JP2879931B2 - 鋳鉄の高能率切削方法 - Google Patents

鋳鉄の高能率切削方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、鋳鉄の高能率切削方法に関し、詳細には、
難削材である球状黒鉛鋳鉄(以降、FCDという)、オー
ステンパードダクタイル鋳鉄(以降、ADIという)や27
%Cr鋳鉄等を高速,高切り込み量(即、高能率)でスロ
ーアウェイチップにより切削する方法に関するものであ
る。
(従来の技術) FCDは、高強度、高靭性を有するため切削加工が難し
い材料、即ち、難削材である。ADIも高強度、高靭性、
高硬度を有し、切削加工中に硬化するため、切削加工が
極めて難しい材料である。又、27%Cr鋳鉄は高硬度を有
し、切削加工が極めて難しい材料である。
かかる難削性鋳鉄に対して施削加工やフライス加工等
の切削を行うに際し、比較的高能率で切削するには、出
来るだけ高温で高硬度及び高強度を有するスローアウェ
イチップ(以降、チップという)を使用することが要求
される。
このような要求を充たし得るチップは従来得られてい
ないが、それらの中で高温での硬度及び強度が最も高い
のは超硬製チップである。従って、難削性鋳鉄の切削は
超硬製チップを使用して行われている。しかし、超硬製
チップを使用する方法(以降、従来超硬チップ法とい
う)でも、極めて低い切削速度(約30m/min未満)でな
いとかかる難削性鋳鉄を切削し得ず、そのため切削能率
が極めて低く、切削加工に長時間を要するという問題点
がある。
そこで、かかる問題点を解決すべく、高温で高硬度及
び高強度を有するセラミックスに着目して種々検討が行
われ、最近ではAl2O3−TiC系セラミックス製チップを使
用する難削性鋳鉄の切削方法(以降、従来セラミックス
チップ法という)が開発されてきた。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来セラミックスチップ法は、難削性鋳鉄を比較
的高速度(約30〜60m/min)で切削し得る。ところが、
チップの靭性不足に基づきチップの欠損がしばしば生じ
るという問題点がある。そのため、極めて小さい切り込
み量(1mm未満)での切削を余儀無くされ、切削能率が
極めて低く、切削加工に長時間を要するという問題点が
ある。
本発明はかかる事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は従来のものがもつ以上のような問題点を
解消し、前記従来セラミックスチップ法の場合に比し、
難削性鋳鉄をチップ欠損を生ずることなく高切り込み量
で、且つ、同等もしくはそれ以上の高速度で切削し得る
難削性鋳鉄の高能率切削方法を提供しようとするもので
ある。即ち、前記従来超硬チップ法及び従来セラミック
スチップ法の場合に比して難削性鋳鉄を高能率で切削し
得る切削方法の提供を課題とするものである。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明は次のような構
成の鋳鉄の高能率切削方法としている。
即ち、本発明に係る鋳鉄の高能率切削方法は、鋳鉄を
高速,高切り込み量の高能率でスローアウェイチップに
より切削する方法であって、スローアウェイチップが、
SiCウイスカ:3〜40wt%を含むと共に該ウイスカをチッ
プのすくい面に略平行に配向させたAl2O3基セラミック
スよりなることを特徴とする鋳鉄の高能率切削方法であ
る。
(作 用) 本発明に係る鋳鉄の高能率切削方法(以降、本発明法
いう)は、以上説明したように鋳鉄を切削するに際し、
SiCウイスカ:3〜40wt%を含むと共に該ウイスカをチッ
プのすくい面に略平行に配向させたAl2O3基セラミック
スよりなるチップ(以降、本発明に係るチップという)
を使用するようにしている。
上記本発明に係るチップは材質的にみると、前記の如
くSiCウイスカを含むAl2O3基セラミックスであり、該セ
ラミックスはAl2O3−TiC系セラミックス等の如き従来の
Al2O3基セラミックスに比し、高靭性を有し、又、同等
もしくはそれ以上の優れた高温硬度、高温強度及び耐摩
耗性を有している。このようにチップの靭性が高いと、
耐欠損性が優れたものになるので、高切り込み量での難
削性鋳鉄の切削が可能になり、又、チップの高温硬度、
高温強度及び耐摩耗性が優れていると、難削性鋳鉄の高
速度切削が可能である。従って、かかるチップを使用す
る本発明法は、前記従来セラミックスチップ法の場合に
比し、難削性鋳鉄をチップ欠損を生ずることなく高切り
込み量で切削し得、又、同等もしくはそれ以上の高速度
で難削性鋳鉄を切削し得るようになる。
ここで、SiCウイスカ含有量を3〜40wt%としている
のは、3wt%未満では高靭性化の効果が小さくなって耐
欠損性が劣化し、40wt%超では鉄との反応性を有するSi
Cが相対的に増加して耐摩耗性が劣化し、且つSiCウイス
カの充分な均一分散状態が得られず、強度低下を招くよ
