JP2002361503A - 切削工具 - Google Patents
切削工具Info
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- JP2002361503A JP2002361503A JP2001171373A JP2001171373A JP2002361503A JP 2002361503 A JP2002361503 A JP 2002361503A JP 2001171373 A JP2001171373 A JP 2001171373A JP 2001171373 A JP2001171373 A JP 2001171373A JP 2002361503 A JP2002361503 A JP 2002361503A
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Abstract
グの少ない材料の切削工具を提供。 【解決手段】 高速度工具鋼製の切刃を有する切削工具
において、高速度工具鋼は、重量%で、C:0.6〜
1.8%,Si:1.2%以下,Mn:0.5%以下,
Cr:3.5〜5.0%,Mo:10%以下,W:21
%以下,V:2〜4%を含み、さらに重量%で、Co:
0.01〜4%に制限され、残余がFe及び不可避不純
物よりなり、刃先部鋼中のMC型炭化物粒のうち最大の
炭化物粒の粒子断面の面積を円の面積として置き換えた
場合の円の直径である等価円直径のうちの最大の等価円
直径である最大等価円直径が4〜10μmであって、か
つ、等価円直径が4μm以上の前記MC型炭化物粒の粒
子断面の長径短径比が0.3以上である。
Description
速度工具鋼を刃先部に用いたホブ、ドリル等の切削工具
に関する。
料としては、高速度工具鋼及び超硬合金が一般的であ
る。切削工具用の高速度工具鋼として、高硬度、耐摩耗
性、耐熱性を持たせるため、Vを2%以上含有させたも
のが開発されている。一方、超硬合金は非常に硬質では
あるが反面脆いため、高速度工具鋼に比較し、耐摩耗性
や耐熱性は非常に優れるが、被研削性や耐衝撃性は劣
り、さらに材料費、加工費とも高価なため、品質の信頼
性、経済性の面で実際の使用範囲は限定される。そのた
め、とりわけ、断続切削を行うホブにおいては、ほとん
どのものが高速度工具鋼製であり、一部のみが超硬合金
製となっている。
は、Vを主成分とする硬質のMC型炭化物を富化するた
め、Vを通常2%以上含有している。しかし、従来の溶
製高速度工具鋼では、Vが3%以上ではV含有量が多い
ほど、このMC型炭化物は粗大化や細長い角形化をし易
く、被研削性が悪化するばかりでなく、靱性が低下し、
MC型炭化物を破壊起点とした刃先部のチッピング、破
損を生じ易いという問題があった。また、粉末高速度工
具鋼では、V量を増しMC型炭化物を富化しやすい製法
上の利点を持つものの、そのサイズが微細になり過ぎ、
その結果、耐摩耗性が不足し、刃先の大きな摩耗を生じ
易く、材料が高価な割に工具寿命が短かいという問題が
あった。
先部の全面がPVDによるチタン系もしくはチタン−合
金系セラミックコーティングを施されているが、再研削
後はすくい面のコーティングは完全に除去された状態と
なるため、高速度工具鋼自体の耐熱性、耐摩耗性が要求
される。さらに、切削油不要の乾式加工用ホブでは、摩
耗、チッピング、破損を防止するためには、硬質で、断
続切削の衝撃に耐え得る靱性、さらに耐熱性に優れた材
料と、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性および潤滑性に優れ
たコーティング膜が必要であり、尚かつ、コーティング
膜との相性の良い材料が要求されている。
に発明した特開2000−84704号公報において、
硬質MC炭化物を微細分散させた溶製ハイスを用いた切
削工具を提案した。しかしながら、切削加工条件がより
過酷化していく中で、このハイス工具においてはマイク
ロチッピングをともなう摩耗が比較的大きいという問題
があった。本発明の課題は係る問題点に鑑みて、さらに
優れた耐チッピング性を有する切削工具を提供すること
である。
速度工具鋼を用いたソリッドホブ、ドリルを対象に実験
を行った結果、刃先部の被研削性、靱性、耐摩耗性を兼
ね備え、とりわけ耐チッピング性に優れた切削工具を得
るためには、硬質のMC型炭化物の面積率を適正範囲に
限定し、かつ、MC型炭化物の形状を球形に近づけるよ
う長径短径比をできる限り大きな値に限定することだけ
でなく、MC型炭化物を4〜10μmのサイズに限定す
ることが重要であることをあらたに知得した。即ち、
V:2〜4%を含む高速度工具鋼中の等価円直径が4μ
m以上のMC型炭化物の鍛造、圧延軸と平行する断面で
の面積率が3〜8%であり、かつ、MC型炭化物の長径
短径比を0.3以上にするだけでなく、MC型炭化物の
