JPH04146014A - ボールエンドミル - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、刃体に高硬度複合焼結体を用いたボールエン
ドミルに関するものである。

［従来の技術］ 切削工具の刃体に、立方晶窒化硼素（以下ＣＢＮと略す
る。）やダイヤモンドを含有する高硬度焼結体を用いる
場合には、該高硬度焼結体と工具本体を構成する鋼材と
は濡れ性が悪く、蝋付は等の方法では工具本体に接合す
ることが難しいため、高硬度焼結体をＷＣ等の超硬合金
と一体に焼結して複合焼結体を形成し、この複合焼結体
の超硬合金部分を蝋付けして工具本体に固着する方法が
採られている。

このような複合焼結体としては、例えば特開昭６１−３
４１０８や特開昭６１−２６６３６４に示される構造の
ものが知られている。この複合焼結体１は第５図に示す
ようにＣＢＮやダイヤモンド等を含む高硬度焼結体２を
超硬合金もしくはす−メットの層３で挟装した状態で、
これらを一体に焼結したサンドイッチ構造となっている
。

第６図および第７図は、このような複合焼結体ｌを刃体
に用いたボールエンドミルの一例であり、工具本体４の
回転軸Ｃを含む面に沿って工具本体４の先端部に形成さ
れた溝５に半円板状に成形された複合焼結体■が嵌装さ
れ、その超硬合金部分３が溝５に蝋付けされて工具本体
４先端に固着せしめられている。そして工具回転方向（
第７図においては反時計回り方向）前方に当たる部分の
超硬合金もしくはサーメットの層３が除去されて高硬度
焼結体２が露出せしめられて切刃６が形成されている。

このように構成されたボールエンドミルは前記回転軸０
回りに回転せしめられ、高硬度焼結体２の切刃６によっ
てワークに切込を与えるものであり、刃体がＣＢＮやダ
イヤモンドを含む高硬度焼結体より形成されているため
、耐摩耗性が高く工具寿命が長いという利点を有する。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このようなボールエンドミルにおいて工具本
体の回転軸線上にあたる切刃部分、つまり中心刃の部分
には多大なスラスト荷重が作用し、しかもこの部分では
切削速度が小さいため切削抵抗も極めて大きくなる。こ
のため前記従来例のように硬度は高い反面、靭性に乏し
い高硬度焼結体がこの中心刃の部分に位置する場合には
、切刃が中心刃の部分で欠損してしまい、工具の寿命の
低下を招く結果となる。

そこでこのような欠点を解決するために、第８図および
第９図に示すようなボールエンドミルが提案されている
。これは実願平１−４１８６０に記載されたもので、工
具本体４先端の回転軸Ｃ上に超硬合金製の棒状チップ７
を蝋付は等により固着するとともに、高硬度焼結体２と
超硬合金３の２層からなる複合焼結体８をチップ７を挾
むように蝋付けして設けた構成となっており、これら超
硬合金のチップ７と複合焼結体８の高硬度焼結体２とが
連続して刃体を形成している。このような構成のボール
エンドミルでは、切刃の中心刃以外の部分、つまり外周
刃の部分が高硬度焼結体より成っているとともに、中心
刃の部分がこの高硬度焼結体に比べて靭性に富む超硬合
金より形成されているため、耐摩耗性の高さを維持した
まま多大なスラスト荷重や切削抵抗による中心刃の欠損
を避けることができる。

しかしながら、このようなボールエンドミルでは中心刃
の欠損は防がれる反面、中心刃と外周刃との境界部分が
蝋付けにより接合されているためこの部分が切削時に激
しく摩耗されてしまい、やはり工具寿命が著しく短縮さ
れてしまうという問題を有していた。

一方、これらのボールエンドミルの切刃に使用される複
合焼結体は、例えば高硬度焼結体にＣＢＮを用いる場合
には、通常既に焼結されている超硬合金の上にＣＢＮと
ＴｉＮやＴｉＣ等の結合剤との混合粉末をプレス成形し
た成形体を配置し、超高圧高温下で焼結して構造される
。ところが、この焼結温度はＣｏ−ＷＣ（超硬合金）の
共晶温度を越えるため焼結中の超硬合金内のＣｏ成分は
溶融状轢にあり、また一方、ＣＢＮ層の焼結はＣＢＮと
前記結合剤との固相焼結であるので、両者が完全に焼結
するまでにＣｌ５Ｎ層と超硬合金との境界面付近にて溶
融した超硬合金中のＣｏ成分が、毛細管作用および圧力
差によってＣＢＮ層内に侵入する、いわゆる溶浸現象か
起きることがある。

