JP2007137709A - Ceramic sintered compact, cutting insert, cutting tool, and milling cutter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、セラミックス焼結体、切削インサート、切削工具及びフライスカッターに関し、更に詳しくは、例えば切削工具材料、高温構造部材及び摺動部材として好適に使用可能なセラミックス焼結体、このようなセラミックス焼結体を有し、耐摩耗性及び耐チッピング性等に優れた切削インサート、並びにこの切削インサートを有し、長時間に亘って切削可能な切削工具及びフライスカッターに関する。 The present invention relates to a ceramic sintered body, a cutting insert, a cutting tool, and a milling cutter, and more specifically, for example, a ceramic sintered body that can be suitably used as a cutting tool material, a high-temperature structural member, and a sliding member, and such a ceramic. The present invention relates to a cutting insert having a sintered body and excellent in wear resistance, chipping resistance, and the like, and a cutting tool and a milling cutter having the cutting insert and capable of cutting for a long time.
一般に、自動車製造業を始めとして各種の製造加工業における部品加工現場では、コストの低減を目指して高速切削加工の実現、環境問題を生じないように切削油剤を使用しないドライ加工の実現を目指して、技術開発が進められている。 In general, at parts processing sites in various manufacturing and processing industries including the automobile manufacturing industry, aiming at realization of high-speed cutting to reduce costs, and realization of dry processing that does not use cutting fluid so as not to cause environmental problems. Technology development is underway.
例えば、切削工具として従来から、立方晶窒化ホウ素焼結体（ＣＢＮと略称されることがある。）、超硬合金、及びセラミック材料が切削工具に用いられている。このＣＢＮは硬度が高く、摩耗し難いという特性を有するので切削工具の寿命が長いのであるが、高価であるから、このＣＢＮの代替品の検討が行われている。安価な切削工具材料として超硬合金があるが、金属コバルトを含有するので、超硬合金を用いて形成された切削工具は耐熱性に劣り、高速加工、ドライ加工を行うことが困難であり、あえてそのような加工を行うとしても加工効率が低い。セラミック材料を切削工具に用いる場合、セラミック材料は耐熱性に優れてはいるが、硬度が低い、耐チッピング性が不十分であるといった問題点があって実用的な切削工具としては必ずしも十分ではない。 For example, a cubic boron nitride sintered body (sometimes abbreviated as CBN), a cemented carbide, and a ceramic material are conventionally used as a cutting tool. Since this CBN has characteristics of high hardness and resistance to wear, the cutting tool has a long life, but since it is expensive, an alternative to this CBN has been studied. There is cemented carbide as an inexpensive cutting tool material, but since it contains metallic cobalt, the cutting tool formed using the cemented carbide is inferior in heat resistance, and it is difficult to perform high speed processing and dry processing, Even if such processing is performed, the processing efficiency is low. When a ceramic material is used for a cutting tool, the ceramic material is excellent in heat resistance, but there are problems such as low hardness and insufficient chipping resistance, which is not always sufficient as a practical cutting tool. .
一方、切削工具形成材料の耐チッピング性を改善する発明として特許文献１に記載の方法がある。特許文献１に記載の酸化アルミニウム基焼結体は、「炭化ケイ素とチタンの含有した化合物とでなる分散強化相１０〜５０重量％と、残部酸化アルミニウムを主成分とするマトリックスと不可避不純物とでなる焼結体であって、前記分散強化相は１０〜９０重量％の炭化ケイ素と残りチタンの含有した化合物とでなることを特徴とする」。この酸化アルミニウム基焼結体は、複合炭化ケイ素例えばチタンの含有した化合物例えば炭化チタンを表面被覆してなる炭化ケイ素粉末とチタンの含有した化合物粉末と酸化アルミニウムを主成分とする粉末とからなる出発物を焼結する方法により製造される（特許文献１の特許請求の範囲第２項、第２頁左下欄第４行〜右下欄第２行）。
On the other hand, there is a method described in
しかしながら、アルミナ及び炭化チタンに比べて炭化ケイ素は難焼結性であるので、炭化ケイ素と炭化チタンとを複合化すると焼結体を完全に緻密化することが困難になり、また、焼結体中に気孔が残留することにより機械的強度の低下を生じると、考えられる。また、特許文献１に記載の酸化アルミニウム基焼結体は、ホットプレスなどの焼結体の形状を自在に成形するには制約があり、しかも高コストの設備で焼結しないと安定した品質にならないと、考えられる。あえてホットプレスによりこの酸化アルミニウム基焼結体を得ようとすると、高温焼結しなければ成らないから、マトリクスである酸化アルミニウムが粗大粒子となり、得られる酸化アルミニウム基焼結体は硬度及び機械的強度が低下する傾向があると、考えられる。
However, since silicon carbide is hard to sinter compared to alumina and titanium carbide, it becomes difficult to completely densify the sintered body by combining silicon carbide and titanium carbide. It is considered that the mechanical strength is lowered due to the residual pores. In addition, the aluminum oxide-based sintered body described in
