JP2007044807A

JP2007044807A - 超硬合金製極小径エンドミル

Info

Publication number: JP2007044807A
Application number: JP2005231447A
Authority: JP
Inventors: Koji Maekawa; 康治前川; Yutaka Kubo; 裕久保
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】極小径エンドミルが切込み量、送り量ともに数ミクロン単位であり、その際に必要とされる耐折損性、耐チッピング性を向上させることを目的とする。
【解決手段】刃径が０．１ｍｍ以下の超硬合金製極小径エンドミルにおいて、該超硬合金は、質量％でＣｏが４〜１２％、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ及びＮｂの１種以上を０．５〜１．５％含有し、残りがＷＣ及び不可避不純物からなる組成を有し、該超硬合金は、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、保磁力は２５ｋＡ／ｍ以上５０ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする超硬合金製極小径エンドミルである。
【選択図】なし

Description

本願発明は、刃径が０．１ｍｍ以下の小径エンドミル（以下、単に、極小径エンドミルと称する。）に用いる、平均粒径が０．８μｍ以下の炭化タングステンからなる粒子を有する超硬合金に関する。

平均粒径が０．８μｍ以下のＷＣ粒子を含有する微粒超硬合金は、硬さと伴に靭性も高いため小径エンドミル、小径ドリル、各種剪断刃などに広範囲に用いられている。近年、微細加工品の増加と伴に、エンドミルやドリルの小径化が急速に進み、微粒合金のＷＣ粒子の平均粒径は益々小さく、しかも硬度と靭性の高いものが要求されてきている。そのため、焼結中におけるＷＣ粒子の粒成長を抑制するため、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属もしくは、それらの炭化物、窒化物、炭窒化物などの化合物をＷＣの粒成長抑制材として用いられることが提案されている。これらの具体的な例として、以下の特許文献１〜５が開示されている。
特許文献１は、ＶとＣｒとを複合添加し、ＶやＣｒが結合相中に固溶しており本質的にＷＣ相と結合相の２相からなる超硬合金が開示され、特許文献２は、ＶとＣｒの２種を添加し、ＷＣをＶとＷとＣｒの析出複合炭化物の薄層で被覆し、結合相中に（Ｖ、Ｗ、Ｃｒ）Ｃの析出を無くすことにより、一段と強度の高い超硬合金が記載され、特許文献３は、結合相中にＶとＷとＣｒの析出複合炭化物からなる硬質分散相を微細に分散分布させている。特許文献４は、ＶとＣｒとＴａＣ又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃの３種を添加し、特許文献５は、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａを添加し、素地中にＶ、Ｃｒ、Ｔａ等の炭化物もしくは炭窒化物の固溶体粒子を分散させ、特許文献６は、ＣｒとＴａ及び／又はＮｂを添加し、Ｔａ及び／又はＮｂを主体とする斑状析出相の析出を抑制させ、耐折損、耐チッピング性に優れた微粒超硬合金材を提供し、特に、０．３ｍｍ以下の小径ドリルが開示されている。

特許第３２３５２５９号公報特開平１１−３５００６１号公報特許第３２９１５６２号公報特許第３３３１９１６号公報特開平６−８１０７２号公報特開２００５−１０５３９８号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に開示されている従来技術では、ＶやＣｒが添加されているが、Ｔａ及びＮｂのうちの１種以上が添加されておらず靭性が劣り、更には耐熱性が劣るという欠点がある。特許文献４、５、６ではＶ、Ｃｒ、Ｔａのいずれもが添加されているものの、Ｔａ無添加品に比べ靭性が劣るという欠点がある。

極小径エンドミルは、切込み量、送り量ともに数ミクロン単位であり、その際に必要とされる耐折損性、耐チッピング性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、刃径が０．１ｍｍ以下の超硬合金製極小径エンドミルにおいて、該超硬合金は、質量％でＣｏが４〜１２％、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ及びＮｂの１種以上を０．８〜１．５％含有し、残りがＷＣ及び不可避不純物からなる組成を有し、該超硬合金は、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、保磁力は２５ｋＡ／ｍ以上５０ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする超硬合金製極小径エンドミルである。本構成を採用することにより、ＷＣ平均粒径をより細かくし、極小径エンドミルのの耐折損性、耐チッピング性を飛躍的に改善することができる。

本願発明を適用することにより、極小径エンドミルの、耐折損性、耐チッピング性を向上させ、特に、切込み量、送り量ともに数ミクロン単位の極小径エンドミルでも、良好な切削状態が維持でき、長寿命な超硬合金製極小径エンドミルを提供することができた。

