JP4338881B2 - 複合ねじれ焼結体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合ねじれ焼結体の製造方法に関し、特に底刃を有する複合ねじれ焼結体の製造方法に関するものである。また、得られた複合ねじれ焼結体は、一般的には底刃付きエンドミルなどの回転工具に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の焼結体を備えたエンドミルとして、特開平４−１４１３１２号公報に開示されたものが知られている。図６に示すように、工具本体２０には、合金鋼などの鋼材を円筒状に形成したものが用いられ、その先端側には、端部から軸方向に延びる複数条の切屑排出溝２１が形成されている。また、この切屑排出溝２１の溝面には、ねじれ溝２２が凹設されている。このねじれ溝２２は、焼結体２３を載置するためのものである。
【０００３】
そして、前記工具本体２０に装着される焼結体２３は、ダイヤモンド粒子又は立方晶窒化硼素粒子からなる硬質材料層２４と超硬合金から成る台金層２５とを同時焼結して得られ、全体として上記ねじれ溝２２の形状に沿うように形成されている。この焼結体２３は、台金層２５が工具本体２０の内周側に、硬質材料層２４が外周側になるように配置され、台金層２５をねじれ溝２２に鑞付けすることにより固着される。工具本体２０の外周側を向く硬質材料層２４の上面は、外周側逃げ面とされ、この逃げ面とすくい面との境界部にねじれ刃２６が形成されている。焼結体２３は、平板状の焼結体素材からワイヤカット等の手段によりねじれ溝２２に沿うようにリード切断されて得られるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、以下に従来技術の問題点を記述する。先ず、硬質材料層と台金層とが工具本体の半径方向に重なるように配置されているため、硬質材料層の厚み以上に、半径方向に延びる底刃の切れ刃長を長くすることができないという問題がある。したがって、底刃付きエンドミルでは、底刃の構成に別の素材を適用しなければならず、また、外周刃と底刃とを連続して形成することもできない。さらに、硬質材料層と台金層とを回転方向に向けて配置した場合には、ねじれを伴う切れ刃を形成することができないという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の如き課題に鑑みなされたもので、焼結体素材を得る焼結工程、およびこの焼結体素材をねじり切断する切断工程からなる複合ねじれ焼結体の製造方法において、前記焼結工程では、円筒状をなす台金部材の底面及び外周側面にダイヤモンド原料粉または高圧相窒化ホウ素基焼結体原料粉を充填させたカプセルを高温高圧下に露らすことにより、前記台金部材の底面及び外周側面にダイヤモンド複合焼結体または高圧相窒化ホウ素基複合焼結体を形成させ、また、前記切断工程では、得られた焼結体素材に軸方向送りと同時に回転方向送りを与えることによって、前記焼結体素材を長手方向に等幅でねじり切断され、これによって横断面が略平行四辺形を呈する鈎状又は棒状の複合ねじれ焼結体が得られるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図を参照しながら説明する。
【０００７】
図１（ａ）、（ｂ）は、短冊状の複合ねじれ焼結体１を示したものである。図１（ａ）の複合ねじれ焼結体１は鈎状を成し、図１（ｂ）の複合ねじれ焼結体１は棒状を成している。両者は、柄部４と踵部５とにおいて、硬質材料層３の稜線に、それぞれ外周刃６と底刃７とが形成されている点で共通している。しかし、踵部５の長さが異なっている点で相違している。鈎状の複合ねじれ焼結体１は、底刃６の切れ刃が長い構成となっている。これらの複合ねじれ焼結体１は、底刃付きエンドミル等の刃部を構成する中間製品となるものである。
【０００８】
複合ねじれ焼結体１は、台金層２および硬質材料層３とからなっており、台金層２は、硬質材料層３を支持するとともに、工具本体への鑞付けを容易にする働きを有している。また、台金層２は、通常はＷＣ−Ｃo系の超硬合金、または焼結合金等をその構成材料としている。一方、硬質材料層３は、ダイヤモンド原料粉若しくは高圧相窒化ホウ素基焼結体原料粉を通常４０％以上含有したものであり、この硬質材料層３の組成分については、例えば、特公昭５２−１２１２６号公報、特公昭５２−４３８４６号公報、特公昭５７−３６３１号公報などに各種の提案がなされている。台金層２と硬質材料層３との間には、接合力を強化するために、例えば、特開昭６１−２９３７５号公報などにみられる中間層を設けることも可能である。
【０００９】
しかして、図１（ａ）、（ｂ）に見られるような短冊状の複合ねじれ焼結体１は、以下に説明する焼結工程、および切断工程によって得られる。
【００１０】
先ず、焼結工程は、図３（ａ）に示す円筒状の焼結体素材１３を得る工程である。ダイヤモンド原料粉又は高圧相窒化ホウ素基焼結体原料粉は、その結合材物質である金属又はセラミックスと、ボールミルなどの混合機を用いて完成粉末にされた後、超硬合金等の台金部材８とともに、例えば、図２で見られるような有底筒状カプセル９に充填され、超高圧装置の試料室に入れられる。カプセル９内部には、発熱体とされる黒鉛棒１０、焼結体に金属バインダーを供給するための薄肉の金属スリーブ１１が挿入されている。金属スリーブ１１は、例えばＣｏをその構成材料とし、側面と底面とが一体として形成されている。なお、金属スリーブ１１は、必ずしも一体として構成されたものでなくても、側面と底面とが分離して構成されたものでもよく、また、金属の溶浸が不要な焼結体を製作する場合には、取り除いてもよい。カプセル９の上部には、高融点金属のＺｒ、Ｔａ等からなる蓋１２が備わっている。焼結は、一般的に、５〜６ＧＰａの圧力、千数百度の温度条件下で、１０分間保持することにより行われる。
【００１１】
ここで、硬質材料層３によっては、台金部材８との間で収縮率の違いに起因して形状の相似性がかなり乱れる場合がある。このような場合には、台金部材８としてＷＣ−Ｃｏ系の原料粉末成形体又は仮焼結体を用いることにより、かかる不利益を効果的に改善することができる。また、硬質材料層３の外周面と底面との稜線部には、焼結後降圧冷却時に応力が集中しクラックが入る場合がある。特に、硬質材料層３が立方晶窒化硼素基焼結体の場合に、クラックが発生しやすい。このような場合、円筒状をなす台金部材８の外周側面８ａと底面８ｂとの交差稜線部に、台金部材８の円筒直径の（１／２００〜１／１００）のＲ又は（１／２００〜１／１００）のＣ面取り８ｃを施すことが有効である。
【００１２】
このようにして、得られた焼結体素材１３は図３（ａ）、（ｂ）で明示されるように円筒状を呈し、その形状・寸法等の一例を示すと、外径がφ２８ｍｍ、内径がφ２０ｍｍ、高さが３０ｍｍである。このような形状・寸法としたのは、図１（ａ）、（ｂ）に示す所定寸法の鈎状又は棒状の複合ねじれ焼結体１を得るためである。
【００１３】
次に、焼結体素材１３の切断工程について説明する。先ず、図３（ｂ）に示すように、底面の中央部に、放電加工により貫通孔１４を形成する。その後、焼結体素材１３に軸方向送りと同時に回転方向送りを与えることによって、長手方向に等幅でねじり切断する。得られた複合ねじれ焼結体１は、図１（ａ）に示されている。その諸寸法を示すと、幅３ｍｍ×高さ４．５ｍｍ×長さ３０ｍｍである。踵部７の長さは８ｍｍである。また、図１（ｂ）に示す複合ねじれ焼結体１は、貫通孔１４の直径を焼結体素材の内径と同一とし、全体として棒状に形成したものである。焼結体素材９の切断には、電子ビーム、レーザービーム、イオンビームなどの高エネルギービーム加工、放電ワイヤーカッティング法等が適用される。これらの方法は、例えば、特開昭６１−５０６号公報、特開昭６２−１２４８３３号公報、特開昭６１−２０９８２１号公報等に明示されている。
【００１４】
複合ねじれ焼結体１のねじれ角については、例えば焼結体素材１３に軸方向送りと回転を同時に与えるようにすればよい。そして、軸方向送りと回転送りを適宜設定することにより、所望のねじれ角が得られる。図１（ａ）、（ｂ）に示す複合ねじれ焼結体１には、２５゜のねじれ角が形成されている。これらの複合ねじれ焼結体１は、いわゆる中間製品であり、図５に示されるようなねじれ刃を有する底刃付きエンドミルの刃部に適用され、鑞付けされた後、研磨加工及び刃付け加工を経て最終製品となる。エンドミル１０は、４枚刃のスクエアタイプのエンドミルであり、その外周には外周刃６が備わり、端部には底刃７が備わっている。したがって、エンドミル１０は、外周刃６のみを使用する側面削りだけでなく、底刃７のみを使用する正面削りや、外周刃６と底刃７とを同時に使用する段削りや溝削りなど広範囲の用途をもっている。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したように、焼結工程及び切断工程を得て、底刃を有する鈎状又は棒状の複合ねじれ焼結体を製作することができる。底刃の切れ刃の長いものは、底刃付きエンドミルの刃部に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼結体素材を切断して得られる短冊状の複合ねじれ焼結体の斜視図を示したものであり、（ａ）は鈎状の複合ねじれ焼結体を示し、（ｂ）は棒状の複合ねじれ焼結体を示したものである。
【図２】焼結体素材を焼結するときのカプセル内の配置を示す断面図である。
【図３】本発明の焼結体素材を示す斜視図であり、（ａ）は素材本体、（ｂ）は底面に穴明けした素材本体である。
【図４】図３（ａ）に示す素材本体の縦断面図である。
【図５】図１（ａ）に示す複合ねじれ焼結体を底刃付きエンドミルに適用した正面図である。
【図６】従来の一例を示すエンドミルの斜視図である。
【符号の説明】
１ 複合ねじれ焼結体
２ 台金層
３ 硬質材料層
４ 柄部
５ 踵部
６ 外周刃
７ 底刃
８ 台金部材
９ カプセル
１３ 焼結体素材

