JPH10193206A - 切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する
切削工具を提供する。 【解決手段】 切削工具が、ＢＮ基焼結材料で構成され
た切刃片を、重量％で、Ｃｕ：２０〜３５％、Ｔｉ：１
〜５％、Ｉｎ：１〜２０％を含有し、残りがＡｇと不可
避不純物からなる組成を有するＡｇ合金ろう材を用い
て、ＷＣ基超硬合金で構成された工具本体の切刃片ろう
付け部に直接ろう付けしたものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化ほう素（以
下、ＢＮで示す）を主成分として含有するＢＮ基焼結材
料で構成された切刃片が、炭化タングステン（以下、Ｗ
Ｃで示す）を主成分として含有するＷＣ基超硬合金で構
成された工具本体の切刃片ろう付け部に、高い接合強度
で直接ろう付けされ、したがって高速切削に用いても上
記切刃片に剥離の発生がなく、長期に亘ってすぐれた切
削性能を発揮する切削工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に切刃片としてＢＮ基焼結材
料を用いた切削工具としては、例えば特公平１−１６８
９４号公報の実施例に記載されるように、ＢＮ基焼結材
料で構成された切刃層とＷＣ基超硬合金で構成された下
地層からなる複合切刃片を通常の超高圧焼結装置を用い
て製造し、これを、ろう付け接合面となる前記下地層と
同じＷＣ基超硬合金で構成された工具本体の切刃片ろう
付け部に、ＷＣ基超硬合金用ろう材として知られてい
る、重量％（以下、％は重量％を示す）で、例えばＣ
ｕ：３０％、Ｚｎ：２８％、Ｎｉ：２％を含有し、残り
がＡｇと不可避不純物からなる代表組成を有するＡｇ合
金のろう材を用いてろう付けしてなる切削工具が広く知
られており、これがスローアウエイチップ（以下、単に
チップと云う）やドリル、さらにエンドミルやリーマな
どの切削工具として、鋳鉄や高合金鋼、さらに銅溶浸Ｆ
ｅ系焼結材料などの連続切削や断続切削、さらに穴加工
や通し孔加工、板材の端面加工などの切削加工に用いら
れることも良く知られるところである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
装置の高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化に
対する要求も強く、これに伴なって、切削加工は高速化
の傾向にあるが、上記の各種従来切削工具においては、
これを高速切削に用いると、工具本体と複合切刃片のろ
う付け部は、それぞれがＷＣ基超硬合金で構成されてい
るので接合上問題はないが、前記複合切刃片を構成する
ＢＮ基焼結材料の切刃層とＷＣ基超硬合金の下地層との
接合強度が不十分であるために、この部分から剥離が発
生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状であ
る。

【０００４】

【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、切刃片全体をＢＮ基焼結材料で
構成し、これをＷＣ基超硬合金の工具本体の切刃片ろう
付け部に強固な接合強度で直接ろう付けすることができ
るろう材を開発すべく研究を行なった結果、Ｃｕ：２０
〜３５％、 Ｔｉ：１〜５％、Ｉｎ：１〜２０％、を
含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有す
るＡｇ合金ろう材を用いて、ＷＣ基超硬合金の工具本体
の切刃片ろう付け部に、直接ＢＮ基焼結材料、望ましく
は分散相が組織上３５〜９５面積％の立方晶窒化ほう素
（以下、ＣＢＮで示す）で構成され、残りの結合相が炭
化チタン（以下、ＴｉＣで示す）、窒化チタン（以下、
ＴｉＮで示す）、炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示
す）、ほう化チタン（以下、ＴｉＢ₂ で示す）、窒化ア
ルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）、および酸化アルミ
ニウム（以下、Ａｌ₂ Ｏ₃ で示す）、さらにＣｏのうち
の１種以上、あるいはこれらの２種以上の固溶体で構成
されたＣＢＮ基焼結材料からなる切刃片をろう付けする
と、前記工具本体と前記切刃片の間にはすぐれたろう付
け接合強度が確保されるようになり、したがってこの結
果の切削工具は、これを高速切削に用いても前記切刃片
に剥離の発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発
揮するという研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、ＢＮ基焼結材料、望ましくはＣ
ＢＮ基焼結材料で構成された切刃片を、Ｃｕ：２０〜３
５％、 Ｔｉ：１〜５％、Ｉｎ：１〜２０％、を含有
し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡ
ｇ合金ろう材を介して、ＷＣ基超硬合金で構成された工
具本体の切刃片ろう付け部に、直接ろう付けしてなる、
切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工具に
特徴を有するものである。

【０００６】つぎに、この発明の切削工具において、こ
れを構成するＡｇ合金ろう材の成分組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。 （ａ） Ｃｕ Ｃｕ成分には、ろう材の融点を下げ、もって流動性を増
して、ろう付け接合を可能ならしめる作用があるが、そ
の含有量が２０％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３５％を越えると、ろう付け部
の強度が低下するようになることから、その含有量を２
０〜３５％、望ましくは２５〜３０％と定めた。

【０００７】（ｂ） Ｔｉ Ｔｉ成分には、ろう材自体の強度を向上させ、もってろ
う付け部の強度を向上させる作用があるが、その含有量
が１％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５％を越えると、ろう付け時の流動性が低
下するようになることから、その含有量を１〜５％、望
ましくは２〜４％と定めた。

【０００８】（ｃ） Ｉｎ Ｉｎ成分には、ろう材の融点を下げると共に、工具本体
と切刃片に対するぬれ性を一段と向上させ、もって接合
強度を向上させる作用があるが、その含有量が１％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２０％を越えると、ろう付け部の強度が低下するよう
になることから、その含有量を１〜２０％、望ましくは
１０〜１５％と定めた。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の切削工具を実
施例により具体的に説明する。まず、工具本体を製造す
る目的で、原料粉末として、いずれも０．５〜１０μｍ
の範囲内の所定の平均粒径を有する、ＷＣ粉末、ＴａＣ
粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［重量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０
／５０］粉末、およびＣｏ粉末を用い、これら原料粉末
を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２
時間湿式混合し、乾燥した後、１ｔｏｎ／ｃｍ² の圧力
で所定形状の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体
を、１×１０^-3torrの真空中、１３５０〜１４５０℃の
範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で焼結し、焼結
体に機械加工を施すことにより、いずれもＷＣ基超硬合
金製にして、ＣＩＳ規格ＴＮＧＡ３３２の形状（厚さ：
３．１８mm×一辺長さ：１６mmの正三角形）をもったチ
ップ本体Ａ−１〜Ａ−３、直径：１２ｍｍの２枚刃形状
のドリル本体Ａ−４〜Ａ−５、直径：１２ｍｍの２枚刃
形状のエンドミル本体Ａ−６〜Ａ−７、および直径：６
ｍｍの１枚刃形状のリーマ本体Ａ−８〜Ａ−１０をそれ
ぞれ製造した。

【００１０】また、切刃片を製造する目的で、原料粉末
として、いずれも０．５〜５μｍの範囲内の所定の平均
粒径を有する、純度：９９．９５％のＣＢＮ粉末、Ｔｉ
Ｃ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＢ₂ 粉末、Ａ
ｌＮ粉末、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末、およびＣｏ粉末を用い、こ
れら原料粉末を表２に示される配合組成に配合し、ボー
ルミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、３ｔｏｎ／
ｃｍ² の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、これ
ら圧粉体を通常のベルト型超高圧焼結装置に装入し、４
〜６ＧＰａの範囲内の所定の圧力で、１２００〜１４０
０℃の範囲内の所定の温度に、３０分間保持の条件で焼
結して直径：２０mm×厚さ：１．５mmの寸法をもったＣ
ＢＮ基焼結材料からなる焼結体を形成し、これにワイヤ
ー放電加工機を用いて機械加工を施すことにより、一辺
長さが５ｍｍの正三角形形状のチップ用切刃片Ｂ−１〜
Ｂ−３、半径：３．５ｍｍ×中心角：１２０度の扇形形
状のドリル用切刃片Ｂ−４〜Ｂ−５、縦：６ｍｍ×横：
１．５ｍｍの長方形形状のエンドミル用切刃片Ｂ−６〜
Ｂ−７、および半径：３ｍｍ×中心角：９０度の扇形形
状のリーマ用切刃片Ｂ−８〜Ｂ−１０をそれぞれ製造し
た。

【００１１】さらに、真空溶解炉を用い、アルミナるつ
ぼにて、表３に示される成分組成をもったＡｇ合金溶湯
を調製し、いすれも通常の条件で、インゴットに鋳造
し、熱間圧延と冷間圧延を施して厚さ：０．３５mmの本
発明Ａｇ合金ろう材（以下、本発明ろう材という）Ｃ−
１〜Ｃ−１０をそれぞれ製造した。

【００１２】ついで、上記の各種切刃片Ｂ−１〜Ｂ−１
０を、表４に示される組合せで、上記の各種工具本体Ａ
−１〜Ａ−１０のそれぞれの切刃片ろう付け部に、表４
に示される組合せで本発明ろう材Ｃ−１〜Ｃ−１０のそ
れぞれを挟んだ状態でセットし、１×１０^-3torrの真空
中、９００〜１０００℃の範囲内の所定温度に５分間保
持の条件でろう付け接合することにより本発明チップ１
〜３、本発明ドリル１、２、本発明エンドミル１、２、
および本発明リーマ１〜３からなる本発明切削工具をそ
れぞれ製造した。

【００１３】また、比較の目的で、それぞれ工具本体Ａ
−１〜Ａ−１０と同じ配合組成の圧粉体を、同じくこれ
の焼結条件と同じ条件で焼結して直径：２０ｍｍ×厚
さ：１．５ｍｍの下地層形成用焼結片を形成し、これら
焼結片のそれぞれに表５に示される組合せで切刃片Ｂ−
１〜Ｂ−１０のそれぞれと同じ配合組成をもった圧粉体
を重ね合わせた状態で、前記切刃片の焼結条件と同じ条
件で焼結して切刃層の厚さ：０．７ｍｍ×下地層の厚
さ：１．５ｍｍ×直径：２０ｍｍの寸法をもった複合切
刃片を形成し、さらに成分組成を、Ｃｕ：２９．７％、
Ｚｎ：２８．１％、Ｎｉ：２．０％、Ａｇおよび不可避
不純物とする以外は本発明ろう材Ｃ−１〜Ｃ−１０の製
造条件と同じ条件で従来ろう材を形成し、ついでこれら
複合切刃片のそれぞれを同じく表５に示される組合せで
工具本体Ａ−１〜Ａ−１０のそれぞれの切刃片ろう付け
部に前記従来ろう材を挟んだ状態でセットし、上記のろ
う付け条件と同じ条件でろう付け接合することにより従
来チップ１〜３、従来ドリル１、２、従来エンドミル
１、２、および従来リーマ１〜３からなる従来切削工具
をそれぞれ製造した。

【００１４】つぎに、この結果得られた本発明切削工具
および従来切削工具のうち、本発明チップ１〜３および
従来チップ１〜３については、 被削材：ＦＣ２５０（ブリネル硬さ：２００）の丸棒、 切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：０．１５ｍｍ、 切削時間：３０分、 の条件で普通鋳鉄の乾式連続高速切削試験を行ない、本
発明ドリル１、２および従来ドリル１、２については、 被削材：ＦＣＤ４５０（ブリネル硬さ：１５０）の板
厚：３０ｍｍの板材、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：下穴径１０ｍｍの通し孔（穴径：１２ｍｍ）、 加工数：２００穴、 の条件で球状黒鉛鋳鉄の乾式高速穴加工切削試験を行な
い、また本発明エンドミル１、２および従来エンドミル
１、２については、 被削材：ＳＫＤ１１（ロックウエル硬さＣスケール：４
０）の板厚：５ｍｍの板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：板材の端面加工、 切削時間：２５分、 の条件でダイス鋼の乾式高速端面加工切削試験を行な
い、さらに本発明リーマ１〜３および従来リーマ１〜３
については、 被削材：銅溶浸純鉄焼結材料（ロックウエル硬さＢスケ
ール：８０）の板厚：５０ｍｍの板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：下穴径５ｍｍの通し孔（穴径：６ｍｍ）、 加工数：１０００穴、 の条件で銅溶浸純鉄焼結材料の乾式高速穴加工切削試験
を行ない、いずれの切削試験でも切刃片（切刃層）にお
ける最大摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表４、
５に示した。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】

【表４】

【００１９】

【表５】

【００２０】

【発明の効果】表４、５に示される結果から、本発明切
削工具（本発明チップ１〜３、本発明ドリル１、２、本
発明エンドミル１、２、および本発明リーマ１〜３）
は、いずれも切刃片が工具本体に強固な接合強度でろう
付けされているので、各種被削材の高速切削でも切刃片
に剥離の発生なく、正常摩耗を示し、すぐれた耐摩耗性
を発揮するのに対して、従来切削工具（従来チップ１〜
３、従来ドリル１、２、従来エンドミル１、２、および
従来リーマ１〜３）は、いずれも複合切刃片の切刃層と
下地層の接合面で剥離が発生し、比較的短時間で使用寿
命に至ることが明らかである。上述のように、この発明
の切削工具は、切刃片が直接工具本体に強固にろう付け
されているので、通常の条件での切削加工は勿論のこ
と、高速切削加工においても切刃片に剥離の発生なく、
すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するのである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 29/08 Ｂ２３Ｋ 35/30 ３１０Ｂ // Ｂ２３Ｋ 35/30 ３１０ Ｃ０４Ｂ 35/58 １０３Ｙ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化ほう素を主成分として含有する窒化
   ほう素基焼結材料で構成された切刃片を、重量％で、 Ｃｕ：２０〜３５％、 Ｔｉ：１〜５％、 Ｉｎ：１〜２０％、 を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有
   するＡｇ合金ろう材を介して、炭化タングステンを主成
   分として含有する炭化タングステン基超硬合金で構成さ
   れた工具本体の切刃片ろう付け部に直接ろう付けしてな
   る切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工
   具。