(57)【要約】【課題】ブローチに適用する超硬合金とその固着方法を最適化することによって、高精度を有し、しかもブローチの使用中に緩み等から精度に影響しない超硬ブローチを提供する。【解決手段】少なくとも切れ刃部に超硬合金のシェルを用い、固着部材により、ブローチ本体に着脱自在に取り付けた組立タイプの超硬ブローチにおいて、該ブローチ本体と該固着部材とは、該固着部材の円周上に等分割された４箇所以上より、該ブローチ本体の軸線に向う６角穴付き止めネジにより該ブローチ本体に固着され、該６角穴付き止めネジの先端部にテーパ部を有し、該ブローチ本体には、該テーパに嵌合するテーパ状の溝部を有することを特徴とする超硬ブローチである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも切れ刃部に超硬合金のシェルを用い、固着部材により、ブローチ本体に着脱自在に取り付けた組立タイプの超硬ブローチにおいて、該ブローチ本体と該固着部材とは、該固着部材の円周上に等分割された４箇所以上より、該ブローチ本体の軸線に向う６角穴付き止めネジにより該ブローチ本体に固着され、該６角穴付き止めネジの先端部にテーパ部を有し、該ブローチ本体には、該テーパに嵌合するテーパ状の溝部を有することを特徴とする超硬ブローチ。
【請求項２】
請求項１記載の超硬ブローチにおいて、該６角穴付き止めネジの先端部のテーパ部を略９０度としたことを特徴とする超硬ブローチ。
【請求項３】
請求項２記載の超硬ブローチにおいて、該テーパ部の長さを２ｍｍ以上としたことを特徴とする超硬ブローチ。
【請求項４】
請求項１又は２記載の超硬ブローチにおいて、該固着部材の円周上に等分割された４箇所以上行う箇所を、複数設けたことを特徴とする超硬ブローチ。
【請求項５】
請求項１乃至３何れかに記載の超硬ブローチにおいて、該固着部材の円周上に等分割された箇所が８箇所であることを特徴とする超硬ブローチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、被加工物を所要の断面形状に切削加工するための超硬ブローチに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブローチは、多数の被加工物を所要の断面形状に仕上げるための切削工具であり、工具寿命、加工精度に対する要望が高く、切れ刃部に超硬合金を用いたものや硬質皮膜を被覆したものがある。特許文献１、２記載の被覆超硬ブローチは、高硬度材加工用として、母材に超硬合金を用い、硬質皮膜を被覆し、切れ刃のすくい角を規定している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１９５２２８号公報
【特許文献２】特開２００５−４０８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１〜３は、超硬合金が脆性材料であることから、ブローチでは未だ不十分であり、取付の不備により、チッピングや欠損を生じ易く、被削材側の塑性変形域が大きくなり、加工面を荒らすと共に、極端に切削抵抗が大きくなり、寿命や加工精度に影響を及ぼしていた。
本願発明は、かかる従来の事情に鑑み、ブローチに適用する超硬合金とその固着方法を最適化することによって、高精度を有し、しかもブローチの使用中に緩み等から精度に影響しない超硬ブローチを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本願発明は、少なくとも切れ刃部に超硬合金のシェルを用い、固着部材により、ブローチ本体に着脱自在に取り付けた組立タイプの超硬ブローチにおいて、該ブローチ本体と該固着部材とは、該固着部材の円周上に等分割された４箇所以上より、該ブローチ本体の軸線に向う６角穴付き止めネジにより該ブローチ本体に固着され、該６角穴付き止めネジの先端部にテーパ部を有し、該ブローチ本体には、該テーパに嵌合するテーパ状の溝部を有することを特徴とする超硬ブローチである。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明を適用することにより、組み物としての超硬ブローチの固着強度を上げ、使用中に精度が狂わず、耐久性に優れた超硬ブローチが得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
