JP4991111B2 - 超硬合金工具及びそれらの超硬合金 - Google Patents
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Description
本発明は、鋳鉄などにおける穿孔加工のような高い耐摩耗性を必要とする金属切削作業に特に役立つ超硬合金の捩れドリルに関する。
金属の穿孔加工は、一般的に長い孔の穿孔加工と、短い孔の穿孔加工と、の二つのタイプに分類される。短い孔の穿孔加工は、一般的にドリルの径の３〜５倍までの深を穿孔加工することを意味する。
長い孔の穿孔加工は、良好な切り屑成形性、潤滑、冷却及び切り屑の移動に大きな要求がなされる。これは、ドリルストリングを取り付けた特別に設計したドリルヘッドを備えた特別に開発したドリル方式によって達成される。このドリルヘッドは、中実の超硬合金とすることができるが、一般的には、ヘッドが互いに切れ刃を形成するように配置された複数の超硬合金インサートを備えた工具鋼である。
短い孔の穿孔加工では、この要求はそれほど大きくなくて、超硬合金または工具鋼のいずれかの捩れドリル、或いは超硬合金インサートを備えた工具鋼の捩れドリルが用いられる。
超硬合金の捩れドリルは、特に切れ刃とフルートを成形するために所望の形状及び寸法に機械加工された環状の半加工品から作られる。もうひとつの方法は、切り屑フルートが、少なくとも押し出し作業の際に形成される。結果として、研削加工した形状の切れ刃が形成される。
比較的後期のタイプのドリルは、超硬合金で概ね作られた交換可能なドリルチップを備え、且つ工具鋼のドリルシャンクに取り外し可能に固定するドリルである。
ヨーロッパ特許第９５１５７６Ａは、さらに耐摩耗性のカバーで取り囲んだ靭性のある芯からなる超硬合金ドリルを開示する。このタイプのドリルは、靭性が要求される穿孔加工の適用に最も適する。
本発明の目的は、良好な耐摩耗性が要求される適用において、工具耐用年数が増加した捩れドリルを提供することである。
次の化学組成有する超硬合金から作られた捩れドリルは、良好な耐摩耗性を必要とする穿孔作業中に、塑性変形及びまたは熱割れを蒙ることなく優れた効果を備えるという驚くべきことが判明した。すなわち、この化学組成は、
Ｃｏ：１０〜１２、好ましくは１０．５〜１１．５ｗｔ％、
ＴａＣ：＜３、好ましくは１〜３、最も好ましくは１．８〜２．３ｗｔ％
ＮｂＣ：１〜１．５、好ましくは２．５〜５．５、最も好ましくは３．５〜５ｗｔ％
ＴｉＣ：３〜５、好ましくは３．８〜４．３ｗｔ％、及び
ＷＣ：残部、好ましくは７６〜８１ｗｔ％、最も好ましくは７７〜７９ｗｔ％
である。
Ｃｏ：１０〜１２、好ましくは１０．５〜１１．５ｗｔ％、
ＴａＣ：＜３、好ましくは１〜３、最も好ましくは１．８〜２．３ｗｔ％
ＮｂＣ：１〜１．５、好ましくは２．５〜５．５、最も好ましくは３．５〜５ｗｔ％
ＴｉＣ：３〜５、好ましくは３．８〜４．３ｗｔ％、及び
ＷＣ：残部、好ましくは７６〜８１ｗｔ％、最も好ましくは７７〜７９ｗｔ％
である。
ＴａＣ＋ＴｉＣ＋ＮｂＣ：好ましくは８〜１３、最も好ましくは９〜１２ｗｔ％である。
Ｖ及び／またはＣｒ：好ましくは＜１ｗｔ％である。
代わりの実施態様において、特に金属鋸切断形式に対しては、
ＴａＣ：＜２、好ましくは０ｗｔ％
ＮｂＣ：４〜６、好ましくは５＜ＮｂＣ＋ＴａＣ＜７、及び
ＮｂＣ＋ＴａＣ：５〜７ｗｔ％である。
ＴａＣ：＜２、好ましくは０ｗｔ％
ＮｂＣ：４〜６、好ましくは５＜ＮｂＣ＋ＴａＣ＜７、及び
