JPH0251966B2 - - Google Patents
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- JPH0251966B2 JPH0251966B2 JP12284486A JP12284486A JPH0251966B2 JP H0251966 B2 JPH0251966 B2 JP H0251966B2 JP 12284486 A JP12284486 A JP 12284486A JP 12284486 A JP12284486 A JP 12284486A JP H0251966 B2 JPH0251966 B2 JP H0251966B2
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Description
［産業上の利用分野］
本発明は、高度の切削性能を有する高速度鋼切
削工具の製造方法に関するものである。 本発明に係る高速度鋼とは、JISで規定されて
いる高速度鋼や通常粉末高速度鋼と呼ばれる鋼種
はをちろん１次炭化物を含み、しかも合金炭化物
析出による焼戻し２次硬化が生じる鋼種を含むも
のである。 ［従来の技術］ 切削加工の高能率化・高精度化の要請にもとづ
いて近年高速度鋼切削工具に関しても種々の改良
が行なわれ特に刃先部の耐摩耗性、靫性及び硬度
の向上がはかられている。例えば特開昭59−
83718号では、高速度鋼素材を焼入れした後これ
にレーザを照射することにより素材鋼中に大量に
含まれる１次炭化物を固溶せしめ、表層部組織が
炭化物を殆んど含まないものとし、その後特定の
温度で焼戻すことによつて固溶している炭化物を
微細析出させ２次硬化を著しく促進させ硬度、靫
性、耐摩耗性を向上させる方法が示されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらこの方法では次の様な問題を生ず
る。 まず、従来行なわれている高速度鋼切削工具に
おける焼入処理の温度は、素材鋼中の１次炭化物
をできるだけ多く固溶させ、且つ結晶粗大化等の
問題を生じない、という観点から決められたもの
であり、融点よりも30〜50℃低い融点直下の温度
で焼入れされている。このように処理された焼入
材は硬度、剛性共に高く、しかも靫性、塑性変形
能は非常に小さいものである。一方、レーザ照射
により溶融及び急冷凝固した層（以下、レーザ処
理層という）には、その層に隣接する高速度鋼素
材部分（以下、母材部分という）との間で引張応
力が働く。このため、焼入処理後にレーザ照射を
行なうと前記引張応力がレーザ処理層の破断力よ
り大きい場合、割れが発生するおそれがある。さ
らにレーザ処理工程が加えられることにより製品
コストが上昇する。 本発明はこの様な事情に鑑みてなされたもので
あつて、その目的はレーザ等の高エネルギー密度
ビーム照射時における割れの発生を防止すること
ができる高性能の高速度鋼切削工具の製造方法を
提供しようとするものである。 ［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る高速度鋼切削工具の製造方法は切
削工具素材を融点下130℃より低い温度で焼入れ
した後、高エネルギー密度ビームの照射によつて
刃先部あるいは刃先形成予定部を溶融及び急冷凝
固し、更に焼戻しをすることにより刃先部に急冷
凝固層を有する高速度鋼切削工具を得ることにそ
の要旨が存在するものである。 ［作用］ 本発明は上記の様に構成されるが、要するに高
エネルギー密度ビーム照射前の焼入温度を調整す
ることによつて母材の塑性変形能を変えてそれに
よつて高エネルギー密度ビームの照射時における
割れの発生を防止するものである。以下にその作
用を説明する。尚、本発明に係る高速度鋼切削工
具とは工具全体が高速度鋼よりなるものはもちろ
ん、切削に関与する刃先部のみが高速度鋼である
ものも含まれる。 まず、本出願人は代表的な溶製高速度鋼
SKH51、SKE55、及び粉末高速度鋼である
KHA30を種々の温度で焼入れした。これを供試
材として焼入温度と硬さの関係を調査した。結果
は第１図及び第１表に示すとおりであつた。
削工具の製造方法に関するものである。 本発明に係る高速度鋼とは、JISで規定されて
いる高速度鋼や通常粉末高速度鋼と呼ばれる鋼種
はをちろん１次炭化物を含み、しかも合金炭化物
析出による焼戻し２次硬化が生じる鋼種を含むも
のである。 ［従来の技術］ 切削加工の高能率化・高精度化の要請にもとづ
いて近年高速度鋼切削工具に関しても種々の改良
が行なわれ特に刃先部の耐摩耗性、靫性及び硬度
の向上がはかられている。例えば特開昭59−
83718号では、高速度鋼素材を焼入れした後これ
にレーザを照射することにより素材鋼中に大量に
含まれる１次炭化物を固溶せしめ、表層部組織が
炭化物を殆んど含まないものとし、その後特定の
温度で焼戻すことによつて固溶している炭化物を
微細析出させ２次硬化を著しく促進させ硬度、靫
性、耐摩耗性を向上させる方法が示されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらこの方法では次の様な問題を生ず
る。 まず、従来行なわれている高速度鋼切削工具に
