(57)【要約】本発明は切削インサートに関し、より具体的には、切削インサートの切削刃部のみをＳｉＣウィスカ強化セラミックで形成し、これを活性ソルダでシャンク部にブレージングして、製造原価を減少させつつ形状制限なしにＳｉＣウィスカ強化セラミックの増加した靭性と高い強度により向上した切削性能を提供する切削インサートに関する。本発明による切削インサートはＳｉＣウィスカ強化セラミックからなる切削刃部と、切削刃部が装着されるシャンク部とを含む。切削刃部は活性ソルダを用いてシャンク部にブレージングされ、切削刃部にはウィスカが無秩序に配列されかたまりになっている。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣウィスカ強化セラミックからなる切削刃部と、
前記切削刃部が装着されるシャンク部とを含み、
前記切削刃部は活性ソルダを用いて前記シャンク部にブレージングされ、
前記切削刃部には前記ウィスカが無秩序に配列されかたまりになっている、
切削インサート。
【請求項２】
前記ＳｉＣウィスカ強化セラミックは、１．０〜４０ｗｔ％のＳｉＣウィスカと、３０〜９９ｗｔ％のＡｌ2Ｏ3と、ＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ2Ｏ3を含むグループから選択される３０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の金属酸化物とを含む、請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
前記ＳｉＣウィスカ強化セラミックは、１．０〜４０ｗｔ％のＳｉＣウィスカと、８０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）のＡｌ2Ｏ3と、金属炭化物、金属炭窒化物、金属窒化物および金属ホウ化物を含むグループから選択される９９ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の金属化合物とを含む、請求項１に記載の切削インサート。
【請求項４】
前記活性ソルダは、０．５〜２０ｗｔ％のチタンと、４０〜８０ｗｔ％の銀と、４０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の銅とを含む、請求項１に記載の切削インサート。
【請求項５】
前記活性ソルダは、１０〜４０ｗｔ％のチタンと、１０〜４０ｗｔ％のジルコニウムと、１０〜３０ｗｔ％の銅と、２０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）のニッケルとを含む、請求項１に記載の切削インサート。
【請求項６】
前記シャンク部は超硬合金、サーメットまたはセラミックからなる、請求項１に記載の切削インサート。
【請求項７】
ＳｉＣウィスカ強化セラミック粉末を均一に混合する段階と、
混合された前記ＳｉＣウィスカ強化セラミック粉末をスプレイドライして球状化処理する段階と、
球状化処理された前記ＳｉＣウィスカ強化セラミック粉末を熱間加圧して焼結させることによって無秩序に配列されかたまりになったＳｉＣウィスカを含む切削刃部を形成する段階と、
活性ソルダを用いて前記切削刃部を超硬合金からなるシャンク部にブレージングする段階とを含む、
切削インサート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削インサートに関し、より具体的には、切削インサートの切削刃部のみをＳｉＣウィスカ強化セラミックで形成し、これを活性ソルダでシャンク部にブレージングして、製造原価を減少させつつ形状制限なしにＳｉＣウィスカ強化セラミックの増加した靭性と高い強度により向上した切削性能を提供する切削インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料は耐摩耗性と耐熱性に優れて高速切削に適した機械的特性を有する反面、セラミック固有の脆性により低い破壊靱性（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）を有する。このような脆弱性を改善するために、セラミック材料にウィスカを添加したセラミック複合材料（ｃｅｒａｍｉｃ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が広く用いられる。代表的なセラミック複合材料であるＳｉＣウィスカ強化セラミックは、靭性および強度に優れ、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）、ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏｙ）、ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）などの難削材の加工に用いられる。
【０００３】
