JP2002283142A - 高速歯切加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製むく歯切工具 - Google Patents
高速歯切加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製むく歯切工具Info
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Abstract
揮する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製むく歯切
工具を提供する。 【解決手段】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に0.5〜7μmの平均層厚で硬質被覆層を蒸着形成し
てなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製むく歯切
工具において、前記炭化タングステン基超硬合金基体
を、リング状内側部と刃部を含むリング状外側部とで異
なった成分組成を有する炭化タングステン基超硬合金で
構成し、かつ上記外側部を、上記内側部の炭化タングス
テン基超硬合金のもつ比重に比して5〜10%小さい比
重を有する炭化タングステン基超硬合金で構成し、さら
に、上記炭化タングステン基超硬合金基体の全体厚さを
(外径×1/2−中心孔径×1/2)で現した場合、上
記外側部の厚さを前記全体厚さの20〜60%に相当す
る厚さとする。
Description
で行なった場合にも、歯面を構成する逃げ面とすくい面
の交わる切刃稜線部にチッピング(微小欠け)の発生な
く、すぐれた歯切性能を長期に発揮する表面被覆炭化タ
ングステン基超硬合金製むく歯切工具(以下、被覆超硬
歯切工具という)に関するものである。
装置などの構造部材として各種歯車が用いられている
が、近年これら歯車の歯形の歯切加工に、図1に概略斜
視図で例示される形状の被覆超硬歯切工具(ソリッドホ
ブ)、すなわち炭化タングステン基超硬合金基体(以
下、超硬基体という)の表面に0.5〜7μmの平均層
厚で硬質被覆層を化学蒸着および/または物理蒸着して
なるなる被覆超硬歯切工具が用いられるようになってい
る。
に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要
求は強く、これに伴い、歯切加工は切削機械の高性能化
とも相俟って高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超
硬歯切工具においては、これを通常の条件での歯切加工
に用いた場合には問題はないが、これを高速歯切条件で
用いると、高速回転に伴って発生する微小な振動ぶれが
原因で、特に歯面のすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線
部にチッピングが発生し易くなり、この結果比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬歯切工具に
着目し、これを高速歯切条件で用いた場合にも、歯面に
おける切刃稜線部がすぐれた耐チッピング性を発揮する
被覆超硬歯切工具を開発すべく研究を行った結果、被覆
超硬歯切工具を構成する超硬基体を、長さ方向に沿って
リング状内側部と刃部を含むリング状外側部とに分け
て、それぞれ異なった組成の炭化タングステン基超硬合
金(以下、超硬合金という)で構成し、かつ前記外側部
を構成する超硬合金のもつ比重を、前記内側部の超硬合
金のもつ比重に比して5〜10%小さい比重として、相
対的に前記外側部の重さを前記内側部のそれに比して小
さいものとすると共に、前記超硬基体の全体厚さを(外
径×1/2−中心孔径×1/2)で現した場合、前記外
側部の厚さを前記全体厚さの20〜60%に相当する厚
さとすると、この結果の被覆超硬歯切工具においては、
高速回転に伴って発生する振動ぶれが著しく抑制される
ようになり、きわめて安定した回転モーメントを示すこ
とから、特に歯面の切刃稜線部におけるチッピング発生
が防止され、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する
ようになる、という研究結果が得られたのである。
されたものであって、超硬基体の表面に0.5〜7μm
の平均層厚で硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆超硬歯
切工具において、上記超硬基体を、リング状内側部と刃
部を含むリング状外側部とで異なった成分組成を有する
超硬合金で構成し、かつ上記外側部を、上記内側部の超
硬合金のもつ比重に比して5〜10%小さい比重を有す
る超硬合金で構成し、さらに、上記超硬基体の全体厚さ
を(外径×1/2−中心孔径×1/2)で現した場合、
上記外側部の厚さを前記全体厚さの20〜60%に相当
する厚さとしてなる、高速歯切加工ですぐれた耐チッピ
ング性を発揮する被覆超硬歯切工具に特徴を有するもの
である。
する上記超硬基体における上記外側部の上記内側部に対
する相対比重差割合および相対厚さ割合は実験結果に基
づいて定めたものであり、したがって、前記外側部の前
記内側部との相対比重差の割合が5%未満であったり、
またこれが10%を超えたりしても高速切削時に回転振
動ぶれが発生するよになるものであり、さらに前記外側
部の相対厚さ割合が全体厚さの20%未満でも、またこ
れが60%を超えても高速切削時に所望の回転振動ぶれ
抑止効果を得ることができないことから、それぞれ前記
外側部の相対比重差の割合を5〜10%、相対厚さの割
合を全体厚さの20〜60%と定めたのである。また、
同じくこれを構成する硬質被覆層の平均層厚を0.5〜
7μmに限定したのは、その平均層厚が0.5μm未満で
は所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層
厚が7μmを越えると、切刃稜線部にチッピングが発生
し易くなる、という理由によるものである。
成する硬質被覆層としては、組成式:(Ti1-XAlX)
Nおよび同(Ti1-XAlX)C1-YNY(ただし、原子比
で、Xは0.35〜0.70、Yは0.5〜0.99を
示す)を有するTiとAlの複合窒化物[以下、(T
i,Al)Nで示す]および複合炭窒化物[以下、(T
i,Al)CNで示す]のうちのいずれか、あるいは両
方で構成された単層または複層からなる硬質被覆層の適
用が望ましい。
工具を実施例により具体的に説明する。まず、原料粉末
として、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉
末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、
NbC粉末、Cr3 C2 粉末、TiN粉末、TaN粉
末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1
に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿
式混合し、乾燥して、内側部形成用混合粉末A〜Eおよ
び外側部形成用混合粉末a〜eを調製し、ついで、これ
