JPH07115248B2 - 切削工具 - Google Patents

切削工具

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JPH07115248B2
JPH07115248B2 JP2278589A JP27858990A JPH07115248B2 JP H07115248 B2 JPH07115248 B2 JP H07115248B2 JP 2278589 A JP2278589 A JP 2278589A JP 27858990 A JP27858990 A JP 27858990A JP H07115248 B2 JPH07115248 B2 JP H07115248B2
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cut
carbides
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守賀 金丸
常男 立野
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Kobe Steel Ltd
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、切削工具に関し、詳細には、Al2O3基セラミ
ックスからなるスローアウェイチップを有する切削工具
であって、特に高マンガン鋳鋼や難削性鋳鉄などの如き
難削材の切削加工に使用する切削工具に関するものであ
る。
(従来の技術) 高マンガン鋳鋼は高強度を有し、更に切削加工中に加工
硬化を生じるため、極めて切削加工がし難い難削材であ
る。
球状黒鉛鋳鉄(FCD)は高強度、高靭性を有するため切
削加工が難しく、オーステンパーダクタイル鋳鉄(AD
I)はさらに加工硬化を生じるため極めて切削加工が難
しい。
又、27%Cr鋳鉄は極めて高い硬度を有するため切削加工
が難しい。
上記の如き難削材の切削加工用の切削工具としては、高
温で高硬度及び高強度を有することが要求される。従来
の切削工具は該要求を充たし得ないが、それらの中でも
超硬工具は比較的高温での硬度及び強度が高いので、高
マンガン鋳鋼などの難削材の切削加工に使用されてい
る。
しかし超硬工具を使用して難削材を切削する場合、極め
て低い切削速度でないと切削できず、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系セラミックス又はSi3N4系セ
ラミックス製の切削工具が開発されている。
(発明が解決しようとする課題) ところが、上記Al2O3−TiC系セラミックス製切削工具
は、高マンガン鋳鋼の如き難削材の切削加工に使用する
場合、靭性に欠け、耐欠損性が悪いという欠点があり、
そのため極めて小さい切り込み量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。
Si3N4系セラミックス製切削工具は、球状黒鉛鋳鉄の如
き難削材の切削加工に使用する場合、切り粉との反応に
よる摩耗が生じ易く、そのため切削工具寿命が短いとい
う問題点がある。
このように従来の切削工具は、難削材の切削加工に使用
する場合、充分な切削性能が得られないという問題点を
有している。
本発明はこの様な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、高温で高硬度及び高強度を有すると共に、従来
のセラミックス製切削工具に比較して優れた靭性を有
し、耐欠損性および耐摩耗性に優れ、難削材の切削加工
に好適な切削工具を提供しようとするものである。
(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、本発明に係る切削工具は
次のような構成としている。
即ち、請求項1に記載の切削工具は、Si3N4ウイスカを
3〜40wt%含むと共に、Si,Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W
の炭化物、窒化物、炭窒化物の1種または2種を0.5〜4
0wt%含むα型Al2O3基セラミックスからなるスローアウ
ェイチップを有する切削工具であって、前記Si3N4ウイ
スカをスローアウェイチップのすくい面に平行に配向さ
せてなることを特徴とする切削工具である。
請求項2に記載の切削工具は、前記Si3N4ウイスカがO
量:0.3〜1.5wt%である請求項1に記載の切削工具であ
る。
請求項3に記載の切削工具は、前記炭化物、窒化物、炭
窒化物の1種または2種の一部が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する請求項
1又は請求項2に記載の切削工具である。
請求項4に記載の切削工具は、前記Al2O3基セラミック
スが、焼結助剤としてのY2O3,希土類酸化物,MgO,ZrO2,
酸化チタン,酸化クロム,酸化ニッケル,炭化クロム,S
iO2,CaO,Na2Oの1種又は2種以上を0.5〜10.0wt%含有
せしめてなる請求項1、請求項2又は請求項3に記載の
切削工具である。
(作 用) 本発明に係る切削工具は、前述の如く、Si3N4を3〜40w
t%含むと共に、Si,Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化
物、窒化物、又は/及び炭窒化物の1種または2種(以
降、炭化物等という)を0.5〜40wt%含むAl2O3基セラミ
ックスからなるスローアウェイチップ(以降、チップと
いう)を有するようにしている。
このようにAl2O3基セラミックスにSi3N4ウイスカを含有
せしめると、元来Al2O3基セラミックスが有する特性の
低下を招くことなく、セラミックスのマトリックスが強
化されて高靭性化され、そのため耐欠損性が向上され
る。又、炭化物等を含有せしめると、セラミックスの組
織が微細化すると共に、異常な結晶粒成長も抑制され、
その結果さらに強度を向上し得る。故に、上記チップは
高硬度及び高強度、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有
し得る。
ここで、Si3N4ウイスカの含有量を3〜40wt%としてい
るのは、3wt%未満では前記高靭性化の効果が少なく、4
0wt%超では鉄との反応性を有するSi3N4が相対的に増加
して耐摩耗性が劣化し、且つSi3N4ウイスカの充分な均
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。
炭化物等を0.5〜40wt%としているのは、0.5wt%未満で
