KR920010860B1

KR920010860B1 - 초경합금제 드릴

Info

Publication number: KR920010860B1
Application number: KR1019900000868A
Authority: KR
Inventors: 도시오 노무라; 노부유끼 기따가와; 가즈따까 이소베
Original assignee: 스미또모 덴끼 고교 가부시끼 가이샤; 나까하라 쯔네오
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1992-12-19
Also published as: US4971485A; EP0380096B1; JPH0392210A; DE69018280D1; DE69018280T2; KR900011908A; EP0380096A1; JP2890592B2

Abstract

내용 없음.

Description

초경합금제 드릴

제1도는 일반적인 트위스트 드릴을 도시하는 구조도.

제2도는 드릴의 대표적인 손상 부위를 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 절단날 2 : 생크부

11 : 융착마모가 발생되는 부위 12 : 드릴 외주날의 마모부위

13 : 전방도피면

본 발명은 주로 강의 천공 가공에 제공되는 드릴의 구조에 관한 것이며, 특히 내마모성이나 인성이 우수하며, 높은 품질을 가지는 초경합금제 드릴의 구조에 관한 것이다.

드릴은 강재등의 천공 가공에 쓰이는 절삭 공구의 하나이다. 그 일예로서 트위스트 드릴의 구조가 제1도에 도시되어 있다. 트위스트 드릴은 천공 가공에 제공되는 절단날(1)과 절삭에 관여하지 않고 주로 절삭의 배출과 드릴링 머신등의 절삭 기계의 척부등에 장착하기 위한 생크부(2)로 구성된다.

종래부터 일반적으로 드릴의 재질은 고속도강(하이스) 및 초경합금이다. 고속도강은 인성에 좋으나 내마모성이 낮고 고속도 절삭에 부적합하다. 한편, 초경합금은 내마모성이나 공구로서의 정밀도 특성이 우수한 반면, 고속도강에 비해서 항절력이 쳐지며 예컨대, 강성이 낮은 공작 기계에 사용되면 절손하는 경우가 있었다.

또한, 절삭 속도가 느리고, 게다가 경사각이 큰 부각으로 되는 드릴 중심부는 그 절단날이 결손되기 쉽게 되므로 그 재료는 초경합금중에서도 강도가 높은 환언하면 내마모성이 쳐지는 재료를 사용치 않을 수 없다. 그 때문에 드릴 내주부 경사면의 융착 마모나 절삭 속도가 빠른 드릴 외주부의 마모를 방지하기는 매우 곤란하다.

이것들의 개량으로서 고속도강의 절단날부에 경질의 주석(TiN)을 코팅하는 구조, 또는 절단날부를 초경합금으로 하고 납땜되는 구조등이 생각된다.

또한 최근에 내마모성 및 인성의 향상등을 의도해서 상이한 재질의 초경합금끼리(P30과 D30)를 납땜한 구조(실개소 58-143115호) 또는 야금학적으로 일체화 접합한 구조(실공소 62-46489호), 또한, 드릴의 중심부와 외주부와의 요구되는 특성의 차이에 착안하고 그 중심부와 외주부와의 초경합금의 재질을 상이케한 이중구조로 성형한것(특개소 62-218010호), 또는 이 이중 구조를 사출성형으로 형성하는 방법(특개소 63-3851호, 38502호)등이 고안되어 있다. 또, 드릴의 내마모성 향상을 위해서 드릴의 재질을 서어맷(cermet)으로 구성한 구조(특개소 62-292307호)등에 있다.

드릴의 절단날부 및 생크부는 각각 상이한 부하 상태로 사용된다. 그 때문에 드릴의 각부에 요구되는 특성은 상이하다. 예컨대, 절단날부의 날끝부에선 내마모성이나 내융착성 등이 요구되며, 생크부에선 공구로서의 강도를 유지하기 위한 인성이 요구된다. 또, 절단날부의 날끝부에 대해서도 그 중심부와 외주부에선 절삭 속도가 크게 다르므로 요구되는 특성도 다르다.

