JPH04159003A - 高マンガン鋼の高能率切削方法 - 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、高マンガン鋼の高能率切削方法に関し、詳細
には、難削材である高Ｍｎ鋼や高Ｍｎ鋳鋼を高速、高切
り込み量（即ち、高能率）でスローアウェイチップによ
り切削する方法に関するものである。

（従来の技術） 高Ｍｎ鋼や高Ｍｎ鋳鋼（以降、高Ｍｎ鋼という）は、高
強度を育し、熱伝導性か悪く、又、切削加工中に硬化す
るため、切削加工が極めて難しい材料、即ち、難削材で
ある。

かかる高Ｍｎ鋼に対して旋削加工やフライス加工等の切
削を行うに際し、比較的高能率で切削するには、出来る
だけ高温て高硬度及び高強度を有するスローアウェイチ
ップ（以降、チップという）を使用することが要求され
る。

このような要求を充たし得るチップは従来得られていな
いが、それらの中で高温での硬度及び強度が最も高いの
は超硬製チップである。従って、高Ｍｎ鋼の切削は超硬
製チップを使用して行われている。しかし、超硬製チッ
プを使用する方法（以降、従来超硬チップ法という）で
も、極めて低い切削速度（約３０ｍ／ｍｉｎ未満）でな
いと高Ｍｎ鋼を切削し得す、そのため切削能率が極めて
低く、切削加工に長時間を要するという問題点かある。

そこで、かかる問題点を解決すべく、高温て高硬度及び
高強度を有するセラミックスに着目して種々検討か行わ
れ、最近ではＡｌ２Ｏ３’−Ｔ＋Ｃ系セラミックス製チ
ップを使用する高Ｍｎ鋼の切削方法（以降、従来セラミ
ックスチップ法という）か開発されてきた。

（発明か解決しようとする課題） 上記従来セラミックスチップ法は、高Ｍｎ鋼を比較的高
速度（約３０〜６０ｍ　／ｍ１ｎ）で切削し得る。とこ
ろか、チップの靭性不足に基つきチップの欠損がしばし
ば生じるという問題点かある。そのため、極めて小さい
切り込み量（１ｍｍ未満）での切削を余儀無くされ、切
削能率か極めて低く、切削加工に長時間を要するという
問題点かある。

本発明はかかる事情に着目してなされたものであって、
その目的は従来のものかもつ以上のような問題点を解消
し、前記従来セラミックスチップ法の場合に比し、高Ｍ
ｎ鋼をチップ欠損を生ずることなく高切り込み量で、且
つ、同等もしくはそれ以上の高速度で切削し得る高Ｍｎ
鋼の高能率切削方法を提供しようとするものである。即
ち、前記従来超硬チップ法及び従来セラミックスチップ
法の場合に比して高Ｍｎ鋼を高能率で切削し得る切削方
法の提供を課題とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明に係る高マンガン
鋼の高能率切削方法は、次のような構成としている。

即ち、請求項１に記載の高能率切削方法は、高マンガン
鋼を高速、高切り込み量の高能率でスローアウェイチッ
プにより切削する方法であって、スローアウェイチップ
が、５ｉｓＮｉウィスカ：３〜４０　ｗｔ％を含み、且
ツＳｉ、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｍ
。

、　Ｈｆ、　Ｔａ、　Ｗの炭化物、窒化物、炭窒化物の
１種又は２種以上を０．５〜４０ｗｔ％含むと共に、前
記ウィスカをチップのすくい面に略平行に配向させたＡ
ｌ２Ｏ５基セラミツクスよりなることを特徴とする高マ
ンガン鋼の高能率切削方法である。

請求項２に記載の高能率切削方法は、前記ウィスカが０
量：０．３〜１．５ｗｔ％である請求項１に記載の高マ
ンガン鋼の高能率切削方法である。

請求項３に記載の高能率切削方法は、前記炭化物、窒化
物、炭窒化物の１種又は２種以上の一部が、Ａ１□０．
結晶粒内にナノオーダで分散してナノコンポジット構造
を呈している請求項１又は請求項２に記載の高マンガン
鋼の高能率切削方法である。

請求項４に記載の方法は、前記Ａｌ２Ｏ５基セラミツク
スか、焼結助剤としてのＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，
ｙ２ｏ３、希土類酸化物、　Ｃｒｅｗ、　Ｎｉｐ、　５
ｉｆｔ、　Ｃａｂ、　Ｎａ２Ｏ又は炭化クロムの１種ま
たは２種以上を０．５〜１０．０ｗｔ％含有する請求項
１、請求項２又は請求項３に記載の高マンガン鋼の高能
率切削方法である。

