JPH0530562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、ツイストドリルやエンドミル等の超
硬切削工具に係り、特に、工具全体の剛性を高め
て切削の加工精度を高めるとともに、異種金属の
接合に伴う熱応力破壊を防止し、かつ接合強度を
高めることができる超硬切削工具の製造方法に関
するものである。 ［発明の技術的背景とその問題点］ 一般鋼材や鋳鉄などの穿孔あるいは型削りなど
の加工作業に用いられる切削工具には、一般に高
速度鋼製のものが用いられている。ところで、こ
のような切削加工作業の高能率化が強く要求され
出した昨今では、切削工具の切削速度を高めてそ
の要求に応えるケースが増えており、それに伴つ
て耐磨耗性に優れる超硬合金を工具材料として使
用することが多くなつてきている。 しかしながら、超硬合金はその価格が高く、ま
た成型性に難点があるため、第１図および第２図
に示す如く切刃として必要な部分１のみを超硬合
金製とし、他の部分２には高速度鋼を用いた切削
工具が一般的である。また、超硬合金の部分１と
高速度鋼の部分２とは銀ろうなどのろう付けによ
つて接合されているのがほとんどである。なお、
第１図はドリル、第２図はエンドミルの例を示
す。 第１図および第２図に示したように、切刃部分
１に超硬合金を用い、非切刃部分２、すなわち工
具本体部分に高速度鋼を用いている切削工具で
は、両者の熱膨脹係数が互いに異なつているた
め、ろう付けを行なう際にその接合部分に膨脹量
の差に基づいて生じる熱応力が作用し、超硬合金
が割れたり欠たりする恐れがあつた。通常、高速
度鋼は、超硬合金の約２倍の熱膨脹係数を有して
いる。 また、高速度鋼は、超硬合金に比べて縦弾性係
数が低いため、曲げ剛性が低く、そのために、加
工作業時に高速度鋼からなる工具本体部分が振れ
たり曲がつたり反つたり、あるいはねじれたりし
て、加工精度の低下や工具寿命の低下を招来す
る。 切刃部分および工具本体部分をすべて１つの超
硬合金製とした切削工具では、以下の問題点があ
る。 まず、切刃部分に望まれる超硬合金としては耐
磨耗性、耐溶着性が重視されることから、TiC、
TiN、TaC、TaNbC等の高価な成分を含有し、
価格が高くなつてしまう。 また、耐磨耗性、耐溶着性を重視することか
ら、靭性の低下が免れず、曲げあるいはねじれの
作用に対して耐える抗折力に劣るようになる。特
に、ツイストドリルやエンドミル等にあつては、
切刃部分に切屑ポケツトおよび切刃を形成するた
めに溝を成型するので切削部から最も離れた位置
の溝部での折損事故が多くなる。 興味ある先行技術として、実開昭58−143115号
公報に開示されたろう付け式切削工具がある。こ
の公報に開示された切削工具では、切刃部分が超
硬合金で作られ、工具本体部分も超硬合金で作ら
れている。超硬合金製切刃部分と超硬合金製工具
本体部分とは、ろう付けによつて接合されてい
る。 実開昭58−143115号公報に開示された切削工具
では、超硬合金製の切刃部分と超硬合金製の工具
本体部分とがろう付けによつて接合されているた
め、その接合強度が弱く、加工精度に劣るように
なる。 他の先行技術として、特開昭54−104093号公報
がある。この公報は、超硬合金から作られた切刃
部分と、工具鋼から作られた工具本体部分との熱
膨脹係数が大きすぎることを考慮して、切刃部分
と工具本体部分との間に中間の熱膨張係数を有す
る中間超硬部材を配置し、切刃部分と中間超硬部
分と工具本体部分とを一体化した超硬工具を開示
している。 上記公報に開示された工具では、工具本体部分
が工具鋼から作られている。工具鋼は、超硬合金
に比べて縦弾性係数が低いため、曲げ剛性が低
く、加工作業時に工具本体部分が振れたり、曲が
つたり、反つたり、あるいはねじれたりする。そ
のため、加工精度の低下や工具寿命の低下を招来
する。 特開昭54−104093号公報には、超硬工具の製造
方法も開示されている。具体的には、この公報の
第２頁左上欄に、以下の記載が見られる。 『工具本体１は一般の工具鋼等により後端にシ
ヤンク４を有する棒状に成形し、中間超硬部材２