이같은 드릴에 구비되어야 할 특성에 대한 복잡한 요구에 따르기 위해서 그 대책으로서 절단날부에 코팅을 실시한 것이 있다. 그러나, 이 코팅 드릴에 있어선 경질 피막이 한번 박리되면 급속히 마모가 진행한다는 문제가 있다. 또, 통상 마모된 사용필 드릴은 재차 날끝을 연마해서 사용된다. 그러나, 드릴의 재연삭을 실시하면 적어도 전방도피면 측의 코팅층이 제거되고 말며 코팅 효과의 태반이 상실된다. 그 때문에 이때는 연마부를 재피복하지 않으면 본래의 내마모성을 발휘할 수 없다. 그 결과, 공구비나 공구 관리의 부담이 커지는 현상이 일어난다. 또, 절단날부에 초경합금을 납땜하는 구조는 납땜자체가 본질적으로 열적 강도 및 기계적 강도를 약하게 하는 방법이며, 난삭재의 가공이나 심혈가공에는 적용되지 않는다는 결점을 가지고 있다. 또한, 근래 드릴의 생크부의 인성을 향상시킬 목적으로 초경합금의 조립화나 고결합상화를 행한 것은 역으로 재료의 강도를 저하시키거나 또는 탄성한게의 왜곡을 저하시키며 피삭재의 움직임이나 절삭기계의 불안정한 회전등으로 드릴 가공중에 있어서 셔터부가 절손된다는 문제가 있다.

본 발명의 하나의 목적은 코팅 드릴에 필적하는 내마모성과 코팅 드릴을 상회하는 인성을 발휘할 수 있는 초경합금으로 구성되는 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 드릴의 절단날부에 있어서 우수한 내마모성, 내융착성을 가지며, 또한 생크부는 내절손성으로서의 필요충분한 인성을 갖는 초경합금으로 구성되는 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 국면에 따른 초경합금제 드릴은 이하에서 규정되는 제1의 초경합금으로 그 전체가 구성된 드릴이다.

제1의 초경합금은 WC 및 B-1형 고용체의 제1의 경질분산상과 Fe족 금속의 제1의 결합금속상으로 된다. 제1의 경질분산상의 조성은(WaMb)(CxNy)로 나타내어진다. M은 Ti이다. 또, M은 Ti를 포함하며,

를 제외하는 주기율표 제IVa, Va 및 VIa족 금속의 2종 이상이다. a, b, x, y는 몰분율을 나타낸다. a, b, x, y는 이하의 관계식으로 규정된다.

a+b=1

x=y=1

x〉0

y

0

b

0.4

제1의 결합금속상은 제1의 초경합금중에 차지하는 체적의 비율은 13%이상 30%이하이다.

즉, 제1의 초경합금은 초경합금중의 Ti를 주로하는 W 이외의 경질금속의 탄화물 또는 탄질화물의 함유량을 몰분율로 0.4이상으로 하고, 또한, 결합금속상의 양을 체적이 13%이상, 30%이하로 하는 초경합금이다.

본 발명의 또 하나의 국면에 따른 초경합금제 드릴은 상기의 제1의 초경합금으로 구성되는 절단날부와 이하에서 규정되는 제2의 초경합금으로 구성되는 생크부를 구비한다. 절단날부는 피삭물을 절삭하기 위한 것이다. 생크부는 절삭기계의 소정 위치에 부착하기 위한 것이다. 생크부의 성능 향상을 도모하기 위해서 절단날부 끝에 제1의 초경합금이 쓰인다. 생크부는 절단날부와 일체로 접합된다.

제2의 초경합금은 WC 입자의 경질분산상과, Co를 함유하는 제2의 결합금속상으로 된다. 제2의 경질분산상의 평균입경은 0.7㎛ 이하이다. 제2의 결합금속상은 제2의 초경합금중에 차지하는 체적의 비율은 13%이상 30%이하이다.

