JP5253699B2 - 工具インサートを生産する方法 - Google Patents

Description

（発明の背景）
本発明は、少なくとも１つの超硬耐摩耗性体をその端に含む工具インサートを生産する方法に関する。

種々の工具インサートおよびそれらの工具インサートを作る方法が知られている。

南アフリカ特許第８４／６６１９号は、タングステン・カーバイド基材中に単一の凹部を提供し、耐摩耗性成形体、例えばダイアモンド耐摩耗性成形体をその凹部に鑞付けし、製品を切断して単一チップ・インサートを形成することを教示している。

欧州特許第２７８７０３号は、タングステン・カーバイド基材中に複数の凹部を提供し、耐摩耗性粒子の層、例えば有機結合材中のダイアモンドまたは立方晶窒化ボロン（ＣＢＮ）で各凹部を充填し、その組み立て体を高温／高圧で処理して耐摩耗性粒子を互いに結合させ、またカーバイド支持体に結合させ、製品を切断して多重チップ・インサートを形成することを教示している。

米国特許第５，６７６，４９６号は、タングステン・カーバイド基材が基材中の凹部ではなく基材を貫通する孔を含むことを除いては、欧州特許第２７８７０３号の方法と類似する多重チップ・インサートの生産方法を教示している。

（発明の概要）
本発明によって工具インサートを生産する方法が提供され、その方法は、
（ａ）その中に複数の凹部を有する基材を提供するステップと、
（ｂ）各凹部の中に実質的に凹部と同じサイズおよび形状の超硬耐摩耗性体を配置するステップと、
（ｃ）超硬耐摩耗性体を基材に鑞付けするステップと、
（ｄ）超硬耐摩耗性体を含む複数の凹部を通って基材を切断し、その端に少なくとも１つの超硬耐摩耗性体が結合した基材の１区画を含む、少なくとも１つの工具インサートを生産するステップとを含む。

ステップ（ａ）において、基材は、例えば鋼であってもよいが、焼結炭化物（ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ）が好ましい。凹部は予備焼結したもの、即ち焼結の前に基材中に形成してもよく、または基材中に型成形または研削してもよい。

凹部は任意の適当な形状およびサイズ、また任意の数とすることができる。

一般に凹部はステップ（ｄ）の切断ステップを容易にするため、整然としたパターンで配列される。

例えば、凹部は離隔された行と列で、好ましくは等間隔で離隔することが好ましく、また、例えば環状とすることができる。他の凹部形状も可能である。

各凹部に隣接する領域の基材は、そこから任意に工具インサートを切断して正または負のチップ・ブレーカー（ｂｒｅａｋｅｒ）が得られるような形状とすることができる。これは、少なくともいくつかの凹部に隣接する領域を、これらの凹部に配置された耐摩耗性体の露出面の頂部よりも高くあるいは低くすることによって達成できる。

超硬耐摩耗性体はＰＣＤとしても知られる多結晶質ダイアモンド耐摩耗性体、またはＰＣＢＭとしても知られる多結晶質立方晶窒化ボロン耐摩耗性体またはＣＶＤダイアモンドであることが好ましい。ＣＶＤダイアモンドは、化学気相成長法によって生産されるダイアモンドである。

耐摩耗性体はそれを配置する凹部と実質的に同じサイズおよび形状でなければならず、その中に整然と嵌合することが好ましい。耐摩耗性体の頂部面は、凹部が形成される基材の表面と同じ面にあってもよく、または上述のようにチップ・ブレーカーが存在する、異なる面にあってもよい。

耐摩耗性体は焼結炭化物、例えば焼結タングステン・カーバイドなどの適当な裏打ち層で裏打ちしてもよく、しなくてもよい。

一般に各凹部は底部および側壁を有する。したがって、ステップ（ｃ）において、適切な鑞付け層は通常凹部の底部と耐摩耗性体の表面の間に位置し、昇温によって表面と底部が互いに結合する。

