JPH02298406A - 焼結硬質合金製ドリル - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主として鋼の穿孔加工に供される耐磨耗制や
靭性に優れた高品質なドリルの構造に関するものである
。

［従来の技術とその課題］ ドリルは、調料なとの穿孔加工に用いられる切削工具で
あり、その−例としてツイストトリルの構造か第１図に
示されている。ツイストトリルは、穿孔加工に供される
切刃部１と、切削に関与せずに、主として切屑の排出と
、ボール盤などの切削機械のチャック部などに装着する
ための働きをもつシャンク部２とを有している。

使用状態において、ドリルの切刃部およびシャンク部は
、各々異なった負荷状態で使用される。

したがって、ドリルの各部に要求される特性は異なる。

たとえば、切刃部の刃先部では耐磨耗性や耐溶着性など
が要求され、シャンク部では工具としての強度を保持す
るための靭性が要求される。

また、切刃部の刃先部についても、その中心部と外周部
とでは切削速度が大きく異なるため、要求される特性も
異なる。このような複雑な要求に応えるように、従来か
らドリルの材料として種々のものが開発されてきた。

従来より、一般的なドリルの材質は、高速度鋼および超
硬合金である。高速度鋼は、靭性に富むが耐磨耗性が低
く、高速切削に不適である。一方、超硬合金は、耐磨耗
性や精度特性に優れる反面、脆い性質を有し、たとえば
、剛性の低い工作機械に使用すると折損する場合があっ
た。

これらの改良として、高速度鋼の切刃部に硬質のＴｉＮ
をコーティングする構造、あるいは切刃′部を超硬合金
にし、ろう付けする構造などが考えられた。しかし、切
刃部にコーティングを施したものは、通當使用されるよ
うにドリルの再研削を実施すると、少なくとも前退面側
のコーティング層が除去されてしまい、コーティングの
効果の大半が失われてしまう欠点を有していた。また、
切刃部に超硬合金をろう付けする構造は、ろうｆ・１け
自体が本質的に熱的強度や機械的強度に劣るものである
ので、難削祠や深孔加工には適用てきないという欠点を
有していた。

さらに近年では、耐磨耗性および靭性の向上などを意図
して、異なる材質の超硬会合同士（Ｐ２ＯとＤ３０）を
ろう付けした構造（実開昭５８−１４３１１５号）ある
いは冶金学的に一体化接合した構造（実公昭６’２−４
６４８９号）、さらに、ドリルの中心部と外周部との要
求される特性の違いに着目し、その中心部と外周部との
超硬合金の材質を違えた二重構造に成形したもの（特開
昭６２−２１８０１０号）、あるいはこの二重構造を射
出成形で形成する方法（特開昭６３−３８５０１号、３
８５０２号）等が提案された。また、ドリルの耐溶着性
の向上のために、ドリルの材質をサーメットで構成した
構造（特開昭６２−２９２３０７号）などがある。これ
らの従来の例において、ドリルのシ、ヤンク部の靭性を
向上させる目的で超硬合金の粗粒化や高結合相化を行な
ったものは、逆に材料の強度を低下させたり、あるいは
弾性変化歪を低下させ、被削材のぶれやマシンの不安定
な回転などにより、孔あけ加工中に折損してしまうとい
う問題を生じた。

このように、従来からドリルの複雑な要求に対して個々
の観点からの改良がなされている。しかし、従来のこれ
らの構造は、いずれもドリルの全ての特性上の要求を完
全に満たすものではなかった。

本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであ
り、ドリルの切刃部において優れた耐摩純性、耐溶着性
を有し、かつシャンク部は必要十分な特性を併せ持つＷ
Ｃ超硬合金で構成される焼結硬質合金製ドリルを提供す
ることを目的とする。

［発明の概要］ 本発明者たちは、ドリルに要求される特性のうち、特に
耐磨耗性および耐溶着性の向上を意図した。発明者たち
は、チタン（Ｔｉ）を主成分とした窒素含有サーメット
の利用が必須であると考えた。そこで、種々のサーメッ
トの組成成分に対しパラメトリックな実験を行ない、多
くの有効な知見を得た。また、本発明者たちは、ドリル
のシャンク部に要求される靭性および強度を満足させる
ためには、ＷＣ系超硬合金の利用が好ましいとの知見も
得た。本発明は、これらの知見に基づいてなされたもの
であり、ドリルの切刃部に対して耐磨耗性、耐溶着性の
優れたサーメッ！・を使用し、シャンク部に対しては靭
性に優れたＷＣ系超硬合金を使用している。切刃部とシ
ャンク部とは、一体に接合される。以下に、このドリル
の特性について説明する。

（１）切刃部 ■　サーメットの硬質分散相の成分 ａ、　硬質分散相は、チタン（Ｔｉ）と、チタンを除く
周期律表第１Ｖａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属のうち１種類も
しくは２種類以上の金属との炭化物、窒化物、複炭窒化
物から構成され、かっこの硬質分散相に含まれる金属原
子中のチタン量が原子比で０．５〜０．９５の範囲にあ
る。０．５未満ではサーメットの耐磨耗性および耐溶着
性が不足する。また、０．９５を越えると、サーメット
の焼結性が劣化する。

ｂ、　硬質分散相に含まれる非金属原子中の窒素の割合
か、原子比で０．１〜０，７の範囲にある。０．１未満
では、窒素がサーメットの焼結時の硬質分散相の粒成長
を抑制するという効果が生じなくなる。また、０．７を
越えると、サーメットの焼結性が劣化する。

