(57)【要約】【課題】  ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からなる切削工具において、表面に簡単な処理を施すことによって、顕著な切削抵抗低減効果を持たすようにし、ドライ加工やセミドライ加工でも長い工具寿命を持たせるようにする。【解決手段】  ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からな切削工具を酸溶液に浸漬して酸洗いによる脱Ｃｏ処理を施す。それにより、表面にＣｏが脱落した層が形成される。切削加工時に刃先に溶着した削屑は、表面のＷＣと共に容易に脱落して排出される。それにより、切削抵抗低減効果が生じ、工具を破壊に導くような高い切削抵抗が生じるのを確実に回避できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からなる切削工具であって、該切削工具の表面にはＣｏが脱落した層が形成されていることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記Ｃｏが脱落した層の厚さは表面から１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
切削工具が超硬ドリルである請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項４】
ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からなる切削工具の製造方法であって、前記超硬合金を所要の形状に成形した後、工具表面に酸洗いによる脱Ｃｏ処理を施すことを特徴とする切削工具の製造方法。
【請求項５】
酸洗いの酸として、塩酸、硝酸または硫酸のいずれかを用いることを特徴とする請求項４に記載の切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削工具とその製造方法に関し、特に、ドライまたはセミドライ加工に好適な切削工具とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属への穴あけ等の切削加工には、超硬ドリルが切削油と共に用いられる。超硬ドリルは、通常、ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金で作られており、高硬度であって耐摩耗性に優れ、また高靱性であって欠け等も生じにくいことから、工具寿命も比較的長い。
【０００３】
近年、切削時に使用した切削油を廃油としてそのまま捨てるが、環境上から好ましくないことが指摘されるようになり、切削時に切削油を必要としないドライ加工、あるいは必要な場合でも極少量の切削油で切削を行うことのできるセミドライ加工に対する社会的要請が高くなっている。しかし、切削油を多く使用する従来のウエット加工に比べ、ドライ加工やセミドライ加工では切削刃表面の潤滑性が悪いために、切削時に生成される切り子（切屑）が刃先へ溶着することが避けられず、この溶着に起因して、仕上げ面粗さが劣化する、あるいは、切削抵抗が大きくなりすぎて工具に破断が生じ、工具寿命を短くする等の不都合が生じるのを回避することが容易でない。
【０００４】
特許文献１には、上記のような課題に対処し得る切削工具として、ＣＢＮ粒子をバインダーを介して焼結したＣＢＮ焼結体を刃先チップとして備える切削工具において、ＣＢＮ焼結体の表面に、ＴｉＮよりなる被膜を形成するようにしたものが提案されている。この切削工具では、ＴｉＮによる被膜によるバリヤー効果によって焼結体中に含まれるバインダー成分と被削材に含まれる成分との拡散が阻止されるので、この拡散に起因する切屑の溶着を抑制することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７５９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の切削工具は、刃先への切屑の溶着を抑制できることから、ドライやセミドライ環境下で切削加工を行っても、工具寿命が事故的に短縮する事態が生じるのを未然に防ぐことができるものと期待される。しかし、ＴｉＮよりなる被膜をＤＶＤ法等によって焼結体表面に形成するという、精緻な工程を新たに必要とし、コスト的にも高いものとなる。
【０００７】