（作　用） 本発明に係る高Ｍｎ鋼の高能率切削方法（以降、本発明
法いう）は、以上説明したように、高Ｍｎ鋼を切削する
に際し、Ｓ＋＋　Ｊ４ウィスカ　３〜４０　ｗｔ％を含
み、且ツｓｉ、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｚｒ、　Ｎｂ
、　Ｍｏ、　Ｈｆ。

Ｔａ、　Ｗの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又は２種
以上（以降、炭化物等という）を０．５〜４０ｗｔ％含
むと共に、前記ウィスカをチップのすくい面に略平行に
配向させたＡ１．０２基セラミツクスよりなるスローア
ウェイチップ（以降、本発明に係るチップという）を使
用するようにしている。

この本発明に係るチップは、上記の如＜　　Ｓｉ３Ｎ４
ウィスカと共に炭化物等を含むＡｌ２Ｏ，基セラミック
スよりなる。該５１３Ｎ４ウイスカは、Ａ１．０．基セ
ラミックスの有する特性の劣化を招くことなく、マトリ
ックスを強化し高靭性化する作用を有している。又、炭
化物等は、マトリックスの組織を微細化すると共に異常
粒成長を抑制し、高強度化する作用を有する。故に、本
発明に係るチップは、前記従来のＡ１２０ｉ−ＴｉＣ系
セラミックス製チ、ノブに比し、靭性、強度、高温強度
、高温硬度、及び耐摩耗性か優れている。

ここて、Ｓｉ２Ｎ４ウィスカ含有量を３〜４０ｗｔ％と
しているのは、Ｓｗｔ％未満ては高靭性化の効果か小さ
くなって耐欠損性か劣化し、４０ｗｔ％超では鉄との反
応性を有するＳｉ３Ｎ、か相対的に増加して耐摩耗性か
劣化し、且つ５１３Ｎ＜ウィスカの充分な均−分散状態
か得られず、強度低下を招くようになるからである。尚
、５ｌｚＮｔウイスカは針状の形状を有するものである
。

炭化物等の含有量を０．５〜４０ｗｔ％としているのは
、０．５ｗｔ％未満ては前記高強度化の効果か小さくな
り、４０ｗｔ％超では焼結性の低下により緻密な焼結体
か得られなくなるからである。

又、本発明に係るチップは、前記の如きウィスカをチッ
プのすくい面に略平行に配向させるようにしている。こ
のようにすると、針状５ｉｚＮ４ウイスカの軸方向とす
くい面とか平行になっているので、チップは切削加工時
の切削主分力に対し極めて強い抵抗力を有するようにな
り、そのため耐欠損性か更に優れたものになる。尚、上
記ウィスカ配向は、少なくとも、切削性能に直接影響す
るすくい面内、即ちすくい面の近傍において成されてお
ればよい。又、かかる配向か成されている限りにおいて
は、ウィスカ同士か平行でもよ（、直交していてもよく
、放射状になっていてもよく、或いはアトランダムにな
っていてもよい。

以上の如く、本発明に係るチップは、前記従来のセラミ
ックス製チップに比し、靭性、強度、高温強度、高温硬
度、及び耐摩耗性、並びに耐欠損性が優れている。この
ようにチップの靭性及び耐欠損性か優れていると、高切
り込み量での高Ｍｎ鋼切削か可能になり、又、高温硬度
、高温強度及び耐摩耗性か優れていると、高Ｍｎ鋼の高
速度切削か可能となる。従って、かかるチップを使用す
る本発明法は、前記従来セラミックスチップ法の場合に
比し、高Ｍｎ鋼をチップ欠損を生ずることなく高切り込
み量で切削し得ると共に、高速度で切削し得るようにな
る。即ち、定量的には高Ｍｎ鋼を切削速度：　３０ｍ／
ｍｉｎ以上、切り込み量：１ｍｍ以上で切削し得、極高
能率切削か可能となる。

本発明に係るチップを製造するには、　５ｉｓＮ４ウイ
スカを溶媒中に分散してスラリ化した後、Ａｌ２Ｏ３及
び炭化物等の混合粉末に混合し、焼結し、チップ形状に
加工すればよい。このとき、　Ｓｌ　３Ｎ４ウイスカの
○量を０．３〜１．５ｗｔ％にすると、ウィスカの充分
な均一分散状態が得られ、その結果チップの強度及び靭
性をより向上し得、高強度及び高靭性を確保し易くなる
のでよい。尚、０量：０．３ｗｔ％未満てはウィスカ均
一分散効果か小さいため、−方０量：　１．５ｗｔ％超
では５ｉｆ２とＡｌ２Ｏ３との反応か生じるため、０量
：０．３〜１．５ｗｔ％の場合に比し、強度及び靭性が
低下する。故に、５１３Ｎ４ウイスカの○量を０．３〜
１．５ｗｔ％にすることか望ましい。

