JPH033715A - サーメットドリル - 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、耐摩耗性や靭性に優れ、高速切削に耐え得る
高品質なドリルに関するものである。

［従来の技術とその課題］ ドリルは、鋼材なとの穿孔加工に用いられる切削工具で
あり、その−例としてツイストドリルの構造が第１図に
示されている。ツイストドリルは、穿孔加工に供される
切刃部１と、切削に関与せず、主として切屑の排出とボ
ール盤などの切削機械のチャック部などに装着するため
の働きを持つシャンク部２とを有している。

使用状態において、ドリルの切刃部およびシャンク部は
、各々異なった負荷状態で使用される。

したがって、ドリルの各部に要求される特性は異なる。

たとえば、切刃部の刃先部では耐摩耗性や耐溶着性など
が要求され、シャンク部では工具としての強度を保持す
るための靭性が要求される。

また、切刃部の刃先部についても、その中心部と外周部
とでは切削速度が大きく異なるため、要求される特性も
異なる。このような複雑な要求に応えるように、従来か
らドリルの材料として種々のものが開発されてきた。

従来より、一般的なドリルの材質は高速度鋼および超硬
合金である。高速度鋼は、靭性に富むが耐摩耗性が低く
、高速切削に不適である。一方、超硬合金は耐摩耗性や
精度特性に優れる反面、脆い性質を有し、たとえば剛性
の低い工作機械に使用すると折損する場合があった。

これらの改良として、高速度鋼の切刃部に硬質のＴｉＮ
をコーティングする構造、あるいは切刃部を超硬合金に
し、ろう付けする構造などが考えられた。しかし、切刃
部にコーティングを施したものは、通常使用されるよう
にドリルの再研削を実施すると、少なくとも前退面側の
コーティング層が除去されてしまい、コーティングの効
果の大半が失われてしまう欠点を有していた。また、切
刃部に超硬合金をろう付けする構造は、ろう付は自体が
本質的に熱的強度や機械的強度に劣るものであるので、
難削材や深穴加工には適用できないという欠点を有して
いた。

さらに近年では、耐摩耗性および靭性の向上などを意図
して異なる材質の超硬合金同士（Ｐ２ＯとＤ３０）をろ
う付けした構造（実開昭５８−１４３１１５号）あるい
は冶金学的に一体化接合した構造（実公昭６２−４６４
８９号）、さらに、ドリルの中心部と外周部との要求さ
れる特性の違いに着目し、その中心部と外周部との超硬
合金の材質を違えた二重構造に成形したもの（特開昭６
２−２１８０１０号）、あるいはこの二重構造を射出成
形で形成する方法（特開昭６３−３８５０１号、３８５
０２号）などが提案された。また、ドリルの耐溶着性の
構造のために、ドリルの材質をサーメットで構成した構
造（特開昭６２−２９２３０７号）などがある。これら
の従来の例において、ドリルのシャンク部の靭性を向上
させる目的で超硬合金の粗粒化や高結合相化を行なりた
ちのは、逆に材料の強度を低下させたり、あるいは弾性
変化歪を低下させ被削材のブレやマシンの不安定な回転
などにより、穴あけ加工中に折損してしまうという問題
を生じた。

このように、従来からドリルの複雑な要求に対して個々
の観点からの改良がなされている。しかし、従来のこれ
らの構造は、いずれもドリルのすべての特性上の要求を
完全に満たすものではなかった。

したがって、本発明は、上記のような状況に鑑みてなさ
れたものであり、ドリルの切刃部において優れた耐摩耗
性、耐溶着性を有し、かつシャンり部において必要十分
な特性を併せ持つサーメットで構成されるサーメットド
リルを提供することを目的とする。

［発明の概要］ ドリルに要求される特性のうち特に耐摩耗性および耐溶
着性の向上に着目して、発明者は、チタン（Ｔｉ）を主
成分とした窒素含有サーメットの適用が必須であると考
え、このサーメットの種々の含有成分に対しパラメトリ
ックな実験を行ない、多くの有効な知見を得た。本発明
はこの知見に基づいてなされたものである。すなわち、
（１）　　ドリルの刃先における熱衝撃に起因する亀裂
の発生、進展を抑制するためには、粒径が０．２〜０．
６μｍの微粒硬質相と、粒径が１〜３μｍの粗粒硬質相
との体積混合比が０．３〜３゜０の範囲にあることが必
要である。なお、より好ましくは微粒硬質相の粒径は０
．３〜０．５μｍであり、粗粒硬質相の粒径は１．５〜
２．２μｍである。

（２）　シャンク部に要求される靭性強度を高めるため
には、サーメットの硬質分散相が粒径０゜２〜０．６μ
ｍの微粒な構造であることか必要である。上記２つのサ
ーメットは互いにその特性が異なるものの組成的には類
似している。したがって、ろう付けのように、不連続で
低強度の接合方法を用いることなく、この両者を連続的
に接合形成することが可能である。その接合方法の例と
しては、プレス（ドライバッグ）時接合やＨＩ　Ｐ時接
合がある。

