JPH0343112A - 焼結硬質合金製ドリル - 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］ この発明は、主として鋼の穿孔加工に供されるドリルの
構造に関し、特に耐摩耗性や靭性に優れ、高い品質を有
する焼結硬質合金製ドリルの構造に関するものである。

［従来の技術］ ドリルは、鋼材などの穿孔加工に用いられる切削工具の
１つである。その−例としてツイストドリルの構造が第
１図に示されている。ツイストドリルは、穿孔加工に供
される切刃部１と、切削に関与せず、主として切屑の排
出と、ボール盤などの切削機械のチャック部などに装着
するためのシャンク部２とから構成される。

従来より、−殻内にドリルの材質は高速度鋼（ハイス）
および超硬合金である。高速度鋼は、靭性に富むが、耐
摩耗性が低く、高速切削に不適である。一方、超硬合金
は耐摩耗性や工具としての精度特性に優れる半面、脆い
性質を有し、たとえば剛性の低い工作機械に使用される
と折損する場合があった。

これらの改良として、高速度鋼の切刃部に硬質のＴｉＮ
をコーティングする構造、あるいは切刃部を超硬合金に
し、ろう付けする構造などが考えられできた。

さらに近年では、耐摩耗性および靭性の向上などを意図
して、異なる月質の超硬合金同士（Ｐ２ＯとＤ３０）を
ろう付けした構造（実開昭５８−１４３１１５号）ある
いは冶金学的に一体化接合した構造（実公昭６２−４６
４８９号）、さらに、ドリルの中心部と外周部との要求
される特性の違いに着目し、その中心部と外周部との超
硬合金の材質を異ならせた二重構造に成形したもの（特
開昭６２−２１８０１０号）、あるいはこの二重構造を
射出成形で形成する方法（特開昭６３−３８５０１号、
３８５０２号）などが考案されている。

また、ドリルの耐凝着性の向上のために、ドリルの材質
をサーメットで構成した構造（特開昭６２−２９２３０
７号）などがある。

［発明が解決しようとする課題］ ドリルの切刃部およびシャンク部は各々異なった負荷状
態で使用される。そのため、ドリルの各部に要求される
特性は異なる。たとえば、切刃部の刃先部では耐摩耗性
や耐凝着性などが要求され、シャンク部では工具として
の強度を保持するための靭性が要求される。また、切刃
部の刃先部についても、その中心部と外周部とでは切削
速度が大きく異なるため、要求される特性も異なる。

このようなドリルに備えられるべき特性に対する複雑な
要求に応えるため、その対策として切刃部にコーティン
グを施したものがあるが、これは、通常使用されるよう
にドリルの再研削を実施すると、少なくとも前退面側の
コーティング層が除去されてしまい、コーティングの効
果の大半が失われてしまうという欠点を有していた。ま
た、切刃部に超硬合金をろう付けする構造のものは、ろ
う付は自体が本質的に熱的強度や機械的強度に劣る方法
であり、難削材の深穴加工には適用できないという欠点
を有していた。さらに、近年、ドリルのシャンク部の靭
性を向上させる目的で、超硬合金の粗粒化や高結合相化
を行なったものは、逆に材料の強度を低下させたり、あ
るいは弾性限界の歪を低下させ、披削材のブレや切削機
械の不安定な回転などにより、穴あけ加工中においてシ
ャンク部が折損してしまうという問題があった。

そこで、この発明は上記のような問題点を解決するため
になされたもので、ドリルの切刃部において優れた耐摩
耗性、耐凝着性を有し、かつシャンク部は耐折損性とし
ての必要十分な靭性を有する焼結硬質合金で構成される
ドリルを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に従った焼結硬質合金製ドリルは、被削物を切
削するための（ａ）切刃部と、切削機械の所定位置に取
付けるための（ｂ）シャンク部とを備える。

（ａ）　　切刃部 切刃部は、サーメットより構成される。このサーメット
は、第１の硬質分散相と、第１の結合金属相とからなる
。第１の硬質分散相は、チタンと、チタンを除く周期律
表第ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族金属の１種以上の炭化
物、窒化物および復炭窒化物のいずれかを主成分とする
。第１の結合金属相は、ニッケルとコバルトとを主成分
とする。第１の硬質分散相の組成は、（Ｔｉ　ａＭｂ）
（ＣｃＮｄ）で表わされる。ＭはＴｉを除く周明律表第
１Ｖ　ａ　。