一般に、ＳｉＣウィスカ強化セラミックを用いる切削インサートは、プレス用粉末（ｒｅａｄｙ  ｔｏ  ｐｒｅｓｓ  ｐｏｗｄｅｒ）を熱間加圧（ｈｏｔ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ）して焼結体を形成し、例えばレーザカッティングまたはグラインディングを通じて切削インサートにクランプ孔（ｃｌａｍｐｉｎｇ  ｈｏｌｅ）を加工して製造される。これらの工程中、熱間加圧工程およびレーザカッティング工程は、ＳｉＣウィスカ強化セラミックインサートの製造のために要求される固有の工程に該当する。
【０００４】
まず、ＳｉＣウィスカ強化セラミックの焼結には熱間加圧工程が必須である。ＳｉＣウィスカ強化セラミックは一般的な粉末冶金工程によっては全密度（ｆｕｌｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を得るのが非常に難しい材料である。従って切削インサートの緻密化のために熱間加圧工程が求められる。
【０００５】
しかし、熱間加圧工程では、高い温度および圧力により材料の形状に変形が生じるようになるので、複雑な幾何学的形状を有するインサートを製造することが出来ない。製造しようとする切削インサートがクランプ孔、ディンプル（ｄｉｍｐｌｅ）またはグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）がある複雑な形状を有する場合、熱間加圧が完了した後に別途の加工工程が行われる必要がある。この場合、ＳｉＣウィスカ強化セラミックは硬度が非常に高いため、費用の高いレーザカッティングが要求される。
【０００６】
即ち、ＳｉＣウィスカ強化セラミックインサートに要求される熱間加圧工程によってＳｉＣウィスカ強化セラミックインサートの形状が制限される問題がある。また、レーザ装備によって加工する場合にもＳｉＣウィスカ強化セラミックの高い硬度によって加工が容易でない。
【０００７】
それだけでなく、クランプ孔などの形成のためにはレーザカッティング工程を行う必要があるので、製造原価が必然的に上昇する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前述した問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、ＳｉＣウィスカ強化セラミックを用いて切削インサートを製造するにおいてクランプ孔などの複雑な幾何学的形状を有する切削インサートを提供するものである。
【０００９】
本発明の他の目的は、クランプ孔のための高価なレーザカッティングを行うことによる過度な製造原価を節減できる切削インサートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による切削インサートは、ＳｉＣウィスカ強化セラミックからなる切削刃部と、超硬合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ  ｃａｒｂｉｄｅ）、サーメット（ｃｅｒｍｅｔ）またはセラミックからなり前記切削刃部が装着されるシャンク部とを含む。前記切削刃部は活性ソルダ（ａｃｔｉｖｅ  ｓｏｌｄｅｒ）を用いて前記シャンク部にブレイジング（ｂｒａｚｉｎｇ）され、前記切削刃部には前記ウィスカが無秩序に配列されかたまりになっている（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ）。
【００１１】
前記ＳｉＣウィスカ強化セラミックは、１．０〜４０ｗｔ％のＳｉＣウィスカと、ＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ2Ｏ3を含むグループから選択される３０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の金属酸化物と、３０〜９９ｗｔ％のＡｌ2Ｏ3とを含むか、または、１．０〜４０ｗｔ％のＳｉＣウィスカと、８０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）のＡｌ2Ｏ3と、金属炭化物、金属炭窒化物、金属窒化物および金属ホウ化物を含むグループから選択される９９ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の金属化合物とを含んでもよい。
【００１２】
前記活性ソルダは銀、銅およびチタンからなって０．５〜２０ｗｔ％のチタンと、４０〜８０ｗｔ％の銀および４０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の銅を含むか、あるいは、銅、ニッケル、チタンおよびジルコニウムからなって１０〜４０ｗｔ％のチタンと、１０〜４０ｗｔ％のジルコニウムと、１０〜３０ｗｔ％の銅および２０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）のニッケルを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、切削インサートのシャンク部をクランプ孔、ディンプルまたはグルーブなどの複雑な形状として形成し、切削刃部のみをＳｉＣウィスカ強化セラミックで形成することによって、多様な幾何学的構造が形状の制限なしに採用されＳｉＣウィスカ強化セラミックの高い強度および靭性により優れた切削性能が実現する切削インサートが提供される。
