JP2003193266A - 金属材料切削用工具 - Google Patents
金属材料切削用工具Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】複雑な形状の工具の製造コストを低減し、且
つ、少なくとも切れ刃部を超硬質合金製で製作すること
により、超硬質合金製の材料の特徴を発揮させる金属材
料切削用工具を提供することを目的とする。 【構成】金属材料切削用工具において、該工具は少なく
とも基体、溶射皮膜、セラミック皮膜で構成され、該溶
射皮膜を超硬質合金、該セラミック皮膜を気相蒸着膜、
としたことを特徴とする金属材料切削用工具である。
つ、少なくとも切れ刃部を超硬質合金製で製作すること
により、超硬質合金製の材料の特徴を発揮させる金属材
料切削用工具を提供することを目的とする。 【構成】金属材料切削用工具において、該工具は少なく
とも基体、溶射皮膜、セラミック皮膜で構成され、該溶
射皮膜を超硬質合金、該セラミック皮膜を気相蒸着膜、
としたことを特徴とする金属材料切削用工具である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、金属材料切削用に用
いる工具金に関する。
いる工具金に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料切削用の工具には、高速度鋼、
超硬合金等で製作された工具が用いられている。これら
の工具は、各々一長一短があり、高速度鋼は、安価であ
るが、超硬合金製工具ほど切削速度を上げることが出来
ず、現在では、複雑な形状を有する切削工具、例えば、
ブローチ、総型フライス等の一部に用いられている。超
硬質合金製工具は、高価で、切削速度を上げることがで
きる反面、もともと脆性材料であり、研削加工に工数を
有するため、比較的単純な形状を有する切削工具、例え
ば、ドリル、エンドミル等の一部に用いられている。超
硬質合金の中でも、超硬合金製の工具では、製造コスト
の低減を、ソリッド工具−超硬合金単体で製作された工
具、を刃先交換式のインサートを機械的に又はろう付け
等による固着により固定し、切削工具を製作することに
より製造コストを低減していた。
超硬合金等で製作された工具が用いられている。これら
の工具は、各々一長一短があり、高速度鋼は、安価であ
るが、超硬合金製工具ほど切削速度を上げることが出来
ず、現在では、複雑な形状を有する切削工具、例えば、
ブローチ、総型フライス等の一部に用いられている。超
硬質合金製工具は、高価で、切削速度を上げることがで
きる反面、もともと脆性材料であり、研削加工に工数を
有するため、比較的単純な形状を有する切削工具、例え
ば、ドリル、エンドミル等の一部に用いられている。超
硬質合金の中でも、超硬合金製の工具では、製造コスト
の低減を、ソリッド工具−超硬合金単体で製作された工
具、を刃先交換式のインサートを機械的に又はろう付け
等による固着により固定し、切削工具を製作することに
より製造コストを低減していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の様な刃
先交換式では、インサートを固着するためのスペース、
固着手段等を格納するスペース等が必要となり、上記の
ような複雑な形状を有する切削工具には適用できない、
とい課題が有った。ろう付け式の工具では、固着手段の
スペースが不要となるメリットがあるも、ろう付け持の
加熱・冷却に伴う変形、残留応力等の問題から、刃数の
多い工具には用いられていないのが現状である。
先交換式では、インサートを固着するためのスペース、
固着手段等を格納するスペース等が必要となり、上記の
ような複雑な形状を有する切削工具には適用できない、
とい課題が有った。ろう付け式の工具では、固着手段の
スペースが不要となるメリットがあるも、ろう付け持の
加熱・冷却に伴う変形、残留応力等の問題から、刃数の
多い工具には用いられていないのが現状である。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は、複雑な形状の工具の製造コ
ストを低減し、且つ、少なくとも切れ刃部を超硬質合金
製で製作することにより、超硬質合金製の材料の特徴を
発揮させる金属材料切削用工具を提供することを目的と
する。
ストを低減し、且つ、少なくとも切れ刃部を超硬質合金