はCo量が15〜35％のWC基超硬合金にて棒状に焼
結成形し、先端超硬部材３はCo量が３〜10％の
WC基超硬合金にて棒状に焼結成形する。そし
て、先に先端超硬部材３を中間超硬部材２に接合
して両超硬部材２，３を一体化した後、中間超硬
部材２の後端を工具本体１の先端に接合すること
によつて、これら３部材を一体化するのである。』 上記記載から明らかなように、特開昭54−
104093号公報に開示された方法では、既に焼結し
たもの同士を後に接合している。具体的には、焼
結した先端超硬部材と焼結した中間超硬部材とを
突合わせた状態で1300℃以上に加熱することによ
つて、両者を接合している。 上記公報に開示された方法では既に焼結した超
硬部材同士の接合であり、しかも接合に当たつて
両者を加圧していない。そのため、その接合強度
は、かなり劣る。 ［発明の目的］ 本発明は、上述のごとき問題点に鑑みこれらを
有効に解決すべく創案されたものである。 したがつて、本発明の目的は、工具全体の剛性
を高めて切削の加工精度を高めるとともに、異種
金属の接合に伴う熱応力破壊を防止し、かつ接合
強度を高めることができる超硬切削工具の製造方
法を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、切削に関与する切刃部分と、切刃部
分とは別の材料で作られその先端部で切刃部分を
支持しその後方部がシヤンクとなつている工具本
体部分と、からなるツイストドリルやエンドミル
などの切削工具の製造方法であつて、以下のこと
を特徴とする。切刃部分を形成するための材料と
して、耐磨耗性、耐溶着性に優れた超硬合金粉末
を用いる。工具本体部分を形成するための材料と
して、前記超硬合金とは材質の異なる強靭性超硬
合金粉末を用いる。切刃部分の超硬合金粉末と工
具本体部分の超硬合金粉末とを、圧縮成型時に両
者を接合する形に成型し、これを焼結することに
よつて両者の接触界面部に形成された互いの成分
の熱拡散層を介して一体的に複合させる。 ［発明の作用効果］ 工具本体部分を、切刃部分の超硬合金とは材質
の異なる強靭性超硬合金で作ることにより、工具
全体の剛性を高めることができる。すなわち、工
具本体部分は、超硬合金の持つ高いヤング率によ
つて曲げ剛性およびねじれ剛性が高められるので
加工作業時に工具本体部分が振れたり、曲がつた
り、反つたり、あるいはねじれたりすることがな
く、加工精度を可及的に高めることができる。し
かも、強靭性の超硬合金であるため折損などに対
する信頼性も向上する。 切刃部分と工具本体部分とは、異質ではあるが
互いに超硬合金であるため、熱膨脹係数がほぼ等
しく、両者の間に大きな熱応力が作用することは
ない。したがつて、これらを接合したことによる
割れや欠けが生じることはない。 切刃部分の超硬合金粉末と工具本体部分の超硬
合金粉末とを、圧縮成型時に両者を接合する形に
成型し、これを焼結することによつて両者の接触
界面部に形成された互いの成分の熱拡散層を介し
て一体的に複合させるものであるので、単なる被
覆層やろう付けによる接合と異なつて、あたかも
同一材質と見なされるくらい接合強度が強くな
る。こうして、異種金属接合に伴う熱応力破壊を
防止し、かつ接合強度を高めることができる。 ［発明の実施例］ 以下に、本発明の一実施例について添付図面に
従つて説明する。 第３図は、本発明に係る切削工具としてツイス
トドリルを示すものである。切刃部分１は、磨耗
すると再研磨されるのでその再研磨量を考慮した
最短長さとなつており、切削抵抗に耐え得る材料
として高い硬度を有するJISのＰ系列あるいはＫ
系列の材料を用いる。また、非切刃部分、すなわ
ち工具本体部分２には硬度が少々低くとも縦弾性
係数および抗折力に優れるＤ系列（JISのＶ系列
に対応する）の材料を用いる。それぞれの部分
１，２の接合は、圧縮成形時に、切刃部分の超硬
合金粉末と工具本体部分の超硬合金粉末とを接合
する形に成型し、これを焼結することによつて冶
金学的に一体化する。冶金学的一体化とは、上記
の圧縮成型体を焼結して接触界面部に互いの成分
の熱拡散層を形成せしめ、これを介して強く拡散
