JPH06228609A - スローアウェイチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 超硬合金より成る母材２２に形成された凹所
２３に、ＣＢＮを主成分とする超高硬度焼結体とＷＣを
主成分とする超硬合金とを積層して成る切刃体２１を、
互いの密着面を０.５Ｓ以下の鏡面に研摩した上で、そ
の超硬合金より成る部分２１ｂが母材２２側を向くよう
にして装着する。これら切刃体２１と母材とを、超硬合
金の液相温度付近である１４００℃に昇温して１時間保
持し、母材２２と切刃体２１の超硬合金より成る部分２
１ｂとを拡散接合する。 【効果】 両者をろう付け層を介することなく接合する
ことが可能であり、切屑の溶着や、これによるろう付け
層への掘り込み、あるいは高温下におけるろう付け層の
溶融等に伴う切刃体の剥離、脱落を防止することが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭化タングステン等を
主成分とする超硬合金より成る母材に、立方晶窒化硼素
を主成分とする超高硬度焼結体と超硬合金とを積層して
成る切刃体を接合したスローアウェイチップに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄、耐熱合金あるいは工具鋼等の切削
加工の分野においては、近年、立方晶窒化硼素（以下、
ＣＢＮと称する。）等を主成分とする超高硬度焼結体
を、炭化タングステン（以下、ＷＣと称する。）等を主
成分とする超硬合金に取り付け、この超高硬度焼結体の
部分に切刃を形成したスローアウェイチップ（以下、チ
ップと称する。）が多用されている。ところが、このよ
うな超高硬度焼結体を超硬合金より成る母材に直接ろう
付けによって接合しようとしても、かかる超高硬度焼結
体は一般にろう剤に対するぬれ性が高くなく、このため
十分な接合強度を得ることが困難であるという問題が生
じる。

【０００３】また一方、超高硬度焼結体と超硬合金より
成る母材とを直接積層して一体的に焼結成形しようとし
ても、母材の部分は超高硬度焼結体の部分に比較して一
般にその肉厚が大きくならざるを得ないため、成形時の
高圧の加圧工程において母材の部分が硬度の高い超高硬
度焼結体の部分に対しクッションのように作用して大き
く変形してしまい、これに伴って超高硬度焼結体の部分
も変形してしまって均一な厚さに形成されなくなるとい
う問題が生じる。そこで、このような超高硬度焼結体を
超硬合金より成る母材に取り付ける手段として、まず超
高硬度焼結体と超硬合金とを積層して焼結し、層状の切
刃体を形成するとともに、母材となる超硬合金に凹所を
形成し、この凹所に上記切刃体をその超硬合金より成る
部分が母材側を向くようにしてろう付けするという手段
が採られている。

【０００４】図６および図７は、このような手段によっ
て構成されたチップを装着したバイトの一例、およびこ
のバイトによる切削状態を示すものである。これらの図
においてチップ１は、ＷＣ等を主成分とする超硬合金よ
り成る略四角形平板状の母材２に、そのすくい面３と逃
げ面４との交差稜線部に臨んで該すくい面３から一段凹
むように凹所５が形成され、この凹所５に、ＣＢＮを主
成分とする超高硬度焼結体と超硬合金とを積層して成る
切刃体６が、その超高硬度焼結体より成る部分６ａをす
くい面３側に向けるとともに、超硬合金より成る部分６
ｂ側の下面６ｃを凹所５の底面５ａ側に向け、ろう付け
により接合されて概略構成されている。ここで、この切
刃体６側のすくい面７と逃げ面８とは、母材２の上記す
くい面３と逃げ面４とにそれぞれ連続するように形成さ
れており、また上記下面６ｃと底面５ａとの間にはろう
付け層９が介在している。

【０００５】そして、この切刃体６の上記すくい面７と
逃げ面８との交差稜線部には切刃１０が形成されてお
り、従ってこの切刃１０は切刃体６の超高硬度焼結体よ
り成る部分６ａに形成されることとなる。このような構
成のチップ１は、図６に示すようにバイト１１の先端部
に形成されたチップ取付座１２に装着され、レバーロッ
ク等の周知のクランプ機構１３によって該チップ取付座
１２に拘束されており、この状態で当該バイト１１の先
端に突出する上記切刃１０によって被削材Ｗの切削加工
が行なわれる。