おける焼入処理の温度は、素材鋼中の１次炭化物
をできるだけ多く固溶させ、且つ結晶粗大化等の
問題を生じない、という観点から決められたもの
であり、融点よりも30〜50℃低い融点直下の温度
で焼入れされている。このように処理された焼入
材は硬度、剛性共に高く、しかも靫性、塑性変形
能は非常に小さいものである。一方、レーザ照射
により溶融及び急冷凝固した層（以下、レーザ処
理層という）には、その層に隣接する高速度鋼素
材部分（以下、母材部分という）との間で引張応
力が働く。このため、焼入処理後にレーザ照射を
行なうと前記引張応力がレーザ処理層の破断力よ
り大きい場合、割れが発生するおそれがある。さ
らにレーザ処理工程が加えられることにより製品
コストが上昇する。 本発明はこの様な事情に鑑みてなされたもので
あつて、その目的はレーザ等の高エネルギー密度
ビーム照射時における割れの発生を防止すること
ができる高性能の高速度鋼切削工具の製造方法を
提供しようとするものである。 ［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る高速度鋼切削工具の製造方法は切
削工具素材を融点下130℃より低い温度で焼入れ
した後、高エネルギー密度ビームの照射によつて
刃先部あるいは刃先形成予定部を溶融及び急冷凝
固し、更に焼戻しをすることにより刃先部に急冷
凝固層を有する高速度鋼切削工具を得ることにそ
の要旨が存在するものである。 ［作用］ 本発明は上記の様に構成されるが、要するに高
エネルギー密度ビーム照射前の焼入温度を調整す
ることによつて母材の塑性変形能を変えてそれに
よつて高エネルギー密度ビームの照射時における
割れの発生を防止するものである。以下にその作
用を説明する。尚、本発明に係る高速度鋼切削工
具とは工具全体が高速度鋼よりなるものはもちろ
ん、切削に関与する刃先部のみが高速度鋼である
ものも含まれる。 まず、本出願人は代表的な溶製高速度鋼
SKH51、SKE55、及び粉末高速度鋼である
KHA30を種々の温度で焼入れした。これを供試
材として焼入温度と硬さの関係を調査した。結果
は第１図及び第１表に示すとおりであつた。
【表】
【表】
一方、切削工具の母材は切削を直接行なう部分
ではないから、切削に直接関与する刃先部に要求
される程の硬さが必要とされるものではなく、刃
先部を保持するに足りる強度を具えていればよい
のである。この観点から通常HRC40程度の硬さが
あればよいとされる。第１図から明らかな様に、
焼入温度が降下すると焼入硬さも低下するから、
高速度鋼においてはオーステナイト化温度以上の
焼入温度であればHRC40程度の硬さは十分に得ら
れるのである。即ち、通常の焼入処理を行なえ
ば、切削工具の母材に必要とされる硬度は当然に
得られるのである。 次に焼入処理を行なつた高速度鋼工具の刃先部
或は刃先形成予定部に高エネルギー密度ビームを
照射し、割れ発生状況と焼入温度の関係を調査し
たところ第２図に示す通りの結果を得た。尚、割
れ発生状況の判定尺度としては下記の５段階評価
を採用した。 １……割れ発生せず。 ２……目視では識別できないが20倍拡大により
視認可能な微細な割れ発生。 ３……目視可能な割れの総延長50mm未満或は割
れ起点数４点以下。 ４……目視可能な割れの総延長50mm以上10mm未
満或は割れ起点数５点以上９点以下。 ５……目視割れの総延長100mm以上或は割れ起
点数10点以上。 第２図から明らかな様に少なくとも融点下130
℃より低い温度で焼入処理を行なえば割れの発生
は防止できることがわかつた。尚、割れ発生状況
を焼入硬さとの関係で調査したところ第３図に示
す結果を得た（割れ発生状況の判定尺度は第２図
の場合と同じである）。即ち、焼入硬さの観点か
らいえば、通常の焼入硬さよりHRC5程度以上低
下させれば割れが発生しないことが判明した。つ
まり、従来融点下30〜50℃で行なわれていた焼入
れを、それより低温の融点下130℃より低い温度
で行なうことにより、切削工具母材の硬さは従来
のものよりHRC5以上低下し、その結果剛性も低
下し塑性変形能が大きくなる。従つて刃先部或は
刃先形成予定部位に高エネルギー密度ビームを照
射した場合に生ずる照射部と母材部の間の引張応
力が塑性変形によつて容易に吸収されることとな
り、割れが減少するのである。 尚、本発明において使用される高エネルギー密
度ビームは高速加熱の可能な高エネルギービーム
であれば、レーザ、電子ビームその他特にビーム
の種類を限定するものではない。次にレーザ及び
電子ビームを例にとりビームの照射条件を説明す
る。 高速度鋼にレーザを照射する場合の照射条件の
設定は、吸収エネルギー密度とビームの移動速度
によつて決定する方法も理論上は可能である（特
開昭59−83718）が、一般にはエネルギーの吸収
率の特定は困難であるので、吸収エネルギー密度
による条件の設定は具体的でない。このため本発
明においてはエネルギー照射密度による条件の設
定を行なつた。 即ち幅Ｄmm以上、深さ0.1mm以上の急冷凝固層
を形成させる為に必要な高エネルギー密度ビーム
の照射条件は、照射面内の１点が照射されている
時間（相互作用；Ｔ）とその時のビーム強度（照
射エネルギー密度；Ｗ）でほぼ決定されるもので
