(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃面と切粉案内溝面が形成された切刃部、およびシャンク部からなる軸物切削工具において、
上記切刃部を構成する工具基体を、切刃面が形成された外側外周部と、切粉案内溝面が形成された内側中心部からなる２重構造とし、前記切刃面には、工具基体表面に蒸着形成された表面硬質層が存在し、前記切粉案内溝面には前記表面硬質層の形成がない構造を有し、さらに前記切刃面が形成された工具基体の外側外周部を、質量％で、
（ａ）Ｃｏ：５〜１５％、
炭化クロムおよび炭化バナジウムのいずれか、または両方：０．１〜２％、
炭化タングステン：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
（ｂ）Ｃｏ：５〜１５％、
炭化クロムおよび炭化バナジウムのいずれか、または両方：０．１〜２％、
炭化タンタルおよび炭化ニオブのいずれか、または両方：０．１〜３％、
炭化タングステン：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
以上（ａ）または（ｂ）からなる超硬合金、
前記切粉案内溝面が形成された工具基体の内側中心部を、同じく質量％で、
（ａ′）Ｃｏ：５〜１５％、
炭化クロムおよび炭化バナジウムのいずれか、または両方：０．１〜２％、
炭素：０．２〜５％、
炭化タングステン：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなり、かつ素地に遊離黒鉛が分散分布した組織を有する超硬合金、
（ｂ′）Ｃｏ：５〜１５％、
炭化クロムおよび炭化バナジウムのいずれか、または両方：０．１〜２％、
炭化タンタルおよび炭化ニオブのいずれか、または両方：０．１〜３％、
炭素：０．２〜５％、
炭化タングステン：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなり、かつ素地に遊離黒鉛が分散分布した組織を有する超硬合金、
以上（ａ′）または（ｂ′）からなる超硬合金で構成したことを特徴とする難削材の高速切削を可能とする軸物切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特にステンレス鋼や軟鋼などのきわめて粘性が高く、高い発熱を伴なう高速切削では切粉の粘性が高い発生熱による加熱で一段と増大するようになる難削材の高速切削を可能とする軸物切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸物切削工具として、エンドミルやドリル、さらにミニチュアドリルが知られており、これらはいずれも切刃面と切粉案内溝面が形成された切刃部、およびシャンク部で構成され、前記エンドミルには切刃面がスクエア形状ものや、切刃面の先端部がボール形状を有するもの、さらに切刃面がルーター形状を有するものなどが知られ、鋼や鋳鉄、さらに非鉄材料などの被削材の面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられ、また前記ドリルやミニチュアドリルは前記被削材の穴あけ加工などに用いられていることは良く知られるところである。
【０００３】
また、これらの軸物切削工具が、一般に、質量％で（以下、％は質量％を示す）、
（ａ）Ｃｏ：５〜１５％、
炭化クロム（以下、Ｃｒ３Ｃ２で示す）および炭化バナジウム（以下、ＶＣで示す）のいずれか、または両方：０．１〜２％、
炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
（ｂ）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．０５〜３％、
ＴａＣおよびＮｂＣのいずれか、または両方：０．１〜３％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
以上（ａ）または（ｂ）からなる超硬合金の丸棒素材から、研削加工にて、切刃部（切刃面および切粉案内溝面）とシャンク部からなる工具基体を形成し、この工具基体を、例えば通常の物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金を用い、装置内を窒素雰囲気とした状態で前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、バイアス電圧を印加した前記工具基体の表面に所定層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を表面硬質層として形成することにより製造されることも知られている。
【特許文献１】特開平５−１７９３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削装置の高性能化と相俟って、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来軸物切削工具においては、これを特に被削材が高い粘性を有するステンレス鋼や軟鋼などの難削材の高速切削に用いた場合、切削時に発生する高熱によって前記難削材の切粉は高温に加熱されて一段と粘性を増すようになることから、切刃部の切粉案内溝面をスムースに移動することができず、前記切粉案内溝面に溶着する場合も生じることから、前記難削材の高速切削はほとんど実行されないのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、ステンレス鋼や軟鋼などの難削材を高速切削することができる軸物切削工具を開発すべく、上記の従来軸物切削工具に着目し、研究を行った結果、
