JP2012254486A - 超高圧焼結体回転切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転切削工具において刃先先端部の剛性及び耐摩耗性を改善し、かつチッピングを生じにくく、また再研磨によって工具寿命の向上が可能な軸状の切削工具を提供する。
【解決手段】
本発明の回転切削工具は、超硬合金の基板上に超高圧高温下で焼結一体化された焼結超砥粒層を有する複合材からなる刃先をシャンクにロウ付けした切削工具であって、該刃先部分の軸長方向における先端から一定範囲、特に2.0mmから7.0mmが専ら、該焼結超砥粒の単一体で構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はドリルやエンドミル等の回転切削工具、特に超砥粒焼結体(ＰＣＤ又はＰc-ＢＮ)製の刃先を持つ軸状切削工具において剛性及び耐摩耗性、並びに工具寿命を向上させた回転切削工具に関する。

ドリルやエンドミル等の回転切削工具を用いた研削・切削加工において、比較的靱性の大きな工具本体の先端に超硬合金やハイス等の硬質材で構成した刃先を持つ構成の工具が広範に使用されており、使用によって摩滅や変形したものを再研磨により整形して再使用することも一般的に実施されている。

一方、刃先をダイヤモンド焼結体(ＰＣＤ)やc-BN焼結体(ＰＣＢＮ)等のより硬質の部材で構成したＰＣＤやＰＣＢＮ切削工具も一般に使用されている。ＰＣＤやＰＣＢＮは、超高圧高温下でこれらの超砥粒層自体が焼結されかつ支持部材の超硬合金と焼結一体化された複合材であり、刃先材であるこれらの焼結超砥粒層が超硬合金層を介して基体(シャンク)材の先端部に接合された構成が広く使用されている。

特開2009-226539号公報 特開2000-043006号公報

この種の回転切削工具は、比較的靱性の高い工具本体に高硬度のＰＣＤやＰＣＢＮの小さな部材を接合したもので、経済的な構成で優れた切削性能を得ることができる。また前記特開2000-043006号公報号公報の工具では、刃先部分を高硬度焼結体で構成し、刃先を除く部分は超硬合金のような、硬度は比較的低いが靭性が高い超硬合金硬やロウ材等で構成することにより、この部分の欠損性の改善が図られている。

しかしこれらの工具では高硬度焼結体(超高圧焼結体)は、刃先を構成する接合面積の差はあってもロウ材によって接合されており、刃先の接合力は必ずしも満足できるものではない。

一方、超硬合金製工具軸の周囲に該軸に沿って超砥粒焼結体からなるラセン状の切れ刃をもつ、ドリルやエンドミル、リーマなどの回転切削工具の素材の製法が公知である。この方法は円筒状の超硬合金製基体の円周面にラセン状の溝を形成して高融点金属板で周囲を覆い、溝の一端から超砥粒の粉末を充填し、超高圧高温下で該端から熔融金属を流し込んで超砥粒粒子間を流通させることによって超砥粒を一体化しかつ超硬合金基体との一体化を実現するものである。基体素材として、実施例には40mmの円筒状の超硬合金素材の使用が記載されている。
特開平8-197339号公報

回転切削工具は切粉の排出によって超高圧焼結体以外の刃先に近い基材部分の摩耗が進行しやすく、その結果切粉の形状や排出状況が変化し、加工に影響を与える可能性がある。特に特開2000-043006に記載されている回転切削工具のように、ロウ付け部が刃先先端に近い構成のものでは切粉の排出時にロウ付部が摩耗し剛性が低下する可能性がある。

さらに刃先周囲の構成に使用されている超硬合金部分も切粉によって摩耗し、切粉の形状やまたロウ材の部分は摩耗しやすいことに加えて、チッピングや欠けが発生しやすいという欠点が予想される。

超高圧焼結体回転切削工具は高価であるため再研磨の可否がコストダウンに影響する。しかるにこれらの従来技術による回転切削工具では超砥粒層部分が薄く、刃先端部で磨耗やチッピングを生じたり、耐摩耗性の低下によって変形しても、再研磨が出来ないので、刃先の再生による工具寿命の拡大が困難という問題が存在する。

さらに多数の刃先を有する切削工具への適用においては、ロウ付箇所の増加、加工困難性、コストアップ、剛性の低下等の問題が見込まれる。

従って本発明の主な目的の一つは、前記従来の回転切削工具に付随していた問題を解消すべく、刃先先端部の剛性及び耐摩耗性を改善し、かつチッピングを生じにくく、また仮令生じても再研磨によって修復可能な軸状の回転切削工具を提供することにある。別の目的は刃先部の耐摩耗性の向上によってＣＦＲＰ等の難削材の加工に利用可能な、多数の刃先を持つ回転切削工具への適用が可能な工具構成を提供することである。

本発明の回転切削工具は、超硬合金の基板上に超高圧高温下で焼結一体化された焼結超砥粒層を有する複合材からなる刃先をシャンクにロウ付けした切削工具であって、該刃先部分の軸長方向における先端から一定範囲が専ら、該焼結超砥粒の単一体で構成されていることを特徴とする。