前記と同様に切削工具形成材料の耐チッピング性を改善することを目的として、特許文献２に記載の発明がある。特許文献２に記載の発明は、特定割合のＷＣと特定割合のＴｉ（Ｃ，Ｎ）とを含有し、残部がＡｌ２Ｏ３からなる高強度かつ高靭性のアルミナ基セラミックス焼結体であり、また、特定平均粒径以下のＡｌ２Ｏ３、ＷＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）粉末をそれぞれ特定の配合割合となるように配合・混合した粉末を、焼結するアルミナ基セラミックス焼結体の製造方法である（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１及び請求項７）。
As described above, there is an invention described in Patent Document 2 for the purpose of improving the chipping resistance of the cutting tool forming material. The invention described in Patent Document 2 is a high-strength and high-toughness alumina-based ceramic sintered body containing a specific ratio of WC and a specific ratio of Ti (C, N), with the balance being Al 2 O 3 . Also, an alumina-based ceramic sintered body that sinters a powder in which Al 2 O 3 , WC, and Ti (C, N) powders having a specific average particle size or less are mixed and mixed so as to have a specific mixing ratio. This is a manufacturing method (
しかしながら、本発明者の検討によると、ＷＣとＴｉ（Ｃ，Ｎ）との配合割合を４０重量％以上にした原料粉末は、ホットプレスによらないと、完全に緻密化したアルミナ基セラミックス焼結体を得ることができないという問題点がある。 However, according to the study of the present inventor, the raw material powder in which the blending ratio of WC and Ti (C, N) is 40% by weight or more is completely densified alumina-based ceramics sintered without using hot pressing. There is a problem that the body cannot be obtained.
この発明は、ホットプレス及び高温焼結によらなくても、低温焼結で緻密化することができ、高い硬度と強度とを有するセラミックス焼結体を提供すること、このセラミクス焼結体により形成されて成る、優れた耐摩耗性及び耐チッピング性等を有する切削インサート、及びこの切削インサートを備えてなる切削工具を提供することを、その課題とする。 The present invention provides a ceramic sintered body that can be densified by low-temperature sintering without using hot press and high-temperature sintering, and has a high hardness and strength. It is an object of the present invention to provide a cutting insert having excellent wear resistance and chipping resistance, and a cutting tool including the cutting insert.
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、チタン、タングステン及びジルコニウムの炭窒化物２０〜８０体積％と、酸化アルミニウム８０〜２０体積％と、不可避不純物とを含有することを特徴とするセラミックス焼結体であり、
請求項２は、前記チタン、タングステン及びジルコニウムの炭窒化物は、チタン、タングステン及びジルコニウムの合計が１００質量％になるように、チタンが５０〜９０質量％の範囲内から、タングステンが２０〜５０質量％の範囲内から、及びジルコニウムが１〜３０質量％の範囲内から、選択された割合でチタン、タングステン及びジルコニウムを含有してなる前記請求項１に記載のセラミックス焼結体であり、
請求項３は、前記酸化アルミニウムは、その平均粒径が０．５〜３μｍの範囲内にあることを特徴とする前記請求項１又は２に記載のセラミックス焼結体であり、
請求項４は、前記セラミックス焼結体は、そのビッカース硬度が、ＪＩＳ Ｒ １６１０に準じて測定されたビッカース硬度が小さくても１８ＧＰａである前記請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックス焼結体であり、
請求項５は、前記請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミックス焼結体で形成されて成ることを特徴とする切削インサートであり、
請求項６は、舳先型すくい部を有して成る前記請求項５に記載の切削インサートであり、
請求項７は、前記請求項５又は６に記載の切削インサートと、この切削インサートを保持するホルダーとを有することを特徴とする切削工具であり、
請求項８は、前記請求項５又は６に記載の切削インサートと、この切削インサートを保持するフライスカッター用ホルダー本体とを有することを特徴とするフライスカッターである。
As means for solving the above problems,
According to a second aspect of the present invention, the titanium, tungsten, and zirconium carbonitride has a titanium content within a range of 50 to 90 mass% and a tungsten content of 20 to 50 so that the total of titanium, tungsten, and zirconium is 100 mass%. 2. The ceramic sintered body according to
The ceramic sintered body according to any one of
A fifth aspect of the present invention is a cutting insert formed of the ceramic sintered body according to any one of the first to fourth aspects.
Claim 7 is a cutting tool comprising the cutting insert according to
An eighth aspect of the present invention is a milling cutter including the cutting insert according to the fifth or sixth aspect and a holder body for a milling cutter that holds the cutting insert.
