JPH03294101A

JPH03294101A - セラミツク切削工具

Info

Publication number: JPH03294101A
Application number: JP2301235A
Authority: JP
Inventors: David Moskowitz; デビツド・モスコウイツツ; Reuven Porat; リユーベン・ポラト
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1991-12-25
Also published as: US5017524A; DE4035997C2; DE4035997A1

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】発明の背景発明の分野本発明は、セラミック切削工具に関する。

本発明を要約すれば、鉄合金の高速機械加工において長
い工具寿命を有するセラミック切削工具のための組成物
である。合成物は、本質的に、六方結晶構造を有する６
０〜８０重量％のαアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、残りは
カルボ窒化チタン（ＴｉＣＮ）とから成る。カルボ窒化
チタンは、３０〜７０重量％の炭化チタンと、残りの窒
化チタンの混合物を有する。混合物は、工具を形成する
ために、成形され、かつ高温圧縮、焼結又は加圧焼結さ
れる。

先行技術の説明多数のセラミック切削工具が以前に公知であり、そして
これらの切削工具の多くは、−次材料としてアルミナに
基づく。これらの以前に公知のセラミック切削工具の多
くは、工具の送り速度と切削深さが比較的小さな仕上げ
作業中のみ、高速度において鉄金属を機械加工すること
ができる。この制限は、主に、工具が高い送り速度と切
削深さによりき裂し、かつかける如く、セラミック工具
の低い耐熱衝撃性による。

しかし、切削工具の添加物として炭化チタンを有する多
数のセラミック切削工具が以前公知であった。そのよう
な切削工具は、それらの色により”黒色セラミック”と
して公知である。黒色セラミックは、アルミナよりも炭
化チタンのより良い伝熱性のために、アルミナからのみ
作られた工具よりも、より良好な耐熱衝撃性を有する。

そのような”黒色セラミック”は、高い伝熱性のために
アルミナ工具よりもより高い工具送り速度が可能である
が、そのような”黒色セラミック”は、不都合なことに
、工具寿命を制限した。

課題を解決するための手段本発明は、以前公知の切削工具よりも改良された工具寿
命を有するセラミック切削工具に対する組成物を提供す
る。

要約すると、本発明の切削工具組成物は、本質的に、六
方結晶構造を有する６０〜８０重量％のαアルミナ（Ａ
ｌｘＯｓ）と、残りはカルボ窒化チタン（Ｔ　ｉ　ＣＮ
）とから成る。カルボ窒化チタンは、３０〜７０重量％
の炭化チタンと、残りの窒化チタンの混合物を有する。

３０〜５０ＷＭ％の炭化チタンと５０〜７０重量％の窒
化チタンの混合物が、カルボ窒化チタンの好ましい混合
物であることが判明した。

混合物は、工具を形成するために、成形され、かつ高温
圧縮又は焼結される。

本発明は、添付の図面に関連して読み時、次の詳細な説
明を参照することにより、より良く理解される。この場
合幾つかの図面を通じて、同様の参照文字は、同様の部
分を参照する。

発明の好ましい実施態様の詳細な説明要約すると、本発明の切削工具組成物は、本質的に、六
方結晶構造を有する６０〜８０重量％のαアルミナ（Ａ
ｌ□Ｏｓ）と、残りはカルボ窒化チタン（Ｔ　ｉ　ＣＮ
）とから成る。好ましい実施態様は、７０重量％のアル
ミナと残りの３０重量％のカルボ窒化チタンから成る。

カルボ窒化チタンは、３０〜７０重量％の炭化チタンと
、残りの窒化チタンの混合物を有する。

３０〜５０重量％の炭化チタンと５０〜７０重量％の窒
化チタンの混合物は、カルボ窒化チタンの好ましい混合
物であることが判明した。

発明の特に好ましい実施態様により、切削工具合成物は
、本質的に、７０重量％のアルミナと、３０重量％のカ
ルボ窒化チタンとから成り、この場合カルボ窒化チタン
は、本質的に、５０重量％の炭化チタンと５０重量％の
窒化チタンから成るっこの特に好ましい組成物から成る
切削工具は、以下に記載されたすべての試験において使
用され、そしているいろな合成物の切削工具が比較され
た第１図を除いて図面に示される。これらの切削工具は
、以下で、”本発明による切削工具′と呼ばれる。

