JP4526645B2

JP4526645B2 - 高速切削で先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する超硬合金製エンドミル

Info

Publication number: JP4526645B2
Application number: JP2000082299A
Authority: JP
Inventors: 淳岸野; 俊之谷内
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001259919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に高い発熱を伴なう鋼などの高速切削で、先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する超硬合金製エンドミル(以下、超硬エンドミルと云う)に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、例えば図１（ａ）に概略拡大正面図で、同（ｂ）に長さ方向中央部における中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図で示される通り、先端面を切刃面とし、かつ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すると共に、前記切刃部およびシャンク部のうちの少なくとも切刃部を、Ｃｒ含有により粒成長が抑制され、望ましくは平均粒径で１μｍ以下に保持された炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）が、走査型電子顕微鏡による組織観察で、７５〜９５面積％を占める分散相として存在し、残りがＣｏ基合金の結合相と不可避不純物からなり、かつ前記結合相のＣｏ基合金が、全体に占める割合で、
Ｃｏ:５〜２０質量％、
Ｃｒ：０．１〜１質量％、
を含有するＷＣ基超硬合金で構成された超硬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、切削加工は益々高速化の傾向にあるが、上記の従来超硬エンドミルにおいては、これを高い発熱を伴なう高速切削に用いると、シャープなエッジを含む複雑な形状に研削加工されている先端面切刃面および外周刃に塑性変形が発生し易く、これが原因で偏摩耗が生じ、摩耗が急速に進行するようになり、この結果比較的短時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、特に高速切削に用いた場合に、発生した高熱で先端面切刃面および外周刃が塑性変形を起し難い超硬エンドミルを開発すべく研究を行った結果、
超硬エンドミルの製造に際して、これの少なくとも切刃部を、従来原料粉末として用いられているＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、および炭化クロム（以下、Ｃｒ₃Ｃ₂で示す）粉末に加えて、新しく窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）粉末を用い、これら原料粉末を所定の配合割合に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体にプレス成形した後、焼結することにより製造されたＷＣ基超硬合金で構成すると、この結果のＷＣ基超硬合金のＣｏ基合金からなる結合相は、ＣｏおよびＣｒに加えてＡｌを含有するようになり、この場合前記結合相におけるＣｏ、Ｃｒ、およびＡｌの含有量を、それぞれ前記ＷＣ基超硬合金全体に占める割合で、
Ｃｏ: ６〜１２質量％、
Ｃｒ：０．１〜１質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．５％、
とすると、特に前記結合相におけるＣｒおよびＡｌの共存含有（この場合前記結合相には分散相の構成成分であるＷおよびＣをそれぞれ５質量％以下の範囲で固溶含有する）によってＷＣ基超硬合金の耐熱塑性変形性が一段と向上するようになり、したがってこの場合当然のことながらＣｏに対するＣｒの単独含有でも、さらに同Ａｌの単独含有でも耐熱塑性変形性に所望の向上効果は得られず、このように結合相がＣｏに加えてＣｒとＡｌを共存含有するＷＣ基超硬合金で構成された超硬エンドミルは、高熱発生を伴なう高速切削でも先端面切刃面および外周刃における偏摩耗の発生が著しく抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性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、
先端面を切刃面とし、かつ外周刃が形成された切刃部と、シャンク部とで構成されたエンドミルにおける前記切刃部およびシャンク部のうちの少なくとも切刃部を、原料粉末としてＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ ₃ Ｃ ₂ 粉末、およびＡｌＮ粉末を用いてプレス成形した圧粉体の焼結体からなるＷＣ基超硬合金で構成すると共に、前記ＷＣ基超硬合金は、走査型電子顕微鏡による組織観察で、７５〜９５面積％を占めるＷＣが分散相として存在し、残りがＣｏ基合金の結合相と不可避不純物からなり、かつ前記結合相のＣｏ基合金が、全体に占める割合で、
Ｃｏ: ６〜１２質量％
Ｃｒ：０．１〜１質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．５質量％、
を含有してなる、高速切削で先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する超硬エンドミルに特徴を有するものである。
【０００６】
以下に、この発明の超硬エンドミルにおいて、これを構成するＷＣ基超硬合金の分散相の割合および結合相の成分含有量を上記の通りに限定した理由を説明する。
（１）分散相の割合
その割合が７５面積％未満になると、相対的に軟質の結合相の割合が多くなり過ぎて、先端面切刃面および外周刃の摩耗進行が速まるようになり、一方その割合が９５面積％を越えると、靭性不足をきたし、エンドミル自体に折損が発生し易くなることから、その割合を７５〜９５面積％と定めた。
【０００７】
（２）Ｃｏ成分の含有量
Ｃｏ成分には、焼結性の向上に寄与し、かつ結合相の主成分として存在して、強度および靭性を向上させる作用があるが、その含有量が６質量％未満では前記作用に所望の十分な効果が現れない場合が生じ、一方その含有量が１２質量％を越えると、分散相の割合低下に伴って、摩耗に促進傾向が現れるようになることから、その含有量を６〜１２質量％と定めた。
【０００８】
（３）Ｃｒ成分の含有量
Ｃｒ成分には、分散相を構成するＷＣの焼結時の粒成長を抑制し、もって望ましくは平均粒径で１μｍ以下の細粒に保持する作用があるほか、Ａｌと共に結合相を構成するＣｏ基合金に固溶含有して耐熱塑性変形性を向上させる作用があるが、その含有量が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、また結合相のＣｏ基合金において、実質的にＣｒの含有量が０．１質量％未満の状態で、Ａｌを合金成分として０．０１〜０．５質量％含有した場合、強度低下が著しく、特に切削抵抗の高い高速切削では先端面切刃面および外周刃に欠けが発生するようになり、一方その含有量が１質量％を越えると、結合相中に微細なＣｒ₃Ｃ₂として析出し、靭性を低下させ、耐チッピング性の著しい低下をもたらすことから、その含有量を０．１〜１質量％、望ましくは０．３〜０．８質量％と定めた。
【０００９】
（４）Ａｌ成分の含有量
Ａｌ成分には、上記の通りＣｒ成分と共に、結合相のＣｏ基合金中に固溶含有して耐熱塑性変形性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０１質量％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が０．５質量％を越えると、耐チッピング性低下の原因であるＣｒ₃Ｃ₂の析出を促進するようになることから、その含有量を０．０１〜０．５質量％、望ましくは０．０５〜０．２質量％と定めた。
【００１０】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の超硬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、平均粒径：０．６μｍを有するＷＣ粉末、同１．３μｍのＣｏ粉末、および同１．５μｍのＣｒ₃Ｃ₂粉末、さらに同１μｍのＡｌＮ粉末を用い、これら原料粉末を表１に示される割合に配合し、ボールミルを用いて７２時間湿式混合し、乾燥した後、１５０ＭＰａの圧力でプレス成形して、それぞれ直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの丸棒圧粉体とし、これらの丸棒圧粉体を、５Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３８０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で真空焼結して、ＷＣ基超硬合金素材とし、さらにこれに研削加工を施して、表１、２に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法をもち、かついずれも図１に示される形状をもった本発明超硬エンドミル１〜６それぞれを製造した。
【００１１】
また、比較の目的で、原料粉末としてＣｒ₃Ｃ₂粉末を配合した場合はＡｌＮ粉末を配合せず、一方ＡｌＮ粉末を配合した場合はＣｒ₃Ｃ₂粉末を配合せずに、表２に示される通りの配合割合にする以外は同一の条件で比較超硬エンドミル１〜８（このうちの比較超硬エンドミル１〜４は従来超硬エンドミルに相当するものである）をそれぞれ製造した。
【００１２】
この結果得られた本発明超硬エンドミル１〜６よび比較超硬エンドミル１〜８について、これの任意断面を走査型電子顕微鏡を用いて組織観察して、これを構成するＷＣ基超硬合金における分散相の平均粒径およびその割合を測定し、さらに定量分析により同結合相のＣｏ含有量、Ｃｒ含有量、およびＡｌ含有量を測定し、これらの測定結果をそれぞれ表１、２に示した。
【００１３】
つぎに、上記の各種エンドミルのうち、切刃部の直径が６ｍｍのものについては、
被削材：平面が１００ｍｍ×１７０ｍｍ、厚さが４００ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
回転数：３４００／ｍｉｎ、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：２３０ｍｍ／ｍｉｎ、
の条件での炭素鋼の乾式高速溝加工試験、また切刃部の直径が１０ｍｍのものについては、
被削材：平面が１００ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが３５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
回転数：１６００／ｍｉｎ、
溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、
テーブル送り：２６０ｍｍ／ｍｉｎ、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝加工試験、さらに切刃部の直径が２０ｍｍのものについては、
被削材：平面が１００ｍｍ×１７０ｍｍ、厚さが４００ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＫＤ６１の板材、
回転数：９６０／ｍｉｎ、
溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、
テーブル送り：１５０ｍｍ／ｍｉｎ、
の条件での合金鋼の乾式高速溝加工試験
をそれぞれ行い、外周刃の先端部における最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。これらの測定結果も表１、２にそれぞれ試験本数：５本の平均値として示した。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【表２】

