JP2620237B2 - 複合構造回転工具並びにその製造方法 - Google Patents
複合構造回転工具並びにその製造方法Info
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- Drilling Tools (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 （ａ）産業上の利用分野 本発明は、ドリル、エンドミル、ホブ、タップ等の回
転工具の新しい構造並びにその製造方法に関するもので
ある。
転工具の新しい構造並びにその製造方法に関するもので
ある。
（ｂ）従来の技術 ドリル、エンドミル、ホブ、タップ等の回転工具の材
質として従来多く用いられているのは高速度工具鋼であ
る。これは鋼中の合金成分としてCr,Mo,W,Vなどを含み
熱処理によってこれらの成分の炭化物を析出させ、通常
の鋼より耐摩耗性を高めた合金である。次に多く用いら
れるのが、WCをCoで焼結した超硬合金である。
質として従来多く用いられているのは高速度工具鋼であ
る。これは鋼中の合金成分としてCr,Mo,W,Vなどを含み
熱処理によってこれらの成分の炭化物を析出させ、通常
の鋼より耐摩耗性を高めた合金である。次に多く用いら
れるのが、WCをCoで焼結した超硬合金である。
これは高速度工具鋼に比べ、炭化物（WC）の量が多
く、耐摩耗性は格段に向上し、また、高温での硬さの低
下が少ないことから高速切削が可能となった。しかし、
靭性の面では高速度鋼に及ばず、これまではその使用領
域は限定されていた。
く、耐摩耗性は格段に向上し、また、高温での硬さの低
下が少ないことから高速切削が可能となった。しかし、
靭性の面では高速度鋼に及ばず、これまではその使用領
域は限定されていた。
この高速度工具鋼と超硬合金の間を埋めるべく種々の
改良がなされている。まず、高速度工具鋼からの改良と
して、粉末高速度工具鋼とコーティング高速度鋼が挙げ
られる。粉末高速度工具鋼は、合金成分のCr,Mo,W,Vな
どを高めた高速度工具鋼の合金粉末をアトマイズ法など
により作り、これを熱間静水圧プレス等により焼結した
ものである。従来の溶製法では合金成分を多くすると炭
化物粒子の粗大化が避けられず、靭性の低下が著しかっ
たが粉末法により、これらの炭化物を微細に分散するこ
とが可能となり、靭性を損うことなく耐熱性、耐摩耗性
を高めることに成功している。次にコーティング高速度
工具鋼は、従来の高速度工具鋼の表面にPVD法により、T
iC,TiN等の硬質セラミックスを数μｍから十数μｍの厚
みにコーティングしたもので、このセラミックスが耐摩
耗性を向上させるものである。
改良がなされている。まず、高速度工具鋼からの改良と
して、粉末高速度工具鋼とコーティング高速度鋼が挙げ
られる。粉末高速度工具鋼は、合金成分のCr,Mo,W,Vな
どを高めた高速度工具鋼の合金粉末をアトマイズ法など
により作り、これを熱間静水圧プレス等により焼結した
ものである。従来の溶製法では合金成分を多くすると炭
化物粒子の粗大化が避けられず、靭性の低下が著しかっ
たが粉末法により、これらの炭化物を微細に分散するこ
とが可能となり、靭性を損うことなく耐熱性、耐摩耗性
を高めることに成功している。次にコーティング高速度
工具鋼は、従来の高速度工具鋼の表面にPVD法により、T
iC,TiN等の硬質セラミックスを数μｍから十数μｍの厚
みにコーティングしたもので、このセラミックスが耐摩
耗性を向上させるものである。
超硬合金からの改良としてはWCの粒子を極微細（１μ
ｍ以下）にして合金の強度を向上し、信頼性を高めてい
る例がある。
ｍ以下）にして合金の強度を向上し、信頼性を高めてい
る例がある。
（ｃ） 発明が解決しようとする問題点 従来技術のうち高速度工具鋼（粉末高速度工具鋼、コ
ーティング高速度工具鋼含む）は鉄ベースの合金であ
り、炭化物を増したり、表面にコーティングしたりして
も本質的な耐熱性の改善にはなっておらず、600℃以下
の焼戻し温度により上の温度域では急速に刃先が軟化し
使いものにならなくなる。これでは切削速度を上げるこ
とができず、加工能率の向上に対応することができな
い。
ーティング高速度工具鋼含む）は鉄ベースの合金であ
り、炭化物を増したり、表面にコーティングしたりして
