JP4843759B2

JP4843759B2 - Superabrasive cutter substrate, manufacturing method thereof, and superabrasive cutter using the substrate

Info

Publication number: JP4843759B2
Application number: JP2001090176A
Authority: JP
Inventors: 雅弘斎藤; 正博足立; 良治三木; 宏治宇根
Original assignee: Nippon Welding Rod Co Ltd; Miyagi Prefectural Government.
Current assignee: Nippon Welding Rod Co Ltd; Miyagi Prefectural Government.
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002283239A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、中心孔を有する円盤状基板の外周又は内周に超砥粒層を固着した超砥粒カッタ用の基板及びその製造方法に関し、さらに詳細に言えば、ガラス、セラミックス、サーメット等の硬脆材料、磁性材料、金属材料等の工業用材料の切断や溝入れに用いて好適な、超砥粒カッタ用の基板及びその製造方法に関する。さらに本願発明は、その方法により製造された基板を用いた超砥粒カッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中心孔を有する円盤状基板の外周部又は内周部に超砥粒層を固着してなる外周刃又は内周刃の超砥粒カッタは公知である。従来の円盤状基板にはスチール系素材や超硬合金等が用いられている。
【０００３】
炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼等のスチール系素材を用いた基板は、材料の入手が容易なこと、加工も比較的容易なことから広く用いられている。しかし、剛性が低いので切断時に基板が撓み、これにより切断精度が低下したり、被切断材料に基板が触れるいわゆる胴当たり現象を起こして切断抵抗が増したり、切断時の切粉で基板の表面が傷つけられ寿命が低下するという問題があった。
【０００４】
一方、超硬合金を用いた基板は、スチール系素材を用いた基板より剛性が高いため切断精度が優れていて、胴当たりの問題も少ない。また、表面の硬度が高いため耐摩耗性が高く寿命も長い。しかし、薄い基板を製造するのが困難であり、刃厚の薄いカッタ用基板とするためには取り代が多く、研削加工に時間がかかる。また、その靭性の低さから、衝撃等に弱く割れ易い。さらに、密度が高いため重量が重く、複数枚のカッタを同軸上に並置してマルチ化した状態で使用する場合等取り扱いが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、スチール系素材が持つような高い靭性・軽量性と、超硬合金が持つような高い剛性・耐摩耗性を併せ持つ、超砥粒カッタ用基板とその製造方法を提供することをその目的とする。さらに、その超砥粒カッタ用基板を用いた超砥粒カッタを提供することをその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、相対的に剛性の高い高剛性基板材と、相対的に靱性の高い高靱性基板材とを交互に積層して構成され、高剛性基板材と高靱性基板材とは略同一寸法の外径及び内径を有する円環板状に形成され、互いに隣合う高剛性基板材と高靱性基板材とは焼結法により全面に亘って結合され、積層された全ての基板材が一体化されている、超砥粒カッタ用基板を提供する。ある実施の形態では積層の数は３以上の奇数である。またある実施の形態では、その積層の仕方は、中央の層に関して対称となっている。
【０００７】
また本発明は、相対的に高い靭性を有する基板材を形成する素材からなる円環板状の高靱性層と、相対的に高い剛性を有する基板材を形成する素材からなり、高靱性層と略同じ寸法の内径及び外径を有する高剛性層を交互に積層し、互いに隣合う高靱性層と高剛性層とを焼結法により全面に亘って結合し、積層された全ての層を一体化する、超砥粒カッタ用基板の製造方法を提供する。ある実施の形態では、各層の素材は、板材又は粉体の状態として供給される。そして素材が粉体として供給された層の焼結が行われると同時に、層全体の結合が行われる。
【０００８】
さらに本発明は、上記の基板又は製造方法により製造された基板を用いた超砥粒カッタを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を説明するが、本願発明の範囲は、以下に説明される実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
本願発明に係る基板を製造するのには２種類以上の素材を使用するが、以下に説明する第一の実施の形態では、２種類の素材を用いる。図１に、第一の実施の形態における基板１の側面断面図を示す。基板１は円盤の形状をしていて、外周部２又は円孔３の内周に、レジンボンド、メタルボンド、電着等の適宜な方法により超砥粒層（図示せず）を固着して、超砥粒カッタとする。外周刃の場合、基板１と同軸芯に形成された円孔３は、基板１をフランジに取り付けるために利用される。
【００１１】
基板１は、２種類の素材を用い、一方の素材の層の両側に他方の素材の層が配置された、３層構造の合板として構成されている。２種類の素材は、一方の素材は他方に比して高い靭性を有する素材であり、他方の素材は一方に対して高い剛性を有する素材である。そしてこの実施の形態では、靭性の高い素材の層の両側に剛性の高い素材の層を配置してある。靭性の高い素材としてスチール系の板材、剛性の高い素材として超硬合金の板材を用いている。具体的には、スチール系の板材として所定の寸法の炭素工具鋼（ＳＫ−５）を用いている。超硬合金の板材は、コバルト含有率１２％のタングステンカーバイト−コバルト合金を用いている。これらの素材を、図１に示すように、中央に配置された層４を炭素工具鋼とし、その上下に配置された層５を超硬合金の板材とし、加圧・通電加熱焼結法により焼結し、これらの板材を結合して基板１を製造する。
【００１２】
ここで、結合の方法として焼結法を用いるが、本実施の形態においては、加圧・通電加熱焼結法の一種である放電プラズマ焼結法を用いている。焼結条件としては、例えば、真空中の雰囲気で、上下方向から１５ＭＰａの圧力をかけ、９００℃とし５分間保持とする。
【００１３】
