JP4192037B2

JP4192037B2 - Cutting tool and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4192037B2
Application number: JP2003157361A
Authority: JP
Inventors: 謙二野田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP2004358580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンド質焼結体からなる芯材の外周を、超硬合金やサーメット等の焼結合金からなる表皮材にて被覆してなる複合構造体を用いた切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼などの各種材料を加工するための切削工具として使用されるスローアウェイチップの切刃は一般に超硬合金などで形成されている。この切削工具は、精密切削から汎用切削まで幅広く使用されており、一方、ダイヤモンドは、高い硬度を有するという特性を生かして、ダイヤモンド粒子間を鉄属金属にて結合したダイヤモンド質焼結体が、切削工具または掘削用の工具や耐摩耗部材として利用されている。
【０００３】
このような従来の切削工具では、硬度と破壊靭性は相反する特性であり、耐摩耗性と耐チッピング性、耐欠損性を両立することが困難であり、切刃の耐摩耗性と耐欠損性を同時に高めることが必要とされている。また、従来のダイヤモンド質焼結体は、高硬度、高熱伝導性によって、優れた耐摩耗性を示すものの、鉄族金属を結合材として用いているため、鉄族金属の低い特性、特に硬度、耐反応性、耐酸化性によって、機械的擦り減り、切削熱による酸化、被削材との反応、被削材成分の拡散などが進行し、優れた耐摩耗性を阻害していた。
【０００４】
そこで、特許文献１によれば、ダイヤモンド粒子の周囲をＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂなどを溶融させて形成した炭化物からなる結合材にて結合することにより、ダイヤモンド粒子の結合力が向上することが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２によれば、ダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周にＷＣ等からなる表皮材を配置した靭性の高い複合繊維体が開示され、これを集束して掘削工具等の刃先全周表面が集束体断面となるように貼り付けることによって掘削工具の耐欠損性を改善することが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−９５７４３号公報
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第６０６３５０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のようにダイヤモンド粉末と金属原料を混合して、焼結時の加熱溶融し炭化物を形成させたダイヤモンド質焼結体は、結合相としてダイヤモンド質焼結体中に炭化物を分散させることによって焼結体の硬度は高硬度になるものの、靭性が低くなり、また、焼結体組織中における炭化物の分散が不均一で焼結体特性のバラツキが大きくなるという問題があった。さらに、特許文献１では構造体を切削工具として用いた際の切削特性に対する具体的な効果については全く検討されておらず、その構成は切削工具として適したものではなかった。
【０００９】
また、上記特許文献２には、掘削工具用としての具体例について記載されるが、旋削やフライス切削などの切削工具については記載されておらず、複合繊維体をこのような切削工具に応用する際の繊維体の特性を十分に発揮するための具体的な構造については全く検討されていなかった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、芯材がダイヤモンド質焼結体からなる複合構造体において、芯材の外周に表皮材を配して高靭性化するとともに芯材の焼結性を維持したまま硬度をより高硬度化して耐欠損性と耐摩耗性を両立させた切削工具を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に対して検討した結果、各種材料を加工するための切削工具において、単純で均一な組織からなる従来の焼結体に代えて、芯材とその表皮材である表皮材からなる複合繊維体を集束した複合構造体を用い、特に芯材に優れた硬度、耐反応性、耐酸化性を持ったＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種からなる結合材中にダイヤモンド粒子を均一に分散させたダイヤモンド質焼結体を用い、表皮材に優れた靭性をもつ超硬合金、サーメット等の焼結合金を用いることによって、耐摩耗性と耐欠損性を両立した優れた切削特性を有する複合構造体となることを知見した。
【００１２】
すなわち、本発明の切削工具は、平均粒径ｄ１が０．１〜３．５μｍで含有比率が７０体積％以上のダイヤモンド粒子間をＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種にて結合し、断面における走査型電子顕微鏡写真において、前記ダイヤモンド粒子の８５％以上の数の粒子が、該粒子の外周表面の８０％以上が前記ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と接する状態で包含されたダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周を、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の硬質粒子を鉄族金属にて結合した焼結合金からなる表皮材にて被覆し、前記芯材中の鉄族金属含有量が５体積％以下の複合繊維体を具備することを特徴とする切削工具である。
【００１３】
ここで、前記ダイヤモンド粒子の９０％以上の数の粒子がＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種に包含されている、すなわち、断面における走査型電子顕微鏡写真において、前記ダイヤモンド粒子の９０％以上の数の粒子が、該粒子の外周表面の８０％以上が前記ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と接する状態で包含されていることによって、ダイヤモンドと結合材との密着が強固になりダイヤモンド粒子の脱落を抑えるという効果がある。
【００１４】
また、芯材のビッカース硬度Ｈｖが４５ＧＰａ以上であることによって、複合構造体全体の耐摩耗性がさらに向上するという効果がある。
【００１５】
さらに、前記芯材に含有されるダイヤモンド粒子の平均粒径ｄ１を０．１〜３．５μｍとすることが耐欠損性を向上させる点で重要である。
【００１６】
また、前記ダイヤモンド質焼結体におけるダイヤモンド粒子の含有比率が７０体積％以上であることが、芯材を高硬度化して切削工具の耐摩耗性を高める点で重要である。
【００１７】
また、上記切削工具を得るには、（ａ）金属Ｔｉまたは金属Ｈｆの少なくとも１種を含有するコーティング層を被覆したダイヤモンド粒子と有機バインダとからなる混合物を長尺状に成形して芯材用成形体を作製する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の成形体とは異なる組成からなる表皮材用成形体を成形して前記（ａ）工程の芯材用成形体の外周を被覆するように配した複合成形体を作製する工程と、（ｃ）前記芯材中において、前記ダイヤモンド粒子と前記コーティング層中の金属とを焼成中に反応させて、ダイヤモンド粒子間を周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種にて結合したダイヤモンド質焼結体を作製する工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の切削工具の一実施例について、これに含有される複合繊維体の概略図である図１をもとに詳細を説明する。
【００１９】
図１によれば、複合繊維体１は、ダイヤモンド粒子２、２間をＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種の結合相３にて結合したダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材４の外周を、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種以上の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物のうちの１種以上からなる硬質粒子６を鉄族金属７にて結合した焼結合金からなる表皮材８にて被覆してなる。
【００２０】
本発明によれば、ダイヤモンド質焼結体である芯材４中の鉄族金属量が５体積％以下であることが大きな特徴であり、これによって芯材４の硬度を向上させて耐摩耗性と耐欠損性を両立した優れた切削特性を有する複合繊維体１を作製することができる。
