JP2006320965A - 被覆超硬合金製ブローチ - Google Patents

Abstract

【課題】ブローチに適用する超硬合金を最適化することによって、ブローチの精度を長期間維持できる被覆超硬ブローチを提供することを課題とする。
【解決手段】シェルを用いた組立型の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該シェルに用いる超硬合金は、ＷＣの平均粒径が１．２μｍ以下、保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上４０ｋＡ／ｍ未満、飽和磁化値をＲとし、２０２×Ｃｏ重量％／１００の値をＳとした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９５、更に、該被覆は、金属成分として少なくともＴｉとＳｉを含有する窒化物、酸化物、硼化物、硫化物、炭化物のいずれか１種以上の固溶体又は混合物から構成されていることを特徴とであることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
【選択図】なし

Description

本願発明は、被加工物を所要の断面形状に切削加工するための被覆超硬合金製ブローチに関する。

ブローチは、多数の被加工物を所要の断面形状に仕上げるための切削工具であり、工具寿命、加工精度に対する要望が高く、切れ刃部に超硬合金を用いたものや硬質皮膜を被覆したものがある。特許文献１、２、３記載の被覆超硬ブローチは、高硬度材加工用として、母材に超硬合金を用い、硬質皮膜を被覆している。

特開平７−１９５２２８号公報 特開２００５−４０８７１号公報 特開２００２−３６１５１９号公報

上記特許文献１〜３は、超硬合金が脆性材料であることから、ブローチとしては未だ不十分であり、チッピングや欠損を生じ易く、加工面を荒らし、寿命や加工精度に影響を及ぼしていた。
本願発明は、かかる従来の事情に鑑み、ブローチに適用する超硬合金を最適化することによって、ブローチの精度を長期間維持できる被覆超硬合金製ブローチを提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、本願発明は、シェルを用いた組立型の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該シェルに用いる超硬合金は、ＷＣの平均粒径が１．２μｍ以下、保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上４０ｋＡ／ｍ未満、飽和磁化値をＲとし、２０２×Ｃｏ重量％／１００の値をＳとした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９５、更に、該被覆は、金属成分として少なくともＴｉとＳｉを含有する窒化物、酸化物、硼化物、硫化物、炭化物のいずれか１種以上の固溶体又は混合物から構成されていることを特徴とであることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチである。尚、シェルは、組立型のブローチの、荒〜仕上げ刃部又は仕上げ刃部をパイプ状、リング状等の超硬合金等で製作し、鋼製又は高速度工具鋼製のブローチの本体に着脱自在に取り付けた部分を称する。

本願発明を適用することにより、超硬合金製ブローチの耐チッピング性、耐欠損性を高めることにより、超硬合金の特長を生かした高精度が長期間維持でき、且つ、高硬度な皮膜を用いることにより耐摩耗性に優れた超硬合金製ブローチを提供することが出来た。特に、５〜１５ｍ／ｍｉｎの切削速度でも超硬合金製ブローチを用いることが出来た。

超硬合金製ブローチは、他の工具、例えば、旋削のように被削材が、フライスのように切削工具が、回転する切削工具に比較して、ブローチ工具は、直線運動を主とした切削工具であるため、切削速度を上げることが出来ず、通常５〜１５ｍ／ｍｉｎ、上記背景技術に記載した例でも２０〜８０ｍ／ｍｉｎであり、旋削・フライスのような速度とは大きく異なっており、本願発明の超硬合金製ブローチに用いる超硬合金は、低速時の耐衝撃性に優れ、且つ、衝撃時の耐チッピング性、耐欠損性を備えるため、以下の構成を備える。
本願発明のシェル部に用いる超硬合金のＷＣの平均粒径は、１．２μｍ以下であり、切れ刃の稜線品位を良好にするためであり、ＷＣの平均粒径が１．２μｍを超えると、研削加工による切れ刃成形時において、ＷＣの脱落により、稜線品位が保てなくなり、加工面が荒くなり、チッピングを誘発するからである。好ましくは、ＷＣの平均粒径は０．６μｍ以下である。

超硬合金の保磁力は、Ｃｏ相の厚さに相当し、Ｃｏ量が少ないほど、ＷＣ粒径が小さいほど高くなるが、これらのバランスを考え、保磁力を２０ｋＡ／ｍ以上４０ｋＡ／ｍ未満とした。保磁力が１２ｋＡ／ｍ未満ではＣｏ量が多く、ＷＣの粒径も大きくなるため、耐摩耗性が低下する。保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上だと、Ｃｏ量が少なくなるためチッピングし易くなり、耐欠損性が低下する。結合相量としては、重量％で、５〜１２％である。更に好ましくは、５〜１０％である。

超硬合金の飽和磁化値をＲとし、２０２×Ｃｏ重量％／１００の値をＳとした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓを０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９５としたのは、Ｒ／Ｓが上記範囲にあるとき、耐摩耗性にすぐれ、チッピングしにくいブローチを得ることができる。２０２はＣｏの飽和磁化値である。Ｒ／Ｓが０．６５未満では有害なη相が析出し、強度が大幅に低下するからであり、Ｒ／Ｓが０．９５を超えると、結合相中のＷ固溶量が低下し、合金の強度が低下し、刃先強度が低下するからである。好ましくは、Ｒ／Ｓが０．７０〜０．９５で、より好ましくは、Ｒ／Ｓが０．８０〜０．９０である。