最大等価円直径を4〜10μmとすることが必要である
ことを知得した。
4号公報ではCoの量を4〜10%の範囲であったが、
このようなMC型炭化物の最大等価円直径を効果的に4
〜10μmに制限するためには、Coを0.01〜4%
に制限する必要があることを合わせて知得した。
チタン−合金系セラミックコーティングの複合膜との相
性が良く、湿式加工よりも乾式加工において、さらに優
れた耐チッピング性を有することを確認した。なお、M
C型炭化物の等価円直径とは、MC型炭化物の粒子断面
の面積を円の面積として置き換えた場合の円の直径をい
う。また、MC型炭化物の最大等価円直径とは、MC型
炭化物のうち最大の炭化物の等価円直径をいう。
おいては、高速度工具鋼製の切刃を有する切削工具にお
いて、前記高速度工具鋼は、重量%で、C:0.6〜
1.8%,Si:1.2%以下,Mn:0.5%以下,
Cr:3.5〜5.0 %,Mo:10%以下,W:2
1%以下,を含み、さらに重量%で、V:2〜4%,特
にCo:0.01〜4%を含み、残余がFe及び不可避
不純物よりなり、刃先部鋼中のMC型炭化物粒のうち最
大の炭化物粒の粒子断面の面積を円の面積として置き換
えた場合の円の直径である等価円直径のうちの最大の等
価円直径である最大等価円直径が4〜10μmであっ
て、かつ、等価円直径が4μm以上の前記MC型炭化物
粒の粒子断面の長径短径比が0.3以上であることを特
徴とする切削工具を提供することによって上記課題を解
決した。
C型炭化物粒の鍛造、圧延軸と平行する粒子断面での面
積率が3〜8%であることを特徴とする切削工具として
もよい。尚、MC型炭化物粒の鍛造、圧延軸と平行する
粒子断面とは、例えば高速度工具鋼の丸鋼又は角鋼につ
いていえば、丸鋼又は角鋼の軸方向即ち長手方向に沿っ
て切断した粒子断面である。実際の光学画像測定マイク
ロスコープでは、面積率は、マイクロスコープのスクリ
ーンに現れる、等価円直径が4μm以上の各MC型炭化
物粒の粒子断面の面積を全部加算した値を、スクリーン
自身の面積で割った値となる。さらに、切削工具の少な
くとも刃先表面に、PVDによるチタン系もしくはチタ
ン−合金系セラミックコーティングの一種または二種以
上の複合膜を施すことにより、より耐摩耗性、耐チッピ
ング性が向上する。又、かかる切削工具は乾式加工によ
り適している。
エレクトロスラグ再溶解法により、不活性雰囲気による
O2、N2を含むガス成分の溶鋼への侵入を防止し、かつ
溶解条件:溶解速度;400〜800kg/h、鋼塊外
径を電極外径で割った比率を1.2〜1.7、に保持
し、前記MC型炭化物粒のサイズを制御して製造され
る。
における高速度工具鋼中のMC型炭化物の最大等価円直
径、鍛造、圧延軸と平行する断面でのMC型炭化物の面
積率および長径短径比を上記に限定した理由を述べる。
刃先部鋼中のMC型炭化物の最大等価円直径が4μm未
満の粉末高速度工具鋼を用いた切削工具では、凝着摩耗
や酸化摩耗によりMC型炭化物が素地と共に除去され易
いため、摩耗し易く工具寿命が短い。
価円直径が10μmを超え、また、刃先部鋼中の等価円
直径が4μm以上のMC型炭化物の面積率が8%を超え
ると、非常に脆くなり、MC型炭化物を破壊起点とした
チッピングを起こし易くなる。特に、MC型炭化物の形
状が長径短径比で0.3未満の粗大で細長い角形を呈す
る場合は、研削加工し難い上に、さらにチッピングを起
こし易くなり、工具破損の原因となる。一方、MC型炭
化物の面積率が3%未満の場合は非常に摩耗し易くな
り、工具寿命が短くなる。したがって、刃先部鋼中のM
C型炭化物の最大等価円直径を4〜10μmとし、等価
円直径が4μm以上のMC型炭化物の鍛造、圧延軸と平
行する断面での面積率を3〜8%に限定し、かつ、長径
短径比を0.3以上に限定した。この作用については、
溶製高速度工具鋼、粉末高速度工具鋼を問わず全ての高
速度工具鋼で同様に得られる。
した理由は、Coが多いほど鋼の耐熱性は向上し、切削
工具材料としての耐熱性を持たせるというメリットはあ
るものの、4%より大きいとMC炭化物サイズが比較的
大きくなり、かつCoの多く固溶したマトリックス自体
の靱性低下をもたらすことにより、チッピングや割れ等
の工具破損を起こし易くなるという知見が得られたため
である。さらには、乾式加工においては、切り屑が凝着
し刃先を覆うことにより、切削熱のほとんどが切り屑に
流れることで,工具自体への伝達を妨げ、工具の高温軟
化を抑制するといった作用が見込まれるため、Coを4
%を越えてまで含有させる必要性はないといえる。
善する。しかしCの量があまりに多いと靱性が低下す
る。そこで、Cの重量比を0.6〜1.8%に限定し
た。Si及びMnは脱酸剤として添加するが、Si及び
Mnの量があまりに多いと靱性が低下する。そこで、S
i及びMnの重量比をSi:1.2%以下、Mn:0.