実際に、アルミナの微細粉末と、カルボ窒化チタンの微
細粉末が、適切な重量比において、ボールミルに付加さ
れ、かつエチル・アルコールの如く、媒体と完全に混合
される。ボールミルにおける２４時間の混合が、十分で
あることが見いだされた。

それから、媒体は蒸発され、そしてスラリーからの残り
の混合粉末が、２０メツシユふるいを通される。ふるい
を通った粉末は、黒鉛モール［・に置かれ、そして１０
００ｐｓ　ｉにおいて圧縮される。結果の成形体は、３
時間にわたって約］６０００Ｃまて加熱され、この間圧
力は、１０００〜３０００ｐｓ　ｉに上昇され、そして
高密度化が完了するまで、その温度と圧力において保持
される。

これは、典型的に、約１５時間を費やし、そ１゜てビレ
ットを形成する。

それから形成されたビレットは、モールドから除去され
、そして切削工具ブランクが、ビレットから切断される
。樹脂結合ダイヤモンド・ホイールの如く、従来の手段
が、ブランクから切削工具を成型するためＪ二使用され
る。

本発明による切削工具と、炭化チタン添加物を有する商
業的に利用可能なアルミナ工具とを比較する試験が行わ
れた。試験は、１０４５鋼における２０００ｓ　ｆｐｍ
の機械加工率と、・０６０インチの切削深さにおいて行
われた。試験の結果は、以下に示される。

本発明対商用のＡｌ２Ｏ３ＴｉＣ工具による１０４５鋼
の回転の結果工具　　速度　送り　逃げ面　切削　観察率　　　摩耗
　時間ｓｆｐｍ　ｉｐｒ　ｉｎ、分本発明　２０００．００７９．００８２　　５．２４工
具ＯＫ本発明　２０００．００７９．０１０６　　７．
７２工具ＯＫ商用工具２０００．００？９．０１０５　
　５．２４逃げ面にかけ本発明　２０００．０１２２．００９５　　５．２０工
具ＯＫ商用工具２０００．００７９−　　　　３．８６
かけによる故障幾つかの重要な見地が、上記の表から明らかである。第
１に、先行技術の工具は１．００７９インチ／回転（ｉ
ｐｒ）の中位の送り速度で、５゜２４分においてかけた
が、本発明により構成された工具ではかけは発生しなか
った。さらに、本発明の切削工具は１．０１２２ｔｐｒ
のずっと高い送り速度においてかけなしに実行されたが
、先行技術の工具は１．００７９ｉｐｒのずつとゆつ（
すした送り速度においてかけた。

また、本発明による切削工具と、ジルコニア添加物を有
する商業的に入手可能なアルミナ工具とを比較する試験
が行われた。試験は、１０４５鋼における２０００ｓｆ
ｐｍの機械加工率と１．０６０インチの切削深さにおい
て行われた。試験の結果は、以下に示される。

本発明対商用のＡ　Ｉ　２０３−Ｚ　ｒｏ、工具による
１０４５鋼の回転の結果工具　　速度　送り　逃げ面　切削　観察摩耗　　時間ｓｆｐｍ　ｉｐｒ　ｉｎ、分本発明　２０００．０１５．００６８　　３．３４工具
ＯＫ商用工具２０００．０１５．００４５　　１．６７
すくい面にき裂先行技術の工具は、１．６７分後にき裂したが、本発明
による切削工具は、破損なしに２倍の長さ機械加工した
ことに注目することは重要である。

