JP2879942B2 - 高マンガン鋼の高能率切削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高マンガン鋼の高能率切削方法に関し、詳
細には、難削材である高Mn鋼や高Mn鋳鋼を高速，高切り
込み量（即ち、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） 高Mn鋼や高Mn鋳鋼（以降、高Mn鋼という）は、高強度
を有し、熱伝導性が悪く、又、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、即ち、難削材であ
る。

かかる高Mn鋼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、高Mn鋼の切削は超硬
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）でないと高M
n鋼を切削し得ず、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
用する高Mn鋼の切削方法（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、高Mn鋼を比較的高
速度（約30〜60m/min）で切削し得る。ところが、チッ
プの靱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、
高Mn鋼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高Mn
鋼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
法の場合に比して高Mn鋼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、本発明に係る高マンガ
ン鋼の高能率切削方法は、次のような構成としている。

即ち、請求項１に記載の高能率切削方法は、高マンガ
ン鋼を高速，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％を含み、且つSi,V,Cr,Zr,
Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又は
２種以上を0.5〜40wt％含むと共に、前記ウイスカをチ
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高マンガン鋼の高能率切
削方法である。

請求項２に記載の高能率切削方法は、前記ウイスカが
Ｏ量:0.3〜1.5wt％である請求項１に記載の高マンガン
鋼の高能率切削方法である。

請求項３に記載の高能率切削方法は、前記炭化物、窒
化物、炭窒化物の１種又は２種以上の一部が、Al₂O₃結
晶粒内にナノオーダで分散してナノコンポジット構造を
呈している請求項１又は請求項２に記載の高マンガン鋼
の高能率切削方法である。

請求項４に記載の高能率切削方法は、前記Al₂O₃基セ
ラミックスが、焼結助剤としてのMgO,ZrO₂,TiO₂,Y₂O₃,C
rO₂,NiO又は炭化クロムの１種または２種以上を0.5〜1
0.0wt％含有する請求項１、請求項２又は請求項３に記
載の高マンガン鋼の高能率切削方法である。

（作 用） 本発明に係る高Mn鋼の高能率切削方法（以降、本発明
法という）は、以上説明したように、高Mn鋼を切削する
に際し、SiCウイスカ:3〜40wt％を含み、且つSi,V,Cr,Z
r,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又
は２種以上（以降、炭化物等という）を0.5〜40wt％含
むと共に、前記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スローアウェ
イチップ（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。

この本発明に係るチップは、上記の如くSiCウイスカ
と共に炭化物等を含むAl₂O₃基セラミックスよりなる。
該SiCウイスカは、Al₂O₃基セラミックスの有する特性の
劣化を招くことなく、マトリックスを強化し高靱性化す
る作用を有する。又、炭化物等は、マトリックスの組織
を微細化すると共に異常粒成長を抑制し、高強度化する
作用を有する。故に、本発明に係るチップは、前記従来
のAl₂O₃−TiC系セラミックス製チップに比し、靱性、強
度、高温強度、高温硬度、及び耐摩耗性が優れている。

ここで、SiCウイスカ含有量を３〜40wt％としている
のは、3wt％未満では高靱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。

炭化物等の含有量を0.5〜40wt％としているのは、0.5
wt％未満では前記高強度化の効果が小さくなり、40wt％
超では焼結性の低下により緻密な焼結体が得られなくな
るからである。

又、本発明に係るチップは、前記の如きウイスカをチ
ッイ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、前記従来のセラ
ミックス製チップに比し、靱性、強度、高温強度、高温
硬度、及び耐摩耗性、並びに耐欠損性が優れている。こ
のようにチップの靱性及び耐欠損性が優れていると、高
切り込み量での高Mn鋼切削が可能になり、又、高温硬
度、高温強度及び耐摩耗性が優れていると、高Mn鋼の高
速度切削が可能となる。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、高Mn鋼をチップ欠損を生ずることなく高切り込み
量で切削し得ると共に、高速度で切削し得るようにな
る。即ち、定量的には高Mn鋼を切削速度:30m/min以上、
切り込み量:1mm以上で切削し得、極高能率切削が可能と
なる。

本発明に係る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化した後、Al₂O₃及び炭化物等
の混合粉末に混合し、焼結し、チップ形状に加工すれば
よい。このとき、SiCウイスカのＯ量を0.3〜1.5wt％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。

