JP4154643B2 - 高速切削加工で外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製スクエアエンドミル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に高速切削加工で、外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製スクエアエンドミル(以下、単にエンドミルと云う)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、一般に、鋼や鋳鉄などの被削材の面加工や溝加工、さらに肩加工などにエンドミルが用いられており、このエンドミルとして、底刃と外周刃が形成された切刃部と、シャンク部とからなる形状を有し、かつ少なくとも前記切刃部が、結合相形成成分として4〜16質量%の割合で含有するCo中に0.1〜3質量%の割合で固溶含有したCrおよび/またはV成分による粒成長抑制作用で、硬質相形成成分としての炭化タングステン(以下、WCで示す)の粒径を、平均粒径で、望ましくは0.7μm以下とした微粒組織の超硬合金で構成されたエンドミルが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求は強く、これに伴い、切削装置の高性能化と相俟って、切削加工は高速で行われる傾向にあるが、上記の従来エンドミルにおいては、これを高速切削加工に用いると、エンドミル自体に回転振動ぶれが発生し、この回転振動ぶれは切削速度(回転速度)が速くなるほど大きくなり、この結果特に外周刃は高ピッチの機械的衝撃を受けるようになるため、外周刃にはチッピングが発生し易くなり、したがってエンドミルは外周刃に発生したチッピング(微小欠け)が原因で比較的担持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、本発明者らは、上述のような観点から、高速切削加工で、回転振動ぶれの発生を防止できるエンドミルを開発すべく、特に上記の従来エンドミルに着目し、研究を行った結果、
少なくとも切刃部、すなわち切刃部(この場合シャンク部は例えば高速度鋼で構成した接合構造となる)または切刃部とシャンク部を、
Co:8〜10質量%、
炭化クロム(以下、Cr3C2で示す)および/または炭化バナジウム(以下、VCで示す):0.1〜1.5質量%、
必要に応じてTaとNbの複合炭化物、望ましくは組成式:(Ta1-XNbX)Cで表した場合、X:0.1〜0.4を満足するTaとNbの複合炭化物[以下、(Ta,Nb)Cで示す]:0.1〜1.5質量%、
WC:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体(密度:約14.6g/cm3)に特定した上で、図1にそれぞれ概略側面図(a)、概略正面図(底刃面側)(b)、および概略縦断面図(c)で例示される通り、前記切刃部の底刃面に円筒状切り込み有底孔を切刃部の長さ方向に沿って同心に形成し、この円筒状切り込み有底孔に、
Co:0.5〜2質量%、
WC:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体(密度:約15.6g/cm3)で構成された円筒状チップを嵌着した構造とすると共に、実験を重ねた結果として前記円筒状チップの直径を切刃部の外周刃の外径の25〜45%、同長さを切刃部の長さの20〜40%にそれぞれ相当する寸法をもつものとすると、この結果のエンドミルにおいては、前記切刃部の底刃面の円筒状切り込み有底孔に篏着された相対的に重質の前記円筒状チップによって高速切削でも回転振動ぶれの発生が著しく抑制され、これによって外周刃のチッピング発生が防止され、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようになる、という研究結果を得たのである。
【0005】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部がWC基超硬合金(以下、超硬合金という)で構成されたエンドミルにおいて、
前記切刃部の底刃面に円筒状切り込み有底孔が切刃部の長さ方向に沿って同心に存在し、前記円筒状切り込み有底孔には相対的に重質の超硬合金で構成された円筒状チップが嵌着された構造を有し、
上記切刃部を、
Co:8〜10質量%、
Cr3C2および/またはVC:0.1〜1.5質量%、
必要に応じて(Ta,Nb)C:0.1〜1.5質量%、
WC:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で、上記円筒状チップを、
Co:0.5〜2質量%、
WC:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成すると共に、
上記円筒状チップの直径を切刃部の外周刃の外径の25〜45%、同長さを切刃部の長さの20〜40%にそれぞれ相当する寸法としてなる、
高速切削加工で外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮するエンドミルに特徴を有するものである。
【0006】
以下に、この発明のエンドミルにおいて、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
(a) 切刃部の超硬合金のCo量
Co成分には、焼結性を向上させ、かつ結合相を形成して超硬合金の強度を向上させる作用があるが、その割合が8質量%未満ではエンドミルに必要な所望の強度を確保することができず、さらに円筒状チップとの密度差が崩れて回転振動ぶれが発生し易くなり、一方その割合が10質量%を超えると、耐摩耗性が急激に軟化し、摩耗進行が促進するようになることから、その割合を8〜10質量%と定めた。
【0007】
(b) 切刃部の超硬合金のCr3C2およびVC量
これらの成分には、焼結時に結合相を形成するCo中に固溶した状態で硬質相を形成するWCの成長を著しく抑制して、WCの粒径を平均粒径で、望ましくは0.7μm以下とした微粒組織とする作用があるが、この作用はCr3C2およびVCの割合が0.1質量%未満では不充分となり、一方その割合が1.5%質量を超えると、これが固溶する結合相を硬化し、チッピング発生の原因となることから、その割合を0.1〜1.5質量%と定めた。
【0008】
(c) 切刃部の超硬合金の(Ta,Nb)C量
(Ta,Nb)C成分には、実質的に分散相を形成して高温硬さを向上させ、もって耐摩耗性の一段の向上に寄与する作用があるので、必要に応じて配合されるが、その割合が0.1質量%未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その割合が1.5%質量を超えると、チッピングが発生し易くなることから、その割合を0.1〜1.5質量%と定めた。
【0009】
(d) 円筒状チップの超硬合金のCo量
