JPS62259702A

JPS62259702A - セラミツクス切削工具

Info

Publication number: JPS62259702A
Application number: JP10433486A
Authority: JP
Inventors: Akio Hara; 昭夫原; Tetsuo Nakai; 哲男中井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-05-06
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1987-11-12

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、セラミックス材の切削工具に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

セラミックスは、自動車のエンジンに代表される構造材
やエレクトロユニりス用材料としての期待が大きく、今
後、益々多用されることが予想、されるが、高硬度であ
るために、高性能の構造用セラミックスの場合は特に加
工性が悪く、このことが、セラミックス構造材を普及さ
せる上での大きな妨げとなっている。

即ち、切削加工は研削加工に比して格段に高能率であり
、コストも大幅に安い。しかし、セラミックスを効率良
く切削するにには、切削に耐える寿命の少しでも長い工
具が必要である。ところが、かかる要求に応えられる切
削工具は無いに等しく、このために、上述の問題が生じ
ている。

なお、金属切削を目的とした工具の中には、切刃に、最
も硬質で長寿命の材料である焼結ダイヤモンドや単結晶
ダイヤモンドを用いたものがある（以下では、これを金
属切削用ダイヤモンド工具と云う）にの工具は、セラミ
ックスの切削にも、使用することはできるが、セラミッ
クス加工では、僅か数分で寿命に至る。つまり、セラミ
ックスの実験的な切削には使えるが、実用面での切削に
は不充分である。

本発明者等は、セラミックス切削の潜在需要に応えるべ
く、種々実験を行った結果、工具形状を工夫することに
よって長寿命化を達成できることを見い出した。この発
明は、セラミックスの高能率加工のために、かかる形状
を採用した寿命の長い工具を提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の切削工具は、ダイヤモンド焼結体、ダイヤモ
ンド単結晶またはそれ等の下面に薄肉金属板を一体化さ
れるか表面に金属薄板の被覆された複合体のいずれかか
ら成る上下面間の板厚が１゜０ｍｍ以下の切刃チップを
、側面が逃げ面、上面がすくい面となる向きにして、か
つ、その切刃部を合金から０．１龍以上オーバーハング
して合金に取付けたことを特徴とする。

第１図乃至第３回は、いずれも具体的な実施例を示した
もので、１が上面１ａ、下面１ｂ、４つの側面１Ｃから
成る切刃チップ、２はそれを支持する合金を示している
。

この工具は、上述した金属切削用ダイヤモンド工具と似
た構造であるが、その工具とは、切刃チップの厚みや保
持に関する設計思想を全く異にしている。

即ち、金属切削用ダイヤモンド工具の場合、切刃チップ
は比較的厚く、しかも超硬合金の台金上に全面を密着さ
せて接合されているが、本願工具のダイヤモンドチップ
は、厚さが１ｆｌ以下であり、かつ、その切刃部が合金
から０．１龍以上オーバーハングしており、この点が従
来の工具と異なっている。

従来の金属切削では、被削材の切削形態は塑性変形が先
行して、破断するというものであり、主分力が大きく、
この力が切刃チップの厚み方向に作用するため、これに
耐える強度確保の面からも、ダイヤモンド工具の下方を
、何らかの形で補強したものである。

ところが、セラミックスの切削では、塑性変形は少なく
脆性破壊により切粉が発生するため、切削時の主分力や
送り分力゛は小さく、速度の影響を受ける背分力は大き
くなる。特に逃げ面の摩耗が進行すると背分力は高くな
るが、従来の切削工具では前述した如く、ダイヤモンド
が補強されているため、摩耗が発達して補強材まで接触
すると、さらに背分力は増加し切削不能となる。

本発明者等は、金属とセラミックスの切削形態の違いに
着目し、金属切削用ダイヤモンド工具の設計思想から外
れたことを試してみた（チップ厚みを０．５龍ｍ、オー
バーハング量を０．３　ｎにしてみた）ところ、同じ時
間切削した後にも切れ味の低下がなかったことから更に
実験を重ね、切刃チップの厚みをＩＮ以下、オーバーハ
ング量を０．１　ｗ以上としたときに工具の延命効果が
得られることを６’ｌｌ　Ｅｌし、本願を完成するのに
至ったのである。