【０００６】ここで上記構成のチップ１では、超高硬度
焼結体と超硬合金とを積層して焼結成形した切刃体６が
母材２の凹所５に接合された構成であるから、上述のよ
うに超高硬度焼結体を直接母材に積層して焼結成形する
場合に対し、切刃体６においては超高硬度焼結体より成
る部分６ａに対する超硬合金より成る部分６ｂの肉厚を
小さくすることができる。そして、これにより超硬合金
より成る部分６ｂの超高硬度焼結体より成る部分６ａに
対するクッション作用も抑えられるので、超高硬度焼結
体より成る部分６ａの変形を防いでその肉厚を均一とす
ることが可能となる。また切刃体６は、その超硬合金よ
り成る部分６ｂを超硬合金より成る母材２側に向けてろ
う付けされており、すなわち両者は互いにその超硬合金
の部分同士をろう付けされて接合されている。このため
上記構成のチップ１によれば、被接合物へのろう剤の良
好なぬれ性を確保し得て、通常の切削状態においては必
要十分な接合強度を得ることができ、切刃体６を母材２
に確実に保持することが可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
チップ１の適用範囲うち、例えば耐熱合金の切削では、
チップ寿命を左右する重要な要素として溶着の防止が挙
げられている。そしてこの溶着は、チップ１のすくい面
３，７や逃げ面４，８の面粗度によってその発生頻度が
異なるが、特にろう付け層９がチップ１の外面に露出す
る部分ではこれが高くなることが指摘されている。

【０００８】しかしながら、そもそも上述した従来のチ
ップ１においてろう付け層９が介在するのは、切刃１０
が形成される切刃体６を母材２に接合するためであり、
このため上記チップ１ではこの切刃１０に連なる切刃体
６側の逃げ面８と、この逃げ面８にさらに連なる母材２
側の逃げ面４との接合部にろう付け層９が露出すること
は免れない。従って、図８に示すように切削時に発生す
る粉体状の切屑Ｃが逃げ面４，８と加工面Ｐとの隙間に
詰まってしまい、これによってろう付け層９上で溶着が
生じ易くなってしまうことも避けられない。そして、か
かる溶着を放置した場合には、図９に示すようにろう付
け層９が次第に掘り込まれて溝Ｇが形成され、これによ
って切刃体６が剥がれてしまったり、あるいは溶着物が
成長して加工面Ｐが荒されるという問題が生じる。

【０００９】また一方、このようにろう付け層９を介し
て母材２に切刃体６を接合したチップ１では、例えば乾
式重切削の場合などにチップ１が７００℃程度の高温に
さらされたりすると、当該ろう付け層９が溶融してしま
うおそれが生じ、これによってやはり切刃体６が剥離し
て脱落してしまうという問題があった。なお、このよう
な切屑Ｃの溶着やろう付け層９の溶融等の問題は、上述
したバイトに限らず、例えば正面フライス等の他のスロ
ーアウェイ式切削工具においても共通する問題である。
本発明は、このような背景の下になされたもので、母材
と切刃体との接合強度や切刃体を構成する超高硬度焼結
体の肉厚の均一性を維持しつつ、チップからの切刃体の
剥離・脱落や被削材加工面の面粗度劣化を回避できるチ
ップを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ここで、本発明の発明者
は上記の目的を達成するために種々の研究を重ねた結
果、超硬合金同士を接合するに際してろう付けによるこ
となく、これら超硬合金同士を直接密着させて該超硬合
金が液相を呈する温度の付近にまで昇温せしめることに
より、両超硬合金の境界において当該超硬合金を構成す
る粒子に拡散が生じて互いに結合し合い、両超硬合金を
強固に接合することが可能となるという知見を得るに至
った。本発明は、かかる知見に基づいて上記の課題を解
決するためになされたものであって、超硬合金より成る
母材に形成された凹所に、超高硬度焼結体と超硬合金と
を積層して成る切刃体が、その超硬合金より成る部分を
上記母材側に向けて接合されるとともに、該切刃体の上
記超高硬度焼結体の部分に切刃が形成されて成るチップ
において、上記母材と上記切刃体の超硬合金より成る部
分とを、当該超硬合金の液相温度付近にまで昇温して拡
散接合したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】このようなチップでは、まず切刃が形成される
超高硬度焼結体が、超硬合金とともに積層されて切刃体
を構成しており、この切刃体が超硬合金より成る母材に
形成された凹所に接合されて母材と一体化されているの
で、従来と同様にこの超高硬度焼結体の部分の肉厚を均
一にすることが可能となる。