は前記強度向上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。
本発明に係る切削工具は、更に、前記Si3N4ウイスカを
スローアウェイチップのすくい面に平行に配向させるよ
うにしている。即ち、針状のSi3N4ウイスカの軸方向が
すくい面に平行になるように、Si3N4ウイスカをすくい
面内に2次元に配向するようにしている。このようにSi
2N4ウイスカを配向すると、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る。故に、耐欠
損性がさらに優れたものになる。尚、上記の如きウイス
カの2次元配向は、チップ全体において成されている必
要はなく、少なくとも耐欠損性などの切削性能に直接影
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、2次元配向されるウイスカ同士の配置関係につい
ては、各ウイスカが平行でもよく、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。
前記Si3N4ウイスカのO量を0.3〜1.5wt%にすると、該
ウイスカの充分な均一分散状態が得られ易く、その結果
高強度及び高靭性を確保し易くなるのでよい。即ち、前
記Al2O3基セラミックスは、通常Si3N4ウイスカを溶媒中
に分散してスラリ化し、Al2O3粉末及び炭化物等と混合
し、焼結して製造される。かかるウイスカの溶媒中への
分散の際に、Si3N4ウイスカ中のO量が0.3〜1.5wt%で
あると、ウイスカが極めて均一に分散され、その結果Si
3N4ウイスカが均一に分散された焼結体が得られ易くな
り、従ってチップの強度及び靭性をより向上し得るよう
になる。尚、O量:0.3wt%未満では上記均一分散効果が
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
散してナノコンポジット構造を呈するようにすると、さ
らに強度が改善される。これは炭化物等によるナノ複合
強化とSi3N4ウイスカによる繊維強化との組合せによる
作用効果である。
前記Al2O3基セラミックスに、焼結助材としてY2O3,希土
類酸化物,MgO,ZrO2,酸化チタン,酸化クロム,酸化ニッ
ケル,炭化クロム,SiO2,CaO,Na2Oの1種又は2種以上を
0.5〜10wt%添加するようにすると、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。この効果は、添加量が0.5wt%未満で
は極めて小さく、10.0wt%超では高温強度が低下するよ
うになる。
(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添加し、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変化させた。これらの添加量を第
1表に示す。
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。
上記チップをバイトに取り付けて工具とし、高Mn鋼、FC
25,FCD45,ADIや27%Cr鋳鉄を被削材とし、第2表に示す
切削条件により切削試験を行った。その試験結果を第1
表に示す。尚、本実験例では、全て組織はナノコンポジ
ット構造を呈していた。
実施例2 実施例1と同様のチップをフライスカッター(Φ200,7
枚歯)に取り付けて工具とし、第3表に示す切削条件に
よりフライス加工試験を行った。その試験結果を第4表
に示す。
比較例1 実施例1と同様の方法(操作、手順、条件)によって、
焼結体を得た。このときのSi3N4ウイスカ、炭化物等及
び焼結助剤の添加量を第5表に示す。尚、Si3N4ウイス
カ中のO量に関して、実験No.5及び6は0.1及び2.0wt%
であり、その他のものは実施例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付け、実施例1と同様の切削
試験を行った。その試験結果を第5表に示す。
比較例2 比較例1と同様の焼結体から、実施例2と同様の形状の
チップを切り出し、実施例2と同様のフライス加工試験
を行った。その試験結果を第6表に示す。
比較例3 超硬チップ、Al2O3系チップ、Al2O3−TiC系チップ、Si3
N4系チップを用い、実施例2と同様のフライス加工試験
を行った。超硬チップはいづれの試験でもクレータ摩耗
が大きく、5分以内に切削不能となった他、Al2O3系及
びAl2O3−TiC系チップは試験開始と同時に欠損、Si2N4
系チップは大きなコーナー部摩耗を示した後、3分以内
に欠損をおこし、安定した切削は出来なかった。
(発明の効果) 本発明に係る切削工具は、高温で高硬度及び高強度を有
すると共に、従来のセラミックス製切削工具に比較して
優れた靭性を有するので、耐欠損性および耐摩耗性に優
れ、難削材の切削加工に好適な切削工具である。従っ
て、本発明に係る切削工具によれば、難削材の切削加工
の場合でも、チップ欠損や摩耗を生じることなく、高切
込み且つ高速で切削加工し得、その結果切削能率を向上
し得、加工時間を短縮し得る他、カッター寿命を向上し
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】Si3N4ウイスカを3〜40wt%含むと共に、S
    i,Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化
    物の1種または2種を0.5〜40wt%含むα型Al2O3基セラ
    ミックスからなるスローアウェイチップを有する切削工
    具であって、前記Si3N4ウイスカをスローアウェイチッ
    プのすくい面に平行に配向させてなることを特徴とする
    切削工具。
  2. 【請求項2】前記Si3N4ウイスカがO量:0.3〜1.5wt%で
    ある請求項1に記載の切削工具。
  3. 【請求項3】前記炭化物、窒化物、炭窒化物の1種また
    は2種の一部が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する請求項1又は請求項2に
    記載の切削工具。
  4. 【請求項4】前記Al2O3基セラミックスが、焼結助剤と
    してのY2O3,希土類酸化物,MgO,ZrO2,酸化チタン,酸化
    クロム,酸化ニッケル,炭化クロム,SiO2,CaO,Na2Oの1
    種又は2種以上を0.5〜10.0wt%含有せしめて請求項
    1、請求項2又は請求項3に記載の切削工具。
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