JP3647875B2 - 電解研磨技術により切削工具インサートの刃先を所期の半径に形成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具インサートの刃先を所期の半径に形成する電解研磨法に関する。
切粉を形成するような切削加工に使用するための超硬合金またはチタニウム基炭窒化物（サーメット）から作られるインサートは、少なくとも一つの主切れ刃と連続するノーズ（コーナー）とを有する。このインサートは、硬質構成物質とバインダー相との粉末を粉砕し、所望形状の物体を形成する加圧成形をし、且つ加圧成形した物体を最終的に焼結する粉末冶金法により製造される。この加圧成形は、押し型の向かい合う二つのパンチの間で工具加圧成形によって通常行われる。加圧成形工程の結果、インサートはかなり鋭い刃先となる。その上に、パンチと押し型の壁の間必ず存在する小さな間隙、即ち、数μｍの幅により、インサート刃先はバリも存在する。このような刃先を使用した場合は簡単に破断する。
したがって、焼結後は、インサートは、ラッピング、バレル研磨（tumbring）、ブラシ仕上げ又は噴射仕上げのような機械加工法を含む刃先丸み付け工程に付される。しかしながら、この工程は所定の精度で制御することが困難である。このために、大部分の機械加工工程での超硬合金インサートの刃先丸み付けは、通常30〜75μｍの範囲の値にある。それより小さな値の刃先丸み付けは機械加工法で得ることは一般に不可能である。また、機械加工工程の初期段階において刃先に度々疵が生じる。これらの疵は最終的に得られる刃先丸み付けがこの疵の大きさより大きい限りは、以降の処理の間に消失する。
しかしながら、小さな丸み付けをした刃先ほど小さな切削力となる。刃先丸み付けの選択範囲は、所望の刃先強度と適正な切削力との折り合いである。耐熱材料、アルミニウム、鋳鉄のネジきり及び切削加工のような特定の切削工程に対しては、低切削力が望ましい。しかしながら、刃先丸み付けに対する上記方法は、少なくとも大量工業的規模には一般的に有効でない。
電解研磨平滑化またはバリ取りは通常に使用される技術である。二つの良く知られた方法は、電気化学バリ取りと電解研磨と呼ばれる。米国特許第4,405,422号は銅及び銅合金、米国特許第4,411,751号は鉄またはアルミニウム合金の電解研磨バリ取り法を開示する。しかしながら、化学的処理をした超硬合金のような異なる化学的性質の相を有する材料を処理する場合、金属バインダー相が多くの場合最初に溶解し、その結果、強度が低下した消失粒子が占めていた部分を多くの場合含む多孔質表面層が生じる（孔食（pitting）と呼ぶ）。したがって、実質的に深さに影響を及ぼさなくて材料の平坦除去ができる電解液を使用することが不可欠となる。この例がスウェーデン特許願書SE9101469−６号であり、過塩素酸及び硫酸の電解液を使用して超硬合金の表面からコバルトを除去する方法を開示する。しかしながら、この方法は刃先丸め付けを進行させず、コバルトのみを除去し、炭化物または炭窒化物の粒がそのまま残留する。
本発明の目的は先行技術の課題を避けることまたは緩和することである。
本発明の第１の目的は、切削工具インサートの丸み付けを上記より入念に制御可能な方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、10μｍ程度の小さな刃先半径を有するインサートを製造する方法を提供することである。
本発明は、超硬合金またはチタニウム基炭窒化物合金の切削工具インサートの刃先丸み付け方法であって、有機液体キャリアー中に２〜15vol％の過塩素酸（HClO₄）と、硫酸（H₂SO₄）と、それらの混合物とからなる群から選ばれた電解液を用意する工程、インサートを電解液中に浸漬する工程、電解液中に耐酸性材料の電極を備える工程、及びインサートと電極との間に十分な時間電位を加え、インサートの刃先を所定の大きさまで丸み付けする工程を備える。
図１は、米国特許第4,411,751号に開示された先行技術の電解研磨法にしたがい処理した超硬合金切削工程インサートの刃先の600X倍率のSEM像である。
図２は、本発明にしたがい丸み付けをした超硬合金切削工具インサートの刃先の1500X倍率の相当像である。
図３はサーメット切削工具インサートの図２と同様の相当像である。
米国特許第4,405,422号及び第4,411,751号に開示されるものと同様の方法を使用することにより、しかし、過塩素酸（HClO₄）または硫酸（H₂SO₄）またはそれらの混合物からなる電解液を使用することにより、バリの平坦除去及び刃先に丸み付けが得られ、インサート周辺が本質的に一定の刃先丸みを有する滑らかな刃先が得られる。この方法は慣用の方法と比較して制御が容易であり、且つ機械的方法により得ることができない約10μｍの非常に小さな刃先半径を提供するに特に有効である。
本発明にしたがいインサートは完全に洗浄する。例えば、メタノール中の超音波洗浄により、研磨の結果に影響を及ぼすであろう埃、ばらばらな粒子、油染み等が表面から除去される。その後インサートは電解研磨浴に浸漬し、インサート（正極）と負極との間にDC電圧が印加される。インサートの側面すべてに沿って流れる電解液を適切な条件にするために強く攪拌する。負極は耐酸性材料で作る必要があり、例えば白金または耐酸性ステンレス鋼であり、インサートの全表面積と比較しうるかまたはそれ以上の表面積を有する。