うになるからである。尚、SiCウイスカは針状の形状を
有するものである。
又、本発明に係るチップは、上記の如きウイスカをチ
ップのすくい面に略平行に配向させるようにしている。
このようにすると、針状SiCウイスカの軸方向とすくい
面とが平行になっているので、チップは切削加工時の切
削主分力に対し極めて強い抵抗力を有するようになり、
そのため耐欠損性が更に優れたものになる。尚、上記ウ
イスカ配向は、少なくとも、切削性能に直接影響するす
くい面内、即ちすくい面の近傍において成されておれば
よい。又、ウイスカ同士が平行でもよく、直交していて
もよく、放射状になっていてもよい。
以上の如く、本発明に係るチップは、前記従来のAl2O
3基セラミックスよりなるチップに比較し、優れた耐欠
損性を有し、又、同等もしくはそれ以上の高速度切削性
能を有する。本発明法はかかるチップを使用するので、
前記従来セラミックスチップ法の場合に比し、難削性鋳
鉄をチップ欠損を生ずることなく高切り込み量で、且
つ、同等もしくはそれ以上の高速度で切削し得るように
なる。即ち、定量的には難削性鋳鉄を切削速度:30m/min
以上、切り込み量:1mm以上で切削し得る。従って、本発
明法は、前記従来超硬チップ法及び従来セラミックスチ
ップ法の場合に比して難削性鋳鉄を高能率で切削し得る
ようになる。
前記の如くSiCウイスカを含むAl2O3基セラミックス製
チップを製造するには、SiCウイスカを溶媒中に分散し
てスラリとし、これにAl2O3粉末を混合し、焼結した
後、チップ形状に加工すればよい。このとき、O量:0.3
〜1.5wt%のSiCウイスカを用いるようにすると、ウイス
カの充分な均一分散状態が得られ、高強度を確保し易く
なる。O量が0.3wt%未満では上記均一分散効果が小さ
くなり、1.5wt%超ではSiO2とAl2O3との反応が生じて強
度低下を招くようになる。
上記チップの製造過程の焼結前に、焼結助剤としてY2
O3,MgO,ZrO2或いは焼結中に上記酸化物となるY,Mg,Zrの
化合物の1種または2種以上を0.1〜10.0wt%添加する
と、焼結性が向上し、焼結組織が微細化及び均一化さ
れ、高強度及び高靭性を確保し易くなる。添加量が0.1
重量%未満ではこの効果が極めて小さく、10.0重量%を
越えると高温強度が低下するようになる。
前記チップは、それを構成するセラミックスが前記Si
Cウイスカに加えて、さらにTiC,TiN,TiCN等の炭窒化物
の1種または2種以上(以降、TiC等という)を0.5〜40
wt%含むようにすると、強度及び靭性がより向上する。
上記TiC等の含有量が0.5wt%未満では強度及び靭性向上
効果が小さく、40wt%超では強度及び靭性低下を招くよ
うになる。
又、添加したTiC等がAl2O3粒内にナノオーダ(数10ナ
ノメートル程度)で分散したナノ複合組織を有するよう
にすると、さらに強度が向上し、チップの耐欠損性が改
善される。これは、SiCウイスカによる繊維強化とTiC等
によるナノ複合強化の組合せによって高強度化するため
である。
(実施例) 実施例1 O量を0.6wt%に調整したSiCウイスカを、溶媒に添加
し、超音波エネルギを30分間付与し、溶媒中に均一に分
散させ、スラリを得た。該スラリにAl2O3粉末、或いはA
l2O3粉末とTiC等や焼結助剤との混合体を添加し、両者
を湿式ミルにより20時間撹拌・混合した後、スプレード
ライャにより乾燥・造粒した。得られた混合粉末を、黒
鉛型内に詰め込み、Ar気流中にて1850℃,2000Kg/cm2
条件でホットプレスにより30分間の一軸加圧焼結を行
い、焼結体(即ちAl2O3基セラミックス)を得た。この
ようにすると焼結体中のウイスカはホットプレス面に平
行に2次元に配向させ得る。尚、SiCウイスカ及びTiC等
の添加量、焼結助剤の種類及び添加量を第1〜2表に示
す如く変化させた。SiCウイスカ含有量は20又は30wt%
である。
上記焼結体から、ホットプレス面とチップのすくい面
とが平行になるように5.2×13.5×13.5mmのチップを切
り出し、これをチップ研磨機によりSNGN 434 T−4の形
状(ISO規格)に加工した。このチップの正面図を第1
図に、側面図を第2図に示す。これらの図において、
(1)はすくい面、(2)は丸コーナ部、(3)はホー
ニング部、(4)はホーニング巾を示すものである。丸
コーナ部(2)のコーナ半径は1.6mm、ホーニング巾
(4)は0.2mmである。
このようにして得たチップは、本発明に係るチップの
実施例であり、本発明に係るチップの条件を全て充たし
ているものである。
上記チップをバイトに取りつけて工具とし、これらを
用いて下記切削試験を行った。
即ちFC25を被削材とし、切削速度:300m/min,切り込み
量:5mm,送り量:0.25mm/revで切削試験し、欠損までの時
間を最高30分まで測定した。
FCD45を被削材とし、切削速度:250m/min,切り込み量:
5mm,送り量:0.25mm/revの切削試験、ADIを被削材とし、
