JPH11505771A - 超硬研磨性本体を有する金属切削インサート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 金属切削インサートは、長さ方向の軸線を有する基板と長さ方向に離間した位置でそれらに結合された超硬研磨性本体と形成するために、焼結作業を実施することによって製造される。基板および超硬本体は、軸線の筒状方向に裁断され、インサートの側部表面の双方に超硬本体部分を有するインサートを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 超硬研磨性本体を有する金属切削インサート及びその製造方法 発明の背景 本発明は、例えば、多結晶性立方晶窒化硼素（すなわち、ＰＣＢＮ）または多 結晶性ダイヤモンド（すなわち、ＰＣＤ）のような、超硬研磨剤で形成された切 れ刃を有する金属切削インサート、及びその製造方法に関する。 ＰＣＤで形成された切れ刃を有する金属切削インサートは、黄銅、マグネシウ ム及びアルミニウム等の非鉄金属合金の切削加工に通常使用され、一方、ＰＣＢ Ｎで形成された切れ刃を備えるインサートは、鋳鉄及び焼き入れ鋼等の切削加工 に通常使用される。インサートは二つの異なる方法、すなわち、（ｉ）高圧およ び高温の下で、ＰＣＢＮまたはＰＣＤ物質を中実体として焼結し、この中実体を 最終インサートの形状に形成すること、または、（ｉｉ）高圧および高温の下で 、ＰＣＢＮまたはＰＣＤの層を基板（一般に、超硬合金の盤）を接合し、この接 合部より小片（チップ）に切り出すことによって製造される。その後、これらの チップは一定の超硬合金インサートにろう付けされ、最終形状に研削される。イ ンサートは、仕上げ以前に製品になされる多くの製造過程のために、比較的高価 である。また、一つのインサート当たり普通一つだけまたは二つの超硬コーナー が利用される 米国特許第４，８６６，８８５は、金属切削インサート製造技術を開示し、基 板の外側周囲から内方に離間した位置における超硬合金基板の表面に浅い凹みが 形成される。各凹みは、ＰＣＤまたはＰＣＢＮのような硬い研磨性粒子で充填さ れる。その後、基板と研磨 性粒子に高温および高圧条件で焼結操作が施され、その結果として、研磨性粒子 は互いに焼結され且つ超硬合金本体に結合される。その後、基板は、それらに平 行に研磨性本体を通って延びる線に沿って切断されて、それらの側部に配置する 超硬合金基板と研磨性切削本体を備える多数コーナー型切削インサートを製造す る。このような製品の欠点のうちの一つに、このインサートは一つの側部だけに 研磨性本体を備えることがある。他の側部にこのような本体を備えるためには、 追加の凹みを別の側部に形成し、そこに超硬研磨性物質の充填を行わなければな らない。また、ワイヤー切断法という付加工程が必要となる。 したがって、切削コーナー当たりの価格を減少するためには、処理工程の数を 過度に増加することなく且つ全体の製造価格を増加すること無く、インサートの 研磨性本体の数を増加することが望ましい。 発明の概略 本発明になる金属切削インサートを製造する方法は、高温および高圧の処理に より、長さ方向の軸線を有する基板及び長さ方向に離間した位置で基板に接合さ れた超硬研磨性本体とを形成する工程と、長さ方向に離間した位置で基板及び超 硬研磨性本体とを裁断する工程と、を含む。裁断は長さ方向の軸線に直交した方 向に実施され、長さ方向に離間した側部とそれぞれの側部の一つに位置する長さ 方向に離間した超硬本体部分とを有する基板からなる少なくとも一つのインサー トを形成する。 好ましくは、基板が、各長さ方向の位置に一以上の超硬本体を有するので、イ ンサートがそれらの各側部に一以上の超硬研磨性本体部分を形成する。 基板は多数のコーナー型とすることができ、各コーナーに超硬研磨性本体が配 置される。 高温／高圧の処理工程が、複数の長さ方向に隣合う層を含み、且つ第１の層を 一対の第２の層の間に配置した基板配列にしておて実施される。各々の第２の層 は、それらの外側周囲縁部に形成された少なくとも一つの凹みを有し且つそれぞ れの第２の層の全厚さに延在する。各凹みは、超硬研磨性粒子を有する物質で充 填される間隙を形成する。基板配列物の層は、単一のものでも一つのものに他の ものを重ね分離構造のものでもよい。 図面の簡単な説明 本発明の目的と利点は、構成要素を数字で明示する添付図面に関連する好まし い実施例の詳細な説明から明らかになる。 図１〜５は、本発明の第１の実施例に従う金属切削インサートの形成に必要と する工程を図示し、且つ図６〜１１は、本発明の第２の実施例に従う金属切削イ ンサートの形成に必要とする工程を図示する。 