【００２１】
すなわち、優れた硬度、耐反応性、耐酸化性を持った結合材にてダイヤモンド粒子２を結合して得られたダイヤモンド質焼結体４を、優れた靭性を持った表皮材８で被覆・保持することによって、複合繊維体１は高靭性となり、耐欠損性、耐チッピング性の向上とともに、機械的摩耗、酸化摩耗、拡散摩耗、凝着摩耗に対する耐摩耗性が向上する。さらに、原料として被覆ダイヤモンド粉末を用いず単純な組織のダイヤモンド粉末と鉄族金属相以外の炭化物、炭窒化物をなす結合相粉末とを混合する場合では、ダイヤモンド粒子２の保持が困難であり、ダイヤモンド粒子２の脱落により耐摩耗性が低下するのに対して、反応生成した炭化物または炭窒化物相で強固に結合したダイヤモンド粒子２を、鉄族金属を含んだ硬質相によって強固に保持することによって、焼結体中に分散したダイヤモンド粒子２が脱落することなく、複合繊維体１の耐摩耗性を向上させるという効果がある。
【００２２】
ここで、鉄族金属の含有量を５体積％以下としたのは、鉄族金属が５体積％より多いと優れた硬度、耐反応性、耐酸化性が損なわれて、耐摩耗性が低下するからであり、特に好ましいのは２体積％以下である。
【００２３】
また、本発明における芯材４の結合相３としては、ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種からなる材料を用いる。
【００２４】
具体的には、芯材４の結合相３を構成する材質としては、ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種の硬質粒子として、特に炭化チタンまたは炭窒化チタンの少なくとも１種が好適に使用可能である。なお、５体積％以下で鉄族金属が含有される場合はこの鉄族金属も結合相として機能する。
【００２５】
また、ダイヤモンド粒子２の９０％以上の個数の粒子がＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種に包含されていることが、ダイヤモンド粒子２の脱落による耐摩耗性の低下を抑止するという点で望ましい。なお、本発明において、ダイヤモンド粒子２がＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種に包含されているか否かについては複合構造体の断面における走査型電子顕微鏡写真において反射電子像（ＢＥＩ）によるコントラスト、または電子プローブマイクロ分析法（ＥＰＭＡ）による組成マッピングにて定量化することができ、包含しているとはダイヤモンド粒子２の外周表面の８０％以上がＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と接した状態を指す。
【００２６】
さらに、芯材４のビッカース硬度Ｈｖは４５ＧＰａ以上であることが複合繊維体１の硬度を著しく向上させ、切削工具の機械的摩耗に対する耐摩耗性を著しく向上させるという点で望ましい。
【００２７】
一方、芯材４をなす焼結体のダイヤモンド粒子２の平均粒径ｄ１は、複合繊維体３１の硬度および強度向上、ダイヤモンド粒子２の凝集を防止するとともに保持力を高めてダイヤモンド粒子２の脱落を防止するという点で０．１〜３．５μｍであることが重要であり、特に０．１〜２μｍであることが望ましい。
【００２８】
また、芯材４をなすダイヤモンド質焼結体におけるダイヤモンド粒子２の含有比率が７０体積％以上、特に９０体積％以上であることが、芯材４を高硬度化して切削工具の耐摩耗性を高める点で重要である。
【００２９】
さらに、前記ダイヤモンド質焼結体中の残留炭素の含有量が５体積％以下であること、前記ダイヤモンド質焼結体中の気孔率が０．５体積％以下であることが、芯材４の強度を向上させて切削工具の耐欠損性を高める点で望ましい。
【００３０】
一方、芯材４の外周を覆う表皮材８としては、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種以上の硬質粒子を鉄族金属３〜５０体積％、特に６〜３０体積％にて結合した材料を用いる。
【００３１】
具体的には、表皮材８を構成する材質としては、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上の硬質粒子として、特に炭化タングステン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化クロムおよび炭化モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種、さらには炭化タングステン、炭化チタンまたは炭窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種を５０〜９７体積％、特に炭化タングステン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを、鉄族金属、特にコバルトおよび／またはニッケルからなる結合金属３〜５０体積％にて結合してなる硬質焼結体、すなわち超硬合金またはサーメットが好適に使用可能である。
【００３２】
ここで、図２（ａ）（ｂ）は本発明において用いられる複合繊維体の概略斜視図である。（ａ）の複合繊維体１ｓは、芯材４とこの芯材４の外周を被覆し芯材４とは異なる組成の材料からなる表皮材８とからなるシングルタイプの繊維体である。また、（ｂ）の複合繊維体１ｍは、（ａ）のシングルタイプの繊維体の集合体を伸延したものでマルチタイプの繊維体である。本発明によれば、図３において切刃稜１８を形成する複合構造体９は、このような（ａ）または（ｂ）の複合繊維体１を集束した構造体によって形成される。望ましくは、（ｂ）のマルチタイプの繊維体を用いることが耐欠損性に優れる。
【００３３】
また、複合繊維体１のサイズは、裏打板１９との密着性向上および工具１１としての耐欠損性を高めるために、芯材４の直径が５〜３００μｍ、表皮材８を含めた複合繊維体１の１本の直径が６〜５００μｍであることが望ましい。
【００３４】
また、図３の切削工具１１の切刃チップ１２部分についての上面図である図４に示すように、複合構造体９において並列に規則正しく整列した複数の複合繊維体１、１、・・・の繊維方向Ｌ_ｆと、切刃稜１８における稜線での接線Ｌ_Ｃとのなす角度θが、切刃部分のどの場所、つまり、切刃稜１８における点１での角度θ_１、点２での角度θ_２、点３での角度θ_３のいずれにおいても角度θが２°以上、好ましくは５°以上、より好ましくは１０°以上であることが、切削時にかかる最も高い応力の方向が配列された複合繊維体１の境界方向、または複合繊維体１の芯材４と表皮材８との界面方向からずれることによって、この界面に切削による応力が集中するのを防止し、且つ発生した応力を高強度で高靭性である複合繊維体１の長手方向に分散させて、切刃稜線１８における耐チッピング性および耐欠損性を高める点で望ましい。
【００３５】
なお、上記角度θは、工具形状に対する複合繊維体１における複合繊維体１の配置方向、および切刃稜１８の形成領域、すなわちノーズＲ部の形状や角度ｒ等の工具形状そのものを調整することによって制御される。例えばノーズＲ部の角度ｒが９０°未満、特に８０°以下、さらに６０°以下ですくい面１５が三角形状または菱形形状からなる、いわゆるＴ、Ｄ、Ｖタイプ形状のスローアウェイチップが適応可能である。また、図４によれば、ノーズＲ部は、頂点（Ｐ）から両方向に拡がり、直線部２１との境であるつなぎ部２２までの稜線を意味する。
【００３６】
ちなみに、図４によれば、複合繊維体１の繊維方向Ｌ_ｆとノーズＲ部の頂点Ｐにおける接線Ｌ_ｃ２とのなす角度θ（θ_２）が９０°、すなわち、複合繊維体１の繊維方向Ｌ_ｆがノーズＲ部の頂点Ｐに向かって垂直に伸びるように整列した配列となっている。また、このノーズＲの角度ｒが９０°ですくい面１５の形状が正方形形状からなる、いわゆるＳタイプ形状のスローアウェイチップにおいては、図５のようにノーズＲ部の片側のみを切刃稜１８として用い、逆側２３は切刃として使用しない、すなわち右勝手または左勝手に限定されたスローアウェイチップであれば、複合繊維体１の繊維方向Ｌ_ｆと各切刃位置での接線Ｌ_Ｃ１とのそれぞれの角度θが２°以上を満足する限り、複合繊維体１の繊維方向Ｌ_ｆとノーズＲ部の頂点Ｐにおける接線Ｌ_ｃ２とのなす角度θが４５°以下となっても差し支えない。
【００３７】
さらに、本発明によれば、図６に示すように、複合構造体９が、複数の複合繊維体１を一方向に並べて整列させたものからなり、図６（ａ）に示すように単層のシート状９ｓであってもよいが、単層の複合構造体９ｓを厚み方向に複数層積層した多層の複合構造体９ｍであることがより高い応力分散効果がある点で望ましい。
【００３８】
また、本発明によれば、図６（ｃ）に示すように、多層構造の複合構造体９ｍを作製するにあたって、隣接する複合シート９ｓ，９ｓ間で複合繊維体１の向きが異なるように積層することが望ましく、これによって複合構造体９ｍの靭性をさらに高めて、切削工具１１としての耐欠損性をさらに向上させることができる。
【００３９】
