JP2879943B2 - 鋳鉄の切削方法 - Google Patents

鋳鉄の切削方法

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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
ートダクタイル鋳鉄(以降ADIという)、27%Cr鋳鉄等
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。
(従来の技術) FCDは高強度、高靭性を有するため、切削加工が極め
て難しい材料、即ち、難削材である。ADIは高強度、高
靭性を有すると共に、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。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
鋳鉄の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、本発明に係る鋳鉄の切
削方法は、次のような構成としている。
即ち、請求項1に記載の鋳鉄の切削方法は、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、Si
Cウイスカ:3〜40wt%を含み、且つSi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,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鋳鉄の切削方法である。
請求項2に記載の鋳鉄の切削方法は、前記ウイスカが
O量:0.3〜1.5wt%である請求項1に記載の鋳鉄の切削
方法である。
請求項3に記載の鋳鉄の切削方法は、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
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に記載の鋳鉄の切削方
法である。
請求項4に記載の鋳鉄の切削方法は、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
載の鋳鉄の切削方法である。
(作 用) 本発明に係る鋳鉄の切削方法(以降、本発明法とい
う)は、以上説明したように、鋳鉄をを切削するに際
し、SiCウイスカ:3〜40wt%を含み、且つSi,V,Cr,Zr,N
b,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靭性化す
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、靭性、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。
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、靭性、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
のようにチップの靭性及び耐欠損性が優れていると、高
切り込み量での難削性鋳鉄の切削が可能になり、又、高
温硬度、高温強度及び耐摩耗性が優れていると、難削性
鋳鉄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、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、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
及び高靭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、被削材をFC25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。又、被削材:FCD45、切削速度:250m/min,切り込
み量:5mm,送り量:0.25mm/revでの切削試験、被削材:AD
I、切削速度:100m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.20mm/
revでの切削試験、被削材:27%Cr鋳鉄、切削速度:40m/m
in,切り込み量:5mm,送り量:0.15mm/revでの切削試験を
行い、欠損時間を最高:30分まで測定した。上記試験結
果を第1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、被削材をFC25とし、切削速度:2
50m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.20mm/toothで切削試
験した。又、被削材:FCD45、切削速度:200m/min,切り込
み量:5mm,送り量:0.20mm/toothでの切削試験、被削材:A
DI、切削速度:100m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.25mm
/toothでの切削試験、被削材:27%Cr鋳鉄、切削速度:40
m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.14mm/toothでの切削試
験を行い、欠損時間を最高:30分まで測定した。上記試
験結果を第2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、炭化物等の添
加量を第3表に示す。尚、ウイスカ中のO量は、実験N
o.5及び6が0.1及び2.0wt%であり、その他のものは実
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。その試験結果を第2表に示
す。
比較例2 比較例1と同様のチップを、実施例1の場合と同様の
フライスカッターに取り付けて工具とし、同様の切削試
験を行った。その試験結果を第4表に示す。
比較例3 MgOを0.1wt%添加したAl2O3系チップ、Al2O3:70wt%,
TiC:30wt%,焼結助剤としてのZrO2及びY2O3を1wt%ず
つ添加したAl2O3−TiC系チップ、Si3N4に焼結助剤とし
てY2O3及びAl2O3を5wt%ずつ添加したSi3N4系チップ、
超硬チップ(P−30)をそれぞれ用い、実施例1と同様
の切削試験を行った。
その結果、超硬チップはいずれの試験でもクレータ摩
耗が生じ、その程度が大きく、5分以内に切削不能にな
った。Al2O3系やAl3O3−TiC系のチップは、試験開始と
同時に欠損し、Si3N4系チップは大きなコーナ摩耗を生
じた後、3分以内に欠損し、安定した切削が出来なかっ
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、鋳鉄をチップ欠損を
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) 本発明に係る鋳鉄の切削方法によれば、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、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、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 (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】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Al2O
    3基セラミックスよりなることを特徴とする鋳鉄の切削
    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に記載の鋳鉄の切削方法。
  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に記載の鋳鉄の切削方法。
  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に記載の鋳鉄の切削方法。
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