放電プラズマ焼結法は、圧縮された被焼結体の粒子間の間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギーを熱拡散、電界拡散などへ利用した焼結法である。放電プラズマ焼結法を用いた場合、材料の接合面において組成の傾斜化が得られ、界面の強度が高い。さらに、処理速度が速い、組み合わせ可能な異種材料の幅が広い等の利点も得られる。
【００１４】
図２に放電プラズマ焼結装置６の基本構成図を示し、以下にこの装置６を用いて粉体焼結を行う場合について説明する。符号９は、水冷真空チャンバーである。水冷真空チャンバー９は、内部を真空に保つことができる。粉体７の焼結は、水冷真空チャンバー９の内部で真空の雰囲気の下で行われる。符号１１、１３はそれぞれ上部パンチ電極及び下部パンチ電極である。上部パンチ電極１１、及び下部パンチ電極１３は、水冷真空チャンバー９の外部から貫通して配置されている。上部パンチ電極１１、及び下部パンチ電極１３には粉体７にプラズマを発生させるための電圧が、電源装置１９によりかけられ、後述する上部パンチ１５及び下部パンチ１７を介して粉体７に電圧がかけられる。又、上部パンチ電極１１及び下部パンチ電極１３には、加圧機構２１から設定された圧力が加えられるようになっている。符号２２は、制御装置であり、電源装置１９及び加圧機構２１を制御する。
【００１５】
符号１５及び１７はそれぞれ上部パンチ及び下部パンチである。上部パンチ１５及び下部パンチ１７は、黒鉛で製造されていて、同一の外径を有する円柱状に形成されている。符号２０は、焼結ダイである。焼結ダイ２０も黒鉛で製造されていて、内部に軸方向に貫通孔を有する円筒状に形成されている。貫通孔の内径は、上部パンチ１５及び下部パンチ１７の外径と同一である。
【００１６】
焼結時、焼結ダイ２０の貫通孔に、所定量の粉体７が配置される。そして、上部から上部パンチ１５が、下部から下部パンチ１７が、焼結ダイ２０の貫通孔に嵌められる。以上のように配置された粉体７、上部パンチ１５、下部パンチ１７、焼結ダイ２０を、図２に示すように、上部パンチ電極１１と下部パンチ電極１３の間に配置する。前述の通り、上部パンチ電極１１及び下部パンチ電極１３には、加圧機構２１から圧力が加えられていて、その圧力が上部パンチ１５及び下部パンチ１７を介して粉体７に上下方向より加えられる。また、上部パンチ１５及び下部パンチ１７は、それぞれ上部パンチ電極１１及び下部パンチ電極１３と導通しており、上部パンチ電極１１及び下部パンチ電極１３にかけられた所定の電圧が粉体７に加えられる。
【００１７】
以上、放電プラズマ焼結法について、粉体焼結を行う場合について簡単に説明したが、この放電プラズマ焼結法は、板材同士の場合、あるいは、板材に粉体を積層し、粉体の焼結を行うと同時に板材との結合を行うのにも使用可能であり、本実施の形態では前述の通り３枚の板材をこの放電プラズマ焼結法で結合している。この場合においても、各板材間の接合部をミクロ的に見ると、各板材の組成成分中の拡散しやすい成分が高濃度側から低濃度側へ拡散し、組成傾斜する。
【００１８】
以下に、本実施の形態での具体的な実施例を挙げる。また、超硬合金のみで基板を製造した比較例１、及び高速度工具鋼のみで基板を製造した比較例２とを挙げ、それらの剛性を比較する。
【００１９】
【実施例１】
高い靭性を有する素材の板材として、炭素工具鋼（ＳＫ５）を用いる。板厚は０．３ｍｍとし、内径４０ｍｍ、外径１２０ｍｍの円環状に製作してある。高い剛性を有する素材として、焼結して形成した超硬合金の板材を用い、その超硬合金はコバルト含有率１２％のタングステンカーバイト−コバルト合金である。板厚は０．４ｍｍとし、内径４０ｍｍ、外径１２０ｍｍの円環状に製作してある。そして、炭素工具鋼を中央にして、その両面に超硬合金を積層配置したものを被焼結体とする。
【００２０】
以上の被焼結体を、加圧・通電加熱焼結法の一種である放電プラズマ焼結法により焼結を行った。本実施の形態における放電プラズマ焼結装置には、住友石炭鉱業株式会社製の放電プラズマ焼結装置（ＳＰＳ−７．４０）を用いた。素材の配置の仕方を図３に示す。尚、図３は、基板を２枚同時に製造する２段取りの状態を示してある。符号２９は、焼結ダイであり、その貫通孔３０は、前述の如く三層構造とされた被焼結体２５、２５の外径に対応した径を有する。貫通孔３０内には、２セットの焼結体が、図３に示されるように、スペーサー２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介在させて配置される。被焼結体２５、２５及びスペーサー２７ａ、２７ｂ、２７ｃは中心に同一の径を持つ貫通孔を有していて、その貫通孔内にそれと同一の外径を有する円柱状のコア２３が配置される。以上のように配置したコア２３、スペーサー２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、被焼結体２５、２５、ダイ２９を、図２に示される上部パンチ１５の下面１６と下部パンチ１７の上面１８の間に配置する。焼結条件として、装置の出力を最高電圧４Ｖ、最高電流９８００Ａとし、真空の雰囲気において材料の上下方向から圧力１５ＭＰａをかけながら、９００℃とし５分間保持とした。
【００２１】
上記の条件で焼結して結合し、外径１２０ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍの円環状の合板を製造した。さらに、上下面を均等に０．３ｍｍづつ研削して、厚さを０．５ｍｍとした。つまり、外径１２０ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円環状の合板を得た。
【００２２】
【比較例１】
超硬合金（コバルト含有率１２％のタングステンカーバイト−コバルト合金）の板材とする。形状及び寸法は、実施例１で製造した合板と同じとする。
【００２３】
【比較例２】
高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）の板材とする。形状及び寸法は、実施例１で製造した合板と同じとする。
【００２４】
図４に、基板の剛性測定の様子を示す。実施例１、比較例１及び比較例２の被測定基板３１を図４に示すように、外径７０ｍｍのフランジ３３を用いて切断機の軸３４に固定し、外周から５ｍｍの位置３５に５０μｍの変位を与え、そのときの荷重を測定した。測定は、変位を電気マイクロメーター、荷重をキスラー動力計を用いて行った。値は、円周上の任意の４箇所を測定したときの平均値である。
【００２５】
結果は、表１に示してあるように、実施例１で製造された基板は比較例２の高速度工具鋼のみの基板の２倍以上の剛性を有し、比較例１の超鋼合金のみの基板と遜色の無い剛性を有している。
【００２６】
【表１】