図１は、第１の実施例に使用する基板の斜視図であり、 図２は、それらの一部の除去後の交互の基板層を階層的に規定する第１図の基 板の図であり、 図２Ａは、図２の上側部分の側面図であり、 図３は、容器（仮想的に示す）に配置された基板を有する図２の側面図であり 、且つ基板の凹みは硬質研磨性物質で充填され、 図３Ａは、図３の線３Ａ−３Ａに沿って切断された断面図であり、 図４は、基板及び研磨性物質の斜視図であり、且つ高圧／高温の工程の後に製 品が切断される面を含み、 図５は、図４に示す裁断作業より得られる切削インサートの斜視図であり、 図６は、第２の実施例の基板層の一つとして使用される盤の計画図であり、 図７は、別の形式の基板層として使用する盤の計画図であり、 図８は、超硬研磨性物質を充填する図６の盤によって形成される間隙を有し、 且つ図６及び７の盤が配置された焼結容器を貫通した断面図であり、 図９は、焼結物質の側部断面図であり、焼結工程の適用に続き、基板をインサ ートの形状にするために裁断される面を図示するものであり、 図１０は、裁断工程後の焼結部材の斜視図であり、且つ 図１１は、図１０の焼結基板を機械加工することにより製造されたインサート の斜視図である。 本発明の好ましい実施例の詳細な説明 超硬合金のような基板材料の矩形ブロックの形状の半製品または基板１０を図 １に図示する。基板の一部分を機械加工して、第１の基板層１２と第２の基板層 １４のそれぞれを交互に有する基板配列物１０Ａを、図２、２Ａおよび２Ｂに図 示するように形成する。第１の層１２は矩形なし、第２の層１４は筒状をなし、 各々の第２の層の外周が、４つの位置１６で第１の層の外周部に関して凹みを持 っている。基板を、図２及び図３Ａに示すように容器１８内に配置するとき、４ つの凹み１６がそれぞれに間隙を形成し、各間隙にＰＣＤまたはＰＣＢＮ等のよ うな超硬研磨性粒子の物質２０が充填されるようになっている。この物質２０は 、粉末の形状、または、その間隙と同じ形状の予備加圧成形グリーン板とするこ とが可能である。 その後、容器及びその中身は通常の焼結（高温／高圧）工程がなされ、各々の 間隙内の研磨性粒子は互いに焼結されると、それらの対面する側面に位置する第 ２の層１４と第１の層１２のそれぞれに結合する超硬本体が形成される。 その後は、焼結された基板配列物は容器から取り出され、図４に示すようにこ れらの層１４の面に平行な方向（すなわち、基板の長さ方向の軸線Ｌに直交する 方向）に第２の層１４をそれぞれ２等分する面Ｐに沿って、個々のインサートを 形成するために裁断する（すなわち、基板の長さ方向の軸線Ｌに直交する）。し たがって、個々の超硬本体２０は、上側半分の本体２０Ａと下側半分の本体２０ Ｂとに分割され、且つ、個々の第２の層が、上側半分の層１４Ａと下側半分の層 １４Ｂとに分割される（図４参照）。ＥＤＭワイヤーにより行うことができる裁 断作業に続き、複数のインサート２４が得られ、各々のインサートは、第１の層 、一方の第２の層の半分１４Ａ（それに伴う４つの研磨性半裁本体２０Ａを備え る）、及びもう一方の第２の層の半分１４Ｂ（それに伴う４つの研磨性半裁本体 ２０Ｂを備える）から構成される。すなわち、インサートの各側部は、第１の層 １２によって支持された４個の超硬本体を有する。 各側面に所望の個数の超硬合金を有した所望の形状のインサートであっても、 本発明にしたがい形成できることが明らかである。研磨性本体の個数及び位置は 、製造されるインサートの形式にしたがい選ばれる。インサート当たりの研磨性 エッジの個数を最大にするために、できるかぎり多くの研磨性本体を用意するこ とが好ましい。 研磨性本体のそれ自体は、仕上げインサートによる機械加工が研磨性本体によ って本質的に成しうるものであれば、その形状は何でも良いし、インサートのど の位置に設けてもよい。コーナーに位置 する研磨性本体はこれらのコーナーに対して対称的であるけれども、コーナーに 対して研磨性本体を非対称的に配置してもよい。同一または異なる形状の研磨性 物質が、同一インサート上に設けることができる。必要ならば、研磨性物質は基 板に接合したのちに、再形成（例えば、研削によって）することができる。 研磨性材料２０は、先行技術において既知であるような、周期律表のＩＶａ〜 ＶＩａ族の金属好ましくはチタニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼 化物のような、硬くて耐摩耗性の他の構成物質と混合されたＰＣＤまたはＰＣＢ Ｎ粒子を好ましく含んでなる。ＭＮ９０の組成物が使用できる。