ＶａおよびＶＩａ族金属の１種以上である。ａ、ｂ。

ｃ、ｄはモル分率を示す。ａ、　　ｂ、　　ｃ、　　ｄ
は、以下の関係式で規定される。

ａ＋ｂ嘩１ ｃ＋ｄｍ１ ０．５≦ａ≦０．９５ ０．１≦ｄ≦０．　７ 第１の硬質分散相は、微粒子群と、粗粒子群とを少なく
とも備える。微粒子群の平均粒径は０゜２μｍ以上０．
　６μｍ以下である。粗粒子群の平均粒径は１μｍ以上
３μｍ以下である。微粒子群の粗粒子群に対する体積比
は０．３以上３以下である。第１の結合金属相は、サー
メット中に占める割合が５重量％以上３０重量％以下で
ある。

（ｂ）　　シャンク部 シャンク部は、切刃部と一体に接合される。シャンク部
は、超硬合金より構成される。超硬合金は、ＷＣ粒子の
第２の硬質分散相とＣｏを含有する第２の結合金属相と
からなる。第２の硬質分散相の平均粒径は、０．７μｍ
以下である。第２の結合金属相は、超硬合金中に占める
割合が１３体積％以上３０体積％以下である。

［作用］ ドリルに要求される特性は、切刃部の耐摩耗性および耐
凝着性と、シャンク部の靭性に代表される耐折損性とに
大別される。これらのドリルに要求される特性のうち、
特に耐摩耗性および耐凝着性の向上に着目して、本願発
明者等はチタン（Ｔｉ）を主成分とした窒素含有サーメ
ットを刃先部に適用することが必須であると着想した。

そこで種々のサーメットの組成に対し実験を行ない、多
くの有効な知見を得た。また、一方、靭性および強度が
要求されるドリルのシャンク部にＷＣ系超硬合金を適用
することが好ましいとの知見も得た。

本願発明は、これらの知見に基づいてなされたもので、
ドリルの切刃部に対して耐摩耗性、耐凝着性の優れたサ
ーメットを適用し、さらにシャンク部に対しては靭性に
優れたＷＣ系超硬合金を適用し、これらの両者を一体に
接合した構造を有するドリルを提供するものである。以
下、本発明に従った焼結硬質合金製ドリルにおいて組成
、粒径等の限定理由について説明する。

（ａ）　　切刃部 ドリルにおける摩耗の発生状態は、第３図に示される。

１１はドリル内周部の凝着摩耗が発生する部位（すくい
面）を示す。被削材とドリル材質の凝着によるすくい面
の摩耗が進行すると、切屑が付着し、ドリルか寿命に至
る。１２はドリル外周刃の摩耗部位（マージン）、１３
は刃先のチッピング発生部位（前透面）を示す。この発
明においては耐摩耗性および耐凝着性を向上させるため
に、硬質分散相の組成および粒径が限定されている。

硬質分散相に含まれる金属原子群中のチタンの量はモル
分率で０．　５〜０．９５の範囲に限定される。０６５
未満では、耐摩耗性および耐凝着性が低下する。また、
０．９５を越えると、サーメット自体の焼結性が劣化す
る。

硬質分散相に含まれる非金属原子群中の窒素の割合がモ
ル分率で０，１〜０．７の範囲に限定される。０．１未
満では、窒素がサーメットの焼結時において硬質分散相
の粒成長を抑制するという効果が見られなくなる。また
、０．７を越えると、サーメット自体の焼結性が劣化す
る。

硬質分散相は、０．２〜０．６μｍの粒径を有する微粒
子群と、１〜３μｍの粒径を有する粗粒子群との混合体
からなる。微粒子群の粗粒子群に対する体積比は０．３
〜３の範囲に限定される。

この体積比率が０．　３未満においては、サーメット自
体の靭性が劣化し、ドリルの刃先部に、チッピングが発
生する。また、この体積比率が３．０を越えると、ドリ
ルの刃先に熱亀裂か発生する。