本発明は、ウエット環境下で従来使用されてきた超硬ドリル等の切削工具の表面に簡単な処理を施すだけで、ドライやセミドライ環境下で切削加工を行っても、切削抵抗低減効果を発揮することができ、それにより、十分に実作業に供しうる工具寿命を確保できるようにした、改良された切削工具およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく多くの実験を行うことにより、超硬合金からなる切削工具をドライやセミドライ環境下で切削加工を行う際に、刃先への切屑の溶着を形成させない手段（例えば、バリヤー被膜の形成等）を積極的に講じなくても、溶着を許容した上で、溶着した切屑を切削時に生じる抵抗を利用して、工具表面から脱落させるようにすることによって、工具そのものの製造も容易であり、コスト的にも安価でありながら、十分な切削抵抗低減効果を発現させることができることを知見した。
【０００９】
本発明は、上記の知見に基づいており、本発明による切削工具は、ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からなる切削工具であって、該切削工具の表面にはＣｏが脱落した層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による切削工具の製造方法は、ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からなる切削工具の製造方法であって、前記超硬合金を所要の形状に成形した後、工具表面に酸洗いによる脱Ｃｏ処理を施すことを特徴とする。酸洗いに用いる酸として、塩酸、硝酸、または硫酸等を上げることができる。
【００１１】
本発明において、基材となる切削工具は、従来、ウエット加工で用いられてきた、ＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金からなる切削工具を、基本的にそのまま用いることができる。その切削工具の少なくとも切削刃が形成されている工具表面の領域を、前記酸溶液中に浸漬して酸洗いすることにより、工具表面にはバインダーであるＣｏが脱落した層が形成され、本発明による切削工具が得られる。
【００１２】
本発明で用いる超硬合金は、ＷＣに加えて、さらに、ＴｉＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ等の炭化物を含んでいてもよく、その場合に、高温耐摩耗性や靱性がさらに向上する。すなわち、ＷＣ−Ｃｏ系合金に限らず、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金、等であってもよい。
【００１３】
本発明で酸洗いとは、切削工具の少なくとも切削刃が形成されている工具表面の領域を前記酸溶液中に浸漬してＣｏを脱落させる処理をいう。酸溶液の濃度と温度および浸漬時間により、形成されるＣｏが脱落した層の厚さが変化するので、加工に用いる切削工具の材質等に応じて、実験的に酸洗いの最適条件が定められる。
【００１４】
本発明による切削工具を用いて、例えば被削材としてアルミ塊を切削加工（例えば、穴あけ加工）すると、比較的短時間で刃先表面にはアルミ溶着域が形成される。アルミ溶着域が形成された状態でさらに切削加工を継続すると、刃先表面にかかる切削抵抗（スラスト抵抗）が次第に大きくなる。しかし、本発明による切削工具では、バインダーとして機能するＣｏが、表面層では脱落していることから、切削抵抗値がある程度大きくなると、溶着したアルミはＷＣと共に脱落して切屑と共に排除され、刃先の切削抵抗はほぼ元の値にまで低下する。すなわち、切削抵抗は自動的に低減する。
【００１５】
この溶着と脱落は、切削加工の間に繰り返し発現する。そのために、切削加工の途中で、切削抵抗が大きくなりすぎて工具が破断するというような事故的事態が生じるのは効果的に回避される。結果として、工具寿命を実用に供しうるたけの長さとすることができる。なお、本発明の切削工具において、前記Ｃｏが脱落した層の厚さは表面から１０〜１００μｍ程度であることが好ましい。１０μｍ未満では、溶着した削屑がＷＣと共に脱落することのできる時間が短すぎ、切削工具に実使用に供するだけの十分な寿命を与えられず、また、１００μｍを越えると切削部の強度を低下させる恐れがある。
【００１６】
本発明は、ドリルやエンドミルを含む、金属を切削加工するすべての切削工具に適用可能であるが、穴あけのための超硬ドリルにおいて特に効果的である。また、ドライ加工、セミドライ加工において、本発明の切削工具は優位性を発揮するが、ウエット加工においても当然に使用可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による切削工具によれば、比較的容易に、ドライ加工あるいはセミドライ加工においても、実用に供しうる工具寿命を備えた切削工具を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明をより具体的に説明する。図１は本発明による切削工具の一例としての超硬ドリルを示す図であり、図２は本発明が奏する作用効果を説明するための模式図である。図３は図１に示す超硬ドリルの刃先近傍の表面層の組織を断面で示している。図４は脱Ｃｏ処理を行った場合（図４ａ）と行わなかった場合（図４ｂ）での切削加工後の刃先部分の一部を拡大して示す図であり、図５は脱Ｃｏ処理を行った場合（図５ａ）と行わなかった場合（図５ｂ）での切削加工時の切削抵抗を示すグラフである。