本発明の回転切削工具は、刃先先端部の2.0mmを超える部分が専ら焼結された超砥粒で構成されるので、高硬度・高剛性の刃先の実現によりＣＦＲＰ等の難削材の加工においてバリ発生の少ない高効率の切削作業が可能であり、また高い耐摩耗性や熱放散性により顕著な工具寿命が達成可能である。さらに研磨代が豊富なことにより再研磨による工具寿命の向上が得られるほか、多刃工具等にも適用可能であり、設計の柔軟性が達成される。

図１は本発明による超高圧焼結体回転切削工具の例を示す説明図である(実施例１)。

本発明において、専ら焼結された超砥粒で構成される範囲は、材料の入手可能性に依存し、現状では工具刃先の先端部から7.0mm以下である。このような刃先先端部分は放電加工および機械研削加工によって特に軸長方向に形成することができる。

本発明で使用する専ら焼結された超砥粒からなる焼結超砥粒層は、85〜95vol％のダイヤモンドを含む焼結ダイヤモンドとするのが好ましいが、この外に立方晶窒化ホウ素(c-BN)焼結体も利用可能である。

平均粒径3μｍのダイヤモンド粉末とコバルトを表1のNo.1〜3に示す組成で配合した。これらの配合にて原料粉末を湿式混合して乾燥させ、内径60.5mm、深さ(高さ)35mmの円筒状Ｔa製容器に18mmの高さまで入れて表面を均し、その上に直径60mm、厚さ15mmの超硬合金のブロックを入れて密封、端部を折り曲げて全体を固定し、特開2003-160803に図示されたような超高圧高温装置のセル内に組み込んで焼結一体化し、それぞれの厚さの焼結ダイヤモンド層を有する複合材を得た。

各組成の複合材からそれぞれ１本、ワイヤカットにより直径6.1mm、長さ15mmのブランク材切り出し、超硬合金側の端部をＶ字形にカットし、この部分を介して工具のシャンクにロウ付けした。次いで放電加工及び研削加工によりダイヤモンド焼結体部分並びに超硬合金の基体部を含めた基部にフルート加工を施し、図１に略示するような全長130mmの二枚刃型ツイストドリルを作成した。ドリルの刃先は先端角度135°、直径6mmで、刃部は先端の軸長6mmの部分１が焼結ダイヤモンドからなり、後方の超硬合金基体２及びシャンク部３まで延設された。

前記実施例の操作を繰り返し、同様のダイヤモンド焼結体工具を作製した。ダイヤモンド90％とコバルト10％との混合粉末を同様のタンタル容器に7.5mmの高さまで入れて均し、その上に厚さ15mmの超硬合金のブロックを入れて密封、端部を折り曲げて全体を固定した。全体を超高圧高温装置のセル内に組み込み、同様に超高圧高温下で焼結一体化し、厚さ3.0mmの焼結ダイヤモンド層を得た。

得られた円筒形体の複合材から直径3.1mm、長さ15mmのブランク材切り出して超硬合金部分の端部をＶ字形にカットし、この端部を介して工具のシャンクにロウ付けした。次いで同様の工程でフルート加工を施し二枚刃型ツイストドリルを作成した。軸長20mmの刃部は先端から3mmが専ら焼結ダイヤモンド層で構成され、先端角度135°、直径3mmで、工具の全長は70mmとした。

本発明の回転切削工具は、刃先先端部2.0mm〜6.0mmが超高圧焼結体のみで構成されるので、高い耐摩耗性や熱放散性により工具寿命が向上する。研磨代が豊富なことにより再研磨も可能であり、環境調和型製品と言える。さらに多刃工具製作にも適用可能であり、この点においてＣＦＲＰ等の難削材加工や加工にも貢献できる。

１ 焼結ダイヤモンド層部分
２ 超硬合金部分
３ シャンク

Claims (7)

1. 超硬合金の基板上に超高圧高温下で焼結一体化された焼結超砥粒層を有する複合材からなる刃先をシャンクにロウ付けした回転切削工具であって、該刃先部分の軸長方向における先端から一定範囲が焼結超砥粒層の単一体で構成されていることを特徴とする回転切削工具。
2. 前記範囲が2.0mm以上7.0mm以下である請求項１に記載の回転切削工具。
3. 前記範囲が4.5mm以上である請求項２に記載の回転切削工具。
4. 前記刃先部分が放電加工および機械研削加工によって作成されたものである、請求項１に記載の回転切削工具。
5. 前記刃先部分が軸長方向に形成されている、請求項１に記載の回転切削工具。
6. 前記超砥粒がダイヤモンドを含み、焼結超砥粒層がダイヤモンドを85〜95vol％含有する請求項１に記載の回転切削工具。
7. 前記超砥粒が立方晶窒化ホウ素を含有する、請求項１に記載の回転切削工具。
   
   
   

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