電解液は、メタノールと２〜15vol％の過塩素酸（HClO₄）または２〜15vol％の硫酸（H₂SO₄）またはそれらの混合物である。メタノールは、さらに粘性のある流体、例えばブタノールまたはグリセロースまたはエチレングリコールモノブチルエーテルのような他の低級アルコールによって部分的に或いは全部を置換して、研磨速度を低下させるかしてさらに安定な条件を得る。
電解液の温度は室温から−60℃の範囲で変化させて、主に電解液の粘性を変化させる。
電圧は、＋10〜＋40ボルトである。電圧の適切な選択は、使用する装置の設計規模に依存する。研磨時間は、通常約５秒から約５分である。
上記それぞれの因子の適切な選択でもって、薄くて非常に粘性のある層がインサートと電解液の間の界面に形成される。電圧降下が主としてこの層を横切って発生するので、研磨速度はこの厚みに強く依存する。したがって、粗い表面であっては突出した部分が溝部分より速く研磨され、連続的に減少する表面荒さをもたらす。一方、最適条件よりもあまり外れた因子を選択した場合、この粘性層が形成されず或いは不安定であり、酸化または表面の孔食さえももたらす。
電解液、温度、印加電圧及び研磨時間の選択は、最良の効果を得るために各インサートの等級に適応させる必要がある。これらの条件を決定することは当業者の範囲内にある。
電解研磨をした後直ちに、例えば、メタノール中で濯がれ、電解研磨によって発生する腐食を防止する。
この方法は、大量のインサートが高研磨速度で同時に研磨することが可能であるので、大量生産に対して適合する。精度及び再現性が非常に高い。
加圧成形及び研削による刃先疵は大きさを減少するか或いは消滅さえしうるが、疵と最終刃先半径との大きさ関係に依存する。
幾何学的な理由により、インサートの平面における材料除去速度よりも刃先に沿うほうが実質的に速い。すなわち、この方法は、例えばバインダー層が豊富な表面層を有する等級のものである勾配焼結級のものにも、勾配をなくする危険なしに使用可能である。
実施例１
焼結ままの鋭い刃先をした市販の超硬合金インサート（SANDVIK H10F）を、メタノールに5vol％の硫酸からなる電解液を使用して、−20℃まで冷却し20ボルトのDC電圧で15秒間電解研磨した。30cm²の白金板を負極として使用し、且つ電解液は磁気混合機を使用して強く攪拌された。滑らかに丸み付けた刃先は約10μｍの小さな刃先半径が得られ、図２に示されるように表面仕上げが非常に改良された。
実施例２
鋭い刃先（平面研削後）した市販の超硬合金インサート（SANDVIK CT530）を、上記と同様の条件で電解研磨した。滑らかに丸みを付けた刃先は約10μｍの小さな刃先半径が得られ、且つ図３に示されるように表面仕上げが非常に改良された。
実施例３
鋭い刃先（同様に研削後）をした市販の超硬合金インサート（SANDVIK CT530）を、メタノールに5vol％の過塩素酸（HClO₄）と35vol％のｎ−ブタノールとからなる電解液を使用して、−30℃まで冷却し、22.5ボルトのDC電圧で電解研磨した。その他の条件は上記と同様であった。滑らかに丸みを付けた刃先は、約10μｍの小さな刃先半径が得られ、図３に示されるように表面仕上げが非常に改良された。
本発明の原理、好ましい実施態様及び実施形態は上記説明に記載した。しかしながら、本発明により意図される保持範囲は、ここに開示した特別な形状に限定されるものと解釈すべきものでなく、単に説明の便宜上のものであり、これにより限定すべき物ではない。本発明の趣旨から離脱することなく、当業者によれば種々の改良と変形が可能である。

Claims (6)

1. 超硬合金またはチタニウム基炭窒化物合金の切削工具インサートの刃先丸み付け方法であって、
   有機液体キャリアー中に、過塩素酸（HClO₄）と硫酸（H₂SO₄）との群から選ばれた少なくとも１種を２〜15vol ％含む電解液を用意する工程、
   前記インサートを前記電解液中に浸漬する工程、
   前記電解液中に耐酸性材料の電極を備える工程、及び
   前記インサートと前記電極との間に十分な時間電位を加え、前記インサートの刃先を所定の率まで丸み付けする工程、
   を特徴とする切削工具インサートの刃先丸み付け方法。
2. 約10μｍの刃先丸み付けが得られることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記有機液体キャリアーが低級アルコールであることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記有機液体キャリアーがメタノールであることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記電極が白金で作られていることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記電位が10〜40Vの電圧を印加する事を特徴とする請求項１記載の方法。

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