JP2004516152A - 切削工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

捩れドリル、エンドミル等の切削工具を製造するための方法が提供される。本方法は、端部１２、１４と、超硬質材料を製造するための超硬質研磨粒子を含むコヒーレントな未焼結層１８によって部分的または完全に覆われた細長い側面１６とを有する円筒状コア１０を含む未結合組み合わせ品を用意する段階と、超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態に未結合組み合わせ品を置く段階と、円筒状コア１０とこのコアに結合された超硬質研磨材料層とを含む焼結製品を回収する段階と、焼結製品を加工して、超硬質研磨材料層に一つ以上の切削端縁を形成する段階とを含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は切削工具の製造方法に関するものである。
【０００２】
エンドミルのような切削工具には、螺旋状にフルート（溝）加工した加工端が付与される。螺旋形フルートは、工具用の刃先を付与する。これらの刃先は、典型的には、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素製研磨性圧密品によって提供可能であろう。ダイヤモンド製研磨性圧密品はＰＣＤとしても知られている。立方晶窒化ホウ素製圧密品はＰＣＢＮとしても知られている。
【０００３】
研磨性圧密品である切削端縁を有する螺旋形フルートの切削工具を製造するために、多くの方法が関連技術で公知である。例えば、米国特許第５０３１４８４号は、エンドミルの製造方法を開示しており、この方法では、螺旋形の溝が工具素材に形成され、溝にダイヤモンド粉末とコバルトとの混合物が満たされ、次に、ダイヤモンドが結晶学的に安定である高温および高圧状態に、工具素材が置かれる。これらの状態では、ダイヤモンドとコバルトが溝内にＰＣＤを作り、このＰＣＤが工具素材に結合される。この方法の不都合は、予備焼結された工具素材の溝内にＰＣＤまたはＰＣＢＮを焼結する結果、ＰＣＤまたはＰＣＢＮ相と予備焼結されたブランクとの間に著しい収縮差が生じることである。したがって、溝の深さおよび形状の可能性が制限される。
【０００４】
ＰＣＤまたはＰＣＢＮのストリップ（帯材）をこのような工具の螺旋形にフルート加工した端部にろう付けすることも可能である。しかし、ろう付けは脆さを招き、形状の可能性を著しく制限する。
【０００５】
（発明の概要）
本発明によれば、切削工具の製造方法は、端部と、超硬質材料を製造するための超硬質研磨粒子を含むコヒーレントな未焼結層によって部分的または完全に覆われた細長い側面とを有する円筒状コアを含む未結合組み合わせ品を用意する段階と、未結合組み合わせ品を、超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態に置く段階と、円筒状コアと該円筒状コアに結合された超硬質研磨材料とを含む焼結製品を回収する段階と、前記焼結製品を加工して、超硬質研磨材料に一つ以上の切削端縁を形成する段階とを含む。
【０００６】
細長い側面の少なくとも一部を覆う層は、コヒーレントで未焼結、すなわち未加工状態の層である。この層は、その形状を表面に保持するという点でコヒーレントであり、未結合組み合わせ品が高温および高圧処理を受けていないという意味で未焼結である。一般に、この層は、有機結合剤のような結合剤によって結合された粒子を含む。適切な有機結合剤の例はメチルセルロースである。
【０００７】
本発明の一つの形態では、前記層は、超硬質研磨粒子層のみであるか、またはコアの細長い側面全体を覆う粒子用の溶剤／触媒を含む。製造される焼結製品は、円筒状コアと、このコアに結合されかつその細長い側面全体を覆う超硬質材料とを含む。切削端縁は、超硬質材料のある部分を除去することによって形成される。この除去は、２つ以上の離間した超硬質材料領域を形成するような除去であることが好ましく、各領域は、好ましくは湾曲形状、螺旋形状または捩り形状のうちの少なくとも一種の切削端縁を有する。
【０００８】
本発明の他の形態では、前記層は、コアと同一の材料を製造するために適切な成分を含み、また超硬質材料を製造するために適切な一つ以上の脈筋の超硬質研磨粒子を含む。脈筋は、コアの一端から他端に向って長手方向に延在することが好ましく、湾曲形状、螺旋形状または捩り形状を規定するだろう。超硬質材料の一つ以上の切削端縁は、焼結製品内の焼結層からコア材料のある部分を除去することによって形成される。