超硬合金製の切れ刃部を一般にシェル状と呼ばれる中空円筒状とし、鋼製のブローチの本体に着脱自在に取り付けられた組み立てタイプとすることにより、例えば、インターナルブローチにおいて、最大径で２００ｍｍ程度のブローチまで本願発明が適用可能となり、シェル状の切れ刃部を複数個使用し、組み立てることで長尺ブローチでも適用可能となり、形状用途が拡がる。
次に、シェル状の切れ刃部に皮膜を被覆した後で組み立てることが可能であり、被覆処理自体の段取りや処理時間等が軽減できると共に、皮膜の厚み等が制御し易く、安定した皮膜が得られ、切削性能の安定化が図れる。
超硬合金製のシェル状の切れ刃部は、少なくとも仕上げ刃部だけでも良く、ブローチ本体は、高速度工具鋼製、特に、粉末高速度工具鋼製とし、荒刃部又は中仕上げ刃部を一体的に備えたものとしても良く、形状又は用途によって高速度工具鋼製の切れ刃と超硬合金製の切れ刃とを組み合わすことも可能である。
【０００８】
本願発明の少なくとも切れ刃部に超硬合金のシェルは、ＷＣの平均粒径を１．５μｍ以下とし、ロックウェルＡスケールで測定した超硬合金の硬さ（以下、ＨＲＡと記す。）をＨＲＡ８８以上ＨＲＡ９２未満とした。ＷＣの平均粒径を１．５μｍ以下としたのは、切れ刃の稜線品位を良好にするためであり、ＷＣの平均粒径が１．５μｍを超えると、研削加工による切れ刃成形時において、ＷＣの脱落により、稜線品位が保てなくなり、加工面を荒らすと共に、チッピングを誘発するからである。好ましくは、ＷＣの平均粒径を１．０μｍ以下が望ましい。
超硬合金の硬さは、ＨＲＡ８８以上ＨＲＡ９２未満としたのは、超硬合金自体の靱性が向上し、チッピングを抑制することができる。ＨＲＡ８８未満では、超硬合金を用いるメリットが小さく、ＨＲＡ９２以上では、チッピングを生じ易くなることから、ＨＲＡ８８以上ＨＲＡ９２未満の範囲とした。
超硬合金の保磁力を１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／ｍ未満とし、超硬合金の飽和磁化値をＲとし、２０２×Ｃｏ重量％／１００の値をＳとした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓを０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９５としたので、より一層、切れ刃のチッピングを抑制して、優れた耐摩耗性を有するブローチを得ることができた。超硬合金の保磁力は、Ｃｏ相の厚さに相当し、Ｃｏ量が少ないほど、ＷＣ粒径が小さいほど高くなるが、これらのバランスを考え、保磁力を１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／ｍ未満とした。保磁力が１２ｋＡ／ｍ未満ではＣｏ量が多く、ＷＣの粒径も大きくなるため、耐摩耗性が低下する。保磁力が２０ｋＡ／ｍ以上だと、Ｃｏ量が少なくなるためチッピングし易くなり、耐欠損性が低下する。Ｒ／Ｓが上記範囲にあるときに、さらに、耐摩耗性にすぐれ、チッピングしにくいブローチを得ることができる。ここで、２０２はＣｏの飽和磁化値である。数値限定の理由は、Ｒ／Ｓが０．６５未満では有害なη相が析出し、強度が大幅に低下するからであり、Ｒ／Ｓが０．９５を超えると、結合相中のＷ固溶量が低下し、合金の強度が低下し、刃先強度が低下するからである。
【０００９】
固着部材は、ブローチ本体の前つかみ部との間に、超硬合金製のシェルを固着し、先ず、固着部材は、その外周上に均等分割された４箇所以上より、該ブローチ本体の軸線に向う６角穴付き止めネジにより該ブローチ本体に固着する。６角穴付き止めネジは、その先端部に略９０度のテーパ部を有し、ブローチ本体に設けた溝部と嵌合することにより、位置決めし、軸方向の取付精度を高める。テーパ部を略９０度としたのは、取付時の精度を高め、且つ、使用中の緩み等による精度の狂いが少なくするためである。
