之差即外径扩大量D2-D1相对于外径Dl所成的百分比即外径扩大率(D2-D1) /DlXlOO (%)相对于上述内外径之比 d/Dl，在 0.022Xd/Dl-0.003 (%)?0.33Xd/Dl-0.06(%)的范围内。
[0092]在此，在嵌合前状态下的刀座I中，若在该刀座主体2的安装孔4开口部侧的嵌合部4B的上述内径d相对于刀座主体2前端部的外径Dl所成的内外径之比d/Dl大于0.8，则内径d过于靠近外径D1，且刀座主体2的前端部的内外周面之间的厚度变小而强度也降低。并且，刀座主体2的前端部的厚度变小，因此直径易变大，且接触压力降低，因此有可能对切削时的负载较高时作用于切削头10的切削转矩和力矩无法完全抵抗而切削头10进行空转。
[0093]另一方面，若该内外径之比d/Dl小于0.5，则刀座主体2的前端部的厚度变厚而强度也提高，并且直径难以变大，因此接触压力增大。然而，由于如此接触的嵌合部4B与安装部12的内外径即两者的接触半径变小，因此依旧无法在进行高负载的切削时抵抗切削转矩和力矩而保持切削头10，有可能产生切削头10的空转。
[0094]另外，相对于该内外径之比d/Dl，若嵌合前后的刀座I的刀座主体2前端部的外径扩大率(D2-D1)/D1X100 (%)大于0.33 X d/Dl-0.06 (%)，则超过形成刀座主体2的硬质合金的拉伸强度而该前端部的直径变大，由此有可能有过大的拉伸应力作用于该前端部，且有可能在刀座I的前端部导致破损。另一方面，若该外径扩大率(D2-D1)/DlX 100 (%)相对于内外径之比d/Dl小于0.022 X d/Dl-0.003 (%)，则上述的楔效应变得不充分而嵌合部4B与安装部12之间的接触压力也变得不充分，有可能依旧无法稳定地保持切削头10而产生空转。
[0095]换言之，上述结构的头部交换式切削工具中，如此设定刀座I前端部的内外径之比d/Dl以及外径扩大率(D2-D1)/D1X100(%)，由此在该刀座I的前端部确保所需的厚度，同时如也在后述的实施例中所说明，在安装部12与嵌合部4B之间得到切削时能够可靠地保持切削头10的接触压力的范围内，能够抑制该刀座I前端部的刀座主体2在嵌合前后较大地过度变形而防止刀座I的破损。
[0096]另外，本实施方式中，将形成刀座I的刀座主体2的硬质合金为WC的平均粒度为I?5 μ m的比较粗粒的WC-Co系硬质合金，将以Co为主成分的结合相量为8?20wt%，由此如上所述能够提高刀座主体2的导热率而使切削头10的切削热量快速传递并发散，除此之外还能够提高该刀座I的断裂韧性而防止由切削中的冲击等产生的破损。
[0097]在此，在WC的平均粒度小于I μ m的超细颗粒硬质合金中无法得到这种效果，另一方面，若WC的平均粒度大于5 μ m,则断裂韧性提高但硬度降低，例如嵌合部4B的耐久性受损，因此，尤其在由硬度高于所述硬度的上述超细颗粒硬质合金形成切削头10时，其安装有可能在早期变得不稳定。并且，这种WC的平均粒度为I?5μπι的WC-Co系硬质合金中，只要以Co为主成分的结合相量为8wt%以上，就能够得到约1.5GPa以上的拉伸强度，因此即使在负载较高的重切削的情况下也能够在刀座确保充分的刚性和强度，但是结合相量越多，断裂韧性虽提高但拉伸弹性模量降低而刚性受损，因此上限为20wt%。
[0098]另一方面，本实施方式中，刀座I的刀座主体2中的嵌合部4B的内周面为JISB0601:2001 (IS042887:1997)所规定的最大高度粗糙度Rz为3.2μπι以下的比较光滑的表面粗糙度。由此，无偏离地使切削头10的安装部12紧贴于嵌合部4Β的内周面而锥嵌合，通过上述楔效应能够可靠地保持切削头10。当然，紧贴于该嵌合部4Β内周面的切削头10的安装部12的外周面也相同地优选最大高度粗糙度Rz为3.2 μ m以下的粗糙度。