この発明によると、硬度が大きくて、優れた耐摩耗性及び耐チッピング性等を有し、セラミックス焼結体中に微細な気孔が極めて少なくて強度が大きく、低温焼結により容易に製造可能なセラミックス焼結体を提供することができ、したがって例えば切削工具材料、高温構造部材及び摺動部材として好適に使用可能なセラミックス焼結体を提供することができる。この発明に係るセラミックス焼結体においては、酸化アルミニウム、チタンとタングステンとの炭窒化物と、ジルコニウム炭化物との混合物を焼結すると、各成分間で酸化反応及び窒化反応が生起することにより、その強度が向上するものと考えられる。しかもそれらの反応は各成分の混合比率と焼結条件とにより影響を受けていると推察される。その推察の結果として、この発明に係るセラミックス焼結体においては特定割合でチタン、タングステン及びジルコニウムの炭窒化物と酸化アルミニウムとを含有するから、低温焼結であっても微細な残存気孔の量がごく僅かになってほぼ完全な緻密体となったセラミック焼結体を実現することができたと考えられる。したがって、この発明に係るセラミックス焼結体は高硬度及び高強度であるから、この発明に係るセラミックス焼結体は切削工具として実に好適である。故に、この発明によると、この発明に係るセラミックス焼結体を利用した切削インサートを提供することができる。さらにまた、この発明によると、優れた耐摩耗性及び耐チッピング性等を発揮する切削工具、特にその一例であるフライスカッターを提供することができる。 According to this invention, it has high hardness, excellent wear resistance, chipping resistance, etc., and there are very few fine pores in the ceramic sintered body and its strength is high, and it can be easily manufactured by low-temperature sintering. A ceramic sintered body can be provided. Therefore, for example, a ceramic sintered body that can be suitably used as a cutting tool material, a high-temperature structural member, and a sliding member can be provided. In the ceramic sintered body according to the present invention, when a mixture of aluminum oxide, a carbonitride of titanium and tungsten, and a zirconium carbide is sintered, an oxidation reaction and a nitridation reaction occur between the components. It is considered that the strength is improved. Moreover, these reactions are presumed to be affected by the mixing ratio of each component and the sintering conditions. As a result of the inference, the ceramic sintered body according to the present invention contains titanium nitride, tungsten and zirconium carbonitride and aluminum oxide in a specific ratio, so the amount of fine residual pores even in low temperature sintering It is considered that a ceramic sintered body that has become an almost complete dense body with a very small amount of can be realized. Therefore, since the ceramic sintered body according to the present invention has high hardness and high strength, the ceramic sintered body according to the present invention is indeed suitable as a cutting tool. Therefore, according to this invention, the cutting insert using the ceramic sintered compact concerning this invention can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a cutting tool that exhibits excellent wear resistance, chipping resistance, and the like, in particular, a milling cutter as an example thereof.
この発明に係るセラミックス焼結体は、チタン、タングステン及びジルコニウムの炭窒化物２０〜８０体積％、好ましくは３０〜７５体積％と、酸化アルミニウム８０〜２０体積％、好ましくは７０〜２５体積％とを含有する。なお、この発明につき前記のようにセラミックス焼結体を形成する成分及びその含有割合を前記のように限定したことは、他の成分例えば不可避不純物を含有しないことを明らかにしたものではない。なぜならばセラミックスには当然に不可避不純物を含有するからである。 The ceramic sintered body according to the present invention comprises 20 to 80% by volume, preferably 30 to 75% by volume of carbonitride of titanium, tungsten and zirconium, and 80 to 20% by volume of aluminum oxide, preferably 70 to 25% by volume. Containing. It should be noted that the fact that the components for forming a ceramic sintered body and the content ratio thereof are limited as described above according to the present invention does not clarify that other components such as inevitable impurities are not included. This is because ceramics naturally contain inevitable impurities.
この発明において、チタン、タングステン及びジルコニウムの三種の炭窒化物を特定割合で含有することにより、この発明に係るセラミックス焼結体の硬度が達成され、また低温焼結によりこの発明に係るセラミックス焼結体が実現される。換言すると、チタン、タングステン及びジルコニウムのいずれか一種又は二種の元素が欠けても得られるセラミックス焼結体は大きな硬度とならず、また低温焼結で硬度の大きなセラミックス焼結体を得ることができない。また、この発明においては、前記三種の炭窒化物が含まれるとしてもその含有割合が２０〜８０体積％であることが重要である。前記三種の元素の炭窒化物の含有割合が２０体積％未満であると、得られるセラミックス焼結体はその硬度が小さくなり、しかも耐摩耗性が不十分になる。一方、これら三種の元素の炭窒化物の含有割合が８０体積％を越えると、この炭窒化物とアルミナとの混合物の焼結性が低下して緻密なセラミックス焼結体を得ることが困難になり、あえてセラミックス焼結体を生成したとしても微細な気孔が生成して強度の小さなセラミックス焼結体が得られてしまってこの発明の目的を達成することができない。 In the present invention, the hardness of the ceramic sintered body according to the present invention is achieved by containing three types of carbonitrides of titanium, tungsten and zirconium in a specific ratio, and the ceramic sintered body according to the present invention is achieved by low-temperature sintering. The body is realized. In other words, the ceramic sintered body obtained even if one or two elements of titanium, tungsten and zirconium are lacking does not have a high hardness, and a ceramic sintered body having a high hardness can be obtained by low-temperature sintering. Can not. In the present invention, even if the three kinds of carbonitrides are included, it is important that the content ratio is 20 to 80% by volume. When the content ratio of the carbon nitride of the three elements is less than 20% by volume, the obtained ceramic sintered body has a low hardness and an insufficient wear resistance. On the other hand, if the carbon nitride content of these three elements exceeds 80% by volume, the sinterability of the mixture of carbonitride and alumina is reduced, making it difficult to obtain a dense ceramic sintered body. Thus, even if a ceramic sintered body is generated, fine pores are generated and a ceramic sintered body with low strength is obtained, and the object of the present invention cannot be achieved.