本願工具の切刃チンプ１は、厚みが１ｔｌ以下で合金か
ら０．１龍以上とオーバーハングしているが、セラミッ
クス切削の場合クレータ摩耗が殆どなく、また、厚み方
向に作用する主分力も小さいため、補強材がな（でも切
刃の欠損の心配は全くない。

この薄い切刃チップは、逃げ面の摩耗幅が１寓１以下に
保たれるため、背分力の高まりが規制され、それによっ
て１個の工具によるセラミックスの除去体積が増大する
。即ち、今、第４図に示す逃げ角α−１５で、切刃チッ
プ１の厚さが０．５龍、オーバーハング量がＩｎの刃先
を考えたとき、逃げ面の摩耗幅■、が０．３　ｔａとな
ったときの刃先後退量ｌは、０．３　Ｘ　ｔａｎ　１５
　”　＝０．０８ｍｍである。このとき、チップの板厚
が０．３■１と考えて刃先後退量が１鶴まで許容される
とすると、■、の値は０．３１を越すことができないの
で、Ｉ　Ｘ　ｌ　１０．０８−１２．５倍まで、厚みの
厚い刃先工具に比べて使用できることになる。主分力が
小さいセラミックス切削の場合、この考え方は常に成立
する。また、あらゆる工具材質で同じ考えが成り立つ訳
であるが、セラミックスに対しては耐摩耗性の最も優れ
たダイヤモンドが最も好ましく、このため、チップ１の
少なくとも上面側の材質をダイヤモンドに限定している
。

ダイヤモンドチップは、本願で云う１ｍｌ以下の薄いも
のも、焼結体或いは単結晶を研削加工して作り得る。単
結晶ダイヤモンドを板状に作るのは容易でないと考えら
れているが、本発明者等が最近開発に成功し発売を始め
た人造ダイヤモンドの場合、同一形状、同一サイズの結
晶を容易に作ることができるため、板状に加工すること
も容易であまた、焼結ダイヤモンドは、結合材としての
金属、例えばコバルト等を含むため耐熱性に問題をもつ
が、既に知られているように、結合材を酸等で注出すれ
ば耐熱性を向上させることができる。

本願の工具に採用する焼結ダイヤモンドは、このように
して高温強度を高めたものが望ましい。セラミックス切
削では刃先が高温に晒されるからである。　なお、本発
明において、ダイヤモンドの厚さを１ｆｉ以下に限定し
たのは、厚さが１１を越えるとダイヤモンドが摩耗した
場合、逃げ面摩耗中が大きくなるため背分力が上昇し、
切削不能となるためである。特に硬度の高いセラミック
スを切削する場合、背分力は非常に大きくなるため、ダ
イヤモンドの厚さは０．５１以下が６７ましい。ダイヤ
モンドの厚さの下限は特に無い（０以上であれば良い）
が、刃先の欠損、無用の研削等を考えれば０，１１程度
に止めておくのが良い。

さらに、切削時に、切刃チップが摩耗して合金が被削材
に接触すると、背分力が上昇して切削が不可能になるの
で、これを避けるために、各実施例のように、切刃チッ
プ１の切刃部を台金２から所定量突出させておく。この
オーバーハングｉｌｘ、ｙは、切削条件によって変わる
が、切刃み量は通常最大で０．１能程度であるので、そ
れ以上の値とする。ｘ、ｙの上限値は、大きすぎると切
刃チップが剛性不足となって欠損するので、切削条件、
被削材に左右されるが５鶴以下がよい。