5%以下に限定した。Crは焼入れ性を高めるため3.
5〜5.0%添加される。Crが3.5%より少ないと
上記効果がないし、5.0%を超えると全体の靭性を低
下させる。Mo:10%以下、W:21%以下とした
が、Mo及びWはM6C型炭化物を形成し耐摩耗性を改
善する。しかしMo及びWの量があまりに多いと靱性が
低下する。
は本発明鋼5,6、比較鋼1乃至4にて製作したソリッ
ドホブ、ドリルの化学成分及びMC型炭化物の、最大等
価円直径(μm)、等価円直径4μm以上の面積率(鍛
造、圧延軸と平行する断面での面積率%)、等価円直径
が4μm以上のMC型炭化物の最小長径短径比を示した
ものである。実際の光学画像測定マイクロスコープで
は、MC型炭化物の、最大等価円直径(μm)、面積率
及び最小長径短径比を顕微鏡画像で測定した。また、本
発明高速度工具鋼は、エレクトロスラグ再溶解法によ
り、不活性雰囲気によるO2、N2を含むガス成分の溶鋼
への侵入を防止し、かつ溶解条件:溶解速度;400〜
800kg/h、鋼塊外径を電極外径で割った比率を
1.2〜1.7、に保持し、前記MC型炭化物粒のサイ
ズを制御して製造した。
各鋼種を用いた試験片の焼入焼もどし硬さと抗折力を示
したものである。抗折力は試験片サイズ5×10×75
mm,標点距離60mmの中央一点荷重方式で求めた。
発明鋼5,6の抗折力は、比較鋼1,3,4の各鋼種に
比べ高い値を示し,粉末鋼である比較鋼2にも迫る靱性
を示した。表3は表1の材料を用いた切削工具の切削試
験結果を最大摩耗量で示したものである。表3中、実施
例1は湿式ホブ切削試験結果、実施例2は乾式ホブ切削
試験結果、実施例3はドリル切削試験結果(湿式)であ
る
C炭化物の等価円直径のサイズ分布を示したものであ
る。発明鋼5に示すように、本発明では特に、MC型炭
化物の最大等価円直径を効果的に4〜10μmに制限す
るために、Coを0.01〜4%に制限した。その結
果、図1に示すように、発明鋼5は比較鋼1,2,3に
比べ異なるMC炭化物サイズ分布、即ちMC型炭化物の
最大等価円直径が4〜10μmとなるのに適した分布を
していることがわかる。
1の5,6に示す本発明鋼及び、1乃至4に示す比較鋼
にてソリッドホブを製作し、湿式加工による切削試験を
下記条件にて行った後、刃先部の摩耗量を計測した。 ・工具形状:ソリッドホブ(外径:φ105、コーティ
ング:チタン系膜(すくい面は除去)) ・被削材 :SCM420H(硬さ:HV170) ・切削速度:130m/min ・切込深さ:7.995mm ・送り :2.2mm/rev ・切削長 :25m ・湿式 結果を表3の左欄の実施例1、図2および図3に示す。
図2はソリッドホブの湿式加工における刃先部の最大逃
げ面摩耗量、図3は最大クレータ摩耗量をMC型炭化物
の最大等価円直径(μm)をパラメータとして示したも
のである。なお、湿式加工用ホブのすくい面は再研削後
のコーティングなしの状況と同じとするため、最初から
すくい面のコーティングを除去した。
型炭化物の最大等価円直径(μm)との関係として示し
たものであるが、その関係線図はおよそ7μmを底とし
たU字型形状であり、4〜10μmの間ではほぼ安定し
て摩耗量が少ない。例えば、本発明鋼5は従来の溶製高
速度工具鋼である比較鋼1に比べて4.1倍、比較鋼3
に比べ1.3倍、粉末高速度工具鋼である比較鋼2に比
べ1.4倍優れている。尚、比較鋼1〜4の摩耗のほと
んどは、刃先のマイクロチッピングによるものであっ
た。図3は、最大クレータ摩耗量をMC型炭化物の最大
等価円直径(μm)との関係として示したものである
が、その関係線図もまた7μmを底としたU字型形状で
あり、4〜10μmの間ではほぼ安定して摩耗量が少な
い。例えば、本発明鋼5は溶製高速度工具鋼である比較
鋼1に比べ4.5倍、比較鋼3に比べ1.4倍、粉末高
速度工具鋼である比較鋼2に比べ1.5倍優れている。