なお、前記三種の元素の炭窒化物の体積％及びアルミナの体積％は、前記炭窒化物とアルミナの夫々の体積の合計を１００としたときの割合であり。具体的な体積％の数値はセラミックス焼結体の断面についてのＳＥＭ写真から求めることができる。 The volume% of the carbon nitrides of the three elements and the volume% of alumina are ratios when the total volume of the carbon nitride and alumina is 100. A specific numerical value of volume% can be obtained from an SEM photograph of a cross section of the ceramic sintered body.
この発明に係るセラミックス焼結体の中でも好適なセラミックス焼結体における炭窒化物は、チタンが５０〜９０質量％の範囲内、タングステンが２０〜５０質量％の範囲内、及びジルコニウムが１〜３０質量％の範囲内から、チタン、タングステン及びジルコニウムの配合割合の合計が１００質量％になるように、夫々の元素を含有するのが好ましい。チタンは焼結性に影響を与えるので、チタンの含有割合が前記範囲を外れると、この炭窒化物とアルミナとの混合物の焼結性が低下し、微小気孔が焼結体中に残存し、得られる焼結体は完全な緻密体とはならないことがある。タングステンは、セラミックス焼結体の硬度に影響を与えるとともに、セラミックス焼結体を得るときの焼結性に影響を与える。したがって、タングステンの含有割合が２０質量％未満であると硬度の小さなセラミックス焼結体しか得ることができないことがあり、また５０質量％を越えると緻密なセラミックス焼結体を得ることができなくなることがある。ジルコニウムは、セラミックス焼結体の硬度に影響を与えるとともに、セラミックス焼結体を得るときの焼結性に影響を与える。したがって、ジルコニウムの含有割合が１質量％未満であると焼結性が不良になることがあり、３０質量％を越えると焼結体中に低硬度の成分が生成することにより硬度の低いセラミックス焼結体となってしまうことがある。 Among the ceramic sintered bodies according to the present invention, carbonitrides suitable for the ceramic sintered body include titanium in the range of 50 to 90% by mass, tungsten in the range of 20 to 50% by mass, and zirconium in the range of 1 to 30. It is preferable that each element is contained so that the total of the blending ratio of titanium, tungsten and zirconium is 100% by mass from the range of mass%. Since titanium affects the sinterability, if the content ratio of titanium is out of the above range, the sinterability of the mixture of carbonitride and alumina is reduced, and micropores remain in the sintered body. The resulting sintered body may not be a complete dense body. Tungsten affects the hardness of the ceramic sintered body and also affects the sinterability when obtaining the ceramic sintered body. Therefore, if the tungsten content is less than 20% by mass, only a ceramic sintered body having a low hardness may be obtained, and if it exceeds 50% by mass, a dense ceramic sintered body may not be obtained. There is. Zirconium affects the hardness of the ceramic sintered body and also affects the sinterability when obtaining the ceramic sintered body. Therefore, if the zirconium content is less than 1% by mass, the sinterability may be poor, and if it exceeds 30% by mass, a low hardness component is produced in the sintered body, resulting in low hardness ceramic firing. May become a tie.
なお、前記炭窒化物におけるチタン、タングステン及びジルコニウムの含有割合は、チタン、タングステン及びジルコニウムの炭窒化物を形成する原料であるチタン化合物、タングステン化合物及びジルコニウム化合物の配合割合から決定することができる。 In addition, the content ratio of titanium, tungsten, and zirconium in the carbonitride can be determined from the blending ratio of a titanium compound, a tungsten compound, and a zirconium compound that are raw materials for forming a carbonitride of titanium, tungsten, and zirconium.
この発明に係るセラミックス焼結体は、その原料に基づく微量な不可避不純物を含む。この不可避不純物の含有は、この発明に係るセラミックス焼結体の耐摩耗性及び耐チッピング性等、並びに硬度及び強度に影響を与えないので、許容される。 The ceramic sintered body according to the present invention contains a small amount of inevitable impurities based on the raw material. This inclusion of inevitable impurities is allowed because it does not affect the wear resistance, chipping resistance, etc., hardness and strength of the ceramic sintered body according to the present invention.