も本質的な耐熱性の改善にはなっておらず、600℃以下
の焼戻し温度により上の温度域では急速に刃先が軟化し
使いものにならなくなる。これでは切削速度を上げるこ
とができず、加工能率の向上に対応することができな
い。
次に超硬合金では、強度的には高速度工具鋼と同等程
度のものが得られているが、脆性材料であることに変わ
りはなく、突然刃先が欠けたり、根元から折れたりする
ことがあり、信頼性に乏しく加工の無人化等には対応す
ることが難しかった。
度のものが得られているが、脆性材料であることに変わ
りはなく、突然刃先が欠けたり、根元から折れたりする
ことがあり、信頼性に乏しく加工の無人化等には対応す
ることが難しかった。
また、両者を接合した工具は確かに超硬合金を比べる
と靭性は向上するものの時々接合部から割れることがあ
り、十分満足できる性能ではなかった。
と靭性は向上するものの時々接合部から割れることがあ
り、十分満足できる性能ではなかった。
ロ．発明の構成 （ａ） 問題点を解決するための手段 本発明の構成は以下のようになる。
上記の問題を解決する手段として中心部が鋼（望まし
くは高速度工具鋼）より成る複合構造回転工具におい
て、その切刃を含む外側表面が超硬合金より成り、超硬
合金部分の厚みが工具外径の１％以上10％以下である複
合構造回転工具を提供する。またその製造方法として、
所望の工具形状に加工された鋼材を反応室内に置き、そ
の反応室中に気相合成されたWC粒子流とこれに混合され
たCo粒子流を導入し、WCとCoの混合物を鋼材表面に堆積
させる。しかる後にこの反応室中の鋼材の温度を1200℃
以上1500℃以下に保持することにより、表面のWC−Co混
合層を焼結して複合構造回転工具を得るものである。
くは高速度工具鋼）より成る複合構造回転工具におい
て、その切刃を含む外側表面が超硬合金より成り、超硬
合金部分の厚みが工具外径の１％以上10％以下である複
合構造回転工具を提供する。またその製造方法として、
所望の工具形状に加工された鋼材を反応室内に置き、そ
の反応室中に気相合成されたWC粒子流とこれに混合され
たCo粒子流を導入し、WCとCoの混合物を鋼材表面に堆積
させる。しかる後にこの反応室中の鋼材の温度を1200℃
以上1500℃以下に保持することにより、表面のWC−Co混
合層を焼結して複合構造回転工具を得るものである。
（ｂ） 作用 中心となる鋼は、工具全体の靭性を担い、切刃を含む
外側表面にある超硬合金は耐熱性、耐摩耗性を担ってい
る。この切刃を含む外側表面の超硬合金の厚みは工具外
径の１％から10％の範囲である。１％以下では所望の耐
熱性、耐摩耗性が得られず、10％以上では靭性の低下が
著しい。
外側表面にある超硬合金は耐熱性、耐摩耗性を担ってい
る。この切刃を含む外側表面の超硬合金の厚みは工具外
径の１％から10％の範囲である。１％以下では所望の耐
熱性、耐摩耗性が得られず、10％以上では靭性の低下が
著しい。
切刃を含む外側表面にある超硬合金の組成は、WC5〜9
5（wt％）WC以外のIV a,V a,VI a族金属の炭化物又は窒
化物０〜95（wt％）、Fe族金属３〜40（wt％）である。
5（wt％）WC以外のIV a,V a,VI a族金属の炭化物又は窒
化物０〜95（wt％）、Fe族金属３〜40（wt％）である。
WCは超硬合金の耐熱性、耐摩耗性を担っているが５％
以下では耐熱性、耐摩耗性が十分でなく95％を超えると
靭性が低下する。
以下では耐熱性、耐摩耗性が十分でなく95％を超えると
靭性が低下する。
IV a,V a,VI a族金属の炭化物又は窒化物は合金の耐
熱性、耐摩耗性を更に向上させる働きがあるが、95％を
超えて入れるとやはり靭性が低下する。
熱性、耐摩耗性を更に向上させる働きがあるが、95％を
超えて入れるとやはり靭性が低下する。
Fe族金属は、合金の靭性を担っているが、３％以下で
はその効果がなく40％を超えると耐摩耗性が劣化する。
はその効果がなく40％を超えると耐摩耗性が劣化する。
次に製造法について述べると、まずWCを気相合成にて
作ることにより得られるWC粒子が100nm（0.1μｍ）以下
の超微粒子となり、焼結性が著しく向上するとともに、
焼結後の超硬合金の強度が向上し、靭性が高められる効
果がある。気相合成の方法としては、炭化水素雰囲気中
でＷをアーク放電により蒸発させ、炭化水素の炭素を結