軸物切削工具の切刃部を構成する工具基体を、切刃面が形成された外側外周部と、切粉案内溝面が形成された内側中心部からなる２重構造とし、前記切刃面には、工具基体表面に蒸着形成された表面硬質層が存在し、前記切粉案内溝面には前記表面硬質層の形成がない構造とすると共に、前記切刃面が形成された工具基体の外側外周部を、
（ａ）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．０５〜３％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
（ｂ）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
ＴａＣおよびＮｂＣのいずれか、または両方：０．１〜３％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
以上（ａ）または（ｂ）からなる超硬合金で構成し、一方、上記切粉案内溝面が形成された工具基体の内側中心部を、
（ａ′）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
炭素（以下、Ｃで示す）：０．２〜５％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなり、かつ素地に遊離黒鉛が分散分布した組織を有する超硬合金、
（ｂ′）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
ＴａＣおよびＮｂＣのいずれか、または両方：０．１〜３％、
Ｃ：０．２〜５％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなり、かつ素地に遊離黒鉛が分散分布した組織を有する超硬合金、
以上（ａ′）または（ｂ′）からなる超硬合金で構成すると、上記切刃面では、遊離黒鉛が存在しないので、工具基体表面に強固に密着した表面硬質層によってすぐれた耐摩耗性が確保され、一方上記切粉案内溝面では、工具基体の素地に分散分布する遊離黒鉛によって、上記難削材の高速切削で切粉が高温に加熱されて粘性を増大させても、これが溶着することはなく、スムースに移動するようになることから、前記難削材の高速切削が可能となり、すぐれた切削性能を発揮するようになる、という研究結果を得たのである。
【０００６】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、切刃面と切粉案内溝面が形成された切刃部、およびシャンク部からなる軸物切削工具において、
上記切刃部を構成する工具基体を、切刃面が形成された外側外周部と、切粉案内溝面が形成された内側中心部からなる２重構造とし、前記切刃面には、工具基体表面に蒸着形成された表面硬質層が存在し、前記切粉案内溝面には前記表面硬質層の形成がない構造を有し、さらに前記切刃面が形成された工具基体の外側外周部を、
（ａ）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
（ｂ）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
ＴａＣおよびＮｂＣのいずれか、または両方：０．１〜３％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなる超硬合金、
以上（ａ）または（ｂ）からなる超硬合金で構成し、一方、上記切粉案内溝面が形成された工具基体の内側中心部を、
（ａ′）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
Ｃ：０．２〜５％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなり、かつ素地に遊離黒鉛が分散分布した組織を有する超硬合金、
（ｂ′）Ｃｏ：５〜１５％、
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣのいずれか、または両方：０．１〜２％、
ＴａＣおよびＮｂＣのいずれか、または両方：０．１〜３％、
Ｃ：０．２〜５％、
ＷＣ：残り、
の配合組成を有する圧粉体を焼結してなり、かつ素地に遊離黒鉛が分散分布した組織を有する超硬合金、
以上（ａ′）または（ｂ′）からなる超硬合金で構成してなる、難削材の高速切削を可能とする軸物切削工具に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の軸物切削工具において、工具基体の外側外周部および内側中心部の配合組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｃｏ
Ｃｏには焼結性を向上させ、もって工具基体の強度を向上させる作用があるが、その割合が５％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その割合が１５％を越えると、特に切粉案内溝面での切粉の親和性が増大し、溶着し易くなることから、その割合を５％〜１５％と定めた。
【０００８】
（ｂ）Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣ
Ｃｒ３Ｃ２およびＶＣには、いずれも焼結時に素地を構成するＣｏに固溶して、ＷＣ粒の形成に際して、これを微細化し、もって工具基体の強度を向上させる作用があるが、その割合が０．１％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その割合が２％を越えると、強度が急激に低下するようになることから、その割合を０．１％〜２％と定めた。
【０００９】
（ｃ）ＴａＣおよびＮｂＣ