製で製作することにより、超硬質合金製の材料の特徴を
発揮させる金属材料切削用工具を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため、本願発明で
は、金属材料切削用工具において、該工具は少なくとも
基体、溶射皮膜、セラミック皮膜で構成され、該溶射皮
膜を超硬質合金、該セラミック皮膜を気相蒸着膜、とし
たことを特徴とする金属材料切削用工具である。
は、金属材料切削用工具において、該工具は少なくとも
基体、溶射皮膜、セラミック皮膜で構成され、該溶射皮
膜を超硬質合金、該セラミック皮膜を気相蒸着膜、とし
たことを特徴とする金属材料切削用工具である。
【０００６】
【発明の実施の形態】先ず、工具の基体は、現在一般的
に用いられている高速度鋼でも良く、形状は刃先加工を
行う前の、中間仕上げの状態のもので十分である。この
基体に、超硬質合金の溶射皮膜を設けることにより、例
えば、０．１〜５ｍｍ程度の厚さで溶射皮膜を設ける。
溶射皮膜により、刃先部全体が皮膜で覆われるため、最
終仕上げとなる刃付け加工を行い、工具として完成す
る。
に用いられている高速度鋼でも良く、形状は刃先加工を
行う前の、中間仕上げの状態のもので十分である。この
基体に、超硬質合金の溶射皮膜を設けることにより、例
えば、０．１〜５ｍｍ程度の厚さで溶射皮膜を設ける。
溶射皮膜により、刃先部全体が皮膜で覆われるため、最
終仕上げとなる刃付け加工を行い、工具として完成す
る。
【０００７】第２に、該セラミック皮膜を気相蒸着膜と
したのは、刃付け加工後に成膜するため、気相から設
け、具体的には、低温での蒸着が行える物理蒸着法、イ
オンプレーティング法、マグネトロンスパッタリング法
等によって成膜される。これらの方法は、低温で成膜出
来るため、成膜時の歪み、変形等を抑えることができ
る。更に、耐摩耗性等の膜としては、ＴｉＣＮ、ＴｉＡ
ｌＮ等の膜が適用でき、潤滑性等を向上させるにはＣｒ
を含む皮膜を多層に成膜させても良い。第３に、超硬質
合金製の溶射皮膜は、超硬合金のＪＩＳＫ種、Ｍ種、Ｐ
種、Ｚ種、ＴｉＣＮ基サーメット等が、その工具と被削
材等により選択される。例えば、仕上げを含むブローチ
のような工具に適用する場合には、超硬合金のＫ１０や
ＴｉＣＮ基サーメットが、荒用に用いる場合には、強度
が要求されるので同Ｋ３０、Ｍ２０、Ｐ３０等の材種が
適用され、更に、これらを２層に用いても良い。第４
に、溶射皮膜は、従来の物理蒸着法、化学蒸着法の皮膜
の厚さは数ミクロン、十数ミクロンの厚さで有るのに対
し、膜の厚さが０．１〜５ｍｍ程度であり、数百倍程度
厚く設けることが出来るため、切削時に基体の受ける切
削熱の影響がほぼ無視できる程度となるため、基体とな
る鋼種は、高速度鋼よりも安価な構造用鋼や合金鋼程度
の、耐熱性に対しては弱い鋼種でも十分である。
したのは、刃付け加工後に成膜するため、気相から設
け、具体的には、低温での蒸着が行える物理蒸着法、イ
オンプレーティング法、マグネトロンスパッタリング法
等によって成膜される。これらの方法は、低温で成膜出
来るため、成膜時の歪み、変形等を抑えることができ
る。更に、耐摩耗性等の膜としては、ＴｉＣＮ、ＴｉＡ
ｌＮ等の膜が適用でき、潤滑性等を向上させるにはＣｒ
を含む皮膜を多層に成膜させても良い。第３に、超硬質
合金製の溶射皮膜は、超硬合金のＪＩＳＫ種、Ｍ種、Ｐ
種、Ｚ種、ＴｉＣＮ基サーメット等が、その工具と被削
材等により選択される。例えば、仕上げを含むブローチ
のような工具に適用する場合には、超硬合金のＫ１０や
ＴｉＣＮ基サーメットが、荒用に用いる場合には、強度
が要求されるので同Ｋ３０、Ｍ２０、Ｐ３０等の材種が
適用され、更に、これらを２層に用いても良い。第４
に、溶射皮膜は、従来の物理蒸着法、化学蒸着法の皮膜
の厚さは数ミクロン、十数ミクロンの厚さで有るのに対
し、膜の厚さが０．１〜５ｍｍ程度であり、数百倍程度
厚く設けることが出来るため、切削時に基体の受ける切
削熱の影響がほぼ無視できる程度となるため、基体とな
る鋼種は、高速度鋼よりも安価な構造用鋼や合金鋼程度
の、耐熱性に対しては弱い鋼種でも十分である。
【０００８】第５に、溶射は、例えば、プラズマ溶射等
で行い、溶射に伴う熱の影響を最小限に止める。溶射自
体は高温を伴うが、プラズマ溶射では、高温にさらされ
る時間が短時間で、工具にとっては熱の影響、例えば、
変形、歪みに伴う精度の劣化等、を最小限に抑えること