その後、組立物 は、例えば、米国特許第４，９９１，４６７号及び５，１１５，６９７号（その 引用をもって本明細書の記載にあるものとする）に開示するような通常の高温高 圧にさらされ、高圧物質が製造される。 製造されたこのインサートにより行う切削作業に、超硬合金基板は本質的に関 与しないので、その組成選定は、ＰＣＤまたはＰＣＢＮ研磨剤の接合性を良好と し、研削が容易であり、且つ含有成分が廉価であり、且つ破壊抵抗が適切である という観点からなされる。好ましくは１０〜２０ｗｔ％、最も好ましくは約１５ 〜１７ｗｔ％、のＣｏを有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金が使用される。特に、良好な 結果が１６％等級で得られた。超硬合金の代わりに、チタニウム基の炭窒化物（ サーメットと呼ぶ）が使用できる。さらに、発明に従うインサートは、通常のＰ ＶＤまたはＣＶＤ法により塗布される薄い耐摩耗性被膜を備える。ＣＶＤ被膜は 約９５０〜１０００℃で通常蒸着され、且つＰＶＤ被膜はチタニウム源と窒素雰 囲気を使用する約５００℃で蒸着されたＴｉＮ層である。この方法で生成された ＰＶＤ層は、圧縮残留応力が存在する。 本発明の第２の実施例は、図６〜１１に関連して説明する。この 実施例は図１〜５のものより優れている。焼結工程が施される基板では、コーナ ーが応力破壊の形成に至ることはない。また、基板層は一体構造物でなく、図６ 及び７にそれぞれ示される個々の盤４０及び５０によって形成される。基板層４ ０及び５０は、層４０がその外周に形成された凹み４２を有することを除けば、 一般的に同一の大きさと形状の円盤である。 層４０と５０は、凹み４２により間隙６２が形成されるように互い違いの状態 に容器６０（図８参照）内に配置される。この間隙６２は、ＰＣＤまたはＰＣＢ Ｎのような超硬研磨性粒子を含む物質６４で充填されるこの物質は粉末または予 備圧縮したグリーン半加工品の形状にすることができる。 通常の高温／高圧工程を受けたあと、研磨性粒子が互いに焼結され、長さ方向 に離れた間隙を有し、すなわち、部材の長さ方向の軸線Ｌに平行に離れた間隙を 有する超硬本体が形成され、且つ関連する第２の層４０と隣合う第１の層５０に 結合される。また、第１と第２の層は互いに一体に結合され、一体化された基板 ６５（図９を参照）を形成する。その後一体化基板は、例えば、基板層の当初の 面に平行に向く平行面Ｐ’（一体式構造の長さ方向の軸線Ｌ’に直角な方向）に 沿って、ＥＤＭワイヤーによって裁断される。面Ｐ’は、第２の層４０によって 前もって規定される構造部分の範囲を等分にするような方向に向いている。そう することによって、超硬硬質本体６４は、図９に示すような、本体の半分６４Ａ 、６４Ｂに等分される。 裁断作業に後、（ｉ）基板６５（最初の第１の層５０及び最初の二つの第２の 層によって形成される）、（ｉｉ）インサートの一つの側部上の二つの超硬本体 の半分６４Ｂ、（ｉｉｉ）インサートのもう一つの側部上の二つの超硬本体６４ Ａを含む、インサート６６ が提供される。 その後、インサートは、図１１に示すと多数コーナー型インサートを形成する ために、線７０に沿って機械加工される。超硬本体部分６４Ａ、６４Ｂは、切削 作業に使用する場合、基板一部分によって下方から支持される。 各々の側部に定数の超研磨性本体を有する所望の大きさと形状のインサートが 、図６〜１１に関して記載された実施例にしたがって、制作することができる。 本発明は、簡単な方法で形成され、且つインサートの研磨性コーナー対インサ ートとの比を最大にするインサートを可能にすることが評価される。 本発明は、それらの好ましい実施例について記載するが、特には記載しなかっ た追加、削除、改良及び置換が、添付する請求の範囲に定義するように本発明の 要旨及び分野から離脱することなくできることが、当業者には認識される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クロケット，ロナルド ビー. アメリカ合衆国，ユタ 84508，オレム, ウエスト 860 サウス 1526 (72)発明者 セリン，アンダース スウェーデン国，エス−811 61 サンド ビッケン，ヘドスベーケン 33