合させる方法、Ｗのハロゲン化物（WF6,WCl6等）を高温
の炭化水素中で分解し炭化する方法、Ｗの酸化物を昇華
させ、これを水素と炭化水素の混合気流中で還元、炭化
する方法などがあるが、いずれによっても本発明の効果
に変りはない。Coの微粉末を作る方法はガス雰囲気中ア
ークや、電子銃を使う方法もあるが、抵抗加熱で十分で
ある。
作ることにより得られるWC粒子が100nm（0.1μｍ）以下
の超微粒子となり、焼結性が著しく向上するとともに、
焼結後の超硬合金の強度が向上し、靭性が高められる効
果がある。気相合成の方法としては、炭化水素雰囲気中
でＷをアーク放電により蒸発させ、炭化水素の炭素を結
合させる方法、Ｗのハロゲン化物（WF6,WCl6等）を高温
の炭化水素中で分解し炭化する方法、Ｗの酸化物を昇華
させ、これを水素と炭化水素の混合気流中で還元、炭化
する方法などがあるが、いずれによっても本発明の効果
に変りはない。Coの微粉末を作る方法はガス雰囲気中ア
ークや、電子銃を使う方法もあるが、抵抗加熱で十分で
ある。
次にこれらを反応室中へ導入するのであるが、微粉末
になっているので、反応室側を減圧にすることによって
各粒子は容易に導入できる。又反応室中に入れる前にWC
とCoを混合するとは均一な合金を得るために望ましい。
になっているので、反応室側を減圧にすることによって
各粒子は容易に導入できる。又反応室中に入れる前にWC
とCoを混合するとは均一な合金を得るために望ましい。
またこの方法によれば、中心の鋼材との界面部から表
面にわたって超硬合金の組成を連続的に変化させること
も可能である。即ち鋼材との界面部では、Fe族金属を多
くすることにより、超硬合金と鋼材の接合を十分に行
い、表面に近づくにつれてFe族金属を減らして耐摩耗性
を高めるということも可能である。
面にわたって超硬合金の組成を連続的に変化させること
も可能である。即ち鋼材との界面部では、Fe族金属を多
くすることにより、超硬合金と鋼材の接合を十分に行
い、表面に近づくにつれてFe族金属を減らして耐摩耗性
を高めるということも可能である。
次に焼結工程であるが、これはWC−Coの混合粉を堆積
した段階で反応室より取り出し新たに焼結炉の中にチャ
ージしても良いが反応室内でそのまま昇温することが出
来れば、移動の手間も少なく、また大気にさらすことも
ないので酸化を防ぐ意味からも好ましい。焼結温度はWC
粒成長抑制の観点からなるべく低温が望ましく、良好範
囲は1200℃〜1500℃である。
した段階で反応室より取り出し新たに焼結炉の中にチャ
ージしても良いが反応室内でそのまま昇温することが出
来れば、移動の手間も少なく、また大気にさらすことも
ないので酸化を防ぐ意味からも好ましい。焼結温度はWC
粒成長抑制の観点からなるべく低温が望ましく、良好範
囲は1200℃〜1500℃である。
実施例１ 高速度工具鋼製のドリル（SKH51 刃径9.0mm）を母材
とし、これを加熱装置を備えた真空槽へ入れ１×10-2To
rrまで真空引きをした。この真空槽にはWC気相合成装置
とCo微粉末製造装置が混合槽を介して接続されている。
とし、これを加熱装置を備えた真空槽へ入れ１×10-2To
rrまで真空引きをした。この真空槽にはWC気相合成装置
とCo微粉末製造装置が混合槽を介して接続されている。
このWC気相合成装置と、Co蒸発装置を稼動し、WCの粒
子とCoの粒子を混合器に導入して混合した後真空槽中へ
導入し、ドリルの表面上にWC−Coの混合槽を堆積させ
た。
子とCoの粒子を混合器に導入して混合した後真空槽中へ
導入し、ドリルの表面上にWC−Coの混合槽を堆積させ
た。
なおWC気相合成は、以下の条件で行った。
Ｗ蒸発方式：アーク放電（放電電圧20v 放電電流80A） Ｗ蒸発量:450g/hr 導入ガス量： CH4 １/min H2 ３/min 圧力:200Torr Co蒸発は抵抗加熱で行い、50g/hrの蒸発速度とし、H2
３/minで200Torrに保持した。
３/minで200Torrに保持した。
１時間後、装置を停止した時、WC−Coの混合層の厚み
は0.65mmとなっていた。
は0.65mmとなっていた。
次にこれを真空槽中に入れたまま加熱昇温1280℃で１
時間保持した後、室温まで冷却した。
時間保持した後、室温まで冷却した。
そしてドリルを取り出して外径を調べたところ10.1mm