[0099]另外，与此相对，在本实施方式中刀座主体2的前端面2B的表面粗糙度为比该嵌合部4B的内周面的表面粗糙度大，其最大高度粗糙度Rz的上限为6.3μπι。因此，如上所述若刃部11的后端面IlC抵接于该前端面2Β之后，进一步欲将切削头10的外螺纹部13旋入到安装孔4的内螺纹部3Ε，则会产生较大的摩擦阻力，因此能够防止安装部12与嵌合部4Β过于紧固的情况。当然，抵接于该前端面2Β的切削头10的上述后端面IlC的表面粗糙度也相同地优选最大高度粗糙度Rz为6.3μπι以下的范围且比安装部12的外周面和嵌合部4Β的内周面的表面粗糙度大的粗糙度。
[0100]而且，如上所述就呈锥状的安装孔4的嵌合部4Β与切削头10的安装部12的锥度而言，若其过大，则接触压力通过安装部12与嵌合部4Β的锥嵌合作用于安装部12的外周面时，有可能在从安装孔4推出切削头10的方向上产生分力。尤其如本实施方式，在刃部11外周侧的切削刃IlA扭转时其螺旋角较大的情况下，为了抵抗作用于该外周侧的切削刃IlA的切削力与上述分力的合力来保持切削头10，必须加强内外螺纹部3Ε、13的紧固。
[0101]然而，与此相对，若将该嵌合部4Β与安装部12的锥度如本实施方式为小于1/10，则即使作用有相同接触压力时，通过锥嵌合而在从安装孔4推出切削头10的方向上产生的分力也较小，并以由该接触压力产生的摩擦力与由内外螺纹部3Ε、13产生的紧固力的合力抵抗作用于切削刃IlA的切削力，因此紧固力本身能够抑制为较小。因此，作用于刀座主体2的前端部的拉伸应力减少而更有效地防止破损，同时能够更牢固地保持切削头10。
[0102]另外，本实施方式中切削头10的安装部12为中空状，其内部即上述头部侧安装孔中容纳有作为由硬度比形成该切削头10的安装部12的硬质合金低的金属材料形成的头部侧连结部件的外螺纹部件。因此，若将安装部12锥嵌合于嵌合部4Β，则刀座主体2前端部的直径变大，并且安装部12从外周侧被推压而内外径变小，随此，上述外螺纹部件也从外周侧被推压，并且通过其反力而从内周侧推压安装部12，因此能够从其内外周牢固地夹紧安装部12，还能够更可靠地保持切削头10。
[0103]另外，本实施方式中，如此在容纳于安装部12的中空部的由低硬度材料形成的部件上形成有外螺纹部13，例如与在由高硬度但脆性较高的硬质合金形成的切削头10上直接形成螺纹部相比，能够防止在螺纹牙产生裂纹，并且也无需为了防止这种裂纹而采用特殊的螺纹牙形状，从而能够降低成本。这对设置于刀座I的安装孔4的内螺纹部3E也相同，即本实施方式中该内螺纹部3E也形成于由比形成刀座主体2的硬质合金硬度低且韧性高的金属材料形成的连结部件3上，该连结部件3容纳于安装孔4，因此不存在螺纹牙的裂纹，并且也不需要特殊的螺纹牙形状。
[0104]而且，如此比刀座主体2、切削头10的刃部11以及安装部12硬度低且韧性高的连结部件3和外螺纹部件以如下方式卡合，即其被卡合部3B的外周面紧贴于刀座主体2的安装孔4中的卡合部4D和上述头部侧安装孔的内周面，而嵌入于在该内周面形成的凹部，即为在被卡合部3B的外周面形成嵌入于凹部的凸部，由此能够将这些连结部件3和外螺纹部件牢固地安装于安装孔4或头部侧安装孔而与刀座主体2和刃部11以及安装部12—体化。因此，通过切削时的负载等，切削头10例如不会产生松动，并能够与高刚性、高强度的刀座主体2相结合而促进稳定的切削加工。
[0105]另外，如此为了使连结部件3和外螺纹部件的被卡合部3B的外周面卡合于安装孔4的卡合部4D的内周面和头部侧安装孔内周面的凹部，在本实施方式中连结部件3和外螺纹部件为筒状，如上所述利用将被卡合部3B部分和内径小径部分的外径为比卡合部4D和头部侧安装孔的内径小的连结部件3的原材料6和外螺纹部件，向该原材料6内周的压入孔部6A和外螺纹部件的内径小径部分压入具有比其内径大的外径的压入部件7。由此，以使原材料6和外螺纹部件的直径变大的方式塑性变形而紧贴于卡合部4D和头部侧安装孔的内周面，从而能够将连结部件3的被卡合部3B部分和外螺纹部件的内径小径部分卡合于凹部。
