JP7292487B2 - 超硬合金製切断刃 - Google Patents
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Description
刃厚が薄いと、カット衝撃に刃先が耐えられず、チッピングが発生するという問題があった。刃厚が厚いと、切断抵抗が高く、断面品質悪くなり断面が荒れるという問題があった。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(材質)
切断刃に用いた材質はタングステンカーバイドとコバルトを主成分とした超硬合金である。超硬合金に使用されるコバルトの含有率は3~25質量%の範囲である。コバルトの含有率は5~20質量%の範囲であることが好ましい。
切断刃の形状は基本的に矩形の板形状である。板の最も短い辺を厚さとする。
図1は、実施の形態1に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図1で示すように、超硬合金製切断刃1は刃渡り方向に延びる刃先121tを有する。図1は、刃渡り方向に直交する方向の断面である。
図2は、実施の形態2に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図2で示すように、実施の形態2に従った超硬合金製切断刃1においては、外表面121s、122s、123sが段形状となっている点において、外表面121sが湾曲している実施の形態1に従った超硬合金製切断刃1と異なる。3段の刃部120の外表面121s、122s、123sは、いずれも直線形状である。外表面121s,122s,123sが中心線Cに対してなす角度は、刃先121tに近い外表面121sにおいて最も大きく、基部110に近い外表面123sにおいて最も小さい。
図3は、実施の形態3に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図3で示すように、実施の形態3に従った超硬合金製切断刃1においては、外表面121s、122sが2段である点において、外表面121s、122s、123sが3段となっている実施の形態2に従った超硬合金製切断刃1と異なる。
図4は、実施の形態4に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図4で示すように、実施の形態4に従った超硬合金製切断刃1においては、外表面122sが凹面形状である点において、外表面122sが直線形状となっている実施の形態3に従った超硬合金製切断刃1と異なる。刃先121tからZ軸方向の距離が25μmの点225は第一部分121に存在する。
図5は、実施の形態5に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図5で示すように、実施の形態5に従った超硬合金製切断刃1においては、刃先121tが平坦な形状である点において、実施の形態1に従った超硬合金製切断刃1と異なる。刃先121tを構成する平坦面は、中心線Cに対して垂直であってもよく、中心線Cに対して傾斜していてもよい。
図6は、実施の形態6に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図6で示すように、実施の形態6に従った超硬合金製切断刃1においては、刃先121tが丸められている点において、刃先121tが尖っている実施の形態1に従った超硬合金製切断刃1と異なる。刃先121tの曲率半径は単一であってもよい、刃先121tの曲率半径は複数存在して、いわゆる複合R形状とされていてもよい。
図7は、実施の形態7に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図7で示すように、実施の形態7に従った超硬合金製切断刃1においては、刃先121t近傍の第一部分121では外表面121sが外に凸の形状であり、刃先121tから離れた第二部分122では外表面122sが凹面形状である。刃先121tからZ軸方向の距離が25μmの点225は第一部分121に存在する。
図8は、実施の形態8に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図8で示すように、実施の形態8に従った超硬合金製切断刃1においては、刃先121tから基部110に向けてYμm(Yは26から100の整数)の点20Yの位置の刃部の厚みをTY、刃先121tから基部110に向けてY+1μmの点20Y1の位置の刃部120の厚みをTY1としたとき、第2の刃厚変化量TY1-TYがYが26から100のすべての整数において0.01μm以上1.85μm以下である。
図9は、実施の形態9に従った超硬合金製切断刃1の縦断面図である。図9で示すように、実施の形態9に従った超硬合金製切断刃1においては、刃先121tから基部110に向けてZμm(Zは101から3000の整数)の点20Zの位置の刃部の厚みをTZ、刃先121tから基部110に向けてZ+1μmの位置の点20Z1の刃部120の厚みをTZ1としたとき、第3の刃厚変化量TZ1-TZがZが101から3000のすべての整数において0.01μm以上1.85μm以下である。
基部110の厚み100μm、幅20mm、刃渡り方向の長さ40mmの超硬合金製切断刃1を用いてその特性を確認した。
切断刃に用いた焼結体はタングステンカーバイドとコバルトを主成分とした超硬合金である。超硬合金に使用されるコバルトの含有率は10質量%である。超硬合金の硬度はHRA(ロックウェル硬度)で92である。
製造された焼結体はダイヤモンド砥石を用いた研削機により厚さ100μm、幅20mm、長さ40mmの板形状に削り出し先端刃部加工用の素材とした。
図1で示すような凸湾曲面である外表面121sを形成するためには、凹曲面を有する円筒砥石を用いて最先端部に対して凸形状加工を両面に施した。凸形状の形成にあたっては非常に精密な加工である為、切込み量やワークレスト角度等の研削条件の設定が非常に肝要である。