ある。SKH55（1000℃焼入材）にレーザ及び電子
ビームを照射したときのビーム強度（Ｊ／cm2）と
相互作用時間との関係をあらわす実験結果を第４
図に示す。 ＜レーザ照射条件＞ Ｔ及びＷの好ましい範囲は ５×10-4秒≦Ｔ≦10‐1秒 …… ２×103J／cm2≦Ｗ≦２×104J／cm2 …… であつて上記範囲外においては、第４図に示す様
に蒸発する、急冷凝固層深さが不足する、急冷凝
固層内に欠陥を生じる、冷却速度が不足する等の
問題を生じ必要な特性が得られないこととなる。
ここで、Ｔ及びＷはレーザの発振方法、照射方法
によつて異なり次のような条件が与えられる。 (1) 刃先に平行な１本又は数本の連続発振ビーム
を同時に並列させ走査し、１本又は重複部に熱
影響層の存在しない一部が重複した急冷凝固層
を形成させる場合。 Ｔ＝Ｓ／Ｖ×0.06（秒） …… Ｗ＝Ｐ／Ｓ×Ｖ×６×103（Ｊ／cm2）…… ここでＳ＝スポツト径（mm） Ｖ＝走査速度（ｍ／min） Ｐ＝レーザ出力（Kw） (2) １本又は平行な数本のパルス発振ビームを刃
先に同時に並列して走査し、１本又は重複部に
熱影響層の存在しない一部が重複した急冷凝固
層を形成させる場合。 Ｔ＝Ｓ×ｄ／Ｖ×６×10‐4（秒） …… Ｗ＝Ｐ×ｄ／Ｓ×Ｖ×６×103（Ｊ／cm2） …… さらに追加条件として、連続した凝固層を得る
には ｆ／Ｖ（１−ｄ／100）×16.7＜Ｓ …… （１−ｄ／100）／ｆ＜0.1（秒） …… が必要である［(1)はｄ＝100％の場合であること
がわかる］。 ここでＳ，Ｖ，Ｐは(1)と同じ ｄ＝デユーテイ（％） ｆ＝周波数（Hz） (3) 刃先に交差する方向に振動させながら、さら
に刃先と平行方向にビームを走査し急冷凝固層
を形成させる場合。 Ｔ＝Ｓ／Ｄ×T′（秒） …… Ｗ＝Ｐ／Ｄ×Ｖ×６×103（Ｊ／cm2）…… ＊パルス発振ではそれぞれｄをかける。 ここでＳ，Ｖ，Ｐは(1)と同じ。Ｄ＝振幅（mm）、
T′は又はで得られるＴの値。さらにf0＝振動
周波数（Hz）とすると連続した凝固層を得るため
には，（パルス発振では，も）の他に次
の条件が必要である。 Ｖ／f0×16.7＜Ｓ …… f0＞10（Hz） …… ＜電子ビーム照射条件＞ 金属表面でのビームエネルギーの吸収率が異な
るためにＷに関する条件範囲が変化する（は同
じ、が変わる）。照射方法によるＷ及びＴを決
定する条件式はレーザ照射の場合と同じである。
又、上限、下限値の設定理由も同じである。 ５×10-4秒≦Ｔ≦10-1秒 …… ３×102J／cm2≦Ｗ≦３×103J／cm2 ……′ この場合の処理条件は下記のとおりである。 出力：100W〜1Kw スポツト径：0.1〜２mm 速度：0.3〜８ｍ／分 連続方式： − 尚、レーザがYAG（イツトリウム、アルミニウ
ム、ガーネツト）レーザである場合、吸収率の関
係上電子ビーム照射条件と同じになることが予想
される。 以上の様な照射条件で急冷凝固層が形成される
が、切削工具に関与する刃先部全体に急冷凝固層
が形成されることは必ずしも必要でなく、工具の
種類によつては刃先の一部のみに形成される場合
もある。また、多刃工具にあつては必ずしも全て
の刃に急冷凝固層が形成されるものではなく、一
部の刃の刃先部、更に該刃先部の更に一部のみに
形成されることもある。 本発明の係る高速度切削工具は、工具全体が高
速度鋼よりなるもののみならず普通鋼等に高速度
鋼を溶接或は焼ばめを施して刃先加工したもの、
即ち切削に関与する刃先部のみを高速度鋼で構成
したものも含まれる。尚、前記第２図、第３図の
調査においてビームは炭酸ガスレーザを用いた。
照射条件は下記の通りとした。 ビームスポツト径：1.0mmφ 出力：5Kw ビーム移動速度：３ｍ／分 即ち、照射エネルギー密度：104J／cm2 相互作用時間：0.02秒 照射方法40□ ×150l 焼入材表面に、上記条件で間隔８mmで平行に
15本照射。 ビーム照射後は、一旦溶融することによる表面
凹凸、急冷凝固層中の残留応力、残留オーステナ
イトの存在を考慮すると焼戻し処理が必要とな
る。焼戻しは好ましくは500〜600℃で１回又は複
数回行なう。 尚、本発明は上記の作用により高エネルギー密
度ビーム照射時における割れの発生を防止するも
のであるが、ビームの照射により形成される急冷
凝固層の２次デンドライト間隔が6μｍ以下であ
る場合は、被削材の仕上面粗さの向上効果も期待
されると共にビーム照射により耐摩綿性及び靫性
の向上も期待される。 尚、第５図はレーザビーム照射時のビーム強度
と急冷凝固層最大深さとの関係を示す。この場
合、レーザ処理条件は下記のとおりである。 出力：１〜5Kw ビームスポツト径：0.3〜2.5mm 加工速度：0.3〜８ｍ／分 オシレート式 振幅：６mm 周波数：100dl パルス方式 周波数：200Hz デユーテイ：50％ 連続方式： − 本発明に係る工具はリーマ、ブローチ、シエー
ビングカツター、ピニオンカツター、ラツクカツ
ター、ベベルカツター、エンドミル、ホブ、フオ
ーミングラツク、切断用切削工具、フレージング
カツター、フライス、ドリル及びこれら工具に使
用されるチツプやブレード等が含まれることはい
うまでもない。 以下実施例について説明する。 ［実施例］ 本発明に係る製造方法により、ブローチ、エン
