JP3460565B2 - 耐摩耗性のすぐれたミーリング工具 - Google Patents
耐摩耗性のすぐれたミーリング工具Info
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Description
成する硬質被覆層の超硬合金基体表面に対する密着性に
すぐれ、したがって苛酷な切削条件となる高速切削に用
いても前記硬質被覆層に剥離の発生がないことから、す
ぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するミーリング(フ
ライス削り)工具に関するものである。
図で示されるように、鋼製または超硬合金製回転シャン
ク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、同
(b)に平面図および縦断面図で例示される表面被覆超
硬合金製切刃チップ(以下、単に切刃チップと云う)、
すなわち超硬合金基体の表面に硬質被覆層を形成してな
る切刃チップをネジ止めなどの固着手段により着脱自在
に装着した形式のミーリング工具が知られている。ま
た、上記切刃チップを構成する硬質被覆層が、通常の高
温化学気相蒸着法(以下、HT−CVD法と云う)や、
前記HT−CVD法の蒸着温度である1000〜115
0℃に比して相対的に低温の700〜980℃で蒸着を
行う中温化学気相蒸着法(以下、MT−CVD法と云
う)にて形成されることも知られている。
の省力化および省エネ化はめざましく、これに伴い、切
削加工条件は一段と高速化の傾向にあるが、上記のミー
リング工具においては、これを高速条件下で用いると、
切刃チップを構成する硬質被覆層の超硬合金基体表面に
対する密着性が不十分であるために、硬質被覆層に剥離
が発生し易く、これが原因で摩耗進行が著しく促進さ
れ、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
上述のような観点から、ミーリング工具に着目し、これ
を構成する切刃チップにおける硬質被覆層の超硬合金基
体表面に対する密着性向上を図るべく研究を行った結
果、 (a)超硬合金基体が、 分散相:75〜95重量%、 結合相および不可避不純物:残り、 からなる内部組成を有し、上記分散相を、炭化タングス
テン(以下、WCで示す)、あるいはWCと、Ti、T
a、Nb、およびZrの炭化物、窒化物、および炭窒化
物(以下、それぞれTiC、TiN、TiCN、Ta
C、TaN、TaCN、NbC、NbN、NbCN、Z
rC、ZrN、およびZrCNで示す)、並びにこれら
の2種以上の固溶体(以下、これらを総称して金属炭・
窒化物と云う)のうちの1種または2種以上とで構成
し、かつ上記金属炭・窒化物を含有する場合には、その
含有割合を0.1〜5重量%とし、また結合相形成成分
としてCo:5〜20重量%を含有する超硬合金基体で
あること。なお、この場合の上記超硬合金基体における
WCの平均粒径は、基体強度の面から0.1〜1.5μ
mであることが望ましいこと。 (b)上記(a)の超硬合金基体を、炭酸ガスまたは四
塩化チタンを配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を5
0〜550torrとして、900〜1000℃の温度
に5〜15分間保持の条件で高温加熱処理すると、表面
部に、最表面から所定深さに亘ってCoとWの複合炭化
物、あるいはCoとWを主体とした複合炭化物(以下、
Com Wn Cで示す)が反応生成した表面層が形成され
ること。 (c)表面部に上記(b)の反応生成Com Wn Cが分
布する高温加熱形成表面層を有する超硬合金基体の表面
に、いずれもMT−CVD法を用いて、Tiの炭化物
層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、
および炭窒酸化物層(以下、それぞれTiC層、TiN
層、TiCN層、TiCO層、TiNO層、およびTi
CNO層で示す)のうちの1種または2種以上で構成さ
れたTi化合物層、さらに必要に応じてMT−CVD法
またはHT−CVD法にて形成した酸化アルミニウム
(以下、Al2 O3 で示す)層からなる硬質被覆層を
0.5〜4.5μmの平均層厚で形成すると、前記Ti
化合物層の前記超硬合金基体表面に対する密着性が、前
記超硬合金基体表面部に形成した高温加熱形成表面層に
よって著しく向上するようになり、したがって、この結
果の切刃チップを取り付けたミーリング工具は、高速切
削に用いても前記切刃チップの硬質被覆層に剥離の発生
がないことから、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮
するようになること。以上(a)〜(c)に示される研
究結果を示したのである。
されたものであって、鋼製または超硬合金製回転シャン
ク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合
金基体の表面に硬質被覆層を形成してなる切刃チップを
着脱自在に装着した形式のミーリング工具において、 (A)上記切刃チップにおける超硬合金基体を、 (a)分散相:75〜95重量%、 結合相および不可避不純物:残り、 からなる内部組成を有し、上記分散相を、WC、あるい
はWCと金属炭・窒化物のうちの1種または2種以上と
で構成し、かつ上記金属炭・窒化物のうちの1種または
2種以上を含有する場合には、その含有割合を0.1〜
5重量%とし、また結合相形成成分としてCo:5〜2
0重量%を含有し、 (b)さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを
配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を50〜550t
orrとして、900〜1000℃の温度に5〜15分
間保持の条件で、最表面から0.1〜2μmの深さに亘
って反応生成Com Wn Cが分布する高温加熱形成表面
層を形成してなる、超硬合金基体で構成すると共に、 (B)上記硬質被覆層を、いずれもMT−CVD法を用
いて形成したTiC層、TiN層、TiCN層、TiC
O層、TiNO層、およびTiCNO層のうちの1種ま
たは2種以上からなるTi化合物層、あるいは前記Ti
化合物層とMT−CVD法またはHT−CVD法にて形
成したAl2 O3 層で構成し、かつその平均層厚を0.
