JP2005040868A - スローアウェイチップ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化タングステン粒子をコバルトからなる結合相にて焼結によって結合した超硬合金からなるスローアウェイチップを、磁気を帯びた部材に接触させて残留磁束密度を30×10−4Tより大きくした後、残留磁束密度を30×10−4T以下に消磁する。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造時の取り扱いが容易であり、かつ長寿命なスローアウェイチップに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、超硬合金は切削工具や耐摩工具等に用いられており、例えば、特許文献1では、結合相としてニッケルを用いた透磁率の低い、いわゆる非磁性超硬合金を用いて磁性粉を成形するような金型として使用することが記載されている。
【0003】
また、特許文献2では、結合相としてコバルト等の強磁性材料に磁化率の低い材料を含有せしめて非磁性または弱磁性ダイヤモンド焼結体を作製し、これを磁気を帯びた製品の運搬や搬送用部材や磁気テープのガイド等の耐摩工具として好適に使用できることが記載されている。
【0004】
一方、超硬合金はスローアウェイチップを含む切削工具に使用されているが、一般的に炭化タングステン粒子とのなじみがよく、強度、靭性に優れることから結合相としてはコバルトが用いられており、チップ自体が磁気を帯びやすい性質となっている。そこで、この性質を利用して、チップ製造時の表面研磨工程やコーティング層を成膜する場合やチップを搬送する場合の製品固定のために、チップを磁石からなる台板上に置いたりして容易に固定することが行われていた。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−120374号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平7−331376号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の磁性を帯びた超硬合金からなるスローアウェイチップでは、鉄やステンレス等の切削中に切屑がチップ表面に磁力で引き寄せられてより激しく衝突しやすくなり、また、チップ表面にくっついて系外へ排出されにくく、結果的にチッピングや欠損を起こしやすくなるという問題があった。
【0008】
また、上記特許文献1、2に記載されるように、結合相としてニッケルまたはその他の材料を含有せしめた非磁性超硬合金では、超硬合金の焼結性が低下して、ボイド等の不均質部が生じたり、炭化タングステン粒子が粒成長する結果、硬度や強度が低下するという問題があった。
【0009】
したがって、本発明の目的は、充分な耐欠損性および耐摩耗性を有するとともに、切削中の切屑によるチッピングや欠損を防止したスローアウェイチップを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記不具合を解消すべく、炭化タングステン粒子をコバルトからなる結合相にて焼結によって結合した超硬合金からなり、磁気を帯びた部材に接触させて残留磁束密度を30×10−4Tより大きくした後、チップの残存する磁化を消磁する脱磁工程をチップ製造の最終段階に設けてスローアウェイチップの残留磁束密度を30×10−4T以下に確実に制御することによって、切削工具として充分な性能を有するとともに、切削中に強磁性体である被削材の切屑が、チップ表面に磁力で引き寄せられてより激しく衝突しやすい、または系外へ排出されにくい、等の不具合を生じることなく、良好な切削が可能となることを要旨とするものである。
【0011】
ここで、前記超硬合金中のコバルトの含有量が7〜13質量%であること、前記超硬合金中のニッケルの含有量が0.1質量%以下であることが超硬合金の強度を高めてチップの耐欠損性および耐摩耗性を高める点で望ましい。
【0012】
また、前記超硬合金を粉砕し、20メッシュを通した粉砕粉末を50℃の希塩酸(HCl:H2O=1:1)中で24時間溶解してろ過したろ液中に、ろ液中の総金属量に対してタングステンを5〜15質量%の割合で含有することが、残留磁束密度を確実に制御できる点で望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明のスローアウェイチップは、炭化タングステン粒子をコバルトからなる結合相にて焼結によって結合した超硬合金からなる。
【0014】
本発明によれば、スローアウェイチップは、磁気を帯びた部材に接触させて残留磁束密度を30×10−4Tより大きくした後、チップの残存する残留磁化を消磁する脱磁工程をチップ製造の最終段階に設けてスローアウェイチップの残留磁束密度を30×10−4T以下に確実に制御していることが大きな特徴であり、これによって、切削中に生成する強磁性体材料からなる切屑がチップ表面に磁力で引き寄せられてより激しく衝突したり、切刃部に付着した切屑が磁力によって捕獲されたまま系外へ排出されにくくなることを防止して、良好な切屑排出状態とすることができる。