【００１９】
図１に示す超硬ドリル１０は、全体がＷＣを主体とした炭化物をＣｏをバインダーとして焼結した超硬合金で作られており、２条の刃先１１を有している。刃先１１の部分のみを前記超硬合金で作るようにしてもよい。超硬ドリル１０は図示の形状に成形された後、全体が図示しない酸溶液に一定時間浸漬されて、酸洗いされる。
【００２０】
酸溶液に浸漬する前の刃先１１の部分の断面が図２ａに模式的に示される。図示のように、超硬の主成分であるＷＣがＣｏをバインダーとして焼結した組織となっている。図２ｂは酸洗い後の同じ箇所の組織を示しており、酸溶液に接することによって、表面から所要の厚みにわたって、Ｃｏが脱落した層１２とされている。
【００２１】
アルミ塊を被削材として、超硬ドリル１０で穴をあける加工を行うと、図２ｃに示すように、刃先１１には切屑としてのアルミが溶着３０する。そのまま切削加工を続けると、アルミ溶着域３０の切削抵抗が大きくなり、図２ｄに示すように、ドリル表面のＷＣと共に溶着したアルミ３０は脱落する。その結果、切削抵抗は切削開始時の値に戻り（すなわち、切削抵抗低減効果が現れ）、さらに切削を続けると、再び、刃先１１にはアルミ切屑が溶着して図２ｃの状態となる。以下、脱落と溶着が繰り返される。
【００２２】
上記の超硬ドリル１０では、表面に形成したＣｏが脱落した層１２が存在している限り、この溶着と脱落が頻繁に繰り返されるので、過剰な切削抵抗がドリル本体にかかることはなく、事故的にドリルが破損するような事態は生じない。そのために、事故的な破損などが生じることなく、実用に供しうるだけの工具寿命を維持することが可能となる。
【００２３】
図３は、図１に示すような超硬ドリルを、濃度３０％硝酸中に、常温で１０分間浸漬した場合（図３ａ）と、約８０度に加熱して３０秒浸漬した場合（図３ｂ）での、刃先近傍での表面層の組織を断面で示している。前者の場合には、厚さ３５〜４０μｍのＣｏが脱落した層１２が形成されており、後者の場合には、厚さ約２０μｍのＣｏが脱落した層１２が形成されていることがわかる。このように酸洗いの条件を変えることにより、所望の厚さのＣｏが脱落した層１２を形成することができる。
【実施例】
【００２４】
［実施例１］図４ａは、図３ａに示した組織断面を持つ超硬ドリルを用いてアルミ塊の穴あけ加工を行った後の、刃先稜線部分の図であり、図４ｂは、同じ超硬ドリルであるが脱Ｃｏ処理を行うことなく同じアルミ塊の穴あけ加工を行いった後の、刃先稜線部分の一部を拡大した図である。図４ａに長円で囲った部分に、凹部（表層のＷＣが脱落した部分）１５が観察されたが、図４ｂではそのような箇所は観察されなかった。図４ａに見られる凹部１５の存在は、本発明による超硬ドリルでは表層に溶着したアルミ切屑が表層のＷＣと共に脱落したことが示される。
【００２５】
［実施例２］図１に示す形状の超硬ドリルを作り、濃度３０％の硫酸中に、８０℃で加熱して３０秒浸漬して脱Ｃｏ処理を行った実施例ドリルと、脱Ｃｏ処理を行わなかった比較例ドリルを用いて、被削材であるアルミ（ＡＤＴ４）に対して２００穴連続加工を行ったときの切削抵抗（スラスト抵抗）を測定した。その結果を図５ａ（実施例ドリル）と図５ｂ（比較例ノズル）に示す。図からわかるように、スタートから２００穴までのいずれの時点でも、実施例ドリルの方が比較例ドリルに比し、切削抵抗が小さくなっており、本発明による超硬ドリルには、顕著な切削抵抗低減効果が見られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による切削工具の一例としての超硬ドリルを示す図。
【図２】本発明が奏する作用効果を説明するための模式図。
【図３】図１に示す超硬ドリルの刃先近傍の表面層の組織を断面で示す図。
【図４】脱Ｃｏ処理を行った場合（図４ａ）と行わなかった場合（図４ｂ）での切削加工後の刃先部分の一部を拡大して示す図。
【図５】脱Ｃｏ処理を行った場合（図５ａ）と、行わなかった場合（図５ｂ）での切削加工時の切削抵抗を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２７】
１０…超硬ドリル、１１…刃先、１２…表面に形成されたＣｏが脱落した層、３０…アルミ切屑が刃先に溶着した領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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