JPH078428B2 - 掘削用ドリルの製造方法 - Google Patents
掘削用ドリルの製造方法Info
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- JPH078428B2 JPH078428B2 JP6194790A JP6194790A JPH078428B2 JP H078428 B2 JPH078428 B2 JP H078428B2 JP 6194790 A JP6194790 A JP 6194790A JP 6194790 A JP6194790 A JP 6194790A JP H078428 B2 JPH078428 B2 JP H078428B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外周部の所要箇所に硬質粒体を配したドリル
を鋳造により製造する方法に関する。
を鋳造により製造する方法に関する。
従来から、鋳物からなる本体の外周に所要数の硬質粒体
を配設したドリルを製造する方法としては、溶湯中に上
記硬質粒体を混入して遠心鋳造を行ない、溶湯との比重
差により、該硬質粒体を本体の外周面に偏析させること
が公知である。
を配設したドリルを製造する方法としては、溶湯中に上
記硬質粒体を混入して遠心鋳造を行ない、溶湯との比重
差により、該硬質粒体を本体の外周面に偏析させること
が公知である。
しかし、上記従来方法によると、以下の理由から、硬質
粒体を溶湯中に混入する時期の設定がきわめて難しかっ
た。
粒体を溶湯中に混入する時期の設定がきわめて難しかっ
た。
鋳型内に溶湯を注入した後に硬質粒体を混入させた場
合は、この硬質粒体が遠心力によって溶湯中を外周へ向
けて移動する過程で溶湯が凝固してしまい、鋳物製本体
の外周面に硬質粒体を偏析させることができない。
合は、この硬質粒体が遠心力によって溶湯中を外周へ向
けて移動する過程で溶湯が凝固してしまい、鋳物製本体
の外周面に硬質粒体を偏析させることができない。
あらかじめ鋳型内に硬質粒体を入れてから溶湯を注入
した場合は、硬質粒体が鋳物に十分に鋳包まれないた
め、本体との密着強度が弱く、ドリルとしての耐久性が
劣る。
した場合は、硬質粒体が鋳物に十分に鋳包まれないた
め、本体との密着強度が弱く、ドリルとしての耐久性が
劣る。
溶湯と硬質粒体を同時に鋳型内に投入した場合は、本
体の外周に硬質粒体が望ましい状態に分布することもあ
るが、大半は本体の内部に層状に分離したような分布状
態となってしまい、ドリルとしての性能のばらつきが大
きい。
体の外周に硬質粒体が望ましい状態に分布することもあ
るが、大半は本体の内部に層状に分離したような分布状
態となってしまい、ドリルとしての性能のばらつきが大
きい。
本発明は、このような点に鑑み、上記硬質粒体をドリル
本体の外周部に所望の分布状態で偏析させることが可能
な方法を提供することを課題とするものである。
本体の外周部に所望の分布状態で偏析させることが可能
な方法を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するため、本発明に係る掘削用ドリルの
製造方法は、無数の微細な硬質粒子を混入分散させたメ
ッキ浴中で、電鋳用中子の内面に複合メッキして金属マ
トリクス中に上記無数の硬質粒子を均密に共析させた構
造の外殻を得る第一工程と、上記電鋳用中子を溶融除去
後に上記外殻の外周に鋳砂を充填して外殻と砂型からな
る二重構造の鋳型を得る第二工程と、上記鋳型を回転さ
せるとともにその外殻内面に鋳鉄溶湯を注入して遠心鋳
造を行なう第三工程とからなり、上記硬質粒子は、上記
金属マトリクスおよび鋳鉄よりも高融点でかつ高硬度・
高比重である構成としたものである。
製造方法は、無数の微細な硬質粒子を混入分散させたメ
ッキ浴中で、電鋳用中子の内面に複合メッキして金属マ
トリクス中に上記無数の硬質粒子を均密に共析させた構
造の外殻を得る第一工程と、上記電鋳用中子を溶融除去
後に上記外殻の外周に鋳砂を充填して外殻と砂型からな
る二重構造の鋳型を得る第二工程と、上記鋳型を回転さ
せるとともにその外殻内面に鋳鉄溶湯を注入して遠心鋳
造を行なう第三工程とからなり、上記硬質粒子は、上記
金属マトリクスおよび鋳鉄よりも高融点でかつ高硬度・
高比重である構成としたものである。