この溶浸現象は、ある程度の時間が経過してＣＢＮ層の
焼結が終了するに伴い停止するが、溶浸するＣｏ成分は
超硬合金内より供給されるため、前記境界面付近の超硬
合金部分にＣｏ富化層と、これに連なってＣｏ欠乏層と
が形成されることがある。このようにＣｏ成分の富化層
と欠乏層が形成されて超硬合金中にＣｏ成分の偏析が生
じると、超硬合金本来の特性が損なわれたり、工具材料
として用いた場合に超硬合金部分とＣＢＮ層との境界面
に剥離が発生したりして、所望の性能が得られなくなる
おそれがある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、
工具本体の先端に刃体を設け、この刃体を、超硬合金の
基板と、この基板の工具回転方向前方の面に一体に焼結
される立方晶窒化硼素、ダイヤモンド、およびこれらの
混合物のいずれか一種を３０容量％以上含む高硬度焼結
体とから成る高硬度複合焼結体より構成し、前記基板の
工具回転軸線上に中心刃を設けるとともに前記高硬度焼
結体に外周刃を設け、これら外周刃と中心刃とを連続的
に成形して当該工具の切刃を成すことを特徴とする。

ここで前記複合焼結体の超硬合金と高硬度焼結体との間
には、ＴｉＣ，ＴｉＮ、およびＴ１ＣＮ　のいずれか一
種からなる厚さ３〜２０μｍのコーティング層を介装す
ることが好ましい。

［作用　］ 本発明では刃体として、超硬合金の基板と、この基板の
工具回転方向前方に当たる面に一体に焼結されたＣＢＮ
、ダイヤモンド、もしくはこれらの混合体のいずれか一
種を３０容量％以上含む高硬度焼結体とからなる高硬度
複合焼結体が使用される。そして外周刃の部分が高硬度
焼結体より成るとともに中心刃の部分が超硬合金より成
り、かつこれらの刃が連続的に成形されて切刃が形成さ
れている。

これにより、外周刃の耐摩耗性を維持したまま中心刃の
部分に靭性が付与されるので、切削時のスラスト荷重や
切削抵抗による中心刃の欠損が抑えられる。しかも中心
刃と外周刃きは高硬度複合焼結体として一体に成形され
ているので、中心刃と外周刃との境界に蝋付は部が介在
することはなく、摩耗するおそれもない。

さらにこの高硬度複合焼結体の高硬度焼結体と超硬合金
との間にＴｉＣ，ＴｉＮ、またはＴ’　ｉ　ＣＮのコー
ティング層を設けることにより、超硬合金中のＣｏ成分
の溶浸が抑制されて超硬合金中の組成の偏析が防がれる
ので、超硬合金本来の特性が損なわれることもない。

［実施例］ 以下、第１図および第２図を用いて本発明の一実施例に
ついて説明する。

これらの図において工具本体！ｌは先端側のヘッド部Ｉ
２と、このヘッド部！２に結合されて一体化された基端
側のシャンク部１３より構成されている。この工具本体
！■のヘッド部１２先端は略半球形状に成形されている
とともに、工具本体１１の回転軸Ｃを含む面に沿って該
ヘッド部！２先端に開口する半円状の溝１４が形成され
ている。

またこの溝１４の、切削時の工具回転方向（第２図にお
いては反時計回り方向）前方側には切削によって生じる
切屑を排出する切屑ポケット部１５゜！５が形成されて
いる。

そしてこの溝１４内には、半円板状に成形された刃体Ｉ
６が、その円弧部分がヘッド部１２先端より僅かに突出
した状態で配設されている。この刃体１６は、超硬合金
の基板１７と、この基板１７の工具回転方向前方の面に
コーティング層＋８を介して一体に焼結された高硬度焼
結体１９とから構成された高硬度複合焼結体２０より形
成されている。そしてさらに、この基板１７の前記回転
軸Ｃ線上には中心刃２１が形成されているととらに、高
硬度焼結体１９には中心刃２１に連続して外周刃２２が
形成されており、これら中心刃２１と外周刃２２より当
該工具の切刃２３が構成されている。

このような刃体１６を成形するには、まず超硬合金の基
板！７の両面に’Ｉ’　ｉＣ、’Ｉ’　ｉＮ　、もしく
は’Ｉ”ｉＣＮ　よりなるコーティング層１８を介して
ＣＢＮ、ダイヤモンド、もしくはこれらの混合体のいず
れか一種を３０容量％以上含む高硬度焼結体１９を配置
し、これら超硬合金１７、コーティング層１８、および
高硬度焼結体１９を一体に焼結して第３図に示すような
高硬度複合焼結体２０を成形する。次に、この高硬度複
合焼結体２０を半円板状に成形するとともに、工具本体
ＩＩに装着した際に工具回転方向後方側に位置する部分
の高硬度焼結体およびコーティング層を除去してこの部
分の超硬合金面１７Ａを露出せしめる。そしてこの超硬
合金面！７Ａを蝋付は等によって溝１４に接合して工具
本体ＩＩのヘッド部１２に固着する。しかる後、この基
板Ｉ７の工具回転軸Ｃ上に位置する部分に中心刃２１を
形成するとともに、工具回転方向前方側に位置する高硬
度焼結体部分２０に中心刃２１に連続して外周刃２２を
形成する。