ドミル、ピニオンカツター、ドリル、フライス、
ホブ、ベベルカツターを製造して切削試験を行な
い従来例と比例した。 実施例 １ ブローチ 第６図ａ〜ｄにその製造方法を示す。尚ｅは図
ｂのＥ−E′拡大断面図、ｆは図ｃのＦ−F′拡大断
面図である。 高速度鋼素材（SKH55）１の刃先部形成予定
位置へ高エネルギービーム２を照射し［第６図
ａ］、急冷凝固層３を形成した後、焼戻処理を行
ない高速度鋼ブローチ素材４とする［第６図ｂ］。
次に砥石５で溝切り加工を行なう［第６図ｃ］。
次に刃先を仕上げ加工し高速度鋼ブローチ６を得
る［第６図ｄ］。尚７は母材、８はすくい面、９
は逃げ面である。 ブローチのように多刃総後工具の場合は、刃先
部に急冷凝固層を形成させてから所定寸法に仕上
げ加工する方法よりも、刃先形成予定位置に予め
急冷凝固層を形成した後に焼戻し刃切り加工及び
仕上加工を行なう方法のほうが作業も容易であり
望ましい。このような工程における刃切り研削加
工の加工性を、送り速度を尺度として従来例の送
り速度と比較した結果を第７図に示す。 砥石は六方晶窒化硼素を使用し、研削切込み深
さ３mmでクリープフイード研削を行なつた。第７
図の横軸は焼入温度、縦軸は1220℃で焼入し550
℃で焼戻した従来材の送り速度に対する本実施例
の送り速度の比をあらわす。送り量は研削焼け、
研削割れを生じることがなく且つ従来例と同等の
仕上面が得られる送り量とした。融点より130℃
以上低い温度で焼入すると加工能率が２倍以上と
なつた。低温で焼入するほど研削加工時の硬さが
低くなるので加工性がより良好となつた。この様
にして作製したブローチで切削試験を行なつたと
ころ第８図に示すように被削材の仕上面粗さも向
上しまた第９図に示すように耐摩耗性向上効果も
得られた。 実施例 ２ エンドミル 材質 比較材 １ SKH56 ２ KHA30 レーザ処理材 SKH56 （焼入温度：1000℃） 処理条件 比較材１，２ 従来通り レーザ処理材出力：5Kw連続 速度：20ｍ／分 スポツト径：0.3mmφ 焼戻し：550℃×３回 切削条件 刃数：２ 直径：10mm 被削材：SKD11（HB＝380） 送り：80mm／分 速度：16mm／分 切込み：１mm 試験結果 第１０図に示す。 レーザ処理したものは従来材のものより耐摩耗
性が向上した。尚、図示しないが、レーザ処理し
たKHA30についても良好な結果を得た。 実施例 ３ ピニオンカツター 材質 比較材 １ SKH55 ２ KHA30 レーザ処理材 SKH55 処理条件 比較材１，２ 従来通り レーザ処理材出力：5Kw連続 速度：１ｍ／分 スポツト径：1.5mmφ 焼戻し：550℃×３回 切削条件 被削材：SCM21 切削ストローク：（400▽ ／500▽▽ ）str／分 ラジアル送り：0.12mm／分 試験結果 第１１図に示す。 レーザ処理したものは従来材のものより良好な
結果を得た。尚、図示しなかつたが、レーザ処理
したKHA30よりなるピニオンカツターについて
も良好な結果を得た。 実施例 ４ ストレートシヤンクドリル（10mmφ） 材質 比較材 １ SKH51 ２ SKH51（TiNコーテイング処理） レーザ処理材 １ SKH51（レーザ処理） ２ SKH51（レーザ処理及びTiNコーテイング処
理） 処理条件 比較材１，２ 従来通り（TiNコーテイン
グ処理） レーザ処理材 出力：5Kw 速度：５ｍ／分 スポツト径：1.0mmφ 焼戻し：550℃、580℃ 600℃×２回 TiNコーテイングはPVD、厚さ3μｍとし
た。 切削条件 被削材：S50C（HB250） 穴径：10mmφ 送り：0.18mm／rev 速度：比較例１，２ 18ｍ／分 レーザ処理材１，２ 25ｍ／分 板厚：20t（貫通） 試験結果 穴加工数で比較した。結果を第１２図に示す。 レーザ処理材１は比較材１の２倍以上、レーザ
処理材２は比較材２の1.3倍の穴加工数を示しい
ずれも性能が従来材より向上し、且つコーテイン
グ膜の信頼性も向上した。 実施例 ５ みぞスライス 材質 比較材 １ SKH55 ２ KHA30 レーザ処理材 SKE55 処理条件 比較材１，２ 従来通り レーザ処理材出力：3Kw 速度：５ｍ／分 スポツト径：1.0mmφ 焼戻し：550℃×３回 切削条件 被削材：S40C（HB150） 切削速度：17.6ｍ／分 送り速度：90mm／分 溝深さ：1.14mm 試験結果 溝切加工数で比較した。結果を第１３図に示
す。 比較材１の2.5倍、比較材２の２倍の加工数を
示し、最終性能が向上した。素材比も安価であ
る。 実施例 ６ 普通刃ホブ ホブ 諸元 材質SKH55、モジユール2.5、圧力角
20゜、条数３、溝数12 被削歯車 諸元 平歯車、歯数31、ねじれ角0゜、
SCM415H（HB150）82.5〓×50w 切削条件 切削速度：98ｍ／分 送り：4.0mm／rev クライスカツト シフトなし レーザ処理 出力：5Kw スポツト径：1.5mmφ 速度：３ｍ／分 焼戻し：580℃×３回 試験結果 第１４図に示す。 クレータ、逃げ面摩耗とも減少し、寿命、仕上