本発明方法によると、第一工程の複合メッキにおいて、
メッキ浴中に均一に分散混入した無数の微細な硬質粒子
は、電鋳用中子の内面に析出する金属皮膜に埋め込まれ
るように吸着されるので、金属マトリクス中に硬質粒子
が均一に分散された組織を持つ金属外殻が電鋳成型され
る。
メッキ浴中に均一に分散混入した無数の微細な硬質粒子
は、電鋳用中子の内面に析出する金属皮膜に埋め込まれ
るように吸着されるので、金属マトリクス中に硬質粒子
が均一に分散された組織を持つ金属外殻が電鋳成型され
る。
次に、上記外殻とその外周に成型した砂型とからなる二
重構造の鋳型を得る第二工程を経て、第三工程において
上記鋳型を用いて遠心鋳造を行なうと、鋳型内面を構成
していた外殻の金属マトリクスの一部は、鋳鉄溶湯の凝
固過程で熱により鋳鉄に溶着一体化されてドリル本体の
外層部を構成するとともに、上記金属マトリクスの融解
にともなって、該部分に存在していた高比重の硬質粒子
は、融解することなく外周側へ移動するので、外表面に
無数の硬質粒子を凝集して埋め込んだ構造の外層部をも
つドリル本体が得られる。
重構造の鋳型を得る第二工程を経て、第三工程において
上記鋳型を用いて遠心鋳造を行なうと、鋳型内面を構成
していた外殻の金属マトリクスの一部は、鋳鉄溶湯の凝
固過程で熱により鋳鉄に溶着一体化されてドリル本体の
外層部を構成するとともに、上記金属マトリクスの融解
にともなって、該部分に存在していた高比重の硬質粒子
は、融解することなく外周側へ移動するので、外表面に
無数の硬質粒子を凝集して埋め込んだ構造の外層部をも
つドリル本体が得られる。
以下、本発明製造方法を、第１図に例示したような、半
球状の本体２の外層部に無数の微細な硬質粒子４を均一
に分散して埋め込んだドリルを得るための図示の一実施
例を参照しながら順を追って説明する。
球状の本体２の外層部に無数の微細な硬質粒子４を均一
に分散して埋め込んだドリルを得るための図示の一実施
例を参照しながら順を追って説明する。
まず第一工程を示す第２図において、６は製造しようと
する上記ドリル本体２の外形と対応する球面状の内面6a
を有する電鋳用中子で、ABS樹脂、BS樹脂あるいはアル
ミニウム材等、溶剤によって溶解可能な材質からなる。
する上記ドリル本体２の外形と対応する球面状の内面6a
を有する電鋳用中子で、ABS樹脂、BS樹脂あるいはアル
ミニウム材等、溶剤によって溶解可能な材質からなる。
電鋳用中子６がABS樹脂あるいはBS樹脂である場合は、
該電鋳用中子６の表面に数μｍの厚さで無電解メッキを
施すことによって導電性を付与した後、電気メッキによ
る後記複合メッキを行ない、上記内面6aに外殻８を成型
する。
該電鋳用中子６の表面に数μｍの厚さで無電解メッキを
施すことによって導電性を付与した後、電気メッキによ
る後記複合メッキを行ない、上記内面6aに外殻８を成型
する。
上記無電解メッキはこの場合ニッケル（以下、Niとい
う）が最適と考えられるが、他の金属材でも良い。無電
解メッキの処理工程としては、電鋳用中子６表面の脱脂
洗浄→クロム酸エッチング→活性付与処理の各工程を経
て、無電解メッキ浴によってNiを電鋳用中子６の表面に
析出させる。
う）が最適と考えられるが、他の金属材でも良い。無電
解メッキの処理工程としては、電鋳用中子６表面の脱脂
洗浄→クロム酸エッチング→活性付与処理の各工程を経
て、無電解メッキ浴によってNiを電鋳用中子６の表面に
析出させる。
次に、金属の電解液にアルミナ（Al2O3），炭化珪素（S
iO），炭化チタン（TiC），炭化タングステン（WC），
窒化ホウ素（BN）等からなる無数の微細な硬質粒子４を
分散混入したメッキ浴中で、上記電鋳用中子６に電気メ
ッキすなわち複合メッキを行ない、後記する次工程での
砂型12の荷重に耐えることのできる厚さの外殻８を電鋳
成形する。
iO），炭化チタン（TiC），炭化タングステン（WC），
窒化ホウ素（BN）等からなる無数の微細な硬質粒子４を
分散混入したメッキ浴中で、上記電鋳用中子６に電気メ
ッキすなわち複合メッキを行ない、後記する次工程での
砂型12の荷重に耐えることのできる厚さの外殻８を電鋳
成形する。
この複合メッキによると、電鋳用中子６に析出した金属
の表面に電解液中の硬質粒子４が吸着し、吸着したこの
粒子４がさらにその上から析出金属によって包み込まれ
