JPS6311203A - セラミツクス切削用工具 - 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、セラミックスを切削加工する工具に関するも
のである。

（従来の技術） 従来からアルミナセラミックスが切削工具や機械部品等
に使用されていたが、最近窒化珪素、炭化珪素、ジルコ
ニアなどのファインセラミックス材料がその耐熱性、耐
摩耗性、軽量性、化学安定性などにより注目され、新世
代の機械構造部品。

耐摩材料、電子部品、医療部品などの用途に実用化する
ため精力的に開発が進められている。セラミックスは一
般に硬度が高く、脆いため、効率的な加工が困難である
が、これが実用化を遅らしている大きな原因であると考
えられる。

セラミックスの加工については種々研究がなされている
が、現状の加工はダイヤモンド砥石による研削、切断あ
るいはラッピングが主体である。

適切なダイヤモンド砥石及び加工条件が設定されれば、
これらのセラミックスを加工することは可能であるが、
加工能率、加工コスト、加工形状等の点で問題がある。

これらの材料を使いこなすためには加工能率が高く、加
工の柔軟性にすぐれた切削加工が可能となれば良い。

一般に工具材料は被削材の４−５倍以上の硬度を有する
必要があるとされているが、この点からみるとセラミッ
クスの切、削加工を行い得る工具としては、焼結ダイヤ
モンド工具がその第１候補と考えられる。

そこで、超硬合金に接合された焼結ダイヤモンドをさら
に超硬合金に鑞付けした工具の刃先半径を／騙に加工し
、前すくい角−５０でビッカース硬度２０００のアルミ
ナセラミックいを切削した。その結果５分切削したとこ
ろ、すくい面で焼結ダイヤモンドが欠損し切削不能とな
った。またアルミナセラミックスと同様にしてビッカー
ス硬度／６００の窒化珪素を切削したが、７分間切削し
た時点ですくい面で焼結ダイヤモンドが欠損し、現状の
焼結ダイヤモンド工具ではセラミックスを実用的に切削
加工することが困難である。

本発明者等は、焼結ダイヤモンドの欠損が何故生じるか
を調査した。その結果セラミックスは硬度が高いため、
焼結ダイヤモンドの刃先がζ被削材にくいつきにくく背
分力が高くなる（特に工具刃先が摩耗すれば、さらに上
昇する）が、焼結ダイヤモンドは脆性材料であるため圧
縮強度は高いが引張りやせん断強度が低いため、この応
力に耐えきれずに刃先チッピングしたり欠損したりする
ものと推定される。

従って、セラミックスを実用的璧加工するには１この欠
損を防止しなければならない。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の欠損防止のために本発明者等の先願（特願昭ｔ／
−７２３ａ２）に示した如く前すくい角弓を−３０〜−
６００にし、かつすくい面と逃げ面の交叉角らを９００
以上にすることにより、耐折損性のみならず耐摩耗性も
大巾に向上することを見出した。

（茹すくい角ａ、すくい面と逃げ面の交叉角へについて
は後述の第１図、第２図参照） しかしながら、これでも強度と硬度の高い炭化珪素や窒
化珪素を切削した場合、横逃げ境界部に摩耗が発達し、
目標とする工具寿命を得ることができない問題が生じた
。

本発明はこの様な問題点を解決し、より長寿命なセラミ
ックス切削加工用工具を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は強度と硬度の高いセラミックスの高能率加
工についてさらに検討を加えた結果、第１図に示した刃
先の前すくい角θ、が−！０〜−６０゜であり、かつす
くい面２と逃げ面３の交叉角へか９００以上で工具材質
が焼結ダイヤモンド４であり、該工具刃先が切削力によ
り回転すれば工具が均一に摩耗し、工具寿命は向上する
ことが判明した。

（なお第１図において１はセラミックス被削材である。

） 特に焼結ダイヤモンドとして１０ＯＯ０Ｃ以上の耐熱性
を有するものを使用すれば高強度、高硬度のセラミック
スを高能率で加工できる。

本発明において工具を回転することにより工具寿命が向
上するのは次の如く考えられる。

セラミックスの切削においては第２図に示す如く、ａの
部分では切込み深さが大きくなり高応力が負荷される。

（なお、第２図において５はセラミックス被削材、６は
焼結ダイヤモンド、７は切削断面、８は回転後のダイヤ
モンドの位置である）特に被剛材の強度と硬度が高い場
合、工具はこの高応力に耐え切れず欠損を生じ境界摩耗
として現われる。工具が回転すれば、境界摩耗の生じる
位置が切削時に刻々と変化するため全体が均一に摩耗し
、工具寿命は向上する。

さらに切削時に工具が回転すれば刃先の交叉角へか見か
けより減少し、セラミックスにくいつきやすくなり、刃
先に負荷される応力が低下するため、工具寿命が向上す
ると考えられる。

本発明において、前すくい角ａを−５０〜−６０゜にす
ることにより、欠損を防止できかつ耐摩耗性が向上する
のは次の如く推定できる。

セラミックスＷ削においては、切屑は被削材の脆性破壊
により生成されるため、主分力や送り分力は低いがセラ
ミックスの硬度が高いため、前述の如く刃先はくいつき
にくく背分力が高くなるため工具刃先には大きなせん断
応力が負荷される。