さらに、複合繊維体１の繊維方向がすくい面１５に平行であるか、または複合繊維体１の繊維方向と工具本体１３の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲にあることが切刃稜線１８のすくい面１５における耐チッピング性および耐欠損性を高め、かつ逃げ面１７における耐摩耗性を向上できる点で望ましい。
【００４０】
なお、本発明によれば、切削工具としてはソリッドタイプの工具であっても良いが、低コスト、製造の容易さ等の点でスローアウェイ式の工具であることが望ましい。
【００４１】
さらに、本発明の切削工具は、図３のように、工具本体１３の切刃部分を切り欠いて複合繊維体１（１ｓ、１ｍ）からなる複合構造体９を有する切刃チップ１２を取付座１４にはめ込んでろう付け等で固定した構造からなることから、工具の切刃形状に対する複合繊維体１の繊維方向を容易に制御することができ、また、複数のコーナーに切刃稜１８を設ける際にも複合繊維体１の配列が容易に行えるというメリットがある。
【００４２】
○製造方法
次に、本発明の複合構造体を製造する方法について図７、８の模式図をもとに説明する。
【００４３】
複合繊維体１を作製するにあたり、まず、芯材用成形体４ａを作製する。具体的な方法として、初めに、平均粒径０．１〜３．５μｍの金属Ｔｉまたは金属Ｈｆの少なくとも１種を物理的気相蒸着法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法など）、化学的気相蒸着法（熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など）、ゾルゲル法、メッキ法などにより被覆したダイヤモンド粉末を特に８０質量％以上と、所望により、平均粒径０．０１〜１０μｍの鉄族金属粉末を５０質量％以下と、の割合で混合し、さらに有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加して混錬し、プレス成形または鋳込み成形等の成形法により円柱形状に成形して芯材用成形体４ａを作製する（図７（ａ）参照）。
【００４４】
ここで、後述する共押出成形によって均質な複合成形体を得るためには、前記有機バインダの添加量を５０〜２００体積部、特に７０〜１５０体積部とすることが望ましい。
【００４５】
有機バインダとしては、パラフィンワックス、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン‐エチルアクリレート、エチレン‐ビニルアセテート、ポリブチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等を使用することができる。
【００４６】
一方、芯材用成形体４ａとは異なる組成の表皮材をなす材料を前述したバインダとともに混錬してプレス成形、押出成形または鋳込み成形等の成形方法により半割円筒形状の２本の表皮材用成形体８ａを作製する。この表皮材用成形体８ａを芯材用成形体４ａの外周を覆うように配置した成形体１ａを作製する（図７（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００４７】
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体４ａと表皮材用成形体８ａとからなる上記成形体１ａを共押出成形することにより、芯材用成形体４ａの周囲に表皮材用成形体８ａが被覆され、細い径に伸延された図２（ａ）のシングルタイプの複合繊維体１ｓを作製することができる（図７（ｄ）参照）。
【００４８】
また、複合繊維体１の形成にあたり、図８に示すように、上記共押出した長尺状の複合繊維体１ｓを複数本集束した集束体３１を再度共押出成形することによって、図２（ｂ）の繊維密度の高いマルチタイプの複合繊維体１ｍを作製することができる。なお、複合繊維体１ｓ、１ｍの断面は、円形のみならず、四角形、三角形でもよい。
【００４９】
そして、図６（ａ）〜（ｃ）に示したように、この長尺状の複合繊維体１を２列〜１００列に整列させて型内で加熱加圧して複合シート９ｓを得、所望により、さらにこの複合シート９ｓの複数枚を、隣接する複合シート９ｓ、９ｓの複合繊維体１同士の向きが異なる角度となるように複合シート９ｓを厚み方向に複数枚積層して多層構造の複合構造体９ｍを得る。但し、この場合、複合シート９ｓのうち切刃を形成する最上層の複合シート９ｓにおける複合繊維体１の繊維方向が前述したように切刃稜線１８との関係で特定の角度になるように調整することが望ましい。
【００５０】
また、この複合構造体９ｍを、必要に応じ、図９に示すように、一対のローラ４２間に通して圧延処理し、さらに高密度の複合積層体３２を作製することもできる。
【００５１】
そして、単層の複合シート９ｓ、多層の複合構造体９ｍまたは複合積層体３２を超硬合金製の裏打板１９上に載置して、３００〜７００℃、１０〜２００時間で昇温または保持させて脱バインダ処理し、ついで、超高圧装置内にセットして加圧圧力４〜６ＧＰａ、温度１３５０〜１６００℃、時間１〜６０分、特に１〜１０分で焼成して一体化することにより裏打板１９と接合一体化された複合構造体９または複合積層体３２からなる切刃チップ１２を作製することができる。
【００５２】
本発明に因れば、上記ダイヤモンド粒子に被覆したコーティング層中の金属成分がダイヤモンド粒子の炭素と反応してダイヤモンド粒子の外周表面を炭化物および／または炭窒化物にて結合した組織からなる。また、炭化による体積膨張により生成した炭化物または炭窒化物はダイヤモンド粒子に圧縮残留応力を生ぜしめてより強固に結合されたダイヤモンド質焼結体を作製することができる。
【００５３】
また、本発明に因れば、上記焼成時に表皮材用成形体８ａ中に存在する鉄族金属が芯材用成形体４ａ中に拡散する場合もあるが、上記焼成条件であれば芯材４中の鉄族金属の含有量を５体積％以下に制御することができる。
【００５４】
この複合構造体９は、切削工具１１の切刃稜１８との関係が前述したように所定の角度θとなるように、ワイヤー放電加工機、切削、研磨等で切刃形状に加工する。
【００５５】
そして、裏打板１９と複合構造体９とが一体化された切刃チップ１２を、取付座１４に銀ろうなどを用いてろう付けする。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００５７】
表１のような周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属をイオンプレーティング法により被覆したダイヤモンド粉末に、有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で１００体積部加えて混錬して、直径が２０ｍｍの円柱形状にプレス成形して芯材用成形体を作製した。なお、ダイヤモンド粉末へのコーティング層の被覆量は被覆前後の質量差をコーティング層の質量として算出し表１に示した。
【００５８】
一方、表皮材をなす焼結体中の硬質粒子の平均粒径が表１のようになるＷＣ粉末、ＴｉＣＮ粉末に、焼結体が表１の組成となるように平均粒径２μｍのＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末とを混合し、これに上記と同様の有機バインダと溶剤を加えて混錬して半割円筒形状の厚さが１ｍｍの表皮材用成形体をプレス成形にて２つ作製し、これらを前記芯材用成形体の外周を覆うように配置して複合繊維体を作製した。
【００５９】
そして、上記複合繊維体を共押出して直径が１ｍｍの伸延された複合成形体を作製した後、この伸延された複合成形体１００本を集束して再度共押出成形し、直径が１ｍｍのマルチフィラメント構造の複合繊維体を作製した。
【００６０】
次に、上記マルチフィラメント構造の複合繊維体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、この複合シート３枚を積層して多層構造の複合構造体を作製した。
【００６１】
その後、この積層体の下面に平均粒径２μｍのＷＣ粒子を敷き詰めて表１の組成からなる厚さ５ｍｍの超硬合金からなる裏打板を配し、これを３００〜７００℃まで１００時間で昇温することによって脱バインダ処理を行った後、超高圧装置に配置し、表１の焼成条件で５分焼成し、複合構造体と裏板が一体化された切刃チップを作製した。その後、この切刃チップを加工して、超硬合金からなる工具本体の取付座に銀ろうを用いて７００℃でろう付けした。
【００６２】
なお、表１の切削工具において、前記シートを構成する複合繊維体の繊維方向Ｌ_ｆと切刃チップの切刃稜線における接線Ｌ_ｃとのなすそれぞれの角度θのうち最も小さい角度が３０°とし、チップ先端角度（ノーズＲ）を６０°とした。
【００６３】
上記のようにして作製したダイヤモンド質焼結体切削工具に対して、
被削材：ＡＤＣ１２、４本溝入り
切込み量ｄ＝１ｍｍ
切削速度Ｖ＝５００ｍ／分
送りｆ＝０．２ｍｍ／刃
の条件にて切削試験を行い、欠損またはチッピングが発生するまでの衝撃回数（最大２００００回）を評価するとともに、２００００回加工できた試料についてはその時点での摩耗量を測定し、チッピング状態を観察した。結果は表１に示した。
【００６４】
【表１】