ＴａＣおよびＮｂＣには、微細な炭化物として分散分布して、工具基体の硬さを向上させ、もって耐摩耗性の向上に寄与する作用があるので、必要に応じて含有させるが、その割合が０．１％未満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その割合が３％を越えると、強度が急激に低下するようになることから、その割合を０．１％〜３％と定めた。
【００１０】
（ｄ）Ｃ
Ｃには、工具基体の内側中心部に形成された切粉案内溝面に遊離炭素として分散分布し、高温加熱された切粉の溶着を防止し、スムースな切粉移動を可能にする作用があるが、その割合が０．２％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その割合が５％を越えると、工具基体の強度に低下傾向が現れるようになることから、その割合を０．２％〜５％と定めた。
【００１１】
また、この発明の軸物切削工具は、
（ａ）原料粉末として、ＷＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、炭素粉末、およびＣｏ粉末を用い、
（ｂ）これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合して、工具基体の外側外周部形成用混合粉末および内側中心部形成用混合粉末を調製し、
（ｃ）これら両混合粉末から所定寸法の円柱状同心構造の圧粉体をプレス成形し、さらに前記圧粉体を押出し成形して所定寸法の丸棒圧粉体とし、この丸棒圧粉体を焼結して丸棒焼結体とし、
（ｄ）上記丸棒焼結体に研削加工にて切刃面を形成して工具基体とし、
（ｅ）上記工具基体をアークイオンプレーティング装置に装入し、例えばカソード電極として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金を用い、装置内を窒素雰囲気とした状態で前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、バイアス電圧を印加した前記工具基体の表面に所定層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を表面硬質層として形成し、
（ｆ）ついで、上記表面硬質層形成の工具基体に同じく研削加工にて切粉案内溝面を形成する、
以上（ａ）〜（ｆ）の工程により製造される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の軸物切削工具は、切刃面では、遊離黒鉛が存在しないので、工具基体表面に強固に密着した表面硬質層によってすぐれた耐摩耗性が確保され、一方切粉案内溝面では、工具基体の素地に分散分布する遊離黒鉛によって、難削材の高速切削で切粉が高温に加熱されて粘性を増大させても、これが溶着することはなく、スムースに移動するようになることから、難削材の高速切削が可能となり、すぐれた切削性能を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００１４】
原料粉末として、いずれも０．５〜３μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、炭素 粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、それぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥して、工具基体の外側外周部形成用混合粉末および内側中心部形成用混合粉末を調製し、この両混合粉末から、４０ＭＰａの圧力で寸法が外径：１００ｍｍ×内径：９８ｍｍの外側外周部と、これと同心配置の直径：９８ｍｍの内側中心部からなる円柱状２重構造圧粉体（先端面部の外側外周部の厚さは１ｍｍ）をプレス成形し、さらに、この２重構造圧粉体を１００ＭＰａ の圧力で押出し成形して、外径：１２ｍｍの丸棒圧粉体とし、この丸棒圧粉体Ａ〜Ｊを、１Ｐａの窒素雰囲気中、温度：３５０℃に２４０分間保持して脱脂した後、雰囲気を６Ｐａの真空とし、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結し、この結果の丸棒焼結体に、研磨加工にて、切刃面を形成して工具基体とし、この工具基体を、アークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金を用い、５００℃に加熱した装置内を２Ｐａの窒素反応雰囲気とした状態で前記カソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した前記工具基体の表面に、組成(原子比)が（Ａｌ０．６Ｔｉ０．４）Ｎからなる平均層厚：４μｍの表面硬質層を形成し、ついで、前記表面硬質層形成の工具基体に研磨加工にて、切粉案内溝面を形成することにより、いずれも切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びに図１（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に切刃部の概略横断面図で示される通りのねじれ角：３０度の４枚刃スクエア形状を有し、切刃面が前記表面硬質層で被覆され、かつ切粉案内溝面には前記表面硬質層の形成がなく、遊離黒鉛が分散分布した本発明軸物切削工具としての本発明エンドミル１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１５】