実施例１で製造された基板は、外側に配置された超硬合金が、耐摩耗性も有していることから、切削時の切粉により基板の表面が傷つけられ寿命が低下するという、スチール系基板の短所も改善している。さらに、高速度工具鋼の密度が、超硬合金の密度より低いから、超硬合金のみで製造した基板より軽量であることは、明らかである。また、焼結方法に、加圧・通電加熱焼結法を用いることで、接合状態のよい基板が、短時間で製造できる。
【００２７】
他の実施の形態においては、上記に述べた、相対的に靭性の高い素材の両側に相対的に剛性の高い素材を配置した実施の形態とは異なり、相対的に剛性の高い素材を中央にして、その両側に相対的に靭性の高い素材を配置することが可能である。つまり第二の実施の形態として、図１に示される、中央に配置された層４を相対的に剛性の高い素材、上下に配置された層５を相対的に靭性の高い素材にした実施の形態である。第二の実施の形態での具体的実施例としては、実施例１と同様に、相対的に剛性の高い素材をコバルト含有率１２％のタングステンカーバイト−コバルト合金とする超硬合金、相対的に靭性の高い素材を炭素工具鋼（ＳＫ−５）とするスチール系素材とすることにより、同じ焼結装置を用いて、適宜な焼結条件を設定して基板を製造することができる。第二の実施の形態において、中央に配置する超硬合金の厚みを適宜なものとすることにより、製造された基板は、実施例１と同様に、比較例１に匹敵する高い剛性を有し靭性にも優れたものとなる。
【００２８】
上記の実施の形態においては、素材の組み合わせの例として、相対的に高い靭性を有する素材として炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼等のスチール系素材を、相対的に高い剛性を有する素材として超硬合金を採用したが、さらに他の実施の形態では、相対的に高い靭性を有する素材として超硬合金、相対的に高い剛性を有する素材としてセラミックスとした組み合わせ等も採用可能である。
【００２９】
上記の実施の形態においては、相対的に高い靭性を有する素材及び相対的に高い剛性を有する素材が、共に既に板材として形成されて提供される場合を述べたが、さらに他の実施の形態においては、どちらか一方又は両方の素材が、粉体として提供され、それらの粉体として供給された素材を焼結すると同時に、それぞれにより形成される層を結合して、基板を製造することができる。
【００３０】
まず、相対的に高い靭性を有する層を形成する素材として板材、相対的に高い剛性を有する層を形成する素材として粉体を用いる実施の形態について述べる。一つの組み合わせ例として、相対的に高い靭性を有する層を形成する素材の板材として炭素工具鋼（ＳＫ−５）を用い、相対的に高い剛性を有する層を形成する素材の粉体として、コバルト含有率８％のタングステンカーバイト−コバルト合金の粉末に、流動性を制動するためにワックスを重量比で２％加えた、粒子径４５〜１０６μｍの混合物からなる超硬合金の粉体を用いる。そして、炭素工具鋼を中央に配置し、その上下に超硬合金の粉体を配置し焼結する。焼結条件としては、例えば前述の放電プラズマ焼結装置を用い、真空中の雰囲気で、上下方向から５０ＭＰａの圧力をかけ、１１４０℃とし５分間保持として、基板を形成することができた。
【００３１】
素材の配置の仕方をかえて、超硬合金の粉体を中央に配置し、その上下に炭素工具鋼の板材を配置し焼結した実施の形態も可能である。
【００３２】
次に、相対的に高い靭性を有する層を形成する素材の粉体、相対的に高い剛性を有する層を形成する素材も粉体を用いる実施の形態について述べる。例として、相対的に高い靭性を有する層を形成する素材の粉体として、クロム４％、モリブデン３％、コバルト９．５％、タングステン９．５％、バナジウム９．５％を含有し、流動性を制動するためにワックスを重量比で２％加えた、粒度−７０〜２５０Ｍｅｓｈの混合物のスチール系の粉体を用い、相対的に高い剛性を有する層を形成する素材の粉体として、コバルト含有率８％のタングステンカーバイト−コバルト合金の粉体に、流動性を制動するためにワックスを重量比で２％加えた、粒子径４５〜１０６μｍの混合物からなる超硬合金の粉体を用いる。そして、スチール系の粉体を中央に配置し、その上下に超硬合金の粉体を配置し焼結して基板を製造する。焼結条件としては、例えば前述の放電プラズマ焼結装置を用いると、真空中の雰囲気で、上下方向から５０ＭＰａの圧力をかけ、１１４０℃とし５分間保持として、基板を形成することができた。
【００３３】
素材の配置の仕方をかえて、超硬合金の粉体を中央に配置し、その上下にスチール系素材の粉体を配置し焼結した実施の形態も可能である。
【００３４】
さらには、相対的に高い靭性を有する層を形成する素材として粉体、相対的に高い剛性を有する層を形成する素材として板材を用いる実施の形態も可能である。素材としては例えば、相対的に高い靭性を有する層を形成する素材の粉体として、クロム４％、モリブデン３％、コバルト９．５％、タングステン９．５％、バナジウム９．５％を含有し、流動性を制動するためにワックスを重量比で２％加えた、粒度−７０〜２５０Ｍｅｓｈの混合物のスチール系粉体を用い、相対的に剛性の高い層を形成する素材の板材として、コバルト含有率１２％のタングステンカーバイト−コバルト合金の超硬合金を用いることが可能である。
【００３５】
以上、本願発明の実施の形態として、用いる素材が２種類で３層に積層した場合の形態を述べてきたが、さらに多くの層を積層した場合や、さらに多くの素材を用いた実施の形態も可能である。
【００３６】
２種類の素材をさらに多く積層させた実施の形態の例として、図５には、２種類の素材を５層に積層させたものが示されている。ここで、素材Ａ及び素材Ｂは、どちらか一方が他方に対して高い靭性を有していて、他方は一方に対して高い剛性を有している素材である。素材Ａと素材Ｂの積層の順序、又は素材Ａと素材Ｂが板材として供給されるかあるいは粉体として供給されるかについては、前述の実施の態様で説明したように各種の態様が可能である。さらに必要に応じて、７層、９層、・・・の層からなる基板を製造することができる。
【００３７】
さらに、３種類以上の素材を用いた実施の形態の例として、図６には、５種類の素材を７層に積層させた形態が示されている。Ｃ群の素材及びＤ群の素材は、どちらか一方が他方に対して高い靭性を有していて、他方は一方に対して高い剛性を有している素材である。さらに必要に応じて、図６に示される積層体のさらに上下にＣ群、Ｄ群の素材を順次積層させて焼結することにより、素材の種類及び積層の数を増やしていくことができる。ここで、Ｃ群の素材又はＤ群の素材は、すべてが違う素材である必要はない。
【００３８】
尚積層の仕方としては、３層以上の奇数層とするのが望ましい。その際に、中央の層に関して、対称に積層するのが望ましい。すなわち、中央層の上下に重ねられる第一層目は、上下同材質で同寸法、第二層目は、第一層目と材質、寸法は異なったとしても、上下同材質、同寸法とするが如くである。
【００３９】
【発明の効果】
上記説明から分かるように、本願発明により、適度に高い靭性と高い剛性を併せ持つ、超砥粒カッタ用の基板が得られ、さらにこの基板は同寸法の超硬合金製基板に比して軽量であり、スチール系基板に比して耐摩耗性に優れる。この基板を用いることにより、切断精度に優れ、切断時における基板の胴当たりを防止でき、長寿命の超砥粒カッタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２種類の素材を用いた場合の実施の形態における側面断面図である。
【図２】放電プラズマ焼結装置の基本構成図である。
【図３】被焼結体の配置図である。
【図４】実施例及び比較例の剛性の測定の様子を示す要部断面図である。
【図５】２種類の素材を５層に積層させた場合の実施の形態を示す断面図である。
【図６】５種類の素材を７層に積層させた場合の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１２種類の素材を用いた場合の本発明の実施の形態に係る基板
２外周
３円孔
４中央に配置された層
５上下に配置された層
６放電プラズマ焼結装置の装置部分
７被焼結体
９水冷真空チャンバー
１１上部パンチ電極
１３下部パンチ電極
１５上部パンチ
１６上部パンチ下面
１７下部パンチ
１８下部パンチ上面
１９電源装置
２０焼結ダイ
２１加圧機構
２２制御装置
２３コア
２５被焼結体
２７スペーサー
２９焼結ダイ
３０焼結ダイ貫通孔
３１基板
３３フランジ
３４切断機軸