【００６５】
表１から明らかなとおり、ＴｉＣ相を結合材とした単純なダイヤモンド質焼結体にて作製した試料Ｎｏ．１０では、切削試験初期に欠損してしまった。
【００６６】
また、Ｃｏ相を結合材とした均一な組織のダイヤモンド質焼結体にて作製した試料Ｎｏ．１１では、２００００回加工できたものの、摩耗幅が大きく、さらにチッピングが発生していた。
【００６７】
さらに、芯材中のＣｏ相量が５体積％を越える試料Ｎｏ．７では、２００００回加工できたものの、摩耗が大きく進行していた。また、被覆材として金属成分を含まないＴｉＮを被覆した試料Ｎｏ．９では、ダイヤモンド粒子の脱落により摩耗が進行して耐摩耗性が低いものであった。
【００６８】
これに対して、本発明に従って作製した試料Ｎｏ．１〜６とＮｏ.８では、いずれも摩耗量が少なく、かつチッピングや欠損の発生のないものであった。また、試料Ｎｏ．１〜６についてマイクロビッカース硬度計にて荷重９８ｋＰａ（１ｋｇｆ）にてビッカース硬度Ｈｖを測定したところいずれも４５ＧＰａ以上の硬度を有することがわかった。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、各種材料を加工するための切削工具において、単純で均一な組織からなる従来の焼結体に代えて、平均粒径ｄ１が０．１〜３．５μｍで含有比率が７０体積％以上のダイヤモンド粒子間をＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と鉄族金属にて結合し、断面における走査型電子顕微鏡写真において、前記ダイヤモンド粒子の８５％以上の数の粒子が、該粒子の外周表面の８０％以上が前記ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と接する状態で包含されたダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周を、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の硬質粒子を鉄族金属にて結合した焼結合金からなる表皮材にて被覆してなる複合構造体であって、前記芯材中の鉄族金属量を５体積％以下とすることによって、耐摩耗性と耐欠損性を両立した優れた切削工具を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合構造体の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかる切削工具の複合繊維体の構造を示す、（ａ）シングルタイプ、（ｂ）マルチタイプの斜視図である。
【図３】本発明にかかる切削工具の一実施形態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切刃チップ付近の断面図である。
【図４】図３の切刃チップのすくい面側から見た上面図である。
【図５】本発明の他の実施態様についての上面図である。
【図６】本発明にかかる切削工具の複合構造体の構造を説明するための概略斜視図である。
【図７】本発明にかかる切削工具のシングルタイプの複合繊維体の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明にかかる切削工具のマルチタイプの複合繊維体の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明にかかる切削工具の複合積層体の製造方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１複合繊維体
１ａ複合成形体
１ｓ複合繊維体（シングルタイプ）
１ｍ集束繊維体（マルチタイプ）
２ダイヤモンド粒子
３結合相
４芯材（ダイヤモンド質焼結体）
４ａ芯材用成形体
６硬質粒子
７鉄族金属
８表皮材（焼結合金）
８ａ表皮材用成形体
９複合構造体
９ｓ単層の複合構造体（複合シート）
９ｍ多層の複合構造体
１１切削工具
１２切刃チップ
１３工具本体
１４取付座
１５すくい面
１６着座面
１７逃げ面
１８切刃稜
１９裏打板
２０取付孔
２１直線部
２２つなぎ部
３１集束体
３２複合積層体
４１押出機
４２ローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cutting tool using a composite structure in which the outer periphery of a core material made of a diamond-like sintered body is covered with a skin material made of a sintered alloy such as cemented carbide or cermet.
[0002]
[Prior art]
The cutting edge of a throw-away tip used as a cutting tool for processing various materials such as steel is generally formed of cemented carbide. This cutting tool is widely used from precision cutting to general-purpose cutting. On the other hand, a diamond sintered body in which diamond particles are bonded with an iron group metal by utilizing the characteristic of having high hardness, It is used as a cutting tool, a tool for excavation, or a wear-resistant member.
[0003]
In such conventional cutting tools, hardness and fracture toughness are contradictory properties, and it is difficult to achieve both wear resistance, chipping resistance, and fracture resistance, and the wear resistance and fracture resistance of the cutting edge. It is necessary to simultaneously increase In addition, the conventional diamond sintered body exhibits excellent wear resistance due to its high hardness and high thermal conductivity, but uses an iron group metal as a binder, so the low properties of the iron group metal, particularly the hardness, Depending on the reaction resistance and oxidation resistance, mechanical abrasion was reduced, oxidation by cutting heat, reaction with the work material, diffusion of work material components, and the like progressed, impairing excellent wear resistance.
[0004]
Therefore, according to Patent Document 1, diamond particles are bonded by bonding the periphery of diamond particles with a bonding material made of carbide formed by melting Ti, Si, Zr, Mo, W, Ta, Nb, or the like. It has been proposed that power be improved.
[0005]
Further, according to Patent Document 2, a high-toughness composite fiber body is disclosed in which a skin material made of WC or the like is disposed on the outer periphery of a long core material made of a diamond-like sintered body. It has been proposed to improve the fracture resistance of an excavating tool by pasting so that the entire peripheral surface of the cutting edge of a tool or the like has a convergent body cross section.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2003-95743 A
[0007]
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,063,502
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the diamond sintered body in which diamond powder and a metal raw material are mixed as in Patent Document 1 and heated and melted at the time of sintering to form carbides, the carbide is contained in the diamond sintered body as a binder phase. Dispersion increases the hardness of the sintered body, but lowers the toughness. Also, there is a problem that the dispersion of the sintered body becomes uneven due to uneven dispersion of carbides in the sintered body structure. . Furthermore, in Patent Document 1, no specific effect on the cutting characteristics when the structure is used as a cutting tool has been studied at all, and its configuration is not suitable as a cutting tool.
[0009]
Moreover, although the specific example for excavation tools is described in the said patent document 2, it does not describe about cutting tools, such as turning and milling, and applies a composite fiber body to such a cutting tool. A specific structure for fully exhibiting the characteristics of the fibrous body has not been studied at all.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite structure in which the core material is formed of a diamond-like sintered body so as to increase the toughness by arranging a skin material on the outer periphery of the core material and maintain the hardness while maintaining the sinterability of the core material. It is to provide a cutting tool which has higher hardness and has both fracture resistance and wear resistance.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the above problems, the present inventors, in a cutting tool for processing various materials, are a core material and a skin material thereof instead of a conventional sintered body having a simple and uniform structure. Using a composite structure in which composite fiber bodies made of skin material are bundled, especially the core material has excellent hardness, reaction resistance, and oxidation resistance Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and carbonitrides Less At least 1 Seeds By using a diamond-like sintered body in which diamond particles are uniformly dispersed in a bonding material consisting of the above, and using a sintered alloy such as cemented carbide or cermet having excellent toughness for the skin material, wear resistance and resistance It has been found that the composite structure has excellent cutting characteristics with good fracture characteristics.
[0012]
That is, the cutting tool of the present invention is The average particle diameter d1 is 0.1 to 3.5 μm and the content ratio is 70% by volume or more. Between the diamond particles Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and carbonitrides Less At least 1 Seeds Combined In the scanning electron micrograph in the cross section, 85% or more of the diamond particles are 80% or more of the outer peripheral surface of the particles, and at least one of the Ti and Hf at least one carbide and carbonitride. Contained in contact with the seed At least 1 selected from the group of metals in the periodic table 4a, 5a, 6a Seed At least one selected from the group of metal element carbides, nitrides and carbonitrides Seed Hard particles to iron Tribe Covered with a skin material made of sintered alloy bonded with metal ,in front Iron in the core material Tribe Metal content is 5% by volume or less With a composite fiber body This is a cutting tool characterized by that.
[0013]
Here, 90% or more of the diamond particles Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and carbonitrides At least one of Is included in That is, in the scanning electron micrograph in the cross section, 90% or more of the diamond particles are composed of at least one carbide or carbonitride of Ti or Hf of 80% or more of the outer peripheral surface of the particles. Included in contact with at least one species As a result, there is an effect that the adhesion between the diamond and the binder is strengthened, and the diamond particles are prevented from falling off.
[0014]
Further, when the Vickers hardness Hv of the core material is 45 GPa or more, there is an effect that the wear resistance of the entire composite structure is further improved.
[0015]
Furthermore, the average particle diameter d1 of the diamond particles contained in the core material is 0.1 to 3.5 μm in that the fracture resistance is improved. is important .
[0016]
Further, the content ratio of diamond particles in the diamond sintered body 7 0% by volume or more , In terms of improving the wear resistance of cutting tools by increasing the hardness of the core material is important .
[0017]
Further, to obtain the cutting tool, (a) Of metal Ti or metal Hf A step of forming a mixture of diamond particles coated with a coating layer containing at least one kind and an organic binder into an elongated shape to produce a core molded body; and (b) the molded body of the step (a). Forming a molded body for the skin material having a composition different from the above, and producing a composite molded body arranged to cover the outer periphery of the molded body for the core material in the step (a), and (c) the core material The diamond particles and the metal in the coating layer are reacted during firing, so that at least one selected from the group of metals in the periodic table 4a, 5a, and 6a is provided between the diamond particles. Seed At least one selected from the group consisting of carbides and carbonitrides of metal elements Seeds And a step of producing a bonded diamond sintered body.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the cutting tool of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 which is a schematic view of a composite fiber body contained therein.
[0019]
According to FIG. 1, the composite fiber body 1 is formed between the