前記炭化物等の一部がＡｌ２Ｏ，結晶粒内にナノす−ダ
て分散してナノコンポジット構造を呈するようにすると
、Ｓ！　３Ｎ４ウイスカによる繊維強化とナノ複合強化
の組合せ作用効果により、チップの強度及び耐欠損性を
より向上し得るようになる。

本発明に係るチップの製造過程の焼結前に、焼結助剤と
してＭｇＯ，Ｚｒ０ｚ、　ＴｉＯ＊、　Ｙ２（ｈ、希土
類酸化物、　ＣｒＯ２，Ｎｉｐ、　５ｉｆｔ、　Ｃａｂ
、　Ｎａ２Ｏ又は炭化クロムの１種または２種以上を０
．５〜１０．０ｗｔ％添加すると、焼結性か向上し、焼
結組織か微細化及び均一化され、高強度及び高靭性を確
保し易くなる。添加量か０、５ｗｔ％未満てはこの効果
が極めて小さく、１０．０ｗｔ％超では高温強度か低下
する。

（実施例） 実施例１ ０量を０．６ｗｔ％に調整した５ＩＪ４ウイスカを、溶
媒に添加し、超音波エネルギを３０分間付与し、溶媒中
に均一に分散させ、スラリを得た。該スラリにＡｌ２Ｏ
２粉末及び炭化物等、或いは更に焼結助剤を含む混合体
を添加し、両者を湿式ミルにより２０時間攪拌・混合し
た後、スプレードライヤにより乾燥・造粒した。得られ
た混合粉末を、黒鉛型内に詰め込み、Ａｒ気流中にて１
８５０８Ｃ，２００Ｋｇ／ｃｍ２の条件でホットプレス
により３０分間の一軸加圧焼結を行い、焼結体（即ちＡ
ｌ２０ｉ基セラミツクス）を得た。このようにすると焼
結体中のウィスカはホットプレス面に平行に２次元に配
向させ得る。尚、Ｓ１！Ｎａウイスカ及び炭化物等の添
加量、焼結助剤の種類及び添加量を第１表に示す如く変
化させた。５１ｉＮ４ウイスカ含有量は１５〜３０ｗｔ
％である。

上記焼結体から、ホットプレス面とチップのすくい面と
が平行になるように５．２　Ｘ１３．５Ｘ１３．５ｍｍ
のチップを切り出し、これをチップ研磨機により５ＮＧ
Ｎ　４３４　Ｔ−４の形状（ＩＳＯ規格）に加工した。

このチップの正面図を第１図に、側面図を第２図に示す
。これらの図において、（１）はすくい面、（２）は丸
コーナ部、（３）はホーニング部、（４）はホーニング
巾を示すものである。丸コーナ部（２）のコーナ半径は
１．６ｍｍ、ホーニング巾（４）は０．２ｍｍである。

このようにして得たチップは、本発明に係るチップの実
施例であり、本発明に係るチップの条件を全て充たして
いるものである。

上記チップをバイトに取りつけて工具とし、これらを用
いて下記切削試験を行った。即ち、高Ｍｎ鋼を被削材と
し、切削速度・６０ｍ／ｍｉｎ　、切り込み量　５　ｍ
ｍ、送り量＋　０．２５ｍｍ／ｒｅｖで切削試験し、欠
損までの時間を測定した。第１表に示す如く、欠損時間
は７０〜１）０分てあった。

又、第１表に示す実験Ｎｏ、　３のチップについて、切
り込み量：５ｍｍ、切削時間：３０分、切削速度・６０
ｍ／ｍｉｎ以上、送り量：　０．２５ｍｍ／ｒｅｖ以上
の条件で高Ｍｎ鋳鋼の切削試験をし、チップの欠損を生
しる事なく切削し得る切削速度の限界値及び送り量の限
界値を求めた。切削速度の限界値は、送り量（＋、２５
．０．３５５及び０．５ｍｍ／ｒｅｖに対し７０．５０
及び３５ｍ／ｍｉｎ　、送り量の限界値は、切削速度：
６０．７０及び１００ｍ／ｍｉｎ　　に対し０．３９．
０．３５５及び０．１ｍｍ／ｒｅｖてあった。