【００１２】そして本発明では、この切刃体がその超硬
合金より成る部分を母材側に向けており、かつこれら切
刃体と母材とを該超硬合金の液相温度付近にまで昇温す
ることにより、該切刃体と母材との互いの超硬合金より
成る部分同士が拡散接合され、すなわち両超硬合金の境
界において該超硬合金を構成する粒子が互いに他方に拡
散して結合し合うこととなる。しかしてこれにより、上
記境界が殆ど消滅する程度までに両超硬合金の組織の結
合が進行して切刃体と母材とが一体化され、その結果あ
たかも超硬合金より成る母材と切刃が形成される超高硬
度焼結体とを、直接積層して一体的に焼結成形したよう
なチップを得ることができる。従って本発明によれば、
超高硬度焼結体の部分の肉厚を均一としたまま、ろう付
けによることなく切刃体と母材とを高い接合強度で接合
して該切刃体を保持することが可能であり、よってチッ
プの逃げ面にろう付け層が露出することもなく、このよ
うなろう付け層に切屑が溶着することもない。また、ろ
う付け層自体が存在しないので、たとえチップが高温に
さらされてもろう付け層の溶融によって切刃体が剥離す
るようなこともない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
実施例では、まず容器内に、平均粒径２μｍのＷＣ粉末
９４ｗｔ％と、同じく平均粒径１．０μｍのＣｏ粉末６
ｗｔ％とから成る均一混合粉末３０ｇを装入して敷き詰
め、次いでその上に平均粒径３μｍのＣＢＮ粉末５０ｗ
ｔ％と、同じく平均粒径１．０μｍのＴｉＣ粉末５０ｗ
ｔ％とから成る均一混合粉末６ｇを装入して充填した。
そして、これらの混合粉末が充填された上記容器を超高
圧高温発生装置内に配置し、圧力４５ｋｂ、温度１３０
０℃の条件下で２０分保持して焼結し、これを冷却して
２層状の焼結体を得た。次いで、この焼結体に後処理を
施した後、適宜に分割切断して、図１に示すような扇型
平板状であって、ＣＢＮを主成分とする超高硬度焼結体
より成る部分２１ａと、ＷＣを主成分とする超硬合金よ
り成る部分２１ｂとが、それぞれ均一な厚さであってそ
の厚さ方向に沿って積層された切刃体２１を形成した。

【００１４】一方、この切刃体２１とは別に、平均粒径
１．０μｍのＷＣ粉末９４ｗｔ％と、平均粒径１．０μ
ｍのＣｏ粉末６ｗｔ％とから成る均一混合粉末１５ｇを
型込めして真空中、温度１４６０℃の条件下で３０分保
持して焼結し、ＷＣを主成分とする図２に示すような略
四角形平板状の母材２２を得た。次に、この母材２２の
上面２２ａの一の角部に、該上面２２ａから一段凹むよ
うに、かつ上面２２ａ側からの平面視に上記切刃体２１
の平面形状と合同な扇型の凹所２３を形成した。ただ
し、上記上面２２ａからこの凹所２３の底面２３ａまで
の深さは、切刃体２１の厚さに略等しく設定されてい
る。

【００１５】さらに本実施例では、この母材２２の凹所
２３の底面２３ａおよび壁面２３ｂと、切刃体２１の超
硬合金より成る部分２１ｂ側の下面２１ｃおよび円弧面
状をなす周面２１ｄとに、それぞれ＃１２００のダイヤ
モンド砥石によって研摩を施して面粗度０.５Ｓ以下の
鏡面とした上で、切刃体２１を、その超硬合金より成る
部分２１ｂが母材２２側を向くようにして、すなわち切
刃体２１の下面２１ｃが凹所２３の底面２３ａに、また
切刃体２１の上記周面２１ｄが凹所２３の壁面２３ｂに
それぞれ密着するようにして凹所２３に配置した。そし
て、これを１０^-3torr以下の真空中においてＷＣ基超硬
合金の液相温度付近、具体的には１４００℃にまで昇温
して１時間保持し、切刃体２１の超硬合金より成る部分
２１ｂと母材２２とを拡散接合せしめて切刃体２１を母
材２２に固着した。しかる後、これに研摩等の処理を施
して、切刃体２１と母材２２とのチップ外側に露出する
面がそれぞれ面一となるように成形し、さらに切刃体２
１の超高硬度焼結体より成る部分２１ａの稜線部に切刃
２４を形成して図３に示すような本実施例のチップ２５
を得た。

【００１６】ここで図４および図５は、このチップ２５
の切刃体２１と母材２２との接合面に垂直な切断面、す
なわち切刃体２１の超硬合金より成る部分２１ｂの下面
２１ｃと母材２２の凹所２３の底面２３ａとの接合面に
垂直な切断面を、ダイヤモンドホイールで研摩して拡大
した図であって、図４は倍率５０倍、図５は倍率５００
０倍の拡大図である。ただし、これらの図および図５に
符号Ｓで示す鎖線は、上記下面２１ｃと底面２３ａとの
接合面の位置である。

