JPS6114229B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は切削工具用の積層された超硬植刃
（carbide insert）に関する。一局面では、本発
明は切削工具用の被覆された超硬植刃に関する。
更に他の局面では、本発明はすくい面の一部分の
みが積層された積層超硬植刃に関する。 積層超硬植刃の一例は、超硬合金（cemeted
carbide）製芯がそのすくい面の上に配置された
より高いクレータ抵抗性を有する超硬合金の薄い
層を有している場合である。その薄い層は元素周
期表のｂ族とｂ族から選択された少くとも一
種の金属炭化物を含有している。この構成は当該
技術分野に於ける改良ではあつたが、しかしこの
ような構成体は今日の工業界で広く使用されてい
る高速切削条件の下では急速に破損する。主なる
破損の仕方は、必然的に耐変形性と耐摩耗性と靭
性との間の妥協を提供する材料のものである切刃
の高温塑性変形である。 従来技術による構成体の問題は、高速切削条件
下で非常に破損し難い、切削工具用の被覆され部
分的に積層された植刃である本発明によつて解決
される。“分的積層”又は“部分的に積層され
た”と云う表現は本明細書では、１切刃及び２ク
レータ摩耗域を構成する部分に異なる組成を与え
るように積層された被覆植刃基体を意味する。こ
の植刃は端縁壁を有する超硬金属炭化物合金の本
体を有し、この本体は鉄属金属（例えばコバル
ト、ニツケル又は鉄）によつて結合された、大部
分のタングステン炭化物とできる限り他の金属炭
化物とを含有しており、切削応力に耐え得る靭性
のある耐変形性材料を提供している。本体は薄片
で充填された凹所を有し、前記薄片はクレータ抵
抗性の超硬合金で構成されかつすくい面を画定し
ている。このクレータ抵抗性超硬合金は67〜82重
量％のタングステン炭化物及び元素周期表のｂ
族とｂ族から選択された少くとも一種の金属の
炭化物を含有し、ｂ族とｂの金属炭化物の割
合はクレータ抵抗性層に於いて芯材料に於けるよ
りも大である。前記基体のすくい面及び逃げ面は
約0.025mm（0.001inch）よりも厚くない厚さを有
する硬質表面被覆で被覆されている。 同一部分を示すのに同一参照数字が使用されて
いる添付図面を参照することによつて本発明は一
層よく理解されよう。 本発明の被覆され部分的に積層された植刃１０
は、（旋盤の如き機械装置に取付けられるように
なつている）ツールホルダ１２にある相補形めね
じとかみ合うねじ１３によつて該ツールホルダに
強固に取り付けられる。機械装置に装架された時
に、植刃１０は逃げ面１６とすくい面１８との交
線に於いて、切削されるべき被加工片に対する切
刃１４を提供している。切削中に、被加工片から
切削されてすくい面１８を横切つて移動する削り
くずは切刃の背後に於いてすくい面の上にくぼみ
即ちクレータを作る傾向を持ち、逃げ面１６に沿
う被加工片のアブレージヨン（abrasion）は逃げ
面の摩耗を生ずる。このような摩耗は双方とも植
刃破損の一因となつて植刃の泡汽効切削寿命を大
幅に短くする。 第２図及び第３図に示されているように、植刃
１０の両面１８は有用なすくい面を形成すること
ができ、第１面の切刃１４が摩滅した時に植刃が
裏返しにされる。このように裏表ともに使える植
刃は当該技術分野で知られており、様々な幾何学
的形状、例えば三角形や正方形等を有することが
できる。第２図に於いて超硬金属炭化物合金の本
体２０は概して長方形の芯部分と該芯部分の周囲
の端縁壁２１とを有している。端縁壁は、逃げ面
とすくい面と関連切刃１４とを覆つている被覆２
４を支持する前記本体の上に逃げ面及び切刃１４
を形成する突起を有している。前記本体の突出し
ている端縁壁によつて画定される凹所の中にはク
レータ抵抗性超硬合金の薄片２２が配置されてお
り、この薄片は本体２０の表面２３に接着されて
