JP2001506930A - 金属加工用のドリル及びエンドミルのブランク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明にしたがい、改良された技術特性を備え、コアと周囲管とかななる超硬合金のドリル及びエンドミルのブランクを提供する。コアと管とのＣｏ含有量の相違は１〜１０ｗｔ％単位であり、そして立方晶炭化物含有量が管に８〜２０ｗｔ％且つコアに０．５〜２ｗｔ％含まれる。また、本発明は上記超硬合金のドリルとエンドミルとのブランクを製造する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 金属加工用のドリル及びエンドミルのブランク 本発明は、超硬合金ボディー、好ましくは個々に相違する組成と顕微鏡組織と 性質とを有する少なくとも二つの品位（ｇｒａｄｅ）から成る環状ボディー、特 に好ましくは穿孔加工、エンドミル加工またはバリ取り加工工具として作用する ことをめざすボディーの関する。 穿孔加工工具において、耐摩耗性及び靭性に関しては、周辺部と中心部とで要 求が相違する。岩石穿孔加工用のドリルビットにおいては、この要求が、米国特 許第５，５４１，００６号に検討するように表面（耐摩耗性）と内側部分（靭性 ）の間で相違し、岩石穿孔ビットにおいて二つの品位の使用を強調する。この品 位は炭化タングステンとＣｏとの二つだけの品位である。Ｃｏの移動を制御する 能力に注意が払われ、この場合にはその領域の間の界面で急激または不連続な組 成変化が好ましい。また、この問題は、Ｆｉｓｈｅｒ等によって米国特許第４， ７４３，５１５号の２相またはＤＰ技術のような既知の技術でもって解決される 。摩耗部品、回転リング、及びスリッターと縁取り用とのナイフのような工具は 、米国特許第５，５４３，２３５号に記載される方法で製造できる。 これらの特許は、それにもかかわらず、ＷＣ−ＣｏまたはＷＣ−Ｎｉだけを含 有する品位の組み合わせを扱う。また、それらの特許は、ちょうど一つ品位が加 工部材と接触し、もう一つが圧力または衝撃の「釣合い」（ｅｑｕａｌｉｓｅｒ ）または「キャリアー」として役立っことを願書で言及する。 立方晶炭化物を含有する超硬合金ドリルを扱う特許のひとつは米 国特許第４，９７１，４８５号であるが、この場合にＷＣ−Ｃｏ品位をシャフト に用いて、機械から発生する振動による損傷を回避している。 本発明は、固い品位のコアとさらに耐摩耗性の品位の周囲管とからなり、両者 が加工部材と作用的に接触する化合物超硬合金ボディーに関する。このような化 合物ボディーで作った場合の課題は、外側部分の割れまたはボイドの形成、及び 焼結の際の収縮の違いによる二つの部品のあいだの著しい多孔性を避けることで ある。その上に、その界面における余りにも高い応力は、例えば溝きり加工及び 研削加工のような製造工程をさらに難しくする。他の課題は、焼結の際のバイン ダー相の移動にあり、それがバインダー相成分の水準を二つの部分に生じさせる 。二つの品位の組み合わせは、中心部並びに周辺部の靭性と耐摩耗性と靭性とに 関する要求を満たさせる。またこの品位が、加圧成形条件と焼結条件に関して共 存する必要がある。 本発明にしたがい、二つの品位の組成と顕微鏡組織との適切な選択によって、 上記課題を回避することが可能であることを明らかにした。さらに、具体的に本 発明は、好ましくはＴｉ、Ｔａ及びＮｂのような４〜６族の元素の炭化物及び／ または炭窒化物を含む品位の管によって回りを覆われたＷＣ−Ｃｏ品位のコアを 含むドリルのブランク（ｂｌａｎｋ）に関する。 図１は本発明にしたがうドリルのブランクの６Ｘの倍率の横断界面である。 図２は２００Ｘの倍率の二つの品位の拡散界面である。 本発明にしたがうドリルブランクはコアと周囲管とからなる。このコアは、焼 結後にさらに３０ｗｔ％未満のＷＣ好ましくは５〜２０ｗｔ％、もっとも好まし くは１０〜１５ｗｔ％のＣｏを含有する 。管の品位は、５ｗｔ％以上のＣｏと、５〜２５ｗｔ％好ましくは８〜２０ｗｔ ％もっとも好ましくは１０〜１５ｗｔ％の４〜６族の元素の好ましくはＴｉ、Ｔ ａ及びＮｂの炭化物及び／または炭窒化物の１種またはそれ以上とを有する。コ アと管とのＣｏ含有量の相違は、１〜１０ｗｔ％単位好ましくは２〜４ｗｔ％単 位である。マイクロプローブ解析によりＣｏ含有量の変化として測定される３０ ０〜５００μｍ幅の遷移区域がある。