JPH07115246B2 - 高マンガン鋼の高能率切削方法 - Google Patents

高マンガン鋼の高能率切削方法

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JPH07115246B2
JPH07115246B2 JP2278587A JP27858790A JPH07115246B2 JP H07115246 B2 JPH07115246 B2 JP H07115246B2 JP 2278587 A JP2278587 A JP 2278587A JP 27858790 A JP27858790 A JP 27858790A JP H07115246 B2 JPH07115246 B2 JP H07115246B2
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守賀 金丸
常男 立野
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高マンガン鋼の高能率切削方法に関し、詳細
には、難削材である高Mn鋼や高Mn鋳鋼を高速,高切り込
み量(即ち、高能率)でスローアウェイチップにより切
削する方法に関するものである。
(従来の技術) 高Mn鋼や高Mn鋳鋼(以降、高Mn鋼という)は、高強度を
有し、熱伝導性が悪く、又、切削加工中に硬化するた
め、切削加工が極めて難しい材料、即ち、難削材であ
る。
かかる高Mn鋼に対して旋削加工やフライス加工等の切削
を行うに際し、比較的高能率で切削するには、出来るだ
け高温で高硬度及び高強度を有するスローアウェイチッ
プ(以降、チップという)を使用することが要求され
る。
このような要求を充たし得るチップは従来得られていな
いが、それらの中で高温での硬度及び強度が最も高いの
は超硬製チップである。従って、高Mn鋼の切削は超硬製
チップを使用して行われている。しかし、超硬製チップ
を使用する方法(以降、従来超硬チップ法という)で
も、極めて低い切削速度(約30m/min未満)でないと高M
n鋼を切削し得ず、そのため切削能率が極めて低く、切
削加工に長時間を要するという問題点がある。
そこで、かかる問題点を解決すべく、高温で高硬度及び
高強度を有するセラミックスに着目して種々検討が行わ
れ、最近ではAl2O3−TiC系セラミックス製チップを使用
する高Mn鋼の切削方法(以降、従来セラミックスチップ
法という)が開発されてきた。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来セラミックスチップ法は、高Mn鋼を比較的高速
度(約30〜60m/min)で切削し得る。ところが、チップ
の靭性不足に基づきチップの欠損がしばしば生じるとい
う問題点がある。そのため、極めて小さい切り込み量
(1mm未満)での切削を余儀無くされ、切削能率が極め
て低く、切削加工に長時間を要するという問題点があ
る。
本発明はかかる事情に着目してなされたものであって、
その目的は従来のものがもつ以上のような問題点を解消
し、前記従来セラミックスチップ法の場合に比し、高Mn
鋼をチップ欠損を生ずることなく高切り込み量で、且
つ、同等もしくはそれ以上の高速度で切削し得る高Mn鋼
の高能率切削方法を提供しようとするものである。即
ち、前記従来超硬チップ法及び従来セラミックスチップ
法の場合に比して高Mn鋼を高能率で切削し得る切削方法
の提供を課題とするものである。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明に係る高マンガン
鋼の高能率切削方法は、次のような構成としている。
即ち、請求項1に記載の高能率切削方法は、高マンガン
鋼を高速,高切り込み量の高能率でスローアウェイチッ
プにより切削する方法であって、スローアウェイチップ
が、Si3N4ウイスカ:3〜40wt%を含み、且つSi,Ti,V,Cr,
Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の1種又
は2種以上を0.5〜40wt%含むと共に、前記ウイスカを
チップのすくい面に略平行に配向させたAl2O3基セラミ