このように本発明では、外周刃がＣＢＮやダイヤモンド
を含む高硬度焼結体より、また中心刃が超硬合金より成
っているとともに、これらの切刃が一体に成形されてい
る。これにより、高硬度焼結体の持つ耐摩耗性に優れる
という特性を維持しつつ中心刃に靭性を付与することが
可能となり、多大なスラスト荷重や切削抵抗による中心
刃の欠損を未然に防止することができる。

また、この中心刃と外周刃とは複合焼結体として一体に
成形されているので、第８図および第９図に示した従来
例のように外周刃と中心刃とを別体に成形してこれらを
蝋付は等により接合する場合に比べて、蝋付は部の摩耗
の危険性がなく、工具としての耐用性の向上を図ること
ができる。

ここで、前記高硬度焼結体２０に含有されるＣＢＮ、ダ
イヤモンド、もしくはこれらの混合体の容量が３０容量
％未満であると該高硬度焼結体２Ｏの硬度が低下して工
具刃体として使用した際に、切刃やすくい面の摩耗か大
きく促進されてしまうため好ましくない。

また本実施例のボールエンドミルでは、切刃を構成する
高硬度複合焼結体２０の超硬合金の基板１７と高硬度焼
結体１９との間にＴｉＣ，ＴｉＮ。

もしくはＴ１ＣＮ　のいずれか一種よりなるコーティン
グ層１８が介在している。そしてこのコーティング層１
８の存在によって、超高圧高温下における焼結時の、超
硬合金中に含有されるＣｏ成分の超硬合金部から高硬度
焼結体部への溶浸が阻止される。これによって超硬合金
中のＣｏ成分の偏析が防止されるため、この上うな偏析
によって超硬合金の特性が損なわれるおそれがなくなる
。

ここで、このコーティング層の厚さは３〜２０μｍであ
ることが好ましい。このコーティング層ｈ＜３μｍを下
回ると超高圧高温下での焼結の際に超硬合金中のＣｏ成
分が溶浸してしまい、一方該コーティング層が２０μｍ
を超えて厚くなると超硬合金の基板と高硬度焼結体との
接合性が著しく損なわれ、工具刃体として使用した際に
切削抵抗によって剥離する危険性が生じてしまう。

なお、超硬合金中のＣｏ成分の析出のおそれがないよう
な場合には、このようなコーティング層を省略しても構
わない。

［実験例］ 以下に、実験例を挙げて本発明の効果を実証する。

まず、第一の実験例として一定の加工条件の下で本発明
のボールエンドミルによって切削作業を行い、この時の
加工時間と、中心刃および外周刃の逃げ面の摩耗との関
係を測定した。

また、これに対する比較例として同一の加工条件下にお
いて第６図および第７図に示した複合焼結体を用いたボ
ールエンドミルと、第８図および第９図に示した高硬度
焼結体の外周刃と超硬合金の中心刃とを蝋付けによって
接合したボールエンドミルとにより同様の切削作業を行
い、この時の加工時間と中心刃および外周刃の逃げ面の
摩耗との関係を測定した。

この結果を第４図に示す。ただし図中において符号Ａ、
およびＡ、は、中心刃が超硬合金、外周刃がＣＢＮ焼結
体である本実験例の中心刃および外周刃の加工時間と逃
げ面摩耗の関係を示すものである。また符号ＢＩおよび
Ｂ、は、やはり中心刃が超硬合金で外周刃がＣＢＮ焼結
体であり、中心刃と外周刃とが別体であって蝋付けによ
り接合された比較例の中心刃および外周刃の加工時間と
逃げ面摩耗の関係を示すものである。さらに符号Ｃは中
心刃と外周刃とがともにＣＢＮ焼結体より成り、これら
が一体に成形された比較例の中心刃の加工時間と逃げ面
摩耗の関係を示すものである。

なお、加工条件は下記の通りである。

切削速度・・・５００　ｓ／　ｇａｉｎ送り・＝　４０
００　ａｓ／　５ｈｉｎ回転数−５３０Ｏｒｐｍ ビックフィード・・・０．５ｍｍ 取代・・・ｌＯ〜Ｉ４−一 工具径・・・φ３０ｍ５ 被削材・・・Ｆｅ２５ 第４図の結果によれば、まず第６図および第７図に示し
た比較例の場合、加工開始後５分後から急速に中心刃の
摩耗が進行し、加工開始後８分で中心刃が欠損、以後の
実験は不可能となった。また、第８図および第９図の比
較例では、外周刃の摩耗は略許容し得る範囲内であるも
のの、中心刃、特に外周刃との蝋付は部分においては実
験開始直後から著しい摩耗を示し、この傾向は加工開始
後２０分当たりからさらに顕著となった。