diamond particles

2 and 2. Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and carbonitrides Less At least 1 Seed A carbide of at least one metal element selected from the group of metals in the periodic table 4a, 5a, and 6a on the outer periphery of the elongated core material 4 made of a diamond sintered body bonded by the binder phase 3; Hard particles 6 made of at least one of nitride and carbonitride are made of iron Tribe It is covered with a skin material 8 made of a sintered alloy bonded with a metal 7.
[0020]
According to the present invention, the iron in the core material 4 which is a diamond-like sintered body Tribe A major feature is that the amount of metal is 5% by volume or less, whereby the hardness of the core material 4 is improved to produce a composite fiber body 1 having excellent cutting characteristics that achieves both wear resistance and fracture resistance. be able to.
[0021]
That is, the diamond-like sintered body 4 obtained by bonding the diamond particles 2 with a bonding material having excellent hardness, reaction resistance, and oxidation resistance is coated with a skin material 8 having excellent toughness. By holding, the composite fiber body 1 becomes high toughness, and the wear resistance against mechanical wear, oxidation wear, diffusion wear, and adhesive wear is improved along with improvement in fracture resistance and chipping resistance. Furthermore, in the case of mixing a diamond powder having a simple structure without using a coated diamond powder as a raw material and a binder phase powder forming a carbide or carbonitride other than the iron group metal phase, it is difficult to hold the diamond particles 2, While the wear resistance is reduced due to the falling off of the diamond particles 2, the diamond particles 2 firmly bonded with the reaction-generated carbide or carbonitride phase are firmly held by the hard phase containing an iron group metal. Thus, there is an effect that the wear resistance of the composite fiber body 1 is improved without dropping the diamond particles 2 dispersed in the sintered body.
[0022]
Here, the content of the iron group metal is set to 5% by volume or less because if the amount of the iron group metal is more than 5% by volume, the excellent hardness, reaction resistance and oxidation resistance are impaired, and the wear resistance is lowered. Therefore, it is particularly preferably 2% by volume or less.
[0023]
Moreover, as the binder phase 3 of the core material 4 in the present invention, Ti or Hf of At least one Carbides and carbonitrides Less At least 1 Seeds The material which becomes is used.
[0024]
Specifically, as a material constituting the binder phase 3 of the core material 4, Ti or Hf of At least one Carbonization Things And carbonitride at least 1 Seed As hard particles , Special Titanium carbide or titanium carbonitride Less At least one type can be suitably used. In addition, when an iron group metal is contained at 5% by volume or less, this iron group metal also functions as a binder phase.
[0025]
In addition, 90% or more of the diamond particles 2 Low Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and Charcoal Nitride At least one of It is desirable that it is included in the above in terms of suppressing a decrease in wear resistance due to the falling off of the diamond particles 2. In the present invention, the diamond particles 2 Low Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and Charcoal Nitride At least one of Can be quantified by contrast by backscattered electron image (BEI) or composition mapping by electron probe microanalysis (EPMA) in a scanning electron micrograph in the cross section of the composite structure. Included is that more than 80% of the outer peripheral surface of the diamond particle 2 Low Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and carbonitrides At least one of Refers to the state in contact with.
[0026]
Further, it is desirable that the core material 4 has a Vickers hardness Hv of 45 GPa or more in terms of significantly improving the hardness of the composite fiber body 1 and significantly improving the wear resistance against mechanical wear of the cutting tool.
[0027]
On the other hand, the average particle diameter d1 of the diamond particles 2 of the sintered body forming the core material 4 is an improvement in the hardness and strength of the composite fiber body 31, and the diamond particles 2 Diamond particles by preventing coagulation and increasing retention 2 0.1 to 3.5 μm in terms of preventing the falling off Be But Important In particular, the thickness is desirably 0.1 to 2 μm.
[0028]
Further, diamond particles in the diamond sintered body forming the core material 4 2 The content ratio of 70% by volume or more, particularly 90% by volume or more ,

