(57)【要約】【課題】高送り切削に使用しても、切刃の欠損をより確実に抑制することが可能な高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミルを提供する。【解決手段】Ｃｏを主な結合相とする炭化タングステン基超硬合金よりなる切刃部を有し、この切刃部の表面に硬質皮膜が被覆された表面被覆超硬合金製エンドミルであって、この炭化タングステン基超硬合金における抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）を１６．０≦Ｈｃ≦３４．０の範囲とし、かつ熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を１２０−２Ｈｃ≦λ≦１２０の範囲とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏを主な結合相とする炭化タングステン基超硬合金よりなる切刃部を有し、該切刃部の表面に硬質皮膜が被覆された高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミルであって、
上記炭化タングステン基超硬合金における抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）が
１６．０≦Ｈｃ≦３４．０
の範囲であり、かつ熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が
１２０−２Ｈｃ≦λ≦１２０
の範囲であることを特徴とする高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミル。
【請求項２】
上記硬質皮膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒのうちの１種または複数種の元素の窒化物または炭窒化物よりなる皮膜が、単層で、または複数層積層されて被覆されたものであることを特徴とする請求項１に記載の高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミル。
【請求項３】
上記切刃部の切刃にホーニング幅が５〜３０μｍのホーニング処理が施されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高送り加工に用いて好適な高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金型などの切削加工には、Ｃｏを主な結合相とする炭化タングステン（ＷＣ）基の超硬合金よりなるエンドミルが用いられている。このようなエンドミルとしては、軸線回りに回転される外形略円柱状のエンドミル本体の先端部が切刃部とされ、この切刃部の外周に形成された切屑排出溝の回転方向を向く壁面の辺稜部に切刃が形成された、いわゆるソリッドのエンドミルが、例えば特許文献１などを初めとして多く提案されている。また、このような超硬合金よりなるエンドミル本体の表面にＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、ＴｉとＡｌの複合炭化物、複合窒化物、複合炭窒化物、ＴｉとＡｌとＳｉとの複合窒化物などの硬質皮膜を被覆した表面被覆超硬合金製エンドミルも、例えば特許文献２などを初めとして多数提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２４６４９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１７４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、上述した金型などの切削加工においては高能率加工に対する要求が強くなってきており、特にエンドミルの送り速度を高めて高能率切削を行う、いわゆる高送り切削が多用されるようになっている。ところが、このような高送り切削用エンドミルでは当然にエンドミル本体に対する負担が大きく、特に切刃に欠損が生じ易いという問題がある。
【０００４】
ここで、上記特許文献１記載のエンドミルでは、上記切刃のうち外周刃と底刃とが交差するコーナ刃をエンドミル本体の先端外周側に凸となるように湾曲させたラジアスエンドミルにおいて、このコーナ刃の逃げ角を外周刃の先端から底刃の外周端に向けて漸次減少させることにより、切刃強度を確保して高送り切削でも切刃に欠けやチッピングを生じることがないようにしている。一方、特許文献２記載のエンドミルでは、エンドミル本体を形成する超硬合金において結合相となるＣｏが微細Ｃｏ粒分散組織となるようにして強靱性をもたせ、高送り切削条件で発生する強い機械的衝撃にも切刃にチッピングが発生するのを防いでいる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように切刃部の形状を改良したり、あるいは特許文献２のようにエンドミル本体を形成する超硬合金の組織を制御したりしたエンドミルでも、高硬度の被削材をより高い送り速度で高送り切削する場合には、切刃の欠損を十分に抑制することは困難であった。そこで、本発明は、このような高送り切削に使用しても、切刃の欠損をより確実に抑制することが可能な高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここで、超硬合金製エンドミルの耐欠損性を高めるためには、一般的にはＣｏ量を増加させて靱性を高めることが考えられる。ただし、Ｃｏ量を増加させると超硬合金の硬度が低下し、耐摩耗性も低下するため、超硬合金におけるＷＣ粒径を微粒化することにより硬度を高めることが考えられる。
