JPH0768570B2 - 複合切削チツプ - Google Patents

複合切削チツプ

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JPH0768570B2
JPH0768570B2 JP61167619A JP16761986A JPH0768570B2 JP H0768570 B2 JPH0768570 B2 JP H0768570B2 JP 61167619 A JP61167619 A JP 61167619A JP 16761986 A JP16761986 A JP 16761986A JP H0768570 B2 JPH0768570 B2 JP H0768570B2
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diamond
cutting
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coarse
toughness
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文洋 植田
和男 山本
逸郎 田嶋
薫 川田
紀章 三輪
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば、切削工具の基幹となるボデーに機
械的に取り付けられるスローアウエイチツプ、あるいは
炭化タングステン(以下、WCで表わす)基超硬合金また
は高速度鋼などで造られた切削工具本体にろう付けされ
る刃部、として使用される複合切削チツプに関するもの
である。
〔従来の技術〕
近年、フアインセラミツクス製部材が多くの分野に進出
するようになつて、これらの部材に対する穴あけ加工や
溝入れ加工、さらに旋削加工などの加工を施す必要性が
急激に高まつており、従来これらのフアインセラミツク
ス製部材のほか、炭素材料、超硬合金、さらに非鉄金属
などの切削加工には、例えば、CoおよびNiのうちの1種
または2種を3〜30%(%は容量%を意味する、以下同
様)含有し、残りが粒径:0.1〜100μのダイヤモンドか
らなるダイヤモンド基焼結材料を切刃材とする一方、WC
基超硬合金を台金材として、この台金材に前記切刃材を
焼結結合してなる複合切削チツプが使用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記のような従来の複合切削チツプにお
いて切刃材中のダイヤモンドを微粒のものとすると、そ
のチツプは靱性には富むものの、耐摩耗性に劣るものと
なり、他方そのダイヤモンドを粗粒のものとすると、チ
ツプは耐摩耗性に富むものとなつても、靱性には劣るも
のとなるため、前記従来の複合切削チツプでは、靱性と
耐摩耗性のいずれにも優れたものを得ることができず、
したがつてこのような切削工具は寿命が比較的短くなる
のを避けることができなかつた。
〔研究に基づく知見事項〕
そこで本発明者等は上述の現状に鑑みて種々研究を重ね
た結果、 1.前記複合切削チツプの切刃材を構成するダイヤモンド
基焼結材料においてダイヤモンドの粒径を種々変化させ
て、この焼結材料の破壊試験を実施し、その際に生じた
亀裂の伝播経路を調べたところ、そのダイヤモンドの粒
径が8μ未満であるときは主として粒間破壊を生じ、一
方それが8μ以上の粗粒になると粒内破壊を生じ易いこ
と、 2.前記ダイヤモンドが粒径:8μ未満の微粒であると焼結
材料が粒間破壊を生じ易いのは、結合相のダイヤモンド
粒子保持力がダイヤモンド粒子の破壊応力を下回ること
に起因し、これは、このようなダイヤモンド基焼結材料
で切刃を構成すると、切削中にその切刃の刃先からダイ
ヤモンド粒子が脱落して摩耗を生じ易くするものと考え
られるが、粒径:8μ未満のダイヤモンドに粒径:8μ以上
のダイヤモンドを比較的少量加えて焼結材料を構成する
と、この焼結材料では前記ダイヤモンド粒子の脱落が著
しく抑制される結果、それの耐摩耗性が著しく向上する