部分的に積層された超硬合金の複合体を形成す
る。本体２０、端縁壁及び薄片２２の複合体は硬
質表面被覆２４、例えばチタン炭化物によつて更
に被覆されており、該被覆は積層された基体の全
体を覆つて図示されているけれども総べての場合
に基体の少くとも切刃のあたりの逃げ面１８とす
くい面１６とを覆うものである。 第３図は本体の端縁壁と、すくい面を形成して
いる薄片とが双方とも芯とは異なる組成の超硬合
金で構成されている形態の植刃を示している。本
体２０は芯１９を有し、かつ切刃１４は芯１９を
取り囲むと共に逃げ面摩耗と変形と刃のチツピン
グ（chipping）とに対して特に抵抗する組成を有
する端縁壁２６によつて形成されている。本体２
０及び端縁壁２６によつて形成される凹所の中の
クレータ抵抗性薄片２２は、使用中にすくい面１
８がクレータを急速に生ずるのを防ぐ。本体２
０、端縁壁２６及び薄片２２によつて形成される
基体は第２図に於ける如く硬質表面被覆２４によ
つて更に被覆されている。 本体２０は大部分のタングステン炭化物と、
鉄、ニツケル、コバルト及びそれらの混合物から
成る鉄族から選択された小部分の結合金属とを含
有する材料で形成されている。一般にコバルトは
優れた化学的融和性を有するので好ましい結合剤
であり、従つて当業者によつて最も多く使用され
る結合剤である。元素周期表のｂ族とｂ族か
ら選択された金属（例えばチタン、ニオブ、タン
タル等）の少量の付加的炭化物が超硬合金の芯の
中に存在していてもよい。芯材料の特性は（荒つ
ぽい切削操作の衝撃に耐える）靭性と耐変形性と
のバランスをもたらすようにタングステン炭化
物、結合剤及び付加的炭化物の相対的比率を変え
ることによつて調節することができる。 芯は85〜98重量％のタングステン炭化物、２〜
15重量％の結合剤、及び13重量％までの元素周期
表のｂ族とｂ族から選ばれた金属の炭化物を
含有することができる。一般に、芯はタングステ
ン炭化物及びコバルトだけから成る（これが好ま
しい組成である）場合に最も高い靭性を有する。 本体の材料は端縁壁２１及び切刃１４を形成す
るように成形されることができる。芯の材料は強
度及び耐変形性に於いてクレータ抵抗性材料より
も優れている。本発明の植刃の構成に於いては、
チツピングの傾向が最も大きい切刃に靭性材料が
配置され、クレータ発生作用が最も激しい切刃の
少し後の部分にクレータ抵抗性材料が配置され
る。クレータ抵抗性層が全すくい面を覆う必要は
ない。切削された削りくずがすくい面上を移動す
るにつれてクレータ発生にさらされる、すくい面
の部分のみがクレータ抵抗性薄片によつて覆われ
る必要がある。 本体材料の上に配置されるクレータ抵抗性薄片
はタングステン炭化物、（鉄族から選択された）
結合剤、及び元素周期表のｂ族とｂ族の金属
から形成された１種又は数種の付加的炭化物を包
含する超硬合金である。付加的金属炭化物は削り
くずがすくい面の上を移動する際のクレータ発生
に抵抗する材料をもたらし、２〜34重量％好まし
くは10〜25重量％の量で存在する。従つて、10〜
25重量％の付加的金属炭化物と８重量％の結合剤
（一般にはコバルト）の添加を可能とするため
に、タングステン炭化物の含有量は67〜82重量％
に限定される。この組成範囲での炭化物と結合剤
との組合せは良好なクレータ抵抗性材料を提供す
る。結合剤（コバルト）が８重量％以下だと望ま
しくない脆性が現われる。最も好ましい付加的金
属炭化物はTiC（クレータ抵抗性が最大）とTaC
（これは良好な高温強度及び良好な高温切削性を
与える）であるが、望まれる特定の特性に応じて
その他の炭化物も存在することができる。 すくい面の上にクレータ抵抗性層が配置された
本体は様々な方法で形成されることができる。一
つの方法は完成された芯に対して必要な組成を有
する粉末混合物を適当な形にされた型の中で圧縮
成形（compact）して成形された圧粉体の芯を作