極小径エンドミルは、一般の小径エンドミルと比較して、切込み量、送り量ともに数ミクロン単位であり、切削環境が大きく異なっており、本願発明の超硬合金製極小径エンドミルに用いる超硬合金は、以下の構成を備えている。
送り量が数ミクロン単位であり、刃先に加わる負荷はより局所的となるため、刃本願発明の超硬合金のＷＣの平均粒径を０．８μｍ以下とすることにより、切削時のチッピングを小さくすることが可能となるからである。超硬合金製極小径エンドミルにおいて、ＷＣの平均粒径が０．８μｍを超えた場合、切削時のチッピングが発生した場合、刃径に対するチッピングの大きさの比率が、刃径が大きい場合に比べて極めて大きくなるため、チッピングが生じた状態で切削加工を続けることが困難であり、さらなる大欠損に繋がる可能性が高い。よって、ＷＣの平均粒径は０．８μｍ以下とした。より望ましくは、０．６μｍ以下が良い。更に、粒抑制材は、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ及びＮｂの１種以上を０．５〜１．５％含有としたのは、複数の粒抑制材を添加するのが良く、０．５％未満では、高い保磁力を得ることが出来ず、１．５％を超えると、粒抑制材の添加量による弊害である異相がでて強度が低下するので０．５〜１．５％の範囲とした。より好ましくは０．６〜１．１％である。

超硬合金の保磁力はＣｏ相の厚さに相当するため、超硬合金中のＣｏ量が少ないほど、ＷＣの平均粒径が小さいほど、高くなるが、保磁力を２５ｋＡ／ｍ以上５０ｋＡ／ｍ以下とした。保磁力が２５ｋＡ／ｍ未満ではＣｏ量が多く、ＷＣの平均粒径も大きくなるため、耐摩耗性が低下する。保磁力が５０ｋＡ／ｍを超えると、Ｃｏ量が極めて少なくなるため、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、４〜１２％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、２０２×Ｃｏ％／１００の値をＳ、とした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９５としたのは、Ｒ／Ｓが上記範囲にあるときに、耐摩耗性に優れ、チッピングしにくい極小径エンドミルを得ることができるからである。Ｒ／Ｓが０．６５未満では有害なη相が析出するため、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、超硬合金の結合相中のＷ固溶量が低下するため、超硬合金の強度が低下し、刃先強度も低下する。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。

（実施例１）
市販の平均粒径０．２〜１．２μｍ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。
次に、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１２〜２０の超硬合金にて、極小径エンドミルを各々５本ずつ製作した。刃部形状はスクエアエンドミルタイプの一般の小径エンドミルと近似形状であり、刃径を０．０５ｍｍ、２枚刃、外周ねじれ角を３０°とした。
製作した各極小径エンドミルで、被削材に銅タングステン合金を用い、微細溝形状の加工を行った。加工する溝形状は、溝幅０．０５ｍｍ、溝深さ０．０５ｍｍ、溝の長さは１０ｍｍである。切削条件は、オイルミストを使用し、回転数を５００００ｍｉｎ^−１、送り速度を２００ｍｍ／ｍｉｎ（１刃当りの送り量２μｍ）、１パス当たりの軸方向切り込み量が５μｍの溝切削を１０パス行い、溝形状を加工した。
１溝形状加工後の加工溝状態と各超硬合金製極小径エンドミルの損耗状態を走査型電子顕微鏡を用いて１０００倍の倍率で観察した。表１にテスト結果を記す。表１の最大逃げ面摩耗幅には、折損しなかった極小径エンドミルのうちの最も大きい摩耗幅を記載した。

表１より保磁力が本発明範囲内の本発明例１〜１２では、各５本とも最終溝深さまで加工でき、本発明例１〜６は、加工溝部上面のバリ、底面における切り屑の溶着が非常に少なく、加工溝状態が良好で、テスト後の摩耗幅も５μｍ以下で継続切削が可能な状態であった。
本発明例７は、ＷＣ平均粒径がやや粗く、本発明例５に比して粒抑制材を減少した作用・効果により良好な結果が得られた。本発明例８は、Ｃｏ量を下限値まで低減した例、本発明例１０〜１２は、ＷＣ平均粒径が０．２〜０．４μｍで、高い保磁力が得られ、良好な切削状況を示した。
比較例１３〜２１は、最終溝深さまで加工できたものは、５本中、１〜２本で、残りは折損により寿命となった。なお、最終溝深さまで加工できたものでも、チッピング、欠け等を含む摩耗幅が１０μｍを超え、測定不能の状態まで損耗しており、加工溝部上面のバリ、底面における切り屑の溶着が激しく、加工溝状態が悪く、１溝形状加工できたとは言い難い状態であった。

Claims

刃径が０．１ｍｍ以下の超硬合金製極小径エンドミルにおいて、該超硬合金は、質量％でＣｏが４〜１２％、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ及びＮｂの１種以上を０．５〜１．５％含有し、残りがＷＣ及び不可避不純物からなる組成を有し、該超硬合金は、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、保磁力は２５ｋＡ／ｍ以上５０ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする超硬合金製極小径エンドミル。