こと、 3.一方、亀裂が粒内を通過し易い粒径:8μ以上の粗粒ダ
イヤモンドを基にした焼結材料では、ダイヤモンド粒子
の表面積が大きくなつて、結合相のダイヤモンド粒子保
持力が増大し、それによつてダイヤモンド粒子の強度を
上回る破壊力がダイヤモンド粒子に作用して、ダイヤモ
ンド粒子に亀裂が伝播し、その結果このような焼結材料
は大変脆くなるものと考えられるが、粒径:8μ以上のダ
イヤモンドに粒経:8μ未満のダイヤモンドを比較的少量
加えて焼結材料を構成すると、この焼結材料は全体とし
て優れた剛性を維持しつつ、その中で亀裂が伝播する際
には、亀裂はダイヤモンド粒子と結合相間を経由しつつ
結合相を伝播し、添加された微粒ダイヤモンドはあたか
も結合相のように振舞うため、前記焼結材料は高い靱性
をもつようになること、 4.すなわち、上記のように粗粒および微粒のダイヤモン
ドをそれぞれ微粒および粗粒のダイヤモンドに添加する
ことにより、ダイヤモンド基焼結材料において従来の特
性を補う特性、すなわち微粒ダイヤモンドを主体とする
焼結材料では高い耐摩耗性が得られる一方、粗粒ダイヤ
モンドを主体とする焼結材料では高い靱性と剛性が得ら
れ、したがつて、前者の耐摩耗性の高い材料を切刃材と
するとともに、後者の靱性と剛性の高い材料を、この切
刃材を台金材上に支持させる支持材として、これら3種
の材料を焼結により一体に結合させれば、刃先に高い耐
摩耗性が付与されるとともに、全体として靱性と剛性に
も優れた複合切削チツプが得られること、 5.前記切刃材中で結合相を形成する金属、すなわちCoお
よびNiのうちの1種または2種の割合を比較的少なく、
すなわち3〜12%未満とすると、この切刃材において高
い耐摩耗性を得るのに有利であり、一方前記支持材中で
前記金属の含有量を比較的多く、すなわち12〜30%とす
ると、この支持材において高い靱性と剛性を得るのに有
利であり、その結果全体として一層耐摩耗性と靱性に優
れた複合切削チツプが得られること、 6.Coおよび/またはNiの量を上記のように変えた切刃材
と支持材とを、支持材を間に挾んで炭化タングステン基
超硬合金台金材に結合して、三層構造の複合切削チツプ
を形成すると、その熱膨脹係数は切刃材〈支持材〈台金
材の順となつて、切削時に刃先にかかる熱応力および熱
衝撃のスムーズな緩和がはかられるとともに、それらの
剛性率は切刃材〉支持材〉台金材の順となつて、刃先に
かかる機械的な衝撃力もスムーズに緩和され、したがつ
てこの三層構造の複合切削チツプでは、従来の二層構造
のものよりも、切削時に繰返し刃先にかかる大きな衝
撃、熱応力および熱衝撃がいずれもスムーズに緩和され
て、その寿命が延びること、 を見出した。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、耐
摩耗性と靱性にすぐれた、したがつて寿命の長い切削チ
ツプを提供することを目的とし、 切刃材を、支持材を介して炭化タングステン基超硬合金
台金材に焼結結合してなる複合切削チツプにおいて、 前記切刃材が、CoおよびNiのうちの1種または2種:3〜
12%未満および粒状ダイヤモンド:残り、からなるダイ
ヤモンド基焼結材料であつて、この粒状ダイヤモンド
は、2〜8μ未満の粒径を有する微粒ダイヤモンド:50
〜90%および8〜30μの粒径を有する粗粒ダイヤモン
ド:残り、から構成され、そして 前記支持材が、CoおよびNiのうちの1種または2種:12
〜30%および粒状ダイヤモンド:残り、からなるダイヤ
モンド基焼結材料であつて、この粒状ダイヤモンドは、
8〜50μの粒径を有する粗粒ダイヤモンド:50〜90%
(以上、容量%)および2〜8μ未満の粒径を有する微
粒ダイヤモンド:残り、から構成されていることを特徴
とするものである。
〔発明の具体的な説明〕
つぎに、この発明において切刃材および支持材中の、Co
およびNiのうちの1種または2種の含有量および粒状ダ
イヤモンドの粒径並びに配合割合をそれぞれ上記のよう
に限定した理由を述べる。