【０００７】
一方、本発明の発明者がこうしてＣｏ量を増加させるとともにＷＣ粒径を微粒化した種々の超硬合金製エンドミルによって様々な条件で高送り切削試験を重ねたところ、切刃にかなりの発熱が発生していることが認められた。そこで、本発明の発明者は、これらＣｏ量およびＷＣ粒径との関係で、超硬合金の母材が熱的損傷を受けることが高送り切削における切刃の欠損の要因となるのではないかと考え、エンドミル本体を形成する超硬合金について、そのＷＣ粒径や主な結合相となるＣｏ量、あるいは粒成長抑制剤の種類や量についてさらに様々な実験を行った結果、炭化タングステン基超硬合金においてこれらＷＣ粒径およびＣｏ量と関係する抗磁力と熱的損傷に関係する熱伝導度とが所定の範囲で特定の関係にあるときには、より送り速度の高い高送り切削の条件下でも優れた耐欠損性を発揮することができるという知見を得るに至った。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、Ｃｏを主な結合相とする炭化タングステン基超硬合金よりなる切刃部を有し、該切刃部の表面に硬質皮膜が被覆された表面被覆超硬合金製エンドミルであって、上記炭化タングステン基超硬合金における抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）が１６．０≦Ｈｃ≦３４．０の範囲であり、かつ熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１２０−２Ｈｃ≦λ≦１２０の範囲であることを特徴とする。
【０００９】
ここで、炭化タングステン基超硬合金における抗磁力は、結合相であるＣｏの磁気特性に基づくものであり、Ｃｏ量が同じであればＷＣ粒径が小さいほど、すなわち超硬合金の硬度が高いほど個々のＣｏの磁区が細かく分割されてその数が多くなり、抗磁力も大きくなる。従って、エンドミル本体を形成する超硬合金の抗磁力が高くなると、硬度も増大して切刃の耐欠損性は向上するのであるが、この抗磁力が大きくなりすぎると、ＷＣ粒径が微粒化されすぎたり、あるいはＣｏ量が少なすぎたりすることになり、エンドミル本体の靱性が不足して却って工具寿命を短縮することになるので、本発明ではこの抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）を１６．０≦Ｈｃ≦３４．０の範囲としている。ちなみに、抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）が１６．０未満であると硬度が不十分で耐摩耗性が不足し、高送り切削を行うことはできない。
【００１０】
一方、本発明の発明者による上記実験によると、超硬合金の熱伝導度は抗磁力が高くなるほど略これに比例して低下する傾向にあり、抗磁力が上記範囲内であっても抗磁力に対して熱伝導度が特定の範囲内でなければ、高送り切削条件下では切刃に発生した切削熱が発散されずに、超硬合金の硬度の向上による切刃の耐欠損性を熱的損傷が上回ってしまい、欠損を十分に抑制できないことが分かった。そこで、本発明では抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）に対して熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を１２０−２Ｈｃ≦λの範囲としており、これにより切刃の硬度、強度と熱伝導性、熱発散性とを調和させて欠損の発生を効果的に抑制することが可能となる。ただし、この熱伝導度が高すぎるとやはりＣｏ量が少なくなりすぎることになって靱性の不足を招くため、本発明ではこの熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）の上限を１２０としている。
【００１１】
なお、エンドミル本体は、切刃が形成されるその先端側の切刃部が少なくともこのような炭化タングステン基超硬合金により形成されていればよく、従って後端側のシャンク部等を含めてエンドミル本体全体がかかる炭化タングステン基超硬合金によって形成されていても勿論構わない。また、このような表面被覆超硬合金製エンドミルによる高送り切削としては、例えば３５〜５５ＨＲＣ程度の硬さを有する鉄鋼材料を被削材とした場合に、切刃の外径（直径）Ｄが３ｍｍ以上のときには切刃１刃当たりの送り量が０．３ｍｍ／刃以上の送り速度、切刃の外径（直径）Ｄが３ｍｍ未満のときには同じく切刃１刃当たりの送り量がこの外径Ｄ（ｍｍ）に対して０．０５×Ｄ／刃以上の送り速度となるような切削条件である。
【００１２】