【００１６】
【発明の効果】
表１、２に示される結果から、本発明超硬エンドミル１〜６は、いずれもすぐれた耐熱塑性変形性を示し、高熱発生を伴なう高速切削で先端面切刃面および外周刃における偏摩耗の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来超硬エンドミルに相当する比較超硬エンドミル１〜４では耐熱塑性変形性不足が原因で、先端面切刃面および外周刃における偏摩耗が著しく、これが摩耗進行を促進するために、相対的に短い切削長しか示さず、また結合相がＡｌを含有するが実質的にＣｒを含有しない比較超硬エンドミル５〜８においては、強度不足が原因で先端面切刃面および外周刃に欠けが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至り、切削長の短いものとなることが明らかである。
上述のように、この発明の超硬エンドミルは、通常の条件での切削は勿論のこと、先端面切刃面および外周刃にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、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）は超硬エンドミルを例示する概略拡大正面図、（ｂ）は長さ方向中央部における中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図である。

Claims

先端面を切刃面とし、かつ外周刃が形成された切刃部と、シャンク部とで構成されたエンドミルにおける前記切刃部およびシャンク部のうちの少なくとも切刃部を、原料粉末として炭化タングステン粉末、Ｃｏ粉末、炭化クロム粉末、および窒化アルミニウム粉末を用いてプレス成形した圧粉体の焼結体からなる炭化タングステン基超硬合金で構成すると共に、前記炭化タングステン基超硬合金は、走査型電子顕微鏡による組織観察で、７５〜９５面積％を占める炭化タングステンが分散相として存在し、残りがＣｏ基合金の結合相と不可避不純物からなり、かつ前記結合相のＣｏ基合金が、全体に占める割合で、
Ｃｏ:６〜１２質量％、
Ｃｒ：０．１〜１質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．５質量％、
を含有することを特徴とする高速切削で先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する超硬合金製エンドミル。