1.切刃材 a)ダイヤモンドの粒径および配合割合 微粒ダイヤモンドは切刃材に所定の靱性を付与する作用
があるが、その粒径が2μ未満になると、耐摩耗性が著
しく不足して、粗粒ダイヤモンドを添加した効果がなく
なり、一方それが8μ以上となるか、またはこの微粒ダ
イヤモンドのダイヤモンド全体を基にした配合割合が50
%未満になると、切刃の靱性が不足するようになり、ま
た粗粒ダイヤモンドは切刃材に所定の耐摩耗性を付与す
る作用があるが、その粒径が30μを越えると、靱性が著
しく低下して、靱性に優れた微粒ダイヤモンドの効果が
なくなり、一方それが8μ未満となるか、または前記微
粒ダイヤモンドのダイヤモンド全体に占める割合が90%
を越すと、切刃の耐摩耗性が不足するようになることか
ら、微粒および粗粒のダイヤモンドの粒径をそれぞれ2
〜8μ未満および8〜30μと定めるとともに、ダイヤモ
ンド全体の中の微粒ダイヤモンドの配合割合を50〜90%
と定めた。
b)CoおよびNiの含有量 これらの成分はダイヤモンド粒子を結合して切刃材に強
度と靱性を付与する作用を有するが、切刃材中における
その含有量が3%未満では、結合相となるこれらの成分
が均一に分散してダイヤモンド粒子を強固に結合するこ
とができなくなり、一方それが12%以上になると、粗粒
ダイヤモンドの添加によつて得られる耐摩耗性向上効果
が十分現われないで、切刃材の耐摩耗性が低下するよう
になるので、その含有量を3〜12%未満と定めた。
2.支持材 a)ダイヤモンドの粒径および配合割合 粗粒ダイヤモンドは支持材に所定の耐摩耗性を付与して
切削チツプの寿命を延長させる作用があるが、その粒径
が50μを越えると、靱性が著しく低下して、微粒ダイヤ
モンドを添加した効果がなくなり、一方それが8μ未満
となるか、またはこの粗粒ダイヤモンドのダイヤモンド
全体に占める割合が50%未満になると、支持材の耐摩耗
性が不足して切削チツプの寿命が短縮するようになり、
また微粒ダイヤモンドは支持材の靱性を著しく向上させ
て切削チツプ全体の靱性を向上させるのに寄与するが、
その粒径が2μ未満になると、耐摩耗性が著しく低下し
て、耐摩耗性に優れた粗粒ダイヤモンドの効果がなくな
り、一方それが8μ以上となるか、または前記粗粒ダイ
ヤモンドのダイヤモンド全体に占める配合割合が90%を
越えると、支持材の靱性が不足して切削チツプに欠けを
生じ易くなることから、微粒および粗粒のダイヤモンド
の粒径をそれぞれ2〜8μ未満および8〜50μと定める
とともに、ダイヤモンド全体の中の粗粒ダイヤモンドの
配合割合を50〜90%と定めた。
b)CoおよびNiの含有量 これらの成分はダイヤモンド粒子を結合して支持材に強
度と靱性を付与する作用を有するが、支持材中における
その含有量が12%未満では、支持材の剛性は大きくなる
ものの、靱性が不足して、チツプ全体で優れた靱性を保
つことができなくなり、一方それが30%を越えると、支
持材の靱性は大きくなるものの、剛性が不足して、チツ
プ全体で優れた剛性を保つことができなくなるので、そ
の含有量を12〜30%と定めた。
〔実施例〕
ついで、この発明を実施例により具体的に説明する。
いずれも直径:10mm×厚さ:1mmの寸法を有し、かつそれ
ぞれ第1表に示される組成をもつたWC基超硬合金製の円
板を台金とし、同じく第1表に示される組成およびダイ
ヤモンド粒径を有する粒状ダイヤモンドおよびCoまたは
Niからなる支持体用圧粉体と切刃用圧粉体とを、この支
持体用圧粉体を間に挾んで前記台金の上に重ね合わせた
状態で、通常の超高圧高温発生装置内に装入し、ついで
この重合せ体を、温度:1400〜1600℃、圧力:60〜65Ton/
cm2、保持時間:5〜20分の範囲内の所定条件で焼結する
ことによつて、いずれも前記圧粉体の組成と実質的に同
一の組成と、それぞれ0.2mmおよび0.7mmの厚さを有する
切刃層および支持層をもつた本発明複合切削チツプ1〜
7をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、支持層を形成させないことと、切