この発明に係るセラミックス焼結体の中でも好ましいセラミックス焼結体は、そのアルミナ粒子の平均粒径が０．５〜３μｍである。アルミナ粒子の平均粒径が前記範囲を外れると０．５μｍ未満では緻密化することができないし、３μｍ以上では強度が低下するといった不都合を生じる場合がある。また、このアルミナ粒子の平均粒径はセラミックス焼結体の断面を撮影したＳＥＭ写真から計算することができる。 Among the ceramic sintered bodies according to the present invention, a preferable ceramic sintered body has an average particle diameter of alumina particles of 0.5 to 3 μm. If the average particle diameter of the alumina particles is out of the above range, it may not be densified if the average particle size is less than 0.5 μm, and the strength may be lowered if it is 3 μm or more. The average particle diameter of the alumina particles can be calculated from an SEM photograph obtained by photographing a cross section of the ceramic sintered body.
この発明に係るセラミックス焼結体のうち好適なセラミックス焼結体は、その硬度が小さくても１８ＧＰａである。ビッカース硬度はＪＩＳ Ｒ １６１０に準じて測定することができ、この発明においては市販のビッカ−ス硬度計を用いて室温下、荷重１０ｋｇｆ、保持時間３０秒の条件にて測定する。ビッカース硬度が１８ＧＰａ未満であると、得られるセラミックス焼結体の硬度が小さすぎて切削工具材料、高温構造部材及び摺動部材として適切に使用することができないことがある。 Among the ceramic sintered bodies according to the present invention, a preferable ceramic sintered body is 18 GPa even if its hardness is small. Vickers hardness can be measured according to JIS R 1610, and in this invention, it is measured using a commercially available Vickers hardness tester under conditions of a load of 10 kgf and a holding time of 30 seconds at room temperature. If the Vickers hardness is less than 18 GPa, the ceramic sintered body obtained may be too hard to be appropriately used as a cutting tool material, a high-temperature structural member, or a sliding member.
この発明に係るセラミックス焼結体は、以下のようにして製造することができる。 The ceramic sintered body according to the present invention can be manufactured as follows.
まず、チタン、タングステン及びジルコニウムの炭窒化物は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸化チタン、窒酸化チタン、炭窒酸化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウム等から適宜に選択された炭窒化物原料と、Ａl２Ｏ３粉末と、必要に応じた焼結助剤とを混合する。前記炭窒化物原料を形成する粒子の平均粒径は、０．５〜３μｍであるのが好ましい。炭窒化物原料における各成分の配合割合は、セラミックス焼結体における好適なチタン、タングステン及びジルコニウムの重量％となるように決定するのが好ましい。炭窒化物原料とＡl２Ｏ３粉末との配合割合は、この発明に係るセラミックス焼結体における炭窒化物とＡl２Ｏ３との含有割合となるように、適宜に決定される。焼結助剤を配合する場合、焼結助剤の混合割合は、この発明における炭窒化物とＡl２Ｏ３との合計質量に対し、通常、０．５〜３質量％を許容できる。 First, carbonitride of titanium, tungsten, and zirconium is carbonitriding appropriately selected from titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride, titanium carbonate, titanium oxynitride, titanium carbonitride oxide, tungsten carbide, zirconium carbide, etc. A raw material, Al 2 O 3 powder, and a sintering aid as required are mixed. The average particle size of the particles forming the carbonitride material is preferably 0.5 to 3 μm. The blending ratio of each component in the carbonitride raw material is preferably determined so as to be a suitable weight% of titanium, tungsten and zirconium in the ceramic sintered body. The blending ratio of the carbonitride raw material and the Al 2 O 3 powder is appropriately determined so as to be the content ratio of the carbonitride and Al 2 O 3 in the ceramic sintered body according to the present invention. When blending a sintering aid, the mixing ratio of the sintering aid, the total weight of the carbonitride and Al 2 O 3 in the present invention typically can tolerate a 0.5 to 3 mass%.
前記混合は、炭窒化物粉末とＡl２Ｏ３粉末とが所定の含有割合となるように秤量、採取して、ミキサーなどにより、５〜３０時間、湿式混合することが好ましい。次いで、得られた混合液に所望によりバインダーを加え、スプレードライヤーなどの造粒機を用いて造粒する。造粒して得られる粒状体の粒径は５０〜１００μｍであることが好ましい。 In the mixing, it is preferable that the carbonitride powder and the Al 2 O 3 powder are weighed and collected so as to have a predetermined content ratio, and wet-mixed by a mixer or the like for 5 to 30 hours. Next, a binder is added to the obtained mixed solution as desired, and granulation is performed using a granulator such as a spray dryer. The particle size of the granulate obtained by granulation is preferably 50 to 100 μm.
用いるバインダーとしては、水溶性高分子物質が好ましく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロースなどを挙げることができる。このバインダーの使用量に特に制限はないが、通常は、上記混合液１００質量部に対し、１〜１０質量部、好ましくは、３〜７質量部である。 As the binder to be used, a water-soluble polymer substance is preferable, and examples thereof include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyethylene oxide, polyethylene imine, carboxymethyl cellulose and the like. Although there is no restriction | limiting in particular in the usage-amount of this binder, Usually, it is 1-10 mass parts with respect to 100 mass parts of said liquid mixture, Preferably, it is 3-7 mass parts.
