JPH02218522A - 被覆超硬合金工具 - Google Patents

被覆超硬合金工具

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JPH02218522A
JPH02218522A JP3452289A JP3452289A JPH02218522A JP H02218522 A JPH02218522 A JP H02218522A JP 3452289 A JP3452289 A JP 3452289A JP 3452289 A JP3452289 A JP 3452289A JP H02218522 A JPH02218522 A JP H02218522A
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cutting edge
cemented carbide
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coated cemented
cutting
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JP3452289A
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Masaaki Tobioka
正明 飛岡
Masuo Nakado
中堂 益男
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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1 本発明は被覆超硬合金工具に関し、特にガソリンエンジ
ン、ディーゼルエンジン等のクランクシャフトのビンお
よびジャーナル部分を加工するためのビンミリングなど
に用いられる、高強度かつ長寿命の被覆超硬合金工具の
製造方法に関するものである。
[従来の技術] クランクシャフトのビンおよびジャーナル部分は最終的
には研削加工されることが多いが、その前加工として、
フライス盤的な加工を行なうピンミラーマシンもしくは
旋削を行なうビンレースで切削加工することが一般的で
李る。特にビンミリングは、機械当たりの生産性が極め
て高いため、クランクシャフトのビンおよびジャーナル
部分の切削加工法としては主流を占めている。
このビンミリングに用いる切削加工は、その加工が極め
て厳しい断続加工であることから、ISO規格における
P−30グレードの強靭な超硬合金が使われていた。と
ころが最近の工業界において加工能率の向上や工具寿命
の延長が強(求められるに及んで、超硬合金に表面Ti
c、 Ti (CN)、TiN、’A廷20.などのセ
ラミックスの薄膜を1層もしくは複数層、総計で2μm
から4μm程度被覆した被覆超硬合金工具が使用される
ようになった。
被覆超硬合金工具は、P−30グレードの超硬合金工具
に比較すると大幅な寿命延長が得られる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、工具寿命を延長するためにセラミックス
の被覆層を形成すると、工具の切刃表面にその母材より
も硬くて脆い被覆をしたことになり、それによって切刃
の靭性が低下する。この靭性低下は被覆層の厚さが大き
いほど顕著になる。
したがって、この被覆のために、その厚さに応じて工具
切刃にチッピングが生じやすくなって工具が大欠損して
しまうおそれがある。その結果被削材であるクランクシ
ャフトを不良にするだけでは済まずビンミラーの破損、
さらにはビンミラーマシンそのものの故障が生じること
もあり、大きな事故につながるおそれがあるという問題
がある。
本発明は上記問題点を解消するため、工具寿命を延長す
るとともに工具の切刃強度を向上した被覆超硬合金工具
を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段] 本発明に係る被覆超硬合金工具は、超硬合金を母材とし
、その表面に1種以上のセラミックスの薄膜を1層以上
、総計で0.5μm以上4μm以下の膜厚で被覆したも
のである。またこの被覆超硬合金工具の切刃部分には、
刃先エツジからすくい面側の0.01mm以上0.12
mm以下の部分においてホーニングによる面取りが施さ
れている。さらに面取り部分の被覆膜厚の最小値が他の
部分の被覆膜厚の60%以下であることを特徴とするも
のである。
[作用] 被覆超硬合金工具の切刃を、刃先エツジからすくい面側
の0.01mm以上0.12mm以下の部分において九
ホーニングまたはチャンファホーニングまでのホーニン