ックスよりなることを特徴とする高マンガン鋼の高能率
切削方法である。
請求項2に記載の高能率切削方法は、前記ウイスカがO
量:0.3〜1.5wt%である請求項1に記載の高マンガン鋼
の高能率切削方法である。
請求項3に記載の高能率切削方法は、前記炭化物、窒化
物、炭窒化物の1種又は2種以上の一部が、Al2O3結晶
粒内にナノオーダで分散してナノコンボジット構造を呈
している請求項1又は請求項2に記載の高マンガン鋼の
高能率切削方法である。
請求項4に記載の方法は、前記Al2O3基セラミックス
が、焼結助剤としてのMgO,ZrO2,TiO2,Y2O3,希土類酸化
物,CrO2,NiO,SiO2,CaO,Na2O又は炭化クロムの1種また
は2種以上を0.5〜10.0wt%含有する請求項1、請求項
2又は請求項3に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法
である。
(作 用) 本発明に係る高Mn鋼の高能率切削方法(以降、本発明法
いう)は、以上説明したように、高Mn鋼を切削するに際
し、Si3N4ウイスカ:3〜40wt%を含み、且つSi,Ti,V,Cr,
Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の1種又
は2種以上(以降、炭化物等という)を0.5〜40wt%含
むと共に、前記ウイスカをチップのすくい面に略平行に
配向させたAl2O3基セラミックスよりなるスローアウェ
イチップ(以降、本発明に係るチップという)を使用す
るようにしている。
この本発明に係るチップは、上記の如くSi3N4ウイスカ
と共に炭化物等を含むAl2O3基セラミックスよりなる。
該Si3N4ウイスカは、Al2O3基セラミックスの有する特性
の劣化を招くことなく、マトリックスを強化し高靭性化
する作用を有している。又、炭化物等は、マトリックス
の組織を微細化すると共に異常粒成長を抑制し、高強度
化する作用を有する。故に、本発明に係るチップは、前
記従来のAl2O3−TiC系セラミックス製チップに比し、靭
性、強度、高温強度、高温硬度、及び耐摩耗性が優れて
いる。
ここで、Si3N4ウイスカ含有量を3〜40wt%としている
のは、3wt%未満では高靭性化の効果が小さくなって耐
欠損性が劣化し、40wt%超では鉄との反応性を有するSi
3N4が相対的に増加して耐摩耗性が劣化し、且つSi3N4
イスカの充分な均一分散状態が得られず、強度低下を招
くようになるからである。尚、Si3N4ウイスカは針状の
形状を有するものである。
炭化物等の含有量を0.5〜40wt%としているのは、1.5wt
%未満では前記高強度化の効果が小さくなり、40wt%超
では焼結性の低下により緻密な焼結体が得られなくなる
からである。
又、本発明に係るチップは、前記の如きウイスカをチッ
プのすくい面に略平行に配向させるようにしている。こ
のようにすると、針状Si3N4ウイスカの軸方向とすくい
面とが平行になっているので、チップは切削加工時の切
削主分力に対し極めて強い抵抗力を有するようになり、
そのため耐欠損性が更に優れたものになる。尚、上記ウ
イスカ配向は、少なくとも、切削性能に直接影響するす
くい面内、即ちすくい面の近傍において成されておれば
よい。又、かかる配向が成されている限りにおいては、
ウイスカ同士が平行でもよく、直交していてもよく、放
射状になっていてもよく、或いはアトランダムになって
いてもよい。
以上の如く、本発明に係るチップは、前記従来のセラミ
ックス製チップに比し、靭性、強度、高温強度、高温硬
度、及び耐摩耗性、並びに耐欠損性が優れている。この
ようにチップの靭性及び耐欠損性が優れていると、高切
り込み量での高Mn鋼切削が可能になり、又、高温硬度、
高温強度及び耐摩耗性が優れていると、高Mn鋼の高速度
切削が可能となる。従って、かかるチップを使用する本
発明法は、前記従来セラミックスチップ法の場合に比
し、高Mn鋼をチップ欠損を生ずることなく高切り込み量
で切削し得ると共に、高速度で切削し得るようになる。
即ち、定量的には高Mn鋼を切削速度:30m/min以上、切り
込み量:1mm以上で切削し得、極高能率切削が可能とな
る。
本発明に係るチップを製造するには、Si3N4ウイスカを
