JPH06320305A - 溝入れ旋削加工用セラミック工具 - Google Patents
溝入れ旋削加工用セラミック工具Info
- Publication number
- JPH06320305A JPH06320305A JP5132509A JP13250993A JPH06320305A JP H06320305 A JPH06320305 A JP H06320305A JP 5132509 A JP5132509 A JP 5132509A JP 13250993 A JP13250993 A JP 13250993A JP H06320305 A JPH06320305 A JP H06320305A
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- Japan
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- tool
- grooving
- wear resistance
- ceramic
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、工具材料に、高強度と優れた耐摩
耗性そして高靭性などの特性が要求される鋳鉄材や耐熱
合金の高速溝入れ旋削加工セラミック工具を提供する。 【構成】 耐熱性と高熱伝導率を有する工具材料とし
て、窒化ケイ素セラミックスに注目し、これらに構成成
分としてＳｉＣウイスカーを含有させると、材料の靭性
及び硬さを著しく向上させる作用があるほか、熱伝導率
も高めることが可能である。また、Ｔｉの炭化物、窒化
物及び炭窒化物のうち一種または二種以上を含有させる
と、該セラミック材料が本来具備する高靭性を損なうこ
となく強度と耐摩耗性を一段と向上させることが可能で
ある。このような工具材料を矩形刃先を有する溝入れ旋
削加工に適用した場合、上記材質（組成）に由来する耐
摩耗性と放熱性のため、特にその威力を発揮する。
耗性そして高靭性などの特性が要求される鋳鉄材や耐熱
合金の高速溝入れ旋削加工セラミック工具を提供する。 【構成】 耐熱性と高熱伝導率を有する工具材料とし
て、窒化ケイ素セラミックスに注目し、これらに構成成
分としてＳｉＣウイスカーを含有させると、材料の靭性
及び硬さを著しく向上させる作用があるほか、熱伝導率
も高めることが可能である。また、Ｔｉの炭化物、窒化
物及び炭窒化物のうち一種または二種以上を含有させる
と、該セラミック材料が本来具備する高靭性を損なうこ
となく強度と耐摩耗性を一段と向上させることが可能で
ある。このような工具材料を矩形刃先を有する溝入れ旋
削加工に適用した場合、上記材質（組成）に由来する耐
摩耗性と放熱性のため、特にその威力を発揮する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鋳鉄材や耐熱合金の
溝入れ旋削加工用工具に関するものである。
溝入れ旋削加工用工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、溝入れ旋削加工用工具材料として
は、主として高靭性の観点から超硬合金やＴｉＣ基のサ
ーメツトが用いられてきたが、ねずみ鋳鉄材（ＦＣ３０
０相当）の加工において、びびりの発生及び発熱のた
め、寸法精度が維持できないなどの問題があり、工具寿
命も低いことから長寿命工具の開発が望まれている分野
であった。
は、主として高靭性の観点から超硬合金やＴｉＣ基のサ
ーメツトが用いられてきたが、ねずみ鋳鉄材（ＦＣ３０
０相当）の加工において、びびりの発生及び発熱のた
め、寸法精度が維持できないなどの問題があり、工具寿
命も低いことから長寿命工具の開発が望まれている分野
であった。
【０００３】超硬合金工具では耐熱性に問題があり、そ
してサーメツト工具では、熱伝導率が低く、切削中に工
具及び被削材に発生する熱の放散が少ないため、被削材
の発熱による寸法変化が大きな問題であり、また耐摩耗
性欠如の為に比較的短時間で寿命に到るのが現状であ
る。セラミツク材料の工具への適用は、これまでその低
靭性から、単純工具形状で仕上げ旋削加工などの比較的
軽負荷の用途に限定されてきた。
してサーメツト工具では、熱伝導率が低く、切削中に工
具及び被削材に発生する熱の放散が少ないため、被削材
の発熱による寸法変化が大きな問題であり、また耐摩耗
性欠如の為に比較的短時間で寿命に到るのが現状であ
る。セラミツク材料の工具への適用は、これまでその低
