JP3358477B2 - 切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工具 - Google Patents

切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工具

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化ほう素(以
下、BNで示す)を主成分として含有するBN基焼結材
料で構成された切刃片が、炭化タングステン(以下、W
Cで示す)を主成分として含有するWC基超硬合金で構
成された工具本体の切刃片ろう付け部に、高い接合強度
で直接ろう付けされ、したがって高速切削に用いても上
記切刃片に剥離の発生がなく、長期に亘ってすぐれた切
削性能を発揮する切削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に切刃片としてBN基焼結材
料を用いた切削工具としては、例えば特公平1−168
94号公報の実施例に記載されるように、BN基焼結材
料で構成された切刃層とWC基超硬合金で構成された下
地層からなる複合切刃片を通常の超高圧焼結装置を用い
て製造し、これを、ろう付け接合面となる前記下地層と
同じWC基超硬合金で構成された工具本体の切刃片ろう
付け部に、WC基超硬合金用ろう材として知られてい
る、重量%[以下、%は重量%(質量%)を示す]で、
例えばCu:30%、Zn:28%、Ni:2%を含有
し、残りがAgと不可避不純物からなる代表組成を有す
るAg合金のろう材を用いてろう付けしてなる切削工具
が広く知られており、これがスローアウエイチップ(以
下、単にチップと云う)やドリル、さらにエンドミルや
リーマなどの切削工具として、鋳鉄や高合金鋼、さらに
銅溶浸Fe系焼結材料などの連続切削や断続切削、さら
に穴加工や通し孔加工、板材の端面加工などの切削加工
に用いられることも良く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
装置の高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化に
対する要求も強く、これに伴なって、切削加工は高速化
の傾向にあるが、上記の各種従来切削工具においては、
これを高速切削に用いると、工具本体と複合切刃片のろ
う付け部は、それぞれがWC基超硬合金で構成されてい
るので接合上問題はないが、前記複合切刃片を構成する
BN基焼結材料の切刃層とWC基超硬合金の下地層との
接合強度が不十分であるために、この部分から剥離が発
生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状であ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、切刃片全体をBN基焼結材料で
構成し、これをWC基超硬合金の工具本体の切刃片ろう
付け部に強固な接合強度で直接ろう付けすることができ
るろう材を開発すべく研究を行なった結果、 Tiおよび/またはZr:0.5〜10%、 Ag:1〜15%、 P :0.5〜10%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成を有
するCu合金ろう材を用いて、WC基超硬合金の工具本
体の切刃片ろう付け部に、直接BN基焼結材料、望まし
くは分散相が組織上35〜95面積%の立方晶窒化ほう
素(以下、CBNで示す)で構成され、残りの結合相が
炭化チタン(以下、TiCで示す)、窒化チタン(以
下、TiNで示す)、炭窒化チタン(以下、TiCNで
示す)、ほう化チタン(以下、TiB2 で示す)、窒化
アルミニウム(以下、AlNで示す)、および酸化アル
ミニウム(以下、Al2 3 で示す)、さらにCoのう
ちの1種以上、あるいはこれらの2種以上の固溶体で構
成されたCBN基焼結材料からなる切刃片をろう付けす
ると、前記工具本体と前記切刃片の間にはすぐれた接合
強度が確保されるようになり、したがってこの結果の切
削工具は、これを高速切削に用いても前記切刃片に剥離
の発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する
という研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、BN基焼結材料、望ましくはC
BN基焼結材料で構成された切刃片を、 Tiおよび/またはZr:0.5〜10%、 Ag:1〜15%、 P :0.5〜10%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成を有
するCu合金ろう材を介して、WC基超硬合金で構成さ
れた工具本体の切刃片ろう付け部に、直接ろう付けして
なる、切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削
工具に特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明の切削工具において、こ
れを構成するCu合金ろう材の成分組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。 (a) TiおよびZr これらの成分には、ろう材の工具本体と切刃片に対する
ぬれ性を一段と向上させ、もって接合強度を向上させる
作用があるが、その含有量が0.5%未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が10%を越
えると、ろう付け部の強度が低下するようになることか
ら、その含有量を0.5〜10%、望ましくは5〜7%
と定めた。
【0007】(b) Ag Ag成分には、ろう材の融点を下げ、もって流動性を増
して少量のろう材で満足なろう付けを可能ならしめる作
用があるが、その含有量が1%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が15%を越える
と、ろう付け部の強度が低下するようになることから、
その含有量を1〜15%、望ましくは3〜5%と定め
た。
【0008】(c) P P成分には、ろう材の融点を下げると共に、これ自体の
強度を向上させ、もってろう付け部の強度を向上させる
作用があるが、その含有量が0.5%未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が10%を越
えると、ろう付け部が急激に脆化するようになることか
ら、その含有量を0.5〜10%、望ましくは3〜5%
と定めた。
【0009】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の切削工具を実
施例により具体的に説明する。まず、工具本体を製造す
る目的で、原料粉末として、いずれも0.5〜10μm
の範囲内の所定の平均粒径を有する、WC粉末、TaC
粉末、およびCo粉末を用い、これら原料粉末を表1に
示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式
