JPH02294404A - 工業部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタングステンカーバイドと金属コバルトよりな
る工業部品の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、バイト、チップ、エンドミルなどの切削工具やプ
ラグ、圧造用工具、各種ダイスなどの摩耗工具などの工
業用部品は粉末冶金法を用いて、タングステンカーバイ
ドおよび金属コバルトに少量のグリセリンを添加したり
、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛またはステアリン酸リ
チウムなどを添加混合した後、成形・焼結の工程を経て
製造されている。しかしながら、圧縮成形により賦形す
るさい、厚み方向に密度分布が発生したり、また高圧で
圧縮成形するため、押型内から抜き出された成形体にス
プリングバックが発生したりして、焼結後の寸法精度が
悪くなるという問題があった。

最近になり、合成樹詣、合成ゴムなどとタングステンカ
ーバイドを混練し、ロール圧延したシートとからプレス
成形し、焼結を行うことにより、精密焼結体を得る試み
が、たとえば特開昭５５−２１８０１号や特開昭５２−
８０８０８号においてなされている。しかしながら、プ
レス成形を行うために、シート状に予備成形をする必要
があり、工程が煩雑であるという問題がある。また特開
昭５９　−　２８６５３号に示されているように、ポリ
ビニルブチラール樹脂、ジブチルシン一レートなどｄる
多ル酸エステル、ステアリン酸などの特殊な樹脂をブチ
ルアルコール、トリクロルエチレン、テトラクロルエチ
レンなどの共沸溶媒とともにタングステンカーバイドな
どの超硬合粉末とともに加え、ボールミルで混合後、乾
燥し溶媒を除去し、射出成形を行い、焼結の工程を終え
て焼結体を製造する方法も提案されている。しかしこの
ような方法では射出成形を行い、複雑な形状を有する成
形体を得ることはできるが、溶媒を除去する工程が必要
であることや混合にボールミルを用いているなど長時間
を要する複雑な工程が必要であるなど問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のことから、本発明はタングステン力ーバイドと金
属コバルトからなる超硬工業部品を極めて簡易な方法に
より、提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明にした
がえば、これらの課題は、タングステンカーバイドと金
属コバルトがらなる工業部品を製造するにあたり、あら
かじめ有機バインダーとタングステンカーバイドおよび
金属コバルトを混合した後射出成形された成形体中に、
有機バインダーが実質的に存在しなくなるまで脱脂し、
次いでタングステンカーバイドと金属コバルトが焼結す
る温度まで加熱することにより工業部品を製造する方法
であり、タングステンカーバイド、金属コバルトおよび
有機バインダーの合計量中に占める有機バインダーの割
合は３〜ｌＯ重量％であり、がっタングステンカーバイ
ドと金属コバルトとの合計量中に占める金属コバルトの
割合は２．５〜２５重量％であることを特徴とする工業
部品の製造方法、によって解決することができる。以下
本発明を具体的に説明する。

本発明におけるタングステンカーバイド、金属コバルト
および有機バインダーを以下に示す。

（Ａ）　　タングステンカーバイド 本発明のタングステンカーバイドの平均粒径は０．５〜
ＩＯ塵であり、０．５〜８．０−が望ましく、ｌ．Ｏ〜
８．０−が好適である。平均粒径が０．５ｍ未満では混
線が困難で均一な組成物を一つくることが困難である。

一方、ｌＯμｓを超える場合は焼結によって得られる焼
結体の機械的強度が低下する。

（Ｂ）　　金属コバルト 金属コバルトの平均粒径は０．５〜１０一であり、０．
５　〜ｇ．ＯＩｘａが望ましく、１．０　〜８．０ｍが
望ましく、１．０〜８．０−が好適である。平均粒径が
０．５１未満では、均一な分散が困難となる。一方、平
均粒径が１０ｕｍを超える場合は得られる焼結体の靭性
などの機械的強度がばらつくため問題となる。

（Ｃ）　　有機バインダー バインダーとして使用可能な樹脂としては、エチレン系
重合体、スチレン系重合体、ブロビレン系重合体、エチ
レンー酢酸ビニル共重合体、アルキル（炭素数６個以下
）メタアクリレートを主成分（５０重量％以上）とする
重合体（たとえば、ポリメチルメタクリレート、ポリエ
チルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート）およ
びアルキル（炭素数６個以下）アクリレートを主成分（
５０ｍ二％以上）とする重合体（たとえば、ポリメチル
アクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルア
クリレート）があげられる。以上において、“系重合体
”とは該モノマーの単独重合体および該モノマーを主成
分（少なくとも５０重二％）とし、他のモノマーの単独
重合体を意味する。

これらのバインダーの数平均分子量〔蒸気圧浸透法（ｖ
ａｐｏｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｓｉｏａｅｔｅｒ法）
によって測定〕は通常２．０００ないし５０万であり、
４．０００以上の物が好ましい。これらのバインダーは
セラミックス材料と混合して焼結物質を製造する分野に
おいて広く使われているものである。

