JP3954896B2

JP3954896B2 - ブレーカ付き切削工具

Info

Publication number: JP3954896B2
Application number: JP2002128625A
Authority: JP
Inventors: 謙二野田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003311511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に耐欠損性が改善されたブレーカ付き切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼などの切削加工に使用される工具として使用されるスローアウェイチップは、高硬度、高強度の切刃を備えることは勿論、切屑処理用のブレーカも必要とする。このブレーカは、通常、チップすくい面と逃げ面とが交差する稜線部の切刃に隣接してチップすくい面に形成されている。
【０００３】
前記チップは超硬合金等の硬質材料からなり、ブレーカは型押し加工のほか、研磨、放電加工などによって形成されている。これらのブレーカ付き切削工具は、鋼などの各種材料の精密切削から汎用切削まで幅広く使用されているが、高い切屑処理と共に、より耐欠損性を高めた切削工具が要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、切屑処理に優れると共に、高い耐欠損性を有するブレーカ付き切削工具を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のブレーカ付き切削工具は、稜線部の切刃に対して下向きに傾斜したブレーカをすくい面に有する切削工具であって、少なくともすくい面部分が、長繊維状芯材の外周を、芯材とは異なる組成からなる表皮部材にて被覆してなる複合構造体をすくい面に対して平行な状態で並列に整列させて一体に成形したシートを工具の厚さ方向に積層した積層体で構成されており、前記シートはブレーカの断面形状に沿った形状に成形されていることを特徴とする。
【０００６】
前記複合構造体は、その構造に起因して硬度、強度が高く、靭性に優れているため高い耐摩耗性および耐欠損性を有するが、本発明では、特に前記複合構造体を並列に整列したシートを、切刃から下向きに傾斜したブレーカの断面形状に沿った形状に成形しているため、切削時のテンションが複合構造体に斜め方向から加わることにより、すくい面で生じる複合構造体の剥離が抑制され、欠損が少なくなる。
【０００７】
また、長繊維状の複合構造体を切削工具のすくい面に対して平行に、すなわち、切削工具の横逃げ面に対して垂直に配設されるように配列することによって、摩耗が進行しやすい横逃げ面は芯材と表皮部材とが交互に整列した断面が表面に現れるために芯材および／または表皮部材の持つ高い硬度によって摩耗を抑制することができるとともに、切削熱の発生による酸化や被削材との反応によって変質してチッピング（欠損）等の生じやすいすくい面には酸化や反応の生じにくい芯材または表皮部材が長尺状または全面にわたって配設されることになるために優れた耐欠損性（耐チッピング性）を有することとなる。
【０００８】
なお、耐欠損性を向上させるためには、表皮部材を芯材よりも耐欠損性に優れた材料にて構成し、かつすくい面表面には表皮部材が全面を覆うように前記複合構造体を配設することが望ましい。
【０００９】
本発明の切削工具は、ブレーカの外周部にランドが形成されており、前記シートが前記ランドを含むブレーカの断面形状に沿った形で成形されているものであってもよい。また、前記複合構造体は、すくい面から厚み方向に離れるにしたがって次第に湾曲率が小さくなるのが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。図１は本発明のブレーカ付き切削工具を示す斜視図である。同図に示す切削工具１は平板状をなし、上面がすくい面２とされ、各側面がにげ面３…とされる。すくい面２とにげ面３との交差稜線部に切刃４…が形成されている。切刃４，４を交差する角部（ノーズ部）にはノーズ部切刃５が形成されている。すくい面２の中央部には、バイトなどの工具に取り付けるためのクランプねじ等が挿通される取付孔７が形成されている。
【００１１】
図２に示すように、すくい面２には、切刃４およびノーズ部切刃５から内側に向かって下向きに傾斜する円弧状または直線状のブレーカ６が形成されている。このブレーカ６により切刃４およびノーズ部切刃５には正のすくい角θが与えられる。