３５測定位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate for a superabrasive cutter in which a superabrasive layer is fixed to the outer periphery or inner periphery of a disc-shaped substrate having a central hole, and more specifically, a method for manufacturing the substrate, such as glass, ceramics, and cermet. The present invention relates to a substrate for superabrasive cutters suitable for cutting and grooving industrial materials such as hard and brittle materials, magnetic materials, and metal materials, and a method for manufacturing the same. The present invention further relates to a superabrasive cutter using a substrate manufactured by the method.
[0002]
[Prior art]
A superabrasive cutter of an outer peripheral blade or an inner peripheral blade formed by adhering a superabrasive grain layer to an outer peripheral portion or an inner peripheral portion of a disk-shaped substrate having a center hole is known. Steel materials and cemented carbides are used for conventional disk-shaped substrates.
[0003]
Substrates using steel-based materials such as carbon tool steel, alloy tool steel, and high-speed tool steel are widely used because the materials are easily available and the processing is relatively easy. However, because the rigidity is low, the substrate bends during cutting, which decreases the cutting accuracy, causes a so-called torso phenomenon where the substrate touches the material to be cut and increases the cutting resistance, or the surface of the substrate due to cutting chips There was a problem that the life was shortened due to damage.
[0004]
On the other hand, a substrate using a cemented carbide has a higher rigidity than a substrate using a steel-based material, and therefore has excellent cutting accuracy, and there are few problems with cylinder contact. Further, since the surface hardness is high, the wear resistance is high and the life is long. However, it is difficult to manufacture a thin substrate, and a large machining allowance is required to obtain a cutter substrate with a thin blade thickness, which takes time for grinding. In addition, because of its low toughness, it is vulnerable to impacts and is susceptible to cracking. Furthermore, since the density is high, the weight is heavy, and handling is difficult when, for example, a plurality of cutters are arranged in parallel on the same axis and used in a multi-state.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and is a superabrasive that combines the high toughness and light weight of steel materials with the high rigidity and wear resistance of cemented carbides. It is an object of the present invention to provide a grain cutter substrate and a method for manufacturing the same. It is another object of the present invention to provide a superabrasive cutter using the superabrasive cutter substrate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is configured by alternately laminating a relatively rigid and highly rigid substrate material and a relatively tough and highly tough substrate material. The tough substrate material is formed in an annular plate shape having substantially the same outer diameter and inner diameter, and the adjacent high rigidity substrate material and high tough substrate material are bonded and laminated over the entire surface by a sintering method. A substrate for a superabrasive cutter in which all substrate materials are integrated is provided. In some embodiments, the number of stacks is an odd number greater than or equal to three. In one embodiment, the stacking method is symmetric with respect to the central layer.
[0007]
Further, the present invention comprises an annular plate-like high toughness layer made of a material that forms a substrate material having a relatively high toughness, and a material that forms a substrate material having a relatively high stiffness, By alternately laminating high-rigidity layers with inner and outer diameters of approximately the same size, and joining the high-toughness layers and high-rigidity layers adjacent to each other over the entire surface by a sintering method, all the laminated layers are integrated. A method for manufacturing a substrate for a superabrasive cutter is provided. In one embodiment, the material of each layer is supplied as a plate or powder. Then, the layers supplied with the raw material as powder are sintered, and at the same time, the whole layers are bonded.