靭性から、単純工具形状で仕上げ旋削加工などの比較的
軽負荷の用途に限定されてきた。
【０００４】そのため重負荷の溝入れ旋削加工にセラミ
ック工具を適用することは行われていない。
ック工具を適用することは行われていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、工具
材料に、高強度と優れた耐摩耗性そして高靭性などの特
性が要求される鋳鉄材や耐熱合金の高速溝入れ旋削加工
セラミツク工具を提供することである。
材料に、高強度と優れた耐摩耗性そして高靭性などの特
性が要求される鋳鉄材や耐熱合金の高速溝入れ旋削加工
セラミツク工具を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、上
述のような観点から、より耐熱性と高熱伝導率を有する
材料として、サーメツト及び超硬合金ではなくセラミツ
クス基の材料に注目し、これに高い靭性と強度そして優
れた耐摩耗性と高い熱伝導率を付与すべく研究を行った
結果、これらに材料構成成分としてＳｉＣウイスカーを
含有させると、材料の靭性及び硬さを著しく向上させる
作用があるほか、熱伝導率も高めることが可能であるこ
とを見出した。
述のような観点から、より耐熱性と高熱伝導率を有する
材料として、サーメツト及び超硬合金ではなくセラミツ
クス基の材料に注目し、これに高い靭性と強度そして優
れた耐摩耗性と高い熱伝導率を付与すべく研究を行った
結果、これらに材料構成成分としてＳｉＣウイスカーを
含有させると、材料の靭性及び硬さを著しく向上させる
作用があるほか、熱伝導率も高めることが可能であるこ
とを見出した。
【０００７】次に、Ｔｉの炭化物、窒化物、及び炭窒化
物（以下、それぞれＴｉＣ、ＴｉＮ、及びＴｉＣＮで示
し、これを総合してＴｉの炭窒化物という）のうち一種
または二種以上を含有させると、セラミツク材料が本来
具備する高靭性を損なうことなく強度と耐摩耗性が一段
と向上するようになるという知見を得た。
物（以下、それぞれＴｉＣ、ＴｉＮ、及びＴｉＣＮで示
し、これを総合してＴｉの炭窒化物という）のうち一種
または二種以上を含有させると、セラミツク材料が本来
具備する高靭性を損なうことなく強度と耐摩耗性が一段
と向上するようになるという知見を得た。
【０００８】この発明は上記知見に基づいてなされたも
のであって、ＳｉＣウイスカー：１０〜３０％、Ｔｉの
炭窒化物のうち一種または二種以上：５〜３０％を含有
し、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及び酸化アル
ミニウムのうち二種以上それぞれ０．５〜２％含有し、
残りがＳｉ3Ｎ4と不可避不純物からなる溝入れ旋削加工
用セラミック工具である。
のであって、ＳｉＣウイスカー：１０〜３０％、Ｔｉの
炭窒化物のうち一種または二種以上：５〜３０％を含有
し、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及び酸化アル
ミニウムのうち二種以上それぞれ０．５〜２％含有し、
残りがＳｉ3Ｎ4と不可避不純物からなる溝入れ旋削加工
用セラミック工具である。
【０００９】また、上記材質（組成）に由来する耐摩耗
性と放熱性のため、特に矩形刃先を有する溝入れ旋削加
工においてその威力を発揮するセラミックエ具へ適用す
ることに特徴を有するものである。
性と放熱性のため、特に矩形刃先を有する溝入れ旋削加
工においてその威力を発揮するセラミックエ具へ適用す
ることに特徴を有するものである。
【００１０】次に、本発明のセラミツク材料において、
成分組成を上記の通りに限定した理由及び、工具刃先形
状を特定した理由を以下に説明する。
成分組成を上記の通りに限定した理由及び、工具刃先形
状を特定した理由を以下に説明する。
【００１１】（ａ）ＳｉＣウイスカー ＳｉＣウイスカー成分には、材料の靭性及び硬さを著し
く向上させるばかりでなく、熱伝導率も高める作用があ
るが、その含有量が１０％末満では、所望の上記特性を
発現し得ず、一方その含有量が３０％を超えると、焼結
性が低下するようになり、材料の強度が低下するように
なることから、その含有量を１０〜３０％と定めた。
く向上させるばかりでなく、熱伝導率も高める作用があ
るが、その含有量が１０％末満では、所望の上記特性を
発現し得ず、一方その含有量が３０％を超えると、焼結
性が低下するようになり、材料の強度が低下するように
なることから、その含有量を１０〜３０％と定めた。
【００１２】（ｂ）Ｔｉの炭窒化物 これらの成分には、マトリツクス（母材）であるＳｉ3