次に、前記６角穴付き止めネジの先端部のテーパ部の長さを２ｍｍ以上設けた理由は、２ｍｍ未満では、接触する長さが短く、切削時の負荷による抵抗より、その精度を保つことができないため、２ｍｍ以上の長さとした。
更に、該固着部材の円周上に等分割された４箇所以上としたのは、ブローチ本体の軸線に向い止めるため、９０度毎、６０度毎、４５度毎、３０度毎、１５度毎等に等分割し、ブローチ本体の径を考慮し、小径では４〜６箇所、中径・大径では８〜２４箇所、固着することにより、精度と強度を維持することができる。
【００１０】
更に、超硬合金製シェルに硬質皮膜を被覆することにより、靱性面を考慮した超硬合金のデメリットである耐摩耗性を補うと共に、チッピングを抑制し、良好な切削性を長時間維持できる。
被覆は、金属成分として少なくともＴｉＡｌを含有する窒化物、酸化物、硼化物、硫化物、炭化物のいずれか１種以上又は固溶体又は混合物から構成することが超硬ブローチの性能を向上する上で重要であり、本願発明の切れ刃をさらに強化し、チッピングを抑制すると共に、耐摩耗効果と潤滑効果を発揮する。その主な理由としては、上記切れ刃の逃げ面において、Ａｌと被加工物が潤滑層を形成し易く、その潤滑層が極めて緻密で剥離し難いため、結果として切削の断続性に耐え、耐摩耗効果がさらに改善される。硬質皮膜の好ましい成分系は、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＡｌＮＯ、ＴｉＡｌＢＮがあり、最適なＡｌ含有量としては、金属元素のみの原子％で、４５原子％以上、７０原子％未満である。ＴｉＡｌ以外の金属成分としては、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗが上げられ、金属元素のみの原子％で、１０原子％以下添加した皮膜が耐摩耗性耐熱性の観点から好ましい。
皮膜の超硬合金との密着強度を改善するために、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｂから選択される少なくとも１種以上の窒化物を中間層として用い、２層以上の多層で皮膜を構成することが本願発明を達成する上で好ましい被覆形態である。
被覆後に、硬質皮膜表面を機械的処理により平滑にして、異常摩耗を抑制することができ、より好ましい。切れ刃のすくい面と逃げ面の最大高さ面粗さＲｚを１．０μｍ以下としても良く、溶着を抑制し、切れ刃の損傷を抑制できる。数値限定の理由は、すくい面と逃げ面の面粗さが１．０μｍを超えると、切れ刃に溶着を生じ易く、加工精度や寿命に影響を及ぼすからである。面粗さを良好にすることは切削抵抗低減の点からも望ましい。
上記硬質皮膜はアークイオンプレーティング、スパッタリングから選択される１種又はそれらの複合処理により被覆することができ好適である。
【００１１】
切れ刃にねじれを設けても良く、切削時の断続性が緩和されると共に、切れ刃に対する切り屑の厚み、即ち、切れ刃直角方向の切り屑の厚みが減少し、脆性材料である超硬合金の欠点をカバーし、一層耐チッピング性が向上する。ねじれについて、サーフェースブローチの場合は送り直角方向に対して斜めに切れ刃を設けることにより、インターナルブローチの場合は螺旋状に切れ刃を設けることにより、切れ刃にねじれを付与することができる。好ましいねじれ角は、１°〜２０°であり、１°未満であるとねじれの効果が少なく、２０°を超えると、切り屑がねじれに沿って排出されるため、特にインターナルブローチの場合は、切り屑の噛み込みや切り屑詰まりを生じることがあり、寿命や加工精度に影響を及ぼす場合があるからである。好ましくは、３°〜１０°が望ましい。
【００１２】
本願発明は、特に、剪断形の切り屑が生成され易い加工において顕著に現れ、ＨＲＣ４５〜６５の高硬度材の加工や切削速度１５ｍ／ｍｉｎ以下の低速の切削速度の加工において、優れた切削性能を示し、しかもブローチの長寿命化を計ることができる。１刃の切り込み量が大きくなっても、切り屑の形状が剪断形になり易く、１刃の切り込みが０．０３ｍｍを超え０．０８ｍｍ以下であっても、優れた切削性能を示すことから、ブローチの仕上げ刃はもちろんのこと、中仕上げ刃、荒刃に至るまで、各々について本願発明を適用することができ、良好な切削性能を示す。