【００１７】図４に示されるように本実施例では、切刃
体２１の超硬合金より成る部分２１ｂと母材２２とは、
外観上はその境界が消滅する程度にまで一体化されてい
て、接合面Ｓの痕跡は認められない。さらに図５に示す
ように、切刃体２１の超硬合金より成る部分２１ｂと母
材２２との両者の超硬合金を構成するＷＣ粒子は、これ
ら両超硬合金の境界において互いに他方に拡散して結合
し合っており、両者はその組織構造的にも上記接合面Ｓ
の痕跡が認められないほどに一体化されている。また、
ＷＣ粒子とともに当該超硬合金を構成するＣｏ相も両超
硬合金の組織中に均一に分散せしめられており、例えば
接合面Ｓの位置にＣｏ層が析出する等して組織中に不均
質な部分が生じたりするようなことはない。

【００１８】すなわち、本実施例のチップ２５では巨視
的にも微視的にも、切刃体２１の超硬合金より成る部分
２１ｂと母材２２とが、まるで同じ型に一緒に型込めさ
れて一つの部材として焼結された超硬合金のように接合
されて一体化されることとなる。この結果、本実施例に
よれば、あたかも超硬合金より成る母材２２と切刃体２
１の超高硬度焼結体より成る部分２１ａとを直接積層し
て一体的に焼結成形したようなチップを得ることが可能
となる。しかも、この超高硬度焼結体より成る部分２１
ａは、本来は切刃体２１としてその超硬合金より成る部
分２１ｂとともに焼結されたものであり、本実施例のチ
ップ２５はこの切刃体２１をこれとは別に焼結成形され
た母材２２に拡散接合したものであるから、上述した超
高硬度焼結体に対する母材のクッション作用が生じるこ
とはなく、従ってこのクッション作用によって当該超高
硬度焼結体より成る部分２１ａの肉厚に不均一を生じる
ようなこともない。

【００１９】このように本実施例によれば、ろう付けに
よることなく、従ってろう付け層を介することもなく、
超硬合金と超高硬度焼結体とを積層して成る切刃体２１
を超硬合金から成る母材２２に取り付けることができ
る。このため、チップ２５の外面にろう付け層が露出す
ることもなく、従ってこのような露出したろう付け層上
に切削時に生成される粉体状の切屑が溶着することもな
く、このため溶着した切屑によってろう付け層が掘り込
まれて切刃体２１が剥離したり、あるいは溶着物が成長
して加工面が荒されたりするのを未然に防止することが
できる。

【００２０】また本実施例では、切刃体２１の超硬合金
より成る部分２１ｂと母材２２とが当該超硬合金の液相
温度付近である１４００℃にまで昇温されて拡散接合さ
れており、これらが上述のように一つの部材として焼結
成形された超硬合金の如く組織構造的にも一体化されて
いる。このため本実施例によれば、超高硬度焼結体より
成る部分２１ａに形成された切刃２４によってきわめて
優れた切削性能を奏功しつつ、例えば乾式重切削の場合
のように当該チップ２５が高温下にさらされるような切
削条件下においても、従来のチップのようにろう付け層
の溶融によって切刃体の剥離が生じることもなく、耐熱
性に関しては通常のＷＣ基超硬合金のみから成るチップ
に匹敵する性能を発揮することが可能となる。

【００２１】なお本実施例では、切刃体２１の超硬合金
より成る部分２１ｂおよび母材２２を構成する超硬合金
として、ＷＣを主成分とし、これにＣｏを加えたＷＣ基
超硬合金を用いた場合について説明し、切刃体２１と母
材２２とを拡散接合せしめる際の接合温度を１４００℃
に設定したが、この場合の接合温度は１３００〜１４５
０℃の範囲に設定されるのが望ましい。これは、この接
合温度が１３００℃を下回ると、切刃体２１の超硬合金
より成る部分２１ｂと母材２２とのＷＣ粒子等の拡散が
十分に進行しなくなるおそれがあるからであり、一方逆
に１４５０℃を上回る温度で接合しても切刃体２１と母
材２２との接合性に格段の向上が認められないばかり
か、これよりも高い温度に両者を保持すると当該超硬合
金を構成するＣｏ相が完全に液相に転移してしまい、こ
れによって良好な接合性が却って阻害されるおそれが生
じるからである。