【００１４】
加工に寄与する切削刃部のみをＳｉＣウィスカ強化セラミックで形成しこれをシャンク部にブレージングするので、切削インサートの製造時に高価なＳｉＣウィスカ強化セラミック材料を節減することができる。
【００１５】
また、ＳｉＣウィスカ強化セラミックにクランプ孔などを形成するためにレーザカッティングおよびグラインディングなどの高価な工程が必要でないので、切削インサートの製造原価を下げることができる。
【００１６】
切削刃部を構成するＳｉＣウィスカは特定の方向に整列するのでなく無秩序に配列されかたまりになるので、あらゆる方向に対する均一な破壊強度向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】本発明の一実施形態による切削インサートの平面図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態による切削インサートの正面図である。
【図２】球状化したＳｉＣウィスカ強化セラミック混合粉末の拡大図である。
【図３】焼結体の研磨面組織の拡大図である。
【図４】マトリックス内のＳｉＣウィスカの分布を表す拡大図である。
【図５】切削刃部とシャンク部との間の溶接部界面の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による切削インサート１の一実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１ａは本発明の一実施形態による切削インサートの平面図を示し、図１ｂは本発明の一実施形態による切削インサートの正面図を示す。切削インサート１はクランプ孔２１を備えるシャンク部２０と、被削材の加工に寄与する切削刃部１０とを備える。
【００２０】
シャンク部２０は切削インサート１の本体をなす。シャンク部２０の端部には切削刃部１０が装着できるように切削刃部１０の個数と形状に対応するリセスが形成されている。シャンク部２０には切削インサート１を切削工具に固定するためのクランプ孔２１が設けられている。シャンク部２０が超硬合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ  ｃａｒｂｉｄｅ）、サーメット（ｃｅｒｍｅｔ）またはセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）からなるので、シャンク部は加工に困難なく任意の形状を持つことができる。従って、複雑な幾何学的形状の領域がシャンク部２０に含まれてさえいれば、切削インサートはクランプ孔２１はもとより、ディンプルやグルーブなどのいかなる幾何学的形状も持つことができる。
【００２１】
切削刃部１０はシャンク部２０に形成された対応リセスに装着され切削インサート１の端部に位置して、加工時に被削材と直接接触する。この実施形態では、切削インサート１が４つの切削刃部１０を有する場合を例示するが、これに限定されるわけではなく、切削インサート１０の端部の全部または一部にのみ切削刃部１０が装着されてもよい。
【００２２】
切削刃部１０はＳｉＣウィスカ強化セラミックからなる。ＳｉＣウィスカ強化セラミックは、１．０〜４０ｗｔ％のＳｉＣウィスカと、ＭｇＯ、ＺｒＯ2およびＹ2Ｏ3を含むグループから選択される３０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の金属酸化物と、３０〜９９ｗｔ％のＡｌ2Ｏ3とを含んでもよい。また、ＳｉＣウィスカ強化セラミックは、１．０〜４０ｗｔ％のＳｉＣウィスカと、８０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）のＡｌ2Ｏ3と、金属炭化物、金属炭窒化物、金属窒化物および金属ホウ化物を含むグループから選択される９９ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の金属化合物とを含んでもよい。
【００２３】
ＳｉＣウィスカ強化セラミックからなる切削刃部１０を備える切削インサート１の製造方法は次の通りである。
【００２４】
切削刃部１０の製造のために、混合したＳｉＣウィスカ強化セラミック粉末を球状化処理（ｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚｅ）する。前述した組成を有するためにＳｉＣウィスカ強化セラミックの各粉末を混合する。混合した粉末が均一に混ざるように、乾式や湿式によるミキシング（ｍｉｘｉｎｇ）あるいはミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）を実施する。このような粉末をエチルアルコール、有機溶媒または水などの蒸発が容易な液体に混ぜたスラリー状態の混合物を作り、スプレイドライヤーを用いてノズルを通じて 噴射しながら熱を加えて液体成分を蒸発させる。液体成分が蒸発しながら、表面積を最小化しようとする性質によって残留固体成分は丸くかたまりになって（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ）、結果的に図２に示すように球状化した混合粉末が得られる。図２は１００倍の倍率で観察した球状化したＳｉＣウィスカ強化セラミック混合粉末の拡大図である。