前記炭化物等の一部がAl₂O₃結晶粒内にナノオーダで
分散してナノコンポジット構造を呈するようにすると、
SiCウイスカによる維持強化とナノ複合強化の組合せ作
用効果により、チップの強度及び耐欠損性をより向上し
得るようになる。

本発明に係るチップの製造過程の焼結前に、焼結助剤
としてMgO,ZrO₂,TiO₂,Y₂O₃,CrO₂,NiO又は炭化クロムの
１種または２種以上を0.5〜10.0wt％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
及び高靱性を確保し易くなる。添加量が0.5wt％未満で
はこの効果が極めて小さく、10.0wt％超では高温強度が
低下する。

（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粉末及び炭化
物等、或いは更に焼結助剤を含む混合体を添加し、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℃,200Kg/cm²の条
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ウイスカ及び炭化物
等の添加量、焼結助剤の種類及び添加量を第１表に示す
如く変化させた。SiCウイスカ含有量は15〜30wt％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、高Mn鋼を被削材と
し、切削速度:60m/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:120分まで測
定した。第１表に示す如く、欠損時間は70分以上であっ
た。

又、第１表に示す実験No.3のチップについて、切り込
み量:5mm,切削時間:30分、切削速度:60m/min以上，送り
量:0.25mm/rev以上の条件で高Mn鋳鋼の切削試験をし、
チップの欠損を生じる事なく切削し得る切削速度の限界
値及び送り量の限界値を求めた。切削速度の限界値は、
送り量:0.25,0.355及び0.5mm/revに対し70,50及び35m/m
in、送り量の限界値は、切削速度:60,70及び100m/minに
対し0.39,0.355及び0.1mm/revであった。

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、高Mn鋼を被削材とし
て、切削速度:80m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.25mm/
toothで切削試験した。第１表に示す如く欠損時間は90
分以上であった。

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、炭化物等の添
加量を第２表に示す。尚、ウイスカ中のＯ量は実施例１
と同様の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.7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。

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。第２表に示す如く、欠損時
間は0.1〜15分であった。

比較例２ 超硬チップを用い、実施例１と同様の切削速度:60m/m
in,切り込み量:5mm,送り量:0.25mm/revの条件で、高Mn
鋳鋼の切削試験を行ったところ、すぐにクレータ摩耗が
生じ、切削不能になった。

又、切り込み量:5mm,切削時間:30分、切削速度:10m/m
in以上，送り量:0.2mm/rev以上の条件で高Mn鋳鋼の切削
試験を行い、切削速度の限界値及び送り量の限界値を求
めた。切削速度の限界値は、送り量:0.2及び0.35mm/rev
に対し20及び15m/minであり、送り量の限界値は、切削
速度:10及 び15m/minに対し0.355及び0.350mm/revであった。

以上の実施例及び比較例の結果は、本発明法は従来セ
ラミックスチップ法の場合に比し、高Mn鋼をチップ欠損
を生ずることなく高切り込み量、高速度で切削し得、高
能率切削が可能となる事を裏付けている。

（発明の効果） 本発明に係る高Mn鋼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、高Mn鋼をチップ欠
損を生ずることなく高切り込み量、且つ、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高Mn鋼を高能率で
切削し得るようになり、その結果高Mn鋼の切削加工時間
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 (56)参考文献 特開 昭63−89471（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−124548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110745（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 27/14 C04B 35/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高マンガン鋼を高速，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％
   を含み、且つSi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化
   物、炭窒化物の１種又は２種以上を0.5〜40wt％含むと
   共に、前記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
   高マンガン鋼の高能率切削方法。
2. 【請求項２】前記ウイスカがＯ量:0.3〜1.5wt％である
   請求項１に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
3. 【請求項３】前記炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又は
   ２種以上の一部が、Al₂O₃結晶粒内にナノオーダで分散
   してナノコンポジット構造を呈している請求項１又は請
   求項２に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
4. 【請求項４】前記Al₂O₃基セラミックスが、焼結助剤と
   してのMgO,ZrO₂,TiO₂,Y₂O₃,CrO₂,NiO又は炭化クロムの
   １種または２種以上を0.5〜10.0wt％含有する請求項
   １、請求項２又は請求項３に記載の高マンガン鋼の高能
   率切削方法。