ＮｂＣ＋ＴａＣ：５〜７ｗｔ％である。
０．４〜１．５、好ましくは０．８〜１．５、最も好ましくは約１μｍの平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の代表数を基にした線分分析法を用いて決定した。
超硬合金の硬さは、１４５０〜１６５０ＨＶ好ましくは１４５０〜１５５０ＨＶである。
このドリルは、ＰＶＤ（物理蒸着）−ＴｉＮ、ＰＶＤ−ＴｉＡｌＮ、またはＣＶＤ（化学蒸着）被膜といった技術で既知の耐摩耗性被膜が備えられる。
本発明にしたがうドリルは粉末冶金粉砕方法で作られ、この方法は、硬質構成物及びバインダ金属を形成する粉末を粉砕し、粉砕した混合物を環状の半製品に加圧成形及び押し出し加工をし、半製品は焼結されて且つ最終的に所望の形状及び寸法に研削し、その後このドリルは公知の技術の耐摩耗性被膜が備えられる。
また、本発明は、中実炭化物捩れドリル、交換可能チップを備えた捩れドリル、エンドミル、ホブ、円形ナイフ、特に＞１５０ｍ／分の周囲速度で金属ねじ切り及び棒成形用の中空円形カッタのような、金属機械加工用の回転工具としての上述にしたがう超硬合金の用途に関する。
さらに、本発明は、ホブ、円形ナイフ、金属ねじ切り及び棒成形用の中空円形ナイフ、特に＞７５０ｍ／分の周囲速度で金属切削及び鋸切断用の金属鋸の鋸チップのような、または、例えばキャンイング（缶詰）工具としての金属成形工具用の特に摩耗部分のような、金属機械加工用の回転工具としての上述にしたがう超硬合金の用途に関する。
本発明の超硬合金捩れドリルは、高い耐摩耗性が要求される金属切削加工において、工具耐用年数を増加することができた。
実施例１
試料は、ＷＣ、ＣＯ、ＴｉＣ、ＴａＣ及びＮｂＣの湿潤混合粉末によって準備されて、７８．２ｗｔ％のＷＣ、１１．２ｗｔ％のＣｏ、４．０ｗｔ％のＴｉＣ、２．１ｗｔ％ＴａＣ、４．５ｗｔ％のＮｂＣの化学組成と、約１μｍの平均ＷＣ粒径と、を有する超硬合金を得た。この混合物は、吹き付け乾燥後に、等方加圧され且つ環状の半加工品に焼結されて、８ｍｍの径のドリルに研削された。この顕微鏡組織を図２に示す。研削加工後、このドリルは、ＰＶＤ方を用いて４μｍのＴｉＡｌＮの被膜で被覆された。
試料は、ＷＣ、ＣＯ、ＴｉＣ、ＴａＣ及びＮｂＣの湿潤混合粉末によって準備されて、７８．２ｗｔ％のＷＣ、１１．２ｗｔ％のＣｏ、４．０ｗｔ％のＴｉＣ、２．１ｗｔ％ＴａＣ、４．５ｗｔ％のＮｂＣの化学組成と、約１μｍの平均ＷＣ粒径と、を有する超硬合金を得た。この混合物は、吹き付け乾燥後に、等方加圧され且つ環状の半加工品に焼結されて、８ｍｍの径のドリルに研削された。この顕微鏡組織を図２に示す。研削加工後、このドリルは、ＰＶＤ方を用いて４μｍのＴｉＡｌＮの被膜で被覆された。
実施例２
実施例１のドリルが、鋳鉄ＳＳ０１２５に貫通孔を穿孔するための穿孔作業で試験をした。比較例として、鋳鉄の穿孔に一般的に使用される相当のドリル、Ｓａｎｄｖｉｋ商用等級ＧＣ１２２０を使用した。
次のデータが用いられた。
切削速度：１００ｍ／分
送り：０．２５ｍｍ／回転
貫通孔：２５ｍｍの深さが外側からの冷却剤でもって穿孔された。
実施例１のドリルが、鋳鉄ＳＳ０１２５に貫通孔を穿孔するための穿孔作業で試験をした。比較例として、鋳鉄の穿孔に一般的に使用される相当のドリル、Ｓａｎｄｖｉｋ商用等級ＧＣ１２２０を使用した。
次のデータが用いられた。
切削速度：１００ｍ／分
送り：０．２５ｍｍ／回転
貫通孔：２５ｍｍの深さが外側からの冷却剤でもって穿孔された。