5〜4.5μmとした、耐摩耗性のすぐれたミーリング
工具に特徴を有するものである。
て、これを構成する切刃チップにおける超硬合金基体の
組成、Com Wn Cの分布深さ、および硬質被覆層の平
均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a)分散相の割合 その割合が75重量%未満では、相対的に結合相の割合
が多くなり過ぎて耐摩耗性が急激に低下するようになる
ばかりでなく、Com Wn Cの形成が抑制されるように
なり、一方その割合が95重量%を越えると、結合相の
割合が少なくなり過ぎて強度低下が避けられず、かつこ
の場合もCom Wn Cの形成が抑制されるようになるこ
とから、その割合を75〜95重量%と定めた。なお、
この場合上記分散相を構成するWC粒の平均粒径に関し
ては、その平均粒径が0.1μm未満になると耐摩耗性
の低下が避けられず、一方その平均粒径が1.5μmを
越えると、所望の強度向上効果が得られないという理由
で上記の通り0.1〜1.5μmであることが望まし
い。
さを高め、もって耐摩耗性を向上させる作用があるの
で、必要に応じて含有されるが、その含有割合が0.1
重量%未満では、所望の耐摩耗性向上効果が得られず、
一方その含有割合が5重量%を越えると超硬合金基体の
強度に低下傾向が現れるようになることから、その含有
割合を0.1〜5重量%と定めた。
の強度を向上させる作用があるが、その含有量が5重量
%未満では、所望の強度向上効果が得られず、かつCo
m Wn Cの形成が抑制されるようになり、一方その割合
が20重量%を越えると、超硬合金基体の耐摩耗性が低
下し、特に切刃部のすくい面摩耗が急激に進行するする
ようになるばかりでなく、この場合もCom Wn Cの形
成が抑制されるようになることから、その割合を5〜2
0重量%と定めた。
層中に占める分布割合が少な過ぎて硬質被覆層に対して
所望のすぐれた密着性を確保することができず、一方そ
の分布深さが2μmを越えると、超硬合金基体最表面部
におけるComWn Cの分布割合が多くなり過ぎ、これ
が原因で切刃チップにチッピング(微小欠け)が発生し
易くなることから、その分布深さを0.1〜2μm、望
ましくは0.3〜0.6μmと定めた。
摩耗性を切刃チップに確保することができず、一方その
平均層厚が4.5μmを越えると、切刃チップに欠けや
チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を
0.5〜4.5μm、望ましくは1.0〜2.0μmと
定めた。
例により具体的に説明する。まず、原料粉末として、
0.1〜1.5μmの範囲内で平均粒径を変えた各種の
WC粉末、いずれも0.5μmの平均粒径を有するTi
C粉末、TiN粉末、TiCN粉末、TaC粉末、Ta
N粉末、TaCN粉末、NbC粉末、NbN粉末、Nb
CN粉末、ZrC粉末、ZrN粉末、およびZrCN粉
末、さらに(Ti0.5 Ta0.5 )C粉末、(Ta0.8 N
b0.2 )C粉末、(Ta0.4 Zr0.6 )C粉末、(Ti
0.8 Zr0.2 )N粉末、(Ti0.9 Nb0.1 )C0.8 N
0.2 粉末、(Ta0.4 Zr0.6 )C0.5 N0.5 粉末、
(Ti0.2 Ta0.8 )C0.4 N0.6粉末、(Ti0.3 T
a0.3 Zr0.4 )C粉末、(Ti0.1 Zr0.8 N
b0.1 )C粉末、(Ta0.7 Nb0.1 Zr0.2 )C粉
末、(Ti0.3 Nb0.3 Zr0.4 )N粉末、(Ti0.1
Ta0.8 Nb0.1 )C0.9 N0.1 粉末、(Ti0.2 Ta
0.2 Zr0.4 Nb0.2 )C0.7 N0.3 粉末(以上、固溶
体粉末の数値はモル比を示す)、および同0.5μmの
Co粉末を用意し、これら原料粉末を表1に示される配
合割合に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾
燥した後、1ton/cm2 の圧力で圧粉体にプレス成
形し、この圧粉体を1×10-3torrの真空中、13
50〜1500℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の
条件で真空焼結して、実質的に表1に示される配合組成
と同じ成分組成を有し、かつ同じく表1に示される平均
粒径のWCで構成された切刃チップを構成する超硬合金
基体素材a〜zを形成した。
それぞれの表面部に、表2に示される条件で同じく表2
に示される深さに亘ってCom Wn Cが分布する高温加
熱形成表面層を形成することにより超硬合金基体A〜Z
を製造した。
それぞれの表面に、表3に示される条件で表4に示され
る組成および平均層厚の硬質被覆層を形成することによ
り長さ:28.9mm×幅:11.2mm×厚さ:5m
mの寸法、並びに図1(b)に示される形状をもった本
発明用切刃チップA〜Zを形成した。
それぞれを、JIS・SCM440(硬さ:HR C4
0)の鋼、またはWC−6%Coの組成を有し、かつW
Cの平均粒径が1.5μmの超硬合金からなり、いずれ
も全長:200mm×前方半部長さ:120mm×後方
半部長さ:80mm×前方半部径:30mm×後方半部
径:32mmの寸法および図1(a)に平面図で示され
る形状をもった回転シャンク本体の先端部側面に形成さ
れた切り欠き部に、表6に示される組み合わせでネジ止
めすることにより本発明ミーリング工具1〜26をそれ
ぞれ製造した。
り、高温加熱形成表面層を有する超硬合金基体A〜Zに
代わって、これの形成がない超硬合金基体素材a〜zを
用いて形成した比較用切刃チップa〜zを用いる以外は
同一の条件で、表6に示される比較ミーリング工具1〜
26をそれぞれ製造した。
グ工具1〜26および比較ミーリング工具1〜26につ
いて、 被削材:FCD400からなる角度:10度の傾斜材、 切削速度:1000m/min、 1刃当りの送り:0.4mm/刃、 軸方向の切り込み:0.2mm、 径方向の切り込み:0.35mm、 の条件で鋳鉄の乾式高速等高線フライス加工を行い、切