接合させるということであり、単なる被覆層やろ
う付けによる接合と異なつて、あたかも同一材質
と見なされるくらい結合強度が強い。圧縮成型の
具体例としては、ゴムラバーの中にそれぞれの部
分１，２を構成する超硬材料の粉末を入れ、これ
を静水加圧する。あるいは金型で角ブロツクを形
成するときに上述の粉末を分けて入れ、これを圧
縮成型すればよい。 以下の表に材料およびその材質を示す。

【表】 上述したように、切刃部分１に要求される材質
と非切刃部分２に要求される材質とに応じてそれ
ぞれに材質の異なる超硬合金を用いたので、それ
ぞれの材質を活かすことができる。すなわち、切
刃部分１の耐磨耗性を高めることができ、かつ非
切刃部分２にあつては、超硬合金の持つ高いヤン
グ率によつて曲げ剛性およびねじれ剛性が高めら
れるので、加工作業時の非切刃部分２が振れた
り、曲がつたり、反つたり、あるいはねじれたり
することがなく、加工精度を可及的に高めること
ができる。 また、切刃部とは異なつてＤ系列（JISのＶ系
列に対応）の材質を用いればTi、Ta等の高価な
原料を使うことがなく、かつ、その強靭性のため
安く、かつ折損などに信頼性も向上した切削工具
となる。 第４図は、本発明に係る切削工具としてのツイ
ストドリルと、従来の鋼シヤンクろう付けドリル
との孔位置精度および孔径拡大しろ（ドリル直径
に対し、開けられた孔の大きくなる程度）を比較
して示す図である。本発明ドリルを実線で示し、
従来ドリルを破線で示す。各点は、それぞれのド
リルで６孔を開け、その実測データをプロツトし
たものである。 図示するように、送りが0.2mm／回転の場合、
孔位置精度（開けようとした孔の中心と実際に開
いた孔の中心とのずれ）に関しては、従来ドリル
および本発明のドリルともに比較的安定した精度
を示しているが、両者の比較においては本発明ド
リルの方がさらに安定した精度を示している。ま
た、孔径拡大しろでは、本発明ドリルが従来ドリ
ルよりもはるかに安定した値を示している。この
傾向は送りが0.3mm／回転になるとさらに顕著化
している。なお、本条件ではドリル直径は12mmで
あつて、芯厚が3.3mm、溝幅比が１：１、チゼル
幅が0.1mmであり、クロスシンニングした。また、
材質は本発明ドリルではP30とD30（切刃部25mm）
との組合せ、従来ドリルではP30とHSS（切刃部
は25mm）との組合わせである。被削材はS50C、
H_B230である。切削速度はＶ＝50ｍ／分である。
また、孔深さは40mmであり、切削油としてはエマ
ルジヨンを使用した。 また、第５図は切削孔数と外周最大磨耗量との
関係において工具寿命を比較するグラフ図であ
る。ドリル直径は10mm、芯厚が2.8mmで溝幅比が
0.8：１、チゼル幅が0.1mmのクロスシンニングの
形状のドリルを使用した。また、材質について
は、本発明ドリルではP30（長さ20mm）とD30との
組合せにTiNコーテイングしたもの、従来ドリ
ルでP30（長さ20mm）と高速度鋼との組合せで
TiNコーテイングしたものを使用して実験した。
被削材はS50C、H_B230である。切削条件は、切
削速度がＶ＝50ｍ／分、１回転当りの送り量ｆ＝
0.3mm／回転、穿孔深さは40mmである。切削油と
してはエマルジヨンを使用した。本発明ドリルを
実線で示し、従来ドリルを破線で示す。図示する
ように、本発明ドリルでは磨耗量が少なく耐磨耗
性の向上していることが明らかである。 これは、切刃となる材質がP30とTiNコーテイ
ングしたもので同じにもかかわらず、非切刃部の
材質がD30と高速度鋼（HSS）と違い、その縦弾
性係数に関しD30の方が２倍以上も高く、この剛
性の高さによる刃先の微振動が防止される結果と
推定される。 切刃部分１と非切刃部分２とは異質ではあるが
互いに超硬合金であり、熱膨脹係数がほぼ等しい
ので大きな熱応力が作用することはなく、したが
つて、これを接合したことによる割れや欠けが生
じることはない。 また、接合は焼結により冶金学的になされるた
め、銀ろうに対してその接合強度が極めて大き
い。第６図は、その接合強度を比較して示す図で