（Ｄ）混合割合 本発明の工業部品を製造するタングステンヵーバイド、
金属コバルトおよび有機バインダーよりなる混練物にお
いて、タングステンカーバイド、金属コバルトおよび有
機バインダーの合：Ｉ’ｆｆｉ中に占める有機バインダ
ーの割合は、３〜１０重二％であり、４〜ｌＯｍ量％が
望ましく、５〜９重二％が好適である。混練物中の有機
バインダーの割合が３重二％未満では混練性、分散性が
悪いばかりでなく均一な混練物を製造することが困難で
ある。

一方、１０重量％を超えると、脱詣後の密度が低いため
に焼結が困難になる。また、タングステンカーバイドと
金属コバルトとの合計量中に占める金属コバルトの割合
は２６５〜２５重量％であり、３〜２５重量％が望まし
く、５〜２５重量％が好適である。タングステンカーバ
イドと金属コバルトとの合計量中に占める金属コバルト
の割合が２．５重瓜％未満では焼結後の工業部品の物性
が不足し問題となる。一方、２５重皿％を超えると焼結
体の硬度が低下するために問題となる。

（Ｅ）　　混合物の構造 本発明のタングステンカーバイド含有焼結性混練物ペレ
ットを製造するには、前記のタングステンカーバイド、
金属コバルトおよびバインダーを均一に混合した後、ベ
レ・ソト化すれば良い。さらに組成物ペレット中に必要
に応じて、脂肪酸アミド、脂肪酸またはそのエステル、
脂肪酸アルコール、脂肪酸エーテル、バラフィンワ・ソ
クスなどの加工助剤を添加することができる。

組成物ベレットの製造方法としては、熱可塑性樹脂の分
野において、一般に使われているヘンシエルミキサーの
ごとき混合機を用いてドライブレンドさせても製造する
ことができる。また、バンバリーミキサ、ニーダー、ロ
ールミルおよびスクリュー式押出機のごとき混合機を使
用して溶融混練させても得ることができる。このさい、
あらかじめドライブレンドし、得られる混合物を溶融混
練させることによって均一状の組成物ベレットを得るこ
とができる。

（１？）射出成形 このようにして得られるタングステンカーノくイド含有
焼結混練物ベレットは合成樹脂の分野において通常実施
されている射出成形法によって各種の形状を有する工業
用部品グリーン体に成形される。なお、前記の溶融混練
する場合でも、成形する場合でも、使用されるバインダ
ーの軟化点以上の温度であるか、分解温度以下の温度範
囲で実施する必要がある。これらのことから、溶融混線
、および射出成形は１００〜２００℃の温度範囲で実施
すればよい。

得られる工業用部品グリーン体の厚さは、一般的には０
．２〜２００ｍｍであり、　０．５〜１５０關が好まし
く、特に１．０〜１５０＋ｍが好適である。この成形体
の厚さが２００龍を超えるならば、後記の脱脂・焼結を
行った場合、表面にフクレが発生したり、クラックが発
生する。該工業用部品グリーン体の形状は特に限定する
物ではないが、その代表例として板状、棒状、箱状、バ
イブ状、円筒状などがあり、その他の複雑な形状を有す
る物でもよい。

このようにして得られた成形体は後記の脱脂および焼結
に供せられる。

（Ｇ）脱　脂 得られた工業用部品グリーン体は室温より雰囲気の温度
を上昇させ、本質的にバインダーがなくなるまで脱脂を
実施するが、雰囲気として、真空下、またはアルゴン、
窒素などの不活性ガスの雰囲気下で実施する必要がある
。ここで雰囲気が真空下または不活性ガス下でない場合
は脱脂の段階で金属コバルトが酸化されてしまうために
問題となる。また、脱脂の最高温度は通常２００℃以上
であるが、工業用部品グリーン体の厚さが厚いほど、最
高温度が高い温度まで脱脂する必要がある。温度の上昇
速度は通常１時間当たり１〜１００℃（好ましくは１〜
８０℃）である。上昇速度はグリーン体の厚さが薄い場
合では、早い速度で上昇させても良いが、厚い場合では
成形体にフクレなどの変形が発生するので遅くする必要
がある。この脱脂工程は不活性ガス雰囲気下では加圧下
（最高１０ｋｇ　／　ｃｄ　）で実施しても良い。

（｝ｌ）焼・結 このようにして脱脂された脱脂体は焼結金属の分野で行
われている方法に従って焼結される。焼結ハｌＯ’〜１
０−７Ｔｏｒｒの真空下またはアルゴン、窒素などの不
活性ガス雰囲気下で１．０００〜１，５００’Ｃの範囲
で焼結される。

