JPS6033609B2 - 超硬質合金製エンドミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、切削時に折損の発生がない、すぐれた級’
性を有する超硬質合金製エンドミルに関するものである
。

従釆、炭化タングステン（以下ＷＣで示す）基超硬質合
金は、すぐれた耐摩耗性をもつことからエンドミルの製
造に使用されているが、轍性不足が原因で、エンドミル
の取付け部、あるいは主切刃と取付け部の境界部におい
て折損が多く発生しており、使用寿命の延命化をはかる
上で望ましくないものであった。

本発明者等は、上述のような観点から、切削時に折損の
発生がない、すなわちすぐれた靭‘性を有する超硬質合
金製エンドミルを得べく研究を行なった結果、｛ａ｝
上記従釆ＷＣ基超硬質合金製エンドミルにおける取付け
部、あるいは主切刃と取付け部の境界部に発生する折損
の多くは、クラツクの生成・伝幡に原因するものである
こと。

‘ｂ’上記従来ＷＣ基超硬質合金製エンドミルの製造に
関して、周期律表の４ａ，５ａ，および６ａ族の金属の
うちの１種または２種以上の金属の窒化物および炭窒化
物からなる群から選んだ１種または２種以上（以下金属
の窒化物および炭窒化物という）からなる粉末を、原料
粉末として混合し、この混合粉末より成形した圧粉体を
減圧下の浸炭雰囲気中で糠結すると、強度および耐熱性
が向上するようになると共に、表面部に、部より硬さが
低く、しかもＷＣ−Ｃｏ合金層、あるいは少量の金属の
炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種または２
種以上を含有するＷＣ−Ｃｏ基合金層からなる表面軟化
層（以下合金層という）が形成されたエンドミルが得ら
れること。

‘ｃー 上記エンドミルにおけるＷＣ−Ｃｏ合金層ある
いはＷＣ−Ｃｏ基合金層の厚み（深さ）および硬さは、
上記金属の窒化物および炭窒化物の含有量および焼絹惨
炭雰囲気などの条件によって任意に制御できること。

（ｄ｝ 上記エンドミルの表面に上記合金層が存在する
と、クラツクの生成・伝的番が阻止され、折損発生が皆
無となること。

‘ｅー 上記エンドミルにおいて、その表面部全体に上
記合金層が存在すると、高送り切削では何ら問題は生じ
ないが、微少送り切削を行なった場合、耐摩耗性（耐溶
着性）が低下するようになることから、前記合金層は、
正面刃および先端より所定の長さに亘る主切刃には存在
しないのがよく、これらの部分を除いた部分に形成する
のが望ましい。

｛ｆ’上記エンドミルに「タングステン（Ｗ）を除く周
期律表の４ａ，５ａ，および６ａ族の金属のうちの１種
または２種以上の金属の炭化物からなる群から選んだ１
種または２種以上（以下金属の炭化物という）を含有さ
せると、ざらに耐摩耗性および耐熱性が一段と向上する
ようになること。

以上【ａー〜‘ｆ｝に示される知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたもので、重
量％で、金属の窒化物および炭窒化物：０．５〜５０％
、を含有し、さらに必要に応じて、金属の炭化物：０．
５〜５０％、 を含有し、 ＣｏまたＣｏ基合金：２〜３０％、 ＷＣおよび不可避不純物：残り、 からなる組成を有し、かつ正面刃および先端より所定の
長さに亘る主切刃を除く部分が、表面から少なくとも２
仏ｍの厚さに亘って、部硬さよりビッカース硬さで５〜
５０％低い硬さの合金層で形成された超硬質合金製エン
ドミルに特徴を有するものである。

ついで、この発明のエンドミルにおいて、成分組成範囲
、並びに合金層の厚さおよび硬さを上記の通り限定した
理由を説明する。

‘１｝ 金属の窒化物および炭窒化物 その含有量が０．５％未満では、上記【ｂ｝項に示した
ように、所望の高強度およびすぐれた耐熱性を確保する
ことができないと共に、所定の厚さおよび硬さの合金層
の形成が困難となることから、０．５％以上の含有が必
要であるが、５０％を越えて含有させると、靭性が低下
するようになるので、５０％を越えて含有させてはなら
ない。

｛２｝ 金属の炭化物 その含有量が０．５未満では、所望の耐摩耗性および耐
熱性向上効果が得られず、一方５０％を越えて含有させ
ると籾性が低下するようになることから、その含有量を
０．５〜５０％と定めた。

【３｝ ＣｏまたはＣｏ基合金Ｃｏ「 あるいはＦｅ，
ＮｉおよびＭｏのうちの１種または２種以上を含有する
Ｃｏ基合金は結合相を形成する成分であり、その含有量
が２％未満では、所望の靭一性を確保することができず
、一方３０％を越えて含有させると、耐摩耗性が低下す
るようになることから、その含有量を２〜３０％と定め
た。