Core material

4 To increase the wear resistance of cutting tools is important .
[0029]
Furthermore, the content of residual carbon in the diamond sintered body is 5% by volume or less, and the porosity in the diamond sintered body is 0.5% by volume or less. It is desirable in terms of improving the strength and increasing the fracture resistance of the cutting tool.
[0030]
On the other hand, as the skin material 8 covering the outer periphery of the core material 4, at least one kind of hard particles selected from the group of carbides, nitrides, or carbonitrides of the periodic table 4a, 5a and 6a group metal is used. A material bonded at 3 to 50% by volume, particularly 6 to 30% by volume is used.
[0031]
Specifically, as the material constituting the skin material 8, as one or more hard particles of carbides, nitrides and carbonitrides of the periodic table 4a, 5a and 6a group metals, in particular, tungsten carbide, titanium carbide, At least one selected from the group consisting of titanium carbonitride, titanium nitride, tantalum carbide, niobium carbide, zirconium carbide, zirconium nitride, vanadium carbide, chromium carbide and molybdenum carbide, and further from the group of tungsten carbide, titanium carbide or titanium carbonitride At least one selected from 50 to 97% by volume, particularly tungsten carbide, titanium carbide or titanium carbonitride bonded with 3 to 50% by volume of a binding metal composed of an iron group metal, particularly cobalt and / or nickel. A sintered body, that is, a cemented carbide or a cermet can be preferably used.
[0032]
Here, FIG. 2 (a) (b) is a schematic perspective view of the composite fiber body used in this invention. The composite fiber body 1 s of (a) is a single type fiber body that includes a core material 4 and a skin material 8 that covers the outer periphery of the core material 4 and is made of a material having a composition different from that of the core material 4. Moreover, the composite fiber body 1m of (b) is a multi-type fiber body obtained by extending the assembly of single-type fiber bodies of (a). According to the present invention, the composite structure 9 forming the cutting edge 18 in FIG. 3 is formed by a structure in which the composite fiber bodies 1 of (a) or (b) are converged. Desirably, the multi-type fiber body of (b) is excellent in fracture resistance.
[0033]
The size of the composite fiber body 1 is such that the core material 4 has a diameter of 5 to 300 μm and includes the skin material 8 in order to improve adhesion to the backing plate 19 and to improve fracture resistance as the tool 11. It is desirable that one diameter of 1 is 6 to 500 μm.
[0034]
Further, as shown in FIG. 4 which is a top view of the cutting edge tip 12 portion of the cutting tool 11 of FIG. 3, a plurality of

composite fiber bodies

1, 1,. Fiber direction L _f And the tangent L at the ridgeline at the cutting edge ridge 18 _C Is the angle θ at point 1 on the edge of the cutting edge, that is, the edge of the cutting edge 18. ₁ , Angle θ at point 2 ₂ , Angle θ at point 3 ₃ In any of the cases, the angle θ is 2 ° or more, preferably 5 ° or more, more preferably 10 ° or more, the boundary direction of the composite fiber body 1 in which the direction of the highest stress applied during cutting is arranged, or the composite By deviating from the interface direction between the core material 4 and the skin material 8 of the fiber body 1, it is possible to prevent stress due to cutting from concentrating on this interface, and the generated stress has high strength and high toughness. It is desirable in that it is dispersed in the longitudinal direction of the cutting edge to improve chipping resistance and chipping resistance at the cutting edge line 18.
[0035]
The angle θ is to adjust the arrangement direction of the composite fiber body 1 in the composite fiber body 1 with respect to the tool shape, and the forming region of the cutting edge ridge 18, that is, the shape of the nose R portion, the tool shape itself such as the angle r, and the like. Controlled by. For example, a so-called T, D, V type throw-away tip in which the angle r of the nose R portion is less than 90 °, particularly 80 ° or less, and further 60 ° or less, and the rake face 15 has a triangular or rhombus shape is applicable. is there. Further, according to FIG. 4, the nose R portion means a ridge line extending from the apex (P) in both directions to the connecting portion 22 that is a boundary with the straight portion 21.
[0036]
Incidentally, according to FIG. 4, the fiber direction L of the composite fiber body 1. _f And tangent L at apex P of nose radius _c2 The angle θ (θ ₂ ) Is 90 °, that is, the fiber direction L of the composite fiber body 1 _f Are arranged so as to extend vertically toward the apex P of the nose R portion. Further, in the so-called S-type throw-away tip in which the angle r of the nose R is 90 ° and the shape of the rake face 15 is a square shape, only one side of the nose R portion is cut with a cutting edge 18 as shown in FIG. The reverse side 23 is not used as a cutting edge, that is, if it is a throw-away tip limited to the right hand or left hand, the fiber direction L of the composite fiber body 1 _f And tangent L at each cutting edge position _C1 As long as each angle θ satisfies 2 ° or more, the fiber direction L of the composite fiber body 1 _f And tangent L at apex P of nose radius _c2 It does not matter if the angle θ formed by is less than 45 °.
[0037]
Furthermore, according to the present invention, as shown in FIG. 6, the composite structure 9 is composed of a plurality of composite fiber bodies 1 arranged in one direction and aligned, and as shown in FIG. However, a multilayer composite structure 9m obtained by laminating a plurality of single-layer composite structures 9s in the thickness direction is desirable in terms of higher stress dispersion effect.
[0038]
Further, according to the present invention, as shown in FIG. 6C, when the composite structure 9m having a multilayer structure is manufactured, the composite fiber bodies 1 are laminated so that the directions of the composite fiber bodies 1 are different between the adjacent