【０００９】
超硬質材料は一般にＰＣＤまたはＰＣＢＮである。このような材料を製造するために、超硬質研磨粒子は、ダイヤモンド粒子または立方晶窒化ホウ素粒子のみであるか、または、好ましくは微粒子形態の適切な溶剤／触媒を含む。
【００１０】
また、超硬質材料は、接合炭化物内に分散されたダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のような不連続超硬質研磨粒子を有する接合炭化物であってよい。このような材料を製造するために、炭化物粒子の微粒子混合物、金属結合剤および超硬質研磨粒子が製造され、コヒーレントな未焼結層を形成する。
【００１１】
コアは、典型的に、焼結形態、または高温および高圧状態を適用する前の未焼結形態であってよい超硬合金または鋼等の材料である。
【００１２】
（実施形態の説明）
本発明の第１の実施態様が図１と図２に示されている。図１を参照すると、切削工具の製造の際に使用するための未結合組み合わせ品が示されている。組み合わせ品は、平坦な端面１２、１４を有するコア１０と、細長い湾曲側面１６とを備える。側面１６の全体は層１８によって覆われる。
【００１３】
コア１０は、典型的に、接合タングステン炭化物または鋼のような接合炭化物から製造される。コア１０は焼結または未焼結形態であり得る。
【００１４】
層１８は、コヒーレントで未焼結の未処理層であり、すなわち、層１８は高温および高圧状態にさらされていない。層は、超硬質材料を製造するために必要な超硬質研磨粒子を含む。研磨粒子は、他の粒子、例えば適切な溶剤／触媒の粒子と混合し得る。粒子は、有機結合剤のような結合剤によってコヒーレント形態に結合される。適切な有機結合剤の例はメチルセルロースである。
【００１５】
次に、未結合組み合わせ品は従来の高温／高圧装置の反応カプセルに配置される。塩のような材料を使用して、カプセル内の組み合わせ品を圧縮し得る。カプセルは装置の反応ゾーンに配置され、また超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態にさらされる。好ましい超硬質研磨材はダイヤモンドである。この場合、高温は、典型的に１４００〜１７００℃の範囲にあり、高圧は４〜７ＧＰａの範囲にある。これらの状態では、今や焼結されまたコアに結合されている層１８はＰＣＤとなる。ＰＣＤを製造するために、微粒子形態で、ダイヤモンド粒子をコバルトまたは他のダイヤモンド溶剤／触媒と混合することが好ましい。
【００１６】
未結合組み合わせ品を反応カプセルに挿入する前に、コア１０が未焼結形態である場合、コアの焼結は、高温および高圧状態を適用して行われる。
【００１７】
焼結された製品は、従来の公知の技術を用いてカプセルから除去される。焼結製品は、コアに確実に結合された超硬質材料、例えばＰＣＤの焼結外層を有する。焼結製品は図１の未焼結製品と同一の形状を有し、焼結された超硬質材料は層１８である。次に、図２に示したように切断、研削等によって、ツイスト状または螺旋状の溝２０を焼結層１８内に形成し得る。この結果、超硬質材料のフルート２２が形成される。フルート２２のエッジ２４、２６は工具用の切削端縁を提供する。
【００１８】
本発明の第２の実施態様が図３に示されている。本図を参照すると、切削工具の製造の際に使用するための未結合組み合わせ品は、平坦な端部３２、３４を有するコア３０と、細長い湾曲側面３６とを備える。側面３６の全体は層３８によって覆われる。
【００１９】
コア３０は、典型的には、接合タングステン炭化物のような超硬合金または鋼で作られる。コア３０の形態は焼結または未焼結であってよい。
【００２０】
層３８は未処理層であり、コヒーレントで未焼結であり、すなわち、層３８は高温および高圧で処理されていない。層３８は２つの領域４０と４２を含む。領域４０は、コアと同一の材料を製造するために必要な成分を含む。これらの成分は、上述の種類の結合剤によってコヒーレント形態に結合される。第２の領域４２は、超硬質材料を製造するために必要な超硬質研磨粒子を含む。
【００２１】