これらの比較例に対して本実験例では、中心刃、外周刃
ともに安定した摩耗を示し、かつこれらの摩耗は十分許
容し得る範囲であって切削作業に支障を来すことはなか
った。

次に、第二の実験例として、コーティング層にＴｉＮ５
ＴｉＣ，およびＴ１ＣＮを用いて、これらのコーティン
グ層の厚さが異なる幾つかの工具用高硬度複合焼結体を
作成し、これを切刃に使用した第１図および第２図に示
したボールエンドミルによって前述の加工条件の下で切
削加工を行った。

この時の複合焼結体の摩耗状態や損傷を、以下の表に示
す。

表 この結果より、コーティング層の厚さが３〜２０μｍで
ある場合には刃体は正常な摩耗状態を示しているのに対
し、コーティング層が３μｍを下回る場合には超硬合金
より成る中心刃の摩耗が大きくなり、これとは逆にコー
ティング層の厚さが２０μｍを超えて大きくなると中心
刃と外周刃との境界部のコーティング層部分から剥離欠
損が発生していることが分かる。

この中心刃の摩耗は、コーティング層が３μｍを下回る
と該コーティング層が薄すぎて焼結の際のＣｏ成分の溶
浸が抑えられなくなり、超硬合金内にＣｏ成分が偏析し
て超硬合金本来の性質が損なわれることに起因するもの
と考えられる。また一方、中心刃と外周刃の剥離欠損は
、コーティング層が２０μｍを超えて厚くなると、この
コーティング層により超硬合金と高硬度焼結体と焼結が
阻害されて両者の接合性が著しく損なわれるために発生
するものと考えられる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明では、外周刃が高硬度焼結体
により構成されるとともに、中心刃が超硬合金より構成
されており、かつこれらが一体に成形されている。これ
により、外周刃部分の耐摩耗性の高さを維持したまま中
心刃に靭性を付与することが可能となり、高い切削抵抗
とスラスト荷重による中心刃の欠損が未然に防止される
とともに外周刃と中心刃との境界部の摩耗もなく、工具
としての耐用性の向上を図ることができる。

さらに高硬度焼結体と超硬合金との間にコーティング層
を介装することにより、超硬合金中からのＣｏ成分の溶
浸が抑えられ、超硬合金内におけるＣｏ成分の偏析が防
がれるので、超硬合金特有の性質が損なわれることがな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すものであ
り、第３図はこのようなボールエンドミルの刃体に使用
される高硬度複合焼結体の一例である。 また、第４図は本発明の効果を示す実験例、およびこれ
に対する比較例を表すものである。 さらに、第５図は従来の複合焼結体の一例であり、第６
図および第７図はこれを刃体に使用したボールエンドミ
ル、また第８図および第９図は別体成形した中心刃を蝋
付は等により接合したボールエンドミルの例である。 １１・・工具本体、 １２・・ヘッド部、１３・・・シャンク部、Ｉ４・溝部
、１５・切屑ポケット、 Ｃ・・・工具回転軸、 １６・刃体、 Ｉ７・・超硬合金の基板、 １８・・・コーティング層、１９・・高硬度焼結体、２
０・高硬度複合焼結体、 ２Ｉ・・・中心刃、 ２２　・外周刃、 ２３・・切刃、 Δ＋　＋　Ａ　ｔ・・本発明の実験例における中心刃お
よび外周刃の摩耗状態、 Ｂ　、、Ｂ　、、Ｃ・・・比較例における中心刃および
外周刃の摩耗状態。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具本体の先端に刃体が設けられ、この刃体が、
   超硬合金の基板と、この基板の工具回転方向前方の面に
   一体に焼結される立方晶窒化硼素、ダイヤモンド、およ
   びこれらの混合物のいずれか一種を３０容量％以上含む
   高硬度焼結体とから成る高硬度複合焼結体より構成され
   ており、 前記基板の工具回転軸線上には中心刃が設けられている
   とともに前記高硬度焼結体には外周刃が設けられていて
   、これら外周刃と中心刃とが連続的に成形されて当該工
   具の切刃を成していることを特徴とするボールエンドミ
   ル。
2. （２）前記複合焼結体の超硬合金と高硬度焼結体との間
   には、ＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉＣＮのいずれか一種
   からなる厚さ３〜２０μｍのコーティング層が介装され
   ていることを特徴とする請求項１記載のボールエンドミ
   ル。