Claims (3)

1. 焼結体素材を得る焼結工程、およびこの焼結体素材をねじり切断する切断工程からなる複合ねじれ焼結体の製造方法において、
   前記焼結工程では、円筒状をなす台金部材の底面及び外周側面にダイヤモンド原料粉または高圧相窒化ホウ素基焼結体原料粉を充填させたカプセルを高温高圧下に露らすことにより、前記台金部材の底面及び外周側面にダイヤモンド複合焼結体または高圧相窒化ホウ素基複合焼結体を形成させ、また、前記切断工程では、得られた焼結体素材に軸方向送りと同時に回転方向送りを与えることによって、前記焼結体素材を長手方向に等幅でねじり切断され、これによって横断面が略平行四辺形を呈する鈎状又は棒状の複合ねじれ焼結体が得られるようにしたことを特徴とする複合ねじれ焼結体の製造方法。
2. 前記台金部材の底面と外周側面とが交差する稜線部に、前記台金部材の円筒直径の（１／２００〜１／１００）のＲ又は（１／２００〜１／１００）のＣ面取りを施した台金部材を用いたことを特徴とする請求項１記載の複合ねじれ焼結体の製造方法。
3. 前記台金部材を、ＷＣ−Ｃｏ系の原料粉末成形体又は仮焼結体としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の複合ねじれ焼結体の製造方法。

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