溶媒中に分散してスラリ化した後、Al2O3及び炭化物等
の混合粉末に混合し、焼結し、チップ形状に加工すれば
よい。このとき、Si3N4ウイスカのO量を0.3〜1.5wt%
にすると、ウイスカの充分な均一分散状態が得られ、そ
の結果チップの強度及び靭性をより向上し得、高強度及
び高靭性を確保し易くなるのでよい。尚、O量:0.3wt%
未満ではウイスカ均一分散効果が小さいため、一方O
量:1.5wt%超ではSiO2とAl2O3との反応が生じるため、
O量:0.3〜1.5wt%の場合に比し、強度及び靭性が低下
する。故に、Si3N4ウイスカのO量を0.3〜1.5wt%にす
ることが望ましい。
前記炭化物等の一部がAl2O3結晶粒内にナノオーダで分
散してナノコンボジット構造を呈するようにすると、Si
2N4ウイスカによる繊維強化とナノ複合強化の組合せ作
用効果により、チップの強度及び耐欠損性をより向上し
得るようになる。
本発明に係るチップの製造過程の焼結前に、焼結助剤と
してMgO,ZrO2,TiO2,Y2O3,希土類酸化物,CrO2,NiO,SiO2,
CaO,Na2O又は炭化クロムの1種または2種以上を0.5〜1
0.0wt%添加すると、焼結性が向上し、焼結組織が微細
化及び均一化され、高強度及び高靭性を確保し易くな
る。添加量が0.5wt%未満ではこの効果が極めて小さ
く、10.0wt%超では高温強度が低下する。
(実施例) 実施例1 O量を0.6wt%に調整したSi3N4ウイスカを、溶媒に添加
し、超音波エネルギを30分間付与し、溶媒中に均一に分
散させ、スラリを得た。該スラリにAl2O3粉末及び炭化
物等、或いは更に焼結助剤を含む混合体を添加し、両者
を湿式ミルにより20時間撹拌・混合した後、スプレード
ライャにより乾燥・造粒した。得られた混合粉末を、黒
鉛型内に詰め込み、Ar気流中にて1850℃,200Kg/cm2の条
件でホットプレスにより30分間の一軸加圧焼結を行い、
焼結体(即ちAl2O3基セラミックス)を得た。このよう
にすると焼結体中のウイスカはホットプレス面に平行に
2次元に配向させ得る。尚、Si3N4ウイスカ及び炭化物
等の添加量、焼結助剤の種類及び添加量を第1表に示す
如く変化させた。Si3N4ウイスカ含有量は15〜30wt%で
ある。
上記焼結体から、ホットプレス面とチップのすくい面と
が平行になるように5.2×13.5×13.5mmのチップを切り
出し、これをチップ研磨機によりSNGN 434 T−4の形状
(ISO規格)に加工した。このチップの正面図を第1図
に、側面図を第2図に示す。これらの図において、
(1)はすくい面、(2)は丸コーナ部、(3)はホー
ニング部、(4)はホーニング巾を示すものである。丸
コーナ部(2)のコーナ半径は1.6mm、ホーニング巾
(4)は0.2mmである。
このようにして得たチップは、本発明に係るチップの実
施例であり、本発明に係るチップの条件を全て充たして
いるものである。
上記チップをバイトに取りつけて工具とし、これらを用
いて下記切削試験を行った。即ち、高Mn鋼を被削材と
し、切削速度:60m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.25mm/
revで切削試験し、欠損までの時間を測定した。第1表
に示す如く、欠損時間は70〜110分であった。
又、第1表に示す実験No.3のチップについて、切り込み
量:5mm,切削時間:30分、切削速度:60m/min以上,送り
量:0.25mm/rev以上の条件で高Mn鋳鋼の切削試験をし、
チップの欠損を生じる事なく切削し得る切削速度の限界
値及び送り量の限界値を求めた。切削速度の限界値は、
送り量:0.25,0.355及び0.5mm/revに対し70,50及び35m/m
in、送り量の限界値は、切削速度:60,70及び100m/minに
対し0.39,0.355及び0.1mm/revであった。
実施例2 実施例1の場合と同様のチップをフライスカッター(Φ
200,7枚歯)に取り付けて工具とし、高Mn鋼を被削材と
して、切削速度:80m/min,切り込み量:5mm,送り量:0.25m
m/toothで切削試験した。第1表に示す如く欠損時間は6