また、比較の目的で、原料粉末として、いずれも０．５〜３μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＶＣ粉末、およびＣｏ粉末を用い、これら原料粉末を、Ｃｒ3 Ｃ2 ：０．５％、ＶＣ：０．３％、Ｃｏ：８％、ＷＣ：残りからなる配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥して、混合粉末を調製し、この混合粉末から、４０ＭＰａの圧力で外径：１００ｍｍ円柱状圧粉体をプレス成形し、さらに、この圧粉体を１００ＭＰａ の圧力で押出し成形して、外径：１２ｍｍの丸棒圧粉体とし、この丸棒圧粉体を、１Ｐａの窒素雰囲気中、温度：３５０℃に２４０分間保持して脱脂した後、雰囲気を６Ｐａの真空とし、７℃／分の昇温速度で１４００℃の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結し、この結果の丸棒焼結体に、研磨加工にて、切刃面および切粉案内溝面を形成して工具基体とし、この工具基体を、アークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金を用い、５００℃に加熱した装置内を２Ｐａの窒素反応雰囲気とした状態で前記カソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した前記工具基体の表面に、組成(原子比)が（Ａｌ０．６Ｔｉ０．４）Ｎからなる平均層厚：４μｍの表面硬質層を形成することにより、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角：３０度の４枚刃スクエア形状を有し、切刃面および切粉案内溝面の全面が前記表面硬質層で被覆された従来軸物切削工具としての従来エンドミルをそれぞれ製造した。
【００１６】
この結果得られた本発明エンドミル１〜１０および従来エンドミルについて、被削材として、平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＵＳ３０４のステンレス鋼板材を用い、切削条件のうち、切込量は径方向：１ｍｍ、軸方向：１０ｍｍ、１刃当り送りは０．０５ｍｍ／刃と一定とするが、切削速度は１００ｍ／ｍｉｎの切削速度から２０ｍ／ｍｉｎづつ段階的に上げて行き、切粉の切粉案内溝面溶着が原因で切削不能に至った時点の切削速度、すなわち切粉溶着臨界切削速度を測定した。これらの測定結果を表２に示した。
【００１７】
【表１】
0004747493.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004747493.tif 000003
【実施例２】
【００１９】
プレス成形された円柱状２重構造圧粉体における外側外周部の寸法を外径：１００ｍｍ×内径：８０ｍｍ、これと同心配置の内側中心部の直径を８０ｍｍ、先端面部の外側外周部の厚さを１０ｍｍとし、さらに押出し成形された丸棒圧粉体Ａ〜Ｊの外径を６ｍｍとする以外は上記の実施例１におけると同一の条件で、いずれも切刃部の直径×長さが５ｍｍ×２５ｍｍの寸法、並びに図２（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に切刃部の概略横断面図で示される通りのねじれ角：３０度の２枚刃形状を有し、切刃面が表面硬質層で被覆され、かつ切粉案内溝面には前記表面硬質層の形成がなく、遊離黒鉛が分散分布した本発明軸物切削工具としての本発明ドリル１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２０】
また、比較の目的で、プレス成形された円柱状圧粉体の寸法を外径：１００ｍｍ、さらに押出し成形された丸棒圧粉体の外径を６ｍｍとする以外は上記の実施例１におけると同一の条件で、切刃部の直径×長さが５ｍｍ×２５ｍｍの寸法、並びにねじれ角：３０度の２枚刃形状を有し、切刃面および切粉案内溝面の全面が表面硬質層で被覆された従来軸物切削工具としての従来ドリルを製造した。
【００２１】
この結果得られた本発明ドリル１〜１０および従来ドリルについて、被削材として、平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・Ｓ１０Ｃの軟鋼板材を用い、切削条件のうち、送りは０．３ｍｍ／ｒｅｖ、穴深さは２０ｍｍと一定とするが、切削速度は８０ｍ／ｍｉｎの切削速度から２０ｍ／ｍｉｎづつ段階的に上げて行き、切粉の切粉案内溶着が原因で切削不能に至った時点の切削速度、すなわち切粉溶着臨界切削速度を測定した。これらの測定結果を表３に示した。
【００２２】
【表３】
0004747493.tif 000004
【００２３】
表１〜３に示される結果から、本発明軸物切削工具は、工具基体の切粉案内溝面に分散分布する遊離黒鉛によって、難削材であるステンレス鋼や軟鋼の高速切削で切粉が高温に加熱されて粘性を増大させても、これが溶着することはなく、前記切粉案内溝面を切粉がスムースに移動して排出されるようになることから、前記難削材の高速条件での切削が可能となり、すぐれた切削性能を発揮するのに対して、従来軸物切削工具では、相対的に低い切削速度で切粉が切粉案内溝面に溶着し、切削不能に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の軸物切削工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特にステンレス鋼や軟鋼などの難削材の切削加工を、高速切削条件で行なった場合にも、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は軸物切削工具であるエンドミルの概略正面図、（ｂ）は切刃部の概略横断面図である。
【図２】（ａ）は軸物切削工具であるドリルの概略正面図、（ｂ）は切刃部の概略横断面図である。
【図１】
0004747493.tif 000005
【図２】
0004747493.tif 000006