実施例２ 実施例１の場合と同様のチップをフライスカッター（Φ
２００．７枚歯）に取り付けて工具とし、高Ｍｎ鋼を被
削材として、切削速度：　８０ｍ／ｍｉｎ　、切り込み
量：５ｍｍ、送り量：　０．２５ｍｍ／１ｏｏｔｈて切
削試験した。第１表に示す如く欠損時間は６０〜１）０
分であった。

比較例１ 一実施例１と同様の方法（操作、手順、条件）により、
焼結体を得た。このときのＳ！Ｊ４ウィスカ、炭化物等
の添加量を第２表に示す。尚、ウィスカ中００量は実施
例１と同様の０．６ｗｔ％である。

上記焼結体から、実施例１と同様の方法により、同様の
寸法のチップを切り出した。但し、実験Ｎｏ、　７のも
のは、実施例１の場合と異なり、ホットプレス面とチッ
プのすくい面とか直交するように切り出した。

上記チップをバイトに取りつけて工具とし、実施例１と
同様の切削試験を行った。第２表に示す如く、欠損時間
は０．１〜２０分であった。

比較例２ 超硬チップを用いて、実施例１と同様の切削速度：　６
０ｍ／ｍｉｎ　、切り込み量：５ｍｍ、送り量：０．２
５第１表 第２表 （以下、余白） ｍｍ／ｒｅｖの条件で、高Ｍｎ鋳鋼の切削試験を行った
ところ、すぐにクレータ摩耗か生じ、切削不能になった
。

又、切り込み量＋５ｍｍ、切削時間：３０分、切削速度
：１０ｍ／ｍｉｎ以上、送り量：　０．２ｍｍ／ｒｅｖ
以上の条件て高Ｍｎ鋳鋼の切削試験を行い、切削速度及
び送り量の限界値を求めた。切削速度限界値は、送り量
、０．２及び０．３５ｍｍ／ｒｅｖに対し２０及び１５
ｍ／ｍｉｎであり、送り量限界値は、切削速度：１０及
び１５ｍ／ｍｉｎに対し０．３５５及び０．３５０ｍｍ
／ｒｅｖであった。

以上の実施例及び比較例の結果は、本発明法は従来セラ
ミックスチップ法の場合に比し、高Ｍｎ鋼をチップ欠損
を生ずることなく高切り込み量、高速度で切削し得、高
能率切削か可能となる事を裏付けている。

（発明の効果） 本発明に係る高Ｍｎ鋼の高能率切削方法によれば、従来
セラミックスチップ法の場合に比し、高Ｍｎ鋼をチップ
欠損を生ずることなく高切り込み量、且つ、高速度で切
削し得るようになる。従って、従来超硬チップ法及び従
来セラミックスチップ法の場合に比して高Ｍｎ鋼を高能
率で切削し得るようになり、その結果高Ｍｎ鋼の切削加
工時間を短縮し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１に係るスローアウェイチップの形状
を示す正面図、第２図は、実施例１に係るスローアウェ
イチップの形状を示す側面図である。 （１）−すくい面　　　　（２）−丸コーナ部（３）−
ホーニング部　　（４）−ホーニング巾特許出願人　株
式会社　神戸製鋼折 代　理　人　　弁理士　金丸　章− 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）高マンガン鋼を高速，高切り込み量の高能率でス
   ローアウェイチップにより切削する方法であって、スロ
   ーアウェイチップが、Ｓｉ＿３Ｎ＿４ウイスカ：３〜４
   ０ｗｔ％を含み、且つＳｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎ
   ｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの炭化物、窒化物、炭窒化物
   の１種又は２種以上を０．５〜４０ｗｔ％含むと共に、
   前記ウイスカをチップのすくい面に略平行に配向させた
   Ａｌ＿２Ｏ＿３基セラミックスよりなることを特徴とす
   る高マンガン鋼の高能率切削方法。
2. （２）前記ウイスカがＯ量：０．３〜１．５ｗｔ％であ
   る請求項１に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
3. （３）前記炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又は２種以
   上の一部が、Ａｌ＿２Ｏ＿３結晶粒内にナノオーダで分
   散してナノコンポジット構造を呈している請求項１又は
   請求項２に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法。
4. （４）前記Ａｌ＿２Ｏ＿３基セラミックスが、焼結助剤
   としてのＭｇＯ，ＺｒＯ＿２，ＴｉＯ＿２，Ｙ＿２Ｏ＿
   ３，希土類酸化物，ＣｒＯ＿２，ＮｉＯ，ＳｉＯ＿２，
   ＣａＯ，Ｎａ＿２Ｏ又は炭化クロムの１種または２種以
   上を０．５〜１０．０ｗｔ％含有する請求項１、請求項
   ２又は請求項３に記載の高マンガン鋼の高能率切削方法
   。