結合金属相の量は５〜３０重量％の範囲に限定される。

５重量％未満においては、サーメット自体の靭性が不足
し、ドリルの刃先にチッピングが発生する。また、３０
重量％を越えると、耐摩耗性が不足し、刃先の透面やマ
ージン部に大きな摩耗が発生する。

（ｂ）　　シャンク部 この発明のドリルのシャンク部には、硬質分散相として
平均粒径が０．７μｍ以下のＷＣ粒子を含むＷＣ系超硬
合金が用いられる。高速度鋼等を用いると、その熱膨張
係数が大きいため、切刃部のサーメットとの熱膨張差に
起因した切刃部の切刃部が発生しやすい。また、高速度
鋼のヤング率はＷＣ系超硬合金の約１７３であり、切削
時の耐振性が悪いため、切刃部の摩耗、欠損を助長する
ことになる。

硬質分散相の平均粒径が０．７μｍを越えると、ドリル
のシャンク部としての強度が耐折損性を満足し得るよう
には発揮されない。結合金属相の量が１３体積％以下に
なると、靭性が低下し、３０体積％を越えると、塑性変
形を示し、好ましくない。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について説明する。

本発明における焼結硬質合金製ドリルは、切刃部にサー
メット合金を用い、シャンク部にＷＣ超硬合金を用いて
、粉体の成形プレス時に接合し、焼結することにより形
成される。切刃部を構成するサーメット合金は、硬質分
散相の組成、結合相の組成および硬質分散相の粒度存在
比が、焼結後において第１表に示される数値となるよう
に、各種粉末を調合することによって作製された。シャ
ンク部を構成する超硬合金は、平均粒径０，５μｍのＷ
Ｃ粉末およびＣｏ粉末を、結合金属（体積％）、硬質分
散相平均粒径（μｍ）が、焼結後において第１表に示さ
れる数値となるように、調合することによって作製され
た。このとき、粒成長抑制成分としてＶＣ粉末を少量配
合した。

なお、第２図は、ドリルの切刃部を構成するサーメット
合金において、硬質分散相の粒度分布を示す。Ａは、微
粒子の存在度数分布を示し、Ｂは粗粒子の存在度数分布
を示す。微粒子群の粗粒子群に対する体積比はＡ／Ｂで
第１表に表わされている。

切刃部を構成するサーメット合金粉末と、シャンク部を
構成する超硬合金粉末とを、粉体の成形プレス時におい
て接合した。具体的には、静水圧プレスを用いて、いわ
ゆるＣＩＰ（Ｃｏｌｄ　　ｌ５ｏｓｔａｔｉｃ　　Ｐｒ
ｅｓｓｉｎｇ）によって焼結前において各合金粉末を接
合した。その後、得られた成形体を焼結することにより
サーメット合金と超硬合金とが一体に接合された焼結硬
質合金を作製した。各試料に研削加工を施すことによっ
て１０ｍｍφのドリルが得られた。

また、比較品として、第１表に示されるように粉末の粒
度および配合比を変化させることによって上記と同様の
方法で１０ｍｍφのドリルを作製した。

第１表には、本発明の焼結硬質合金製ドリルおよび比較
のために作製されたドリルの硬質合金の組成および粒度
分布などが示されている。第１表において、比較品りは
、＊で示されるように切刃部の硬質分散相の組成および
粒度存在比が本発明の範囲から外れるように作製された
ものである。

また、比較品Ｅは、シャンク部を構成する硬質相の粒径
が本発明の範囲を外れるように作製されたものである。

さらに、比較品Ｆは、切刃部を構成する硬質分散相の粒
度存在比が本発明の範囲を外れるように作製されたもの
である。比較品Ｇは、切刃部とシャンク部との両者にお
いて結合金属相の量が本発明の範囲を外れるように作製
されたものである。比較品Ｈは、切刃部を構成する結合
金属相の量が本発明の範囲を外れるように作製されたも
のである。それぞれ本発明の範囲から外れている数値に
は＊が付されている。