未結合組み合わせ品は、従来の高温／高圧装置の反応カプセル内に配置される。塩のような材料を使用して、カプセル内の組み合わせ品を圧縮し得る。カプセルは装置の反応ゾーンに配置され、また超硬質研磨粒子が結晶学的に安定である高温および高圧状態にさらされる。これらの状態は、領域４０の成分の焼結および領域４２の成分の焼結をもたらし、超硬質材料を製造するような状態である。コア３０が未焼結形態にある場合、コアの焼結が同時に行われる。
【００２２】
焼結製品は、従来の公知の技術を用いてカプセルから除去される。焼結製品は、図３に示されている形状と同一の形状を有し、焼結外層は、コアに互いに確実に結合された２つの焼結領域４０、４２を備える。螺旋フルートは、連続した領域４２の間の焼結領域４０を除去することによって、例えば研削によって形成される。この結果得られる製品は、図２に示されている製品と本質的に同一である。
【００２３】
本発明は、ツイストドリル、エンドミル等のような切削工具としての具体的用途を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１例の斜視図である。
【図２】
本発明の第１例の斜視図である。
【図３】
本発明の第２例の斜視図である。

Claims (14)

1. 端部と、超硬質材料を製造するための超硬質研磨粒子を含むコヒーレントな未焼結層によって部分的または完全に覆われた細長い側面とを有する円筒状コアを含む未結合組み合わせ品を用意する段階と、
   前記未結合組み合わせ品を、前記超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態に置く段階と、
   円筒状コアと該円筒状コアに結合された超硬質研磨材料とを含む焼結製品を回収する段階と、
   前記焼結製品を加工して、前記超硬質研磨材料に一つ以上の切削端縁を形成する段階とを含む切削工具の製造方法。
2. 前記一つまたは複数の切削端縁が、前記コアの一端から他端に向って延在している請求項１に記載された切削工具の製造方法。
3. 前記一つまたは複数の切削端縁が、湾曲形状、螺旋形状または捩り形状である請求項１または請求項２に記載された切削工具の製造方法。
4. 前記焼結製品において、前記未焼結層が、前記細長い側面を完全に覆う超硬質材料層であり、前記一つまたは複数の切削端縁が、前記超硬質材料の所定部分を除去することによって前記超硬質研磨材料層に形成される請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
5. 前記超硬質材料の除去が、２つ以上の離間した超硬質材料領域を形成するような作業であり、前記各領域が少なくとも一つの切削端縁を有する請求項４に記載された切削工具の製造方法。
6. 前記切削端縁が湾曲形状、螺旋形状または捩り形状である請求項５に記載された切削工具の製造方法。
7. 前記未焼結層が、前記円筒状コアと同一の材料を製造するために適切な成分を含み、かつ、前記超硬質材料を製造するための一つ以上の脈筋の超硬質研磨粒子を含み、前記一つまたは複数の切削端縁が、前記焼結製品の前記焼結層から前記コア材料の少なくとも所定部分を除去することによって形成される請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
8. 前記一つまたは複数の脈筋が、前記コアの一方の端部から他方の端部に長手方向に延在する請求項７に記載された切削工具の製造方法。
9. 前記一つまたは複数の脈筋が、湾曲形状、螺旋形状または捩り形状を作っている請求項７または請求項８に記載された切削工具の製造方法。
10. 前記コア材料が超硬合金または鋼である請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
11. 前記超硬質材料がＰＣＤまたはＰＣＢＮである請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
12. 前記超硬質材料が超硬合金を含み、該超硬合金が、その内部に分散した不連続超硬質研磨粒子を有する請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
13. 前記超硬質研磨粒子がダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素である請求項１２に記載された切削工具の製造方法。
14. 請求項１に記載された方法であって、添付図である図１から図３までのいずれか一つを引用して本明細書で説明された切削工具の製造方法。