[0008]
Furthermore, this invention provides the superabrasive cutter using the board | substrate manufactured by said board | substrate or the manufacturing method.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
[0010]
Two or more types of materials are used to manufacture the substrate according to the present invention, but in the first embodiment described below, two types of materials are used. FIG. 1 shows a side cross-sectional view of a substrate 1 in the first embodiment. The substrate 1 has a disk shape, and a superabrasive layer (not shown) is fixed to the outer periphery 2 or the inner periphery of the hole 3 by an appropriate method such as resin bonding, metal bonding, or electrodeposition. A superabrasive cutter. In the case of the outer peripheral blade, the circular hole 3 formed coaxially with the substrate 1 is used for attaching the substrate 1 to the flange.
[0011]
The substrate 1 is configured as a plywood having a three-layer structure in which two types of materials are used and layers of the other material are arranged on both sides of the layer of one material. The two types of materials are materials in which one material has higher toughness than the other, and the other material is a material having high rigidity with respect to one. In this embodiment, a high-rigidity material layer is disposed on both sides of a high-toughness material layer. Steel-based plate materials are used as highly tough materials, and cemented carbide plate materials are used as highly rigid materials. Specifically, carbon tool steel (SK-5) having a predetermined size is used as the steel plate. A tungsten carbide-cobalt alloy having a cobalt content of 12% is used for the cemented carbide plate material. As shown in FIG. 1, these materials are made of carbon tool steel with the layer 4 arranged at the center, and made of cemented carbide with the layers 5 arranged on the upper and lower sides thereof. The board | substrate 1 is manufactured by sintering and combining these board | plate materials.
[0012]
Here, a sintering method is used as a bonding method, but in the present embodiment, a discharge plasma sintering method, which is a kind of pressure / current heating sintering method, is used. As a sintering condition, for example, a pressure of 15 MPa is applied in the vertical direction in a vacuum atmosphere, and the temperature is set to 900 ° C. and held for 5 minutes.
[0013]
In the spark plasma sintering method, pulsed electric energy is directly applied to the gaps between the compressed particles of the sintered body, and the high energy of the discharge plasma generated instantaneously by the spark discharge phenomenon is thermally diffused, electric field diffused, etc. This is the sintering method used. When the discharge plasma sintering method is used, a composition gradient is obtained at the joint surface of the material, and the strength of the interface is high. Furthermore, advantages such as a high processing speed and a wide range of dissimilar materials that can be combined are obtained.
[0014]
FIG. 2 shows a basic configuration diagram of the discharge plasma sintering apparatus 6, and a case where powder sintering is performed using the apparatus 6 will be described below. Reference numeral 9 denotes a water-cooled vacuum chamber. The water-cooled vacuum chamber 9 can keep the inside in a vacuum. The powder 7 is sintered in a water-cooled vacuum chamber 9 under a vacuum atmosphere.