尚、比較鋼1〜4の摩耗は、刃先のチッピングによるも
のであった。
1に示す本発明鋼5,6、比較鋼1〜4を加工、熱処
理、研削後、PVDによるチタン−合金系複合多層膜を
施してソリッドホブを製作し、乾式加工による切削試験
を下記条件にて行った後、刃先部の摩耗量を計測した。 ・工具形状:ソリッドホブ(外径:φ105、コーティ
ング:チタン−合金系複合多層膜(すくい面は除去)) ・被削材 :SCM420H(硬さ:HV170) ・切削速度:200m/min ・切込深さ:7.995mm ・送り :2.2mm/rev ・切削長 :252m ・乾式 結果を表3の中欄の実施例2、図4および図5に示す。
図4はソリッドホブの乾式加工における刃先部の最大逃
げ面摩耗量をMC型炭化物の最大等価円直径をパラメー
タとして示したものである。図5は同刃先部の最大クレ
ータ摩耗量をMC型炭化物の最大等価円直径をパラメー
タとして示したものである。なお、乾式加工用ホブのす
くい面は再研削後のコーティングなしの状況と同じとす
るため、最初からすくい面のコーティングを除去した。
型炭化物の最大等価円直径との関係として示したもので
あるが、その関係線図もまた7%を底としたU字型形状
であり、4〜10%の間ではほぼ安定して摩耗量が少な
い。例えば、本発明鋼5は、従来の溶製高速度工具鋼で
ある比較鋼1に比べ7倍、比較鋼3に比べ2倍、粉末高
速度工具鋼である比較鋼2に比べ2.4倍優れている。
さらに、実施例1の図2と比較すると、乾式加工の方が
より効果が大きい。図5は、最大クレータ摩耗量を各鋼
中のMC型炭化物の最大等価円直径との関係として示し
たものであるが、その関係線図もまた7%を底としたU
字型形状であり、4〜10%の間ではほぼ安定して摩耗
量が少ない。例えば、本発明鋼5は従来の溶製高速度工
具鋼である比較鋼1に比べ6.7倍、比較鋼3に比べ3
倍、粉末高速度工具鋼である比較鋼2に比べ3.5倍優
れている。さらに、実施例1の図3と比較すると、乾式
加工の方がより効果が大きい。
1に示す本発明鋼5,6、比較鋼1〜4にてドリルを製
作し、湿式加工による切削試験を下記条件にて行い、穴
あけ個数を調査した。 ・工具形状:ドリル(外径:φ6) ・被削材 :SNC836(硬さ:HB286) ・切削速度:37.7m/min ・送り :0.10mm/rev ・穴深さ :20mm ・湿式 結果を表3の右欄,図6に示す。図6はドリルの湿式加
工における穴あけ個数をMC型炭化物の最大等価円直径
(μm)をパラメータとして示したものである。なお、
実施例では刃先部コーティングの状態で切削試験を行っ
た。
物の最大等価円直径との関係として示したものである
が、その関係線図は7μmを頂点とした逆U字型形状で
あり、4〜10%の間ではほぼ安定して穴あけ個数が大
きい。例えば、本発明鋼5は従来の溶製高速度工具鋼で
ある比較鋼1に比べ1.9倍、粉末高速度工具鋼である
比較鋼2に比べ1.3倍優れている。
料である高速度工具鋼が重量比でVが2〜4%、特に、
Coが0.01〜4%を含み、刃先部鋼中のMC型炭化
物の最大等価円直径が4〜10μmであって、かつMC
型炭化物の長径短径比が0.3以上の切削工具としたの
で、工具刃先部の摩耗、特にチッピングに対し、非常に
優れたものとなった。好ましくは、等価円直径が4μm
以上ののMC型炭化物粒の鍛造、圧延軸と平行する粒子
断面での面積率が3〜8%とすれば、さらに高速度工具
切削工具は刃先部の摩耗、特にチッピングを改善でき
る。さらに、乾式加工にも適した性質を有し、PVDに
よるチタン−合金系セラミックコーティング複合膜との
相性も良く、刃先表面に、PVDによるチタン系もしく
はチタン−合金系セラミックコーティングの一種または
二種以上の複合膜を施すことにより、より耐摩耗性、耐
チッピング性が向上し、乾式加工にあってより適したも
のである。
般の寿命改善、品質改善には非常に有効であり、特に、