【0015】
ここで、前記超硬合金中のコバルトの含有量が7〜13質量%、特に8〜12質量%であること、および前記超硬合金中のニッケルの含有量が0.1質量%以下であることが超硬合金の残留磁束密度を容易に所望の値に変化させることができるとともに、硬度および強度を高めてチップの耐欠損性、および耐摩耗性を高める点で望ましい。
【0016】
また、前記超硬合金を粉砕し、20メッシュを通した粉砕粉末を50℃の希塩酸(HCl:H2O=1:1)中で24時間溶解してろ過したろ液中に、ろ液中の総金属量に対してタングステンを5〜15質量%の割合で含有することが、残留磁束密度を確実に制御できる点で望ましい。すなわち、結合相およびその周囲に含有されるタングステン量を上記範囲に制御することにより、最低限必要な一定の脱磁条件によってもより確実な脱磁処理を行うことができる。
【0017】
また、本発明によれば、炭化タングステン粒子の平均粒径は0.1〜1.5μm、特に0.2〜0.8μmであることが、硬度および強度を高める点で望ましく、炭化タングステン粒子の含有量は耐チッピング性および耐摩耗性の点で70〜92体積%であることが望ましい。
【0018】
また、上記超硬合金中には炭化タングステン粒子以外に、周期律表第4a,5a,6a族金属の少なくとも1種の炭化物、窒化物または炭窒化物粒子(以下、β相粒子と称す。ただし、WC粒子は除く。)が存在していてもよい。この時、合金の耐熱衝撃性を高める点で、β相粒子中に、Wを周期律表第4a,5a,6a族金属の総量に対して金属換算で30質量%以上、特に40〜60質量%の割合で含有することが望ましい。
【0019】
さらに、本発明によれば、合金の組織を上記のように制御することによって、粒径が0.3μm以上、特に0.5μm以上の結合相が凝集した結合相プールを組織中に含有せしめて、超硬合金の残留磁束密度の制御を容易に行うこともできる。ただし、超硬合金の高強度を維持する点では、結合相プールの最大粒径は3μm以下、特に2μm以下であることが望ましい。
【0020】
なお、上記本発明のスローアウェイチップは、それ単独でもよいが、この超硬合金母材の表面に、周期律表第4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、TiAlN、TiZrN、TiCrN、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、立方晶窒化ホウ素(cBN)およびAl2O3の群から選ばれる少なくとも1種の被覆層を単層または複数層形成することによって、さらに耐酸化性、耐摩耗性に優れた切削工具等の高硬度材とすることができる。なお、この場合でも、被覆層の膜厚が10μm以下であれば、残留磁束密度の制御は硬質相を被覆しないスローアウェイチップと同様に制御することができる。
【0021】
(製造方法)
次に、上述したスローアウェイチップを製造する方法について説明すると、まず、例えば、平均粒径0.1〜1.5μm、特に0.1〜0.8μmのWC粉末を70〜92質量%、平均粒径1〜1.3μmの周期律表4a、5a、6a族金属、特に、Ti、Zr、V、Cr、Mo、Ta、Nb、Wの群から選ばれる少なくとも1種の金属の炭化物、窒化物および炭窒化物粉末もしくは前記金属2種以上の固溶体粉末を総量で0〜15質量%、平均粒径0.1〜1μmの鉄族金属粉末を8〜12質量%、さらには所望により、金属W(W)粉末、あるいはカーボンブラック(C)を調合して、混合、粉砕する。混合、粉砕は、アトライタミルを用いて18〜35時間混合、粉砕することが、残留磁束密度の制御および硬度、強度および靭性の向上の点で望ましい。
【0022】
その後、上記混合、粉砕粉末を金型プレス等の成形方法によって所定のチップ形状にプレス成形した後に焼成する。焼成にあたっては、まず、この成形体を、1400〜1450℃にて1〜2時間真空焼成する。この真空焼成によって、相対密度98%以上にち密化する。そして、この後、前記焼成温度より20〜50℃低い温度にて0.5〜1時間、50〜100MPaの圧力で熱間静水圧処理を施す。なお、真空焼成時の真空度は、0.1〜100Paであることが適当である。
【0023】
ここで、上記焼成条件において、焼成後の冷却速度は1〜4℃/分であることが脱磁の均一性の点で望ましい。
【0024】
そして、本発明によれば、上記方法によって得られた超硬合金に対して、表面研磨(すくい面、すくい面と着座面(両頭研磨)、逃げ面(外周研磨))を施した後にチップを表面研磨時に使用した枠体状の冶具(研磨された超硬合金は冶具内に埋没した状態となる)から取り出す際、またはイオンプレーティング法のような物理蒸着(PVD)法にてチップ表面に硬質被覆層を成膜する際に、磁化率が1000×10−4T以上の磁石からなる固定冶具を用いて前記超硬合金の残留磁束密度を30×10−4Tより大きくすることが大きな特徴であり、これによって、製造時のチップの取り扱いが容易、かつ確実に行えることから、製造の歩留まり、信頼性が向上する。
【0025】
