JP4290869B2 - 切削工具の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切削工具の製造方法に関し、特に超硬合金部材を用いた切削工具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、金属の切削加工に広く用いられているスローアウエイチップでは、突発的な損傷や衝撃による切れ刃の欠損を防ぐために、焼結後に、バフ砥石、回転ブラシ、バレル等の機械加工によりホーニング加工やチャンファ加工を行なうのが一般的である。
【０００３】
一方、コーティング工具用の超硬合金基材としては、表面にＢ１型固溶体減少層を形成するのが一般的である。Ｂ１型固溶体とは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの立方晶の結晶構造を有する固溶体をいう。
【０００４】
ところが、このような超硬合金基材の切刃稜部分にホーニング加工やチャンファ加工などの機械加工を施すと、切刃稜におけるＢ１型固溶体減少層が除去されてしまい、最も衝撃がかかる切れ刃において強度低下を招くという問題が発生する。
【０００５】
類似した加工方法として、スローアウェイチップのホーニング加工をショットブラストなどの衝撃力を作用させる方法で施したり、スローアウェイチップの原料粉末を所定形状に成形して加熱して脱脂した後に、９００〜１２５０℃で焼成して２０〜４０ｖｏｌ％の空隙率まで焼結させた焼結体にホーニング加工を施すことが提案されている（例えば特開平９−１８３００４号公報や特開平９−１８３０２０号公報参照）。
【０００６】
ところが、かかる手法を用いると熱処理後の仮焼体の空隙率が多く、緻密化した焼結体と同じ機械加工法では、仮焼体、特に仮焼体の切れ刃部分に大きな損傷が生じることが多く、専用の加工方法を考案する必要があるという問題があった。
【０００７】
本発明者等は、上記の問題点に鑑み、超硬合金のＢ１型固溶体減少層の生成機構の観点から検討を重ねて超硬合金の焼成温度と焼結過程の関連性について詳しく検討した結果、１４００℃までの温度範囲で熱処理しても表面にＢ１型固溶体減少層の生成は観察されず、さらに熱処理温度を液相が出現する温度以上に設定すると、通常の機械加工を行なうのに充分な焼結体強度を持ち、機械加工による損傷や異常摩耗は発生しないことを知見した。この場合の収縮率と最終収縮率の差は５ポイント以下であり、機械加工に耐えうる強度を持つに至る。こうして機械加工した後、適正な焼成温度で焼結することにより、切れ刃にほぼ均一なＢ１型固溶体減少層を持つ超硬合金基材が得られる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような知見に基づいて発明されたものであり、硬質相成分と結合相成分を含有する原材料を所定形状に成形して焼成した後に、切れ刃稜部分にホーニング加工及び／又はチャンファ加工を施す切削工具の製造方法において、前記原材料を所定形状に成形して加熱して脱脂した後に、液相が生成する温度以上でＢ１型固溶体減少層が生成する温度以下の１２７０〜１４００℃で焼成し、しかる後に前記切れ刃稜部分にホーニング加工及び／又はチャンファ加工を施し、さらにＢ１型固溶体減少層が生成する温度以上の１４００℃を超える温度で焼成して超硬合金を作製することを特徴とする。
【００１０】
また、上記切削工具の製造方法では、前記切削工具の表面に、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属もしくはアルミニウムから選ばれた１種又は２種以上の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、又は酸化アルミニウムから選ばれた１種又は２種以上から成る厚み１〜２０μｍの硬質被膜を形成することが望ましい。
【００１２】
【作用】
上記のように、原料を所定形状に成形して脱脂し、１２７０〜１４００℃の温度範囲で熱処理した後に、通常の機械加工方法でホーニング及び／又はチャンファ処理を施した後、改めて適正温度で焼成することで、表面全体にＢ１型固溶体減少層が存在する超硬合金基材が得られる。この基材表面にＣＶＤ法又はＰＶＤ法等を用いて、硬質被膜を形成することにより、最終目的とする被覆超硬合金を得る。これらを組み合わせることにより、硬質被膜の高硬度と、表面にＢ１型固溶体減少層を有する超硬合金基材の耐欠損性が効果的に働き、表面被覆切削工具としての性能が向上・安定することになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、各請求項に係る発明の実施の形態を詳細に説明する。
請求項１に係る発明の被覆超硬合金の超硬合金基材は、硬質相成分と結合相成分とから成る。硬質相成分はＷＣ（炭化タングステン）と、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなどの周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた１種または２種以上を７０〜９８重量％含有しており、残部が結合相成分としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの鉄族金属から選ばれた１種または２種以上で構成されている。
【００１４】
