JPH06234085A - 複合工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭化チタンを含む超硬質材料を利用して、耐
久性に優れた比較的複雑な形状の工具を容易かつ安価に
製作することができる製造方法を提供する。 【構成】 炭化チタンを鉄系の結合剤で結合した超硬質
材料からなる部材を鋼製の台材に摩擦圧接法で接合し、
得られた接合体を焼鈍した後、必要な機械加工を施して
所定の形状に成形し、さらに非酸化性雰囲気で焼入れと
焼戻しを行って、鋼製台材の先端部に超硬質部材を接合
一体化した所定形状の複合工具を得る複合工具の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、先端部に超硬質部材を
備えた高寿命の各種冷間圧造用金型、各種冷間パイプ引
抜き用プラグ、かしめ用工具等の工具の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種冷間圧造用金型、各種冷間パ
イプ引抜き用プラグ、かしめ用リベット等の工具は、合
金工具鋼で一体に成形したものか、または炭化タングス
テン等の硬質炭化物をコバルトで結合した超硬質合金チ
ップを鋼製の台材にロー付けして作ったものが一般的で
あった。

【０００３】しかしながら、上記従来の合金工具鋼で作
ったものは、製作が容易で安価であるが、耐摩耗性が十
分ではなく、寿命が短いという問題点があった。一方、
鋼製の台材に超硬合金チップをロー付けした上記従来の
工具は、超硬合金の硬度が高いため耐摩耗性に優れてい
るが、超硬合金は加工が困難であり、鋼製台材に接合す
る前に最終形状に近い形状に成形しておき、その状態で
ロー付けしなければならないので、製作が困難であると
ともに、ロー材の接合部から破損しやすいという問題点
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解
決するものとして、最近、炭化チタンを鋼マトリックス
中に分散させた超硬質材料が開発されている。この超硬
質材料は、容易に切削加工することのできる比較的低硬
度の素材として供給され、需要家がこれを所望の形に加
工して焼入れ硬化させることにより、ＨＲＣ７０以上の
硬度に上げることができるものである。しかしながら、
この超硬質材料は、価格が高いため、例えば冷間加工用
のパンチ等を一体で製作すると高価なものとなり、不経
済であった。そこで、本発明は、この種の超硬質材料を
利用して、比較的複雑な形状の工具であっても容易かつ
安価に製作することができるとともに、得られる工具の
耐久性も向上するような方法を提供することを課題とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、本
発明にかかる複合工具の製造方法は、炭化チタンを鉄系
の結合剤で結合した超硬質材料からなる部材を鋼製の台
材に摩擦圧接法で接合し、得られた接合体を焼鈍した
後、必要な機械加工を施して所定の形状に成形し、さら
に非酸化性雰囲気で焼入れと焼戻しを行って、鋼製台材
の先端部に超硬質部材を接合一体化した所定形状の複合
工具を得ることを特徴としている。

【０００６】以下、本発明を具体例を挙げつつより詳細
に説明する。本発明で使用される超硬質部材は、上記の
如く炭化チタン（ＴｉＣ）を鉄系の結合材で結合した市
販の粉末冶金製品で、通常炭化チタンを容積比で約５０
％含有し、これが、鉄を主成分としクロム、モリブデ
ン、カ−ボン等を含む鋼マトリックス中に均一に分散し
た材料のものである。この超硬質部材は、通常、ＨＲＣ
４５〜５０の硬度で例えば丸棒状の素材として供給され
る。また、台材としては、例えば丸棒状の通常の工具鋼
等、適当な鋼種の鋼材を使用することができる。

【０００７】上記超硬質部材と鋼製の台材とを公知の摩
擦圧接機を用いて摩擦圧接法で接合する。この場合の素
材である超硬質部材と台材の形状は、あまり不経済にな
らない程度の適当な形状で良い。圧接時には接合部が１
０００度Ｃ以上の高温に加熱されるので、超硬質部材中
の鋼マトリックスに焼きが入り、高硬度の超硬質部材と
鋼製台材とが一体化した接合体が得られる。

【０００８】次に、得られた接合体を焼鈍する。この焼
鈍は、超硬質部材の硬度を下げるためのもので、例え
ば、約７２０度（摂氏、以下同じ）で６時間程度保持し
た後炉冷することにより行われる。この焼鈍により、超
硬質部材の硬度がＨＲＣ４５〜４９程度に低下する。