0〜110分であった。
比較例1 実施例1と同様の方法(操作、手順、条件)により、焼
結体を得た。このときのSi3N4ウイスカ、炭化物等の添
加量を第2表に示す。尚、ウイスカ中のO量は実施例1
と同様の0.6wt%である。
上記焼結体から、実施例1と同様の方法により、同様の
寸法のチップを切り出した。但し、実験No.7のものは、
実施例1の場合と異なり、ホットプレス面とチップのす
くい面とが直交するように切り出した。
上記チップをバイトに取りつけて工具とし、実施例1と
同様の切削試験を行った。第2表に示す如く、欠損時間
は0.1〜20分であった。
比較例2 超硬チップを用いて、実施例1と同様の切削速度:60m/m
in,切り込み量:5mm,送り量:0.25 mm/revの条件で、高Mn鋳鋼の切削試験を行ったところ、
すぐにクレータ摩耗が生じ、切削不能になった。
又、切り込み量:5mm,切削時間:30分、切削速度:10m/min
以上,送り量:0.2mm/rev以上の条件で高Mn鋳鋼の切削試
験を行い、切削速度及び送り量の限界値を求めた。切削
速度限界値は、送り量:0.2及び0.35mm/revに対し20及び
15m/minであり、送り量限界値は、切削速度:10及び15m/
minに対し0.355及び0.350mm/revであった。
以上の実施例及び比較例の結果は、本発明法は従来セラ
ミックスチップ法の場合に比し、高Mn鋼をチップ欠損を
生ずることなく高切り込み量、高速度で切削し得、高能
率切削が可能となる事を裏付けている。
(発明の効果) 本発明に係る高Mn鋼の高能率切削方法によれば、従来セ
ラミックスチップ法の場合に比し、高Mn鋼をチップ欠損
を生じることなく高切り込み量、且つ、高速度で切削し
得るようになる。従って、従来超硬チップ法及び従来セ
ラミックスチップ法の場合に比して高Mn鋼を高能率で切
削し得るようになり、その結果高Mn鋼の切削加工時間を
短縮し得るようになる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、実施例1に係るスローアウェイチップの形状
を示す正面図、第2図は、実施例1に係るスローアウェ
イチップの形状を示す側面図である。 (1)……すくい面、(2)……丸コーナ部 (3)……ホーニング部、(4)……ホーニング巾

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高マンガン鋼を高速,高切り込み量の高能
    率でスローアウェイチップにより切削する方法であっ
    て、スローアウェイチップが、Si3N4ウイスカ:3〜40wt
    %を含み、且つSi,Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化
    物、窒化物、炭窒化物の1種又は2種以上を0.5〜40wt
    %含むと共に、前記ウイスカをチップのすくい面に略平
    行に配向させたAl2O3基セラミックスよりなることを特
    徴とする高マンガン鋼の高能率切削方法。
  2. 【請求項2】前記ウイスカがO量:0.3〜1.5wt%である
    請求項1に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
  3. 【請求項3】前記炭化物、窒化物、炭窒化物の1種又は
    2種以上の一部が、Al2O3結晶粒内にナノオーダで分散
    してナノコンポジット構造を呈している請求項1又は請
    求項2に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
  4. 【請求項4】前記Al2O3基セラミックスが、焼結助剤と
    してのMgO,ZrO2,TiO2,Y2O3,希土類酸化物,CrO2,NiO,SiO
    2,CaO,Na2O又は炭化クロムの1種または2種以上を0.5
    〜10.0wt%含有する請求項1、請求項2又は請求項3に
    記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
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