以上の知見により、本発明では、互いに異なる組成のサ
ーメットで形成されているドリルの切刃部とシャンク部
とを一体接合している。このドリルの各部の組成および
その特性を以下に説明する。

■　切刃部 Ａ、　硬質分散相の成分 ａ、　硬質分散相は、チタンと、チタンを除く周期律表
第１Ｖａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属のうちの１種類もしくは
２種類以上の金属との炭化物、窒化物、複炭窒化物のい
ずれかからなり、さらに、硬質分散相中に含まれる金属
原子中のチタンの量は原子比で０．５〜０．９５の範囲
である。０．５未満ではサーメットの耐摩耗性および耐
溶着性か不足する。また、０．９５を越えるとサーメッ
トの焼結性が劣化する。

ｂ、　硬質分散相に含まれる非金属原子中の窒素の割合
が原子比で０．１〜０．７の範囲である。０．１未満で
は窒素原子が焼結時の硬質分散相の粒成長を抑制すると
いう効果が生じなくなる。

また、０．７を越えるとサーメットの焼結性が劣化する
。

Ｃ１硬質分散相は、粒径が０．２〜０．６μｍの微粒硬
質相と粒径が１〜３μｍの粗粒硬質相との混合体であり
、粗粒硬質相に対する微粒硬質相の体積比率は０．３〜
３．０の範囲である。

０．３未満では、靭性が劣り、ドリルの刃先部にチッピ
ングが生じる。また、３．０を越えると耐熱衝撃性が劣
化し熱亀裂か発生する。

Ｂ、　サーメット中に占める結合金属相の量ａ、　サー
メット中に占める結合金属相の量は、５重量％〜３０重
量％の範囲である。５工員％未満では靭性が不足し、刃
先にチッピングが生しる。また、３０重量％を越えると
耐摩耗性が不足し、刃先の逃面やマージン部に大きな摩
耗が生しる。

■　シャンク部 シャンク部は高い靭性を要求されるため、曲げ荷重に順
応して歪み得る低ヤング率と、刃先部との良好な接合性
とを実現するために、刃先部との熱膨張係数の差が１．
０ＸＩＯ−６／’Ｃ以下であることか必要である。

Ａ、　硬質分散相の成分 ａ、　硬質分散相は、チタンと、チタンを除く周期律表
第■ａ　、Ｖ　ａ　−、Ｗ　ａ族金属のうちの１種類も
しくは２種類以上の金属との炭化物、窒化物、複炭窒化
物のいずれかからなり、さらに、硬質分散相に含まれる
金属原子中のチタンの量が原子比で０．５〜０．９５の
範囲にある。０．５未満ては刃先部との接合性が劣化す
る。また、０゜９５を越えるとサーメットの焼結性が劣
化する。

ｂ、　硬質分散相に含まれる非金属原子中の窒素の割合
が原子比で０．１〜０．７の範囲である。０．１未満で
はサーメットの焼結時に硬質分散相の粒成長が生じ、所
定の粒径が得られない。

また、０．７を越えるとサーメットの焼結性か劣化する
。

Ｃ９硬質分散相の粒径は、０．２〜０．６μｍの微粒子
構造である。粒径は、０．６μｍを越えるとサーメット
の強度が劣化し、シャンク部に要求される十分な靭性を
保持し得ない。

Ｂ、　サーメット中に占める結合金属相の量サーメット
中に占める結合金属相の量は、５重量％〜３０重量％の
範囲にある。５重量％未満では、強度が不足し、３０重
量％を越えるとサーメットは塑性変形を生じる。また、
前記の範囲を外れると刃先部との熱膨張係数の差が大き
くなり好ましくない。

このように、本発明のザーメットドリルは、互いに異な
る粒度組成を有する切刃部とシャンク部とを一体接合成
形したザーメットドリルである。

［実施例コ ］　０ 以下、本発明の実施例について説明する。

第１表は実験に用いられたサーメット合金の組成および
粒度分布等を示している。これらのサーメット合金を用
いて、各々単材料で直径１０ｍｍのドリルを作製し、そ
の穴あけ性能を調査した。

第１表に示す合金群において、たとえば合金Ａ〜Ｆのグ
ループは、硬質分散相の粒度分布に着目したものである
。合金Ｇ〜■のグループは、主に非金属原子中の窒素の
割合に着目したものである。

合金Ｊ−Ｍのグループは、主に結合相量に着目しまた、
性能評価テストは、第２表に示す条件において行なわれ
た。すなわち、耐摩耗性評価テストおよび耐熱亀裂性評
価テストである。各々のテスト結果を第３表に示す。

