JPS6015109A - セラミツク，岩石の高速切削加工法 - 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】 （イ）技術分野 本発明はアルミナ、シリコンナイトライドなどのセラミ
ックまたは大理石、花崗岩などの天然岩石の新らしい効
率的加工法に関するものである。

（ロ）従来技術とその問題点 アルミナ、ジルコニア、シリコンナイトライド、シリコ
ンカーバイドなどのファインセラミックス材料が耐熱性
、耐摩耗性、軽量性などの特徴のために、新世代の機械
構造用部品材料、耐摩材料として、精力的に開発が進め
られている。これ等七ラミック材料の部品の適用に際し
て、解決を要す重要な問題の一つは効率的な加工法の開
発である。セラミックス材料は一般に硬度が高いため現
在ではダイヤモンド砥石による研削加工がほとんど唯一
の機械加工法である。これらのセラミックス材料を機械
部品として使用するためには平面。

円筒面、溝などの高能率な加工が必要で研削では加工速
度が遅いこと、ダイヤモンド砥石が高価なことなどから
量産加工としては余りにも高コストであるという問題が
あった。

また大理石、花崗岩などの天然岩石の切断加工や平面加
工には古くからセグメント工具という一種のダイヤモン
ド砥石が用いられて来た。この場−合は工具、加工法共
に大体完成されて、広く用いられており、従来技術の延
長では飛躍的に加工能率を高めることは無理であった。

（・）発明の構成 本発明は七ラミック、ガラス、岩石の機械加工を従来の
ダイヤモンド砥石を用いた研削から機械加工法として自
由度の高い高能率の加工法である切削加工に転換し得る
新らしい加工法を提供することを目的とする。

多結晶焼結ダイヤモンドは微細なダイヤモンド粉末を超
高圧高温下で焼結して製造される。この焼結体は単結晶
ダイヤモンドに匹適する硬度と耐摩耗性を持ち、比較的
大きな物を得ることができることから非鉄金属材料やプ
ラスチック、木材等の切削加工に広く使用されている。

この焼結ダイヤモンドを用いてシリコンナイトライドの
切削加工を試みた。ビッカース硬度］３００の常圧焼結
されたシリコンナイトライドの直径５０程の円柱を切削
速度４０　ｍ　７分切込みＯ，’ｌ　ｔｎｙｎ、　。

旋盤により旋削した。その結果、５分切削した時点で工
具の逃げ面摩耗１〕が０．４・鰭に達し切削不能となっ
た。切削速度のみを８０　ｍ　／ｆｐとした場合は数秒
で切削不能であった。この上うに硬質のシリコンナイト
ライドを連続切削する場合、焼結ダイヤモンド工具は摩
耗が大きく、このままでは実用的な使用に耐えない。次
に同じ焼結ダイヤモンドインサートを用い、フライス盤
により高速断続切削の試験を行なった。４・５０ｉｘ径
のカッターを用い切削速度１０７４．ｍ７分、切込みＱ
、　２　ｍｙｎ、　、送り０．０３ｍ／刃の条件で１枚
刃でテストした。

被剛材は前述のシリコンナイ）・ライドで直径５０題の
端面を加工した。驚くべきことにこの場合は工具の摩耗
も極めて小さく充分実用的な加工が可能であった。この
理由は次の如く考えられる。

焼結ダイヤモンドはダイヤモンドの微細な粉末を７５０
°Ｃでは加熱による変質が見られる。これは焼結体中の
結合相となっているＣｏとダイヤモンドの熱膨張係数の
差に基く組織の破壊と、ＣＯの黒鉛化促進作用によるも
のと考えられている。この加熱劣化はある温度により一
定の時間を要して進行するものである。特に黒鉛化はそ
の傾向が強い。

硬質セラミックを連続切削すると焼結ダイヤモンド刃先
は高温となり、その状態が持続するために刃先の劣化が
生じる。この時間は恐らく数秒の単位である。一方前述
のフライス切削の場合は実切削時間は４．．７　Ｘ　１
０−５秒以下の単位で繰返されており、これに対する工
具空転時間の比は約２７であるため、刃先が高温にさら
される時間は極めて短く、又空転時に充分冷却されるも
のと考えられる。

よる高速切削においては刃先の熱による塑性変形により
急速に摩耗が進行する。焼結ダイヤモンドは超硬合金と
異なり、高温でも塑性変形が殆んど生じないダイヤモン
ドが焼結体中でスケバトンを形成した組織構造となって
いる（ダイヤモンド粒子同志が強固に接合した構造）た
め、瞬間的に刃先が高温になっても耐え得るのである。

要は焼結ダイヤモンドの特性を生かして、焼結体の高温
による劣化が生じない間に切削を完了させ、工具空転時
に刃先を充分冷却して切削を断続的に繰返すことが本発
明の骨子である。

前述したフライス切削においてカッター径及び被削材の
外径を種々組合せて実験した結果、不発５− 明による実用的な加工条件の範囲は切削速度が５００ｍ
／分以」二及び実切削時間に対する工具空転時間比が３
以」ユであることが明らかになった。以下実施例を記す
。

第１図の如き焼結ダイヤを刃先とする側フライスを用い
てビッカース硬度２，０００のアルミナ焼結体の溝加工
を行なった。切削条件は切削速度１８００ｍ／分、送り
速度は３００ｍ／分である。湿式乾式の切削を比較する
と双方共に問題なく加工でき、刃先の欠損も見られなか
った。

被削側の仕上げ状態は湿式加工の方が良く、加工部の欠
損が少なかった。

実施例２゜ 一軸圧縮強度４．００Ｋｙ／ｃｍ”の大理石を焼結ダイ
ヤ刃先を使用した正面フライスで加工した。切削速度を
５００ｍから１６００ｍ／分まで変えて試験したがいず
れも問題なく加工でき、刃先の摩耗は高速側で減少する
傾向にあった。

６− （ホ）発明の効果 本発明によれば従来切削加工は不可能と思われていた硬
質セラミックが効率良く加工でき、また従来ダイヤモン
ド砥石又はセグメント工具で行なっていた岩石などの加
工効率を大１］に向上することが可能となるなど多大な
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施したカッターの一例の構造
を説明するもので、第２図はその刃先部の拡大図である
。 ■・・・カッタ一本体　２・・・切刃 ３・・焼結ダイヤモンド　４．・・超硬合金母材７− 賃１■ ７２図 ４９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多結晶焼結ダイヤモンドを刃先材とし、切削速度
   が５００ｍ／分以」−で、且つ実切削時間に対する工具
   空転時間の比が３以上の断続切削であることを特徴とす
   るセラミック、岩石の高速切削加工法。