Reference numerals

11 and 13 denote an upper punch electrode and a lower punch electrode, respectively. The upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13 are disposed so as to penetrate from the outside of the water-cooled vacuum chamber 9. A voltage for generating plasma in the powder 7 is applied to the upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13 by a power supply device 19, and the voltage is applied to the powder 7 through an upper punch 15 and a lower punch 17 described later. It can be applied. Further, the pressure set by the pressurizing mechanism 21 is applied to the upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13. Reference numeral 22 denotes a control device that controls the power supply device 19 and the pressurizing mechanism 21.
[0015]

Reference numerals

15 and 17 denote an upper punch and a lower punch, respectively. The upper punch 15 and the lower punch 17 are made of graphite and are formed in a cylindrical shape having the same outer diameter. Reference numeral 20 denotes a sintered die. The sintered die 20 is also made of graphite and is formed in a cylindrical shape having a through hole in the axial direction inside. The inner diameter of the through hole is the same as the outer diameter of the upper punch 15 and the lower punch 17.
[0016]
During sintering, a predetermined amount of the powder 7 is disposed in the through hole of the sintering die 20. Then, the upper punch 15 from the upper part and the lower punch 17 from the lower part are fitted into the through holes of the sintering die 20. The powder 7, the upper punch 15, the lower punch 17, and the sintering die 20 arranged as described above are arranged between the upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13 as shown in FIG. As described above, pressure is applied to the upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13 from the pressurizing mechanism 21, and the pressure is applied to the powder 7 from above and below via the upper punch 15 and the lower punch 17. . The upper punch 15 and the lower punch 17 are electrically connected to the upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13, respectively, and a predetermined voltage applied to the upper punch electrode 11 and the lower punch electrode 13 is applied to the powder 7.
[0017]
As mentioned above, the discharge plasma sintering method has been briefly described with respect to the case where powder sintering is performed. However, this discharge plasma sintering method can be used for plate materials or by laminating powder on plate materials and sintering the powder. It can also be used for bonding to the plate material at the same time as the bonding, and in this embodiment, as described above, the three plate materials are bonded by this discharge plasma sintering method. Even in this case, when the joint portion between the plate members is viewed microscopically, components that are easily diffused in the composition components of the plate members diffuse from the high concentration side to the low concentration side, and the composition is inclined.
[0018]
Specific examples in the present embodiment will be given below. Moreover, the comparative example 1 which manufactured the board | substrate only with the cemented carbide alloy and the comparative example 2 which manufactured the board | substrate only with the high-speed tool steel are mentioned, and those rigidity is compared.
[0019]
[Example 1]
Carbon tool steel (SK5) is used as a plate material having a high toughness. The plate thickness is 0.3 mm, and it is manufactured in an annular shape with an inner diameter of 40 mm and an outer diameter of 120 mm. As a material having high rigidity, a cemented carbide plate material formed by sintering is used, and the cemented carbide is a tungsten carbide-cobalt alloy having a cobalt content of 12%. The plate thickness is 0.4 mm, and it is manufactured in an annular shape with an inner diameter of 40 mm and an outer diameter of 120 mm. And what makes a carbon tool steel the center and laminated | stacked the cemented carbide alloy on both surfaces is made into a to-be-sintered body.
[0020]
The above sintered body was sintered by a discharge plasma sintering method which is a kind of pressure / electric heating sintering method. A discharge plasma sintering apparatus (SPS-7.40) manufactured by Sumitomo Coal Mining Co., Ltd. was used as the discharge plasma sintering apparatus in the present embodiment. FIG. 3 shows how the materials are arranged. FIG. 3 shows a two-stage setup in which two substrates are manufactured simultaneously. Reference numeral 29 denotes a sintering die, and the through hole 30 has a diameter corresponding to the outer diameter of the objects to be sintered 25 and 25 having a three-layer structure as described above. In the through hole 30, two sets of sintered bodies are arranged with

spacers

27a, 27b, and 27c interposed as shown in FIG. The to-

be-sintered bodies

25 and 25 and the

spacers

27a, 27b, and 27c have a through hole having the same diameter at the center, and a cylindrical core 23 having the same outer diameter is disposed in the through hole. The The core 23, the

spacers

27a, 27b, 27c, the

sintered bodies

25, 25, and the die 29 arranged as described above are arranged between the lower surface 16 of the upper punch 15 and the upper surface 18 of the lower punch 17 shown in FIG. To do. As sintering conditions, the output of the apparatus was set to a maximum voltage of 4 V and a maximum current of 9800 A, and the pressure was set to 900 ° C. for 5 minutes while applying a pressure of 15 MPa from the vertical direction of the material in a vacuum atmosphere.
[0021]
Sintering and bonding under the above conditions produced an annular plywood having an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 40 mm, and a thickness of 1.1 mm. Further, the upper and lower surfaces were uniformly ground by 0.3 mm to make the thickness 0.5 mm. That is, an annular plywood having an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 40 mm, and a thickness of 0.5 mm was obtained.
[0022]
[Comparative Example 1]
A plate material of cemented carbide (tungsten carbide-cobalt alloy having a cobalt content of 12%) is used. The shape and dimensions are the same as the plywood produced in Example 1.
[0023]
[Comparative Example 2]
A high-speed tool steel (SKH51) plate is used. The shape and dimensions are the same as the plywood produced in Example 1.
[0024]
FIG. 4 shows how the rigidity of the substrate is measured. As shown in FIG. 4, the substrate to be measured 31 of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is fixed to the cutting machine shaft 34 using a flange 33 having an outer diameter of 70 mm, and 50 μm at a position 35 of 5 mm from the outer periphery. The load at that time was measured. The measurement was performed using an electric micrometer for displacement and a Kistler dynamometer for load. A value is an average value when arbitrary four places on the circumference are measured.
[0025]
As a result, as shown in Table 1, the substrate manufactured in Example 1 has more than twice the rigidity of the substrate of only the high-speed tool steel of Comparative Example 2, and only the super steel alloy of Comparative Example 1 Rigidity comparable to the substrate.
[0026]
[Table 1]