（以下余白） ドリルの性能評価テストは以下に示される条件下で行な
われた。

テスト条件 被削材：　５５０Ｃ（Ｈａ　＝２３０）切削速度：６０
ｍ／分、湿式（水溶性切削油）送り速度：　０．　２５
ｍｍ／　ｒ　ｅ　ｖ。

深さ：２５ｍｍ 判定基準：寿命まで加工後、その刃先状況などを観察す
る。

寿命：ａ常、外周前退面の摩耗量が０．２ｍｍ以上にな
ったときとする。

上記のドリル性能評価テストの結果は第２表に示される
。第２表を参照して、まず、本発明品Ａ〜Ｃと比較品り
との比較において、比較品りは、切刃部を構成するサー
メットの靭性が劣化し、刃先部にチッピングが生じた。

また、本発明品Ａ−Ｃと比較品Ｅとの比較において、比
較品Ｅはシャンク強度に劣り、シャンク部が折損した。

本発明品Ａ−Ｃと比較品Ｆ、　Ｇとの比較において、比
較品Ｆ、　Ｇはサーメットの靭性が不足し、ドリルの刃
先が欠けた。

本発明品Ａ−Ｃと比較品Ｈとの比較において、比較品Ｈ
は耐摩耗性か不足し、少ない穴あけ個数で刃先が所定の
摩耗量を示した。

さらに、参考のために現在使用されているコーティング
ハイスあるいはコーティング超硬ドリルも併せて本性能
試験が行なわれた。これらのドリルと本発明品Ａ−Ｃの
ドリルとの比較において、本発明品のドリルの性能か優
れていることは明らかである。

（以下余白） ［発明の効果］ 以上のように、本発明においては、ドリルの刃先部に耐
摩耗性、耐凝着性あるいは耐熱亀裂性（耐チッピング性
）に優れる特定の組成を有するるサーメット合金を用い
、ドリルのシトンク部に靭性に富むＷＣ超硬合金を用い
て、これらの両者を一体接合させることによってドリル
を成形している。したがって、突発的な折損等が発生す
ることのない高い信頼性、長い寿命および高い品質を有
する焼結硬質合金製ドリルが提供され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、−殻内なツイストドリルを示す構造図である
。 第２図は、この発明に従ったドリルの切刃部を構成する
サーメット合金において硬質分散相の粒度分布を示す分
布図である。 第３図は、ドリルの代表的な損傷部位を示す図である。 図において、１は切刃部、２はシャンク部である。 第 図 第２図 ２ニジ持コク香Ｐ 石更Ｖ方１ｙ木目華立魔］ア川）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被削物を切削するための切刃部と、切削機械の所定位置
   に取付けるためのシャンク部とを備えた焼結硬質合金製
   ドリルにおいて、 前記切刃部は、 チタンと、チタンを除く周期律表第IVａ、ＶａおよびV
   Iａ族金属の１種以上の炭化物、窒化物および複炭窒化
   物のいずれかを主成分とする第１の硬質分散相と、ニッ
   ケルとコバルトとを主成分とする第１の結合金属相とか
   らなるサーメットより構成され、 前記第１の硬質分散相の組成が、（ＴｉａＭｂ）（Ｃｃ
   Ｎｄ）［但し、ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ、Ｖａお
   よびVIａ族金属の１種以上であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄはモ
   ル分率を示し、ａ＋ｂ＝１、ｃ＋ｄ＝１、０．５≦ａ≦
   ０．９５、０．１≦ｄ≦０．７］で表わされ、前記第１
   の硬質分散相は、その平均粒径が０．２μｍ以上０．６
   μｍ以下の微粒子群と、その平均粒径が１μｍ以上３μ
   ｍ以下の粗粒子群とを少なくとも備え、前記微粒子群の
   前記粗粒子群に対する体積比が０．３以上３以下であり
   、 前記第１の結合金属相は、前記サーメット中に占める割
   合が５重量％以上３０重量％以下であり、前記シャンク
   部は、 前記切刃部と一体に接合され、ＷＣ粒子の第２の硬質分
   散相とＣｏを含有する第２の結合金属相とからなる超硬
   合金より構成され、 前記第２の硬質分散相の平均粒径は、０．７μｍ以下で
   あり、前記第２の結合金属相は、前記超硬合金中に占め
   る割合が１３体積％以上３０体積％以下であることを特
   徴とする、焼結硬質合金製ドリル。