第１図は、切削工具のカルボ窒化チタン含有量を変化さ
せる関数として、工具寿命における効果を示す。使用さ
れたカルボ窒化チタンは、本質的に、５０重量％の炭化
チタンと５０重量％の窒化チタンを含んだ。第１図は、
０，１０インチの逃げ面摩耗に達するために必要とされ
た時間量を測定し、そして切削条件は、１５００ｓｆｐ
ｍの機械加工率と１．０１２２ｉｐｒの送り速度と、。

０５０インチの切削深さであった。

第１図の幾つかの見地は、重要であり注目される。第１
に、工具寿命は、カルボ窒化チタン含有量の増大により
減少した。しかし、８０重量％のアルミナと２０重量％
のカルボ窒化チタンは、最長の寿命を示したが、特に厳
しい切削条件下で、破滅的な障害を受ける傾向を有した
ために、この組成物は受は入れられないことが判明した
。しかし、７０重量％のアルミナと３０重量％のカルボ
窒化チタンは、そのような障害をめったに示さず、そし
て長い工具寿命のために、好ましい組成物である。

第２図は、工具寿命における切削速度の効果を示し、そ
してまた、この効果を先行技術のアルミナ／炭化チタン
切削工具と比較する。切削工具送り速度は、破壊が先行
技術の工具に対して発生しないことを保証するために１
．０１０ｉｐｒにおいて保持された。さらに、切削工具
速度は、２３００〜３９００ｓｆｐｍの範囲において試
験され、そして切削深さは、０８０インチであった。

第２図は、本発明の工具が、すべての機械加工速度にお
いて長い工具寿命を顕示したことを示す。

第３図は、４つの商業的に入手可能な先行技術の工具と
比較された、本発明の逃げ面摩耗対機械加工時間を示す
。第３図に示された試験は、１３００ｓｆｐｍの機械加
工率と１．０２０３ｉｐｒの送り速度と１．０６０イン
チの切削深さとにおいて、ねずみ鋳鉄において行われた
。、０１０インチの逃げ面摩耗に対して補性された工具
摩耗は、次の表において要約される。

切削工具　　　　　計算工具寿命０１０”逃げ面摩耗の時間（分）先行技術の工具＃１　　　　１３．０先行技術の工具＃２　　　　　６．　１先行技術の工具
＃３　　　　１５．６先行技術の工具＃４　　　　１７．３本発明　　　　　　　　　　２０．２上記の表において要約された試験は、本発明により構成
された切削工具が、最も近い競争相手よりも、１６．８
％長い工具寿命を顕示することを示す。

一般に使用される黒色セラミック切削工具に対する本発
明のいっそうの利点は、ねずみ鋳鉄の高除去率の機械加
工の適用可能性である。以下に記載された切削試験にお
いて、本発明による切削工具と商用の黒色セラミック・
インサートは、２０００ｓｆｐｍ速度１．０２４３ｉｐ
ｒの送り速度と１．０６０インチの切削深さの条件にお
いてパーライトねずみ鋳鉄になり、３６立方インチ／分
の除去率を表した。以下の表は、同一に実行された試験
の結果を与える。

インサート　　形式　切削時間　観察商用セラミック５ＮＧ４３３Ｔ　］、　３３１分ノーズ
破壊商用セラミック５ＮＧ４３３７１．９６分ノーズ故
障本発明　　　５ＮＧ４３３Ｔ　６．６１分、００５”
逃げ面摩耗本発明　　　５ＮＧ４３３７７．９４分、　
００４５”逃げ面摩耗本発明のインサートは、これらの
条件下の６６１分と７６９４分の機械加工の後、はとん
ど逃げ面摩耗を示さなかったことに注意せよ。他方、商
用の黒色セラミックは、２分以内に両場合において故障
した。