【００２５】
このような球状化処理を行うと、成形作業時に均一な充てん密度（ｆｉｌｌｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が得られ、内部気孔を最小化することによって高い焼結密度（ｓｉｎｔｅｒｅｄ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を得ることができる。また、球状化した混合粉末は流動性が良いので広い面積の板材を製造するにおいても厚み偏差が減少し、焼結後にも均一な密度を有する焼結体が得られる利点がある。
【００２６】
その後、球状化処理された混合粉末を熱間加圧して焼結体を形成する。熱間加圧時には、後述するように、ＳｉＣウィスカが可能な限り無秩序に配列できるよう一定の圧力を均等に加える。図３は２００倍の倍率で観察した焼結体の研磨面組織の拡大図である。焼結粉末の丸い形態が維持されて粒子がかたまりになっている形状が観察され、このような形状は焼結体を切削工具として用いる場合、衝撃を緩和させて耐欠損性（ｃｈｉｐｐｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を向上させる。
【００２７】
図４は５０００倍の高倍率で観察した焼結体の拡大図である。高倍率イメージにおいて、明るい灰色の部分はＡｌ2Ｏ3マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）１１を表し、濃い灰色の部分はＳｉＣウィスカ１２を表す。図面で確認できるように、ＳｉＣウィスカ１２はＡｌ2Ｏ3マトリックス１１内で多様な長さを有することができる。これは、ＳｉＣウィスカ１２の配向によってＳｉＣウィスカ１２の長さが異なって観測されるのであって、長さが長いのは水平に配向しており、長さが短いのは垂直に配向している。このように、ウィスカが一定方向に整列せずに無秩序に配列されかたまりになっているので、あらゆる方向に対する均一な破壊強度向上に寄与するようになる。
【００２８】
切削刃部１０とシャンク部２０が製造されると、切削刃部１０はシャンク部２０の対応リセスにブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）によって装着される。汚染を避けるために、ブレージング工程はアルゴンのような不活性ガス雰囲気でなされる。一般に、セラミックと金属との間には固溶度（ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ）が低く摩擦係数が低いので、溶接を通じて接合するのががほぼ不可能である。この実施形態による切削インサート１において、ＳｉＣウィスカ強化セラミックからなる切削刃部１０と、超硬合金からなるシャンク部２０とは一般的なソルダをもっては接合することがでなきい。従って、ＳｉＣウィスカ強化セラミックを高強度で接合することのできる、活性ソルダ（ａｃｔｉｖｅ  ｓｏｌｄｅｒ）を用いてブレージングする。活性ソルダは、０．５〜２０ｗｔ％のチタンと、４０〜８０ｗｔ％の銀および４０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）の銅を含むか、または、１０〜４０ｗｔ％のチタンと、１０〜４０ｗｔ％のジルコニウムと、１０〜３０ｗｔ％の銅および２０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を含む）のニッケルを含んでもよい。このような活性ソルダを用いるブレージング方法は、シャンク部２０がサーメットやセラミックからなる場合にも適用可能なので、本発明による切削インサート１のシャンク部２０は超硬合金、サーメットまたはセラミックからなることができる。
【００２９】
溶接部の界面を示す図５を参照すると、切削刃部１０をなすＳｉＣウィスカ強化セラミックとシャンク部２０をなす超硬合金とがその間に流入した活性ソルダ３０と堅固に接合している。切削性能の評価結果によると、溶接部の脱落が発生せず、切削性能は溶接しない切削工具に比べてより優れている。
【００３０】
前述したように、切削刃部１０は切削インサート１の端部先端にのみ装着され、複雑な幾何学的形状が形成される領域にまで及ばない。シャンク部２０の対応リセスに合う形状にＳｉＣウィスカ強化セラミックを加工する以外に、レーザカッティングなどを用いてクランプ孔などを形成するためにＳｉＣウィスカ強化セラミックを追加で加工する必要がないので、ＳｉＣウィスカ強化セラミックをレーザカッティングするための費用を減らすことができる。
【００３１】
また、所望の幾何学的形状はシャンク部２０によって具現でき、加工に寄与する切削インサート１の端部のみがＳｉＣウィスカ強化セラミックからなるので、切削インサートの製造において高価なＳｉＣウィスカ強化セラミック材料を減らすことができ製造原価を下げることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【国際調査報告】
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