In the substrate manufactured in Example 1, since the cemented carbide arranged on the outside also has wear resistance, the surface of the substrate is damaged by cutting chips at the time of cutting, and the life is reduced. The disadvantages of the system board have also been improved. Furthermore, since the density of the high-speed tool steel is lower than that of the cemented carbide, it is clear that it is lighter than a substrate made of cemented carbide alone. Moreover, the board | substrate with a favorable joining state can be manufactured in a short time by using a pressurization and electric current heating sintering method for a sintering method.
[0027]
In other embodiments, unlike the above-described embodiment in which relatively stiff materials are arranged on both sides of a relatively tough material, the relatively stiff material is centered. Thus, it is possible to dispose a relatively tough material on both sides. That is, as a second embodiment, the embodiment shown in FIG. 1 in which the centrally arranged layer 4 is made of a relatively rigid material and the upper and lower layers 5 are made of a relatively tough material. It is a form. As a specific example in the second embodiment, as in Example 1, a cemented carbide alloy having a tungsten carbide-cobalt alloy having a cobalt content of 12% as a relatively rigid material, By using a steel material made of carbon tool steel (SK-5) as a highly tough material, it is possible to manufacture a substrate by setting appropriate sintering conditions using the same sintering apparatus. In the second embodiment, by making the thickness of the cemented carbide alloy arranged in the center appropriate, the manufactured substrate has high rigidity comparable to that of Comparative Example 1 as in Example 1. Excellent toughness.
[0028]
In the above embodiment, as an example of a combination of materials, steel materials such as carbon tool steel, alloy tool steel, high-speed tool steel, etc. having relatively high rigidity as materials having relatively high toughness, have relatively high rigidity. Although cemented carbide is used as the material, in another embodiment, a combination of cemented carbide as a material having relatively high toughness and ceramic as a material having relatively high rigidity can be employed. .
[0029]
In the above embodiment, a case has been described in which a material having relatively high toughness and a material having relatively high rigidity are already formed and provided as plate materials. Either or both materials are provided as powders, and the materials supplied as these powders can be sintered, and at the same time, the layers formed by each can be bonded to produce a substrate. .
[0030]
First, an embodiment in which a plate material is used as a material for forming a layer having relatively high toughness and powder is used as a material for forming a layer having relatively high rigidity will be described. As one example of combination, carbon tool steel (SK-5) is used as a plate material for forming a layer having relatively high toughness, and cobalt is used as a powder for the material forming a layer having relatively high rigidity. A cemented carbide powder made of a mixture having a particle size of 45 to 106 μm, in which 2% by weight of wax is added to a powder of tungsten carbide-cobalt alloy having a content of 8% in order to brake fluidity, is used. And carbon tool steel is arrange | positioned in the center, the powder of a cemented carbide alloy is arrange | positioned up and down, and it sinters. As a sintering condition, for example, the above-described discharge plasma sintering apparatus was used, and a substrate was able to be formed by applying a pressure of 50 MPa from the vertical direction in a vacuum atmosphere and maintaining at 1140 ° C. for 5 minutes.
[0031]
An embodiment in which the cemented carbide powder is arranged in the center and the carbon tool steel plate material is arranged on the upper and lower sides of the cemented carbide powder is also possible by changing the arrangement of the materials.
[0032]
Next, an embodiment in which a powder of a material forming a layer having a relatively high toughness and a material forming a layer having a relatively high rigidity is also used will be described. As an example, as a raw material powder for forming a layer having relatively high toughness, it contains 4% chromium, 3% molybdenum, 9.5% cobalt, 9.5% tungsten, and 9.5% vanadium, and flows. As a material powder for forming a layer having a relatively high rigidity, a steel-based powder having a particle size of -70 to 250 mesh, to which 2% by weight of wax is added in order to brake the properties, is used. A cemented carbide powder composed of a mixture having a particle size of 45 to 106 μm, in which a 2% by weight wax is added to a tungsten carbide-cobalt alloy powder having a content of 8% in order to brake fluidity, is used. . Then, a steel-based powder is placed in the center, and cemented carbide powder is placed on the top and bottom of the steel-based powder and sintered to produce a substrate. As the sintering conditions, for example, when the above-described discharge plasma sintering apparatus was used, a substrate was able to be formed by applying a pressure of 50 MPa from the vertical direction in a vacuum atmosphere and maintaining at 1140 ° C. for 5 minutes.
[0033]
An embodiment in which the cemented carbide powder is arranged in the center and the steel-based material powder is arranged on the upper and lower sides of the cemented carbide powder and sintered, is possible by changing the arrangement of the materials.
[0034]
Furthermore, an embodiment using powder as a material for forming a layer having relatively high toughness and a plate material as a material for forming a layer having relatively high rigidity is also possible. As a raw material, for example, it contains 4% chromium, 3% molybdenum, 9.5% cobalt, 9.5% tungsten, 9.5% vanadium, and 9.5% vanadium as a powder of a material that forms a layer having relatively high toughness. In order to brake fluidity, 2% by weight of wax is added by weight, and steel powder of particle size -70 to 250 mesh is used as a base material for forming a relatively rigid layer. It is possible to use a cemented carbide of tungsten carbide-cobalt alloy having a rate of 12%.
[0035]
As described above, the embodiment of the present invention has been described in the case where two types of materials are laminated in three layers. However, the embodiment in which more layers are laminated or in which more materials are used. Is also possible.
[0036]
As an example of the embodiment in which two types of materials are further stacked, FIG. 5 shows a stack of two types of materials in five layers. Here, the material A and the material B are materials whose one has high toughness with respect to the other and the other has high rigidity with respect to the other. As described in the above-described embodiment, various modes are possible for the order of stacking of the material A and the material B, or whether the material A and the material B are supplied as a plate or powder. is there. Further, if necessary, a substrate composed of 7 layers, 9 layers,... Can be manufactured.
[0037]
Furthermore, as an example of an embodiment using three or more kinds of materials, FIG. 6 shows a form in which five kinds of materials are laminated in seven layers. One of the group C material and the group D material has high toughness with respect to the other, and the other has high rigidity with respect to the other. Furthermore, if necessary, the types of materials and the number of layers can be increased by sequentially laminating and sintering the materials of Group C and Group D on the upper and lower sides of the laminate shown in FIG. Here, it is not necessary that all the materials of the group C or the materials of the group D are different materials.
[0038]
Note that it is desirable that the number of layers is an odd number of three or more. In that case, it is desirable to laminate | stack symmetrically about a center layer. That is, the first layer stacked on the top and bottom of the central layer is the same material with the same dimensions, and the second layer is the same material with the same dimensions, even if the material and dimensions are different from the first layer. Is like.
[0039]
【The invention's effect】
As can be seen from the above description, according to the present invention, a substrate for a superabrasive cutter having moderately high toughness and high rigidity is obtained, and this substrate is lighter than a cemented carbide substrate of the same size. Yes, excellent wear resistance compared to steel substrates. By using this substrate, it is possible to obtain a superabrasive cutter having excellent cutting accuracy, preventing the substrate from hitting the cylinder during cutting, and having a long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view of an embodiment when two types of materials are used.
FIG. 2 is a basic configuration diagram of a discharge plasma sintering apparatus.
FIG. 3 is a layout view of a sintered body.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a principal part showing a state of measurement of rigidity in Examples and Comparative Examples.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment in which two types of materials are stacked in five layers.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an embodiment in which five types of materials are laminated in seven layers.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate according to an embodiment of the present invention when two kinds of materials are used 2 Outer periphery 3 Circular hole 4 Layer 5 disposed at the center 5 Layer disposed above and below Device part 7 of the discharge plasma sintering apparatus Bonded body 9 Water-cooled vacuum chamber 11 Upper punch electrode 13 Lower punch electrode 15 Upper punch 16 Upper punch lower surface 17 Lower punch 18 Lower punch upper surface 19 Power supply device 20 Sintering die 21 Pressing mechanism 22 Controller 23 Core 25 Sintered body 27 Spacer 29 Sintered die 30 Sintered die through hole 31 Substrate 33 Flange 34 Cutting machine shaft 35 Measuring position

