JP6629990B2 - 切削工具 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の構造物は、工具担体に取付けるための取付け手段の形成やろう付けに際してさらなる改良の余地がある。
[本開示の効果]
上記によれば、シャンクへの取付け性に優れた切削工具用素材及びその製造方法を提供することができる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[8] 前記切削工具用素材は、シャンクに取付けられて使用される切削工具のための切削工具用素材であって、前記切削工具用素材は、前記シャンクへの取付け部となる取付け構造形成部と、切削刃となる切削構造形成部と、接合部とを有し、前記切削構造形成部は、前記接合部を介して前記取付け構造形成部に設けられるコア部及び表面部を有し、前記表面部は、前記コア部の表面の少なくとも一部を被覆し、前記取付け構造形成部は、W(タングステン)、鉄及びニッケルを含む硬質材料を含むとともに、前記硬質材料は、ヤング率が300GPa未満、伸びが5%未満であり、前記コア部は、超硬合金材料を含み、前記表面部は、CBN(立方窒化ホウ素)を含み、前記接合部のうち前記取付け構造形成部と前記表面部との間の接合部は、鉄族元素の1種又は2種以上を含む材料であるものである。
本実施の形態に係る切削工具用素材及びその製造方法の具体例を図面に基づいて説明する。図1Aは、本実施の形態の一形態を示す切削工具用素材の斜視図である。図1Bは、図1AのA−A断面図である。図2A〜図2Cは、本実施の形態の他の一形態を示す切削工具用素材の断面図である。図3は、本実施の形態のさらに他の一形態を示す切削工具用素材の断面図である。図4は、本実施の形態のさらに他の一形態を示す切削工具用素材の斜視図である。図5は、本実施の形態の切削工具用素材1から得られる切削工具の斜視図である。
本実施の形態の切削工具用素材1は、シャンク5に取付けられて使用される切削工具のための素材であって、図1A及び図1Bに示すように、シャンク5への取付け部2となる取付け構造形成部20と、切削刃となる切削構造形成部30と、接合部40とを有する。そして、図5に示すように、取付け構造形成部20から取付け部2を得、切削構造形成部30から切削部3を得ることにより、切削工具用素材1から、切削部3及び取付け部2を有し、取付け部2でシャンク5に取付けられて使用される切削工具(切削ヘッド)10を得る。
取付け構造形成部20は、上記切削工具用素材1を加工して得られる切削工具10においてシャンク5に取付けるための取付け部2となる(図5)。シャンク5への切削工具10の取付けがねじ締結、ピン止め、その他の係合、圧入などの機械的締結で行われる場合は、取付け構造形成部20には、切削加工又は研削加工が施されてねじ溝やピン孔等の所定の形状に加工された取付け部2が形成される。また、シャンク5への切削工具10の取付けがろう付けで行われる場合には、取付け構造形成部20をそのまま取付け部2としてもよく、必要に応じて所定の形状に加工して取付け部2としてもよい。
切削構造形成部30は、切削工具用素材1を加工して得られる切削工具10において、切削刃を有する切削部3を形成するように加工される(図5)。本実施の形態の切削構造形成部30は、図1Aに示すように円柱形状を有する。切削構造形成部30をなす円柱の底面の大きさ及び円柱の高さは、切削加工又は研削加工によって切削刃を有する切削部3を形成することができれば特に限定されない。例えば、図1Aに示す形状の切削構造形成部30では、底面の直径を5mm〜30mm、高さを5mm〜30mmとしてもよい。
本実施の形態のコア部31は、図1A及び図1Bに示すように、切削構造形成部30の中心部に設けられ、中実の円柱形状である。なお、図1A及び図1Bでは中実の円柱状のコア部31を示したが、円柱形状に限らず、楕円柱形状、三角柱形状や四角柱形状等の多角形柱形状、円錐形状、多角錐形状等の任意の形状であってもよく、中実形状であってもよく中空形状であってもよい。
本実施の形態の表面部32は、図1A及び図1Bに示すように、中心に前記コア部31を収容する中空部を有する円柱形状を有している。そして、表面部32は、図1Bに示すように、取付け構造形成部20に接合し、円柱形状のコア部31の側面の外周に同心円状に設けられて、コア部31とともに全体として円柱形状の切削構造形成部30を形成している。表面部32はコア部31を被覆する部分において後述する焼結によりコア部31に接合している。