以下、本願発明を実施例に基づき、詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）
市販の平均粒径０．８μｍ〜１．６μｍのＷＣ粉末、１．２μｍのＣｏ粉末、１．２μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、１．５μｍのＶＣ粉末、１．２μｍのＴａＣ粉末を用いて、表１に示す各組成に配合し、成形バインダーを含んだアルコール中アトライターで１２時間混合し、スプレードライヤーで造粒乾燥した後、得られた造粒粉末を押出し成形して圧粉体とした。これらの圧粉体を１０Ｐａの真空雰囲気中において１４００〜１４５０℃で焼結し、その後ＨＩＰ処理し、本発明例１〜９、比較例１０〜１６の超硬合金にて、シェル状のインボリュートスプラインブローチを製作した。
上記シェルは、切れ刃のすくい角が６°、ブローチ軸方向に切れ刃を１０刃並べて設け、１刃の切り込みは、ブローチの第１刃から数えて、第５刃目までが０．０４ｍｍ、第６刃が０．０２ｍｍ、第７刃が０．０１ｍｍで、第７刃〜第１０刃を仕上げ刃とした。各ブローチを脱脂洗浄を十分に実施し、ＡＩＰ装置の容器内の冶具に配置し、切れ刃部にＴｉＡｌＮ皮膜を１．０μｍの厚さで形成した。
ブローチ本体は、前つかみ部、それに続くシェル、固着部材からなり、シェル、固着部材部分のブローチ本体は、シェルの刃径の半分程度の径とし、固着部材の内径側のブローチ本体には、溝部を２箇所設けている。溝部は、幅８ｍｍ、９０度で設け、溝の長さは、５ｍｍとした。
被覆したシェルを、ブローチ本体の前つかみ部と固着部材との間に嵌合し、固着部材で固定し、その精度を測定した。精度は、シェルの仕上げ刃、第１０刃で測定した。
その結果、第１０刃での繰返し精度は、−２．６、−４．１、−３、８、−１．２、−３．２μｍであった。
【００１４】
次に、各超硬ブローチを用いて、被加工物を定数個加工時の最大逃げ面摩耗幅を調査した。被加工物には、１個当たりの切削長が２６ｍｍで、荒加工後、ＨＲＣ５０に浸炭焼入れしたＳＣＭ４３５材を用い、切削条件は、切削速度５ｍ／ｍｉｎ、不水溶性切削液を用いた湿式切削で行った。表１にテスト結果を示す。
【００１５】
【表１】
2007069285.tif 000002
【００１６】
表１より、本発明例１、２は、加工数１０００個まで加工できたが、本発明例１が微小チッピング先行型の摩耗、本発明例２が通常摩耗であり、いずれも、最大逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍ達したことにより寿命と判断した。
本発明例３〜９の、保磁力が１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／ｍ未満の範囲、飽和磁化比が０．６５以上０．９５以下の範囲の各例は、加工数１５００個まで加工でき、摩耗状態も良好な通常摩耗であり、一層工具寿命が向上した。特にＷＣの平均粒径が１．０μｍ以下の本発明例３〜７、本発明例９は摩耗幅も小さく、まだ加工可能な状態であり、より一層工具寿命が向上した。寿命後の精度を前記同様に測定した結果、−２．１、−３．５、−３．０、−０．８、−２．５μｍであり、固着に関しては緩み等はなかった。
硬さが本発明範囲よりも小さい比較例１０〜１４は加工数５００個の時点で、既に最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超える非常に大きな摩耗幅であった。その中でも、比較例１０は切れ刃にチッピングを生じており、飽和磁化比が低い為であり、比較例１４は、切れ刃稜線の品位が影響し、いびつな摩耗状態であった。硬さ、保磁力が本発明範囲より高い比較例１５〜１６は加工数１個目で、第１刃が欠けを起こし、寿命となった。これらの結果より、本発明範囲の特性を持つ超硬合金、保磁力が１２ｋＡ／ｍ以上２０ｋＡ／ｍ未満、飽和磁化比が０．６５以上０．９５以下の範囲の特性を持つ超硬合金を素材とした被覆超硬ブローチは耐チッピング性、耐摩耗性ともに非常に優れていることが明らかである。