Claims

A substrate for a superabrasive cutter used in a superabrasive cutter comprising a superabrasive layer on the outer periphery or inner periphery of a disc-shaped substrate having a center hole, wherein the substrate is a highly rigid substrate material having relatively high rigidity. And a tough substrate material having relatively high toughness are alternately laminated, and the high-rigidity substrate material and the high-toughness substrate material are formed in an annular plate shape having substantially the same outer diameter and inner diameter. The high-rigidity substrate material and the high-toughness substrate material adjacent to each other are bonded over the entire surface by a sintering method, and the laminated high-rigidity substrate material and the high-toughness substrate material are all integrated. A substrate for a superabrasive cutter.

The substrate for a superabrasive cutter according to claim 1, wherein the number of the laminated layers is an odd number of 3 or more.

3. The substrate for a superabrasive cutter according to claim 2, wherein the lamination is performed by stacking materials symmetrically with respect to a central layer.

The substrate for a superabrasive cutter according to any one of claims 1 to 3, comprising: a high-toughness substrate material disposed in the center; and a high-rigidity substrate material disposed above and below the high-toughness substrate material. A substrate for a superabrasive cutter, characterized in that it is configured.

In a method for manufacturing a superabrasive cutter substrate used in a superabrasive cutter comprising a superabrasive layer on the outer periphery or inner periphery of a disc-shaped substrate having a center hole, the manufacturing method has a relatively high toughness. An annular plate-like high toughness layer made of a material that forms a substrate material, and a material that forms a substrate material having relatively high rigidity, and has a high inner diameter and an outer diameter that are substantially the same as the high toughness. Stiff layers are alternately laminated, and the adjacent high-toughness layer and high-rigidity layer are bonded over the entire surface by a sintering method, and all the laminated high-toughness layers and high-rigidity layers are integrated. A method for producing a substrate for a superabrasive cutter, which is characterized by the following.

6. The method for manufacturing a substrate for a superabrasive cutter according to claim 5, wherein the material of each layer to be laminated is supplied in the form of a plate or a powder. Method.

7. The method for manufacturing a substrate for a superabrasive cutter according to claim 6, wherein the layer to be laminated includes a layer supplied as at least one powder, and the layer supplied as the powder is sintered. A method for manufacturing a substrate for a superabrasive cutter, wherein bonding of the entire stacked layers is performed at the same time.

The method for manufacturing a substrate for a superabrasive cutter according to any one of claims 5 to 7 , wherein the sintering method is a pressure / electric current heating sintering method. Manufacturing method.

A substrate for a superabrasive cutter according to any one of claims 1 to 4, or a superabrasive cutter manufactured by the method for manufacturing a substrate for a superabrasive cutter according to any one of claims 5 to 8. Super abrasive cutter using a substrate.