Ｎ4の粒成長を著しく抑制する作用があり、その結果、
これらの成分の含有によって、材料の強度と耐摩耗性が
著しく向上するようになるが、その含有量が５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
３０％を超えると、高温強度が低下し、且つ焼結性も低
下することから、その含有量を５〜３０％と定めた。
Ｎ4の粒成長を著しく抑制する作用があり、その結果、
これらの成分の含有によって、材料の強度と耐摩耗性が
著しく向上するようになるが、その含有量が５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
３０％を超えると、高温強度が低下し、且つ焼結性も低
下することから、その含有量を５〜３０％と定めた。
【００１３】（Ｃ）焼結助剤 酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニ
ウムは、チタニウム（Ｔｉ）炭窒化物との共存におい
て、特に焼結性を改善し、且つ粒成長を抑制する作用が
ある。
ウムは、チタニウム（Ｔｉ）炭窒化物との共存におい
て、特に焼結性を改善し、且つ粒成長を抑制する作用が
ある。
【００１４】それぞれの含有量が０．５％未満では、前
記作用に所望の効果が得られず、一方、２％を超えると
高温強度の低下を来すようになることからそれぞれの含
有量を０．５〜２％と定めた。
記作用に所望の効果が得られず、一方、２％を超えると
高温強度の低下を来すようになることからそれぞれの含
有量を０．５〜２％と定めた。
【００１５】またこれらの含有を二種類以上と限定した
理由は一種類では十分な効果が得られないからであり、
本発明材料のようなＳｉＣウイスカー及びＴｉの炭窒化
物の両方を添加する複合強化材料に二種類以上の添加が
必要である。
理由は一種類では十分な効果が得られないからであり、
本発明材料のようなＳｉＣウイスカー及びＴｉの炭窒化
物の両方を添加する複合強化材料に二種類以上の添加が
必要である。
【００１６】そしてこれらの強化材の量が多くしかも強
度と耐摩耗性の兼備が要求されるとき三種類の添加が有
効である。
度と耐摩耗性の兼備が要求されるとき三種類の添加が有
効である。
【００１７】（ｄ）工具形状 従来工具であるサーメットにおいては、すくい角α＝６
゜であり、その靭性の高さから鋭利な刃先を採用してい
たが、サーメット工具に比べて若干靭性に劣るセラミッ
クスにおいては、α＝５°とし、靭性不足を補うべく小
さい値とした。またこのすくい角を５゜末満にすると切
れ味において劣るため５゜に設定した。
゜であり、その靭性の高さから鋭利な刃先を採用してい
たが、サーメット工具に比べて若干靭性に劣るセラミッ
クスにおいては、α＝５°とし、靭性不足を補うべく小
さい値とした。またこのすくい角を５゜末満にすると切
れ味において劣るため５゜に設定した。
【００１８】一方、逃げ角βは特に材料特性の違いを反
映しないのでサーメット工具と同様に５°とした。ま
た、工具の幅は、加工する溝の大きさにより可変である
べきであるが、４ｍｍ末満では工具への加工において困
難性を極めるため、そして１０ｍｍ超では工具材料とし
ての焼結体の強度確保の点で製造技術上問題があるため
それ以下が望ましい。
映しないのでサーメット工具と同様に５°とした。ま
た、工具の幅は、加工する溝の大きさにより可変である
べきであるが、４ｍｍ末満では工具への加工において困
難性を極めるため、そして１０ｍｍ超では工具材料とし
ての焼結体の強度確保の点で製造技術上問題があるため
それ以下が望ましい。
【００１９】
【実施例】次に、この発明のセラミツク材料を実施例に
より具体的に説明する。原料粉末として、２０〜２００
μｍの範囲内の所定長さ、及び０．１〜１．６μｍの範
囲内の所定の径を有するＳｉＣウイスカー、いずれも市
販の平均粒径：０．５μｍの金属酸化物粉末、同０．７
μｍのＴｉの炭窒化物粉末、及び同０．３μｍのＳｉ3
Ｎ4粉末を準備し、まず、これら原料粉末のうちＳｉＣ
ウイスカーを除いて所定の割合に配合し、これに溶媒と
してアセトンを加えてボールミルにて２４ｈ混合し、乾
燥・解砕後マトリツクス粉末を得た。
より具体的に説明する。原料粉末として、２０〜２００
μｍの範囲内の所定長さ、及び０．１〜１．６μｍの範
囲内の所定の径を有するＳｉＣウイスカー、いずれも市
販の平均粒径：０．５μｍの金属酸化物粉末、同０．７
μｍのＴｉの炭窒化物粉末、及び同０．３μｍのＳｉ3