続いて、造粒することにより得られた粒状体を金型に充填し成形する。成形手段としては特に制限はなく、圧縮成形、射出成形、押出成形などが採用され、これらの中でも圧縮成形が好ましい。 Subsequently, the granule obtained by granulation is filled in a mold and molded. There is no restriction | limiting in particular as a shaping | molding means, Compression molding, injection molding, extrusion molding, etc. are employ | adopted and compression molding is preferable among these.
前記成形体を焼結することにより、セラミック焼結体が製造される。焼結条件に特別な制限はないが、通常は、予備焼結として１〜９０ＫＰａ、好ましくは、３０〜７０ＫＰａの水素、Ａｒなどの不活性ガス存在下に、１５００〜２０００℃、好ましくは、１７００〜１８００℃で、０．５〜４時間、好ましくは、１〜２時間、焼結処理し、さらに本焼結として、１００〜２００ＭＰａ、好ましくは、１２０〜１７０ＭＰａのＡｒなどの不活性ガス存在下に、１２００〜１８００℃、好ましくは、１５００〜１７００℃で、０．５〜４時間、好ましくは、１〜２時間、焼結するのが、好ましい。 A ceramic sintered body is produced by sintering the molded body. There are no particular restrictions on the sintering conditions, but usually 1 to 90 KPa, preferably 30 to 70 KPa as presintering, in the presence of an inert gas such as hydrogen or Ar, 1500 to 2000 ° C., preferably 1700. Sintering treatment at ˜1800 ° C. for 0.5 to 4 hours, preferably 1 to 2 hours, and further as main sintering, in the presence of an inert gas such as Ar of 100 to 200 MPa, preferably 120 to 170 MPa In addition, it is preferable to sinter at 1200 to 1800 ° C., preferably 1500 to 1700 ° C., for 0.5 to 4 hours, preferably for 1 to 2 hours.
この発明に係るセラミック焼結体は、例えば図１、図２、及び図３に示すような形状にすることにより、本発明に係る切削インサートとすることができる。また、この発明に係る切削インサートを、ホルダーに保持することにより、例えば、図４及び図５に示されるような切削工具とすることができる。さらにこの発明に係るセラミック焼結体は、図６に示されるような回転工具とすることができる。 The ceramic sintered body according to the present invention can be made into a cutting insert according to the present invention by making the shape as shown in FIGS. 1, 2, and 3, for example. Further, by holding the cutting insert according to the present invention in the holder, for example, a cutting tool as shown in FIGS. 4 and 5 can be obtained. Furthermore, the ceramic sintered body according to the present invention can be a rotary tool as shown in FIG.
図１〜図３において、１はこの発明の一例である切削インサートを示し、２は外径加工用ホルダーを示し、３は押さえ金を示し、４は刃先を示す。
1 to 3,
この切削インサートは、図１〜図３に示される形状のスローアウェイチップである切削インサートのみならず、例えば型番ＳＰＧＮ１２０３０８、ＳＮＣＮ４３ＣＮ、ＴＰＣＮ４３ＰＤＲ、ＣＮＭＧ１２０４０４ＺＦ１、ＣＣＭＴ０６０２０４ＡＭ３、ＤＣＧＴ１１Ｔ３０２ＦＭ、ＴＢＧＮ０６０１０８等のスローアウェイチップとして使用されることができる。 This cutting insert is used not only as a cutting insert having the shape shown in FIGS. 1 to 3 but also as a throwing away insert such as model number SPGN120308, SNCN43CN, TPCN43PDR, CNMG120404ZF1, CCMT060204AM3, DCGT11T302FM, TBGN060108, etc. be able to.
この発明に係る切削インサートは、図２に示すように外径加工用ホルダーに装着することにより外径加工用工具として使用される。 The cutting insert according to the present invention is used as an outer diameter machining tool by being mounted on an outer diameter machining holder as shown in FIG.
