JPS61249210A - 高性能高速度鋼ブロ−チ - 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、高速度鋼ブローチの少なくとも中仕上刃及び
荒削刃における刃先逃げ面を、急冷凝固及び焼もどしに
より母材よりも高硬度とすることによって、種々の利点
を享受することのできる高性能高速度鋼ブローチに関す
るものである。

［従来の技術］ 近年加工技術の高能率化及び高精度化への要求が一段と
高まりつつあるが、その中にあってブローチとりわけ高
速度鋼ブローチを用いた切削加工は、（イ）該加工に要
する時間が短く生産性が高い、（ロ）高精度で互換性の
ある製品を得ることができる、（ハ）複雑形状部品も容
易に加工できる。といった特徴を具有している為、上記
高能率化及び高精度化の要求を満たすものとして重要な
位置を占めている。

ところで高速度鋼ブローチを用いて切削加工を行なうに
当たり該高速度鋼ブローチは下記条件を満たすべきであ
るとされている。

（１）仕上面精度を上げる目的で刃先逃げ面の逃げ角を
他の９１削工具のそれより小さくする（３゜以下にする
）必要があり、この結果能の切削工具に比較して逃げ面
摩耗が生じ易くなる。そこでこの摩耗による弊害を防止
すべく逃げ面の耐摩耗性を向上させることが要求される
。またブローチの寿命は刃先逃げ面の摩耗量によって支
配されるからこの意味においても逃げ面の耐摩耗性を向
上させることは重要である。

（２）断続切削を行なう為に靭性も要求される。

そこで上述の如き要求を満足すべ〈従来より（Ａ）素材
である高速度鋼自体の耐摩耗性及び靭性を改善する方法
（例えば粉末高速度鋼を使用する方法）、（Ｂ）表面処
理（例えばＰＶＤやＣＶＤ等の表面処理）することによ
って耐摩耗性及び靭性を向上させる方法等が採用され実
効を上げてきた。

しかるに上記（Ａ）、（Ｂ）の方法によって全てが全て
満足されるとは限らず、自ずと限界があった。

［発明が解決しようとする問題点］ すなわち上記（Ａ）の方法にあっては、素材である高速
度鋼そのものを改善の対象としなけらばならず、この為
該改善に要する経費がかさみ、従って現実問題として必
ずしも満足な方法であるとは言い難く、結局得られる高
速度鋼ブローチ自体も高価なものとなってしまう、また
上記（Ｂ）の方法にあっては、上述の如き経費の問題に
加えコーテイング膜が剥離するという本質的な問題も残
されているので側底満足のいく高速度鋼ブローチを提供
できるべくもない。

したがって素材そのものの改善を狙わなくとも耐摩耗性
及び靭性をともに改善することができ、もって製造に要
する経費の問題も解消できる様な高性能高速度鋼ブロー
チの開発が強く望まれていた。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、耐摩耗性及び靭性を向上させることはもとより、製造
に要する経費を削減させることのできる高性能高速度鋼
ブローチを提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る高性能高速度鋼ブローチは、少なくとも中
仕上刃及び荒削刃における刃先逃げ面を、急冷凝固及び
焼きもどしにより母材よりも高硬度化してなるところに
その要旨が存在するものである。

［作用］ 本発明に係る高性能高速度鋼ブローチは、前述の如く急
冷凝固及び焼きもどしすることによって母材よりも高硬
度化された層を、少なくとも中仕上刃及び荒削刃におけ
る刃先逃げ面に設けたところに最大の特徴を有するもの
である。そしてこの様に構成することによって、刃先逃
げ面の耐摩耗性及び靭性が飛躍的に向上し、しかも製造
に要する経費を削減させることができるといった作用効
果を奏効するものである。

この様な高性能高速度鋼ブローチは、（１）高性能高速
度鋼ブローチ（以下単にブローチという場合もある）に
急冷凝固層を形成させ、この後焼きもどし処理を施すと
いう過程に、（２）該ブローチにおける摩耗特性等を勘
案して上記急冷凝固・焼きもどし処理部位を特定すると
いった配慮を加えて製造されるものである。