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ａ）高温及び高圧との操作により、長さ方向の軸線を有する基板と、長さ 方向に離間した位置で前記基板に結合された超硬研磨性本体と、を形成する工程 、及び、 Ｂ）前記長さ方向の軸線に直交する方向に、長さ方向に離間した位置で、前記 基板及び超硬研磨性本体を裁断して、長さ方向に離間した側部と、前記側部のそ れぞれ一つに配置された長さ方向に離間した超硬本体部分とを有する基板からな る少なくとも一つのインサートを形成する工程、 を備える金属切削インサートの製造方法。 ２．前記超硬本体がＰＣＤである請求項１記載の製造方法。 ３．前記超硬本体がＰＣＢＮである請求項１記載の製造方法。 ４．工程Ａが各長さ方向の位置に一以上の超硬本体を有する基板を形成するの で、インサートがそれらの各側部に一以上の超硬研磨性本体部分を形成する請求 項１記載の方法。 ５．工程Ａが筒状基板を形成し、且つ前記インサートを多数コーナー型形状に 機械加工する工程をさらに備える請求項１記載の方法。 ６．前記インサートがＰＶＤコーティングで被膜される請求項１記載の方法。 ７．前記インサートがＣＶＤコーティングで被膜される請求項１記載の方法。 ８．前記インサートのそれぞれの側部に超硬切り刃を有する多数切削インサー トの製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）よりなるもの； Ａ）複数の基板層を第１の層が第２の層間に位置させて構成され る基板配列物を容器に位置させ、第２の層の各々はその外周縁部に少なくとも一 つの凹みを有していて、その凹みは、第２の層の全厚みに渡って延在しており、 且つ前記凹みが前記容器に間隙を形成し； Ｂ）超硬研磨性粒子を含有する物質で前記間隙を充填し； Ｃ）前記容器を高温及び高圧にいておくことにより、各間隙において前記超硬 粒子を前記第１の層と前記第２の層に結合した超硬本体へと互いに焼結し； Ｄ）第２の層に平行な方向に第２の槽を通過する線に沿って前記基板配列物を 裁断し、且つ前記第１の層、各第２の層の一部分及び各超硬本体の一部分を含む インサートを形成し、これにより各第２の層には前記インサートの側部を形成し 且つそれぞれの前記超硬本体の一部分で形成される超硬切れ刃を具備せしめる。 ９．工程Ａが、第１の層と第２の層が一体構造物である前記容器に基板配列物 を配置することを含む請求項８記載の方法。 １０．前記第２の層が筒形状であり、前記第１の層が多角形状である請求項９ 記載の方法。 １１．工程Ａが第１の層と第２の層が個々の部品を含む前記容器に基板配列物 を配置することを含み、及び工程Ｃが前記第２の層を前記第１の層に結合させる ことを含む請求項８記載の方法。 １２．工程Ａが付加的な交互の第１と第２の層を含む基板配列物を容器内に配 置することを含む請求項８記載の方法。 １３．工程Ａが前記第１と第２の基板が筒状盤である基板配列物を前記容器内 に配置することを含む請求項８記載の方法。 １４．工程Ｄが前記第２の層の中央を通って裁断することを含む請求項８記載 の方法。 １５．工程Ｂが粉末形状の物質で前記間隙を充填することを含む 請求項８記載の方法。 １６．工程Ｂが予備加圧されたグリーン盤で前記間隙を充填することを含む請 求項８記載の方法。 １７．工程Ａが超硬合金で形成された基板配列物を前記容器内に配置すること を含む請求項８記載の方法。 １８．工程Ｂが、ＰＣＤを含有する超硬研磨性粒子を有する物質で前記間隙を 充填することを含む請求項８記載の方法。 １９．工程Ｂが、ＰＣＢＮを含有する超硬研磨性粒子を有する物質で前記間隙 を充填することを含む請求項８記載の方法。 ２０．インサートの各側部に超硬切り刃を有する多数コーナー型金属切削イン サートの製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｅ）よりなるもの； Ａ）複数の筒状の第２の層と交互に複数の筒状の第１の層を含む基板配列物を 容器に位置させ、前記第２の層の各々は前記第１の層に重なりあう関係に配列さ れたそれらの外周に少なくとも二つの凹みを有していて、且つ前記凹みが前記容 器内で間隙を形成し； Ｂ）超硬研磨性粒子を含有する物質で前記間隙を充填し； Ｃ）前記容器を高温及び高圧にいておくことにより、各間隙において前記超硬 粒子を前記第１の層と前記第２の層に結合した超硬本体へと互いに焼結し、 Ｄ）第２の層に平行な方向に第２の層を中央を通過する線に沿って前記基板配 列物を裁断し、且つ前記第１の層の半分、前記第２の層の半分及び前記超硬本体 の半分を含むインサートを形成し、これにより前記インサートが第２の層のそれ ぞれによって形成される二つの側部を含み、各側部が前記超硬本体の半分によっ て形成された超硬切れ刃を具備せしめ； Ｅ）前記インサートを多数コーナー型形状に機械加工し、前記超 硬本体の半分が前記インサートの各側部のそれぞれのコーナーに配置される。