（＊１）　硬質相の粒度依存比、　　Δ　　（体積比）
、　■２図参刀（＊２）　本発明品１　シャンク用 〃　　２　刃先用 １ ２ まず、合金Ａ−Ｆのグループでの結果において、硬質分
散相の粒度が比較的細かい合金Ａ−Ｄでは優れた耐摩耗
性を示した。また、合金ＥＳＦは突発的な折損を生じた
。耐熱亀裂性に対しては、粒度のより細かい合金Ａおよ
びＢが劣る結果を示した。シャンク強度に対しては、合
金Ａが最も優れ、硬質分散相の粒度が粗くなるにつれて
（合金Ｃ〜Ｆの順）、劣る傾向を示した。

したがって、この合金Ａ−Ｆの一グループでは、合金Ｃ
ＳＤが耐摩耗性、耐熱亀裂性に優れ、また合金Ａがシャ
ンク強度に優れることが判明した。

合金Ｇ−１では、合金Ｇの寿命が短く、また合金Ｉはシ
ャンク強度に劣ることが判明した。

合金Ｊ−Ｍのグループにおいては、合金Ｋが優れたシャ
ンク強度を示し、合金りが優れた耐熱亀裂性を示した。

この結果から、合金にはシャンク部に適した特性を有し
、合金りは刃先部に適した特性を有していることが認め
られる。

第３表に示した結果から、まずドリルの切刃部に適する
特性を有する合金として合金Ｃ５ＤＳＨ。

Ｌｌさらにドリルのシャンク部に適する特性を有する合
金として合金Ａ、Ｋを選出した。そして、これら合金を
各々一体接合成形した数種のドリルを作製し、その性能
評価テストを行なった。第４表には、ドリルの刃先部と
シャンク部とに用いられた合金の組合わせとその評価テ
ストの結果を示している。性能評価テストは第２表に示
した条件に従って行なわれた。ドリルの刃先部とシャン
ク部との結合形成方法は、互いに合金同士を熱拡散で接
合する方法、あるいは粉末圧縮成形時に各々を接合して
成形した後、焼結時に一体化する方法などが使用される
。なお、参考のために、現在使用されているコーティン
グハイスドリルおよびコーティング超硬ドリルのテスト
結果も併せて第４第４表に示される性能評価テストの結
果を第３表と比較すると、いずれの組合わせに係る複合
合金Ｎ−Ｑも耐摩耗性、耐熱亀裂性および高靭性を有し
ていることが明らかとなる。また、第３表に示した性能
評価テストで、たとえば合金Ｅ、Ｆに突発的に生じた折
損も本複合合金Ｎ−Ｑにおいては全く発生しなかった。

しかも、本複合合金は、切刃部を再研摩してもその緒特
性に何ら変化が見られず、高品質を有することか明らか
となった。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によるサーメットドリルは、切削
加工に供する切刃部の硬質分散相を微粒と粗粒の適当な
混合体で構成し、かつシャンク部を微粒構造のみに成形
することにより、切刃部で要求される耐摩耗性、耐熱亀
裂性を向上し、かつシャンク部で要求される高靭性を確
保し信頼性の高い高品質なドリルを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的なツイストドリルの構造図である。第
２図は、サーメットの硬質分散相の粒度］５ 分布を示す硬質分散相粒度分布図である。 図において、］はドリルの切刃部、２はシャンク部を示
している。 　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 チタンと、チタンを除く周期律表第IVａ、Ｖａ、VIａ族
   金属のうち１種または２種以上の金属との炭化物、窒化
   物、複炭窒化物のいずれかを主要成分とする硬質分散相
   と、ニッケルとコバルトとを主成分とする結合金属相と
   からなるサーメットで構成され、かつ被削物を切削する
   ための切刃部と、その一部が切削機械の所定の取付位置
   に取付けられるシャンク部とを備えたサーメットドリル
   において、 前記硬質分散相は、チタンを含む金属原子群と窒素を含
   む非金属原子群とを含み、前記金属原子群中の前記チタ
   ンの量は原子比で０．５以上０．９５以下であり、 前記非金属原子群中の前記窒素の量は原子比で０．１以
   上０．７以下であり、 前記結合金属相は、前記サーメット中に占める割合が５
   重量％以上３０重量％以下であり、前記切刃部を構成す
   る前記サーメットの前記硬質分散層は、平均粒径が０．
   ２μｍ以上０．６μｍ以下の微粒子群と、平均粒径が１
   μｍ以上３μｍ以下の粗粒子群とを備え、 前記粗粒子群に対する前記微粒子群の体積比は０．３以
   上３以下であり、 前記シャンク部を構成する前記サーメットの前記硬質分
   散相は、その大部分が粒径０．２μｍ以上０．６μｍ以
   下の粒子群で構成されていることを特徴とする、サーメ
   ットドリル。