（１）高速度鋼ブローチに急冷凝固層を形成させ、この
形成時期を焼きもどし処理前とした点について、 耐摩耗性及び靭性の向上した高速度鋼ブローチを得るた
めに従来は、該高速度鋼ブローチ全体を対象として（例
えば粉末高速度鋼を使用するとかＰＶＤやＣＶＤ等によ
ってブローチ全面の表面処理を行なうとかして）処理し
ていた。ところが高速度鋼の表面を一部急冷溶融させた
後、急冷すると、該表面層には一次炭化物が殆んど形成
されず通常の焼入れでは得ることのできない急冷凝固層
となることが分かった。そしてこの後引続き行なわれる
焼きもどし工程によって、固溶した炭化物が該表層中に
微細に分散析出し、この結果核表面層は耐摩耗性及び靭
性の著しく改善されたものとなることが確認された。

（２）該高速度鋼ブローチの前記特徴を勘案して、急冷
凝固後焼もどすことにより得られる母材よりも高硬度と
なる部位を特定した点について。

第１図は高速度鋼ブローチの平面説明図であり。

第２図は高速度鋼ブローチの刃先の拡大説明図である。

高速度鋼ブローチを用いた切削加工は低速（通常５〜２
５層膳／分）で行なうのが普通であるから、第２図に示
す様なすくい面ｌのクレータ摩耗については配慮する必
要がほとんどなく、従って刃先逃げ面（以下単に逃げ面
という場合もある）２についてだけ考慮すれば足りる。

この逃げ面２は第１図における荒削刃３、中仕上刃４、
仕上刃５の夫々に存在するが、この内殊に荒削刃３及び
中仕上刃４の逃げ面２では切込量が著しいから、少なく
ともこの部位に母材よりも高硬度の表面層を形成させる
こととした。勿論仕上刃５の逃げ面２に形成させても良
いことは言う迄もない。

母材よりも高硬度の層を形成させる部位をこの様に特定
することによって、高速度鋼ブローチ全体の性能を改善
するまでもなく耐摩耗性及び靭性の優れた高速度鋼ブロ
ーチを得ることができ、コスト的にも好ましい結果を得
ることができる。

前記（２）の説明で少なくとも表面層を硬化させなけれ
ばならない部位が荒削刃３及び中仕上刃４の逃げ面２で
ある旨述べたが、夫々の逃げ面２へ該高硬度層を形成す
るに当たっては必ずしも夫々の逃げ面２全面に該高硬度
層を形成させる必要はなく、要するに下記（Ａ）、（Ｂ
）の条件で定められる領域に前記急冷凝固後続もどすこ
とにより得られる母材よりも高硬度の層が形成される様
にすればよい。

（Ａ）深さくｄ）・・・最終仕上加工において研削され
る研削代り以上の深さ ＣＢ）輻（！Ｌ）　・・・逃げ面２全幅のうち刃先６か
ら少なくとも最終の再研 削が行なわれる箇所７迄 ［実施例］ 本発明に係るブローチを得るに当たっては、前述の如く
急冷凝固層を形成せしめることが必要であるが、該急冷
に先だって行なわれる加熱手段の１つにレーザ照射を上
げることができる。以下レーザ照射について説明するが
、該加熱手段はレーザ照射に限定されるものではなく電
子ビーム等であっても良い、要は高速加熱の可能な高エ
ネルギービームであれば本発明の目的を達成することが
できる。

上記レーザ照射等による処理エネルギーを左右する因子
としては、レーザ出力、加工速度（レーザビームと被照
射物の相対移動速度）、ａｂ値（被加工物表面とレンズ
の距離／加工レンズ焦点距離）によって決まるスポット
径、加工ガス、加工レンズ焦点距離等を挙げることがで
きるが、前記高硬度層が形成される様な上記レーザ照射
条件は、スポット径及び上記因子のうち主なものを統合
した結果としての入射エネルギー密度［入射エネルギー
密度（Ｊ／ｃ鵬２）＝レーザ出力（Ｊ／ｃ膳２）　／　
（加工速度（Ｃ層／秒）×ビームスポット径（０膳））
］により決定できる。尚前記法さくｄ）を決定するのは
上記エネルギー密度であり、前記幅（立）を規定するの
は上記スポット径であるものと考えられる。以下夫々に
つき説明する。

（Ａ）入射エネルギー密度 入射エネルギー密度と急冷凝固層最大深さの関係の一例
として夫々のスポット径（ａｂ値によって規定される）
について求め第３図に示すグラフを得た。この図から急
冷凝固層最大深さは、スポット径に余り依存せず大略入
射エネルギー密度のみの関数となっていることが分かる
。急冷凝固層最大深さは少なくとも表、面が一部溶融し
急冷凝固した後仕上研削なしに用いる場合を最小値とす
る。この最小値が得られる入射エネルギー密度は、被照
射材の吸収率に左右される。−例として、表面無処理ハ
イスに対しての下限は１０３（Ｊ／ｃｍ２）程度であっ
た。一方上限については、急冷凝固層内に空孔や割れが
形成される可能６−八 性があるので、２Ｘ１０’　　（Ｊ／ｃ■２）以下が望
ましい。