【００１２】
この切削工具１は、図２に示すように、複数枚のシート８・・・を工具１の厚さ方向に積層した積層体で構成されており、角シート８はブレーカ６と同形状に端部が下向きに傾斜している。このシート８・・・は、長繊維状芯材の外周を、芯材とは異なる組成からなる表皮部材にて被覆してなる複合構造体を並列に整列させて一体に成形したものである。
【００１３】
芯材を構成する材質としては、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上からなる第１の硬質粒子、特にＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、ＶＣ、Ｃｒ₂ＣおよびＭｏ₂Ｃの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＷＣ、ＴｉＣまたはＴｉＣＮを主成分とすることが望ましく、また、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの群から選ばれる少なくとも１種、特にＣｏおよび／またはＮｉからなる結合金属にて結合してなる第１の硬質焼結体、特に超硬合金またはサーメットが好適に使用可能である。
【００１４】
また、芯材の構成する材質として、上記硬質焼結体以外にも、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種の酸化物、炭化物、窒化物および炭窒化物からなる第１のセラミックス、中でもＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ（ＴｉＣＮ）、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｒＯ₂、ＴｉＢ₂の群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ（ＴｉＣＮ）および／またはＳｉＣが好適に使用可能である。なお、第１のセラミックス中には適宜焼結助剤成分を含有せしめることも可能である。
【００１５】
そして、芯材の外周を覆う表皮部材の材質としては前記芯材とは異なる材質の第２の硬質焼結体または第２のセラミックスを用いる。
【００１６】
第２の硬質焼結体または第２のセラミックスとしては、上述した芯材に用いられる材質の他、多結晶ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ｃＢＮをも用いることができる。
【００１７】
さらに、芯材（をなす第１の硬質焼結体または第１のセラミックス）−表皮部材（をなす第２の硬質焼結体または第２のセラミックス）との組み合わせは、例えば超硬合金−サーメット、超硬合金−ｃＢＮ、超硬合金−ダイヤモンド焼結体、超硬合金−アルミナ、超硬合金−窒化珪素、サーメット−超硬合金、サーメット−ダイヤモンド焼結体、サーメット−アルミナ、サーメット−窒化珪素、（アルミナ，炭窒化チタン）−アルミナ、炭化珪素−窒化珪素、（炭化珪素，窒化珪素）−窒化珪素、炭化珪素−ダイヤモンド焼結体の群から選ばれる１種が特に好適に使用可能であり、中でも、硬度、靭性のバランスがよく切削工具として好適に使用可能な点で、超硬合金−サーメット、超硬合金−ダイヤモンド焼結体および（アルミナ，炭窒化チタン）−アルミナの群から選ばれる１種が最適である。
【００１８】
一方、芯材をなす第１の硬質粒子または第１のセラミック粒子の平均粒径は、複合構造体１の硬度および強度向上の点、および芯材と表皮部材中の結合材（結合金属、焼結助剤）の含有量を適正化する点で０．０５〜１０μｍ、特に０．１〜３μｍであることが望ましく、他方、表皮部材３をなす第２の硬質粒子または第２のセラミック粒子の平均粒径は、複合構造体の靭性向上の点で、０．０１〜５μｍ、特に０．０１〜２μｍであることが望ましい。
【００１９】
図３は、これらの材料を用いるシートの製造方法を示している。
＜芯材用成形体の成形工程＞
【００２０】