となっていたのでこれを研磨して刃径10mmのドリルに調
整した。外側の超硬部分の組成はWC−10％Coで母材と超
硬部分の界面は確認できないような連続的な組織となっ
ていた。
となっていたのでこれを研磨して刃径10mmのドリルに調
整した。外側の超硬部分の組成はWC−10％Coで母材と超
硬部分の界面は確認できないような連続的な組織となっ
ていた。
次にこの本発明品のドリルを10φの高速度工具鋼製の
ドリル（SKH51）粉末高速度工具鋼製のドリル、コーテ
ィング高速度工具鋼のドリル、と超硬合金製（WC−10C
o）のドリルと以下の条件でテストした。
ドリル（SKH51）粉末高速度工具鋼製のドリル、コーテ
ィング高速度工具鋼のドリル、と超硬合金製（WC−10C
o）のドリルと以下の条件でテストした。
条件１ 被削材 S50C 切削速度 40m/min 送り 0.2mm/rev 穴深さ 40mm（貫通） 評価 加工穴数 条件２ 被削材 SKD11 切削速度 20m/min 送り 0.15mm/rev 穴深さ 20mm（止り） 被削材テーブル送り 50mm/min〜（加工中） 評価 折損に至るテーブル送り ここで条件１は、ドリルの耐摩耗性を調べるためのテ
ストで条件２は加工中の被削材を横に動かすことでドリ
ルに横方向の荷重をかけ、折れに対する抵抗を調べるた
めのテストである。
ストで条件２は加工中の被削材を横に動かすことでドリ
ルに横方向の荷重をかけ、折れに対する抵抗を調べるた
めのテストである。
テストの結果を第１表に示す。
これからわかる様に、本発明品は超硬並の耐摩耗性と
高速度工具鋼並の靭性を兼ね備えている。なお、同一組
成でありながら本発明品の耐摩耗性が超硬合金を凌ぐの
は、気相合成法によるためWCの粒度が超微粒となってい
るためと考えられる。
高速度工具鋼並の靭性を兼ね備えている。なお、同一組
成でありながら本発明品の耐摩耗性が超硬合金を凌ぐの
は、気相合成法によるためWCの粒度が超微粒となってい
るためと考えられる。
実施例２ 高速度工具鋼製のエンドミルSKH59 刃径4.5mm）を母
材とし、これを実施例１と同様の装置に入れてWC−Co混
合層を堆積させた。
材とし、これを実施例１と同様の装置に入れてWC−Co混
合層を堆積させた。
ここでCoの蒸発は実施例１と同じく抵抗加熱によった
が、WCの生成はWCl6の分解により行った。条件は600
℃、H2流量10/min、CH4流量１/minとした。得られ
るWCの平均粒径は50nmであった。
が、WCの生成はWCl6の分解により行った。条件は600
℃、H2流量10/min、CH4流量１/minとした。得られ
るWCの平均粒径は50nmであった。
次にこのエンドミルを加熱昇温し、1350℃で１時間焼
結した。その後これを新たに刃径5.0mmのエンドミルに
加工し、既存の高速度工具鋼超硬合金等と比較した。
結した。その後これを新たに刃径5.0mmのエンドミルに
加工し、既存の高速度工具鋼超硬合金等と比較した。
被削材：インコネル750 軸方向切込み 7.0mm 切削速度:20m/min 径方向切込み 1.0mm 送り:0.3mm/rev 不水溶性切削油使用 判定 VB＝0.20mmとなるまでの切削長 ハ．発明の効果 以上説明したように、本発明によれば超硬合金の耐摩
耗性を備えたまま靭性を高速度工具鋼並に向上させるこ
とができるので、ドリル、エンドミル、タップ、ホブ等
の信頼性が特に要求される切削分野でこれまで高速度工
具鋼を使っていた場合には、切削速度の向上および送り
速度の向上が可能となり、加工能率が大幅に向上しこれ
まで超硬合金を使っていた場合には、送り速度を上げる
ことが可能となり、加工能率が向上する。また得られた
複合構造工具にTiC,TiN,Al2O3等のセラミックスをCVD法
あるいはPVD法を用いてコーティングすることは耐摩耗
性向上の点から好ましい。
耗性を備えたまま靭性を高速度工具鋼並に向上させるこ
とができるので、ドリル、エンドミル、タップ、ホブ等
の信頼性が特に要求される切削分野でこれまで高速度工
具鋼を使っていた場合には、切削速度の向上および送り
速度の向上が可能となり、加工能率が大幅に向上しこれ
まで超硬合金を使っていた場合には、送り速度を上げる
ことが可能となり、加工能率が向上する。また得られた
複合構造工具にTiC,TiN,Al2O3等のセラミックスをCVD法