드릴에 요구되는 특성은 절단날부의 내마모성 및 내융착성과 생크부의 인성으로 대표되는 내절손성으로 대별된다. 이하, 본 발명에 따른 초경합금제 드릴에 있어서 조성, 입경등의 한정 이유에 대해서 설명한다.

드릴에 있어서의 마모성 발생 상태는 제2도에 도시한다. 참조번호 11은 드릴 내주부의 융착 마모가 발생하는 부위(경사면)을 나타낸다. 피삭제와 드릴재질의 융착에 의한 경사면의 마모가 진행되면 칩이 부착되며, 드릴이 못쓰게 된다.

이 융착 마모를 약하시키기 위해선 강(鋼)의 친화성이 낮은 Ti를 주성분을 하는 (TiTaNb)(CN)등의 탄화물 또는 탄질화물의 함유량을 증가시킨 재질을 드릴에 쓰면 된다는 것은 잘 알려져 있다. 또한, 제2도에 있어서 참조번호 12는 드릴 외주날의 마모부위(마아진) 참조번호 13은 날끝의 칩 발생부위(전방도피면)를 도시한다. 그러나, 상기와 같은 탄화물 또는 탄질화물의 함유량을 단순히 증가시키면, 강도의 저하를 피할 수 없으며, 드릴로선 실용화되지 못하는 재질이 된다.

본 발명자등은 상기의 문제에 대해서 탄화물 또는 탄질화물을 미립으로 하고, 또한, 결합금속량을 증가시키므로서, 강도를 저하시키지 않은채 탄화물 또는 탄질화물의 함유량을 높히는 것이 가능하며, 내융착 마모성을 향상시킬 수 있음을 알았다. 본 발명은 이러한 사실을 기준해서 이뤄진 것이다.

본 발명의 제1의 초경합금은 절삭속도가 큰 바이트나 커터의 칼날로서는 날끝의 소성 변형이나 경사면의 클레이터 마모가 생기기 쉬우므로 부적당하다. 그러나, 이 제1의 초경합금은 절삭속도가 외주부에 있어서 고작 100m/분이며, 또한 중심부의 저속역에 있어서의 융착 마모가 공구 수명을 지배하는 드릴 절삭에 있어선 놀라운 고성능을 발휘한다.

본 발명에 있어서(WaMb)(CxNy)로 나타내어지는 제1의 경질분산상의 조성중, Ti 또는 Ti를 포함하며 W를 제외하는 주기율표 제IVa, Va, VIa족 금속의 2종 이상으로 되는 탄화물 또는 탄질화물의 몰분율, 즉 M의 몰분율은 제1의 경질분산상 전체에 대해서 0.4 또는 2이상이 적당하다. 이것은 2몰분율이 0.4미만에선 내융착 마모성이 충분치 않기 때문이다.

또, 제1의 경질분산상의 평균입경을 바람직하게 1.5㎛이하, 제1의 결합금속상의 체적의 양을 13%이상, 30%이하로 하는 것은 제1의 경질분산상의 평균입경이 1.5㎛을 초과하고, 제1의 결합금속상의 체적의 양이 13%미만이 되면, 드릴로서 구비해야 할 필요한 강도가 얻어지지 않기 때문이다. 반대로, 제1의 결합금속상의 양이 30체적%을 초과하면 드릴의 절삭조건하에 있어서도 날끝의 소성변형이 생기게 되므로 바람직하지 않다.

또한, 상기의 제1의 경질분산상으로서의 WC 및 B-1형 고용체의 평균입경의 측정은 현미경에 의한 조직 관찰에 있어서 풀만(Fullman)의 식등을 써서 행하는데 일반적으로 매우 곤란하다.