ら混合粉末を表2に示される組み合わせで、かつ100
MPa の圧力で同じく表2に示される相対厚さの圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を6Paの真空中、温
度:1400℃に1時間保持の条件で焼結して、外径:
85mm×中心孔径:40mm×長さ:125mmの超
硬合金製丸棒素材を形成し、この素材から機械加工に
て、外径:80mm×長さ:120mmの全体寸法をも
ち、3条右捩れ×20溝の図1に示されるソリッドホブ
形状をもち、さらに同じく表2に示される内側部厚さお
よび外側部厚さをもった本発明超硬基体A−1〜A−8
および比較超硬基体a−1〜a−4をそれぞれ製造し
た。なお、比較超硬基体a−1〜a−4は、いずれもこ
れを構成する超硬合金の外側部の相対比重差割合および
相対厚さ割合のうちの少なくともいずれかの割合がこの
発明の範囲から外れたものである。また、表2には、超
硬基体の外側部の相対比重差割合および相対厚さ割合を
示した。
よびa−1〜a−4を、アセトン中で超音波洗浄し、乾
燥した状態で、それぞれ図2に概略説明図で示される通
常のアークイオンプレーティング装置に装入し、一方カ
ソード電極(蒸発源)として種々の成分組成をもったT
i−Al合金を装着し、装置内を排気して0.5Paの
真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加
熱した後、Arガスを装置内に導入して10PaのAr
雰囲気とし、この状態で超硬基体に−800Vのバイア
ス電圧を印加して超硬基体表面をArガスボンバート洗
浄し、ついで装置内に反応ガスとして、窒素ガス、また
はメタンガスと窒素ガスを導入して6Paの反応雰囲気
とすると共に、前記超硬基体に印加するバイアス電圧を
−200Vに下げて、前記カソード電極とアノード電極
との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体A
−1〜A−8およびa−1〜a−4のそれぞれの表面
に、表3に示される目標組成および目標層厚の(Ti,
Al)N層および/または(Ti,Al)CN層からな
る硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬歯
切工具1〜8および比較被覆超硬歯切工具1〜4をそれ
ぞれ製造した。
8および比較被覆超硬歯切工具1〜4について、硬質被
覆層の組成については、オージェ分光分析装置を用い、
またその層厚については、走査型電子顕微鏡を用いて断
面測定したところ、それぞれ目標組成および目標層厚と
実質的に同じ値(層厚については5点平均の平均層厚と
比較)を示した。
および比較超硬歯切工具1〜4を用いて、材質がJIS
・SCr420Hの低合金鋼にして、モジュール:1.
75、圧力角:17.5度、歯数:33、ねじれ角:3
6度左捩れ、歯丈:5.86mm、歯幅:15.5mm
の寸法および形状をもった歯車の加工を、 切削速度(回転速度):450m/min、 送り:3.2mm/rev、 加工形態:クライム、シフトなし、ドライ(エアーブロ
ー)、 の高速歯切加工条件で行い、逃げ面摩耗幅が0.10m
mに至る(使用寿命)までの歯車加工数を測定した。こ
の測定結果をそれぞれ表3に示した。
覆超硬歯切工具1〜8は、いずれもこれを構成する超硬
基体の外側部の相対比重差割合および相対厚さ割合を適
正な値とすることにより高速切削時の回転振動ぶれの発
生を抑制でき、きわめて安定した回転モーメントが得ら
れるようになることから、特に歯面における切刃稜線部
にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘
って示すようになるのに対して、比較被覆超硬歯切工具
1〜4に見られるように、超硬基体の外側部の相対比重
差割合および相対厚さ割合のうちの少なくともいずれか
がこの発明の範囲から外れると、高速切削時の回転振動
ぶれの発生を抑制することができず、この回転振動ぶれ
が原因で切刃稜線部にチッピングが発生し、この結果比
較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。上述
のように、この発明の被覆超硬歯切工具は、低合金鋼な
どの歯車の通常の条件での歯切加工は勿論のこと、特に
高硬度鋼などの歯車の高速歯切加工でもすぐれた耐チッ
ピング性を示し、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮
するものであるから、歯切加工の高速化、並びに省力化
および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応で
きるものである。
図である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に0.5〜7μmの平均層厚で硬質被覆層を蒸着形成し
てなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製むく歯切
工具において、 上記炭化タングステン基超硬合金基体を、リング状内側
部と刃部を含むリング状外側部とで異なった成分組成を
有する炭化タングステン基超硬合金で構成し、 かつ上記外側部を、上記内側部の炭化タングステン基超
硬合金のもつ比重に比して5〜10%小さい比重を有す
る炭化タングステン基超硬合金で構成し、 さらに、上記炭化タングステン基超硬合金基体の全体厚
さを(外径×1/2−中心孔径×1/2)で現した場
合、上記外側部の厚さを前記全体厚さの20〜60%に
相当する厚さとしたこと、を特徴とする高速歯切加工で
すぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆炭化タング
ステン基超硬合金製むく歯切工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001084129A JP4816844B2 (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 高速歯切加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製むく歯切工具 |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8859115B2 (en) | 2003-06-13 | 2014-10-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Cemented carbide material for surface coated gear cutting tool and surface coated gear cutting tool |
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-
2001
- 2001-03-23 JP JP2001084129A patent/JP4816844B2/ja not_active Expired - Fee Related
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