あり、ドリル直径が10mmのドリルにおける破断ト
ルクの違いを表している。ドリル形状は第５図で
テストしたドリルと同じであり、本発明ドリルは
P30とD30の一体化接合したもの、従来ドリルは
P30とD30の組合せでろう付け接合したものの
（たとえば実開昭58−143115号公報に記載されて
いる）である。 第６図は、それぞれのドリル両端にねじ試験機
へ固定できるようフラツト部を形成し、それぞれ
の破断までトルクを示したものであり、３回ずつ
テストしたものである。本発明ドリルによれば、
ろう付け接合したドリルに比べ、大幅に上回る強
度が得られた。 第７図は、本発明ドリルと、ドリル全体を切刃
部分の超硬合金で形成したドリルとの折損までに
至る工具寿命を比較して示す図であり、使用ドリ
ルは第５図で使用したドリルと同じ形状の直径10
mmのものであり、従来形は同仕様でP30にTiNコ
ーテイングしたものである。被削材はS50C、H_B
230である。切削条件は、切削速度がＶ＝50ｍ／
分、１回転当りの送り量ｆ＝0.45mm／回転、穿孔
深さは30mmである。また、切削面にはエマルジヨ
ンを使用した。本テストでは、1000孔加工を目標
にし、各体のドリルを用いた。本発明ドリルでは
すべて目標どおりであつたが、単一種（P30）超
硬ドリルでは380孔と600孔で折れ、１本のみが
1000孔テスト通過した。非切刃部分を靱性のある
超硬合金としたことによる効果が明らかである。 なお、それぞれの部分１，２の接合部の形状と
しては第３図に示したような平坦面同士を突合わ
せた形状でもよく、または一方が『Ｖ』字状の溝
に形成され、他方がその溝に嵌合すべく『Ｖ』字
状の凸部に形成されて互いが突合わせて接合され
てもよい。また一方が円錐状の凹部を形成し、他
方がその凹部に嵌合する円錐状の凸部に形成され
て互いに接合されてもよい。 以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば、次の如き優れた効果が発揮される。 すなわち、切刃部分と非切刃部分とが互いに材
質の異なる超硬合金で構成され、それぞれの部分
が冶金学的に接合されて一体に形成されたので、
工具全体の剛性が高められて切削の加工精度を高
めることができるとともに、異種金属の接合に伴
う熱応力破壊を防止し、かつ接合強度を可及的に
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の超硬切削工具とし
てそれぞれツイストドリルとエンドミルとを示す
側面図、第３図は本発明に係る超硬切削工具とし
てツイストドリルの一実施例を示す側面図、第４
図は本発明に係る超硬切削工具としてのツイスト
ドリルと従来の鋼シヤンクろう付けドリルとの孔
位置精度および孔径拡大しろを比較して示す図、
第５図は本発明ドリルと従来ドリルとの工具寿命
を比較して示す図、第６図は本発明ドリルと従来
ドリルとの接合強度を比較して示す図、第７図は
本発明ドリルと、ドリル全体を切刃部分の超硬合
金で形成したドリルとの折損に至るまでの工具寿
命を比較して示す図である。 図中１は切刃部分、２は非切刃部分である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 切削に関与する切刃部分と、前記切刃部分と
   は別の材料で作られその先端部で前記切刃部分を
   支持しその後方部がシヤンクとなつている工具本
   体部分と、からなるツイストドリルやエンドミル
   などの切削工具の製造方法であつて、 前記切刃部分を形成するための材料として、耐
   磨耗性、耐溶着性に優れた超硬合金粉末を用い、 前記工具本体部分を形成するための材料とし
   て、前記超硬合金とは材質の異なる強靭性超硬合
   金粉末を用い、 前記切刃部分の超硬合金粉末と前記工具本体部
   分の超硬合金粉末とを、圧縮成型時に両者を接合
   する形に成型し、これを焼結することによつて両
   者の接触界面部に形成された互いの成分の熱拡散
   層を介して一体的に複合させることを特徴とす
   る、超硬切削工具の製造方法。