一方、超硬合金製エンドミルの切刃部の表面に被覆される硬質皮膜は、切刃の耐摩耗性を高めるとともに耐熱性および耐酸化性を改善することにより切刃の損傷を抑制し、耐欠損性を向上させるものであるが、このような硬質皮膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒのうちの１種または複数種の元素の窒化物または炭窒化物よりなる皮膜を、単層で、または複数層積層されて被覆されたものとすることが、切刃の耐欠損性を一層向上させるうえで望ましい。さらにまた、こうして硬質皮膜が被覆される上記切刃部の切刃にホーニング幅が５〜３０μｍのホーニング処理を施すことにより、さらに一層の耐欠損性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、エンドミル本体の切刃部を、所定の範囲の抗磁力と、これと特定の範囲の関係の熱伝導度とを有する炭化タングステン基超硬合金によって形成することにより、切刃の硬度および強度と切刃部の熱伝導性すなわち切削熱の発散性とをバランスさせて、確実かつ効果的に切刃の耐欠損性の向上を図ることができる。従って、被削材が高硬度であってもより高い送り速度で切削加工を行うことができ、近年の金型などの切削加工における高能率加工に対する要求をも十分に満足し得る高送り切削用表面被覆超硬合金製エンドミルを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、具体的な実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１５】
本実施例では、原料粉末として平均粒径がそれぞれ０．３〜１．５μｍのＷＣ粉末、１．１μｍのＶＣ粉末、１．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、０．９μｍのＴａＣ粉末、および１．３μｍのＣｏ粉末を用いて、これらを次表１にそれぞれ示す配合組成で適宜配合した。ただし、この表１の配合組成における残部はＷＣである。
【００１６】
そして、こうして配合した原料粉末それぞれを、アトライタにてアルコールを溶媒として原料粉末に対し１質量％のパラフィンワックスを加えて８時間混合し、混合後乾燥して得られた粉末を金型に充填して１００ＭＰａの圧力で所定の寸法の丸棒成形体にプレス成形し、次いで脱ワックス処理した後、１．３Ｐａの真空中で１３５０〜１４５０℃に加熱昇温して１時間保持することにより焼結処理し、さらにこの焼結温度のままＡｒを導入して雰囲気圧力を６ＭＰａまで加圧した状態で１時間保持してＨＩＰ処理を施すことにより、表１に基体記号Ａ〜Ｌで示す１０種の丸棒状の超硬合金素材を得た。これらの素材の抗磁力および熱伝導度を測定した結果を、表１に合わせて示すとともに、その関係について図１に示す。なお、表１には、測定された抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）に対する１２０−２Ｈｃの値も合わせて示してある。また、この図１における符号Ｓの直線は、抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）に対して熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１２０−２Ｈｃ＝λの関係である場合を示している。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
こうして得られた基体記号Ａ〜Ｌの丸棒状超硬合金素材に対し、それぞれ研削加工によってその先端部に切屑排出溝を形成して切刃を研ぎ付けることにより、次表２に工具番号１〜１２で示す同形同大の１２種の２枚刃ボールエンドミルを製造した。なお、これらのボールエンドミルは、切刃の外径（直径）Ｄが６ｍｍで、底刃Ｒ半径は３ｍｍであり、切刃にはホーニング幅が５μｍのホーニング処理を施した。さらに、これらのボールエンドミルの切刃部表面に、表２に組成と層厚をそれぞれ示す各硬質被覆層よりなる硬質皮膜をアークイオンプレーティング法によって被覆し、本発明に係わる実施例の表面被覆超硬合金製エンドミル（工具番号１〜６）と、これに対する比較例の表面被覆超硬合金製エンドミル（工具番号７〜１２）を製造した。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
そして、これら実施例と比較例の表面被覆超硬合金製エンドミルにより、
被削材：ＳＫＤ６１（硬さ５２ＨＲＣ）、
エンドミル回転速度：１６０００ｍｉｎ−１、
送り速度：９６００ｍｍ／ｍｉｎ（１刃当たりの送り量０．３ｍｍ）、
切り込み量：軸方向０．３ｍｍ、ピックフィード１．８ｍｍ、
切削方式：ダウンカット、
冷却方式：エアブロー、
エンドミル突き出し長さ：２１ｍｍ、
切削長：２００ｍ、
の切削条件で第１の切削試験を行い、切削長５０ｍごとに切刃の損傷を観察して、０．２ｍｍを越える摩耗幅の逃げ面摩耗が確認された場合、または０．２ｍｍを越える大きさの欠損が切刃に発生した場合を寿命として、エンドミル寿命を判別した。この切削試験結果を表２に合わせて示す。
【００２１】
従って、この表２の切削試験結果より、本発明に係わる実施例の工具番号１〜６のボールエンドミルでは切削長２００ｍ切削完了時でも寿命には達しておらず、すなわち０．２ｍｍを越えるような逃げ面摩耗や切刃の欠損は認められていなかったのに対し、同じ硬質皮膜を被覆した比較例の工具番号７〜１２のボールエンドミルでは、いずれも切削長２００ｍｍに達する前に欠損や摩耗により寿命となってしまった。このうち、抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）が３４．０を上回る基体記号Ｇよりなる超硬合金素材から製造された工具番号７のボールエンドミルでは切刃の靱性が乏しいために欠損が生じて寿命に達してしまい、逆に抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）が１６．０を下回る基体記号Ｉの超硬合金素材から製造された工具番号９のボールエンドミルでは耐摩耗性不足のため逃げ面摩耗の増大により寿命に達していた。一方、抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）が１６．０≦Ｈｃ≦３４．０の範囲であっても、熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１２０−２Ｈｃを下回る基体記号Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ｌの超硬合金素材から形成された工具番号８，１０，１１，１２のボールエンドミルでは、いずれも切刃の欠損により工具番号７，９のボールエンドミルよりも早期に寿命が費えていた。