げ面粗さともに向上した。 実施例 ７ ベベルカツター 材質 SKH51 被削歯車諸元 ピツチ円径：154.08mm 歯者：36 ねじれ角：35゜ 歯幅：23.0mm 歯丈：10.5mm 材質：SCM415（HB150） 切削条件 切削速度：43ｍ／分 送り：0.12mm／ブレード レーザ処理 出力： 速度： スポツト径：5Kw ３ｍ／分 １mmφ底刃 出力： 速度： スポツト径：5Kw ５ｍ／分 2.5mmφ外刃、内刃 焼戻し：580℃×３回 試験結果 第１５図及び第１６図に示す。従来例に比して
クレータが減少し、逃げ面摩耗も減少した。 効 果 寿命向上（底刃のクレータに起因する欠損で寿
命） 歯面粗さ向上（外刃、内刃） ［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されるので、急冷凝固
層の形成に際して割れ発生を防止することができ
ると共に工具の仕上げ面粗さ、耐摩耗性及び靫性
等の性能を向上させることができる。
ではないから、切削に直接関与する刃先部に要求
される程の硬さが必要とされるものではなく、刃
先部を保持するに足りる強度を具えていればよい
のである。この観点から通常HRC40程度の硬さが
あればよいとされる。第１図から明らかな様に、
焼入温度が降下すると焼入硬さも低下するから、
高速度鋼においてはオーステナイト化温度以上の
焼入温度であればHRC40程度の硬さは十分に得ら
れるのである。即ち、通常の焼入処理を行なえ
ば、切削工具の母材に必要とされる硬度は当然に
得られるのである。 次に焼入処理を行なつた高速度鋼工具の刃先部
或は刃先形成予定部に高エネルギー密度ビームを
照射し、割れ発生状況と焼入温度の関係を調査し
たところ第２図に示す通りの結果を得た。尚、割
れ発生状況の判定尺度としては下記の５段階評価
を採用した。 １……割れ発生せず。 ２……目視では識別できないが20倍拡大により
視認可能な微細な割れ発生。 ３……目視可能な割れの総延長50mm未満或は割
れ起点数４点以下。 ４……目視可能な割れの総延長50mm以上10mm未
満或は割れ起点数５点以上９点以下。 ５……目視割れの総延長100mm以上或は割れ起
点数10点以上。 第２図から明らかな様に少なくとも融点下130
℃より低い温度で焼入処理を行なえば割れの発生
は防止できることがわかつた。尚、割れ発生状況
を焼入硬さとの関係で調査したところ第３図に示
す結果を得た（割れ発生状況の判定尺度は第２図
の場合と同じである）。即ち、焼入硬さの観点か
らいえば、通常の焼入硬さよりHRC5程度以上低
下させれば割れが発生しないことが判明した。つ
まり、従来融点下30〜50℃で行なわれていた焼入
れを、それより低温の融点下130℃より低い温度
で行なうことにより、切削工具母材の硬さは従来
のものよりHRC5以上低下し、その結果剛性も低
下し塑性変形能が大きくなる。従つて刃先部或は
刃先形成予定部位に高エネルギー密度ビームを照
射した場合に生ずる照射部と母材部の間の引張応
力が塑性変形によつて容易に吸収されることとな
り、割れが減少するのである。 尚、本発明において使用される高エネルギー密
度ビームは高速加熱の可能な高エネルギービーム
であれば、レーザ、電子ビームその他特にビーム
の種類を限定するものではない。次にレーザ及び
電子ビームを例にとりビームの照射条件を説明す
る。 高速度鋼にレーザを照射する場合の照射条件の
設定は、吸収エネルギー密度とビームの移動速度
によつて決定する方法も理論上は可能である（特
開昭59−83718）が、一般にはエネルギーの吸収
率の特定は困難であるので、吸収エネルギー密度
による条件の設定は具体的でない。このため本発
明においてはエネルギー照射密度による条件の設
定を行なつた。 即ち幅Ｄmm以上、深さ0.1mm以上の急冷凝固層
を形成させる為に必要な高エネルギー密度ビーム
の照射条件は、照射面内の１点が照射されている
時間（相互作用；Ｔ）とその時のビーム強度（照
射エネルギー密度；Ｗ）でほぼ決定されるもので
ある。SKH55（1000℃焼入材）にレーザ及び電子
ビームを照射したときのビーム強度（Ｊ／cm2）と
相互作用時間との関係をあらわす実験結果を第４
図に示す。 ＜レーザ照射条件＞ Ｔ及びＷの好ましい範囲は ５×10-4秒≦Ｔ≦10‐1秒 …… ２×103J／cm2≦Ｗ≦２×104J／cm2 …… であつて上記範囲外においては、第４図に示す様
に蒸発する、急冷凝固層深さが不足する、急冷凝
固層内に欠陥を生じる、冷却速度が不足する等の
問題を生じ必要な特性が得られないこととなる。
ここで、Ｔ及びＷはレーザの発振方法、照射方法
によつて異なり次のような条件が与えられる。 (1) 刃先に平行な１本又は数本の連続発振ビーム
を同時に並列させ走査し、１本又は重複部に熱
影響層の存在しない一部が重複した急冷凝固層
を形成させる場合。 Ｔ＝Ｓ／Ｖ×0.06（秒） …… Ｗ＝Ｐ／Ｓ×Ｖ×６×103（Ｊ／cm2）…… ここでＳ＝スポツト径（mm） Ｖ＝走査速度（ｍ／min） Ｐ＝レーザ出力（Kw） (2) １本又は平行な数本のパルス発振ビームを刃
先に同時に並列して走査し、１本又は重複部に
熱影響層の存在しない一部が重複した急冷凝固
層を形成させる場合。 Ｔ＝Ｓ×ｄ／Ｖ×６×10‐4（秒） …… Ｗ＝Ｐ×ｄ／Ｓ×Ｖ×６×103（Ｊ／cm2） …… さらに追加条件として、連続した凝固層を得る