ｃ９　　硬質分散相は、粒径が０，２〜０．６μｍの微
粒硬質相と粒径が１〜３μｍの粗粒硬質相との混合体か
らなり、粗粒硬質相に対する微粒硬質相の体積比率が０
．　３〜３の範囲にある。すなわち、０，３未満では、
サーメットの靭性か劣化し、ドリル刃先部にチッピング
か生じる。また、３０を越えると、ドリルの刃先に熱亀
裂か発生し問題となる。

■　サーメットに占める結合金属相の量サーメット中に
占める結合金属相の量は５重皿％〜３０重量％の範囲に
ある。すなわち、５重量％未満では、サーメットの靭性
が不足し、ドリルの刃先にチッピングが生じる。また、
３０重量％を越えると、耐磨耗性が不足し、刃先の逃面
やマージン部に大きな磨耗か生しる。

（２）シャンク部 ■　ドリルのシャンク部には、ＷＣ系超硬合金を用いる
。すなわち、たとえば高速度鋼などでは熱膨張係数が大
きいため、切刃部のサーメットとの熱膨張差に起因した
切刃部の切刃部が発生しやすい。また、高速度鋼のヤン
グ率はＷＣ系合金の約１／３であり、切削時の耐振性が
悪いため、切刃部の磨耗、欠損も助長することになる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について説明する。

本発明における焼結硬質合金製ドリルは、切刃部にサー
メッ！・合金を用い、シャンク部にＷＣ超硬合金を用い
、粉体の成型プレス時に接合し、焼結して形成されてい
る。第１表には、性能試験に供された本発明の焼結硬質
合金製ドリルおよび比較のために用いられたドリルのサ
ーメット合金部の組成および粒度分布などを示している
。第１表において、比較品の合金り、Ｅは主に硬質分散
相に含まれる非金属原子の割合に着目して用いられたも
のである。また、比較品の合金Ｆは硬質分散相の粒度分
布に着目して用いられたものである。

さらに、比較品の合金Ｇ、Ｈはサーメットに占める結合
金属相の割合に着目して用いられたものである。

（以下余白） ドリルの性能評価テストは、第１表に示した合金Ａ−Ｈ
の材料を用いて直径１０ｍｍのドリルを作製し、第２表
に示される条件下で行なわれた。

この性能評価テストは、主に耐磨耗性評価テストおよび
対熱亀裂性テストの２つで構成される。

上記のドリル性能評価テストの結果を第３表に示す。第
３表を参照して、まず、合金Ａ−Ｃと合金り、Ｅとの比
較において、合金りおよび合金Ｅは特にシャンク強度に
劣り、テスト■の試験中に突然折損を生じた。

合金Ａ〜Ｃと合金Ｆとの比較において、合金Ｆは、耐熱
亀裂性が乏しいことが判明した。

合金Ａ−Ｃと合金ＧＳＨとの比較において、合金Ｇは耐
熱亀裂性が劣り、かつ非常に寿命が短いことが判明した
。また、合金Ｈにおいても耐磨耗性が劣ることが判明し
た。

比較のために、現在使用されているコーティングハイス
あるいはコーティング超硬ドリルなども併せて本性能試
験が行なわれた。これらのドリルと合金Ａ−Ｃのドリル
との比較において、いずれのテストにおいても本発明品
のドリルの性能が優れることが明らかである。

また、本発明品の合金Ａ−Ｃと、たとえば合金Ａの単材
料からなるドリルおよびＷＣ超硬合金の単材料からなる
ドリルについても性能評価テストを行った。その結果、
本発明品の合金Ａと単材料の合金Ａとの比較において、
本発明の合金Ａでは強度に特徴的な向上がみられる。ま
た、本発明品の合金ＡとＷＣ超硬合金との比較において
、本発明の合金Ａは耐磨耗性および強度ともに優れるこ
とが明らかである。

［発明の効果］ 以上のように、本発明においてはドリルの刃先部に耐磨
耗性、耐溶着性あるいは耐熱亀裂性に優れるサーメット
を用い、さらにこのサーメットの硬質分散相の粒度を微
粒子群と粗粒子群との所定の混合体により構成させ、さ
らにドリルのシャンク部に靭性に富むＷＣ超硬合金を用
い、これらの両者を一体接合させることによりドリルを
成形しており、これによって突発的な折損などが生じる
ことのない信頼性の高い長寿命、高品質な焼結硬質合金
製ドリルを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的なツイストドリルの構造図である。第
２図は、サーメットの硬質分散相の粒度分布を示す硬質
分散相粒度分布図である。 図において、１はドリルの切刃部、２はドリルのシャン
ク部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被削物を切削するための切刃部と、その一部が切削機械
   の所定の取付位置に取付けられるシャンク部とを備えた
   焼結硬質合金製ドリルにおいて、前記切刃部は、 チタンと、チタンを除く周期律表第IVａ、Ｖａ、VIａ族
   金属のうち１種類または２種類以上の炭化物、窒化物、
   複炭窒化物のいずれかを主要成分とする硬質分散相と、
   ニッケルとコバルトとを主成分とする結合金属相とから
   なるサーメットで構成され、 前記硬質分散相は、チタンを含む金属原子群と窒素を含
   む非金属原子群とを含み、 前記金属原子群中の前記チタンの量は、原子比で０．５
   以上０．９５以下であり、 前記非金属原子群中の前記窒素の量は、原子比で０．１
   以上０．７以下であり、 前記硬質分散相は、平均粒径が０．２μｍ以上０．６μ
   ｍ以下の微粒子群と、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下
   の粗粒子群とを備え、 前記粗粒子群に対する前記微粒子群の体積比は、０．３
   以上３以下であり、 前記結合金属相は、前記サーメット中に占める割合が５
   重量％以上３０重量％以下であり、前記シャンク部は、
   前記切刃部と一体に接合されており、かつコバルトを含
   有するＷＣ超硬合金で構成されていることを特徴とする
   、焼結硬質合金製ドリル。