混合し、乾燥した後、1ton/cm2 の圧力で所定形
状の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、1×1
-3torrの真空中、1350〜1450℃の範囲内の所
定の温度に1時間保持の条件で焼結し、焼結体に機械加
工を施すことにより、いずれもWC基超硬合金製にし
て、CIS規格TNGA332の形状(厚さ:3.18
mm×一辺長さ:16mmの正三角形)をもったチップ本体
A−1、直径:12mmの2枚刃形状のドリル本体A−
2をそれぞれ製造した。
【0010】また、切刃片を製造する目的で、原料粉末
として、いずれも0.5〜5μmの範囲内の所定の平均
粒径を有する、純度:99.95%のCBN粉末、Ti
C粉末、TiB2 粉末、AlN粉末、およびAl2 3
粉末を用い、これら原料粉末を表2に示される配合組成
に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した
後、3ton/cm2 の圧力で所定形状の圧粉体にプレ
ス成形し、これら圧粉体を通常のベルト型超高圧焼結装
置に装入し、4〜6GPaの範囲内の所定の圧力で、1
200〜1400℃の範囲内の所定の温度に、30分間
保持の条件で焼結して直径:20mm×厚さ:1.5mmの
寸法をもったCBN基焼結材料からなる焼結体を形成
し、これにワイヤー放電加工機を用いて機械加工を施す
ことにより、一辺長さが5mmの正三角形形状のチップ
用切刃片B−1、および半径:3.5mm×中心角:1
20度の扇形形状のドリル用切刃片B−2をそれぞれ製
造した。
【0011】さらに、真空溶解炉を用い、アルミナるつ
ぼにて、表3に示される成分組成をもったCu合金溶湯
を調製し、いすれも通常の条件で、インゴットに鋳造
し、熱間圧延と冷間圧延を施して厚さ:0.35mmの本
発明に係るCu合金ろう材(以下、本発明ろう材と云
う)C−1、C−2をそれぞれ製造した。
【0012】ついで、上記の切刃片B−1、B−2を、
表4に示される組合せで、上記の工具本体A−1、A−
2のそれぞれの切刃片ろう付け部に、本発明ろう材C−
1、C−2のそれぞれを挟んだ状態でセットし、ホット
プレスを用い、1kg/cm2 の圧力で加圧しながら、
1×10-3torrの真空中、1100〜1200℃の範囲
内の所定温度に5分間保持の条件でろう付け接合するこ
とにより本発明チップ、および本発明ドリルからなる本
発明切削工具をそれぞれ製造した。
【0013】また、比較の目的で、それぞれ工具本体A
−1、A−2と同じ配合組成の圧粉体を、同じくこれの
焼結条件と同じ条件で焼結して直径:20mm×厚さ:
1.5mmの下地層形成用焼結片を形成し、これら焼結
片のそれぞれに表5に示される組合せで切刃片B−1、
B−2のそれぞれと同じ配合組成をもった圧粉体を重ね
合わせた状態で、前記切刃片の焼結条件と同じ条件で焼
結して切刃層の厚さ:0.7mm×下地層の厚さ:1.
5mm×直径:20mmの寸法をもった複合切刃片を形
成し、さらに成分組成を、Cu:29.7%、Zn:2
8.1%、Ni:2.0%、Agおよび不可避不純物:
残り、とする以外は本発明ろう材C−1、C−2の製造
条件と同じ条件で従来ろう材を形成し、ついでこれら複
合切刃片のそれぞれを同じく表5に示される組合せで工
具本体A−1、A−2のそれぞれの切刃片ろう付け部に
前記従来ろう材を挟んだ状態でセットし、上記のろう付
け条件と同じ条件でろう付け接合することにより従来チ
ップ、および従来ドリルからなる従来切削工具をそれぞ
れ製造した。
【0014】つぎに、この結果得られた本発明チップお
よび従来チップについては、 被削材:FC250(ブリネル硬さ:200)の丸棒、 切削速度:1000m/min.、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:0.15mm、 切削時間:25分、 の条件で普通鋳鉄の乾式連続高速切削試験を行ない、本
発明ドリルおよび従来ドリルについては、 被削材:FCD450(ブリネル硬さ:150)の板
厚:30mmの板材、 切削速度:250m/min.、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:下穴径10mmの通し孔(穴径:12mm)、 加工数:160穴、 の条件で球状黒鉛鋳鉄の乾式高速穴加工切削試験を行な
い、いずれの切削試験でも切刃片(切刃層)における最
大摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表4、5に示
した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】
【表5】
【0020】
【発明の効果】表4、5に示される結果から、本発明切
削工具(本発明チップ、本発明ドリル)は、いずれも切
刃片が工具本体に強固な接合強度でろう付けされている
ので、各種被削材の高速切削でも切刃片に剥離の発生な
く、正常摩耗を示し、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに
対して、従来切削工具(従来チップ、従来ドリル)は、
いずれも複合切刃片の切刃層と下地層の接合面で剥離が
発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかで
ある。上述のように、この発明の切削工具は、切刃片が
直接工具本体に強固にろう付けされているので、通常の
条件での切削加工は勿論のこと、高速切削加工において
も切刃片に剥離の発生なく、すぐれた切削性能を長期に
亘って発揮するのである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B23K 35/30 310 C04B 35/58 103Y (56)参考文献 特開 平9−108912(JP,A) 特開 平7−124804(JP,A) 特開 昭60−36638(JP,A) 特開 昭58−13492(JP,A) 特開 昭63−169348(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 27/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ほう素を主成分として含有する窒化
    ほう素基焼結材料で構成された切刃片を、重量%(質量
    %)で、 Tiおよび/またはZr:0.5〜10%、 Ag:1〜15%、 P :0.5〜10%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成を有
    するCu合金ろう材を介して、炭化タングステンを主成
    分として含有する炭化タングステン基超硬合金で構成さ
    れた工具本体の切刃片ろう付け部に、直接ろう付けして
    なる切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工
    具。
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