図４に示される切削インサートは、すくい角の大きな形状を有する舳先型すくい部を備えて成る。図４において、１１はすくい部であり、１２はすくい面であり、１３は逃げ面である。図４に示されるように、切削インサート１における舳先型すくい部１１は、その基部よりも高い位置に形成され、水平線とすくい面１２とで形成されるすくい角αが９０度以下の所定の角度に設定され、また垂直線と逃げ面１３とで形成される逃げ面角βが９０度以下の所定の角度に設定されてなる。すくい角αが大きな舳先型すくい部を有する切削インサートは、軟質の被削材、剛性のない被削材を切削するのに好適であり、すくい角αが小さな舳先型すくい部を有する切削インサートは、硬質の被削材の切削に適し、また断続切削をする場合のように刃先の強度を必要とする場合に好適である。切削技術の分野における最大のすくい角αは、今までのところ３５°であるとこの発明者は認識しているが、技術の進歩に応じてこのすくい角の最大値は変化することがあり、どのような最大角であるとして認識されようと、この発明における切削インサートはすくい角の大きな形状を有する舳先型すくい部を有する切削インサートとして使用可能である。
The cutting insert shown in FIG. 4 includes a tip type rake portion having a shape with a large rake angle. In FIG. 4, 11 is a rake part, 12 is a rake face, and 13 is a flank face. As shown in FIG. 4, the tip
図５に示されるのは、この発明に係る切削インサートを使用した切削工具の一例である回転工具を示す。図５において、６はフライスカッター用ホルダーを示し、７はフライスカッター用ホルダー本体を示し、８は切削インサート装着用カートリッジを示し、９は切削インサート取付け用くさびを示す。 FIG. 5 shows a rotary tool which is an example of a cutting tool using the cutting insert according to the present invention. In FIG. 5, 6 indicates a milling cutter holder, 7 indicates a milling cutter holder body, 8 indicates a cutting insert mounting cartridge, and 9 indicates a cutting insert mounting wedge.
図６に示されるのは、切削工具の一例である回転工具に装着される回転切削インサートを示す。図６において、２１はインサート本体であり、２２は主逃げ面であり、２３は副逃げ面であり、２４はすくい面であり、２５は主切れ刃であり、２６はコーナーであり、２７は副切れ刃であり、２８は溝である。
FIG. 6 shows a rotary cutting insert attached to a rotary tool that is an example of a cutting tool. In FIG. 6, 21 is an insert body, 22 is a main flank, 23 is a secondary flank, 24 is a rake face, 25 is a main cutting edge, 26 is a corner, 27 is A
また、この切削工具は、図２に示すように外径加工用ホルダーに装着することにより外径加工用工具として使用され、図６に示すように回転治具例えばフライスカッター用ホルダーに装着することによりフライスカッター用回転工具等として使用されることができる。 Further, this cutting tool is used as an outer diameter processing tool by being mounted on an outer diameter processing holder as shown in FIG. 2, and is mounted on a rotating jig, for example, a milling cutter holder as shown in FIG. Therefore, it can be used as a rotary tool for a milling cutter.
原料粉末として、平均粒径が０．４μｍである酸化アルミニウムと、それぞれ平均粒径が０．８μｍである炭化チタン、窒化チタン、炭化タングステン、及び炭化ジルコニウムとを用いて、これらを表１に示す組成となるよう、エタノールを媒体として湿式混合した後、乾燥して混合粉末を得た。 As raw material powder, aluminum oxide having an average particle diameter of 0.4 μm and titanium carbide, titanium nitride, tungsten carbide, and zirconium carbide each having an average particle diameter of 0.8 μm are shown in Table 1. In order to obtain a composition, wet mixing was performed using ethanol as a medium, followed by drying to obtain a mixed powder.
得られた混合粉末を０．５ｔｏｎ／ｃｍ２で予備成型したのち、１．８ｔｏｎ／ｃｍ２でＣＩＰ成型し成形体とした。 The obtained mixed powder After preliminarily molded at 0.5 ton / cm 2, was CIP molded shaped body 1.8ton / cm 2.
さらに成形体を表１に示す最高温度で各組成共、ホットプレス品は０．１２ＭＰａの不活性ガス中で、カーボンダイスにより０．４ｔｏｎ／ｃｍ２に加圧しながら加熱処理し焼結体を得た。常圧焼結品は６５ＫＰａの不活性ガス圧中で予備焼結した後、１５００℃で1時間、１００ＭＰａの不活性ガス中でＨＩＰ処理し、焼結体を得た。 Further, the molded body was heated at the maximum temperature shown in Table 1 for each composition, and the hot-pressed product was heated in an inert gas of 0.12 MPa while being pressurized to 0.4 ton / cm 2 with a carbon die to obtain a sintered body. It was. The atmospheric pressure sintered product was pre-sintered in an inert gas pressure of 65 KPa, and then subjected to HIP treatment in an inert gas of 100 MPa at 1500 ° C. for 1 hour to obtain a sintered body.
得られた焼結体について粒径、硬度、切削性能を評価した。酸化アルミニウムの粒径は焼結体の表面を鏡面仕上げした後、不活性ガス中で１５００℃、３０分の熱エッチングを行った後、粒子をＳＥＭ観察することにより定量した。硬度はＪＩＳ Ｒ１６１０に従い定量した。 The obtained sintered body was evaluated for particle size, hardness, and cutting performance. The particle size of the aluminum oxide was quantified by mirror-finishing the surface of the sintered body, performing thermal etching at 1500 ° C. for 30 minutes in an inert gas, and then observing the particles by SEM. The hardness was quantified according to JIS R1610.
＜切削性能の評価（その１。性能評価は表１において「条件１」の欄にて示した。）＞
切削性能は、前記セラミックス焼結体をＩＳＯ規定によるＳＮＧＮ１２０４０８の形状に加工し、下記条件にて評価した。
<Evaluation of cutting performance (No. 1. Performance evaluation is shown in the column of “
The cutting performance was evaluated under the following conditions by processing the ceramic sintered body into the SNGN120408 shape according to ISO regulations.