が出来る。また、プラズマ溶射では、高密度の皮膜を生
成でき、工具切れ刃に用いる際には、ポア（巣）が少な
く、溶射皮膜の溶射面が平滑である。
で行い、溶射に伴う熱の影響を最小限に止める。溶射自
体は高温を伴うが、プラズマ溶射では、高温にさらされ
る時間が短時間で、工具にとっては熱の影響、例えば、
変形、歪みに伴う精度の劣化等、を最小限に抑えること
が出来る。また、プラズマ溶射では、高密度の皮膜を生
成でき、工具切れ刃に用いる際には、ポア（巣）が少な
く、溶射皮膜の溶射面が平滑である。
【０００９】第６に、溶射皮膜は、２層、３層に重ねて
も、刃毎に異種の材種を設けても良く、例えば、荒用の
エンドミル等の機械的衝撃が作用する工具では、高強度
な超硬合金を用いるが、本願発明では、鋼の基体に、耐
摩耗性に優れる超硬合金を容赦し、その上層に強度に優
れる超硬合金を溶射しても良い。また、ブローチのよう
に、１工具中に荒刃、中仕上げ刃、仕上げ刃が設けられ
ている工具では、各々の用途に適した異なる材種の溶射
皮膜を設けても良い。更に、溶射皮膜を刃付け加工した
後に、物理蒸着法等で被覆することにより、更なる耐摩
耗性、潤滑性等を向上させることが出来る。以下、実施
例に基づき本発明を具体的に説明する。
も、刃毎に異種の材種を設けても良く、例えば、荒用の
エンドミル等の機械的衝撃が作用する工具では、高強度
な超硬合金を用いるが、本願発明では、鋼の基体に、耐
摩耗性に優れる超硬合金を容赦し、その上層に強度に優
れる超硬合金を溶射しても良い。また、ブローチのよう
に、１工具中に荒刃、中仕上げ刃、仕上げ刃が設けられ
ている工具では、各々の用途に適した異なる材種の溶射
皮膜を設けても良い。更に、溶射皮膜を刃付け加工した
後に、物理蒸着法等で被覆することにより、更なる耐摩
耗性、潤滑性等を向上させることが出来る。以下、実施
例に基づき本発明を具体的に説明する。
【００１０】
【実施例】本発明例１として、鋼切削用の切削工具であ
る幅１０ｍｍ、高さ３８ｍｍ、全長１５０ｍｍのサーフ
ェースブローチにおいて、該ブローチの基体の材料に硬
さＨＲＣ６７に熱処理したＳＫＨ５５材を用い、切れ刃
部表面にＷＣ粒径が１μｍ、Ｃｏ量が６重量％の超硬合
金の溶射皮膜０．５ｍｍを有するものを製作し、刃付け
加工後、イオンプレーティング法によりＴｉＡｌＮ皮膜
を１ミクロン被覆した。また、比較のため、従来例２と
して、超硬合金単体で同じ材質からなる、同形状のサー
フェースブローチも製作した。製作コストを対比する
と、基体、本発明例１−ＳＫＨ５５材、従来例−超硬合
金ソリッドであり、素材比が低減でき、更に、超硬合金
部分の研削代が少なくでき、溶射、物理蒸着に係るコス
トを差し引いても、トータル的に工具コストを１／２程
度に低減することができた。
る幅１０ｍｍ、高さ３８ｍｍ、全長１５０ｍｍのサーフ
ェースブローチにおいて、該ブローチの基体の材料に硬
さＨＲＣ６７に熱処理したＳＫＨ５５材を用い、切れ刃
部表面にＷＣ粒径が１μｍ、Ｃｏ量が６重量％の超硬合
金の溶射皮膜０．５ｍｍを有するものを製作し、刃付け
加工後、イオンプレーティング法によりＴｉＡｌＮ皮膜
を１ミクロン被覆した。また、比較のため、従来例２と
して、超硬合金単体で同じ材質からなる、同形状のサー
フェースブローチも製作した。製作コストを対比する
と、基体、本発明例１−ＳＫＨ５５材、従来例−超硬合
金ソリッドであり、素材比が低減でき、更に、超硬合金
部分の研削代が少なくでき、溶射、物理蒸着に係るコス
トを差し引いても、トータル的に工具コストを１／２程
度に低減することができた。
【００１１】本発明例３〜１９として、本発明例１のサ
ーフェースブローチおいて、溶射皮膜である超硬合金の
ＷＣ粒径及び／又はＣｏ量を変化させたものを１７種類
製作した。本発明例３〜６は、Ｃｏ量を６重量％と一定
とし、ＷＣ粒径を１μｍを超える粗粒から中粒サイズの
範囲で変化させたものであり、ＷＣ粒径を本発明例３は
２．５μｍ、本発明例４は２μｍ、本発明例５は１．５
μｍ、本発明例６は１．２μｍとしたものである。次に
本発明例７〜１２は、ＷＣ粒径を１μｍと０．８μｍの
微粒サイズとし、Ｃｏ量を変化させたものであり、本発
明例７〜９は、ＷＣ粒径を１μｍと一定とし、Ｃｏ量を
本発明例７は８重量％、本発明例８は１０重量％、本発
明例９は１２重量％、また、本発明例１０〜１２は、Ｗ
Ｃ粒径を０．８μｍと一定とし、Ｃｏ量を本発明例１０