るといった共析現象が繰返されるので、この工程で電鋳
成型される外殻８は、第３図に拡大して示すように、金
属マトリクス10の中にの硬質粒子４が均密に分布した相
となる。
の表面に電解液中の硬質粒子４が吸着し、吸着したこの
粒子４がさらにその上から析出金属によって包み込まれ
るといった共析現象が繰返されるので、この工程で電鋳
成型される外殻８は、第３図に拡大して示すように、金
属マトリクス10の中にの硬質粒子４が均密に分布した相
となる。
金属マトリクス10の材質としては、Niをはじめ、Ni−Co
合金、Ni−Fe合金等が挙げられるが、金属マトリクス10
自体を硬質にする観点では、Ni−Co合金が好適である。
Ni−Co合金メッキ浴の組成の一例を挙げると、スルファ
ミン酸ニッケル600g/，塩化ニッケル5g/，ホウ酸40
g/の混合液に種々の濃度のスルファミン酸コバルトを
添加する。この場合、析出する金属マトリクス10中のコ
バルト含有量が約35％まで増すとともに硬さが増大し、
ビッカース硬度（Hv）で約550まで上昇する。そして、
上記複合メッキ法によりこのNi−Co合金に硬質粒子４と
してたとえば炭化タングステン（WC,粒径が数μｍ〜0.1
mm）を共析量25Vol％前後含ませることによって、Hv600
程度までさらに硬度を上昇させることができる。
合金、Ni−Fe合金等が挙げられるが、金属マトリクス10
自体を硬質にする観点では、Ni−Co合金が好適である。
Ni−Co合金メッキ浴の組成の一例を挙げると、スルファ
ミン酸ニッケル600g/，塩化ニッケル5g/，ホウ酸40
g/の混合液に種々の濃度のスルファミン酸コバルトを
添加する。この場合、析出する金属マトリクス10中のコ
バルト含有量が約35％まで増すとともに硬さが増大し、
ビッカース硬度（Hv）で約550まで上昇する。そして、
上記複合メッキ法によりこのNi−Co合金に硬質粒子４と
してたとえば炭化タングステン（WC,粒径が数μｍ〜0.1
mm）を共析量25Vol％前後含ませることによって、Hv600
程度までさらに硬度を上昇させることができる。
なお、電鋳用中子６がアルミニウムである場合は、上記
複合メッキに先立って無電解メッキを施す必要はなく、
前処理後、該中子６の内面6aに直接複合メッキを施すこ
とができる。また、上記工程において外殻８を成型する
必要のない内面6a以外の表面にはマスキング等の処理を
施すことは勿論である。
複合メッキに先立って無電解メッキを施す必要はなく、
前処理後、該中子６の内面6aに直接複合メッキを施すこ
とができる。また、上記工程において外殻８を成型する
必要のない内面6a以外の表面にはマスキング等の処理を
施すことは勿論である。
次に第二工程においては、まず電鋳用中子６を溶解除去
することによって外殻８を取り出す。このとき、電鋳用
中子６がABS等の樹脂材である場合は、ケトン系または
塩化メチレン等の有機溶剤中に浸漬して溶解し、またア
ルミニウムである場合は20〜50％苛性ソーダ水溶液を用
いて溶解する。そして、第４図に示すように、取り出し
た外殻８を側板16と蓋板18からなる鋳枠14内に収容固定
し、外殻８を雄型として上記鋳枠14内に鋳砂12′を充填
し、砂型12を成型する。この場合、鋳砂12′を均密に充
填するためにスタンピングを行なう。
することによって外殻８を取り出す。このとき、電鋳用
中子６がABS等の樹脂材である場合は、ケトン系または
塩化メチレン等の有機溶剤中に浸漬して溶解し、またア
ルミニウムである場合は20〜50％苛性ソーダ水溶液を用
いて溶解する。そして、第４図に示すように、取り出し
た外殻８を側板16と蓋板18からなる鋳枠14内に収容固定
し、外殻８を雄型として上記鋳枠14内に鋳砂12′を充填
し、砂型12を成型する。この場合、鋳砂12′を均密に充
填するためにスタンピングを行なう。
さらに、第５図に示す第三工程において、鋳砂12′が脱
落しないように底板20を鋳枠14に固定するとともに、蓋
板18を撤去し、上記外殻10と砂型12との二重構造になる
鋳型22を鋳枠14とともに天地逆にして、すなわち上記鋳
型22の内周空間24が上方へ開口した状態として遠心鋳造
用回転盤26上に固定し、適当な回転数で回転させる。な
お上記において、蓋板18は、鋳型22の内周空間24への鋳
鉄溶湯28の注入が可能な開口部を有するものであれば、
撤去する必要はない。