切削性能の判定結果として、◎印は設定加工距離まで加工した後においてもチッピングがなくしかも摩耗量が０．２ｍｍ未満であり、良好な性能が得られたものを示し、○印はチッピングが認められるものの、摩耗量が０．２ｍｍ未満であり、改善効果がみられるものを示し、△印はチッピングが認められ、摩耗量が０．２ｍｍ以上だが、設定加工距離まで加工できたものを示し、×印は必要な設定加工距離まで加工できず、途中でチッピングが発生し、欠損したものを示す。 As a result of judging the cutting performance, ◎ indicates that there was no chipping even after machining to the set processing distance and the wear amount was less than 0.2 mm, and that good performance was obtained, and ○ indicates chipping. Although the wear amount is less than 0.2 mm, an improvement effect is seen, and Δ indicates chipping, and the wear amount is 0.2 mm or more, but it can be processed to the set processing distance, A cross indicates that a chip cannot be processed up to the required set processing distance, chipping occurs in the middle, and the chip is missing.
切削条件及び評価
被削材：普通鋳鉄（ＦＣ２００），
設定加工距離：２２ｋｍ
切削速度：５００ｍｍ／ｍｉｎ，
送り：ｆ＝０.３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：ｄ＝０.３ｍｍ，
切削油：なし
＜切削性能の評価（その２．性能評価は表１において「条件２」の欄にて示した。）＞
切削性能は焼結体をＩＳＯ規定ＳＰＧＮ１２０４０８の形状に加工し、下記条件にて評価した。
Cutting conditions and evaluation work material: normal cast iron (FC200),
Set processing distance: 22km
Cutting speed: 500 mm / min,
Feed: f = 0.3mm / rev
Cutting depth: d = 0.3 mm,
Cutting oil: None <Evaluation of cutting performance (Part 2. Performance evaluation is shown in the column of “Condition 2” in Table 1)>
The cutting performance was evaluated under the following conditions by processing the sintered body into the shape of ISO prescribed SPGN120408.
切削条件及び評価
切削性能の判定結果として、◎印は設定加工距離まで加工した後においてもチッピングがなくしかも摩耗量が０．１ｍｍ未満であり、良好な性能が得られたものを示し、△印はチッピングが認められるものの、摩耗量が０．１ｍｍ以上である、若しくは被削材表面に曇りが見られるものを示し、×印は必要な設定加工距離まで加工できず、途中でチッピングが発生し、欠損したものを示す。
被削材：アルミ合金（ＡＣ４Ａ），被削材除去体積：７５０ｃｍ３
切削速度：１０００ｍｍ／ｍｉｎ， 送り：ｆ＝０.０５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
切り込み：ｄ＝０.５ｍｍ， 切削油：あり
Cutting conditions and evaluation As a result of judging cutting performance, ◎ indicates that there was no chipping even after processing up to the set processing distance, and the wear amount was less than 0.1 mm, and good performance was obtained. Indicates that chipping is observed, but the wear amount is 0.1 mm or more, or the surface of the work material is cloudy, and the x mark indicates that the machining cannot be performed up to the required set processing distance, and chipping occurs in the middle. , Indicate missing.
Work material: Aluminum alloy (AC4A), Work material removal volume: 750 cm 3
Cutting speed: 1000 mm / min, Feed: f = 0.05 mm / tooth
Cutting depth: d = 0.5mm, Cutting oil: Available
表１に示すように、請求項を満足する組成範囲のセラミック焼結体からなる切削インサートを備えて成る切削工具は、優れた切削性能を示した。 As shown in Table 1, the cutting tool provided with a cutting insert made of a ceramic sintered body having a composition range satisfying the claims exhibited excellent cutting performance.
１：切削インサート
２：外径加工用ホルダー
３：押さえ金
４：刃先
６：フライスカッター用ホルダー
７：フライスカッター用ホルダー本体
８：スローアウェイチップ装着用カートリッジ
９：スローアウェイチップ取付け用くさび
１１：すくい部
１２：すくい面
１３：逃げ面
２１：インサート本体
２２：主逃げ面
２３：副逃げ面
２４：すくい面
２５：主切れ刃
２６：コーナー
２７：副切れ刃
２８：溝
1: Cutting insert 2: Holder for outer diameter processing 3: Presser foot 4: Cutting edge 6: Holder for milling cutter 7: Holder for milling cutter 8: Cartridge for throw-away tip mounting 9: Wedge for throw-away tip mounting 11: Rake Portion 12: Rake face 13: Flank 21: Insert body 22: Main flank 23: Sub flank 24: Rake face 25: Main cutting edge 26: Corner 27: Sub cutting edge 28: Groove
Claims (8)
A milling cutter comprising the cutting insert according to claim 5 or 6 and a milling cutter holder for holding the cutting insert.
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