には ｆ／Ｖ（１−ｄ／100）×16.7＜Ｓ …… （１−ｄ／100）／ｆ＜0.1（秒） …… が必要である［(1)はｄ＝100％の場合であること
がわかる］。 ここでＳ，Ｖ，Ｐは(1)と同じ ｄ＝デユーテイ（％） ｆ＝周波数（Hz） (3) 刃先に交差する方向に振動させながら、さら
に刃先と平行方向にビームを走査し急冷凝固層
を形成させる場合。 Ｔ＝Ｓ／Ｄ×T′（秒） …… Ｗ＝Ｐ／Ｄ×Ｖ×６×103（Ｊ／cm2）…… ＊パルス発振ではそれぞれｄをかける。 ここでＳ，Ｖ，Ｐは(1)と同じ。Ｄ＝振幅（mm）、
T′は又はで得られるＴの値。さらにf0＝振動
周波数（Hz）とすると連続した凝固層を得るため
には，（パルス発振では，も）の他に次
の条件が必要である。 Ｖ／f0×16.7＜Ｓ …… f0＞10（Hz） …… ＜電子ビーム照射条件＞ 金属表面でのビームエネルギーの吸収率が異な
るためにＷに関する条件範囲が変化する（は同
じ、が変わる）。照射方法によるＷ及びＴを決
定する条件式はレーザ照射の場合と同じである。
又、上限、下限値の設定理由も同じである。 ５×10-4秒≦Ｔ≦10-1秒 …… ３×102J／cm2≦Ｗ≦３×103J／cm2 ……′ この場合の処理条件は下記のとおりである。 出力：100W〜1Kw スポツト径：0.1〜２mm 速度：0.3〜８ｍ／分 連続方式： − 尚、レーザがYAG（イツトリウム、アルミニウ
ム、ガーネツト）レーザである場合、吸収率の関
係上電子ビーム照射条件と同じになることが予想
される。 以上の様な照射条件で急冷凝固層が形成される
が、切削工具に関与する刃先部全体に急冷凝固層
が形成されることは必ずしも必要でなく、工具の
種類によつては刃先の一部のみに形成される場合
もある。また、多刃工具にあつては必ずしも全て
の刃に急冷凝固層が形成されるものではなく、一
部の刃の刃先部、更に該刃先部の更に一部のみに
形成されることもある。 本発明の係る高速度切削工具は、工具全体が高
速度鋼よりなるもののみならず普通鋼等に高速度
鋼を溶接或は焼ばめを施して刃先加工したもの、
即ち切削に関与する刃先部のみを高速度鋼で構成
したものも含まれる。尚、前記第２図、第３図の
調査においてビームは炭酸ガスレーザを用いた。
照射条件は下記の通りとした。 ビームスポツト径：1.0mmφ 出力：5Kw ビーム移動速度：３ｍ／分 即ち、照射エネルギー密度：104J／cm2 相互作用時間：0.02秒 照射方法40□ ×150l 焼入材表面に、上記条件で間隔８mmで平行に
15本照射。 ビーム照射後は、一旦溶融することによる表面
凹凸、急冷凝固層中の残留応力、残留オーステナ
イトの存在を考慮すると焼戻し処理が必要とな
る。焼戻しは好ましくは500〜600℃で１回又は複
数回行なう。 尚、本発明は上記の作用により高エネルギー密
度ビーム照射時における割れの発生を防止するも
のであるが、ビームの照射により形成される急冷
凝固層の２次デンドライト間隔が6μｍ以下であ
る場合は、被削材の仕上面粗さの向上効果も期待
されると共にビーム照射により耐摩綿性及び靫性
の向上も期待される。 尚、第５図はレーザビーム照射時のビーム強度
と急冷凝固層最大深さとの関係を示す。この場
合、レーザ処理条件は下記のとおりである。 出力：１〜5Kw ビームスポツト径：0.3〜2.5mm 加工速度：0.3〜８ｍ／分 オシレート式 振幅：６mm 周波数：100dl パルス方式 周波数：200Hz デユーテイ：50％ 連続方式： − 本発明に係る工具はリーマ、ブローチ、シエー
ビングカツター、ピニオンカツター、ラツクカツ
ター、ベベルカツター、エンドミル、ホブ、フオ
ーミングラツク、切断用切削工具、フレージング
カツター、フライス、ドリル及びこれら工具に使
用されるチツプやブレード等が含まれることはい
うまでもない。 以下実施例について説明する。 ［実施例］ 本発明に係る製造方法により、ブローチ、エン
ドミル、ピニオンカツター、ドリル、フライス、
ホブ、ベベルカツターを製造して切削試験を行な
い従来例と比例した。 実施例 １ ブローチ 第６図ａ〜ｄにその製造方法を示す。尚ｅは図
ｂのＥ−E′拡大断面図、ｆは図ｃのＦ−F′拡大断
面図である。 高速度鋼素材（SKH55）１の刃先部形成予定
位置へ高エネルギービーム２を照射し［第６図
ａ］、急冷凝固層３を形成した後、焼戻処理を行
ない高速度鋼ブローチ素材４とする［第６図ｂ］。
次に砥石５で溝切り加工を行なう［第６図ｃ］。
次に刃先を仕上げ加工し高速度鋼ブローチ６を得
る［第６図ｄ］。尚７は母材、８はすくい面、９
は逃げ面である。 ブローチのように多刃総後工具の場合は、刃先
部に急冷凝固層を形成させてから所定寸法に仕上
げ加工する方法よりも、刃先形成予定位置に予め
急冷凝固層を形成した後に焼戻し刃切り加工及び
仕上加工を行なう方法のほうが作業も容易であり
望ましい。このような工程における刃切り研削加
工の加工性を、送り速度を尺度として従来例の送
り速度と比較した結果を第７図に示す。 砥石は六方晶窒化硼素を使用し、研削切込み深
さ３mmでクリープフイード研削を行なつた。第７
図の横軸は焼入温度、縦軸は1220℃で焼入し550
℃で焼戻した従来材の送り速度に対する本実施例
の送り速度の比をあらわす。送り量は研削焼け、
研削割れを生じることがなく且つ従来例と同等の