composite sheets

9s and 9s. As a result, it is possible to further enhance the toughness of the composite structure 9m and further improve the fracture resistance of the cutting tool 11.
[0039]
Furthermore, the fiber direction of the composite fiber body 1 is parallel to the rake face 15, or the angle formed by the fiber direction of the composite fiber body 1 and the seating surface of the tool body 13 is in the range of 0 ° to 30 °. The cutting edge ridge line 18 is desirable in that it can improve chipping resistance and chipping resistance on the rake face 15 and improve wear resistance on the flank face 17.
[0040]
According to the present invention, the cutting tool may be a solid type tool, but is preferably a throw-away type tool in terms of low cost and ease of manufacture.
[0041]
Further, as shown in FIG. 3, the cutting tool of the present invention is provided with a cutting edge tip 12 having a composite structure 9 made of the composite fiber body 1 (1s, 1m) by cutting out the cutting edge portion of the tool body 13. 14, it is possible to easily control the fiber direction of the composite fiber body 1 with respect to the cutting edge shape of the tool, and to provide cutting edge ridges 18 at a plurality of corners. In particular, there is an advantage that the composite fiber bodies 1 can be easily arranged.
[0042]
○ Manufacturing method
Next, a method for producing the composite structure of the present invention will be described based on the schematic views of FIGS.
[0043]
In producing the composite fiber body 1, first, the core material molded body 4 a is produced. As a specific method, first, the average grain Diameter 0 . 1 to 3.5 μm Of metal Ti or metal Hf At least 1 Seed Diamond powder coated by physical vapor deposition (vacuum deposition, sputtering, ion plating, etc.), chemical vapor deposition (thermal CVD, plasma CVD, etc.), sol-gel, plating, etc. Special 80% by mass or more, and, if desired, an iron group metal powder having an average particle size of 0.01 to 10 μm is mixed at a ratio of 50% by mass or less, and further, an organic binder, a plasticizer and a solvent are added and kneaded. And it shape | molds in cylindrical shape with shaping | molding methods, such as press molding or cast molding, and produces the molded object 4a for core materials (refer Fig.7 (a)).
[0044]
Here, in order to obtain a homogeneous composite molded body by coextrusion molding to be described later, it is desirable that the amount of the organic binder added is 50 to 200 parts by volume, particularly 70 to 150 parts by volume.
[0045]
As the organic binder, paraffin wax, polystyrene, polyethylene, ethylene-ethyl acrylate, ethylene-vinyl acetate, polybutyl methacrylate, polyethylene glycol, dibutyl phthalate, or the like can be used.
[0046]
On the other hand, two half-cylindrical skin materials are formed by kneading a material having a skin material having a composition different from that of the core molding 4a together with the above-described binder by a molding method such as press molding, extrusion molding or casting. A molded body 8a is prepared. A molded body 1a is produced in which the skin material molded body 8a is arranged so as to cover the outer periphery of the core material molded body 4a (see FIGS. 7B and 7C).
[0047]
And by using the extruder 100, the said molded object 1a which consists of the molded object 4a for core materials and the molded object 8a for skin materials is coextruded, and the molded object for skin materials around the molded object 4a for core materials. The single-type composite fiber body 1s of FIG. 2 (a) covered with 8a and elongated to a thin diameter can be produced (see FIG. 7 (d)).
[0048]
Further, in forming the composite fiber body 1, as shown in FIG. 8, the bundling body 31 obtained by converging a plurality of the coextruded long composite fiber bodies 1 s is again co-extruded to form FIG. The multi-type composite fiber body 1m having a high fiber density can be produced. The cross sections of the

composite fiber bodies

1s and 1m may be not only a circle but also a quadrangle and a triangle.
[0049]
And as shown to Fig.6 (a)-(c), this long composite fiber body 1 is aligned in 2 rows-100 rows, and it heat-presses in a type | mold, and obtains composite sheet 9s, desired Accordingly, a plurality of composite sheets 9s are laminated in the thickness direction so that the directions of the composite fiber bodies 1 of the adjacent

composite sheets

9s and 9s are different from each other. A structure 9m is obtained. However, in this case, the fiber direction of the composite fiber body 1 in the uppermost composite sheet 9s that forms the cutting edge of the composite sheet 9s is adjusted to a specific angle in relation to the cutting edge ridge line 18 as described above. It is desirable to do.
[0050]
In addition, as shown in FIG. 9, this composite structure 9m can be rolled between a pair of rollers 42 to produce a higher-density composite laminate 32 as required.
[0051]
Then, the single-layer composite sheet 9s, the multilayer composite structure 9m, or the composite laminate 32 is placed on the cemented carbide backing plate 19, and heated or held at 300 to 700 ° C. for 10 to 200 hours. By removing the binder and then setting it in an ultra-high pressure apparatus and firing it at a pressure of 4-6 GPa, a temperature of 1350-1600 ° C., a time of 1-60 minutes, especially 1-10 minutes, and integrating. The cutting edge chip 12 composed of the composite structure 9 or the composite laminate 32 joined and integrated with the backing plate 19 can be produced.
[0052]
According to the present invention, the metal component in the coating layer coated on the diamond particles reacts with the carbon of the diamond particles to form a structure in which the outer peripheral surface of the diamond particles is bonded with carbide and / or carbonitride. In addition, a carbide or carbonitride generated by volume expansion due to carbonization generates a compressive residual stress in diamond particles, and a diamond-like sintered body bonded more firmly can be produced.
[0053]
In addition, according to the present invention, the iron group metal present in the skin material molded body 8a during the firing may diffuse into the core material molded body 4a. The content of the iron group metal can be controlled to 5% by volume or less.
[0054]
The composite structure 9 is processed into a cutting edge shape by a wire electric discharge machine, cutting, polishing or the like so that the relationship with the cutting edge ridge 18 of the cutting tool 11 is a predetermined angle θ as described above.
[0055]
Then, the cutting edge chip 12 in which the backing plate 19 and the composite structure 9 are integrated is brazed to the mounting seat 14 using a silver solder or the like.
[0056]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited only to a following example.
[0057]
Kneading by adding 100 parts by volume of cellulose, polyethylene glycol as organic binder and polyvinyl alcohol as solvent to diamond powder coated with group 4a, 5a and 6a metals of periodic table as shown in Table 1 by ion plating method Then, it was press-molded into a cylindrical shape with a diameter of 20 mm to produce a core body molded body. The coating amount of the coating layer on the diamond powder is shown in Table 1 by calculating the mass difference before and after coating as the mass of the coating layer.
[0058]
On the other hand, the average particle size of hard particles in the sintered body constituting the skin material is WC powder and TiCN powder as shown in Table 1, and the TiC powder has an average particle size of 2 μm so that the sintered body has the composition shown in Table 1. , TiN powder, Co powder, Ni powder are mixed, and the same organic binder and solvent as above are added and kneaded to form a half-cylindrical molded body for skin material with press molding Two were prepared, and these were arranged so as to cover the outer periphery of the core material molded body to produce a composite fiber body.
[0059]
Then, the composite fiber body is coextruded to produce a stretched composite molded body having a diameter of 1 mm, and then 100 stretched composite molded bodies are converged and coextrusion molded again to obtain a multifilament having a diameter of 1 mm. A composite fiber body having a structure was prepared.
[0060]
Next, the composite fiber body having the multifilament structure was cut to a length of 100 mm, aligned in parallel to form a sheet, and the composite sheet having a multilayer structure was produced by laminating the three composite sheets.
[0061]
Thereafter, WC particles having an average particle diameter of 2 μm are spread on the lower surface of the laminate, and a backing plate made of cemented carbide having a thickness of 5 mm having the composition shown in Table 1 is arranged, and this is raised to 300 to 700 ° C. in 100 hours. After removing the binder by heating, it was placed in an ultra-high pressure device and baked for 5 minutes under the baking conditions shown in Table 1 to produce a cutting edge chip in which the composite structure and the back plate were integrated. Then, this cutting edge chip was processed and brazed at 700 ° C. using silver brazing on the mounting seat of the tool body made of cemented carbide.
[0062]
In the cutting tool of Table 1, the fiber direction L of the composite fibrous body constituting the sheet _f And tangent L at the edge of the cutting edge _c The smallest angle among the respective angles θ is 30 °, and the tip end angle (nose R) is 60 °.
[0063]
For the diamond sintered compact cutting tool produced as described above,
Work material: ADC12, 4 grooves
Cutting depth d = 1mm
Cutting speed V = 500m / min
Feed f = 0.2mm / tooth
A cutting test is conducted under the conditions of the above, and the number of impacts (up to 20000 times) until chipping or chipping occurs is evaluated, and the amount of wear at that time is measured for a sample that has been processed 20000 times to determine the chipping state. Observed. The results are shown in Table 1.
[0064]
[Table 1]