【００２２】
次に、表１に示した基体記号Ａ〜Ｌの超硬合金素材から、研削加工により次表３に示す切刃外径Ｄ（直径）、底刃Ｒ半径、および切刃ホーニング量の工具番号１３〜２２の２枚刃ボールエンドミルを製造した。なお、これらのボールエンドミルにおいては、切刃部の表面に層厚が３μｍの単層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ硬質被覆層よりなる硬質皮膜をアークイオンプレーティング法によって被覆した。従って、これらのボールエンドミルのうち、工具番号１３，１５〜１７，１９，２１が本発明に係わる実施例の表面被覆超硬合金製エンドミルとなり、残りの工具番号１４，１８，２０がこれに対する比較例となる。ただし、実施例のうちでも工具番号１３のエンドミルはホーニング量が３０μｍを越える３２μｍであり、工具番号１６のエンドミルはホーニング量が５μｍを下回る２μｍとされている。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
そして、こうして得られた表面被覆超硬合金製エンドミルについて、工具番号１３，１４のものに対しては表４の切削条件アに基づき、工具番号１５〜１８のものに対しては表４の切削条件イに基づき、工具番号１９，２０のものに対しては表４の切削条件ウに基づき、工具番号２１，２２のものに対しては表４の切削条件エに基づき、それぞれ切削長５ｍとして第２の切削試験を行い、その際の工具寿命を第１の切削試験の場合と同様の評価で判別した。この切削試験結果を、工具番号１３，１４のものについては表５に、工具番号１５〜１８のものについては表６に、工具番号１９，２０のものについては表７に、工具番号２１，２２のものについては表８に、それぞれ送り速度（１刃当たりの送り量）とともに示す。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
【表５】
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【００２７】
【表６】
2008093800.tif 000008
【００２８】
【表７】
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【００２９】
【表８】
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【００３０】
ただし、この第２の切削試験においては、工具番号１３〜２２の表面被覆超硬合金製エンドミルをそれぞれ３本ずつ用意して同一の各条件に基づいて３回の試験を行い、しかも切削長５ｍの切削試験を終了した時点で寿命と判定されていない場合には、次に１刃当たりの送り量を表５〜８に示したように順次増大させるようにして同じく切削長５ｍの切削試験を行い、こうしてすべてのエンドミルが寿命に達するまで切削試験を行った。表５〜８において○印は寿命に達していないことを示し、×印はそのときの送り速度（１刃当たりの送り量）で寿命に達したことを示しており、−印になっているのはその前の切削で寿命に達していることを示している。
【００３１】
これら表５〜８の切削試験結果より、まず表５によれば、本発明に係わる実施例の工具番号１３のエンドミルの方が、比較例となる工具番号１４のエンドミルに比べて寿命が長く、しかも１刃当たりの送り量が大きい高送り切削となっても高い耐欠損性、耐摩耗性が発揮されているのが分かる。また、表６の結果からも、同様に本発明に係わる実施例の工具番号１５〜１７のエンドミルの方が、比較例となる工具番号１８のエンドミルに比べて寿命が長いことが明らかであるが、これら実施例のうちでもホーニング量（ホーニング幅）が５〜３０μｍの範囲とされた工具番号１５，１７のエンドミルの方が、この範囲よりも小さなホーニング量とされた工具番号１６のエンドミルよりも長寿命であった。さらに、こうして本発明に係わる実施例のエンドミルの方が長寿命であることは、表７，８に示したように切刃の外径（直径）が４ｍｍや１ｍｍの小径のエンドミルにおいても共通するものであった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態における実施例と比較例に係わる超硬合金素材の抗磁力と熱伝導度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ  抗磁力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）に対して熱伝導度λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１２０−２Ｈｃ＝λの関係である場合を示す直線
【図１】
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