[0106]因此，使原材料6和外螺纹部件的外周面以均匀且全面地推压到卡合部4D和头部侧安装孔的内周面的方式紧贴，并使已塑性变形的外周面完全嵌入于在这些卡合部4D和头部侧安装孔形成的凹部，从而能够可靠地卡合。并且，在刀座I中，在从该原材料6的压入孔部6A直径变大的贯穿孔部3F的前端侧形成以中心线O为中心的规定的内径的螺纹底孔3G和内螺纹部3E来作为连结部件3，由此能够更牢固地将该连结部件3与刀座主体2 —体化。这对于切削头10也相同。
[0107]另一方面，如此与凹部卡合而与刀座主体2和刃部11以及安装部12 —体化的连结部件3和外螺纹部件，与通过钎焊等的接合不同地仅为机械地结合，因此例如使用夹具等而使超过与凹部的卡合力的过大的拉伸力作用于连结部件3和外螺纹部件，由此能够从安装孔4和头部侧安装孔拔出连结部件3和外螺纹部件而使其分离。因此，即使在产生意外破损等而成为无法使用的头部交换式切削工具中，也能够分别出材质不同的刀座主体2和刃部11以及安装部12与连结部件3和外螺纹部件而进行回收，能够使他们的回收利用变得容易。
[0108]另外，本实施方式中，形成于安装孔4的卡合部4D和头部侧安装孔的内周面的凹部将该内周面为最大高度粗糙度Rz为5 μ m以上200 μ m以下的凹凸面，由此将该凹凸面的凹陷处本身作为凹部。因此，成为遍以及整个卡合部4D和头部侧安装孔的内周面而形成凹部，通过使如上所述已塑性变形的连结部件3的被卡合部3B和外螺纹部件的内径小径部分的外周面紧贴于上述凹部而被卡合，在卡合部4D的内周面与被卡合部3B的外周面之间以及头部侧安装孔与外螺纹部件之间产生较大的摩擦力，因此能够更稳定且牢固地使连结部件3与刀座主体2 —体化，并且使外螺纹部件与刃部11以及安装部12 —体化。
[0109]例如，将刀座主体2的安装孔4的卡合部4D内周面的最大高度粗糙度Rz调整为
7.0 μ m，将形成于连结部件3的上述原材料6的被卡合部3B部分的外周面的最大高度粗糙度Rz调整为2.0 μ m，从而如上述实施方式向容纳于卡合部4D的原材料6压入压入部件7来与刀座主体2 —体化之后，破坏刀座主体2而测定原材料6的被卡合部3B部分的外周面的表面粗糙度。此时，可确认到最大高度粗糙度Rz变化为5.5 μ m，由此可知，如上所述原材料6的外周面沿卡合部4D内周面的凹凸面进行塑性变形。
[0110]另外，形成刀座主体2和刃部11以及安装部12的硬质合金为烧结材料，因此，进行加工以使烧结前的压坯中成为卡合部4D和头部侧安装孔的内周面的面在烧结后成为上述范围的表面粗糙度，或调整烧结时的加热温度和加热时间，或在烧结后对内周面进行研磨来减小表面粗糙度，或相反使表面粗糙来增大表面粗糙度，或者烧结后的内周面为上述范围的表面粗糙度时，省略对该内周面进行研磨而保持烧结表面。由此，能够可靠地将这些卡合部4D和头部侧安装孔的内周面调整为如上所述的表面粗糙度。
[0111]在此，尤其如本实施方式，形成刀座主体2和刃部11以及安装部12的是含有Co作为结合相(粘合剂)的WC-Co系硬质合金，当烧结后不对这些刀座主体2的安装孔4的卡合部4D和头部侧安装孔进行研磨，并保持烧结表面而调整为上述范围的表面粗糙度时，在该卡合部4D和头部侧安装孔的内周面表面形成含有较多Co的富钴区。该富钴区为通过在烧结材料的烧结工序中对上述压坯进行加热而显现在上述内周面表面的区域，其以Co为主成分并具有0.5 μ m?5 μ m左右的厚度，因此上述凹凸面可以包含这种富钴区而形成。