その結果を図３に示し、本願にしたがうドリル（黒三角形）と、比較例にしたがうドリル（黒四角形）とに対して穿孔された孔の関数としての摩耗ＶＢＰｍａｘを示す。
実施例３
１７５ｍ／分に増加した切削速度と、内側からの冷却剤とでもって、実施例２が繰り返された。
１７５ｍ／分に増加した切削速度と、内側からの冷却剤とでもって、実施例２が繰り返された。
その結果を図４に示し、本願にしたがうドリル（黒四角形）と、比較例にしたがうドリル（黒菱形）とに対して穿孔された孔の関数としての摩耗ＶＢＰｍａｘを示す。
実施例２及び３は、発明した等級が、通常の切削速度及び増加した切削速度との双方で、耐摩耗性が３５％〜５０％良好になることを示す。
実施例４
試料は、ＷＣ、ＣＯ、ＴｉＣ、ＣｒＣ及びＮｂＣの湿潤混合粉末によって準備されて、７８．８ｗｔ％のＷＣ、１１．２ｗｔ％のＣｏ、４．０ｗｔ％のＴｉＣ、５．５ｗｔ％ＮｂＣ、０．５ｗｔ％のＣｒＣの化学組成と、約１．０μｍの平均ＷＣ粒径と、を有する超硬合金を得た。この混合物は、吹き付け乾燥後に、一軸加圧され、且つ鋸チップの半加工品に焼結された。
試料は、ＷＣ、ＣＯ、ＴｉＣ、ＣｒＣ及びＮｂＣの湿潤混合粉末によって準備されて、７８．８ｗｔ％のＷＣ、１１．２ｗｔ％のＣｏ、４．０ｗｔ％のＴｉＣ、５．５ｗｔ％ＮｂＣ、０．５ｗｔ％のＣｒＣの化学組成と、約１．０μｍの平均ＷＣ粒径と、を有する超硬合金を得た。この混合物は、吹き付け乾燥後に、一軸加圧され、且つ鋸チップの半加工品に焼結された。
実施例５
円形の鋸ブレードが実施例４のチップから作られた。６９ｗｔ％のＷＣ、１１ｗｔ％のＣｏ、１０ｗｔ％のＴｉＣ、８．５ｗｔ％のＴａＣ、１．５ｗｔ％のＮｂＣの化学組成と、約２．０μｍの平均ＷＣ粒径と、を有する商用の超硬合金等級の鋸チップが、比較例材料として用いた。鋸チップ半製品のすべてが円形の鋼ブレード（２８５ｍｍ径×６０個のチップ）にロウ付けされ、且つ２．５ｍｍの幅に研削された。各々のチップの切れ刃は、０．２ｍｍの幅の研削された面取りを備えた。チップが、各変形種について６個のチップ群の鋸に配置された。
円形の鋸ブレードが実施例４のチップから作られた。６９ｗｔ％のＷＣ、１１ｗｔ％のＣｏ、１０ｗｔ％のＴｉＣ、８．５ｗｔ％のＴａＣ、１．５ｗｔ％のＮｂＣの化学組成と、約２．０μｍの平均ＷＣ粒径と、を有する商用の超硬合金等級の鋸チップが、比較例材料として用いた。鋸チップ半製品のすべてが円形の鋼ブレード（２８５ｍｍ径×６０個のチップ）にロウ付けされ、且つ２．５ｍｍの幅に研削された。各々のチップの切れ刃は、０．２ｍｍの幅の研削された面取りを備えた。チップが、各変形種について６個のチップ群の鋸に配置された。
切削試験材料は、径が５２ｍｍの等級１７Ｃｒ３の鋼棒であった。比較例の超硬合金等級は、一般な鋼、低炭素鋼及びステンレス鋼用の円形金属鋸に一般的に使用される。
次のデータが乾式鋸切削試験に用いられた。
装置：ノリタケ
切削速度：８００ｒｐｍ
送り速度：４０ｍｍ／分
切削加工性添加剤：１滴／秒の滴下加速度でＳｕｐｒａ６０
この鋸チップの性能は、１００００回の通過後の逃げ面摩耗により測定された。
次のデータが乾式鋸切削試験に用いられた。
装置：ノリタケ
切削速度：８００ｒｐｍ
送り速度：４０ｍｍ／分
切削加工性添加剤：１滴／秒の滴下加速度でＳｕｐｒａ６０
この鋸チップの性能は、１００００回の通過後の逃げ面摩耗により測定された。
結果：
比較例等級の鋸チップは、１００００回の切断の０．４ｍｍの逃げ面摩耗を示した。