なお、上記の超硬合金に、前述したような被覆層を形成するには、所望により、上記超硬合金の表面を研削、研磨、洗浄した後、従来公知のPVD法やCVD法等の薄膜形成法によって形成することができるが、本発明によれば、イオンプレーティング法によって被覆層を成膜する際、磁石からなる冶具にチップを載置して固定した状態で成膜すると製造が容易となる。また、被覆層の厚みは、耐衝撃性、耐摩耗性の点で1〜10μmであることが望ましい。
【0026】
その後、脱磁機にてチップの残留磁束密度を30×10−4T以下に脱磁することによって、切屑処理性に優れた長寿命のローアウェイチップを作製することができる。
【0027】
脱磁条件としては、効率よく、かつ確実にスローアウェイチップの脱磁を行うために、スローアウェイチップを出荷ケースにいれた状態で、3〜5m/分の通過速度で脱磁器の脱磁面上を通過させて脱磁面より20cm以上離れた距離までチップを移動させる一連の動作を3〜10回繰り返して、総脱磁時間が10秒以上、特に10〜30秒となるように行うことが望ましい。
【0028】
【実施例】
表1に示す平均粒径の炭化タングステン粉末、コバルト粉末、他の炭化物粉末を用いて表1の割合で添加し、アトライタミルにて表1に示す時間混合、粉砕し、乾燥した後、プレス成形により切削工具形状(VPGT110302)に成形し、表1に示す温度で1時間焼成した後、表1に示す冷却速度で冷却した。
【0029】
得られた焼結体チップを超硬合金製の枠体からなる固定冶具内にセットして両頭研磨した後、フェライト製(残留磁束密度=0.4T)の磁石からなる冶具にてチップをくっつけて取り出した。そして、フェライト製(残留磁束密度=0.4T)製の磁石からなる固定冶具にくっつけて装置内にセットし、イオンプレーティング法にてTiCN膜を2μm成膜して、VPGT形状のスローアウェイチップを作製した。
【0030】
そして、スローアウェイチップを出荷ケースにいれた状態で、表1の通過速度で脱磁器の脱磁面上を通過させて脱磁面より20cm以上離れた距離までチップを移動させる一連の動作を3〜10回繰り返して行う。
【0031】
得られたスローアウェイチップについて、ガウス計によりチップのすくい面表面に接触させた状態で残留磁束密度を測定し、5箇所での平均値を表1に記載した。また、下記の条件により切削試験を行い、被削材の算術平均表面粗さ(Ra)が0.10μmを超えた時点を寿命としてワークの加工数を測定した。
【0032】
切削条件
被削材 SUS430F
加工形態 Φ8mm 外径端面仕上げ切削
切削速度 V=150m/min
切り込み 0.03mm
送り 0.03mm/rev
切削状態 湿式
さらに、切削試験に用いたチップの断面SEM観察から画像解析法にて炭化タングステン粒子の平均粒径を測定するとともに、結合相プールの最大粒径を測定した。また、チップの一部を粉砕し20メッシュを通した粉砕粉末1gに塩酸(HCl:H2O=1:1)溶液を加え、スターラーにて攪拌し24時間50℃で加熱溶解した溶液をろ過した。この溶液に希塩酸(HCl:H2O=1:1)溶液を加えて50ml定容とし、このろ液について、ICP法によってろ液中のタングステンを含む各金属の含有量および含有比率を測定した。結果は表1に示した。
【0033】
【表1】
【0034】
表1に示すように、残留磁束密度が30×10−4T以下の試料No.1〜4では、残留磁束密度が30×10−4Tより大きい試料No.5、6に比べて切削試験における切刃の欠損が少なく、切削寿命が長いものであった。
【0035】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明のスローアウェイチップによれば、炭化タングステン粒子をコバルトからなる結合相にて焼結によって結合した超硬合金からなり、磁気を帯びた部材に接触させて残留磁束密度を30×10−4Tより大きくした後、チップの残存する磁化を消磁する脱磁工程をチップ製造の最終段階に設けてスローアウェイチップの残留磁束密度を30×10−4T以下に確実に制御することによって、切削工具として充分な性能を有するとともに、切削中に強磁性体である被削材の切屑がチップ表面に当たりやすく、また、系外へ排出されにくい等の不具合を生じることなく、良好な切削が可能となる結果、長寿命のスローアウェイチップを作製することができる。
Claims (4)
- 炭化タングステン粒子をコバルトからなる結合相にて焼結によって結合した超硬合金からなり、磁気を帯びた部材に接触させて残留磁束密度を30×10−4Tより大きくした後、残留磁束密度を30×10−4T以下に消磁することを特徴とするスローアウェイチップ。
- 前記超硬合金中のコバルトの含有量が7〜13質量%であることを特徴とする請求項1記載のスローアウェイチップ。
- 前記超硬合金中のニッケルの含有量が0.1質量%以下であることを特徴とする請求項1または2記載のスローアウェイチップ。
- 前記超硬合金を粉砕し、20メッシュを通した粉砕粉末を50℃の希塩酸(HCl:H2O=1:1)中で24時間溶解してろ過したろ液中に、ろ液中の総金属量に対してタングステンを5〜15質量%の割合で含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のスローアウェイチップ。
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