[0112]另外，若该安装孔4的卡合部4D的内周面和头部侧安装孔内周面的最大高度粗糙度Rz小于5 μ m,则不会产生充分的摩擦力而可能无法使连结部件3和外螺纹部件与刀座主体2和刃部11以及安装部12牢固地一体化。并且相反，若最大高度粗糙度Rz大于200 μ m,则为了在使上述原材料6和外螺纹部件塑性变形时使被卡合部3B部分和内径小径部分的外周面可靠地卡合于作为凹部的凹凸面，必须将该卡合部4D的内周面和头部侧安装孔内周面的内径与原材料6的被卡合部3B部分和外螺纹部件的内径小径部分的外径之差为极小，有可能很难将原材料6和外螺纹部件的内径小径部分插入到安装孔4和头部侧安装孔。
[0113]另外，本实施方式中，如此形成于已卡合的连结部件3的安装螺纹部为内螺纹部3E，其螺合于作为形成于切削头10的头部侧螺纹部的外螺纹部13。并且，关于该内螺纹部3E，在连结部件3卡合于安装孔4的上述卡合部4D而安装于刀座主体2的上述安装状态下，在本实施方式中从连结部件3的前端侧延设至大致超过卡合部4D的中心线O方向的长度的1/2的部分，即在连结部件3的内外周能够使形成有该内螺纹部3E的范围与被卡合部3B卡合于卡合部4D的范围沿中心线O方向重叠。
[0114]因此，在与安装孔4的卡合部4D卡合的连结部件3的被卡合部3B的很近的内周侦牝外螺纹部13被螺合于内螺纹部3E而切削头10被安装。因此，即使切削时进行作用的切削力从该切削头10的刃部11传递到外螺纹部13，也能够经由内螺纹部3E的很近的外周的被卡合部3B并通过卡合部4D来阻止切削力，从而能够更稳定地支承切削头10而实现顺畅的切削加工。
[0115]而本实施方式中，如此刀座I侧的安装螺纹部为内螺纹部3E，并切削头10的头部侧螺纹部为外螺纹部13，但也可以与此相反地刀座I侧的安装螺纹部为外螺纹部，并且头部侧螺纹部为内螺纹部。
[0116]该情况下，在切削头10的刃部11以及安装部12安装由不同材料形成的外螺纹部件相同地，将在前端部外周形成有外螺纹部的圆筒状连结部件容纳于安装孔4的卡合部4D,并通过向其内周部压入压入部件而使该连结部件塑性变形来使外周部卡合于卡合部4D即可。
[0117]另外，本实施方式中，在刀座I的安装孔4的最内部形成有凹座4E，并且在连结部件3的后端部形成有止转部3C，在这些凹座4E和止转部3C形成有与中心线O正交的截面呈直线状的壁面4G和侧面3D。并且，在安装有连结部件3的上述安装状态下，这些壁面4G与侧面3D对置而止转部3C被容纳于凹座4E，因此就连结部件3而言，即使其欲绕中心线O旋转，也会通过该止转部3C的侧面3D抵接于凹座4E的壁面4G而成为绕中心线O的旋转受到限制，即使在切削加工时过大的切削力从切削头10作用于连结部件3，也能够防止由于连结部件3在安装孔4内空转而与凹部的卡合脱离并连带切削头10 —同脱落等情况。
[0118]另外，本实施方式中，将止转部3C形成为截面椭圆状，并使一对上述侧面3D形成为相互平行且与中心线O也平行，这些的侧面3D为与相同地形成为截面椭圆状的凹座4E的一对壁面4G对置而抵接。然而，也可以如图6 (a)所示的变形例，使凹座4E形成为与中心线O正交的截面呈大致正方形形状，并形成沿周方向相邻的壁面彼此相互正交的2对壁面4G，并且关于止转部3C也如图6 (b)、(c)所示的变形例，以沿周方向相邻的侧面彼此相互正交的方式形成2对侧面3D，通过使这些侧面3D与壁面4G对置而抵接来限制连结部件3的旋转。
[0119]另外，侧面3D与壁面4G只要能够通过在与中心线O正交的截面呈直线状而相互对置而抵接来限制连结部件3的旋转，则可以为I个、3个或5个以上，而且也可以为随着朝向后端侧而朝向中心线O侧的倾斜平面或弯曲面。另外，在本实施方式中向连结部件3的原材料6的压入孔部6A压入压入部件7时，在压入孔部6A的上述被卡合部3B的大致后端中止压入大径部7B而拔出，以避免该压入部件7的大径部7B到达至容纳于凹座4E的止转部3C，并且为侧面3D不抵接于壁面4G而对准周方向的位置隔开间隔对置，从而在连结部件3空转时抵接而止转，但如上所述，只要不存在压入部件7干涉刀座主体2的可能，则使大径部7B压入至从压入孔部6A的后端脱出的位置，并使原材料6的止转部3C部分也塑性变形而直径变大，由此可以从最开始就使侧面3D与壁面4G紧贴而抵接。