図3で示すような平面の外表面121sを形成するためには、円筒砥石を用いて最先端部に対して凸形状加工を両面に施した。図2のような3段刃の場合は刃付けの時点で第三部分123を設ける。
図4で示すような凹湾曲面である外表面122sを形成するためには、凸曲面を有する円筒砥石を用いて最先端部に対して凹形状加工を両面に施した。
断面確認を日本電子社製のショットキー電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7900Fを用いて3,000倍にて撮像し、機械座標と測長機能を活用し、刃先から3、4、5、6、・・、26μmの部分の刃厚(刃部120の厚み)を測定した。その刃厚から、刃厚変化量を計算した。それらの結果を表1から5に示す。
また、ここで作成した超硬合金製切断刃を用いてその効果を確認するため、市販されている塩化ビニル板の押切切断を行いその変形、欠陥等の断面切断品質並びに切断刃に発生する欠け(以後チッピング)を観察し超硬合金製切断刃の効果を確認した。図10は切断試験を説明するための装置の斜視図である。図11は図10中のXI-XI線に沿った断面図である。図10および図11で示すように、チャック3001,3002により超硬合金製切断刃1を保持した。
ワーク材質:塩化ビニル板100 厚み0.5mm、幅290mm、長さ30mm
テスト装置:牧野フライス製作所製マシニングセンタV55(ステージ2004)にキスラー製切削動力計9255(切削動力計2003)をセットしたもの
ワークセット:下から厚み10mmのアクリル板2002、厚み1mmの両面粘着シート2001、ワークとしての塩化ビニル板100を積層した。
確認事項:チッピング(深さ5μm以上且つ幅10μm以上)、断面品質(チッピング起因の断面状態、断面荒れ)
切断テストを試料番号ごとに繰り返した結果を表1から表5に記す。
図1,2,4,7の形状の切断刃(試料番号97-100,109-112,121-124,133-136)を製造した。これらの切断刃、および上記の実施例1で製造した切断刃の最先端部に以下の追加工を行って切断刃を作製した。固定台の上に切断刃を固定し粒度#10000のダイヤモンド平砥石を用い先端角度が基部110に対して垂直になる様に加工した。断面確認方法は実施例1と同じとした。これにより、試料番号89-92,101-104,113-116,125-128,137-140の超硬合金製切断刃を作成した。
図8の形状の切断刃(試料番号145-160)を製造した。基部110の厚みは100μm~400μmとした。その他素材サイズや刃付け、外表面形成は実施例1に則る。これらの切断刃の最先端部に実施例2と同様に、先端角度が基部110に対して垂直になる様に加工した。断面確認方法は実施例1と同じとした。これにより、試料番号161-176の超硬合金製切断刃を作成した。また、実施例2と同様に最先端部にR加工を施した。断面確認は実施例1と同じとした。この時、ショットキー電界放出形走査電子顕微鏡の撮影倍率は1視野で断面を観察できる倍率とした。また、これは測長機能のあるマイクロスコープでも代用可能である。これにより試料番号177-192の超硬合金製切断刃を作成した。これらの詳細を表11から13に示す。
(実施例4)
図9の形状の切断刃(試料番号193-208)を製造した。基部110の厚みは100μm~6000μmとした。その他素材サイズや刃付け、外表面形成は実施例1に則る。これらの切断刃の最先端部に実施例2と同様に、先端角度が基部110に対して垂直になる様に加工した。断面確認方法は実施例1と同じとした。これにより、試料番号209-224の超硬合金製切断刃を作成した。また、実施例2と同様に最先端部にR加工を施した。断面確認方法は実施例3と同じとした。これにより試料番号225-240の超硬合金製切断刃を作成した。これらの詳細を表14から16に示す。
なお、表12等の「図」において「8,5」とは図8の超硬合金製切断刃1において図5のように刃先121tをフラットにしたものを示す。「9,5」も同様に図9の超硬合金製切断刃1において図5のように刃先121tをフラットにしたものを示す。
Claims (4)
- 基部と、
前記基部の延長線上に設けられ、最先端部である刃先に向けて厚みが薄くなる形状を有する刃部とを備え、
前記刃先から前記基部に向けて3μmの位置の前記刃部の厚みが0.26μm以上7.00μm以下であり、
前記刃先から前記基部に向けてXμm(Xは3から25の整数)の位置の前記刃部の厚みをTX、前記刃先から前記基部に向けてX+1μmの位置の前記刃部の厚みをTX1としたとき、第1の刃厚変化量TX1-TXが前記Xが3から25のすべての整数において0.08μm以上1.85μm以下であり、
刃渡り方向に直交する縦断面において前記刃先から前記基部に向けて25μmの範囲において前記刃部の外形が外方向に凸の部分を有し、前記凸の部分は前記刃先および前記刃先から前記基部に向けて25μmの位置を結ぶ直線よりも外側に位置する、超硬合金製切断刃。 - 前記Xが3である場合の前記第1の刃厚変化量TX1-TXが0.26μm以上0.93μm以下である、請求項1に記載の超硬合金製切断刃。
- 前記刃先から前記基部に向けてYμm(Yは26から100の整数)の位置の前記刃部の厚みをTY、前記刃先から前記基部に向けてY+1μmの位置の前記刃部の厚みをTY1としたとき、第2の刃厚変化量TY1-TYが前記Yが26から100のすべての整数において0.01μm以上1.85μm以下である、請求項1または2に記載の超硬合金製切断刃。
- 前記刃先から前記基部に向けてZμm(Zは101から3000の整数)の位置の前記刃部の厚みをTZ、前記刃先から前記基部に向けてZ+1μmの位置の前記刃部の厚みをTZ1としたとき、第3の刃厚変化量TZ1-TZが前記Zが101から3000のすべての整数において0.01μm以上1.85μm以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の超硬合金製切断刃。
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