多結晶質ダイアモンドまたはＣＶＤダイアモンド耐摩耗性体用の適切な鑞は、銅／銀合金鑞であり、多結晶質立方晶窒化ボロン耐摩耗性体用はチタンなどの反応性元素を含む高温活性鑞である。

ステップ（ｃ）において、全ての耐摩耗性体が、例えば真空鑞付け、または減圧雰囲気または空気の制御された雰囲気中の鑞付けによって凹部中へ同時に鑞付けされることが好ましい。

ステップ（ｄ）において、基材は耐摩耗性体を含む複数の凹部を通って、例えばＥＤＭ切断によって切断される。切断は、凹部が形成される基材表面に垂直であってもよく、あるいはこの表面に対して他の任意の角度であってもよい。

その結果、少なくとも１つ、一般には複数の工具インサートが得られ、各々は少なくとも１つの超硬耐摩耗性体がその端に結合された、より好ましくは２つ以上の超硬耐摩耗性体がその端に結合された基材の一区画を含む。超硬耐摩耗性体は工具インサートの切断刃を提供する。異なる超硬耐摩耗性体を１つのインサートに使用することができる。これは、生産される刃の各々またはいくつかに様々な超硬耐摩耗性体を有するインサートを可能にする。

ステップ（ｄ）の後、必要ならば超硬耐摩耗性体が基材の表面と同一面となるように工具インサートを加工することができる。

本発明によって生産した工具インサートは加工物の切断、機械加工、穴あけ、または研磨するための工具として使用することができ、また、消耗部品として使用することができる。

（実施形態の説明）
本発明の要点は、工具インサート、より一般的には単一の鑞付け作業によって複数の類似した工具インサートを生産する方法である。この方法は、その中に複数の凹部を有する基材を提供するステップと、各凹部の中に実質的に凹部と同じサイズおよび形状の超硬耐摩耗性体、例えばＰＣＤ、ＰＣＢＮ、またはＣＶＤダイアモンドを配置するステップと超硬耐摩耗性体を基材に鑞付けするステップと、超硬耐摩耗性体を含む複数の凹部を通って基材を切断して少なくとも１つの工具インサートを生産し、各工具インサートが、その端に少なくとも１つの超硬耐摩耗性体を結合した基材の１区画を含むステップとを含む。

基材は焼結タングステン・カーバイド、焼結タンタル・カーバイド、または焼結モリブデン・カーバイドなどの焼結炭化物から作られることが好ましい。

本発明の実施形態を、付随する図面を参照して説明する。

最初に図１および図２を参照すると、その中に形成された複数の予備焼結された凹部１２を有する焼結タングステン・カーバイド基材１０が示されている。

各凹部１２の中には超硬耐摩耗性体層１６と焼結タングステン・カーバイドの裏打ち層１８からなる多結晶質超硬耐摩耗性体１４が配置されている。

各凹部１２の底部１２ａと各耐摩耗性体１４の底部１８ａの間には鑞層２０が配置されている。

耐摩耗性体１４が全て基材１０の複数の凹部１２に配置されたならば、組み立て体全体を、基材１０に耐摩耗性体１４を結合させるために使用する鑞合金に応じて、空気の制御された雰囲気中または真空中で鑞付け、即ち加熱する。

その後、耐摩耗性体１４を含む複数の凹部１２を通って基材１０を切断し、１個の、好ましくは複数の工具インサートを生産する。例えば、図２を参照すると、基材１０を線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに沿って切断して、基材１０の区画２４からなり、その区画２４の４つの各隅に４つの耐摩耗性体２６が結合した工具インサート２２を生産することができる。

線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを延長し、また基材１０と耐摩耗性体１４の残りを通って同様の切断線を作るならば、実質的に類似した複数の工具インサート２２を生産できることが理解されよう。