[0120]而且，上述实施方式以及图6所示的其变形例中，在连结部件3的最后端形成止转部3C而容纳于在安装孔4的最内部形成的凹座4E，使这些在止转部3C和凹座4E形成的侧面3D与壁面4G抵接。然而，例如在连结部件3的被卡合部3B形成与中心线O平行地延伸的平面状的侧面，并且在安装孔4的卡合部4D以与该侧面对置的方式形成依旧与中心线O平行地延伸的平面状的壁面，当使连结部件3的原材料6塑性变形时，使这些侧面与壁面紧贴而抵接，由此能够实现连结部件3的止转。
[0121]另外，如上所述，在切削头10中，在刃部11以及安装部12沿着中心线O形成在内周面具有凹部的头部侧安装孔，并且将作为形成有外螺纹部13的头部侧连结部件的外螺纹部件容纳于该头部侧安装孔，当通过向其压入孔部压入压入部件来使外周面紧贴于头部侧安装孔的内周面而卡合于上述凹部时，由于在该切削头10上形成有头部侧安装孔以及压入孔部，因此只要形成与这些连通并在刃部11的表面开口的冷却液孔，就能够经由刀座I中的刀座主体2的贯穿孔5、凹座4E、连结部件3的贯穿孔部3F以及内螺纹部3E而从机床侧供给冷却液，能够有效地冷却刃部11的切削刃11A。
[0122]而本实施方式中，连结部件3具有贯穿孔部3F并形成为内周部贯穿的筒状，以便能够如此供给冷却液，但也可以为孔部3F被后端侧的止转部3C封闭的作为盲孔的有底筒状的连结部件。该情况下，如上所述向连结部件3的原材料6的压入孔部6A压入压入部件7时，可在中途中止压入该压入部件7的大径部7B而拔出，以避免大径部7B到达至被封闭的止转部3C。这在切削头10中使外螺纹部件卡合于头部侧安装孔时也相同。
[0123]实施例
[0124]接着，例举实施例对本发明中的刀座I的内外径之比d/Dl以及外径扩大率(D2-DD/D1X100 (%)进行说明。本实施例中，在以上述实施方式的头部交换式切削工具(头部交换式立铣刀)为基础，并首先将切削头10的安装部12嵌合前的状态下的刀座I的刀座主体2前端部的外径Dl为0.01m (IOmm)和0.02m (20mm)的两种头部交换式切削工具中，对使嵌合部4B的上述安装孔4开口部侧的内径d变化时的相对于内外径之比d/Dl的容许转矩按如下两种情况进行计算，即作为用于切削中的最低限度，将在刀座I产生的应力设计为IOOMPa的情况(例如作为轻切削用)，以及作为硬质合金的强度上限，将在刀座I产生的应力设计为1.5GPa的情况(例如作为重切削用)。
[0125]即，认为根据上述内径d，在切削头10与刀座I之间能够传递的转矩即上述容许转矩刀座变化，因此对刀座I的嵌合部4B的内周面的周方向应力设定容许应力，并求出过盈量δ以达到该容许应力，由该过盈量δ计算接触压力P并利用下式I计算出容许转矩T0只是，在比上述实施方式中的1/10小的例如1/14的锥度中，可以忽视嵌合部4Β的内周面与安装部12的外周面相对于中心线O所成的倾斜的影响，因此在分析中，利用以中心线O为中心的圆筒 面模型化嵌合部4Β的内周面与安装部12的外周面，从而适用了过盈配合的分析。另外，式I中，L (m)为嵌合部4Β与安装部12的中心线O方向的接触长度，为0.5XD1, μ为嵌合部4Β与安装部12的摩擦系数，为0.15。
[0126][式1]
[0127]T = PX 31 XdXLX μ X (d/2)(式 I)
[0128]另外，过盈量δ (m)与接触压力P (Pa)通过下式2计算，嵌合部4Β的内周面的周方向应力σ Θ (Pa)通过下式3计算,刀座主体2前端部的半径方向位移u (m)通过下式4计算。在此，在这些式2~4中，El是切削头10的安装部12的拉伸弹性模量，为580GPa，E2是刀座主体2前端部的拉伸弹性模量，为560GPa，v I是切削头10的安装部12的泊松t:匕，为0.21, V 2是刀座主体2前端部的泊松比，为0.22。