このコアは０．５〜２ｗｔ％の立方晶炭化 物を含む。 コア品位の粒径は１０μｍ未満、好ましくは０．５〜５μｍ、もっとも好まし くは０．５〜３μｍである。管品位は１０μｍ未満、好ましくは０．５〜３μｍ 、もっとも好ましくは０．５〜１．５μｍの粒径を有する。 本発明にしたがうブランクは、２工程の加圧成形を含む粉末冶金法で作られる 。先ず、上記にしたがう粒径を有する１０〜３０ｗｔ％のＣｏと残部ＷＣからな る約３００μｍの長さと５〜１５ｍｍとの直径を有するロッドが加圧成形される 。好ましくいはこのロッドは、ロッドと管とのあいだのキー止め（ｋｅｙｉｎｇ ）作用を与える溝形状を備える。次に、所望の直径の管が、ロッドの外側周囲に 最終グリーン密度に加圧成形される。コアの大きさは、ブランクの合計直径の好 ましくは４０〜６０％である。望ましくは、ドリルブランクは、当技術で既知の 方法により冷却剤穴を設けることができる。管品位とコア品位とのＣｏ含有量の 相違が０〜１５ｗｔ％好ましくは５〜１０ｗｔ％単位であり、そして管が上記に したがう立方晶炭化物を含有する場合、ブランクはコアとのあいだに割れまたは ボイドの形成なしに焼結することができることを明らかにした。 初期品位粉末の加圧成形と焼結との性質が、良い結果を得るためにもっとも重 要になる。加圧成形条件は、使用した品位に対する熱 膨張計数と、収縮と、必要な加圧成形圧力とによって決められる。実験によって これらの条件を決定することは当業者の範囲内にある。焼結は１３５０〜１４５ ０℃で実施する必要がある。 焼結後、ロッドは５０〜１５０ｍｍ、好ましくは８０〜１２０ｍｍの長さに通 常切断される。もっとも有効な直径範囲は、５〜３５ｍｍ、好ましくは５〜２０ ｍｍである。 溝が、例えばダイヤモンドホイールで１８〜２０ｍ／ｓｅｃで６０〜８０ｍｍ ／ｍｉｎの送りで研削加工される。 代わりに実施態様においては、長さ／直径の比が０．５〜５．０のドリル先端 が、シャフトにろう付けされ使用される。 仕上げ研削加工後に、上記種類のドリルは、ＰＶＤによって炭化物、窒化物、 炭窒化物または酸化物またはそれらの組み合わせ、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ 、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）で被覆するために適切である。 本発明のドリルは、ステンレス鋼及び普通鋼の機械加工に特に有益である。 実施例１ 本発明にしたがうドリルが製造された。加圧成形は２工程で実施された。長さ ３００ｍｍ、直径１１ｍｍ、２０ｗｔ％のＣｏと８０ｗｔ％のＷＣの組成、２μ ｍの粒径の環状のロッドがまず加圧成形された。その後、１１ｗｔ％のＣｏ）６ ．１ｗｔ％のＴａＣ、１．９ｗｔ％のＮｂＣ、４ｗｔ％ＴｉＣ、及び残部ＷＣの 初期組成で、２．５μｍの粒径を有する粉末が、ロッドの外側周囲に最終グリー ン密度にまで加圧成形された。幾つかのドリルは、当技術で既知の方法により冷 却剤穴を設けた。焼結後、コア品位のＣｏ含有量は２０から１４ｗｔ％まで減少 し、管品位のＣｏ含有量は１２ｗｔ％ま で増加した。さらに、かなりの量の立方晶炭化物がコアの中心部から検知するこ とができた。 焼結後、ロッドは１０５ｍｍの長さと１４ｍｍの直径のドリルブランクに切断 された。ブランクの溝と先端と底部は最終形状に研削された。 実施例２ 実施例１のＰＶＤによるＴｉＮ被覆ドリルが、ステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６で 試験された。実施例１のドリルに使用した二つの初期品位の単一品位ドリルと、 これらの切削条件で通常使用する微細粒径の１μｍのＷＣ−１０ｗｔ％Ｃｏの品 位とが、比較として使用された。 次の三つの試験データが外部冷却剤と一緒に使用された。 ａ）ｖ＝５０ｍ／分、ｆ＝０．１４ｍｍ／回転 ｂ）ｖ＝８２ｍ／分、ｆ＝０．１２ｍｍ／回転 ｃ）ｖ＝３２ｍ／分、ｆ＝０．２２ｍｍ／回転 試験においてａ）、本発明にしたがうドリルは、３５７個の穴を持ちこたえ、 一方単一品位ドリルは、そらぞれ２０７個の穴（単一品位で微細粒径のＷＣ−Ｃ ｏ）、１４９個の穴（単一品位で１１ｗｔ％のＣｏと、１２ｗｔ％のＴａ、Ｎｂ 、Ｔｉの炭化物と、残部ＷＣ）、及び５５個の穴（単一品位で２０ｗｔ％Ｃｏ） の後で磨滅した。 