まず、平均粒径０．０１〜１０μｍの周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上からなる第１の硬質粒子、または周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種の酸化物、炭化物、窒化物および炭窒化物からなる第１のセラミック粉末を０〜８０重量％、特に２０〜７０重量％と、平均粒径０．０１〜１０μｍの第１の硬質粒子または第１のセラミック粒子を構成する金属成分と同じ金属粉末を３〜８０重量％、特に５〜５０重量％、さらに１０〜３０重量％と、所望により、平均粒径０．０１〜１０μｍの鉄族金属粉末を５〜２０重量％と、焼結助剤成分粉末１〜２０重量％との割合で混合し、これに有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加して混錬し、プレス成形または鋳込み成形等の成形法により円柱形状に成形して芯材用成形体１２を作製する。（図３（ａ）参照）。
【００２１】
ここで、後述する共押出成形によって均質な複合成形体を得るためには、前記有機バインダの添加量を３０〜７０体積％、特に４０〜６０体積％とすることが望ましい。
【００２２】
焼結助剤成分としては、周期律表２ａ、３ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉの酸化物、窒化物、酸窒化物等を使用することができる。有機バインダとしては、パラフィンワックス、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン‐エチルアクリレート、エチレン‐ビニルアセテート、ポリブチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等を使用することができる。
【００２３】
＜表皮部材用成形体の成形工程＞
一方、前記芯材用成形体１２とは違う組成の表皮部材１３をなす混合材料を前述したバインダとともに混錬してプレス成形、押出成形または鋳込み成形等の成形方法により半割円筒形状の２本の表皮部材用成形体１３を作製し、この表皮部材用成形体１３を芯材用成形体１２の外周を覆うように配置した成形体１１を作製する（図３（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００２４】
＜押出成形工程＞
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体１２と表皮部材用成形体１３とからなる上記成形体１１を共押出成形することにより芯材用成形体１２の周囲に表皮部材用成形体１３が被覆され、細い径に伸延された複合成形体１４を作製する（図３（ｄ）参照）。
【００２５】
また、上記長尺状の複合成形体１４を１列〜１００列に整列させて型内で加熱加圧してシート８を得る（図３（ｅ）参照）。このシート８の複数枚を長尺状の複合成形体１４同士が並行、直行または４５°等の所定の角度をなすように積層して積層体とする。
【００２６】
また、図４に示すようなマルチフィラメント構造の構造体１５を作製するには、上記共押出した長尺上の複合成形体１４を複数本収束して再度共押出成形すれば良い。このマルチフィラメント構造の構造体１５を所望により再度共押出成形して、断面が円形、三角形、四角形をなす長尺状に成形することもできる。このマルチフィラメント構造の構造体を整列させてシート８を作製するのが望ましい。
【００２７】
切削工具１は上記積層体のみで構成してもよいが、複数枚を積層した積層体を従来の超硬合金等の硬質合金焼結体（塊状体）の表面に貼り合わせ、または接合してもよい。
【００２８】
そして、上記積層体を金型プレス等で型押ししてブレーカ６を形成する。このブレーカ６の形成と同時、またはブレーカ６の形成後、３００〜７００℃で１０〜２００時間で昇温または保持させて脱バインダ処理し、ついで真空中、または不活性雰囲気中、所定温度、時間で焼成して切削工具１を作製することができる。前記型押しによって、シート８の積層体をブレーカ６の断面形状に沿った形状に成形することができる。
【００２９】
図５は、本発明における他の切削工具３０を示している。この切削工具３０は、図５に示すように切刃３１とブレーカ３２との間に表面がすくい面３４と平行なランド３３が形成されている。
【００３０】
図６は、本発明における断面形状の異なる各種ブレーカ３５，３６，３７を示している。すなわち、図６（ａ）は略Ｖ字形のブレーカ３５を示し、図６（ｂ）は略Ｌ字形のブレーカ３６を示し、図６（ｃ）は２つの円弧が連接されたブレーカ３７を示している。その他は前述の実施形態と同じである。
【００３１】
また、図７に示すように、断面が円弧状のブレーカ３８の稜線部３９を切削または研磨して除去することによって、ランド４０を形成したものであってもよい。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００３３】