[0129]而且，ra Cm)为形成于安装部12的头部侧安装孔的半径，rb Cm)为安装部12的基端部的半径(安装部12的外周面与刃部11的后端面IlC的交线所成的圆的半径)，rc(m)为上述嵌合部4B的安装孔4开口部侧的半径(d/2)，rd (m)为刀座主体I前端部的外径Dl的半径(D1/2)，且均为嵌合前的半径。并且，过盈量δ成为将安装部12嵌合于嵌合部4Β之前的安装部12的基端部与嵌合部4Β的安装孔4开口部侧的直径之差(2Xrb-2Xrc或2Xrb-d),即上述安装部12的基端部的直径(2Xrb)成为在嵌合部4B的安装孔4开口部侧的内径d加上该过盈量δ的大小。
[0130][式2]
【权利要求】
1.一种头部交换式切削工具，其具备:切削头，具有刃部；以及刀座，具有圆筒状前端部且上述切削头以能够装卸的方式装配于在该前端部形成的安装孔，其中， 在上述安装孔形成有随着朝向该安装孔的开口部侧而内径逐渐变大的呈锥状的嵌合部，并且上述刀座的前端面的上述开口部的周缘与上述安装孔的中心线垂直，该刀座的至少上述前端面和上述嵌合部由硬质合金形成， 在上述切削头上，与上述嵌合部嵌合的呈锥状的安装部形成为从上述刃部的后端面突出并与上述中心线成为同轴，并且上述刃部的后端面与上述中心线垂直，上述切削头的至少上述安装部和上述刃部的后端面由硬质合金形成， 上述切削头与上述刀座被安装为，通过以上述中心线为中心而分别设置的内外螺纹部彼此螺合，上述安装部与嵌合部嵌合并且上述前端面与后端面抵接， 在上述安装部与嵌合部嵌合前的状态下，上述安装孔的开口部侧的上述嵌合部的内径d相对于上述刀座的前端部的外径Dl所成的内外径之比d/Dl在0.5?0.8的范围内， 相对于该安装部与嵌合部嵌合前的状态下的上述刀座的前端部的外径D1，在由上述安装部与嵌合部嵌合而上述切削头被安装于上述刀座的状态下的上述刀座的前端部的外径D2与上述外径Dl之差D2-D1所成的外径扩大率(D2-D1)/Dl X 100 (%)相对于上述内外径之比 d/Dl 在 0.022Xd/Dl-0.003 (%)?0.33X d/Dl-0.06 (%)的范围内。
2.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其中， 形成上述刀座的至少上述前端面和上述嵌合部的硬质合金是平均粒度为I?5μπι的WC-Co系硬质合金，以Co为主成分的结合相量为8?20wt%。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的头部交换式切削工具，其中， 上述刀座的上述嵌合部的上述安装孔的内周面的最大高度粗糙度Rz为3.2μπι以下，而上述刀座的前端面的上述开口部的周缘的最大高度粗糙度Rz为上述安装孔的内周面的最大高度粗糙度以上且6.3 μ m以下。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的头部交换式切削工具，其中， 上述切削头的安装部呈中空状，其内部容纳有由硬度比形成该切削头的上述安装部的硬质合金低的金属材料形成的部件。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的头部交换式切削工具，其中， 呈锥状的上述嵌合部与上述安装孔的锥度为小于1/10。
【文档编号】B23C5/22GK103857487SQ201180074043
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2011年10月17日 优先权日:2011年10月17日
【发明者】阿部太郎, 木村良彦, 畔上贵行 申请人:三菱综合材料株式会社