り、次いでクレータ抵抗性層に対して必要な組成
を有する第２の粉末混合物の層を前記成形された
圧粉体の芯の上に置き、双方の混合物を圧縮成形
して積層圧粉構造体にし、得られた積層圧粉構造
体を引続いて普通の技術を用いて焼結して完成超
硬合金材料を形成することである。代替方法とし
ては、所望の組成と形状を有する、予め形成され
た未焼結炭化物材料の層が積層されて一緒に圧縮
成形され、これを引続いて上述の如く焼結して部
分的に積層された超硬金属炭化物合金の複合体を
形成する。成形された超硬合金植刃を形成するた
めの変更態様及び代替方法は当該技術分野に於い
てよく知られている。 本発明の積層超硬基体の少くともすくい面及び
逃げ面は約0.025mmよりも厚くはなく好ましくは
0.0025〜0.025mmの厚さを有する硬質表面被覆に
よつて被覆される。薄いけれどもこの硬質表面被
覆は本発明の被覆された積層植刃のクレータ抵抗
及び逃げ面摩耗抵抗を従来技術の被覆されない植
刃と比較して著るしく大きくする。満足な硬質被
覆は元素周期表のｂ族とｂ族の少くとも１種
の金属の炭化物、窒化物、ほう化物及びけい化物
並びにそれらの混合物から成つている。硬質被覆
材料の例はチタン炭化物、チタン窒化物、チタン
炭窒化物、チタンほう化物、タンタル炭化物、及
びタンタル窒化物を含む。好適な材料は元素周期
表のｂ族とｂ族の金属の炭化物及び窒化物で
あり、その理由はそれらが商業的に満足なものだ
からである。これらの炭化物及び窒化物のうちで
は、チタン炭化物が最も好ましい炭化物である。
純粋のチタン炭化物は優れたクレータ抵抗性を有
するけれども限られた強度しか有していないが、
しかしながらチタン炭化物被覆の下の積層された
基体はチタン炭化物被覆を支持及び補足して、チ
タン炭化物被覆が摩滅してしまつた後でも植刃の
有効寿命を延ばす。チタン炭化物被覆は、それが
非常に薄い被覆であつてもその摩擦係数が低いの
で、切削温度を低くすると共に切削作業中に熱が
植刃に蓄積することも防ぐものと当該技術分野で
は考えられている。それ以上の硬質被覆材料は酸
化アルミニウムであつて、これは本発明の部分的
に積層された超硬合金基体の上に被覆されると炭
化物の靭性と酸化アルミニウムの耐摩耗性及び低
反応性とを兼ね備えた切削工具を作り出す。 本発明は下記の実例を参照することによつて更
に良く理解されるであろうが、この実例に於ける
総べてのパーセント（％）は特にことわらない限
り重量によるものである。 実 例 切削工具用の４種の普通の超硬植刃が形成され
た。即ち、 (1) 付加的金属炭化物を有さない焼結タングステ
ン炭化物芯材料、 (2) クレータ抵抗性層をすくい面上に有する芯材
料を包含する部分的に積層された構造体、 (3) チタン炭化物の化学的蒸着被覆を有する、(2)
と同様な部分的に積層された構造体、 (4) 蒸着されたチタン炭化物被覆を有する、(1)と
同様な芯材料、 である。 粉末金属炭化物と0.5〜３μｍの直径を有する
コバルト粉末との混合物がこれら粉末を十分にか
き混ぜるべく長時間に亘つてボールミルにかけら
れ、この混合物は700℃にてH₂中で還元され、約
２重量％のパラフインが潤滑剤として加えられ、
その結果得られた混合物が鋼製の型の中に置かれ
次に、5.6Kg/mm²²（4t.s.i.）の圧力下で軽く圧縮成
形されて、第２図に本体２０によつて示されてい
る形と同様な突起した端縁壁を有する厚さ約4.32
mm（0.170inch）の成形体が形成された。端縁壁
は芯の広い平らな表面２３より上に約0.760mm
（0.030inch）突起せしめられて本体に凹所を形成
している。 タングステン炭化物、付加的炭化物及びコバル
トの粉末の混合物がボールミルにかけられ、次に
成形された表面を完全に覆うのに十分な混合炭化
物の層が既に成形された芯の上に軽く圧縮され
て、その結果得られた芯及び軽く圧縮された粉末