刃チップにおける逃げ面摩耗幅が0.2mmに至るまで
の切削時間を測定した。これらの測定結果を表6に示し
た。
ング工具1〜26は、いずれもこれを構成する切刃チッ
プの硬質被覆層に剥離の発生なく、これによってすぐれ
た耐摩耗性を発揮するのに対して、比較ミーリング工具
1〜26においては、いずれも切削途中で切刃チップの
硬質被覆層に剥離が発生し、この剥離によって摩耗進行
が著しく促進されるようになることが明らかである。上
述のように、この発明のミーリング工具は、これを構成
する切刃チップの超硬合金基体表面に対する硬質被覆層
の密着性が、基体表面部に形成した高温加熱形成表面層
中に分布するCom Wn Cによって著しく向上したもの
になっているので、これを通常の切削条件は勿論のこ
と、高速切削に用いても切刃チップの硬質被覆層に剥離
の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮する
のである。
成する切刃チップの平面図および縦断面図(b)であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 鋼製または超硬合金製回転シャンク本体
の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体
の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製
切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具
において、 (A)上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬
合金基体を、 (a)分散相:75〜95重量%、 結合相および不可避不純物:残り、 からなる内部組成を有し、上記分散相を炭化タングステ
ンで構成し、かつ結合相形成成分としてCo:5〜20
重量%を含有し、 (b)さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを
配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を50〜550t
orrとして、900〜1000℃の温度に5〜15分
間保持の条件で、最表面から0.1〜2μmの深さに亘
ってCoとWの反応生成複合炭化物が分布する高温加熱
形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で構成すると
共に、 (B)上記硬質被覆層を、いずれも中温化学気相蒸着法
にて形成したTiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、
炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの
1種または2種以上からなるTi化合物層で構成し、か
つその平均層厚を0.5〜4.5μmとしたこと、 を特徴とする耐摩耗性のすぐれたミーリング工具。 - 【請求項2】 鋼製または超硬合金製回転シャンク本体
の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体
の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製
切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具
において、 (A)上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬
合金基体を、 (a)分散相:75〜95重量%、 結合相および不可避不純物:残り、 からなる内部組成を有し、上記分散相を炭化タングステ
ンで構成し、かつ結合相形成成分としてCo:5〜20
重量%を含有し、 (b)さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを
配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を50〜550t
orrとして、900〜1000℃の温度に5〜 15分
間保持の条件で、最表面から0.1〜2μmの深さに亘
ってCoとWの反応生成複合炭化物が分布する高温加熱
形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で構成すると
共に、 (B)上記硬質被覆層を、いずれも中温化学気相蒸着法
にて形成したTiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、
炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの
1種または2種以上からなるTi化合物層と、中温化学
気相蒸着法または高温化学気相蒸着法にて形成した酸化
アルミニウム層で構成し、かつその平均層厚を0.5〜
4.5μmとしたこと、 を特徴とする耐摩耗性のすぐれたミーリング工具。 - 【請求項3】 鋼製または超硬合金製回転シャンク本体
の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体
の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製
切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具
において、 (A)上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬
合金基体を、 (a)分散相:75〜95重量%、 結合相および不可避不純物:残り、 からなる内部組成を有し、上記分散相を、炭化タングス