接合部40は、取付け構造形成部20と切削構造形成部30との接合面に形成される。接合部40は、少なくとも、取付け構造形成部20の接合面と切削構造形成部30のコア部31と接合する第1接合部と、取付け構造形成部20の接合面と切削構造形成部30の表面部32とを接合する第2接合部とを有する。接合部40の厚さは、必要な接合強度が得られれば特に限定されないが、例えば5μm〜200μmとすればよい。
本実施の形態の切削工具用素材は、取付け構造形成部20となる第1前駆体、コア部31となる第2前駆体、表面部32となる第3前駆体を形成し、これら第1〜第3前駆体を組立てる組立て工程と、組立て工程によって組立てられた切削工具用素材の前駆体を焼結する焼結工程を経て製造される。取付け構造形成部20、コア部31及び表面部32の各前駆体は、従来公知の方法にしたがって製造することができ、例えば原料粉末を金型に投入しプレス成形した成形体や、各材料のブランク材等から切削加工や研削加工によって所定の形状にされたブランク加工体を用いることができる。なお、前駆体は焼結により収縮するため、成形体を形成するための金型及びブランク加工体は、前駆体の収縮の程度を考慮した大きさのものを準備することが好ましい。
本開示の切削工具用素材は、図5に示すように、ドリルやエンドミル等の回転切削工具の切削工具10として好適に用いることができる。
[ヤング率及び伸び]
試験片として、長さ30mm、幅5mmの短冊形状を用意し、この試験片について、オートグラフ(島津製作所社製)を用い、引張速度0.1mm/minで引張試験を行い、ひずみゲージ法により、ヤング率及び伸びを測定した。
実施例及び比較例で得た回転切削工具について、振動計(KEYENCE社製)を用い、切削速度Vを600m/min、送り量fzを0.1mm、切り込み量Aeを0.2mm、Apを2.5mmとして、ダイス鋼の切削を行い、振動の評価を行った。
実施例及び比較例で得た回転切削工具を用いて、切削速度Vを600m/min、送り量fzを0.3mm、切り込み量Aeを0.2mm、Apを2.5mmとして、ダイス鋼の切削を行い、切削工具(切削ヘッド)の折損の有無を評価した。
まず、図1A及び図1Bに示す円柱形状の取付け構造形成部20、円柱形状のコア部31、中空円柱形状の表面部32をそれぞれ焼結によって形成するために、下記の粉末材料を用いて、金型でプレス成形し、取付け構造形成部用成形体、コア部用成形体、表面部用成形体を得た。
・取付け構造成形部用成形体
材料:タングステンを90質量%、鉄、ニッケル、銅を含む金属結合材を10質量%含む硬質材料(ヤング率:280GPa、伸び0.4%)
・コア部用成形体
材料:炭化タングステンを94質量%、コバルトを6質量%含む超硬合金材料の粉末
プレス成形時の圧力:100MPa〜200MPa
・表面部用成形体
粉末材料:CBNと不可避不純物とを含む材料の粉末
プレス成形時の圧力:100MPa〜200MPa
次に、上記のようにして得られた表面部用成形体の中空部に、コア部用成形体を押し込みにより嵌め込んで、切削構造形成部用成形体を得た。次いで、取付け構造形成部用成形体の接合面に、接合部40を形成するためにニッケル100質量%の薄板を配置し、この薄板上に、コア部用成形体及び表面部用成形体を配置して、上記の各成形体を組立てた。
取付け構造成形部用成形体の材料として、実施例1でコア部成形体用の材料として用いた超硬合金材料(ヤング率:620GPa、伸び0.5%)を用いたこと以外は、実施例1と同様に切削工具用素材及び回転切削工具を得た。
取付け構造成形部用成形体の材料として、下記の材料を用いたこと以外は、実施例1と同様に切削工具用素材及び回転切削工具を得た。
・取付け構造成形部用成形体
(実施例2の材料)
タングステンを95質量%、鉄、ニッケル、銅を含む金属結合材を5質量%含む硬質材料(ヤング率:300GPa、伸び5%)
(実施例3の材料)
タングステンを95質量%、鉄、ニッケル、銅を含む金属結合材を5質量%含む硬質材料(ヤング率:350GPa、伸び25%)
得られた回転切削工具について、回転切削動作時の振動及び折損を評価した。その結果を表1に示す。
以下に、本開示の切削工具用素材を用いた回転切削工具の詳細について、図を参照して説明する。