Ｎ4粉末を準備し、まず、これら原料粉末のうちＳｉＣ
ウイスカーを除いて所定の割合に配合し、これに溶媒と
してアセトンを加えてボールミルにて２４ｈ混合し、乾
燥・解砕後マトリツクス粉末を得た。
【００２０】次に上述したマトリツクス粉末に所定量の
ＳｉＣウイスカーを精製水とともに加え、ジエチルアミ
ンを滴下することによってそのスラリーのｐＨをアルカ
リ側に調整した後ボールミルを用いて１ｈ混合し、ウイ
スカーを均一に分散させた。そして混合スラリーに超音
波振動を付加し、攪拌しながら硝酸を滴下し、ｐＨを７
に変化させる。
ＳｉＣウイスカーを精製水とともに加え、ジエチルアミ
ンを滴下することによってそのスラリーのｐＨをアルカ
リ側に調整した後ボールミルを用いて１ｈ混合し、ウイ
スカーを均一に分散させた。そして混合スラリーに超音
波振動を付加し、攪拌しながら硝酸を滴下し、ｐＨを７
に変化させる。
【００２１】これによりスラリーの粘度が急激に上昇
し、粒子の移動が妨げられ、ウイスカーの均一分散状態
を固定することが可能である。
し、粒子の移動が妨げられ、ウイスカーの均一分散状態
を固定することが可能である。
【００２２】このスラリーを吸引濾過し、水分を除去し
た後、乾燥・粉砕した混合粉末を、温度１７７０℃、圧
力４０ＭＰａの条件でホツトプレス焼成することによっ
て、第１表に示される配合組成と実質的に同一の成分組
成を有する本発明セラミツク材料１〜５及び比較材料６
〜７をそれぞれ製造した。
た後、乾燥・粉砕した混合粉末を、温度１７７０℃、圧
力４０ＭＰａの条件でホツトプレス焼成することによっ
て、第１表に示される配合組成と実質的に同一の成分組
成を有する本発明セラミツク材料１〜５及び比較材料６
〜７をそれぞれ製造した。
【００２３】次に、得られた各種セラミツク材料につい
て、それぞれ耐摩耗性、抗折強度、及び靭性を評価する
目的で、ヴィッカース硬さ、抗折力、及び破壊靭性値を
測定し、さらにこの材料からＳＮＧＮ４３２の形状を有
する切削チップを切り出し、鋳鉄材（ＦＣ３００相当）
の断続切削試験を行い破損に到るまでの衝撃回数を測定
した。その結果を第１表に示す。
て、それぞれ耐摩耗性、抗折強度、及び靭性を評価する
目的で、ヴィッカース硬さ、抗折力、及び破壊靭性値を
測定し、さらにこの材料からＳＮＧＮ４３２の形状を有
する切削チップを切り出し、鋳鉄材（ＦＣ３００相当）
の断続切削試験を行い破損に到るまでの衝撃回数を測定
した。その結果を第１表に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】さらに、材料４に相当する材料から図１に
示すような形状の切削チップを切り出し、幅５ｍｍ、深
さ３．５ｍｍの溝入れ加工実験を行った。切削速度は４
００ｍ／ｍｉｎであった。比較材も含めた加工実験の結
果を第２表に示す。
示すような形状の切削チップを切り出し、幅５ｍｍ、深
さ３．５ｍｍの溝入れ加工実験を行った。切削速度は４
００ｍ／ｍｉｎであった。比較材も含めた加工実験の結
果を第２表に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】第１表に示される結果から、本発明Ｓｉ3
Ｎ4基セラミツク材料１〜５は、比較材として評価した
Ａｌ2Ｏ3基セラミツクエ具とほぼ同等の高靭性を有する
状態で、これより一段とすぐれた工具性能（耐摩耗性）
を有することが明らかである。
Ｎ4基セラミツク材料１〜５は、比較材として評価した
Ａｌ2Ｏ3基セラミツクエ具とほぼ同等の高靭性を有する
状態で、これより一段とすぐれた工具性能（耐摩耗性）
を有することが明らかである。
【００２８】さらに、第２表に示した結果から、鋳鉄材
の溝入れ加工に適用したところ、非常によい仕上げ面を
得ると同時にビビリの発生もなく、能率の点で２．２
倍、寿命の点で１６．７倍の改善が可能となった。
の溝入れ加工に適用したところ、非常によい仕上げ面を
得ると同時にビビリの発生もなく、能率の点で２．２
倍、寿命の点で１６．７倍の改善が可能となった。
【００２９】
【発明の効果】本発明のセラミツク材料は、高強度と高
靭性、さらに優れた耐摩耗性を有するので、特にこれら
の特性が要求される高速切削や断続切削さらに溝入れ加
工に切削工具として用いた場合著しく長期にわたって優
れた切削性能を発揮するのである。
靭性、さらに優れた耐摩耗性を有するので、特にこれら
の特性が要求される高速切削や断続切削さらに溝入れ加
工に切削工具として用いた場合著しく長期にわたって優
れた切削性能を発揮するのである。