本発明にしたがう鋸チップは、０．１５ｍｍ未満の逃げ面摩耗をであった。
危険な構成刃先（ＢＵＥ）と激しいスミアリングとを有する切れ刃に沿った微細なひび割れが、比較等級の切れ刃で観察することができた。
本発明にしたがう鋸チップは、微細なひび割れのない良好な切れ刃保持力を備えたすばらしい摩耗パターンを示した。
実施例５は、逃げ面磨耗性が発明した等級において２倍以上大きくなった。
比較例等級の鋸チップは、１００００回の切断の０．４ｍｍの逃げ面摩耗を示した。
本発明にしたがう鋸チップは、０．１５ｍｍ未満の逃げ面摩耗をであった。
危険な構成刃先（ＢＵＥ）と激しいスミアリングとを有する切れ刃に沿った微細なひび割れが、比較等級の切れ刃で観察することができた。
本発明にしたがう鋸チップは、微細なひび割れのない良好な切れ刃保持力を備えたすばらしい摩耗パターンを示した。
実施例５は、逃げ面磨耗性が発明した等級において２倍以上大きくなった。
Claims (13)
- Ｃｏ：１０〜１２ｗｔ％、
ＴａＣ：＜３ｗｔ％、
ＮｂＣ：３．５〜５．５ｗｔ％、
ＴｉＣ：３〜５ｗｔ％、及び
ＷＣ：残部、
である化学組成を有し、
ＷＣの平均粒径が０．４〜１．５μｍである、
ことを特徴とする超硬合金ボディ。 - ＴａＣ＋ＴｉＣ＋ＮｂＣの含有量が、８〜１３ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の超硬合金ボディ。
- ＴａＣ：＜２ｗｔ％、及び
ＮｂＣ＋ＴａＣ：５〜７ｗｔ％、
であることを特徴とする請求項１記載の超硬合金ボディ。 - ＜１ｗｔ％のＶ及びＣｒの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- ７７〜７９ｗｔ％のＷＣ含有量を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- １４５０〜１６５０ＨＶの硬さを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- 既知技術のような耐摩耗性の薄い被膜を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- 前記超硬合金ボディが金属機械加工用の回転工具であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- 金属機械加工用の前記回転工具が、超硬合金捩れドリル、交換可能なチップを備える捩れドリルまたはエンドミル、ホブ、円形ナイフ、金属ねじ切りまたは棒成形用の中空円形カッタであることを特徴とする請求項８に記載の超硬合金ボディ。
- 前記超硬合金ボディが、金属の切削及び鋸切断用の金属鋸の鋸チップであることを特徴とする１〜７のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- 前記超硬合金ボディが、缶詰工具のような金属成形工具の特に摩耗部分であることを特徴とする１〜７のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- 超硬合金捩れドリル、交換可能な先端または端部ミルを備えた捩れドリルのような金属機械加工用の回転工具としての請求項１〜７のいずれか１項に記載の超硬合金ボディ。
- ＞１５０ｍ／分の周囲速度で回転する機械加工のための請求項１２に記載の超硬合金ボディ。
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