は６重量％、本発明例１１は８重量％、本発明例１２は
１０重量％である。次に本発明例１３〜１９は、ＷＣ粒
径を０．６μｍと０．４μｍの超微粒サイズとし、Ｃｏ
量を変化させたものであり、本発明例１３〜１７は、Ｗ
Ｃ粒径を０．６μｍと一定とし、Ｃｏ量を本発明例１３
は６重量％、本発明例１４は８重量％、本発明例１５は
１０重量％、本発明例１６は１２重量％、本発明例１７
は１４重量％、また、本発明例１８、１９は、ＷＣ粒径
を０．４μｍと一定とし、Ｃｏ量を本発明例１８は８重
量％、本発明例１９は１２重量％である。本発明例１、
３〜１９、従来例２の１９例のサーフェースブローチ
を、切削速度５ｍ／ｍｉｎで不水溶性切削液を使用し、
被削材が機械構造用炭素鋼であるＳ５０Ｃ材の加工で、
従来例２の再研削までの規定加工数である１００００個
の定数個の加工可否をテストした。その結果、本発明例
及び従来例共に今回製作したサーフェースブローチは、
全てにおいて再研削までの規定加工数である１００００
個の定数個の加工ができた。
ーフェースブローチおいて、溶射皮膜である超硬合金の
ＷＣ粒径及び／又はＣｏ量を変化させたものを１７種類
製作した。本発明例３〜６は、Ｃｏ量を６重量％と一定
とし、ＷＣ粒径を１μｍを超える粗粒から中粒サイズの
範囲で変化させたものであり、ＷＣ粒径を本発明例３は
２．５μｍ、本発明例４は２μｍ、本発明例５は１．５
μｍ、本発明例６は１．２μｍとしたものである。次に
本発明例７〜１２は、ＷＣ粒径を１μｍと０．８μｍの
微粒サイズとし、Ｃｏ量を変化させたものであり、本発
明例７〜９は、ＷＣ粒径を１μｍと一定とし、Ｃｏ量を
本発明例７は８重量％、本発明例８は１０重量％、本発
明例９は１２重量％、また、本発明例１０〜１２は、Ｗ
Ｃ粒径を０．８μｍと一定とし、Ｃｏ量を本発明例１０
は６重量％、本発明例１１は８重量％、本発明例１２は
１０重量％である。次に本発明例１３〜１９は、ＷＣ粒
径を０．６μｍと０．４μｍの超微粒サイズとし、Ｃｏ
量を変化させたものであり、本発明例１３〜１７は、Ｗ
Ｃ粒径を０．６μｍと一定とし、Ｃｏ量を本発明例１３
は６重量％、本発明例１４は８重量％、本発明例１５は
１０重量％、本発明例１６は１２重量％、本発明例１７
は１４重量％、また、本発明例１８、１９は、ＷＣ粒径
を０．４μｍと一定とし、Ｃｏ量を本発明例１８は８重
量％、本発明例１９は１２重量％である。本発明例１、
３〜１９、従来例２の１９例のサーフェースブローチ
を、切削速度５ｍ／ｍｉｎで不水溶性切削液を使用し、
被削材が機械構造用炭素鋼であるＳ５０Ｃ材の加工で、
従来例２の再研削までの規定加工数である１００００個
の定数個の加工可否をテストした。その結果、本発明例
及び従来例共に今回製作したサーフェースブローチは、
全てにおいて再研削までの規定加工数である１００００
個の定数個の加工ができた。
【００１２】本発明例２０、２１として、本発明例１の
サーフェースブローチの被覆をＴｉＮＴｉＣＮ、ＴｉＡ
ｌＮ−Ｃｒ系皮膜をそれぞれ１ミクロン成膜したものを
製作した。また、前記同様の切削条件で切削テストを行
った結果、本発明例２０、２１とも再研削までの規定加
工数である１００００個の定数個の加工ができ、本発明
例は耐摩耗性が優れ、摩耗量は少なくなり、本発明例２
１は耐溶着性に優れ、均一な摩耗状態であった。
サーフェースブローチの被覆をＴｉＮＴｉＣＮ、ＴｉＡ
ｌＮ−Ｃｒ系皮膜をそれぞれ１ミクロン成膜したものを
製作した。また、前記同様の切削条件で切削テストを行
った結果、本発明例２０、２１とも再研削までの規定加
工数である１００００個の定数個の加工ができ、本発明
例は耐摩耗性が優れ、摩耗量は少なくなり、本発明例２
１は耐溶着性に優れ、均一な摩耗状態であった。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本願発明によれば、鉄鋼材
料や非鉄金属材料等の金属材料を切削加工するのに用い
る切削工具において、高能率、長寿命、高精度等の工具
性能を維持しつつ、工具コストを低減した切削工具を提
供することができた。
料や非鉄金属材料等の金属材料を切削加工するのに用い
る切削工具において、高能率、長寿命、高精度等の工具
性能を維持しつつ、工具コストを低減した切削工具を提
供することができた。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ２３Ｃ 14/06 Ｃ２３Ｃ 14/06 Ａ
Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04
3C050 BE00
4K029 AA02 AA29 BA03 BA17 BA58
BB02 BC02 BD05 CA03 CA05
4K031 AA08 AB02 AB08 CB16 CB21
CB45 CB46 DA04 FA07
4K044 AA02 AB10 BA02 BA06 BA18
BB03 BC06 BC07 CA11 CA13
CA14
Claims (3)
- 【請求項１】金属材料切削用工具において、該工具は少
なくとも基体、溶射皮膜、セラミック皮膜で構成され、
該溶射皮膜を超硬質合金、該セラミック皮膜を気相蒸着
膜、としたことを特徴とする金属材料切削用工具。 - 【請求項２】請求項１記載の金属材料切削用工具におい
て、該セラミック皮膜が物理蒸着膜からなることを特徴
とする金属材料切削用工具。 - 【請求項３】請求項２記載の金属材料切削用工具におい
て、該物理蒸着膜がＴｉＡｌＮ膜であることを特徴とす
る金属材料切削用工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001388937A JP2003193266A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 金属材料切削用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001388937A JP2003193266A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 金属材料切削用工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003193266A true JP2003193266A (ja) | 2003-07-09 |
Family
ID=27597292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001388937A Abandoned JP2003193266A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 金属材料切削用工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003193266A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005297166A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Fuji Heavy Ind Ltd | ブローチ及びそのブローチを用いた切削加工方法 |
| JP2013022719A (ja) * | 2011-07-26 | 2013-02-04 | Osg Corp | 工具の表面改質方法および工具 |
-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001388937A patent/JP2003193266A/ja not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005297166A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Fuji Heavy Ind Ltd | ブローチ及びそのブローチを用いた切削加工方法 |
| JP4571430B2 (ja) * | 2004-04-15 | 2010-10-27 | 富士重工業株式会社 | ブローチ及びそのブローチを用いた切削加工方法 |
| JP2013022719A (ja) * | 2011-07-26 | 2013-02-04 | Osg Corp | 工具の表面改質方法および工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041018 |
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| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20050825 |