JP2720951B2 - 高硬度複合焼結体を切刃とする切削工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、高硬度焼結体となる立方晶窒化硼素又はダ
イヤモンド或いは立方晶窒化硼素とダイヤモンドを混合
したものに結合材を添加したものと、超硬合金等の焼結
硬質物とを一体形成した複合焼結体をチップとして用
い、このチップを切削工具の先端部に設けられたチップ
座に取り付けた高硬度複合焼結体を切刃とする切削工具
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、切削工具の切刃として用いられている立方晶窒
化硼素やダイヤモンド又はこれらの混合物に結合材を添
加して焼結した高硬度焼結体は、鋼又は超硬合金などの
硬質物やロウ材との親和性が悪く、このような高硬度焼
結体で構成されたチップを直接切削工具のチップ座にロ
ウ付けすることができなかった。

このため、従来においては、特開昭58−88182号公報
や特開昭59−134603号公報等に示されるように、超硬合
金や鋼或いはサーメットなどの硬質物の一側面に上記の
高硬度焼結体の原料を配置し、これらを一体焼結させて
複合焼結体からなるチップを構成し、このチップにおい
て上記の硬質物で構成された面を切削工具のチップ座に
位置させ、この硬質物を介して高硬度焼結体が片面に形
成されたチップをチップ座にロウ付けさせるようにして
いた。

ここで、上記のように複合焼結体で構成されたチップ
の片面における硬質物の面を切削工具のチップ座にロウ
付け固着させた切削工具において、被削材の外周削り
や、穴の拡大切削のように単純な切削を行う場合におい
ては、ロウ付け外れをおこすということは少なかった。

しかし、高硬度材を高速度で孔あけする穿孔工具や難
削材を高速度で断続切削するエンドミルなどの転削工具
に使用した場合、チップをチップ座にロウ付けする面が
一側面のみであるため、切削時における強力な切削負荷
や切屑詰まりなどによる不測の事故によって前記切削工
具に衝撃的な負荷が加えられたとき、そのチップ座から
前記複合焼結体で構成されたチップが離脱する危険性が
きわめて高いものであった。

しかも、上記のように片面にだけ高硬度焼結体が形成
されたチップをドリル又はエンドミルなどの切削性が極
めて良好なウズ巻形の刃形を有する切削工具に用いる場
合、その軸中心部の切刃から外周側の切刃にいたる全切
刃を高硬度焼結体で形成することはできなかった。

このため、従来においては、一般に外周側の切刃を高
硬度焼結体で形成する一方、中心部の切刃を硬質物で形
成するようにしていいたが、このようにした場合、中心
部の切刃が硬質物であるため、その切削能力に限界があ
り、高速回転で高精度な被削面を要求される切削域での
使用には問題があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、立方晶窒化硼素又はダイヤモンド或いは立
方晶窒化硼素とダイヤモンドを混合したものに結合材を
添加した高硬度焼結体と、超硬合金等の焼結硬質物とを
一体形成した複合焼結体で構成されたチップを切削工具
のチップ座に取り付けるようにした切削工具における上
記のような様々な問題を解決することを課題とするもの
である。

すなわち、この発明においては、立方晶窒化硼素又は
ダイヤモンド或いは立方晶窒化硼素とダイヤモンドを混
合したものに結合材を添加した高硬度焼結体と、超硬合
金等の焼結硬質物とを一体形成した複合焼結体で構成さ
れたチップを切削工具のチップ座に取り付け、この切削
工具によって難削材や高硬度材を過酷な切削条件で切削
しても、上記のチップが切削工具のチップ座から離脱す
るという危険性がきわめて少なく、しかもドリルやエン
ドミルなどの切削性が極めて良好なウズ巻形の刃形を有
する切削工具に用いるにあたって、その軸中心部の切刃
から外周側の切刃にいたる全切刃を高硬度焼結体で形成
することができ、切削性能がきわめて高く、高硬度材や
難削材を高能率的に、かつ高精度に切削することができ
る切削工具を提供することを課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明においては、上記のような課題を解決するた
め、立方晶窒化硼素又はダイヤモンド或いはこれらの混
合物を30容量％以上含む高硬度焼結体と、周期律表第4
a,5a,6a族の遷移金属の炭化物，窒化物又は炭窒化物の
１種以上と、鉄，コバルト，ニッケル，タングステンの
１種以上とからなる焼結硬質物とが結合された複合焼結
体で構成されたチップが切削工具の先端部に設けられた
チップ座に取り付けられてなる高硬度複合焼結体を切刃
とする切削工具において、上記のチップの中央部及びそ
の両側において異なる片側の面を上記の高硬度複合焼結
体で構成する一方、中央部の両側における他方の面を上
記の焼結硬質物で構成し、この中央部の両側において焼
結硬質物で構成された面をそれぞれ上記のチップ座に取
り付けると共に、上記の高硬度複合焼結体で構成された
チップの中央部とその両側における面に切刃とすくい面
とを形成するようにしたのである。