図6は、本開示の切削工具用素材1を用いた回転切削工具の第1例の斜視図である。図7は、図6の領域VIIにおける拡大図である。図6及び図7に示すように、第1例に係る回転切削工具は、リーマである。第1例に係る回転切削工具は、本開示の切削工具用素材1を用いて形成されている。そのため、外周面32aのどの位置においても切れ刃を形成することができ、切削工具の小径多刃化が可能となる。
図8は、本開示の切削工具用素材1を用いた回転切削工具の第2例の斜視図である。図9は、本開示の切削工具用素材1を用いた回転切削工具の第3例の斜視図である。図8に示すように、第2例に係る回転切削工具は、Tスロットカッタである。図9に示すように、第3例に係る回転切削工具も、Tスロットカッタである。
以下に、本開示の回転切削工具の内部給油構造を設ける例について、図を参照して説明する。
Claims (5)
- シャンクに取り付けられる取付け部と、
コア部と、前記コア部を中心軸回りに被覆する表面部とを有する切削部と、
前記取付け部と前記切削部とを接合する接合部とを備え、
前記取付け部は、硬質成分と、1種又は2種以上の鉄系元素とを含む硬質材料により形成されており、
前記硬質成分は、
(1)W(タングステン)、
(2)WC(炭化タングステン)、
(3)TiC(炭化チタン)、
(4)TiCN(炭窒化チタン)、
(5)Al 2 O 3 (アルミナ)、
(6)CBN(立方窒化ホウ素)及びダイヤモンドの少なくとも一方とW及びWCの少なくとも一方との組合せ、
(7)前記(1)ないし前記(5)から選択される少なくとも2つの組合せ、又は、
(8)前記(3)ないし前記(5)から選択される少なくとも1つと前記(6)との組合せであり、
前記硬質材料のヤング率は、350GPa以下であり、
前記コア部は、超硬合金材料を含み、
前記表面部は、PCD(多結晶ダイヤモンド)又はCBNを含み、
前記切削部は、前記取付け部とは反対側の端に位置する食付き部を有し、
前記表面部は、溝と、逃げ面と、前記溝と前記逃げ面との稜線により構成される切れ刃とを含み、
前記切れ刃は、前記端から前記取付け部の側に向かって延在しており、
前記逃げ面は、前記食付き部に位置する食付き逃げ面と、前記食付き部以外に位置する外周逃げ面とにより構成され、
前記食付き逃げ面の前記中心軸に対する傾斜は、前記外周逃げ面の前記中心軸に対する傾斜よりも大きい、切削工具。 - 前記切れ刃は、前記端側からみて前記中心軸を中心として反時計回りに回転しながら、前記端から前記取付け部の側に向かって延在する、請求項1に記載の切削工具。
- シャンクに取り付けられる取付け部と、
コア部と、前記コア部を中心軸回りに被覆する表面部とを有する切削部と、
前記取付け部と前記切削部とを接合する接合部とを備え、
前記取付け部は、硬質成分と、1種又は2種以上の鉄系元素とを含む硬質材料により形成されており、
前記硬質成分は、
(1)W(タングステン)、
(2)WC(炭化タングステン)、
(3)TiC(炭化チタン)、
(4)TiCN(炭窒化チタン)、
(5)Al 2 O 3 (アルミナ)、
(6)CBN(立方窒化ホウ素)及びダイヤモンドの少なくとも一方とW及びWCの少なくとも一方との組合せ、
(7)前記(1)ないし前記(5)から選択される少なくとも2つの組合せ、又は、
(8)前記(3)ないし前記(5)から選択される少なくとも1つと前記(6)との組合せであり、
前記硬質材料のヤング率は、350GPa以下であり、
前記コア部は、超硬合金材料を含み、
前記表面部は、PCD(多結晶ダイヤモンド)又はCBNを含み、
前記表面部は、切れ刃を有し、
前記切れ刃は、前記中心軸に対してねじれながら、前記取付け部に向かって前記取付け部とは反対側の端から延在している、切削工具。 - 前記切れ刃は、周方向に沿って交互に配置される複数の第1切れ刃と複数の第2切れ刃とを含み、
前記第1切れ刃は、前記第2切れ刃とは反対方向に前記中心軸に対してねじれながら延在する、請求項3に記載の切削工具。 - 前記切削部は、内部に第1流路を有し、
前記コア部は、凹部を含み、
前記取付け部は、凸部を有し、
前記取付け部は、内部に第2流路を有し、
前記凹部と前記凸部とにより、前記切削部の内部に位置する空間が画され、
前記第1流路は、前記空間と前記切削部の外周面とを接続し、
前記第2流路は、前記空間と外部とを接続する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の切削工具。
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