｛４１ 合金層その厚さが２仏ｍ未満では、所望の折損
防止効果を確保することができないので、２仏ｍ以上の
厚さにする必要がある。

｛５｝ 合金層の硬さ エンドミルの内部に対する軟化度合がビッカース硬さで
５％未満では、硬度差が不十分なために所望の折損防止
効果が得られず、一方同５０％を越えた硬度差にすると
、内部硬さに比して軟らかすぎてしまい望ましくないこ
とから、合金層の硬さを内部硬さに比してビツカース硬
さで５〜５０％低くなるように定めた。

なお、合金層には硬さ勾配が存在しても何らさしつかえ
ないが、内部硬さ‘こ対する軟化度合は上記に定める条
件を満足していなければならない。

また、この発明の超硬質合金製エンドミルは、通常の粉
末冶金法にしたがって、配合原料粉末を混合し、プレス
成形し、予備焼結した後、再度成形し、最初の競結を行
ない、ついで最終形状に研磨した後、再度燐結し、正面
刃および先端より所定の長さに亘る主切刃の部分を研磨
して除く最終工程によって製造することができる。また
、この場合、最初の焼緒後に、正面刃および先端より所
定の長さに亘る主切刃の部分を研磨した最終製品として
もよいが、上記のように最初の焼結後に最終形状に研磨
し、ついで再度暁結を施して前記研磨した表面に合金層
を形成した方が滑らかにして摩耗の少ない表面を得るこ
とができ、さらに合金層の厚さおよび硬さの調整が容易
に行なえるので望ましい。

ついで、この発明を実施例により説明する。

実施例 １最終成分組成がＷＣ−１０％ＴＩＮ−５％Ｔ
ａＮｊ−１０％Ｃｏ（重量％）となるように、それぞれ
市販のＷＣ粉末、ＴＩＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ
粉末を配合し、この配合粉末を混合し、この混合粉末よ
り圧粉体を成形し、ついでこの圧粉体を予備焼結し、成
型加工した後、圧力：１０‐３脚Ｈｇの減圧下、中性雰
囲気中、温度１４００００に１時間保持して焼結するこ
とによって径８側め×長さ７仇肋の寸法をもったエンド
ミル素材を製造した。ついで前記エンドミル素材に研磨
加工を施して最終形状をした蓬８側め×切刃長さ３枕倣
の４枚刃エンドミル素材とし、引続いて圧力１０‐２脚
Ｈｇの減圧下、Ｃｏを含有する浸炭雰囲気中、温度１３
５０℃に０．朝時間保持して競結し、正面刃および正面
刃に近い主切刃を２０側に亘って厚さ０．０５肋研摩除
去することによって本発明エンドミル１を製造した。こ
の本発明エンドミルーは、内部厚さ：Ｈｖ１３００、研
磨除去されない部分の合金層の硬さ：Ｈｖｌ１５０、同
厚さ：４０〃ｍを有するものであった。また、比較の目
的で、上記最終形状をしたエンドミル素材の再焼結後に
、表面部に形成された合金層を全体に亘って０．０５物
の厚さ研磨除去することによって比較エンドミル１を製
造した。

ついで、上記本発明エンドミル１と、上記合金層の存在
しない比較エンドミル１について、被削材：Ｓ４段（硬
さＨＢ：２００）、切削速度：２８ｈ／ｍｉｎ、 送り：４０仇物／ｍｉｎ（Ｓｚ：０．１肌／刃）、の条
件で、溝幅：８肋、溝深さ：５肋の溝入れを乾式で行な
い、寿命に至るまでの切削溝長さを測定したところ、本
発明エンドミル１は摩耗が原因で耳ｈで寿命に達したの
に対して、比較エンドミルはわずかｌｍで折損により寿
命に達した。

実施例 ２最終成分組成がＷＣ−５％ＴＩＮ−５％ＴＩ
Ｃ−６％ＴａＣＮ−１２％Ｃｏ（重量部）となるように
配合し、混合し、プレス成形し、予備暁結し、成型加工
した後、圧力：５×１０‐３肋Ｈｇの減圧下、中性雰囲
気中、温度１３５０午０に１時間保持して暁結し、研磨
加工することによって座１０側め×切刃長さ３０側の最
終形状を有する４枚刃エンドミル素材を製造し、引続い
て圧力：５×１０‐２脚Ｈｇの減圧下、Ｃｏを含有する
浸炭雰囲気中、温度１３３０ｑｏに１時間保持の焼結を
施し、正面刃、および主切刃を長さＩＷ磯こ亘って研磨
除去することによって本発明エンドミル２を製造した。

また、比較の目的で、上記浸炭雰囲気を、圧力：５×１
０‐１側Ｈｇの減圧下、Ｎ２を含有する不活性雰囲気に
代える以外は、上言己本発明エンドミル２の製造条件と
同一の条件で批鮫エンドミル２を製造した。

この結果得られた本発明エンドミル２における正面刃お
よび先端より１仇肌こ亘る主切刃を除いた部分の表面部
には、厚さ１５〃ｍに亘りＷＣ−Ｃｏ合金層が存在し、
その硬さは、内部硬さ：Ｈｖ１２５０に対して「Ｈｖｌ
ｌｏｏであった。