テンと、Ti、Ta、Nb、およびZrの炭化物、窒化
物、および炭窒化物、並びにこれらの2種以上の固溶体
(以下、これらを総称して金属炭・窒化物と云う)のう
ちの1種または2種以上とで構成し、かつ上記金属炭・
窒化物のうちの1種または2種以上の含有割合を0.1
〜5重量%とし、また結合相形成成分としてCo:5〜
20重量%を含有し、 (b)さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを
配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を50〜550t
orrとして、900〜1000℃の温度に5〜15分
間保持の条件で、最表面から0.1〜2μmの深さに亘
ってCoとWを主体とする反応生成複合炭化物が分布す
る高温加熱形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で
構成すると共に、 (B)上記硬質被覆層を、いずれも中温化学気相蒸着法
にて形成したTiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、
炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの
1種または2種以上からなるTi化合物層で構成し、か
つその平均層厚を0.5〜4.5μmとしたこと、 を特徴とする耐摩耗性のすぐれたミーリング工具。 - 【請求項4】 鋼製または超硬合金製回転シャンク本体
の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体
の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製
切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具
において、 (A)上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬
合金基体を、 (a)分散相:75〜95重量%、 結合相および不可避不純物:残り、 からなる内部組成を有し、上記分散相を炭化タングステ
ンと、Ti、Ta、Nb、およびZrの炭化物、窒化
物、および炭窒化物、並びにこれらの2種以上の固溶体
(以下、これらを総称して金属炭・窒化物と云う)のう
ちの1種または2種以上とで構成し、かつ上記金属炭・
窒化物のうちの1種または2種以上の含有割合を0.1
〜5重量%とし、また結合相形成成分としてCo:5〜
20重量%を含有し、 (b)さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを
配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を50〜550t
orrとして、900〜1000℃の温度に5〜15分
間保持の条件で、最表面から0.1〜2μmの深さに亘
ってCoとWを主体とする反応生成複合炭化物が分布す
る高温加熱形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で
構成すると共に、 (B)上記硬質被覆層を、いずれも中温化学気相蒸着法
にて形成したTiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、
炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの
1種または2種以上からなるTi化合物層と、中温化学
気相蒸着法または高温化学気相蒸着法にて形成した酸化
アルミニウム層で構成し、かつその平均層厚を0.5〜
4.5μmとしたこと、 を特徴とする耐摩耗性のすぐれたミーリング工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05198498A JP3460565B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 耐摩耗性のすぐれたミーリング工具 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05198498A JP3460565B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 耐摩耗性のすぐれたミーリング工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11254208A JPH11254208A (ja) | 1999-09-21 |
JP3460565B2 true JP3460565B2 (ja) | 2003-10-27 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010076029A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
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KR20020019888A (ko) * | 2000-09-07 | 2002-03-13 | 오카무라 가네오 | 절삭공구 |
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- 1998-03-04 JP JP05198498A patent/JP3460565B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2010076029A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
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