早い速度でｂ）、本発明にしたがう微細粒品位のドリルは１９２個の穴を穿孔 し、一方他の品位のものはそらぞれ１２６個の穴（単一品位で１１ｗｔ％のＣｏ と、１２ｗｔ％のＴａ、Ｎｂ、Ｔｉの炭化物と、残部ＷＣ）、及び２２個の穴（ 単一品位で２０ｗｔ％Ｃｏ）を穿孔した。 遅い速度で相対的に早い送りのときｃ）、割れまたは摩耗のため に停止する以前の結果は、本発明にしたがうドリルは１７９個の穴であり、一方 微細粒品位は１２８個であり、２０ｗｔ％Ｃｏの品位は４１個であった。 実施例３ 内部冷却剤供給を備えた実施例１のドリルを、ステンレス鋼で試験した。この 試験において、通常のＰ４０ドリルを比較として用いた。 速度を速めたとき（１００ｍｍ／分、ｆ＝０．１６ｍｍ／回転）、本発明のド リルは、５５０個の穴を対処でき、一方Ｐ４０の比較例はたった３個の穴を処置 した後全体的に破壊した。 通常の速度であるが大きな送りで（５０ｍｍ／分、ｆ＝０．２５ｍｍ／回転） 、Ｐ４０のドリルは、６６０個の穴のあとで小さな欠け（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）を 被り、一方本発明にしたがうドリルは、１１００個の穴のあとでも加工ができた 。 通常の切削データーで（５０ｍｍ／分、ｆ＝０．１６ｍｍ／回転）、両者のド リルは性能は等しく、試験は１１００個の穴のあとで中断した。 実施例４ 内部冷却剤供給を備えた実施例１のドリルは、別のオーステナイト鋼ＡＩＳＩ ３０４で試験をした。この場合、通常のＰ４０とサブミクロンのＫ２０とのドリ ルを比較例として用いた。 通常の速度で（５０ｍｍ／分、ｆ＝０．１６ｍｍ／回転）、本発明のドリルは ２６６８個の穴のあとでも加工を続けられ、一方Ｐ４０とサブミクロンのＫ２０ とのドリルは、それぞれ２０１１個及び２４２個の穴のあとで磨滅した。 送りを大きくしたが通常の速度で（５０ｍｍ／分、ｆ＝０．３０ｍｍ／回転） 、本発明のドリルは、５２０個の穴を完成させたが、 一方Ｐ４０とサブミクロンのＫ２０とのドリルは、それぞれ１１０個及び２２個 の穴を完成させた。 速度を速めたとき（１００ｍｍ／分、ｆ＝０．１６ｍｍ／回転）、本発明のド リルは、１９８個の穴を達成でき、一方Ｐ４０とＫ２０とのドリルは、１個また は２個の穴の後磨滅した。 実施例５ 内部冷却剤供給を備えるが１０ｍｍ直径でＴｉ（Ｃ、Ｎ）及びＴｉＮで被覆さ れた実施例１のドリルがＡＩＳＩ３１６（ＳＳ２３５３）で３０ｍｍ貫通穴穿孔 加工で試験された。この試験において、通常の仕上げ研磨したＰＶＤで被膜した ドリルを比較として用いた。幾つかの切削資料の組み合わせが用いられ、結果と して、本発明のドリルが非常に広い加工範囲を備えることが明らかになった。 以下の表にそれぞれのドリルで達成された穴数を示す。ドリルが磨滅しなくと も１３００個の穴のあとで試験は終了した。 切削資料 速度、ｍ／分 40 40 40 60 60 60 送り、mm／回転 0.13 0.20 0.25 0.13 0.20 0.22 通常のドリル 600 100 -- 100 3 本発明のドリル >1300 400 500 >1300 >1300 500

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレアーソン，アリステア イギリス国，コベントリー シーブイ３ ６エイチダブリュ，ハンフレイ バートン 15 (72)発明者 ウーックテロニー，ヘレーネ スウェーデン国，エス―130 35 インガ ロー，ハンスタビク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一つの品位のコアと別の品位の周囲管からなる超硬合金のドリルとエンド ミルとのブランクであって、 １〜１０ｗｔ％単位のコアと管とのＣｏ含有量の相違、及び前記管の８〜２０ ｗｔ％とコアの０．５〜２ｗｔ％との立方晶炭化物を特徴とする超硬合金のドリ ルとエンドミルとのブランク。 ２．先ずコアそして次に管との２工程の加圧成形を含む粉末冶金法によって、 一つの品位のコアと別の品位の周囲管からなる超硬合金のドリルとエンドミルと のブランクを製造する方法であって、 前記コアに対して１０〜３０ｗｔ％のＣｏ及び残部ＷＣからなる粉末を用い、 前記管に対して５ｗｔ％を越えるＣｏと５〜２５ｗｔ％の立方晶炭化物さらにＷ Ｃの粉末を使用することを特徴とする超硬合金のドリルとエンドミルとのブラン クを製造する方法。