なお、上記比較エンドミル２には前記合金層が存在しな
いことは勿論である。ついで、上読本発明エンドミル２
および比較エンドミル２について、被削村：ＳＮＣＭ−
８（硬さＨＢ：２００）、切削速度：３１ｍ／ｍｉｎ、
送り：２０仇肋／ｍｉｎ（Ｓｚ：０．０５側／刃）、の
条件で、溝幅：１仇肋、溝深さ：４縦の溝入れを乾式で
行ない、寿命に至るまでの切削溝長さを測定したところ
、本発明のエンドミル２は摩耗が原因で５ｍで寿命に達
したのに対して〜比較エンドミル２はわずか２ｈで折損
により切削不能となった。

実施例 ３ それぞれ第１表に示される最終成分組成をもつように〜
原料粉末の配合割合を変えると共に、研磨部分を正面刃
と先端よりＩＱ桝こ亘る主切刃の部分とする以外は、上
記実施例１１こおける本発明エンドミル１の製造条件と
同一の条件で本発明エンドミル３〜８および比較エンド
ミル３〜６をそれぞれ製造した。

さらに、最終成分組成を第１表に示されるものとすると
共に、浸炭雰囲気をＮ２を含む雰囲気とする以外は〜上
記実施例１における本発明エンド＊ミル１の製造条件と
同一の条件で比較エンドミル７〜１０をそれぞれ製造し
た。

したがって、比較エンドミル３〜６は、本発明範囲から
外れた成分組成をもつものであり、比較エンドミル７〜
１川ま、本発明範囲内の成分組成をもつが、最終競縞雰
囲気をＮ２を含む雰囲気とすることによって製造された
ものである。

この結果得れた本発明エンドミル３〜８と、比較エンド
ミル３〜ＩＱ‘こおける内部硬さ、合金層の硬さおよび
厚さを第１表に合せて示すと共に、実施例１におけると
同一の条件で、寿命に至るまでの切削溝長さを測定した
ところ、本発明エンドミル３〜８はすべて２ｈ以上の切
削溝長さを示すのに対して、比較エンドミル３〜１０‘
まいずれもａｈ以下の切削溝長さしか示さず、その寿命
も比較エンドミル３の摩耗によるものを除いて、すべて
折損が原因するものであった。

第１表 実施例 ４ 上記実施例２で得られた本発明ヱンドミル２およびエン
ドミル２について、被削材三Ｓ４＄（硬さＨＢ：ｉ８０
）、 切削速度：３８ｈ／ｍｉｎ、 送り：２０物蚊／ｍｉｎ（Ｓｚ：０．０４肌／刃）、の
条件で、溝幅：１仇肋、溝深さ：′７脚の溝入れを乾式
で行ない、寿命に至るまでの切削溝長さを測定したとこ
ろ、本発明エンドミル２は摩耗が原因で＆ｈで寿命に達
したのに対して、比較エンドミル２は溶着チッピングに
よりわずか２ｈで切削不能となった。

上述のように、この発明の超硬質合金製エンドミルは、
すぐれた靭‘性をもつほか、耐摩耗性および耐熱性にも
すぐれているので、折損が原因で使用寿命に至ることは
なく、しかもきわめてすぐれた切削特性を発揮するもの
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周期律表の４ａ，５ａおよび６ａ族の金属のうち１
   種または２種以上の金属の窒化物および炭窒化物からな
   る群から選んだ１種または２種以上：０．５〜５０％、
   ＣｏまたはＣｏ基合金：２〜３０％、 炭化タングス
   テンおよび不可避不純物：残り、（以上重量％）からな
   る組成を有する超硬質合金製エンドミルにして、このエ
   ンドミルの正面刃および先端より所定の長さに亘る主切
   刃を除く部分が、表面より少なくとも２μｍの厚さに亘
   つて、内部硬さよりビツカース硬さで５〜５０％低い硬
   さの炭化タングステン−Ｃｏ合金層または炭化タングス
   テン−Ｃｏ基合金層で形成されていることを特徴とする
   超硬質合金製エンドミル。 ２ 周期律表の４ａ，５ａおよび６ａ族の金属のうちの
   １種または２種以上の金属の窒化物および炭窒化物から
   なる群から選んだ１種または２種以上：０．５〜５０％
   、 タングステンを除く周期律表の４ａ，５ａおよび６
   ａ族の金属のうちの１種または２種以上の金属の炭化物
   からなる群から選んだ１種または２種以上：０．５〜５
   ０％、 ＣｏまたはＣｏ基合金：２〜３０％、 炭化タングステンおよび不可避不純物：残り、（以上
   重量％）からなる組成を有する超硬質合金製エンドミル
   にして、このエンドミルの正面刃および先端より所定の
   長さに亘る主切刃を除く部分が、表面より少なくとも２
   μｍの厚さに亘つて、内部硬さよりビツカース硬さで５
   〜５０％低い硬さの炭化タングステン−Ｃｏ合金層また
   は炭化タングステン−Ｃｏ基合金層で形成されているこ
   とを特徴とする超硬質合金製エンドミル。