被覆を施すことにより、チッピングを抑制すると共に、耐摩耗効果と潤滑効果を発揮する。上記切れ刃の逃げ面において、Ｓｉと被加工物が潤滑層を形成し易く、その潤滑層が極めて緻密で剥離し難いため、結果として切削の断続性に耐え、耐摩耗効果がさらに改善される。硬質皮膜の好ましい成分系は、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＴｉＳｉＮＯ、ＴｉＳｉＢＮがあり、最適なＳｉ含有量としては、金属元素のみの原子％で、５原子％以上、３０原子％未満である。ＴｉＳｉ以外の金属成分としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗが上げられ、金属元素のみの原子％で、１０原子％以下添加する。
被覆後に、該被覆表面を機械的処理により切れ刃のすくい面と逃げ面の最大高さ面粗さＲｚを１．０μｍ以下と平滑にし、異常摩耗を抑制することができる。

次に、シェルは、中空部を有する切れ刃部のことであり、この中空部に棒状のブローチの本体を挿入し、取り付けることにより組立型となる。シェルには、一体的に複数の刃を有するパイプ状のものと、１刃毎のリング状ものとがある。
パイプ状のシェルは、ブローチの本体に取り付ける際、一体であり、高精度等を維持できる特徴がある。
リング状のシェルは、１刃毎に独立したシェルであり、各々の切れ刃によって適した材質が選択でき、例えば、仕上げ刃に関しては、仕上げに適した超硬合金又はＴｉＣＮ基サーメット等を用いることが可能となる。以下、本願発明を実施例に基づき、詳細に説明する。

（実施例１）
市販の平均粒径０．４μｍ〜１．５μｍのＷＣ粉末、１．２μｍのＣｏ粉末、１．２μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、１．５μｍのＶＣ粉末、１．２μｍのＴａＣ粉末を用いて、表１に示す各組成に配合し、成形バインダーを含んだアルコール中アトライターで１２時間混合し、スプレードライヤーで造粒乾燥した後、得られた造粒粉末を押出し成形して圧粉体とした。これらの圧粉体を１０Ｐａの真空雰囲気中において１４００〜１４５０℃で焼結し、その後ＨＩＰ処理し、本発明例１〜１１、比較例１３〜１６の超硬合金にてパイプ状のシェルを製作し、合金鋼で製作したブローチ本体に組立てて、インボリュートスプラインブローチを製作した。
上記ブローチは、切れ刃のすくい角が６°、ブローチ軸方向に切れ刃を１０刃並べて設け、１刃の切り込みは、ブローチの第１刃から数えて、第５刃目までが０．０４ｍｍ、第６刃が０．０２ｍｍ、第７刃が０．０１ｍｍで、第７刃〜第１０刃を仕上げ刃とした。各ブローチを脱脂洗浄を十分に実施し、ＡＩＰ装置の容器内の冶具に配置し、切れ刃部に（Ｔｉ_0.４Ａｌ_０．４Ｓｉ_0.１）Ｎ皮膜を１．０μｍの厚さで形成した。
製作した各被覆超硬ブローチを用いて、被加工物を定数個加工時の最大逃げ面摩耗幅を調査した。被加工物には、１個当たりの切削長が２６ｍｍで、荒加工後、ＨＲＣ５０に浸炭焼入れしたＳＣＭ４３５材を用い、切削条件は、切削速度５ｍ／ｍｉｎ、不水溶性切削液を用いた湿式切削で行った。表１にテスト結果を示す。

表１より、本発明例１〜４は、加工数１５００個まで加工でき、特に、本発明例４は、ＷＣ粒子が最も微粒な例で、高品位な面が得られ、本発明例１〜３は、通常摩耗であり、いずれも、最大逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍ以下であった。本発明例５〜９は、保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上４０ｋＡ／ｍ未満の範囲、飽和磁化比が０．６５以上０．９５以下の範囲であり、加工数１５００個まで加工でき、摩耗状態も良好な通常摩耗であり、特に、ＷＣの平均粒径が１．０μｍ以下の本発明例１〜９は摩耗幅も小さかった。本発明例１０、１１は、ＷＣの平均粒径がやや粗い１．０μｍ、１．２μｍの例で、最大逃げ面摩耗幅がやや大きくなった。
比較例１２は、加工数５００個の時点で、切れ刃にチッピングを生じており、飽和磁化比が低い為であり、比較例１３は、飽和磁化比が高い為であり、摩耗が大きく、５００個の加工で中止した。比較例１４は、Ｃｏ量が少なすぎ、使用初期に、第１刃が欠けを起こし、寿命となった。比較例１５は、Ｃｏ量が多く、摩耗が大きく、５００個の加工で中止した。比較例１６は、ＷＣ粒径を１．５μｍを用いたため、切れ刃稜線の品位が影響し、いびつな摩耗状態であった。
これらの結果より、本発明範囲の特性を持つ超硬合金、保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上４０ｋＡ／ｍ未満、飽和磁化比が０．６５以上０．９５以下の範囲の特性を持つ超硬合金を素材とした被覆超硬ブローチは耐チッピング性、耐摩耗性ともに非常に優れていることが明らかである。