実施例
平均粒径１．５μｍのＷＣ粉末９４重量％と、平均粒径１μｍのＣｏ粉末６重量％とを混合し、それに有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で１００体積部加えて混錬して、円柱形状に押出成形して芯材用成形体を作製した。
【００３４】
一方、平均粒径１．５μｍのＴａＣ粉末３重量％と、平均粒径１．５μｍのＴｉＣ粉末５５重量％と、平均粒径１μｍのＣｏ粉末７重量％と、平均粒径１．５μｍのＷＣ粉末８５重量％とを混合し、これに、上記と同様の有機バインダ、溶剤を加えて混錬し、半割円筒形状の表皮部材用成形体２つを押出成形にて作製し、これらを前記芯材用成形体の外周を覆うように配置して複合構造体を作製した。
【００３５】
そして、上記複合構造体を共押出して伸延された複合成形体を作製した後、この伸延された複合成形体１００本を収束して再度共押出成形し、マルチフィラメントタイプの成形体を作製した。
【００３６】
次に、上記マルチフィラメントタイプの複合成形体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、このシート６枚を隣接するシート内の複合構造体同士が４５°の角度となるように積層して直方体形状の積層成形体を作製した。これを金型プレスで型押ししてブレーカ付き工具の形状に成形した。
【００３７】
その後、前記成形体に対して３００〜７００℃まで１００時間で昇温することによって脱バインダ処理を行った後、昇温速度２．５℃／分で昇温し、真空中、１４５０℃で２時間焼成し、さらに３℃／分で降温して図２に示すようなブレーカを有する切削工具を作製した。この工具の表面にはＣＶＤコーティング法にてＴｉＮ−ＴｉＣＮ−ＴｉＮからなる厚さ１０μｍの保護層を形成した。
【００３８】
比較例１
ブレーカを形成しなかった他は、実施例１と同様にして切削工具を作製した。
【００３９】
比較例２
芯材と同じ組成のＫ種超硬合金からなる切削工具の表面を型押しして、実施例１と同形状のブレーカを有する切削工具を作製した。
【００４０】
＜試験例＞
実施例および比較例で得た各切削工具を用いて、被削材（ＳＣＭ４４０、４本溝入り）を切込み量ｄ＝２ｍｍ、高送り量σ＝０．２〜にて切削し、欠損した送り量を測定し、また切屑処理の状況を調べた。その結果を表１に示す。
【００４１】
「送り」とは欠損の発生した送り量を示し、送り量が大きい方が耐欠損性が良好であることを示す。この送り量をもとに、欠損の優劣を○、△、×で表している。切屑処理において、○は切屑処理が良好であり、×は切屑が切れずに噛み込みがあったことを示している。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【発明の効果】
本発明のブレーカ付き切削工具は、切屑処理に優れると共に、高い耐欠損性を有するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブレーカ付き切削工具の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】ブレーカの断面形状を示す概略図である。
【図３】本発明における複合構造体のシートを作製する製造方法を示す概略図である。
【図４】マルチフィラメント構造の複合構造体を示す概略図である。
【図５】本発明における他のブレーカの断面形状を示す概略図である。
【図６】本発明におけるさらに他のブレーカの断面形状を示す概略図である。
【図７】本発明におけるさらに他のブレーカの断面形状を示す概略図である。
【符号の説明】
１切削工具
４切刃
５切刃
６ブレーカ
８シート

Claims

稜線部の切刃に対して下向きに傾斜したブレーカをすくい面に有する切削工具であって、少なくともすくい面部分が、長繊維状芯材の外周を、芯材とは異なる組成からなる表皮部材にて被覆してなる複合構造体がすくい面に対して平行な状態で並列に整列した構造からなり、かつ前記複合構造体はブレーカの断面形状に沿った形状に湾曲または屈曲していることを特徴とするブレーカ付き切削工具。
前記ブレーカの外周部にランドが形成されており、前記複合構造体は前記ランドを含むブレーカの断面形状に沿った形で湾曲または屈曲している請求項１記載のブレーカ付き切削工具。
前記複合構造体がすくい面から厚み方向に離れるにしたがって次第に湾曲率が小さくなる請求項１または２記載のブレーカ付き切削工具。