今後利用量増大が予想される乾式加工に優れた性能を発
揮するものと期待される。
ものについて,等価円直径の分布を示したものである。
本発明鋼5、比較鋼1〜3を用いて製作した試験片(サ
イズ22×27×500mm)を焼入焼もどし後,10
%クロム酸で電解腐食し,光学画像測定マイクロスコー
プにて測定した。
本発明鋼5,6、比較鋼1〜4にて製作したソリッドホ
ブの湿式加工における刃先部の最大逃げ面摩耗量と各鋼
中のMC型炭化物の最大等価円直径との関係を示したも
のである。
結果であり、刃先部の最大クレータ摩耗量と各鋼中のM
C型炭化物の最大等価円直径との関係を示したものであ
る。
本発明鋼5,6、比較鋼1〜4にて製作したソリッドホ
ブの乾式加工における刃先部の最大逃げ面摩耗量と各鋼
中のMC型炭化物の最大等価円直径との関係を示したも
のである。
結果であり、刃先部の最大クレータ摩耗量と各鋼中のM
C型炭化物の最大等価円直径との関係を示したものであ
る。
本発明鋼5,6、比較鋼1〜4にて製作したドリルの湿
式加工における穴あけ個数と各鋼中のMC型炭化物の最
大等価円直径との関係を示したものである。
Claims (5)
- 【請求項1】 高速度工具鋼製の切刃を有する切削工具
において、前記高速度工具鋼は、重量%で、C:0.6
〜1.8%,Si:1.2%以下,Mn:0.5%以
下,Cr:3.5〜5.0%,Mo:10%以下,W:
21%以下,V:2〜4%を含み、さらに重量%で、C
o:0.01〜4%に制限され、残余がFe及び不可避
不純物よりなり、刃先部鋼中のMC型炭化物粒のうち最
大の炭化物粒の粒子断面の面積を円の面積として置き換
えた場合の円の直径である等価円直径のうちの最大の等
価円直径である最大等価円直径が4〜10μmであっ
て、かつ、等価円直径が4μm以上の前記MC型炭化物
粒の粒子断面の長径短径比が0.3以上であることを特
徴とする切削工具。 - 【請求項2】 等価円直径が4μm以上の前記MC型炭
化物粒の鍛造、圧延軸と平行する粒子断面での面積率が
3〜8%であることを特徴とする請求項1に記載の切削
工具。 - 【請求項3】 前記切削工具の少なくとも刃先表面に、
PVDによるチタン系もしくはチタン−合金系セラミッ
クコーティングの一種または二種以上の複合膜が施され
ていることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記
載の切削工具。 - 【請求項4】 前記高速度工具鋼は、エレクトロスラグ
再溶解法により、不活性雰囲気によるO2、N2を含むガ
ス成分の溶鋼への侵入を防止し、かつ溶解条件:溶解速
度;400〜800kg/h、鋼塊外径を電極外径で割
った比率を1.2〜1.7、に保持し、前記MC型炭化
物粒のサイズを制御して製造したことを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか一に記載の切削工具。 - 【請求項5】 前記切削工具は乾式加工に使用されるこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の切
削工具。
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KR20200097274A (ko) * | 2017-12-22 | 2020-08-18 | 글리슨-파아우터 마쉰넨파브리크 게엠베하 | 치형화 기계 가공 방법 및 치형화 기계 |
-
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- 2001-06-06 JP JP2001171373A patent/JP3698656B2/ja not_active Expired - Fee Related
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