ＣＢ）スポット径 入射エネルギー密度と急冷凝固層幅の関係を各スポット
径（０，３ｍｓ、　１膳層、　２．５　ａｍ）について
求めたところ第４図のグラフを得た（但し図にはスポッ
ト径を規定する数値であるａｂ値を記した）、希望する
急冷凝固層の幅に合わせスポット径は選ばれる。

こうして設定された条件に基づいてレーザ照射し急冷凝
固層を形成した後、焼戻し処理する訳であるが１次に該
焼もどじ処理条件について説明する。

第５図は５ＫＨ５５の焼もどし温度と硬さの関係を示す
グラフであり、第６図は５ＫＨ５９における第５図相当
のグラフである。これらの図からレーザ照射部において
は焼もどし温度５００〜６００℃で母材と異なった挙動
を示すことが分かった。すなわち焼もどし温度を５００
〜６００℃に設定すればレーザ照射部の硬さが大幅に上
昇することが観察された。従ってレーザ照射後の焼もど
し温度を５００〜６００℃に設定することが好ましいも
のと考えられる。

以上は対象鋼として５ＨＫ５５及び５ＫＨ５９を用いた
例であるが、鋼種はもちろん上記２鋼種に限定されるこ
となく通常の焼入れ状態において一次炭化物を有する他
の高速度鋼を用いてもよい、第７図は粉末高速度鋼ＫＨ
Ａ３０．ＫＨＡ３３、ＫＨＡ５０を対象鋼としてこのこ
とを明らかにしたグラフである。第５図及び第６図同様
レーザ照射後続もどしすることによって硬さの大幅上昇
が観察される。

以上の様にして決定した硬質化処理条件のうち、下記の
条件でレーザ照射したサーフェスブローチを用いて切削
試験を行ない、通常処理材と比較した。またＰＶＤ処理
によりレーザ照射材にＴｉＮをコーティングしたものも
同時に比較した。結果は第８図に示す。

通常処理材　５ＫＨ５５ 焼入　１２００℃ 焼もどし　　５５０℃（３回） レーザ照射材（レーザ照射工程以外は通常処理材と同じ
） 入射エネルギー密度　５．１１４Ｘ　１Ｇ３Ｊ　／　ｃ
ｍ２但しレーザ出力５ＫＷ、加工速度５ｍ ／分 スポット径　１■層 レーザ照射後ＰＶＤ処理材（ＰＶＤ処理以外レーザ照射
材と同じ） コーティングＩＩ　　　ＴｉＮ コーティング膜厚　３ＩＬｍ 切削試験条件 被削材　　　５１５Ｇ 切削速度　　Ｉｏｎ／分 この結果から明らかな様に、高速度鋼ブローチに硬質物
質をコーティングすることによって逃げ面摩耗量を一段
と減少させることができ、より高性能な高速度鋼ブロー
チを得ることができるものと判断された。このことは、
硬化物質のコーティング効果が基材（この場合刃先逃げ
面の急冷凝固・ψ 層）の硬度増加に伴ない大きくなることに起因している
ものと考えられる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、耐摩耗性及び
靭性が向上することはもとより、製造に要する経費も削
減させることのできる高性能高速度鋼ブローチを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高速度鋼ブローチの平面説明図、第２図は高速
度ブローチの刃先の拡大説明図、第３図は入射エネルギ
ー密度と急冷凝固層最大深さの関係を夫々のａｂ値につ
いて示すグラフ、第４図は入射エネルギー密度と急冷凝
固層幅の関係を夫々ａｂ値について示すグラフ、第５図
は５ＫＨ５５の焼もどし温度と硬さの関係を示すグラフ
、第６図は５ＫＨ５９における第５図相当のグラフ、第
７図はレーザ照射した粉末高速度鋼の硬度における優秀
性を示す為のグラフ、第８図は切削に伴なう逃げ面最大
摩耗量の変化を夫々の処理材につき示すグラフである。 ２・・・刃先逃げ面　　３・・・荒削刃４・・・中仕上
刃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高速度鋼ブローチの少なくとも中仕上刃及び荒削刃にお
   ける刃先逃げ面を、急冷凝固及び焼もどしにより母材よ
   りも高硬度化してなることを特徴とする高性能高速度鋼
   ブローチ。