또, 합금의 대항 자력은 결합금속상의 조성, 결합금속상의 양이 일정하에선 초경합금의 입도 파라미터로 될 수 있음은 잘 알려져 있다(일본 금속학회지, Vol.28, 1964, p.55, 스즈끼코도부키등). 제1의 결합금속이 Co로 되며, WC-B-1형 고용체-Co의 3상 합금에 있어선 Co의 체적이 13-30%의 범위에서 대항자력이 1300e(에트스텟) 이상이면 본 발명의 효과는 보다 양호하게 발휘된다.

또한, 소결중에 있어서의 경질분산 입자의 입성장을 억제하기 위해서 합금중에 질소를 첨가하는 것도 본 발명의 초경합금을 제조하는데 있어서 바람직한 방법이다.

본 발명의 또 하나의 국면에 따른 드릴의 생크부에는 경질분산상으로서 평균입경이 0.7㎛이하인 WC 입자를 포함하는 WC계 초경합금이 쓰인다. 고속도강 등을 쓰면 그 열팽창 계수가 크기 때문에 절단날부의 초경합금과의 열팽창차에 기인한 균열이 발생되기 쉽다. 또, 고속도강의 영율은 WC계 초경합금의 약 1/3이며, 절삭시의 내진성이 나쁘므로 절단날부의 마모, 결손을 조장하게 된다.

경질상의 평균입경이 0.7㎛을 초과하면, 드릴의 생크부로서의 강도가 내절손성을 만족할 수 있게는 발휘되지 않는다. 결합금속상의 체적의 양이 13% 미만이 되면, 인성이 저하되며, 30%를 초과하면 소성변형이 생겨 바람직하지 않다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 내마모성과 인성이 현저히 개선되며, 코팅 드릴을 사용하지 않게 하고 고능률의 드릴가공이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 있어서 드릴의 날끝부에 내마모성, 내융착성, 내열균열성(내칩성)이 우수한 초경합금을 쓰며, 드릴의 생크부에 인성이 풍부한 WC 초경합금을 쓰고 이들 양자를 일체 접합시키므로서 드릴을 성형하고 있다. 따라서, 돌발적인 결손등이 발생하지 않는 높은 신뢰성, 긴수명 및 고품질을 가지는 초경합금제 드릴이 제공될 수 있다.

이하, 실시예로 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

시판의 WC 분말(평균입경 0.8㎛)과 Co 분말(평균입경 1.0㎛), 평균입경 1.0㎛의 (TiW) C분말, 마찬가지로 1.0㎛의 Tac 및 마찬가지로 1.0㎛의 Nbc를 결합금속 체적%; W를 제외하는 탄화물 몰분율 및 경질상 평균입경이 제1표에 나타내는 수치가 되게 배합하고, 습식볼밀에서 10시간 혼합한 후 건조하고, 1ton/cm²의 압력으로 정수압 프레스한다.

그후, 1400℃로 1시간 소결해서 초경합금을 제작하고 이것들을 각각 연삭 가공해서 10mmø의 드릴을 얻는다.

또한, Ti, Ta, Nb의 비율은 몰분율로 8:1:1로 된다.

제1표중 시료 No.에 *표를 붙인 것이 본 발명의 실시예이다.

또, 원료의 입도 및 배합비를 변화시키고, 마찬가지 방법으로 제1표에 도시하는 비교합금을 작성하므로 10mmø의 드릴을 DJESS다.

[제1표]

상기에서 얻은 본 발명 및 비교예의 초경합금에 의한 드릴을 써서,

피삭재 S50C

절삭속도 65m/분

이송속도 0.25mm/rev

구멍깊이 18mm

절삭유 수용성

가공구멍수 1000구멍

의 절삭조건으로 드릴링 테스트를 한 바, 제2표에 나타내는 결과가 얻어졌다.

또한 번호 9의 드릴에 PVD 법으로 TiN을 4㎛ 코팅한 것을 비교로 하여 번호 10에 나타내었다.