仕上面が得られる送り量とした。融点より130℃
以上低い温度で焼入すると加工能率が２倍以上と
なつた。低温で焼入するほど研削加工時の硬さが
低くなるので加工性がより良好となつた。この様
にして作製したブローチで切削試験を行なつたと
ころ第８図に示すように被削材の仕上面粗さも向
上しまた第９図に示すように耐摩耗性向上効果も
得られた。 実施例 ２ エンドミル 材質 比較材 １ SKH56 ２ KHA30 レーザ処理材 SKH56 （焼入温度：1000℃） 処理条件 比較材１，２ 従来通り レーザ処理材出力：5Kw連続 速度：20ｍ／分 スポツト径：0.3mmφ 焼戻し：550℃×３回 切削条件 刃数：２ 直径：10mm 被削材：SKD11（HB＝380） 送り：80mm／分 速度：16mm／分 切込み：１mm 試験結果 第１０図に示す。 レーザ処理したものは従来材のものより耐摩耗
性が向上した。尚、図示しないが、レーザ処理し
たKHA30についても良好な結果を得た。 実施例 ３ ピニオンカツター 材質 比較材 １ SKH55 ２ KHA30 レーザ処理材 SKH55 処理条件 比較材１，２ 従来通り レーザ処理材出力：5Kw連続 速度：１ｍ／分 スポツト径：1.5mmφ 焼戻し：550℃×３回 切削条件 被削材：SCM21 切削ストローク：（400▽ ／500▽▽ ）str／分 ラジアル送り：0.12mm／分 試験結果 第１１図に示す。 レーザ処理したものは従来材のものより良好な
結果を得た。尚、図示しなかつたが、レーザ処理
したKHA30よりなるピニオンカツターについて
も良好な結果を得た。 実施例 ４ ストレートシヤンクドリル（10mmφ） 材質 比較材 １ SKH51 ２ SKH51（TiNコーテイング処理） レーザ処理材 １ SKH51（レーザ処理） ２ SKH51（レーザ処理及びTiNコーテイング処
理） 処理条件 比較材１，２ 従来通り（TiNコーテイン
グ処理） レーザ処理材 出力：5Kw 速度：５ｍ／分 スポツト径：1.0mmφ 焼戻し：550℃、580℃ 600℃×２回 TiNコーテイングはPVD、厚さ3μｍとし
た。 切削条件 被削材：S50C（HB250） 穴径：10mmφ 送り：0.18mm／rev 速度：比較例１，２ 18ｍ／分 レーザ処理材１，２ 25ｍ／分 板厚：20t（貫通） 試験結果 穴加工数で比較した。結果を第１２図に示す。 レーザ処理材１は比較材１の２倍以上、レーザ
処理材２は比較材２の1.3倍の穴加工数を示しい
ずれも性能が従来材より向上し、且つコーテイン
グ膜の信頼性も向上した。 実施例 ５ みぞスライス 材質 比較材 １ SKH55 ２ KHA30 レーザ処理材 SKE55 処理条件 比較材１，２ 従来通り レーザ処理材出力：3Kw 速度：５ｍ／分 スポツト径：1.0mmφ 焼戻し：550℃×３回 切削条件 被削材：S40C（HB150） 切削速度：17.6ｍ／分 送り速度：90mm／分 溝深さ：1.14mm 試験結果 溝切加工数で比較した。結果を第１３図に示
す。 比較材１の2.5倍、比較材２の２倍の加工数を
示し、最終性能が向上した。素材比も安価であ
る。 実施例 ６ 普通刃ホブ ホブ 諸元 材質SKH55、モジユール2.5、圧力角
20゜、条数３、溝数12 被削歯車 諸元 平歯車、歯数31、ねじれ角0゜、
SCM415H（HB150）82.5〓×50w 切削条件 切削速度：98ｍ／分 送り：4.0mm／rev クライスカツト シフトなし レーザ処理 出力：5Kw スポツト径：1.5mmφ 速度：３ｍ／分 焼戻し：580℃×３回 試験結果 第１４図に示す。 クレータ、逃げ面摩耗とも減少し、寿命、仕上
げ面粗さともに向上した。 実施例 ７ ベベルカツター 材質 SKH51 被削歯車諸元 ピツチ円径：154.08mm 歯者：36 ねじれ角：35゜ 歯幅：23.0mm 歯丈：10.5mm 材質：SCM415（HB150） 切削条件 切削速度：43ｍ／分 送り：0.12mm／ブレード レーザ処理 出力： 速度： スポツト径：5Kw ３ｍ／分 １mmφ底刃 出力： 速度： スポツト径：5Kw ５ｍ／分 2.5mmφ外刃、内刃 焼戻し：580℃×３回 試験結果 第１５図及び第１６図に示す。従来例に比して
クレータが減少し、逃げ面摩耗も減少した。 効 果 寿命向上（底刃のクレータに起因する欠損で寿
命） 歯面粗さ向上（外刃、内刃） ［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されるので、急冷凝固
層の形成に際して割れ発生を防止することができ
ると共に工具の仕上げ面粗さ、耐摩耗性及び靫性
等の性能を向上させることができる。
第１図は焼入温度と焼入硬さの関係を示す図、
第２図は焼入温度と割れ発生状況の関係を示す
図、第３図は焼入硬さと割れ発生状況の関係を示
す図、第４図はビーム強度と相互作用時間の関係
を示す図、第５図はビーム強度と急冷凝固層最大
深さとの関係を示す図、第６図はブローチの製造
方法を示す図、第７図は研削送り速度比と焼入温
度との関係を示す図、第８図はブローチの仕上げ
面粗さに関する性能を示す図、第９図はブローチ
の逃げ面摩耗性の性能を示す図、第１０図はエン
ドミルの性能を示す図、第１１図はピニオンカツ