[0065]
As is apparent from Table 1, sample No. 1 prepared with a simple diamond sintered body using a TiC phase as a binder. No. 10 was missing in the early part of the cutting test.
[0066]
In addition, sample No. 1 made of a diamond sintered body having a uniform structure using a Co phase as a binder was used. In No. 11, although it was able to process 20000 times, the wear width was large and further chipping occurred.
[0067]
Furthermore, the sample No. in which the amount of Co phase in the core exceeds 5% by volume. In No. 7, although it was able to process 20000 times, abrasion was progressing greatly. Sample No. 1 coated with TiN not containing a metal component as a coating material was used. In No. 9, wear progressed due to falling off of the diamond particles and the wear resistance was low.
[0068]
On the other hand, sample no. In Nos. 1 to 6 and No. 8, the amount of wear was small, and no chipping or chipping occurred. Sample No. When the Vickers hardness Hv was measured with a micro Vickers hardness meter at a load of 98 kPa (1 kgf) for 1 to 6, it was found that all had a hardness of 45 GPa or more.
[0069]
【The invention's effect】
As detailed above, according to the present invention, in the cutting tool for processing various materials, instead of a conventional sintered body having a simple and uniform structure, The average particle diameter d1 is 0.1 to 3.5 μm and the content ratio is 70% by volume or more. Between the diamond particles Low Ti or Hf At least 1 Seed Carbides and carbonitrides Less At least 1 Seeds and Bonded with iron group metals In the scanning electron micrograph in the cross section, the number of particles of 85% or more of the diamond particles is 80% or more of the outer peripheral surface of the diamond particles, and at least one of the at least one carbide and carbonitride of Ti or Hf. Contained in contact with the seed At least 1 selected from the group of metals in the periodic table 4a, 5a, 6a Seed At least one selected from the group of metal element carbides, nitrides and carbonitrides Seed Hard particles to iron Tribe A composite structure formed by coating a skin material made of a sintered alloy bonded with a metal, the iron in the core material Tribe Amount of metal The By setting the content to 5% by volume or less, an excellent cutting tool having both wear resistance and fracture resistance can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a composite structure of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of (a) a single type and (b) a multi-type showing a structure of a composite fiber body of a cutting tool according to the present invention.
3A is a perspective view showing an embodiment of a cutting tool according to the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view in the vicinity of a cutting edge tip.
4 is a top view of the cutting edge tip of FIG. 3 as viewed from the rake face side.
FIG. 5 is a top view of another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining the structure of a composite structure of a cutting tool according to the present invention.
FIG. 7 is a process diagram showing a method for producing a single type composite fiber body of a cutting tool according to the present invention.
FIG. 8 is a process diagram showing a method for producing a multi-type composite fiber body of a cutting tool according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a method for producing a composite laminate of cutting tools according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Composite fiber body
1a Composite molded body
1s composite fiber body (single type)
1m Converging fiber body (multi-type)
2 Diamond particles
3 bonded phase
4 Core material (diamond sintered body)
4a Molded body for core material
6 Hard particles
7 Iron group metals
8 Skin material (sintered alloy)
8a Molded body for skin material
9 Composite structure
9s single layer composite structure (composite sheet)
9m multilayer composite structure
11 Cutting tools
12 Cutting edge insert
13 Tool body
14 Mounting seat
15 Rake face
16 Seating surface
17 Flank
18 Cutting edge
19 Backing board
20 Mounting hole
21 Straight section
22 Connecting part
31 Focusing body
32 Composite laminate
41 Extruder
42 Laura

Claims

平均粒径ｄ１が０．１〜３．５μｍで含有比率が７０体積％以上のダイヤモンド粒子間をＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種にて結合し、断面における走査型電子顕微鏡写真において、前記ダイヤモンド粒子の８５％以上の数の粒子が、該粒子の外周表面の８０％以上が前記ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と接する状態で包含されたダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周を、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の硬質粒子を鉄族金属にて結合した焼結合金からなる表皮材にて被覆した、前記芯材中の鉄族金属含有量が５体積％以下の複合繊維体を具備することを特徴とする切削工具。 The average particle diameter d1 bonded boiled one even without least of at least one of carbide and carbonitride of Ti or Hf content ratio between 70 vol% or more of the diamond particles in 0.1～3.5Myuemu, section In the scanning electron micrograph of the above, the number of particles of 85% or more of the diamond particles is such that at least 80% of the outer peripheral surface of the particles is at least one kind of carbide or carbonitride of Ti or Hf. the outer periphery of the elongated core member made of diamond sintered body that is included in a state of being in contact, the periodic table 4a, 5a, of at least one metal element selected from the group consisting of 6a group metal carbides, nitrides and at least one hard particles selected from the group consisting of carbonitrides was covered with a skin material consisting of sintered alloy bonded with iron group metals, iron group metal content in the core material is 5 vol% or less Double A cutting tool characterized by comprising a fibrous body.

前記ダイヤモンド粒子の９０％以上の数の粒子が、該粒子の外周表面の８０％以上が前記ＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種と接する状態で包含されていることを特徴とする請求項１記載の切削工具。90% of the number of particles of said diamond particles are included even more than 80% of the particles of the outer peripheral surface no less of the Ti or at least one carbide and carbonitride of Hf in a state in contact with one cutting tool according to claim 1, wherein the are.

前記芯材のビッカース硬度Ｈｖが４５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の切削工具。 The cutting tool according to claim 1 or 2, wherein the core material has a Vickers hardness Hv of 45 GPa or more.

（ａ）金属Ｔｉまたは金属Ｈｆの少なくとも１種を含有するコーティング層を被覆したダイヤモンド粒子と有機バインダとからなる混合物を長尺状に成形して芯材用成形体を作製する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の成形体とは異なる組成からなる表皮材用成形体を成形して前記（ａ）工程の芯材用成形体の外周を被覆するように配した複合成形体を作製する工程と、
（ｃ）前記芯材中において、前記ダイヤモンド粒子と前記コーティング層中の金属とを焼成中に反応させて、ダイヤモンド粒子間をＴｉまたはＨｆの少なくとも１種の炭化物および炭窒化物の少なくとも１種にて結合したダイヤモンド質焼結体を作製する工程とを具備することを特徴とする複合構造体の製造方法。(A) a step of forming a core material by forming a mixture of diamond particles coated with a coating layer containing at least one of metal Ti or metal Hf and an organic binder into a long shape;
(B) A composite molded body formed by molding a skin material molded body having a composition different from that of the molded body in the step (a) and covering the outer periphery of the core body molded body in the step (a). A manufacturing process;
(C) in the core material in the the diamond particles and the metal of the coating layer is reacted during the firing, even without less of at least one of carbide and carbonitride of Ti or Hf between the diamond particles 1 method of manufacturing a composite structure characterized by comprising a step of preparing a diamond sintered body hands bound species.