あるいはPVD法を用いてコーティングすることは耐摩耗
性向上の点から好ましい。
第１図は本発明の工具を作るための装置の一例である。
これはまた、実施例１で用いた装置の概略でもある。 １は真空槽、２は被処理材（ドリル）、３は被処理材の
回転および左右への移動を支持する支持台、４は加熱用
ヒーター、５は混合器、６はCo蒸発装置、７は加熱ヒー
ター電源、８はコバルト塊、９はWC合成装置、10はアー
ク放電用電源、11はタングステン塊を示す。
これはまた、実施例１で用いた装置の概略でもある。 １は真空槽、２は被処理材（ドリル）、３は被処理材の
回転および左右への移動を支持する支持台、４は加熱用
ヒーター、５は混合器、６はCo蒸発装置、７は加熱ヒー
ター電源、８はコバルト塊、９はWC合成装置、10はアー
ク放電用電源、11はタングステン塊を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】工具の中心部が鋼より成る複合構造回転工
具において、その切刃を含む外側表面が超硬合金より成
り、該超硬合金部分の厚みが工具の全体の径の１％〜10
％となっていることを特徴とする複合構造回転工具。 - 【請求項２】前記特許請求の範囲第（１）項において超
硬合金の組成がWC5〜95％、WC以外のIV a,V a,VI a族金
属の炭化物、窒化物０〜95％、Fe族金属３〜40％である
ことを特徴とする複合構造回転工具。 - 【請求項３】WCを気相で合成し、このWCをCo微粉末と気
相中で混合しながら中心材である鋼に堆積し、その後12
00℃以上1500℃以下の温度で焼結することを特徴とする
複合構造回転工具の製造方法。 - 【請求項４】前記特許請求の範囲第（３）項において堆
積中のWCとCoの比率をコントロールすることにより焼結
後の超硬合金部分の組成を鋼材との界面ではCoに富み表
面に至るにつれてCo量が徐々に減少していくように変化
させたことを特徴とする複合構造回転工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62112861A JP2620237B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 複合構造回転工具並びにその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62112861A JP2620237B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 複合構造回転工具並びにその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63278707A JPS63278707A (ja) | 1988-11-16 |
| JP2620237B2 true JP2620237B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=14597365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62112861A Expired - Fee Related JP2620237B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 複合構造回転工具並びにその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2620237B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58140005U (ja) * | 1982-03-16 | 1983-09-20 | ダイジヱツト工業株式会社 | 切削工具 |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP62112861A patent/JP2620237B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63278707A (ja) | 1988-11-16 |
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