刃層中のダイヤモンドを微粒のものと粗粒のものとのう
ちの一方のみから構成させたこと以外は、上記と同様な
方法で、第1表に示されるような従来複合切削チツプ1
〜6をそれぞれ製造した。
ついで、これらの複合切削チツプを、WC−10%Coの超硬
合金製切削工具本体にろう付けし、これらを仕上加工す
ることによつて得られた各切削工具について、 被削材:WC基超硬合金(Co:16%含有)、 切削速度:15m/min、 送り:0.15mm/rev.、 切込み:0.7mm、 の条件での超硬合金丸棒の乾式連続切削試験を行ない、
逃げ面摩耗幅が0.3mmに達するまでの切削 時間を測定してこれをチツプの寿命とした。これらの結
果も合わせて第1表に示した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、切刃材中のダイヤモンドと
して微粒ダイヤモンドのみを使用した従来複合切削チツ
プ1〜3ではいずれも耐摩耗性に劣るところから寿命が
短く、また粗粒ダイヤモンドのみを使用した従来複合チ
ツプ4〜6では耐摩耗性が若干向上したところから寿命
が多少延びてはいるものの、靱性の低下によつて欠けを
生じたのに対して、本願複合切削チツプ1〜7では寿命
が著しく延長し、しかも切削中に全く欠けを生じなかつ
たことがわかる。
以上述べた説明から明らかなように、この発明による
と、耐摩耗性と靱性のいずれにも著しく優れた複合切削
チツプが得られ、したがつて、超硬合金のような硬質材
料の切削に用いた場合でも、切刃に欠けを発生させるこ
となく、著しく長期にわたつて優れた切削性能を発揮で
きる、極めて信頼性の高い複合切削チツプが提供され
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 薫 埼玉県大宮市北袋町1−297 三菱金属株 式会社中央研究所内 (72)発明者 三輪 紀章 岐阜県安八郡神戸町横井字中新田1528 三 菱金属株式会社岐阜製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−16942(JP,A) 特開 昭61−37740(JP,A) 特開 昭61−127846(JP,A) 特開 昭58−96848(JP,A) 特開 昭58−41769(JP,A) 特開 昭60−121251(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】切刃材を、支持材を介して炭化タングステ
    ン基超硬合金台金材に焼結結合してなる複合切削チツプ
    において、 前記切刃材が、CoおよびNiのうちの1種または2種:3〜
    12%未満および粒状ダイヤモンド:残り、からなるダイ
    ヤモンド基焼結材料であつて、この粒状ダイヤモンド
    は、2〜8μ未満の粒径を有する微粒ダイヤモンド:50
    〜90%および8〜30μの粒径を有する粗粒ダイヤモン
    ド:残りから構成され、そして 前記支持材が、CoおよびNiのうちの1種または2種:12
    〜30%および粒状ダイヤモンド:残り、からなるダイヤ
    モンド基焼結材料であつて、この粒状ダイヤモンドは、
    8〜50μの粒径を有する粗粒ダイヤモンド:50〜90%
    (以上、容量%)および2〜8μ未満の粒径を有する微
    粒ダイヤモンド:残り、から構成されていることを特徴
    とする、前記複合切削チツプ。
JP61167619A 1986-07-16 1986-07-16 複合切削チツプ Expired - Lifetime JPH0768570B2 (ja)

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JPS6324003A JPS6324003A (ja) 1988-02-01
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