【０００９】上記焼鈍によって軟化した接合体に必要な
機械加工を施す。この状態では超硬質部材も台材も硬度
が低いので、旋盤等による切削加工が可能であり、所望
の形状に容易に加工することができる。また、切削加工
とともに、研削、研磨等の加工も容易である。このよう
に、超硬質部材を台材に接合した後に所望の形状に機械
加工を施すことができる点が本発明の大きな特徴であ
る。

【００１０】所望の形状に加工したら、超硬質部材の硬
度を上げるため焼入れ、焼戻しを行う。この焼入れは、
酸化を防止するため、真空炉等を用いて加熱し、油冷を
行うのが好ましい。焼入れ温度は１０００度前後であ
り、この焼入れによって硬度がＨＲＣ６９〜７２程度と
なる。また、焼戻し温度は約１５０度であり、硬度はＨ
ＲＣ６８〜７１程度となる。場合によっては、熱浴焼入
れ（中性ソルトバス炉、５１０度、空冷）を採用するの
が適当な場合もある。

【００１１】以上により鋼製台材に超硬質部材が一体に
接合された所望の複合工具が得られる。この工具は、高
価な超硬質材料の使用量が少なくて済むので経済的であ
り、接合後に任意の形状に機械加工することができるの
で、製作が容易である。また、従来の工具鋼製の工具よ
りも稼働部の硬度がはるかに高いので、摩耗が少なく、
耐久性に優れている。更に、超硬質部材がロー付けでは
なく、摩擦圧接で接合されているので、接合後に焼入れ
を行うことができ、所望の高硬度を得ることができるの
である。接合法として、摩擦圧接法を採用せず、ニッケ
ル等のロー材を使用してロー付けを行う場合は、真空炉
中でロー付けする必要があるが、この場合、超硬質部材
と台材の位置決めが難しく、高精度で高強度の接合を得
ることが極めて困難である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。まず、図１に示すような丸棒状の超硬質部材素材
１ａと台材素材（ＳＫＤ−１１）２ａを次の条件で摩擦
圧接した。図１において直径Ｄは１８ｍｍ、Ｌ１は２５
ｍｍ、Ｌ２は９０ｍｍであった。摩擦圧接の回転数は２
４００ｒｐｍ、一次圧力は６０Ｋｇ／ｃｍ² 、二次圧力
は１００Ｋｇ／ｃｍ² ヒ−テイング時間は６秒、寄り代
は６ｍｍであった。この接合体を７６０度で６時間焼鈍
した後、図２に示すような形状に切削加工した。同図中
超硬質部材１およびこれが接合された台材２の軸部の直
径ｄは１５ｍｍ、ｌは８０ｍｍ、フランジ部の直径Ｄは
１８ｍｍ、その厚さｔは１０ｍｍであった。なお、図３
に示すような形状の打ち抜きプレス金型用パンチも容易
に成形することができた。

【００１３】この接合体を真空炉を用いて１０３０度で
焼入れ（ガス冷却）した後、１５０度で焼き戻しして、
超硬質部材の硬度がＨＲＣ６９の複合工具を得た。焼入
れ、焼戻しのスケジユ−ルを図４、図５に示す。

【００１４】図２に示す打ち抜き用パンチを用いて厚さ
３ｍｍの軟鋼板（ＳＳ）を打ち抜いたところ、１０，０
００回の連続打ち抜きを行ってもなんら問題は生じなか
った。なお、超硬質部材と台材の接合部の顕微鏡組織は
図６に示すようなもので、両者が完全に接合一体化して
いた。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の製造方
法によれば、炭化チタン粒子が鋼マトリックス中に分散
した高硬度の部材を鋼製台材の稼働部に接合一体化した
高寿命の複合工具を比較的安価に、かつ複雑な形状のも
のも容易に製造することが可能となった。この製造方法
で、打ち抜きパンチ以外の各種耐摩耗工具を容易に製造
することができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】素材の外観図である。

【図２】複合工具の外観図である。

【図３】上記と異なる形状の複合工具の外観図である。

【図４】焼入れ条件を表すグラフである。

【図５】焼戻し条件を表すグラフである。

【図６】接合部の金属組織写真である。

【符号の説明】

１ａ 超硬質部材素材 ２ａ 台材素材 １ 超硬質部材 ２ 台材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化チタンを鉄系の結合剤で結合した超
   硬質材料からなる部材を鋼製の台材に摩擦圧接法で接合
   し、得られた接合体を焼鈍した後、必要な機械加工を施
   して所定の形状に成形し、さらに非酸化性雰囲気で焼入
   れと焼戻しを行って、鋼製台材の先端部に超硬質部材を
   接合一体化した所定形状の複合工具を得ることを特徴と
   する複合工具の製造方法。