【図１】本発明の溝入れ旋削加工用セラミック工具の形
状を示した説明図。
状を示した説明図。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％として炭化けい素ウイスカー：１
０〜３０％、Ｔｉの炭化物、窒化物、及び炭窒化物のう
ち一種または二種以上：５〜３０％、そして焼結助剤と
しての酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及び酸化ア
ルミニウムのうちの２種類以上をそれぞれ０．５〜２％
含有し、残りが窒化ケイ素であることを特徴とする溝入
れ旋削加工用セラミツク工具。 - 【請求項２】 幅４〜１０ｍｍ、すくい角α＝５゜、逃
げ角β＝５°の矩形刃先を有する請求項１記載の溝入れ
旋削加工用セラミツク工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5132509A JPH06320305A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 溝入れ旋削加工用セラミック工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5132509A JPH06320305A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 溝入れ旋削加工用セラミック工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06320305A true JPH06320305A (ja) | 1994-11-22 |
Family
ID=15083017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5132509A Withdrawn JPH06320305A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 溝入れ旋削加工用セラミック工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06320305A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002096024A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波ホーン用セラミック部材及びこれを備える超音波ホーン |
| CN104227025A (zh) * | 2014-09-01 | 2014-12-24 | 齐鲁工业大学 | 微量润滑条件下氧化铝基复合陶瓷刀具车削淬火45钢方法 |
| CN104289968A (zh) * | 2014-09-01 | 2015-01-21 | 齐鲁工业大学 | 微量润滑条件下氧化铝基复合陶瓷刀具车削206不锈钢方法 |
| EP1558431B1 (en) | 2002-10-18 | 2017-05-03 | Kennametal Inc. | Metal cutting insert with chip breaking surfaces |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP5132509A patent/JPH06320305A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002096024A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波ホーン用セラミック部材及びこれを備える超音波ホーン |
| EP1558431B1 (en) | 2002-10-18 | 2017-05-03 | Kennametal Inc. | Metal cutting insert with chip breaking surfaces |
| CN104227025A (zh) * | 2014-09-01 | 2014-12-24 | 齐鲁工业大学 | 微量润滑条件下氧化铝基复合陶瓷刀具车削淬火45钢方法 |
| CN104289968A (zh) * | 2014-09-01 | 2015-01-21 | 齐鲁工业大学 | 微量润滑条件下氧化铝基复合陶瓷刀具车削206不锈钢方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000801 |