切刃チップ１の台金２に対する固定法は特に限定されな
い。例えば、下面に薄い金属板の一体化された切刃チッ
プや下面に金属膜の被覆された切刃チップであれば、剛
性が高く、−熱膨張係数がダイヤモンドのそれに近い超
硬合金台金に直接鑞付けしてよく、また、第３図のよう
にクランプ駒３等を使って台金２に機械的に着脱自在に
固定してもよい。機械的固定法を採用する際に、第３図
のように合金のチップ座２ａを長く形成しておくと切刃
の一方向の位置調整が可能になる。台金２は、工具ホル
ダにクランプして取付けるもの（第１図、第２図）と、
工具ホルダ自体を合金とするもの（第３図）の２通りが
考えられる。以下に、この発明のより具体的な実施例を
述べる。

〔実施例１）ダイヤモンド粉末を超高温・高圧下で焼結した後、ワイ
ヤカットを用いてｌ　（巾）×２　（長さ）鶴の大きさ
に切断した。その後、ダイヤモンド砥石で０．３ｍ會厚
のチップと０．１ｍｍ厚のチップに加工し、さらに、二
種類のチップとも酸に浸して結合体のコバルトを除去し
た０次に、このチップに、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）
でＴｉＣを５ミクロンの厚みに被覆して鑞付けを可能に
し、これを、厚み４龍×辺長１２．７ｓｎの長硬合金台
金の１コーナに第１図の如く０゜１曹−オーバーハング
して鑞付けした。刃先は研磨せず鑞付は時の姿をそのま
ま残した。

この工具を用いて気孔率Ｏ％の炭化硅素を旋削した。そ
のときの切削条件は、切削速度１０ｒｎ／ｒｎｒｎ、切
込み０．２１履、送り０．０２５１麿／ｒｅｖである。

その結果、切削抵抗の異常増大を示す前に、チップ厚０
．３Ｉのものは９５分間、０．１１−のものは１５分間
削ることができた、比較のため、０．８ｎ厚の焼結ダイ
ヤを直径１３票・の超硬合金にオーバーハングさせずに
接合した従来工具を使って同一条件で切削したところ、
僅か７分で削れなくなった。

〔実施例２〕５０μｍのダイヤモンド粉末を超高圧・高温下で焼結し
た後、放電加工で厚みをＱ、５　ａｍにした。これをワ
イヤヤーカソトで２　（巾）×５　（長さ）富麿の大き
さに切断し、プラズマＣＶＤ法で鑞付けのためのＴｉＣ
を２μｍの厚さに被覆した後、厚さ４重重、辺長１２．
７ｓｎの超硬合金台金に銀鑞付けして第１図に示す如き
工具を得た。このときの切刃のオーバーハングｌｘ、ｙ
は、共に１．１１−とした。

この工具を、第５図の如く配列して、ビッカース硬度１
５００、曲げ強度２０ｋｇ／ｓｎ”のアルミナを、切削
速度５０ａ＋　／ｍｉｎ　、切込み１ｎ、送り０．１ｍ
ｍ／ｒｅｖで湿式で切削した。比較のため、厚み０．８
１１１、直径８鶴の焼結ダイヤモンドチップを超硬合金
台金にオーバーハングなしで接合した工具でも切削した
ところ、本発明品は１２０分間切削できたのに対し、比
較品は、２０分切削して背分力が高くなり、切削不能状
態に陥った。

〔実施例３〕１００μｍのダイヤモンド粉末を上の実施例と同様にし
て焼結した後、放電加工でダイヤモンドの厚みを０．４
　ｍｍにし、さらに、これを２　（巾）×３（長さ）鶴
に切断した。このチップの下面には、焼結時に０．１ｍ
ｍ厚の超硬合金の板を接合しておいた。得られた切刃チ
ップを実施例２と同一の合金に鑞付けし、ビッカース硬
度１３００、曲げ強度６０ｋｒ／龍２の窒化硅素を第５
図の工具配置で切削した。

そのときの切刃のオーバーハングｍＸ、ｙは第１表の通
りに変化させた、切削条件は速度５０ｍ／ｍｉｎ、切込
み０．２　ｆｉ、送り０．０２ｍ／ｒｅｖである。比較
のため第１実施例と同じ比較工具による切削も行なった
。第１表にその結果を示す。