切削速度:100m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.20mm/rev
の切削試験、又、27%Cr鋳鉄を被削材とし、切削速度:4
0m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.15mm/revの切削試験
も行った。上記試験結果を、実施例1で用いたチップの
組成と共に第1表及び第2表に示す。
実施例2 実施例1と同様のチップをフライスカッター(Φ200,
7枚歯)に取り付けて工具とし、これらを用いて下記切
削試験を行った。
即ち、FC25を被削材とし、切削速度:250m/min,切り込
み量:5mm,送り量:0.20mm/toothで切削試験し、欠損まで
の時間を最高60分まで測定した。
FCD45を被削材とし、切削速度:200m/min,切り込み量:
5mm,送り量:0.20mm/toothの切削試験、ADIを被削材と
し、切削速度:100m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.25mm
/toothの切削試験、又、27%Cr鋳鉄を被削材とし、切削
速度:40m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.14mm/toothの
切削試験を行った。上記試験結果を、実施例2で用いた
チップの組成と共に第3表及び第4表に示す。
比較例1 実施例1と同様の方法(操作、手順、条件)により、
焼結体を得た。このときのSiCウイスカ、TiC等の添加量
を第1表及び第2表に示す。尚、ウイスカ中のO量は実
験No.15及び16が0.2及び2.0wt%であり、その他は0.6wt
%である。
上記焼結体から、実施例1と同様の方法により、同様
の寸法のチップを切り出した。但し、実験No.15のもの
は、実施例1の場合と異なり、ホットプレス面とチップ
のすくい面とが直交するように切り出した。尚、焼結体
中のウイスカをアトランダムに配向させた焼結体からな
るチップも比較のために製作した。実験No.14のものが
これに相当する。
上記チップをバイトに取りつけて工具とし、実施例1
と同様の切削試験を行った。その結果を、比較例1で用
いたチップの組成と共に第1表及び第2表に示す。
比較例2 比較例1と同様のチップをフライスカッターに取り付
けて工具とし、実施例2と同様の切削試験を行った。そ
の結果を、比較例1で用いたチップの組成と共に第3表
及び第4表に示す。
比較例3 MgO:0.1wt%のAl2O3系チップ、Al2O3:70wt%,TiC:30w
t%,焼結助剤としてY2O3:1wt%,ZrO2:1wt%を含有させ
たAl2O3−TiC系チップ、焼結助剤としてY2O3:5wt%,Al2
O3:5wt%を含有させたSi3N4系チップ、P−30の超硬チ
ップを各々用い、実施例1と同様の切削試験を行った。
超硬チップは、いづれの切削試験でもクレータ摩耗が
大きく、5分以内に切削不能になった。
Al2O3系チップやAl2O3−TiC系チップは、試験開始と
同時に欠損を生じた。Si3N4系チップは、大きなコーナ
摩耗を生じた後、3分以内に欠損を生じ、安定した切削
ができなかった。
(発明の効果) 本発明に係る鋳鉄の高能率切削方法によれば、従来セ
ラミックスチップ法の場合に比し、難削性鋳鉄をチップ
欠損を生ずることなく高切り込み量、且つ、同等もしく
はそれ以上の高速度で切削し得るようになる。従って、
従来超硬チップ法及び従来セラミックスチップ法の場合
に比して難削性鋳鉄を高能率で切削し得るようになり、
その結果難削性鋳鉄の切削加工時間を短縮し得るように
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1に係るスローアウェイチップの形状
を示す正面図、第2図は、実施例1に係るスローアウェ
イチップの形状を示す側面図である。 (1)……すくい面、(2)……丸コーナ部 (3)……ホーニング部、(4)……ホーニング巾
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 弘司 兵庫県加古川市平岡町二俣1010番地 (56)参考文献 特開 昭63−89471(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23B 27/14 C04B 35/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋳鉄を高速、高切り込み量の高能率でスロ
    ーアウェイチップにより切削する方法であって、スロー
    アウェイチップが、SiCウイスカ:3〜40wt%を含むと共
    に該ウイスカをチップのすくい面に略平行に配向させた
    Al2O3基セラミックスよりなることを特徴とする鋳鉄の
    高能率切削方法。
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