グによって面取りを施すことにより、刃先での応力集中
が減少して強度が向上する。面取りの大きさが刃先エツ
ジからすくい面側の0.01mm未満では、応力集中低
減の効果が十分ではなく、また0、12mmを越えると
切れ味が劣化して被削材との摩擦が大きくなり、耐摩耗
性に悪影響が生じる。
また、切刃の面取り部の被覆膜厚の最小値を他の部分の
被覆膜厚の60%以下とすることにより、切刃全体の耐
摩耗性を低下させることなく、切刃の面取り部分の強度
を高くすることができる。切刃全体の耐摩耗性の低下が
ないのは、切刃の面取り部が被削材との衝突時に大きな
衝撃力を受けるものの、切削中は被削材と接触しないた
めに、切削中に切粉と接触するすくい面等と比べて、面
取り部の摩耗量が比較的少ないからである。さらに、被
覆膜厚を小さくした部分の強度が高くなるのは、工具の
母材よりも硬くて脆い材料で被覆したことによる切刃の
靭性の劣化は、その被覆層の厚さが大きいほど顕著にな
り、被覆層を薄くすることによってこの靭性劣化が抑制
されるためである。
[実施例] 以下本発明の一実施例を第1図を参照しながら説明する
Tic、TaCおよびWCが結合した複炭化物が1Qv
o1%、Coが12vo1%、残りWCからなる超硬合
金を用いてビンミリング用のフォームドバイトである超
硬合金母材4を作製し、その切刃に第1図に示すような
曲率半径rが0.08mmの丸ホーニングを行なって刃
先の面取り部分3を形成した。その後にCVD法にてT
iCを0、5am、 Tl (CN)をO−5a m 
+ A Q−203を0.8μm、TiNを0.2am
を順次被覆し、総計2μmの被覆層5を形成した。この
被覆超硬合金工具をインターナルタイプのビンミラー(
工具取付部の直径250mm、刃数48枚。
実際に切削に関与する有効刃数24枚)に受け、548
Cからなるクランクシャフトのビン部を切削速度135
m/min、取り代片側3〜4mm。
送り0.12から0.31mm/刃で切削したところ、
1切刃当たり平均で2000ピン加工できた。
この工具チップと同じく切刃の面取り部3の被覆膜厚の
最小値δ、が0.8μmになるまで種々被覆膜厚を変え
て全く同じ条件においてビンの加工を行なった結果を表
に示す。なお表には被覆膜厚の最小値δ1とそれに対応
する加工できたピンの本数を示す。
表 上記実施例の結果かられかるように、切刃の面取り部分
の被覆膜厚の最小値δ1が1.2μm以下すなわち他の
部分の被覆膜厚(2,0μm)の60%以下において加
工できたビンの本数が急激に延びており、3000本を
越えている。
切刃に面取りを施し、その部分の被覆膜厚を調整するこ
とによって本実施例のような効果が得られる理由を以下
に説明する。
超硬合金をを母材とし、その表面に数μmのセラミック
スの薄膜を被覆すると、その強度が被覆をしない母材の
約60〜80%に低下する。これは、工具の切刃にその
母材よりも硬くて脆い被覆をしたことになり、それによ
って切刃の靭性が低下するからである。この靭性低下は
被覆層の厚さが大きいほど顕著になる。そのため特に鋭
い形状を有する工具の切刃部分は切削時に応力が集中し
、その被覆の厚さに応じてチッピングなどの欠損を生じ
やすくなる。それを防止するために、被覆超硬合金工具
では、切刃にいわゆる面取りを行ない、切刃への応力集
中を緩和させる。この面取りは大きければ大きいほど、
応力集中の低下も大きくなるために切刃の強度は高くな
るが、耐摩耗性が著しく低下する。これは面取りによっ
て刃先の鋭敏さが失われ、切れ味が劣化して被削材との
摩擦が大きくなるからである。したがって耐摩耗性を損
なうことなく強度を増すためには、適切な大きさの面取
り施す必要がある。通常は第1図に示す曲率半径「が0
.03〜0.10mm程度の丸ホーニングもしくは第2
図に示すaが0.08mm〜0.20mm、  βが1
0’ 〜20”のチャンファ−ホーニングが一般的であ
る。しかしながらそれらの形状の面取りに限ることはな
く、少なくとも刃先のエツジからすくい面6側の0.0
1mm以上0.12mm以下の部分においてホーニング
による面取りが施されていれば、通常のミリング加工な
どにおいて要求される耐摩耗性と強度を得られることが
実験的に確認されている。
しかしながらピンミリングなどの極めて厳しい切削条件
下では、母材表面に数μmのセラミックスの薄膜を形成
した被覆超硬合金工具の場合は、このような切刃の面取
りのみでは切刃強度は不十分なため、切刃のチッピング
が多発する。
よって、切刃の面取りに加えて、さらに切刃強度を増す
ための対策が必要となる。その対策として考え出された