落しないように底板20を鋳枠14に固定するとともに、蓋
板18を撤去し、上記外殻10と砂型12との二重構造になる
鋳型22を鋳枠14とともに天地逆にして、すなわち上記鋳
型22の内周空間24が上方へ開口した状態として遠心鋳造
用回転盤26上に固定し、適当な回転数で回転させる。な
お上記において、蓋板18は、鋳型22の内周空間24への鋳
鉄溶湯28の注入が可能な開口部を有するものであれば、
撤去する必要はない。
鋳鉄溶湯28は、一般的な黒鉛鋳鉄、あるいはNi-Cr鋳鉄
等の湯流れの良好な材料を選定して、これを1550〜1600
℃に加熱溶融したもので、この鋳鉄溶湯28を、回転して
いる上記鋳型22の内周空間24に適量注入して遠心鋳造を
行なう。注入された鋳鉄溶湯28は、回転中の遠心力によ
って、鋳型22の内面すなわち電鋳外殻８の球面状の内面
8aを覆うように上昇して半球状に賦形され、放熱して適
当な厚さで凝固する。
等の湯流れの良好な材料を選定して、これを1550〜1600
℃に加熱溶融したもので、この鋳鉄溶湯28を、回転して
いる上記鋳型22の内周空間24に適量注入して遠心鋳造を
行なう。注入された鋳鉄溶湯28は、回転中の遠心力によ
って、鋳型22の内面すなわち電鋳外殻８の球面状の内面
8aを覆うように上昇して半球状に賦形され、放熱して適
当な厚さで凝固する。
このとき、上記外殻８の金属マトリクス10を構成するNi
−Co合金の融点は1450〜1500℃であるので、鋳鉄溶湯28
からの熱によって、このNi−Co合金の一部が内面10a側
から融解し、凝固過程にある鋳鉄溶湯28中に拡散し、一
体化する。また、同時に、この部分に存在している硬質
粒子４は、たとえばWCの場合、融点が2630℃であるので
鋳鉄溶湯28中に融解拡散してしまうことはなく、しかも
鋳鉄の比重が7.3前後であるのに対し、WCの比重は15.5
であるので、この硬質粒子４には、遠心力による移動力
F; Ｆ＝ｍω2r （m;質量 ω；角速度 r;半径） が発生し、このため硬質粒子４は金属マトリックス10の
融解に伴って外周側へ移動して凝集される。したがっ
て、第６図に示すように、硬化冷却後、砂型12を除去し
て鋳枠14から取り出される製品としての鋳物製ドリル本
体２は、その外表面に硬度Hv600程度の金属組織に無数
の微細な硬質粒子４（WCの場合でHv2400）を凝集分布さ
せたきわめて硬質な構造となり、耐用寿命が著しく高い
ものである。
−Co合金の融点は1450〜1500℃であるので、鋳鉄溶湯28
からの熱によって、このNi−Co合金の一部が内面10a側
から融解し、凝固過程にある鋳鉄溶湯28中に拡散し、一
体化する。また、同時に、この部分に存在している硬質
粒子４は、たとえばWCの場合、融点が2630℃であるので
鋳鉄溶湯28中に融解拡散してしまうことはなく、しかも
鋳鉄の比重が7.3前後であるのに対し、WCの比重は15.5
であるので、この硬質粒子４には、遠心力による移動力
F; Ｆ＝ｍω2r （m;質量 ω；角速度 r;半径） が発生し、このため硬質粒子４は金属マトリックス10の
融解に伴って外周側へ移動して凝集される。したがっ
て、第６図に示すように、硬化冷却後、砂型12を除去し
て鋳枠14から取り出される製品としての鋳物製ドリル本
体２は、その外表面に硬度Hv600程度の金属組織に無数
の微細な硬質粒子４（WCの場合でHv2400）を凝集分布さ
せたきわめて硬質な構造となり、耐用寿命が著しく高い
ものである。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
たとえば本体２の形状は図示の半球状のほか、円錐状な
ど種々のものが含まれる。
たとえば本体２の形状は図示の半球状のほか、円錐状な
ど種々のものが含まれる。
以上、本発明によると、第一工程において外殻内に均一
に分散共析させた硬質粒子が、第三工程の遠心鋳造にお
いて外表面に凝集されるため、従来のような硬質粒子の
分布のばらつきがなく、しかも上記外殻が鋳鉄コア中へ
拡散して形成される金属組織によって、硬質粒子周囲の
金属マトリクス自体も強度が向上するので、製品として
の掘削用ドリルの寿命を著しく高めることができるとい
った優れた効果を奏する。
に分散共析させた硬質粒子が、第三工程の遠心鋳造にお
いて外表面に凝集されるため、従来のような硬質粒子の