ターの性能を示す図、第１２図はドリルの性能を
示す図、第１３図はフライスの性能を示す図、第
１４図はホブの性能を示す図、第１５図及び第１
６図はベベルカツターの性能を示す図である。 １……高速度鋼素材、２……高エネルギービー
ム、３……急冷凝固層、４……ブローチ素材、８
……ブローチ刃先すくい面、９……ブローチ刃先
逃げ面。
第２図は焼入温度と割れ発生状況の関係を示す
図、第３図は焼入硬さと割れ発生状況の関係を示
す図、第４図はビーム強度と相互作用時間の関係
を示す図、第５図はビーム強度と急冷凝固層最大
深さとの関係を示す図、第６図はブローチの製造
方法を示す図、第７図は研削送り速度比と焼入温
度との関係を示す図、第８図はブローチの仕上げ
面粗さに関する性能を示す図、第９図はブローチ
の逃げ面摩耗性の性能を示す図、第１０図はエン
ドミルの性能を示す図、第１１図はピニオンカツ
ターの性能を示す図、第１２図はドリルの性能を
示す図、第１３図はフライスの性能を示す図、第
１４図はホブの性能を示す図、第１５図及び第１
６図はベベルカツターの性能を示す図である。 １……高速度鋼素材、２……高エネルギービー
ム、３……急冷凝固層、４……ブローチ素材、８
……ブローチ刃先すくい面、９……ブローチ刃先
逃げ面。
Claims (1)
- １ 切削工具素材を融点下130℃より低い温度で
焼入れした後、高エネルギー密度ビームの照射に
よつて刃先部あるいは刃先形成予定部を溶融及び
急冷凝固し、更に焼戻しをすることにより刃先部
に急冷凝固層を有する高速度鋼切削工具を得るこ
とを特徴とする高速度鋼切削工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12284486A JPS62282831A (ja) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | 高速度鋼切削工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12284486A JPS62282831A (ja) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | 高速度鋼切削工具の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62282831A JPS62282831A (ja) | 1987-12-08 |
| JPH0251966B2 true JPH0251966B2 (ja) | 1990-11-09 |
Family
ID=14846035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12284486A Granted JPS62282831A (ja) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | 高速度鋼切削工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62282831A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104372351A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 无锡阳工机械制造有限公司 | 一种压铸模的热处理方法 |
| CN104372352A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 无锡阳工机械制造有限公司 | 一种压铸模的热处理方法 |
| CN104372353A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 无锡阳工机械制造有限公司 | 一种压铸模的热处理方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5871230B2 (ja) * | 2011-12-27 | 2016-03-01 | 公立大学法人 滋賀県立大学 | 切っ先部を備える工具、切っ先部を備える工具の製造方法、及び切っ先部を備える工具の製造中間体の製造方法 |
-
1986
- 1986-05-28 JP JP12284486A patent/JPS62282831A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104372351A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 无锡阳工机械制造有限公司 | 一种压铸模的热处理方法 |
| CN104372352A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 无锡阳工机械制造有限公司 | 一种压铸模的热处理方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62282831A (ja) | 1987-12-08 |
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