のが、本発明の特徴点である切刃の面取り部の被覆厚さ
のみを小さくすることである。この対策により、ピンミ
リングなどにも耐え得る耐摩耗性および強度を有する被
覆超硬合金工具が得られる理由は、切削現象の考察など
から次のように説明される。
通常切削加工においては、第4図に示すように切削中は
すくい面2が切粉12と接触するため切刃の面取り部3
は被削材11や切粉12と接触しない。すなわち切刃の
面取り部3は被覆超硬合金工具1が空転から被削材11
に接触するいわゆる食い付き時に被削材11と衝突し、
このときに大きな衝撃力を受けるが、切削中は被削材1
1とは接触しない。よって切刃の面取り部分3は他の部
分に比べて摩耗が少ない。しかしながらビンミリングに
代表されるミリング加工においては、工具の回転に対応
して常時断続的に切刃の食い付きが生じる。したがって
被覆によって強度の低下した切刃の面取り部分3は疲労
破壊を生じやすく、さらにはチッピングや大欠損につな
がることになる。
そこで本実施例においては、被覆の全体としての厚さを
減少させることな(、切刃の面取り部分3の被覆のみを
ホーニング加工等によって調整加工し、その部分の被覆
膜厚の最小値δ、を他の部分の被覆膜厚の6096以下
になるようにする。それよって被覆による切刃の面取り
部の靭性劣化が抑制され、耐摩耗性を維持しつつ強度低
下のない長寿命の被覆超硬合金工具を得ることができる
なお、被覆膜としてはTic、TiN、A之20、から
なる群より選んだ1種以上のセラミックスの薄膜の1層
以上が一般的であるが、HfN。
ZrNなどの膜を用いても効果に変わりがないことは言
うまでもない。この被覆膜の厚さは総計で0.5μm以
下では被覆の効果すなわち耐摩耗性向上の効果が認めら
れず、4μm以上では被覆による強度低下のため、ピン
ミリング用などとしては不適当である。
また切刃の面取りが第1図のような丸ホーニングではな
く、第2図のようなチャンファ−ホーニングの場合は、
特に面取り部の逃げ面側6部分の被覆膜厚の最小値δ2
が他の部分の60%以下であれば同様の効果が認められ
ることか実験的に確認されている。
切刃の面取り部3の被覆膜厚の調整方法としては、セラ
ミックスの薄膜を被覆処理後にバレルなどで切刃の面取
り部3のみをホーニング加工するかあるいはブラシ砥石
によるホーニング加工が一般的である。
なお本発明の効果はピンミリング用の工具に留まらず、
同様の極めて厳しい環境にさらされる転削加工、たとえ
ばエツジミリングなどにも有効であることは言うまでも
ない。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、切刃に所定の面取
りを施し、その面取り部分の被覆膜厚の最小値を他の部
分の被覆膜厚の60%以下にすることにより、耐摩耗性
を低下させることなく、繰返し作用する衝撃荷重にも耐
え得る高い強度が実現する。その結果ピンミリングなど
の苛酷な条件下における切削加工にも長寿命で使用可能
な被覆超硬合金工具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における被覆超硬合金工具の
切刃近傍断面(第3図のA−A断面に相当)を示す図、
第2図は本発明の他の実施例における被覆超硬合金工具
の切刃近傍断面(第3図のA−A断面に相当)を示す図
である。 また第3図は被覆超硬合金工具の切刃近傍の外観の概略
を示す斜視図、第4図は被覆超硬合金工具で被削材を切
削中の切刃近傍の様子を模式的に示す説明図である。 図において、1は被覆超硬合金工具、2はすくい面、3
は切刃の面取り部、4は超硬合金母材、5は被覆層であ
る。 なお、各図において同一の番号は、同一または相当の要
素を示す。 第1 ロ 纂 2 日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 超硬合金を母材とし、その表面にセラミックスの薄膜を
    総計で0.5μm以上4μm以下の膜厚で被覆した被覆
    超硬合金工具において、 この被覆超硬合金工具の切刃部分には、刃先エッジから
    すくい面側の0.01mm以上0.12mm以下の部分
    においてホーニングによる面取りが施されており、 かつこの面取り部分の被覆膜厚の最小値が他の部分の被
    覆膜厚の60%以下であることを特徴とする 被覆超硬合金工具。
JP3452289A 1989-02-14 1989-02-14 被覆超硬合金工具 Expired - Lifetime JP2664086B2 (ja)

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