ここで、この発明の高硬度複合焼結体を切刃とする切
削工具においては、高硬度焼結体と焼結硬質物とが結合
された複合焼結体で構成されたチップを切削工具の先端
部に設けられたチップ座に取り付けるにあたり、チップ
の中央部及びその両側において異なる片側の面が上記の
高硬度複合焼結体で構成される一方、中央部の両側にお
ける他方の面が上記の焼結硬質物で構成されたチップを
用い、このように焼結硬質物で構成された面をそれぞれ
チップ座に取り付けるようにしたため、このチップの両
側の部分がロウ付け等によってチップ座に強固に固着で
きるようになる。

従って、この発明の高硬度複合焼結体を切刃とする切
削工具においては、難削材や高硬度材を過酷な切削条件
で切削しても、上記のチップが切削工具のチップ座から
離脱するという危険性がきわめて少なくなる。

また、この発明の高硬度複合焼結体を切刃とする切削
工具においては、上記のチップの中央部及びその両側に
おいて異なる片側の面をそれぞれ高硬度複合焼結体で構
成しているため、ドリルやエンドミルなどの切削性が極
めて良好なウズ巻形の刃形を有する切削工具において
も、その軸中心部の切刃から外周側の切刃にいたる全切
刃とすくい面とをいずれも高硬度焼結体で形成すること
ができるようになる。

そして、このように軸中心部の切刃から外周側の切刃
にいたる全切刃とすくい面とを高硬度焼結体によって形
成すると、この切削工具における切削性能がきわめて高
くなり、高硬度材や難削材を高能率的に、かつ高精度に
切削することができるようになると共に、切削による切
刃の摩耗や、切屑が通過するすくい面の摩耗が大きく低
減されて、長期にわたって安定した切削が行えるように
なる。

なお、前記した高硬度焼結体の母材である立方晶窒化
硼素又はダイヤモンド或いはこれらの混合物がこの高硬
度焼結体中に占める割合は容量で30〜98％が好適であ
り、このような母材に対して、結合材として周期律表第
4a,5a,6a族の金属又はその炭化物や窒化物や炭窒化物
と、アルミニウム又はアルミニウム合金やシリコンなど
を加えて焼結させるようにする。

ここで、上記の母材が高硬度焼結体中に占める容量が
30〜98％の範囲になるようにするのは、その容量が30％
を下廻ると、この高硬度焼結体の硬度が低下し、切削時
に切刃やすくい面の摩耗が大きくなる一方、その容量が
98％を超えると、この高硬度焼結体の焼結性が低下する
ためである。

また、高硬度焼結体と焼結硬質物とが結合された複合
焼結体は、高硬度焼結体と超硬合金などの焼結硬質物が
直接結合されたものであってもよいが、高硬度焼結体と
焼結硬質物との間に、厚さが0.01〜0.5mmの範囲になっ
たジルコニウム、チタン、鉄、コバルト、ニッケルなど
の金属又は合金の板状物を中間層として介在させて結合
させてもよい。

［実施例］ 以下、この発明の実施例に係る高硬度複合焼結体を切
刃とする切削工具を添付した図面に基づいて具体的に説
明する。

第１図〜第７図は、いずれも本発明の高硬度複合焼結
体を切刃とする切削工具の実施例を示すものであり、第
１図は高硬度複合焼結体を切刃としたボールエンドミル
の正面図、第２図は第１図の側面図、第３図は第１図の
軸線方向先端視図、第４図と第５図は焼結されて高硬度
焼結体と焼結硬質物とが結合された複合焼結体を示し、
第４図は上面図、第５図は正面図、第６図と第７図は前
記ボールエンドミルのチップ座へ挿入可能な状態に機械
加工された複合焼結体のチップを示し、第６図は上面
図、第７図は正面図である。

まず、第４図及び第５図に基づいて、複合焼結体２に
ついて説明する。

この実施例においては複合焼結体２を円板状に形成す
るようにしており、その外周部に少なくとも一箇所の切
欠部20を有する超硬合金や鋼又はサーメットなどからな
る焼結硬質物21の原料を型内（図外）に配置し、その廻
りに立方晶窒化硼素やダイヤモンド又はこれらの混合物
に結合材を添加した高硬度焼結体の原料粉末を充填し、
これを高温でかつ高圧を加えて焼結することにより、前
記の焼結硬質物21の切欠部20や表面部22a、22bに高硬度
焼結体23が強固に結合された複合焼結体を得る。

なお、上記した切欠部20は、切削工具の形態やチップ
形状などによって所望数のものを設けてもよく、またこ
の複合焼結体２の形状も円板状に限定されるものではな
い。

そして、上記のようにして得た複合焼結体２に対し
て、第６図及び第７図に示すように、この複合焼結体２
の中心部０を基準にして、研削機械（図外）により上記
の表面部22a、22bの異なった片側の面における高硬度焼
結体23の部分を所定量研削する。

このようにすると、複合焼結体２の中央部の両側にお
いて、異なった一方の面にそれぞれ焼結硬質物21が露出
した研削面（ロウ付け面）24a、24bが形成されると共
に、切欠部20に対応した複合焼結体２の中央部及びその
両側における焼結硬質物21からなるロウ付け面24a、24b
と反対側の表面部22a、22bが高硬度焼結体23で構成され
るようになる。