表　　　　１〔実施例４〕厚さ０．３　ｎ、中１ｎｍＸ長さ５龍の人造単結晶ダイ
ヤモンドに、プラズマＣＶＤ法で厚さ１μｍのＴｉＣを
コーティングし、これを合金に鑞付けして第１図に示す
工具を得た。切刃のオーバーハング量ｘ、ｙは共に０．
７１とした。

この工具と、比較工具の両方を使ってビッカース硬度１
２００のアルミナ丸棒を切削した。比較工具は周知の天
然ダイヤモンドバイトである。また、切削条件は、速度
３０ｍ　／ｗｉｎ　、切込みＱ、１ｍｍ、送り０．０８
ｍｍ／ｒｅｖとした。その結果、本発明品は１１０分間
切削でき、比較品は１０分で寿命がつきた。

〔実施例５〕実施例２と同一の焼結ダイヤモンドを２　（巾）×３　
（長さ）に切断した後、プラズマＣＶＤ法でＴｉＣを２
μＩの膜厚に被覆し、これを、第２図に示す合金、即ち
、側面の交差部に溝２ｂを備えた台金２に、一部を溝２
ｂに挿入して鑞付けした。

このときの切刃のオーバーハング量ｘＳｙは共に０．７
１厳とした。

この工具を用いてビッカース硬度２０００の炭化硅素を
、速度１００　ｍ　／ｍｉｎ　、切込み０．５龍、送り
０゜０８ｍ／ｒｅｖの条件で切削した。比較のため実施
例２と同じ比較工具でも切削したまた、同一寸法、同一材質の切刃チップを、第３図に示
すように、機械的にクランプした工具を、第６図の配置
にした切削試験も行なった。

その結果、第２図の鑞付は工具は８０分間、第３図のク
ランブ工具は７５分間切削可能であったのに対し、比較
工具は３分で切削が不可能になった。

〔効果〕

以上述べたように、この発明によれば、上下面間の板厚
が１．０箇曹以下に定められたダイヤモンドの切刃チッ
プを、側面が逃げ面、上面がすくい面となる向きにして
合金に切刃部をＱ、ｌ＋ｎ以上オーバーハングして取付
けたので、セラミックス切削時の背分力が小さく抑えら
れ、金属切削用ダイヤモンド工具をセラミックス切削に
使った場合に比較して工具寿命が著しく延長されると云
う効果が得られ、高能率加工を可能にする実用的なセラ
ミックス切削工具を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、いずれもこの発明の工具の一例を
示す斜視図、第４図は逃げ面の摩耗幅と刃先後退量の関
係を示す図、第５図及び第６図は実施例の工具を切削試
験に用いたときの工具配置を示す図である。１・・・・・・切刃チップ、１ａ・・・・・・上面、１
ｂ・・・・・・下面、１Ｃ・・・・・・側面、２・・・
・・・台金、２ａ・・・・・・チップ座、２ｂ・・・・
・・溝、３・・・・・・クランプ駒、１０・・・・・・
セラミックスの被削材、ｘ、ｙ・・・・・・刃先のオー
バーハング量。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ダイヤモンド焼結体、ダイヤモンド単結晶または
それ等の下面に薄肉金属板が一体化されるか表面に金属
薄膜の被覆された複合体のいずれかから成る上下面間の
板厚が１．０ｍｍ以下の切刃チップを、側面が逃げ面、
上面がすくい面となる向きにして、かつ、その切刃部を
台金から０．１ｍｍ以上オーバーハングして台金に取付
けたことを特徴とするセラミックス切削工具。
（２）上記切刃チップの板厚が０．５ｍｍ以下に設定さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
セラミックス切削工具。
（３）上記焼結ダイヤモンドが、焼結後に結晶金属の溶
解注出されたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項記載のセラミックス切削工具。
（４）上記単結晶ダイヤモンドが人造品であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のセラミ
ックス切削工具。
（５）上記切刃チップが超硬合金製の台金に鑞付けされ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４
項のいずれかに記載のセラミックス切削工具。
（６）上記切刃チップが台金に着脱自在に機械的に固定
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第４項のいずれかに記載のセラミックス切削工具。