JP2006321034A - 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】少なくとも切れ刃部に超硬合金を用いた被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金は、ＷＣの平均粒径が１．５μｍ以下、保磁力が１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／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Ｃｒ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する被覆超硬合金製ブローチである。
【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、少なくとも切れ刃部に超硬合金を用いた被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金は、ＷＣの平均粒径が１．５μｍ以下、保磁力が１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／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Ｃｒ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する被覆超硬合金製ブローチである。

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、高潤滑性の皮膜を用いることにより耐溶着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、以下の構成を備えています。
本願発明の少なくとも切れ刃部の材質である超硬合金のＷＣの平均粒径は、１．５μｍ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１．５μｍ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１．０μｍ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１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／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、１０〜２０％である。更に好ましくは、一体型では１０〜２０％、少なくとも切れ刃部のみのシェル型では、６〜１５％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、潤滑効果及び耐溶着効果を発揮する。被加工物の主成分であるＦｅとの親和性が低く、更に、上記切れ刃の逃げ面において、Ｃｒ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、且つ、耐溶着効果により工具寿命がさらに改善される。また、Ｓｉも潤滑層を形成し易く、硬さが得られることから、皮膜の好ましい成分系は、ＣｒＳｉＮ、ＣｒＳｉＣＮ、ＣｒＳｉＮＯ、ＣｒＳｉＢＮ、ＣｒＳｉＢＮＯがあり、最適なＳｉ含有量としては、金属元素のみの原子％で、０．１原子％以上、３０原子％未満である。Ｃｒ、Ｓｉ以外の金属成分としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗが上げられ、金属元素のみの原子％で、１０原子％以下添加した皮膜が耐摩耗性及び耐溶着性の観点から好ましい。
また、被覆後に、皮膜層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以下と平滑にすることにより、異常摩耗を抑制することができる。

次に、ブローチは、高速度鋼等ではホルダー部、荒〜仕上げまでの刃部を一体に設けた一体型の他に、シェル型と称される、荒〜仕上げ刃部又は仕上げ刃部をパイプ状とし、鋼製又は高速度鋼製のブローチの本体に着脱自在に取り付けた組立型とがあり、本願発明の超硬合金製ブローチに用いる超硬合金は、一体型、シェル型ともに適用できる。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０．８μｍ〜１．６μｍのＷＣ粉末、１．２μｍのＣｏ粉末、１．２μｍのＣｒ_３Ｃ_２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１〜９、比較例１０〜１６の超硬合金にて、一体型の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（Ｃｒ_９８Ｓｉ_２）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、２は、加工数１０００個まで加工できたが、本発明例１が微小チッピング先行型の摩耗、本発明例２が通常摩耗であり、いずれも、最大逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍ達したことにより寿命と判断した。本発明例３〜９は、保磁力が１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／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３〜７、本発明例９は摩耗幅も小さかった。比較例１０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１５、１６は、硬さ、保磁力が本発明範囲より高く、第１刃が欠けを起こし、寿命となった。比較例１４の、ＷＣ粒径を１．６μｍを用いると、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１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／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３のブローチと同様の仕様で、各種皮膜を切れ刃部に被覆したブローチを製作し、実施例１と同様の条件で、切削加工テストを行った。表２に、各々の被覆の構成とテスト結果を示す。

その結果、本発明例１７は、（Ｃｒ_９６Ｓｉ_２Ｂ_２）Ｎ皮膜を１μｍ被覆した場合を示すが、ＣｒＳｉＮにＢを少量添加することにより、さらに耐摩耗性を改善することができ、より好ましい被覆形態であった。本発明例１８、１９は内層にＴｉＡｌＮ皮膜を被覆したものであり、何れもＣｒＳｉＮ皮膜単層である本発明例３に比べ、耐摩耗性に優れる結果となり、内層を用いた方がより耐摩耗性を向上させることができた。本発明例２０〜２３はＣｒＳｉＢＮ皮膜を更に厚くし、且つ、内層を応力緩和性に富むＴｉＮ皮膜等で被覆したものであり、皮膜の密着性が高まり、さらに耐摩耗性を改善することができ、より好ましい被覆形態であった。

（実施例３）
本発明例２４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、その仕上げ刃をシェル状とした。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、シェルを本発明例３記載の超硬合金で製作し、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までを高速度工具鋼、第７刃〜第１０刃を仕上げ刃とし超硬合金て製作し、実施例１記載の切削諸元で行った。
その結果、シェル状の本発明例３の超硬合金を用いたブローチは、チッピングもなく、最大逃げ面摩耗幅も０．１０ｍｍと一体型とほぼ同じ性能を示した。

Claims (3)

1. 少なくとも切れ刃部に超硬合金を用いた被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金は、ＷＣの平均粒径が１．５μｍ以下、保磁力が１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／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Ｃｒ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は一体型で、且つ、結合相量が、重量％で、１０〜２０％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合金製ブローチ。