そして、このように形成した複合焼結体２のチップ
を、第１図から第３図までに示したボールエンドミル本
体１にロウ付けさせる。

ここで、上記の複合焼結体２のチップをボールエンド
ミル本体１にロウ付けするにあたっては、ボールエンド
ミル本体１の端部所定位置に設けた切屑ポケット10a、1
0bを有するチップ座11a、11bに前記の複合焼結体２のチ
ップを挿入し、この複合焼結体２のチップにおける上記
の焼結硬質物21からなるロウ付け面24a、24bをチップ座
11a、11bにそれぞれロウ付け固着させる。このとき、必
要に応じてロウ付け面24a、24bとチップ座11a、11bとの
間に銅板を介在させてロウ付けしてもよい。

そして、このようにボールエンドミル本体１のチップ
座11a、11bに複合焼結体２のチップをロウ付け固着した
後、研削機械によって凸状の中心切刃12a、12bならびに
外周切刃13a、13bとすくい面14などを形成する。

このようにすると、各切刃12a、12b、13a、13b及びす
くい面14が高硬度焼結体23で形成されるようになる。

なお、この実施例においては、切削工具がボールエン
ドミルの例を示したが、この発明における高硬度複合焼
結体を切刃とする切削工具はエンドミルやドリルなどに
も応用できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明における高硬度複合焼
結体を切刃とする切削工具においては、高硬度焼結体と
焼結硬質物とが結合された複合焼結体で構成されたチッ
プを切削工具の先端部に設けられたチップ座に取り付け
るにあたり、チップの中央部及びその両側において異な
る片側の面が高硬度複合焼結体で構成される一方、中央
部の両側における他方の面が焼結硬質物で構成されたチ
ップを用い、このチップの中央部の両側において焼結硬
質物で構成された面をそれぞれチップ座に取り付けるよ
うにしたため、このチップの両側の部分がロウ付け等に
よってチップ座に強固に固着されるようになった。

この結果、この発明の高硬度複合焼結体を切刃とする
切削工具においては、難削材や高硬度材を過酷な切削条
件で切削しても、上記のチップが切削工具のチップ座か
ら離脱するという危険性がきわめて少なくなった。

また、この発明の高硬度複合焼結体を切刃とする切削
工具においては、上記のチップの中央部及びその両側に
おいて異なる片側の面をそれぞれ高硬度複合焼結体で構
成しているため、ドリルやエンドミルなどの切削性が極
めて良好なウズ巻形の刃形を有する切削工具において
も、その軸中心部の切刃から外周側の切刃にいたる全切
刃とすくい面とをいずれも高硬度焼結体で形成すること
ができるようになった。

この結果、この発明の高硬度複合焼結体を切刃とする
切削工具においては、その切削性能がきわめて高くな
り、高硬度材や難削材を高能率的に、かつ高精度に切削
することができるようになると共に、切削による切刃の
摩耗や、切屑が通過するすくい面の摩耗が大きく低減さ
れて、長期にわたって安定した切削が行えるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の高硬度複合焼結体を切刃とする
切削工具の実施例を示すものであり、第１図は高硬度複
合焼結体を切刃としたボールエンドミルの正面図、第２
図は第１図の側面図、第３図は第１図の軸線方向先端視
図、第４図と第５図は焼結されて高硬度焼結体と焼結硬
質物とが結合された複合焼結体を示し、第４図は上面
図、第５図は正面図、第６図と第７図は前記ボールエン
ドミルのチップ座へ挿入可能な状態に機械加工された複
合焼結体のチップを示し、第６図は上面図、第７図は正
面図である。 ［符号の説明］ １……ボールエンドミル本体、２……複合焼結体、11a,
11b……チップ座、12a,12b,13a,13b……切刃、14……す
くい面、21……焼結硬質物、23……高硬度焼結体、24a,
24b……研削面（ロウ付け面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−88182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−134603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−41702（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立方晶窒化硼素又はダイヤモンド或いはこ
   れらの混合物を30容量％以上含む高硬度焼結体と、周期
   律表第4a,5a,6a族の遷移金属の炭化物，窒化物又は炭窒
   化物の１種以上と、鉄，コバルト，ニッケル，タングス
   テンの１種以上とからなる焼結硬質物とが結合された複
   合焼結体で構成されたチップが切削工具の先端部に設け
   られたチップ座に取り付けられてなる高硬度複合焼結体
   を切刃とする切削工具であって、上記のチップの中央部
   及びその両側において異なる片側の面が上記の高硬度複
   合焼結体で構成される一方、中央部の両側における他方
   の面が上記の焼結硬質物で構成され、この中央部の両側
   において焼結硬質物で構成された面がそれぞれ上記のチ
   ップ座に取り付けられると共に、上記の高硬度複合焼結
   体で構成されたチップの中央部とその両側における面に
   切刃とすくい面とが形成されてなることを特徴とする高
   硬度焼結体を切刃とする切削工具。