この超硬合金の粉末原料をプレス成形法などで所定形状に成形して脱脂した後、表面にＢ１型固溶体減少層が生成しない１２７０〜１４００℃の温度範囲で熱処理して機械加工を行なった後に、改めて１４００℃を超える温度で焼結したものを超硬合金基材とする。このときの熱処理温度は、１２７０〜１４００℃であり、さらに１３００〜１３５０℃の範囲が最も望ましい。これは、１２７０℃以下では液相がほとんど出現せず、収縮が不十分なので、ホーニング加工などの機械加工に耐えるだけの焼結体強度が得られず、機械加工時に切れ刃が損傷する確率が非常に高くなるからである。また、１４００℃を越えて高い温度で熱処理すると表面にＢ１型固溶体減少層が生成してしまい、機械加工後に本焼成を行なう場合にＢ１型固溶体減少層の生成挙動が変化してしまうためである。
【００１５】
こうして、超硬合金基体の表面全体、特に切削加工に直接用いる切れ刃部分のホーニング部及び／又はチャンファ部表面にＢ１型固溶体減少層が存在する超硬合金が得られる。切れ刃部におけるＢ１型固溶体減少層の厚みは０．５μｍ以上であることが望ましく、特に１μｍ以上が望ましい。Ｂ１型固溶体減少層は、その他の部分に対し強靱であり、切削工具の突発的な欠損を抑制する。上記の範囲より薄いと十分な靭性向上を達成することができないためである。
【００１６】
さらに、本発明の被覆超硬合金は、耐摩耗性を向上させるために、超硬合金基材の表面にＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、Ｔｉを除く周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、Ａｌ₂Ｏ₃から選ばれた１種又は２種以上の硬質層で構成された１〜２０μｍの厚みの単層または複層から成る硬質層を形成するとよい。Ｂ１型固溶体減少層は強靱であるが、その反面、耐摩耗性に関する性能は低下し、耐摩耗性能を補うためである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
ＷＣ粉末７９重量％、Ｗを除く４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物と炭窒化物、窒化物を１２重量％、およびＣｏ粉末９重量％を混合粉砕後、ＣＮＭＧ１２０４０８形状の成形体を真空焼結炉を使って脱脂のための熱処理を行なう。熱処理温度は１３５０℃、保持時間は５分間とした。降温後、通常の緻密体を加工するのと同じ機械加工方法で、切れ刃にＲホーニング加工を行なった。Ｒ量は加工時間で制御でき、緻密体と同じ条件で加工できる。ホーニング加工・洗浄処理を行なった後、再び真空焼結炉を使って完全に緻密化した。この場合の焼成温度は１５００℃とした。この結果、Ｒホーニング部も合めた全表面に厚みがほぼ一定のＢ１型固溶体減少層を形成することができる。
【００１８】
得られた超硬合金基材の表面は、ＣＶＤ法を使って、総膜厚み１２μｍ（超硬合金基材側から窒化チタン／炭窒化チタン／アルミナ／窒化チタンの順序）の硬質被膜で被覆した。
【００１９】
本発明により作製した超硬合金基材断面（写真１）と、従来の焼結法で作製した超硬合金基材の断面（写真２）を示す。切削工具は一般に、切れ刃部分にホーニング加工やチャンファ加工を施す。従来の手法では、これらの加工によって表面に形成されたＢ１型固溶体減少層が減少、もしくは消失してしまい、靭性向上が達成できない（写真2）。これに対し本発明方法で作製した場合（写真1）、ホーニング加工やチャンファ加工を本焼成の前に行なうため、ホーニング部、チャンファ部にも均一なＢ１型固溶体減少層が形成できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の被覆超硬合金は、硬質相成分と結合相成分を含有する原材料を所定形状に成形して加熱して脱脂した後に、液相が生成する温度以上でＢ１型固溶体減少層が生成する温度以下である１２７０〜１４００℃で焼成し、しかる後に前記切れ刃稜部分にホーニング加工及び／又はチャンファ加工を施し、さらにＢ１型固溶体減少層が生成する温度以上である１４００℃を超える温度で焼成することから、ホーニング加工及び／又はチャンファ加工が施された超硬合金基体の表面にＢ１型固溶体減少層を均一に形成することができ、更にＣＶＤ法で窒化チタン、炭窒化チタン、炭化チタン、酸化アルミニウム等からなる硬質被膜を被覆することにより、耐摩耗性・耐欠損性に優れた切削工具を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切削工具の製造方法で製造された超硬合金基体の断面構造を示す光学顕微鏡写真である。
【図２】従来の製造方法で製造された超硬合金基体の断面構造を示す光学顕微鏡写真である。

Claims (2)

1. 硬質相成分と結合相成分を含有する原材料を所定形状に成形して焼成した後に、切れ刃稜部分にホーニング加工及び／又はチャンファ加工を施す切削工具の製造方法において、前記原材料を所定形状に成形して加熱して脱脂した後に、液相が生成する温度以上でＢ１型固溶体減少層が生成する温度以下の１２７０〜１４００℃で焼成し、しかる後に前記切れ刃稜部分にホーニング加工及び／又はチャンファ加工を施し、さらにＢ１型固溶体減少層が生成する温度以上の１４００℃を超える温度で焼成して超硬合金を作製することを特徴とする切削工具の製造方法。
2. 前記切削工具の表面に、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属もしくはアルミニウムから選ばれた１種又は２種以上の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、又は酸化アルミニウムから選ばれた１種又は２種以上から成る厚み１〜２０μｍの硬質被膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の切削工具の製造方法。

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