工具インサート２２を基材１０から切断した後、耐摩耗性体２６をラッピングしてその外表面２６ａが基材１０の区画２４の外表面２４ａと同一面となるようにすることができる。各耐摩耗性体２６は工具インサート２２の切断刃および切断点を提供する。

工具インサート２２は従来の切断工具のインサートとして使用することができる。

第２の実施形態は図３および４に示されている。これらの図を参照すると、焼結炭化物基材３０はその中に形成した複数の凹部３２、および各凹部に配置して図１および２の実施形態で上述したのと同じ形で基材に鑞付けした耐摩耗性体３４とを有する。例えばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示した４つの各隣接する凹部の間には、耐摩耗性体の露出した頂部面に対して隆起した基材表面３６がある。表面３６は傾斜面３８の境界をもつ。

工具インサートは基材３０から点線４０に沿って切断することによって生産することができる。得られる工具インサート４２は図４に断面が示されており、断面は図３の線４−４に沿ったものである。工具インサート４２は、その各隅に耐摩耗性体４６を配置した焼結炭化物区画４４を含む。各耐摩耗性体４６は焼結炭化物支持体５０に結合した多結晶質ダイアモンドまたはＣＢＮ層４８を含む。

区画４４には、平坦な上部面５２と、層４８の露出した頂部面５６に比べて隆起した傾斜面５４とによって画定される１部分がある。この部分は使用時に工具インサートの正のチップ・ブレーカーとして働く。

他の実施形態は図５および６に示されている。これらの図を参照すると、焼結炭化物基材６０が提供される。耐摩耗性体６２は基材中の凹部６４に配置され、図１および２の実施形態について上述したのと同じ形で基材に鑞付けされる。

この実施形態では、各凹部６０は浅い溝または窪み６６で囲まれている。

点線６８に沿って切断することによって１つ以上の工具インサートを基材６０から生産することができる。このようにして生産された工具インサート７０の断面が図６に示されており、断面は図５の線６−６に沿ったものである。

工具インサート７０は、その各隅に耐摩耗性体７４を配置した焼結炭化物区画７２を含む。各耐摩耗性体７４は焼結炭化物支持体７８に結合した多結晶質ダイアモンドまたはＣＢＮ層７６を含む。窪み又は溝８０は各層７６の露出した頂部面８２に隣接して位置する。この窪みまたは溝は負のチップ・ブレーカーとして働く。

他の実施形態は図７および８に示されている。これらの図を参照すると、焼結炭化物基材９０は、その中に形成された複数の凹部９２、および各凹部に配置され図１および２の実施形態について上に述べたようにして基材に鑞付けされた、類似形状の耐摩耗性体９４を有する。例えばＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈで示されるこれらの４つの隣接する各凹部の間には、浅い溝または窪み９８を境界とする基材表面９６がある。凹部９２は、溝または窪み９８ａの隅が各々凹部９２で部分的に囲まれるような形状になっている。

点線１００に沿って切断することによって１つの工具インサートを基材９０から生産することができる。得られる工具インサート１０２の断面が図８に示されており、断面は図７の線８−８に沿ったものである。工具インサート１０２はその各隅に配置された耐摩耗性体１０６を有する焼結炭化物区画１０４を含む。各耐摩耗性体１０６は、焼結炭化物支持体１１０に結合した多結晶質ダイアモンドまたはＣＢＮ層１０８を含む。溝または窪み１１４は各層１０８の露出した頂部面１１６に隣接して位置する。この溝または窪みは負のチップ・ブレーカーとして働く。

図９は図７の基材から切断することのできる、別法の実施形態の工具インサートの断面を示している。この実施形態では、表面９６が耐摩耗性体９４の頂部面に対して隆起しており、傾斜面が溝または窪み９８に置き換わっている。