[제2표]

위표에서 본 발명의 초경합금으로 되는 드릴은 내마모성, 특히 내주의 내융착 마모성이 우수하며, 또한 날끝의 내칩성도 우수하다는 것이 인정되었다.

또한, 제2표에 있어서의 외주날 마모량, 내주융착 마모깊이, 날끝의 칩은 각각 제2도의 12, 11, 13부의 상황을 나타내는 것이다.

[실시예 2]

실시예 1에서의 (TiW) C 대신 (TiW)(CN)을 쓴 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 제3표에 도시하는 값을 가지는 초경합금을 얻으며, 이것으로 10mmø의 드릴을 제작한다.

[제3표]

위표에서 경질상의 조성중에 질소를 첨가함으로써 경질상의 평균입경이 세밀해진 것이 인정되었다.

상기에서 얻은 드릴에 있어서 실시예 1과 마찬가지의 절삭조건으로 드릴링기 테스트를 행했든바 제4표에 나타내는 결과가 얻어졌고, 경질상의 평균입경이 미립으로 될수록 내마모성이 향상한다는 것이 나타내어지며, 본 발명의 초경합금이 드릴용으로서 우수하다는 것이 인정되었다.

[제4표]

[실시예 3]

절단날부를 구성하는 초경합금은 아래와 같은 분말을 조합하므로서 제작된다. 시판하는 평균입경 0.8㎛인 WC 분말과 평균입경 1.0㎛의 Co 분말, 평균입경 1.0㎛의 (TiW) C분말, 평균입경 1.0㎛의 TaC 분말 및 평균입경 1.0㎛의 NbC 분말이, 결합금속(체적%) W를 제외한 탄화물의 몰분율 및 경질상 평균입경(㎛)이, 소결후에, 있어서 제5표에 표시되는 수치로 되도록 조합된다.

생크부를 구성하는 초경합금은, 평균입경 0.5㎛의 WC 분말 및 Co 분말을, 결합금속(체적%), 경질상 평균입경(㎛)이, 소결후에 있어서 제5표에 표시되는 수치로 되도록 조합하므로서 제작된다. 이때, 입자성장 억제 성분으로서 VC 분말을 소량 배합한다.

절단날부를 구성하는 초경합금 분말과 생크부를 구성하는 초경합금 분말을, 분체의 성형프레스에 접합한다. 구체적으로는, 정수합 프레스를 사용해서, 말하자면 CIP[냉간등방 가공 프레스(Cold Isostatic Pressing)]에 의해 소결전에 있어서 각 초경합금 분말을 접합한다. 그후, 얻어진 성형체를 소결하므로서 초경합금을 제작한다. 각 시료에 연삭가공을 실시하므로서 10mmø의 드릴이 얻어진다.

또한, 비교품으로서, 제5표에 표시되는 바와 같이 분말의 입도 및 배합비를 변화시키므로서 상기와 같은 방법으로 10mmø의 드릴을 제작한다.

제5표에서는, 본 발명의 초경합금제 드릴 및 비교를 위해 제작된 드릴의 초경합금의 조성 및 입도분포 등이 표시되어 있다. 제5표에 있어서, 비교품 D, E는, *로 표시되는 바와 같이 절단날부의 조성 및 입경등이 본 발명의 범위에서 벗어나도록 제작된 것이다. 또한, 비교품 F, G는, 생크부를 구성하는 초경합금의 조성 및 입경이 본 발명의 범위를 벗어나도록 제작된 것이다. 또다시, 비교품 H는, 절단날부와, 생크부의 양자에 있어서 본 발명의 범위를 벗어나도록 제작된 것이다. 각각 본 발명의 범위에서 벗어난 수치에는 *가 붙여져 있다.

[제5표]

드릴의 성능 평가 테스트는 다음에 표시되는 조건 아래에서 행해졌다.