このせん断力は、前すくい角が小さくなるほど減少する
ため、欠損を防止できると考えられる。

この前すくい角が一５°を越えると刃先の欠損が生じた
り、チッピングを生じるため耐摩耗性が低下する。

また、前すくい角が一６０゜より小さい場合背分力が異
常に高くなり、切削できなくなるため−５０〜−乙Ｏｏ
とした。すくい面と逃げ面の交叉角内については９００
未満では刃先の強度が不足するため刃先は欠損する。

特に焼結ダイヤモンドは構成するダイヤモンド粒子の粒
度が粗いほどその耐摩耗性は向上するが強度は低下する
。また、セラミックス切削では、セラミックスの熱伝導
性が低いものが多く、切屑に発生した熱が取り去られる
量も少ないため工具刃先は高温となるが、このため特願
昭５９一ユ２４ｊ７＃号「工具用ダイヤモンド焼結体お
よび製造法」に示される如く、耐熱性の高い焼結ダイヤ
モンドを使用すれば有効であるが、耐熱性ダイヤモンド
は通常の焼結ダイヤモンドより強度が低下している。

このような場合、前すくい角を−５０〜−タＯ０とする
ことにより工具刃先に負荷されるせん断力を緩和して使
用することにより、高速でセラミックスを切削すること
が可能となり加工能率はさらに向上する。

回転しながら切削できる機構としては、切削時背分力ま
たは主分力を利用して、回転させることができる。例え
ば、スラストベアリングの如きものをセラミックス加工
用工具の下敷とすることも一つの方法であるが、一般的
に知られている９回転台を使用することができる。回転
速度は、境界摩耗が発生する前にその場所が次の部位へ
移っている程度の速度以上であればよい。

（作用） 本願の発明により難削材であるセラミックの切削加工に
特に優れた効果を示すのである。このような切削工具の
開発により、セラミックの実用化が一層加速す、るもの
と思われる。

（実施例／） 超硬合金に接合された粒度３０１’ｍの焼結ダイヤモン
ドをφ／ｊＢの円板に加工し、これを回転可能な種々の
前すくい角をもつホルダーに固定し、曲げ強度９０　ｋ
ｇ／−、ビッカース硬度／乙ＯＯの窒化珪素を打込み／
謂送りａＱｊ；　ｉｓ／　ｒｅｖ　、速度ｓｏｍ／＝で
７０分間切削した。比較のため前すくい角−２５０で回
転させずに切削した。

結果を表／に示す。なおすくい面と逃げ面の交叉角へは
９００とした。

（実施例２） 粒度ｉｏｏ、ａｍ以下のダイヤモンド粒子が９７５容量
％含有し、残部がｗｃ−ｃｏより成る焼結体より酸処理
によりＣＯとＷＣの一部を溶出し、／１０００Ｃの耐熱
性を有する焼結ダイヤモンドを試作した。これをφ／！
；ＩＭＭで厚さ３Ｍに加工した。

この円板状の焼結ダイヤモンドを前すくい角−２Ｓ０で
回転可能なホルダーに取り付けた。なお、すくい面と逃
げ面の交叉角０は／１００，９００．ｆＯＯの３種類と
した。これらの工具でビッカース硬度２０００　、抗折
力乙Ｏｋｇ／−の炭化珪素を切削速度をｇ。

ｍ　／ｒｎｉｘ　、切込みＱ、ｊ；　ａｍ　、送りθハ
ｓ／ｒｅｖで切削した結果、交叉角／１０°、９００の
ものは逃げ面摩耗中は、７０分間切削した時点でそれぞ
れ０．／！；１１１１Ｎ、　０．／３であったのに対し
、Ｉｒ００のものは３分間切削した時点で欠損した。

（発明の効果） 本発明の工具はセラミックスの切削に対して、耐欠損性
、耐摩耗性がすぐれているため、現在注目されている高
強度ファインセラミックスの切削に使用すれば、高能率
、低コストで加工可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の切削工具によってセラミックスを切削
している時の正面断面図、第２図は第１図の上平面図を
示す。 １．５・・・セラミックス被削材、２・・・すくい面、
３・・・逃げ面、４，６・・・焼結ダイヤモンド、７・
・・切削断面、８・・・回転後の焼結ダイヤモンドの位
置。 θ・・・前すくい角（中心線とすくい面のなす角で中心
線より上になる） ら・・・すくい面と逃げ面の交叉角 ａ・・・切込み深さの最大となる部分 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、刃先の前すくい角が−５゜〜−６０゜であり、かつ
   すくい面と逃げ面との交叉角が９０゜以上で、工具刃先
   材質が焼結ダイヤモンドであり、該工具刃先は切削時に
   切削力により回転しながら切削できる機構を有している
   ことを特徴とするセラミックス切削用工具。 ２、焼結ダイヤモンドが円板形状を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミックス切削
   用工具。 ３、焼結ダイヤモンドが１０００℃以上の耐熱性を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のセラミックス切削用工具。