【００２２】また、本実施例では切刃体２１の超硬合金
より成る部分２１ｂや母材２２を構成する超硬合金とし
てＷＣとＣｏとから成る超硬合金を用いた場合について
説明したが、これにチタンカーバイド（ＴｉＣ）やタン
タルカーバイド（ＴａＣ）などの高融点炭化物を添加し
たものを用いてもよい。なお、本実施例に示したチップ
２５の外観形状や寸法、あるいは切刃体２１や母材２２
の形状・寸法などはあくまで一例であり、これらは言う
までもなく必要に応じて適宜に変更可能である。

【００２３】次に、本実施例のチップ２５を図６に示し
たようなバイトに取り付け、被削材ＦＣ２５、切削速度
７００ｍ／ｍｉｎ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切込み
０．３ｍｍ、切削油使用の条件下で６０分連続切削を行
い、この時のチップへの切屑の溶着の有無について調査
した。一方、これに対する比較例として、本実施例の切
刃体２１および母材２２と同材質、同形状、同寸法の切
刃体および母材を形成し、これらを銀ろうによってろう
付け接合して本実施例のチップ２５と同形状、同寸法の
チップを形成した。そして、このチップを用いて上記と
同じ切削条件下で連続切削を行ない、溶着の有無につい
て調査した。この結果、比較例のチップではその逃げ面
のろう付け層が露出する部分やその周辺に、切削時に生
成された粉体状の切屑が図８に示したように溶着してお
り、また一部では図９に示したようなろう付け層の掘り
込みによる溝の形成が認められたのに対し、本実施例の
チップ２５では逃げ面等への切屑の溶着は認められなか
った。

【００２４】次いで、上記本実施例のチップ２５および
比較例のチップと同様のチップをそれぞれバイトに取り
付け、被削材ＳＫＨ１１（ＨＲＣ６２）、切削速度３０
ｍ／ｍｉｎ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切込み４ｍｍ、
切削油不使用の乾式重切削の条件下で連続切削を行なっ
た。この結果、比較例のチップでは切削開始後５分経過
したところで、切刃体がろう付け層の溶融によって母材
から剥離、脱落してしまったのに対し、実施例のチップ
２５では６０分経過後もチップに何等の異常も認められ
なかった。ちなみに、比較例のチップは切刃体が母材か
ら脱落した時点で約６５０℃の温度に達しており、また
上記実施例のチップ２５は６０分経過したところで約７
００℃の温度に達していた。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、切
刃体と母材とをろう付け層を介することなく接合するこ
とが可能であり、これによってチップへの切屑の溶着
や、この溶着によるろう付け層への掘り込み、あるいは
高温下におけるろう付け層の溶融等に伴う切刃体の剥
離、脱落を防止することが可能となり、切刃体の超高硬
度焼結体より成る部分に形成された切刃による優れた切
削性能を維持しつつ、長時間あるいは厳しい切削条件下
においても安定した切削を行なうことができるチップを
提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる切刃体２１の斜視図
である。

【図２】本発明の一実施例に係わる母材２２の斜視図で
ある。

【図３】本発明の一実施例を示すチップ２５の斜視図で
ある。

【図４】図３に示す実施例の切刃体２１と母材２２との
接合面Ｓに垂直な切断面の拡大図（５０倍）である。

【図５】図１に示す実施例の切刃体２１と母材２２との
接合面Ｓに垂直な切断面の拡大図（５０００倍）であ
る。

【図６】従来例のチップ１を装着したバイト１１を示す
平面図である。

【図７】図６に示したバイト１１による切削状態を示す
側面図である。

【図８】図６に示したバイト１１において溶着が生じた
状態を示す側面図である。

【図９】図６に示したバイト１１において溶着が進行し
た状態を示す側面図である。

【符号の説明】

２１ 切刃体 ２１ａ 超高硬度焼結体より成る部分 ２１ｂ 超硬合金より成る部分 ２２ 母材 ２３ 凹所 ２４ 切刃 ２５ チップ Ｓ 切刃体２１の超硬合金より成る部分２１ｂと母材と
の接合面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超硬合金より成る母材に形成された凹所
   に、超高硬度焼結体と超硬合金とを積層して成る切刃体
   が、その超硬合金より成る部分を上記母材側に向けて接
   合されるとともに、該切刃体の上記超高硬度焼結体より
   成る部分に切刃が形成されて成るスローアウェイチップ
   において、 上記母材と上記切刃体の超硬合金より成る部分とが、当
   該超硬合金の液相温度付近にまで昇温されて拡散接合さ
   れていることを特徴とするスローアウェイチップ。