円筒状チップは強度を必要としないが、焼結体形成には0.5質量%以上必要であり、一方その割合が2質量%を超えると、切刃部との密度差が崩れて回転振動ぶれが発生し易くなることから、その割合を0.5〜2質量%と定めた。
【0010】
(d) 円筒状チップの寸法
円筒状チップの寸法は、上記の通り経験的に定められたものであり、したがってその直径および長さが上記の範囲を上下のいずれに外れても切刃部との間の密度差バランスが崩れて回転振動ぶれが発生するようになることから、その直径を切刃部の外周刃の外径の25〜45%、同長さを切刃部の長さの20〜40%にそれぞれ相当する寸法と定めた。
【0011】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明のエンドミルを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも0.1〜3μmの範囲内の所定の平均粒径を有するWC粉末、Cr3 C2 粉末、VC粉末、およびCo粉末、さらに(Ta,Nb)C[TaC/NbC=質量比で、80/20]粉末を用意し、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、乾燥して、切刃部とシャンク部(以下、エンドミル本体という)形成用混合粉末a−1〜a−14および円筒状チップ形成用混合粉末b−1〜b−4を調整し、ついで、これらの混合粉末から、それぞれ75MPaの圧力で所定の寸法(直径および長さ)をもったエンドミル本体形成用圧粉体および円筒状チップ形成用圧粉体(いずれも丸棒形状)に押出プレス成形し、まずこれら圧粉体のうちの前記円筒状チップ形成用圧粉体を1.3Paの真空中、窒素雰囲気中、温度:1350〜1480℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で焼結して焼結体とし、一方前記エンドミル本体形成用圧粉体には、100Paの減圧窒素雰囲気中、温度:600℃に1時間保持の条件で脱脂した状態で、切刃面形成面に前記円筒状チップの寸法に対応した寸法の円筒状切り込み有底孔を同心に形成し、この円筒状切り込み有底孔に表2に示される組み合わせで前記円筒状チップの焼結体を篏着し、この状態で前記円筒状チップの焼結体の焼結条件と同じ条件で焼結して焼結体とし、最終的に研削加工を施して、それぞれ同じく表2に示される寸法および形状をもった本発明エンドミル1〜14を製造した。
【0012】
また、比較の目的で、表3に示される通り上記円筒状切り込み有底孔の形成を行なわず、したがって前記円筒状切り込み有底孔への円筒状チップの篏着を行なわない以外は上記の本発明エンドミル1〜14の製造条件と同じ条件で比較エンドミル1〜14をそれぞれ製造した。
【0013】
つぎに、上記の各種のエンドミルについて、被削材として、幅:400mmを有するNAK80(硬さ:HRC40)の板材を用い、表4に示される条件で高速肩削り加工を行い、エンドミルの外周刃の逃げ面摩耗幅がそれぞれ表4に示される使用目安とされる値に至るまでの切削長を測定した。これらの測定結果を表4,5にそれぞれ平均値で示した。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】
【0017】
【表4】
【0018】
【表5】
【0019】
【発明の効果】
表1〜5に示される結果から、本発明エンドミル1〜14は、いずれも切刃部先端部における相対的に重質の円筒状チップの篏着によって高速切削でも自体の回転振動ぶれが著しく抑制されることから、外周刃のチッピング発生がなくなり、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記円筒状チップの篏着がない比較エンドミル1〜14においては、いずれも高速切削加工では回転振動ぶれが発生し、これが原因で外周刃にチッピングが発生し易くなり、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、この発明のエンドミルは、通常の条件での切削加工は勿論のこと、高速切削加工でも外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明エンドミルを例示する概略側面図、(b)は同概略正面図、および(c)は同概略縦断面図である。
Claims (2)
- 切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部が炭化タングステン基超硬合金で構成された超硬合金製スクエアエンドミルにおいて、
前記切刃部の底刃面に円筒状切り込み有底孔が切刃部の長さ方向に沿って同心に存在し、前記円筒状切り込み有底孔には相対的に重質の炭化タングステン基超硬合金で構成された円筒状チップが嵌着された構造を有し、
上記切刃部を、
Co:8〜10質量%、
炭化クロムおよび/または炭化バナジウム:0.1〜1.5質量%、
炭化タングステン:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で、上記円筒状チップを、
Co:0.5〜2質量%、
炭化タングステン:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成すると共に、
上記円筒状チップの直径を切刃部の外周刃の外径の25〜45%、同長さを切刃部の長さの20〜40%にそれぞれ相当する寸法としたこと、
を特徴とする高速切削加工で外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製スクエアエンドミル。 - 切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部が炭化タングステン基超硬合金で構成された超硬合金製スクエアエンドミルにおいて、
前記切刃部の底刃面に円筒状切り込み有底孔が切刃部の長さ方向に沿って同心に存在し、前記円筒状切り込み有底孔には相対的に重質の炭化タングステン基超硬合金で構成された円筒状チップが嵌着された構造を有し、
上記切刃部を、
Co:8〜10質量%、
炭化クロムおよび/または炭化バナジウム:0.1〜1.5質量%、
TaとNbの複合炭化物:0.1〜1.5質量%、
炭化タングステン:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で、上記円筒状チップを、
Co:0.5〜2質量%、
炭化タングステン:残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成すると共に、
上記円筒状チップの直径を切刃部の外周刃の外径の25〜45%、同長さを切刃部の長さの20〜40%にそれぞれ相当する寸法としたこと、
を特徴とする高速切削加工で外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製スクエアエンドミル。
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