分布のばらつきがなく、しかも上記外殻が鋳鉄コア中へ
拡散して形成される金属組織によって、硬質粒子周囲の
金属マトリクス自体も強度が向上するので、製品として
の掘削用ドリルの寿命を著しく高めることができるとい
った優れた効果を奏する。
第１図は本発明方法によって製造される製品の斜視図、
第２図は本発明方法の第一工程を示す説明図、第３図は
第一工程で得られる外殻の概略的な拡大断面図、第４図
は第二工程を示す説明図、第５図および第６図は第三工
程を示す説明図である。 ２ドリル本体、４硬質粒子 ６電鋳用中子、6a内面、８外殻 10金属マトリクス、12砂型 12′鋳砂22鋳型、26回転盤 28鋳鉄溶湯
第２図は本発明方法の第一工程を示す説明図、第３図は
第一工程で得られる外殻の概略的な拡大断面図、第４図
は第二工程を示す説明図、第５図および第６図は第三工
程を示す説明図である。 ２ドリル本体、４硬質粒子 ６電鋳用中子、6a内面、８外殻 10金属マトリクス、12砂型 12′鋳砂22鋳型、26回転盤 28鋳鉄溶湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｅ２１Ｂ 10/46 7505−2Ｄ
Claims (1)
- 【請求項１】無数の微細な硬質粒子を混入分散させたメ
ッキ浴中で、電鋳用中子の内面に複合メッキして金属マ
トリクス中に上記無数の硬質粒子を均密に共析させた構
造の外殻を得る第一工程と、上記電鋳用中子を溶融除去
後に上記外殻の外周に鋳砂を充填して外殻と砂型からな
る二重構造の鋳型を得る第二工程と、上記鋳型を回転さ
せるとともにその外殻内面に鋳鉄溶湯を注入して遠心鋳
造を行なう第三工程とからなり、上記硬質粒子は、上記
金属マトリクスおよび鋳鉄よりも高融点でかつ高硬度・
高比重であることを特徴とする掘削用ドリルの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6194790A JPH078428B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 掘削用ドリルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6194790A JPH078428B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 掘削用ドリルの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03262893A JPH03262893A (ja) | 1991-11-22 |
| JPH078428B2 true JPH078428B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=13185898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6194790A Expired - Fee Related JPH078428B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 掘削用ドリルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH078428B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005273439A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-10-06 | Kubota Corp | 掘削用のビット |
| CN103003010A (zh) | 2010-05-20 | 2013-03-27 | 贝克休斯公司 | 形成钻地工具的至少一部分的方法，以及通过此类方法形成的制品 |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP6194790A patent/JPH078428B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03262893A (ja) | 1991-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |