JPH02232333A - サーメットエンドミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、フライス盤などの切削加工用工作機械に使用
するサーメットエンドミルに関するものである。

［従来の技術コ エンドミルは一般に中高速切削に用いられる比較的径の
小さな切削工具であるため、相応の硬さと良好な靭性が
要求される。また近年、耐熱合金やＴｉ合金などの難削
材料の切削加工の必要性が増加してきており、エンドミ
ルに対する耐摩耗性および靭性向上の要求はますます高
くなっている。

第１図および第２図に示すエンドミル１は、溝形成用に
用いられるものの一例である。エンドミル１をフライス
盤に取付けて回転させ、被切削物に溝を形成する際には
、底刃２によって溝の底部を切削し外周刃３によって溝
の側面を切削する。

この外周刃３は螺旋状にねじれた形状を有しており、第
１図に示す角度θをねじれ角と呼んでいる。

従来のエンドミルの材質としては、全体が高速度鋼、超
硬合金サーメット中の単材料で形成されるものや、これ
らの表面にＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法によりＴｉ化合物
の硬質皮膜を施したものなどが一般的なものとして知ら
れている。この他切刃をチップで形成して着脱自在に取
付けたスローアウエイ式のエンドミルも存在する。

それらの中で高速度鋼は主としてＷ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｃを含む特殊鋼の一種であって、靭性に優れ価格的にも
安いという利点をＨすることから、従来からエンドミル
用の材料としては主流であった。しかしその耐熱性が低
いことから切削速度をあまり高く上げることができずま
た耐摩耗性が不足するために難削材料の加工には適さず
、寿命も短いという欠点がある。超硬合金はＷＣ，Ｔｉ
ｃ，ＴａＣなどの高融点、硬質炭化物の粉末をＣＯを結
合材として焼結した合金であり、ヤング率が高く加工精
度に優れる。しかしながら超硬合金は靭性が十分でなく
、また切削中に彼削材と凝着を起こしやすいという欠点
がある。

超硬合金の表面に硬質皮膜を施したコーティングエンド
ミルは、耐摩耗性向上の効果はあるものの切削の条件に
よっては膜剥離が生じることがある。またこのコーティ
ングエンドミルを一定期間使用した後に切刃を再研削す
ると、この硬質皮膜の一部または大部分が削除されてし
まいその効果が半減してしまうという問題がある。

またスローアウェイ式エンドミルは、スローアウェイチ
ップの選択により、種々の条件に対応できる利点がある
が、個々のチップを複数個組立てて１個のエンドミルを
構成するために、その工具径は或る程度大きなものに制
限される。

サーメットは、超硬合金と同じく焼結金属であるが、Ｔ
ｉＣを主成分としＮ１を含む結合材を加えて１４００℃
程度で焼結し２たものである。このサーメットを素材と
するサーメッ１・エンドミルは、超硬合金に準ずるヤン
グ率を有し、また被削材との凝着が生じにくく、コーテ
ィングを施さなくても耐摩耗性に優れ、仕上げ面が美麗
である。このようにサーメットエンドミルは数々の利点
を有し、エンドミル用材料として非常に有望視されてい
る。

ところがサーメットエンドミルは、高速度鋼に比べて靭
性が劣り、十分な強度の切刃を形成することは困難であ
った。したがってエンドミル切削のような断続切削に用
いると、刃先のチ・ノビングや欠けが生じることが多く
、信頼性に欠けるという問題があった。

このようなサーメットエンドミルの欠点を補う方法とし
て、ＮｂＣ−Ｔｉｃ−ＴｉＮ系サーメット組成物を素材
とするとともに外周刃のねじ角を４０〜５０゜に設定し
たサーメットソリッドエンドミルが提案されている（特
開昭６２−２０３７１２号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記公開公報に記載の発明では、切刃のね
じれ角（第１図のθ）を４０〜５０゛に設定することに
より、工具からのエンドミルの抜け落ちやチッピング，
欠けなどを減少させるとしているが、それはサーメット
の靭性不足を単に設計面から補うものにすぎない。また
ＮｂＣ−ＴｉＣ−ＴｉＮ系の組成を用いることは、従来
のサーメットの範囲内に含まれるものであり、この組成
限定のみによって合金特性自身の大幅な向上が望めない
ことは、上記公報の実施例の記栽内容からも明らかであ
る。したがって、上記公報に記載の発明によるエンドミ
ルではサーメ・ントの靭性強化のための本質的な解決に
なっているとは言えず、ごく一部の用途の限られたエン
ドミルにしか適用できないという問題がある。

本発明は上記問題点を解消するため、最適なサーメット
組成物の組成と硬質相の粒径を見い出すことによって、
十分な硬度と耐摩耗性を保持しつつ靭性の高いサーメッ
トエンドミルを堤供することを目的とする。

［作用］ 本発明においてサーメットエンドミルの各組成の配合量
および硬質柑の平均拉径の値の範囲を限定した根拠を以
下に示す。

まず組成の基本的構成をＴｉを主成分とする硬質相７５
〜９７ｗｔ％，ＣｏおよびＮｉのうちの一方または両方
からなる結合相３〜２５ｗｔ％としたのは、結合相が３
ｗｔ％未満では靭性が劣り、２　５　Ｗ　ｔ％を越える
と耐摩耗性の低下が著しいからである。

次に硬質相の組成の配合量を限定した理由を示す。

硬質相中にＮｂおよび／またはＴａを含むのは、これら
の物質が焼結中の硬質相の粒成長を抑制し、また硬質相
自身の靭性を高める作用があり、合金全体の靭性向上に
効果があるからである。硬質相１００重量部に対してＮ
ｂおよび／またはＴａを５〜１２重量部含むとしたのは
、５重量部未満ではそのような効果が十分ではなく、１
２重量部を越えると耐摩耗性が劣るようになるからであ
る。

Ｗは、合金全体の靭性向上に効果があると同時に、合金
のヤング率を高める効果がある。このＷを１０〜２５重
二部含むとしたのは、１０重量部未満ではその効果が十
分に発揮されず、また２５重量部を越えると、主成分で
あるＴｉが相対的に減少することになってサーメットと
しての特徴が損なわれてしまうからである。

ＣおよびＮは硬質の炭窒化物を構成するのに不可欠であ
り、硬質相中の金属成分の割合に応じてその組成が選択
される。ここでＮは、硬質相の粒成長を押えるのに絶大
な効果を示し、耐凝着性の改善にもひ効果があるが、１
．５重量部未満ではその効果が不十分であり、１０重量
部を越えると焼結性を損ない靭性が低下する。

Ｔｉは硬質相の主成分として重要であり、その炭窒化物
は高硬度で、鋼との反応性が低く耐凝着性に優れている
。しかし単体として用いると靭性不足となるため上記の
ような成分の添加が必要である。

本発明において、各組成の配合量のみだけでなく硬質相
の平均粒径を限定するのは、平均粒径がサーメットの靭
性に大きく影響するからである。

硬質相の平均粒径が１．０μｍを越えると靭性が低下し
始め、また現在の技術水準では平均粒径を０．３μｍ未
満とすることは困難である。したがって硬質相の平均粒
径を０．　　３〜１．０μｍとした。このような微粒化
による靭性向上は、折損などの巨視的破壊に対する抵抗
を高めると同時に、切刃部分での微視的なチッピングを
防止し、摩耗の進行を抑制する働きがある。特にエンド
ミルの場合、切削抵抗を抑制するために刃先の鋭利性が
要求されるが、従来のサーメットでは、硬質相が粗い（
粒径２〜３μｍ）。そのため刃先を鋭利にすると硬質の
炭窒化物などが保持できなくなって脱落してしまうとい
う問題がある。これに対し本発明では、硬質相が微粒で
あることから、従来のものよりも刃先を鋭利にすること
ができ、しかも刃先強度が高くなる。その結果切削時の
被切削物へのくい付きがよく、切削抵抗が軽減され、さ
らにチッピング等を抑えることが可能となる。

［実施例コ 実施例１ 酸化チタン、酸化タンチルおよび酸化タングステンに所
定量の炭素を混合しこれを窒素ガス中で高温処理するこ
とにより第１表に示す固溶体原料を得た。

第１表　　　　　　　　　（ｗｔ％） この固溶体原料を用いて結合金属を種々に換えたサーメ
ットを通常の粉末冶金法を用いて試作し、その後外径８
ｍｍ，有効刃長１５ｍｍ，全長５５ｍｍの第１図に示す
ような２枚刃のスパイラルエンドミルに加工した。なお
焼結体中の硬質相の平均粒径を走査電子顕微鏡写真の画
像解析により測定した結果、０．５μｍであった。

次にこのエンドミルについて第２表に示す条件で切削テ
ストを行なった。

第２表 なお切込みのＡｄ，Ｒｄの意味は第３図に示すとおりで
ある。

この切削テストで摩耗量が０．１５ｍｍになるまでの加
工時間と仕上面粗さを測定した結果を第３表に示す。

第３表 第３表から、結合相が３〜２　５　Ｗ　ｔ％の範囲に入
る実施例Ａ−Ｅは、比較例に比べていずれも加工時間、
仕上面粗さともに大幅に向上していることがわかる。

実施例２ 実施例１と同様の方法で、結合相の配合量を固定し硬質
相の組成を種々に変化させたサーメットを試作した。こ
のサーメットを加工して抗折試験片を製作し、ＪＩＳ規
格による抗折試験を行なった。この抗折試験の後、抗折
試験片の表面に鏡面加工を施し、ビッカース硬さの測定
も行なった。

硬質相の平均粒径、抗折力およびビッカース硬さの測定
結果を第４表に示す。

（以下余白） なお第３表において比較例Ｆ−Ｈは結合相が３〜２５Ｗ
ｔ％の範囲から外れるもの、比較例Ｉは従来の超微粒超
硬合金、比較例Ｊは従来の高速度鋼を素材とするエンド
ミルによって同様の切削テストをした結果である。

ＪＩＳ規格による抗折試験は、第４図にその概略を示す
ような方法で行なう。抗折力が、破壊荷ｆｆｉＰ，スパ
ンし、抗折試験片４の幅ｂおよび厚みｔにより次のよう
に表わされる。

本実施例では、スバンＬを２０ｍｍ，抗折試験片４の幅
ｂを８．０ｍｍｓ厚みｔを４．０ｍｍとした。

比較例Ｏ−■は硬質相の組成または硬質相の平均粒径の
いずれかが本発明の数値限定の範囲から外れるものであ
る。第４表からわかるように、実施ＭＫ−Ｎはいずれも
比較例に比べて抗折力、硬度ともに大幅に優れているこ
とがわかる。

実施例３ 市販のＴｔＣＮ，ＮｂＣ，ＴａＮ，ＷＣから気流を用い
た分級によって０．　　５μｍ未満の粒径の粉末を集め
、これにＮｊおよびＣＯを混合して成形後、１３８０℃
．圧力２Ｔｏ　ｒ　ｒの窒素雰囲気で焼結を行なった。

続いて１３５０℃，１０００ｋｇ／ｃｍ２のＡｒ雰囲気
中で熱門静水圧プレス（Ｈ　Ｉ　Ｐ）処理を行ない、本
発明のサーメットを試作した。

熱間静水圧プレスは加圧媒体であるガス（ＡｒやＮ２）
を用いて高温高圧下で被処理物を等方的に加圧する技術
であり、超硬合金の欠陥除去の手段の１つとして利用さ
れるものである。

得られた硬質相は、硬質相１００重量部に対しＮｂを３
重量部、Ｔａを７重量部，Ｗを２０重量部，Ｃを１０重
量部，Ｎを６重量部含み、残りがＴｉである。結合相は
Ｎｉを３ｗｔ％，Ｃｏを９ｗｔ％とした。これを実施例
Ｗとする。

次に分級を経ずに上記実施例Ｗと同じ組成．同じ製法で
サーメットを試作した。これを比較例Ｘとする。

電子顕微鏡写真の画像解析による測定の結果、実施例Ｗ
の硬質相の平均粒径は０．７μｍであり、比較例Ｘの硬
質相の平均粒径は２．６μｍであった。

これら２種類のサーメットを用いて４枚刃のソリッドス
バイラルエンドミル（刃径５ｍｍ，有効刃長１２ｍｍ，
全長５０ｍｍ）を試作し、第５表に示す条件で切削テス
トを行なった。

第５表 刃先の摩耗量が０．１５ｍｍになるまでの加工時間と、
切削テスト終了後の被加工物の仕上面粗さを第６表に示
す。

第６表 なお、従来の超微粒超硬合金、高速度鋼をそれぞれ素材
とする従来の同一形状のエンドミルについても同様の切
削テストを行ない、比較例Ｙ１比較例Ｚとして第６表に
その結果を示した。

第６表からわかるように、硬質相の平均粒径を０．　　
７μｍとした実施例Ｗは、比較例Ｘ−Ｚに比べて加工時
間、仕上面粗さともに大幅に優れたものになっている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のサーメットエンドミルによ
れば、サーメットの特徴である耐摩耗性、耐凝着性を維
持したまま、大幅に靭性が改良される。その結果切削加
工における寿命の向上および仕上面精度の向上をす図る
ことができるとともに、信頼性が増し、高負荷の切削に
も使うことが可能になる。

したがって高い信頼性が要求される夜間無人運転などに
も適用することができ、加工能率の向上に寄与すること
ができる。

また靭性の大幅な改良により、最近増加してきている耐
熱合金やＴｉ合金などの難削材料の切削加工にも本発明
によるサーメットエンドミルを適用することが可能にな
る。

さらにサーメット特有の仕上面の美麗さを失うことなく
、硬質相の微粒化により一層高い仕上面精度を得ること
ができる。その結果従来の金型加工などで必要とされて
いた仕上加工が不要となり、省略化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はエンドミルの一例を示す正面図、第２図はその
左側面図、第３図はエンドミルによる切削テストの様子
を示す斜視図、第４図はＪＩＳ規格による抗折試験の方
法を示す斜視図である。 図において、１はエンドミル、２は底刃、３は外周刃で
ある。 ８１図 萬２図 ８３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｔｉを主成分とする硬質相７５〜９７ｗｔ％と、Ｃｏお
   よびＮｉのいずれか一方または両方からなる結合相３〜
   ２５ｗｔ％で構成されるサーメットを素材とするサーメ
   ットエンドミルであって、前記硬質相の組成が、硬質相
   １００重量部に対しＮｂおよび／またはＴａが５〜１２
   重量部、Ｗが１０〜２５重量部、Ｃが５〜１８重量部、
   Ｎが１．５〜１０重量部、残りがＴｉからなり、硬質相
   の平均粒径が、０．３〜１．０μｍであることを特徴と
   する、 サーメットエンドミル。