が21Kg/mm²²（15t.s.i.）の圧力でプレスされて積
層体が形成された。 圧縮成形された積層体は含有パラフインを除去
するためにE₂中で350℃にて約１時間加熱され、
その結果理論的密度の約60％の密度を有する多孔
質圧縮成形体材料が形成された。この多孔質成形
体は次いで真空中で1200℃に加熱されそして温度
が1550℃に上げられた時に焼結装置は成形体から
のコバルトの蒸発を最小にするためにアルゴンに
よつて500ミクロンまで加圧され、そして成形体
は1550℃で45分間焼結されて本質的に完全に密な
焼結成形体が形成された。 成形された本体を有する焼結成形体は一辺が
12.7mm（0.500inch）で厚さが約3.2mm（1/8inch）
の正方形の形態にダイヤモンド研摩され、この場
合研摩された工具についてすくい面上のクレータ
抵抗性材料の厚さは0.3mm（0.012inch）であつ
た。露出された芯材料は約0.1〜0.17mm（0.004〜
0.007inch）幅であつて、すくい面上に切刃を形
成していた。この切刃は完成積層体上で0.25〜
0.050mm（0.001〜0.002inch）の範囲を有してい
た。 被覆された植刃として、実質的に純粋なTicの
薄い被覆が材料の表面の上に約0.005〜0.008mm
（0.0002〜0.0003inch）の被覆厚さに化学的に蒸
着された。 植刃をツールホルダに取り付けこのツールホル
ダを金属切削旋盤に装架することによつて試験片
がクレータ発生及び逃げ面摩耗についてテストさ
れた。植刃は35のロツクウエルＣ硬度を有する
AISI4142合金鋼管を切削するのに使用された。
切削は約195表面ｍ／分（650表面feet／分）でか
つ１回転当り0.254mm（１回転当り0.010inch）の
送りに於ける0.16mm（0.062inch）の重切削
（deep cut）を採用して行なわれた。0.25及び
0.38mm（0.010及び0.015inch）の逃げ面摩耗が発
生するまでの時間が測定された。 植刃本体の端縁壁及びクレータ抵抗性薄片の組
成並びにそれらの組合せに関する摩耗データが第
１表にまとめて表されている。

【表】 表に示された結果は、本発明の部分的に積層さ
れて被覆された植刃即ち試料６が部分的に積層さ
れただけの材料即ち試料３或いは被覆されただけ
の材料即ち試料４及び５よりも著るしく優れてい
ることを示している。表に示されているように本
発明の植刃によつて得られる寿命は、個々の構成
要素によつ得られる寿命よりも著しくまさつてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の部分的に積層された全体を被
覆された植刃が取付けられている切削工具の斜視
図、第２図は第１図の線２―２に沿つた断面図、
そして第３図は本発明の異なる実施例の断面図で
ある。 １０…植刃、１４…切刃、１６…逃げ面、１８
…すくい面、１９…芯、２０…本体、２１…端縁
壁、２２…薄片、２４…硬質表面被覆。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 芯と、逃げ面及び切刃の双方を画定すべく成
   形された端縁壁とを有し、更にすくい面を画定す
   べく薄片で充填された凹所を有する本体を包含す
   る、超硬金属炭化物合金で構成されている金属切
   削工具用積層複合植刃にして、前記端縁壁が耐逃
   げ面摩耗性超硬合金材料から成つていること、前
   記薄片が67〜82重量％のタングステン炭化物、鉄
   族結合剤、及び元素周期表のｂ族とｂ族から
   選択された少くとも１種の金属の炭化物を含有す
   るクレータ抵抗性材料から成つていること、及び
   前記本体の少くともすくい面と逃げ面が0.025mm
   よりも厚くない厚さを有する硬質表面被覆で被覆
   されていることを特徴とする金属切削工具用積層
   複合植刃。