〔実施例および比較例〕

以下、実施例および比較例において、脱脂は内容積２，
０００ｃｃの電気炉を用いて窒素の雰囲気下でｌθ℃／
時間で４５時間かけて４００”Ｃまで昇温させた。

また、焼結は真空電気炉（内容積１　，　０００ｃｃ）
を用いて、ＩＯ’Ｔｏｒｒの真空下で３００”Ｃ　／時
間で昇湿させた。

実施例および比較例において、使用したタングステンカ
ーバイド、金属コバルトおよび有機バインダーの種類を
下記に示す。

〔（Ａ）タングステンカーバイド〕

タングステンカーバイドとして、平均粒径が２．０ｍ（
以下ｒＷＣ（Ａ）Ｊという〕および１５．０ｕｒａ〔以
下ｒＷＣ（Ｂ）Ｊという〕であるタングステンカーバイ
ドを使った。

〔（Ｂ》金属コバルト〕

また、金属コバルトとして、平均粒径が２．０一である
金属コバルトを用いた。

〔（Ｃ）バインダー〕

バインダーとして、平均分子量が約２０万であるボリメ
タアクリル酸ブチルｔｏｏｍｉ部に１５ｆｆｌｆｆｉ部
のステアリン酸を添加したバインダー〔以下「バインダ
ー（＾）」という〕および該ボリメタアクリル酸ブチル
５０匝量部、平均分子量が２万であるアモルファスボリ
ブロピレン５０ｆｆ１部およびステアリン酸１５ｆｆｌ
量部を悉加したバインダー〔以下「バインダー（Ｂ）」
という〕を使用した。

実施例１〜７、比較例１〜４ 第１表にタングステンカーバイドと金属コバルトの合計
量中の金属コバルトの割合が示されているタングステン
カーバイドおよび金属コバルトならびに第１表に種類お
よび配合割合が示されているバインダーをあらかじめヘ
ンシエルミキサーを使ってそれぞれ２分間ドライブレン
ドを行った。

得られた各混合物をベント付二軸押出槻（口径３５ｍ／
■）を用いて１５０”ｃの温度において混練しながらペ
レットを製造した。得られたベレットを射出成形機（樹
詣温度　１５Ｇ’ｃ）を使用して下部幅が１８．ｈ／ｓ
厚さが４．０１７１％上部幅がｌＯ．ｏｍ／一”ｔ’あ
る超硬スローアウェイチップの一種である四角穴なしポ
ジティブグリーン体を作成した。得られた各グリーン体
を脱脂炉を使って前記の条件で脱脂を行った。このよう
にして得られた各脱脂体を前記の条件で焼結し（焼結温
度を第１表に示す）各焼結体を製造した。このようにし
て得られた各チップ焼結体の外観および密度を第１表に
示す。また、ツールグラインダーにより表而切削、研磨
を行い、ＪＩＳで規定された形状に仕上げされたチップ
を用い、硬度が７０の鋼材の丸棒（外径　５０φ）を切
削した。実施例１〜５のチップは粉末冶金により成形さ
れた同形状のチップと同様に切削は問題なく実施可能で
あった。しかし、比較例３のチップは切削時にチップが
破壊した。また、比較例４のチップを用いた場合、チッ
プの摩耗が発生した。

〔発明の効果〕

本発明の方法によって得られる工業部品はその製造法を
含めて下記のごとき効果を発揮する。

（１）複雑な形状に賦形でき、かつ寸法精度にすぐれて
いるため、切削加工の工程を大幅に短縮することができ
る。

（２）組織が均一で、内部欠陥が少ないため、部品とし
ての寿命が長い。

（３）多数個取りができることにより量産性にすぐれて
いる。

本発明において得られる工業部品は以上のごとき効果を
発揮するため多方面にわたって利用することができる。

代表的な用途を下記に示す。

（１）　　バイト、エンドミル、チップなどの刃具製品 （２〉　　振れ止めシュー、位置決めシュー、チャック
爪などの対摩耗部品 （３）ミシン針、厚みゲージなどの工業用測定只の測定
子 （４）　　各種金型部品 などの工業用部品。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. タングステンカーバイドと金属コバルトからなる工業部
   品を製造するにあたり、あらかじめ有機バインダーとタ
   ングステンカーバイドおよび金属コバルトを混合した後
   、射出成形された成形体中に、有機バインダーが実質的
   に存在しなくなるまで脱脂し、次いでタングステンカー
   バイドと金属コバルトが焼結する温度まで加熱すること
   により工業部品を製造する方法であり、タングステンカ
   ーバイド、金属コバルトおよび有機バインダーの合計量
   中に占める有機バインダーの割合は３〜１０重量％であ
   り、かつタングステンカーバイドと金属コバルトとの合
   計量中に占める金属コバルトの割合は２．５〜２５重量
   ％であることを特徴とする工業部品の製造方法。