（実施例２）
本発明例１７として、本発明例３の超硬合金を用いて、実施例１と同仕様で、皮膜を（Ｔｉ_０．４５Ａｌ_０．４５Ｓｉ_0.１）Ｎ−（Ｔｉ_0.8Ｓｉ_0.2）Ｎ、０．５−０．５μｍの厚さとし、 本発明例１８として、皮膜を（Ｔｉ_０．５Ａｌ_０．５）Ｎ−（Ｔｉ_0.8Ｓｉ_0.2）Ｎ、０．５−０．５μｍの厚さとし、本発明例１９として、同皮膜を（Ｔｉ_０．５Ａｌ_０．５）Ｎ−（Ｔｉ_0.8Ｓｉ_0.2）（Ｎ_0.95Ｃ_０．０５）、０．５−０．５μｍの厚さとし、本発明例２０として、同皮膜をＴｉＮ−（Ｔｉ_0.8Ｓｉ_0.2）Ｎ、０．３−０．７μｍの厚さとし、本発明例２１として、同皮膜を（Ａｌ_０．６Ｃｒ_０．４）Ｎ−（Ｔｉ_0.8Ｓｉ_0.2）Ｎ膜、皮膜を０．３−０．７μｍの厚さとし、本発明例２２として、同皮膜を（Ａｌ_０．６Ｃｒ_０．３５Ｓｉ_0.05）Ｎ−（Ｔｉ_0.8Ｓｉ_0.2）Ｎ膜、皮膜を０．３−０．７μｍの厚さとし、実施例１と同様の条件で、切削加工テストを行った。
本発明例１のＴｉＡｌＮ単層と比較すると、本発明例１７〜１９では、高硬度なＴｉＳｉＮ皮膜等を組合わせることにより、更に耐摩耗性がよくなり、最大逃げ面摩耗幅は、本発明例１７−０．０７ｍｍ、本発明例１８−０．０６ｍｍ、本発明例１９−０．０６ｍｍと更に低減することが出来た。本発明例１９〜２１は、ＴｉＳｉＮ皮膜を更に厚くし、且つ、内層を応力緩和性に富むＴｉＮ等で設けたため、皮膜の密着性が高まり、最大逃げ面摩耗幅は、本発明例１９−０．０９ｍｍ、本発明例２０−０．０８ｍｍ、本発明例２１−０．０６ｍｍであり、更に低減することが出来た。

（実施例２）
本発明例２２として、実施例１と同仕様のインボリュートスプラインブローチを用いて、その第１刃〜第７刃迄をパイプ状の本発明例１の超硬合金で製作し、第８刃〜第１０刃をＴｉＣＮ基サーメットで製作した。
先ず、本体をＨＲＣ６０程度に調質した溶製高速度工具鋼であるＳＫＨ５１材製で製作し、次いで、パイプ状のシェルを本発明例１記載の超硬合金で製作し、リング状のシェルをＴｉＣＮ基サーメットで製作し、以下、実施例１同様に、ブローチ軸方向に切れ刃を１０刃並べて設け、１刃の切り込みは、ブローチの第１刃から数えて、第５刃目までが０．０４ｍｍ、第６刃が０．０２ｍｍ、第７刃が０．０１ｍｍまでを超硬合金製、第８刃〜第１０刃の仕上げ刃をＴｉＣＮ基サーメット製で製作し、実施例１記載の切削諸元で行った。
その結果、本発明例１７は、チッピングもなく、最大逃げ面摩耗幅も０．０７ｍｍと超硬合金のシェル型とほぼ同じであったが、被切削面は、サーメットにより高品位な面が得られた。

Claims (5)

1. シェルを用いた組立型の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該シェルに用いる超硬合金は、ＷＣの平均粒径が１．２μｍ以下、保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上４０ｋＡ／ｍ未満、飽和磁化値をＲとし、２０２×Ｃｏ重量％／１００の値をＳとした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９５、更に、該被覆は、金属成分として少なくともＴｉとＳｉを含有する窒化物、酸化物、硼化物、硫化物、炭化物のいずれか１種以上の固溶体又は混合物から構成されていることを特徴とであることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
2. 請求項１記載の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金製ブローチの結合相量が、重量％で、５〜１２％であることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
3. 請求項１又は２記載の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該ＷＣの平均粒径を０．６μｍ以下としたことを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
4. 請求項１乃至３何れかに記載の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該シェルの荒刃〜仕上げ刃の一部を超硬合金で、該シェルの仕上げ刃の一部又は全部をＴｉＣＮ基サーメットとしたことを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
5. 請求項１乃至４何れかに記載の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該切れ刃のすくい面、逃げ面の最大高さ面粗さＲｚが１．０μｍ以下であることを特徴とする被覆超硬ブローチ。