商用のＡ１２０３−Ｚｒ０２セラミツクに比較して、焼
入れ鋼を機械加工する時かなり長い工具寿命を示す能力
は、本発明のさらに別の利点である。

第４図は、上記の両インサートに対する４８０ブリネル
硬度のＡｌ５Ｉ４３４０鋼を回転させる切削時間の関数
として、逃げ面摩耗を示す。図において明らかな如（，
４９２及び６５６ｓｆｐｍの速度における本発明の摩耗
率は、商用のセラミック・インサートよりも実質的に小
さく、２〜２５倍長い工具寿命を生ずる。

本発明により構成された切削工具に対する予測できない
工具寿命の正確な理由は、完全には理解されない。しか
し、改良は、部分的に、以前に公知のアルミナ／炭化チ
タン工具に対する本発明のアルミナ／カルボ窒化チタン
の耐熱衝撃性の増大によると考えられる。

発明が記載されたが、多数の修正が、特許請求の範囲に
おいて記載された如く、発明の精神を逸脱することなし
に、技術の当業者に明らかになるであろう。

本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。

１、セラミック切削工具の製造のための組成物において
、該組成物が、本質的に、六方結晶構造を有する６０〜
８０重量％のαアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、２０〜４０
重量％のカルボ窒化チタン（ＴｉＣＮ）とから成り、こ
の場合該カルボ窒化チタンが、本質的に、３０〜７０重
量％の炭化チタンと、３０〜７０重量％の窒化チタンと
から成ることを特徴とする組成物。

２　該カルボ窒化チタンが、本質的に、３０〜５０重量
％の炭化チタンと、５０〜７０重量％の窒化チタンとか
ら成る上記１に記載の組成物。

３、該組成物が、本質的に、７０重量％のアルミナと、
３０重量％のカルボ窒化チタン（Ｔ　ｉ　ＣＮ）とから
成る上記１に記載の組成物。

４　本質的に６０〜８０重量％のαアルミナ（Ａｌ２Ｏ
，）と、２０〜４０重量％のカルボ窒化チタン（Ｔ　ｉ
　ＣＮ）とから成る組成を有し、該カルボ窒化チタンが
、本質的に、３０〜７０重量％の炭化チタンと、３０〜
７０重量％の窒化チタンとから成り、該工具が、該組成
の混合物を成形し、それから該混合物を高温圧縮し、焼
結し、又は加圧焼結することを特徴とするセラミック切
削工具。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アルミナに添加されたカルボ窒化チタンの重
量％に対する工具寿命を示すグラフ図。第２図は、工具寿命対切削工具速度を示し、かつ本発明
の組成物を炭化チタン添加物を有する従来のセラミック
切削工具と比較するグラフ図。第３図は、切削時間対逃げ面摩耗を示し、かつ本発明の
組成物を炭化チタン添加物を有する切削工具を含む４つ
の従来のセラミック切削工具と比較するグラフ図。第４図は、第３図に類似するが、２つの異なる機械加工
速度における焼入れ鋼を機械加工するための切削時間対
逃げ面摩耗のグラフ図。第３図を刀肖り　「１　間第１図第２図エメｊ＃今（冷）千４ｔ１切削ｎ閏本袷明

Claims

【特許請求の範囲】

１．セラミック切削工具の製造のための組成物において
、該組成物が、本質的に、六方結晶構造を有する６０〜
８０重量％のαアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）と、２０〜
４０重量％のカルボ窒化チタン（ＴｉＣＮ）とから成り
、該カルボ窒化チタンが、本質的に、３０〜７０重量％
の炭化チタンと、３０〜７０重量％の窒化チタンとから
成ることを特徴とする組成物。
２．本質的に６０〜８０重量％のαアルミナ（Ａｌ＿２
Ｏ＿３）と、２０〜４０重量％のカルボ窒化チタン（Ｔ
ｉＣＮ）とから成る組成物を有し、該カルボ窒化チタン
が、本質的に、３０〜７０重量％の炭化チタンと、３０
〜７０重量％の窒化チタンとから成り、工具が、組成の
混合物を圧縮し、圧縮された混合物を高温プレスし、焼
結し、又は加圧焼結することにより形成されるを特徴と
するセラミック切削工具。