点線１００に沿って切断することによって１つの工具インサートを基材９０から生産することができる。得られる工具インサート１２０の断面が図９に示されており、断面は図７の線８−８に沿ったものである。工具インサート１２０はその各隅に配置された耐摩耗性体１２４を有する焼結炭化物区画１２２を含む。各耐摩耗性体１２４は、焼結炭化物支持体１２８に結合した多結晶質ダイアモンドまたはＣＢＮ層１２６を含む。区画１２２には、平坦な上部面１３０と、層１２６の露出した頂部面１３４に比べて隆起した傾斜面１３２とによって画定される１部分がある。これは使用時に工具インサートの正のチップ・ブレーカーとして働く。

図３から９の実施形態において、焼結炭化物基材は基材の上部面および底部面に対して９０°以外の角度で切断したものが示されていることが判るであろう。これらの面に対する他の角度での切断も有効である。

本発明の利点は、複数の工具インサートが簡単かつ経済的に同時に調製できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
複数の凹部を含む基材であって、各凹部が超硬耐摩耗性体を含む基材の断面側面図である。
【図２】
図１の基材の平面図である。
【図３】
複数の凹部を含む基材であって、各凹部が超硬耐摩耗性体を含む、他の実施形態の基材の平面図である。
【図４】
図３の基材から切断したインサートの断面図である。
【図５】
複数の凹部を含む基材であって、各凹部が超硬耐摩耗性体を含む、他の実施形態の基材の平面図である。
【図６】
図５の基材から切断したインサートの断面図である。
【図７】
複数の凹部を含む基材であって、各凹部が超硬耐摩耗性体を含む、他の実施形態の基材の平面図である。
【図８】
図７の基材から切断した１形状のインサートの断面図である。
【図９】
図８の基材から切断した他の形状のインサートの断面図である。

Claims (10)

1. 工具インサートを生産する方法であって、
   （ａ）その中に複数の凹部を有する基材を提供するステップと、
   （ｂ）各凹部の中に実質的に凹部と同じサイズおよび形状の超硬耐摩耗性体を配置するステップと、
   （ｃ）超硬耐摩耗性体を基材に鑞付けするステップと、
   （ｄ）超硬耐摩耗性体を含む複数の凹部を通って基材を切断し、その端縁に少なくとも１つの超硬耐摩耗性体が結合した基材の１区画を含む複数の工具インサートを生産するステップとを含み、
   鑞の層を前記凹部の底部と超硬耐摩耗性体の表面との間に配置し、温度を上昇させて前記底部と前記表面とを互いに鑞付けするようにする方法。
   
2. 前記各工具インサートが、その端縁に２つ以上の超硬耐摩耗性体を有する基材の１区画を含む請求項１に記載の方法。
   
3. 前記鑞付けが、真空鑞付けまたは減圧または空気の制御された雰囲気中での鑞付けである請求項１に記載の方法。
   
4. 前記超硬耐摩耗性体を複数の凹部の中に同時に鑞付けする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
   
5. 前記凹部を整列パターンに配置する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
   
6. 前記凹部を離隔された行と列で配置する請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の方法。
   
7. 前記凹部の中の前記超硬耐摩耗性体が、露出した頂部面を有し、少なくともいくつかの凹部に隣接する領域の基材が超硬耐摩耗性体の上部面よりも低く、少なくともいくつかの超硬耐摩耗性体に隣接する負のチップ・ブレーカー面を有する工具インサートを提供する請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の方法。
   
8. 前記凹部の中の前記超硬耐摩耗性体が露出した頂部面を有し、少なくともいくつかの凹部に隣接する領域の基材が超硬耐摩耗性体の上部面よりも高く、少なくともいくつかの超硬耐摩耗性体に隣接する正のチップ・ブレーカー面を有する工具インサートを提供する請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の方法。
   
9. 前記超硬耐摩耗性体がＰＣＤ、ＰＣＢＮ、またはＣＶＤダイアモンドである請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の方法。
   
10. 前記基材が焼結炭化物から作られる請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の方法。
    

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