테스트 조건

피삭재 : S50(H_B=230)

절삭속도 : 60m/분, 습식(수용성 절삭유)

이송속도 : 0.25mm/rev

구멍깊이 : 25mm

판정기준 : 수명까지 가공후, 그날끝 상황등을 관찰한다.

수명 : 통상, 외주 전방 도피면의 마모량이 0.2mm 이상으로 되었을때로 한다.

이상의 드릴 성능 평가 테스트의 결과는 제6표에 표시된다. 제6표를 참조하여, 먼저, 본 발명품 A 내지 C와 비교품 D, E와의 비교에 있어서, 비교품 D는 드릴로서의 필요한 강도가 얻어지지 않고, 날끝이 빠지고, 비교품 E는, 내융착 마모성에 약하다.

또한, 본 발명품 A 내지 C와 비교품 F 내지 H와의 비교에 있어서, 비교품 F 내지 H는 생크 강도가 약하고, 생크부가 절손된다.

또한, 참고를 위해 현재 사용되고 있는 코팅하이스 혹은 코팅 초경 드릴등도 병행해서 본 성능시험이 행해졌다. 이들의 드릴과 본 발명품 A 내지 C의 드릴과의 비교에 있어서, 본 발명품의 드릴이 뛰어난 것은 명백하다.

[제6표]

Claims

WC 및 B-1형 고용체로 형성되는 경질분산상과 Fe족 금속의 결합금속상으로 구성된 초경합금제 드릴로서, 상기 경질분산상의 조성이 (WaMb)(CxNy)[단, M은 Ti, 또는 Ti를 포함하고 W를 제외하는 주기율표 제IVa, Va 및 VIa족 금속의 2종류 이상이며, a, b, x, y는 몰분율을 표시하고, a+b=1, x+y=1, x〉0, y
0, b
0.4]로 표시되고, 상기 결합금속상의 초경합금중에 점하는 체적의 비율이 13%이상 30%이하인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
제1항에 있어서, 상기 경질분산상의 평균입경이 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
제1항에 있어서, 상기 결합금속상은 Co 및 불가피한 불순물로 구성되고, 상기 초경합금의 대항자력이 130에르스텟 이상인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
제1항에 있어서, 상기 M은 Ti, Ta, Nb인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
피삭물을 절삭하기 위한 절단날부와, 절삭기계의 소정 위치에 설치하기 위한 생크부를 구비한 초경합금제 드릴로서, 상기 절단날부는 WC 및 B-1형 고용체의 제1의 경질분산상과 Fe족 금속의 제1의 결합금속상으로 형성되는 제1의 초경합금으로 구성되고, 상기 제1의 경질분산상의 조성이, (WaWb)(CxNy)[단, M은 Ti, 또는 Ti를 포함하고 W를 제외한 주기율표 제IVa, Va 및 VIa족 금속의 2종 이상이며, a, b, x, y는 몰분율을 표시하고, a+1=1, x+y=1, x〉0, y
0, b
0.4로 표시되고, 상기 제1의 결합금속상의 상기 제1의 초경합금중에 점유하는 체적이 13%이상, 30%이하이며, 상기 생크부는 상기 절단날부와 일체로 접합되어, WC 입자의 제2의 경질분산상 및 Co를 함유하는 제2의 결합금속상으로 형성되는 제2의 초경합금으로 구성되고, 상기 제2의 경질분산상의 평균입경은 0.7㎛ 이하이며, 상기 제2의 결합금속상은 상기 제2의 초경합금중에 점유하는 체적이 비율이 13%이상 30%이하인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
제5항에 있어서, 상기 제1의 경질분산상의 평균입경이 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
제5항에 있어서, 상기 제1의 결합금속상은 Co 및 불가피한 불순물로 구성되고, 상기 제1의 초경합금의 대항자력이 130에르스텟 이상인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.
제5항에 있어서, 상기 M은 Ti, Ta, Nb인 것을 특징으로 하는 초경합금제 드릴.