説明

被覆超硬合金製ブローチ

【課題】ブローチに適用する超硬合金を最適化することによって、ブローチの精度を長期間維持できる被覆超硬合金製ブローチを提供することを課題とする。
【解決手段】少なくとも切れ刃部に超硬合金を用いた被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金は、WCの平均粒径が1.5μm以下、保磁力が12kA/m以上20kA/m未満、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が、0.65≦R/S≦0.95、更に、該被覆は、金属成分として少なくともAlとCr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種以上の固溶体又は混合物から構成されていることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチである。

【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被覆超硬合金製ブローチに関する。
【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、3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
【特許文献3】特開2005−361519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、ブローチとしては未だ不十分であり、チッピングや欠損を生じ易く、加工面を荒らし、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を最適化することによって、ブローチの精度を長期間維持できる被覆超硬合金製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を用いた被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金は、WCの平均粒径が1.5μm以下、保磁力が12kA/m以上20kA/m未満、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が、0.65≦R/S≦0.95、更に、該被覆は、金属成分として少なくともAlとCr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種以上の固溶体又は混合物から構成されていることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチである。
【発明の効果】
【0006】
本願発明を適用することにより、超硬合金製ブローチの耐チッピング性、耐欠損性を高めることにより、超硬合金の特長を生かした高精度が長期間維持でき、且つ、耐酸化性が極めて高い皮膜を用いることにより耐熱性に優れた超硬合金製ブローチを提供することが出来た。特に、5〜15m/minの切削速度でも超硬合金製ブローチを用いることが出来た。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
超硬合金製ブローチは、他の工具、例えば、旋削のように被削材が、フライスのように切削工具が、回転する切削工具に比較して、ブローチ工具は、直線運動を主とした切削工具であるため、切削速度を上げることが出来ず、通常5〜15m/min、上記背景技術に記載した例でも20〜80m/minであり、旋削・フライスのような速度とは大きく異なっており、本願発明の超硬合金製ブローチに用いる超硬合金は、低速時の耐衝撃性に優れ、且つ、衝撃時の耐チッピング性、耐欠損性を備えるため、以下の構成を備えています。
本願発明の少なくとも切れ刃部の材質である超硬合金のWCの平均粒径は、1.5μm以下であり、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、加工面が荒くなり、チッピングを誘発するからである。好ましくは、WCの平均粒径は1.0μm以下である。
【0008】
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。結合相量としては、重量%で、10〜20%である。更に好ましくは、一体型では10〜20%、少なくとも切れ刃部のみのシェル型では、6〜15%である。
【0009】
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としたのは、R/Sが上記範囲にあるとき、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。202はCoの飽和磁化値である。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。好ましくは、R/Sが0.70〜0.95で、より好ましくは、R/Sが0.80〜0.90である。
【0010】
被覆を施すことにより、チッピングを抑制すると共に、AlとCrにより耐酸化性が非常に高く、耐熱性が飛躍的に向上する。また、皮膜自体の密着性が良好であり、全膜厚間で安定した性能が得られるため、結果として、切削の断続性に耐え、且つ、耐熱効果により工具寿命がさらに改善される。皮膜の好ましい成分系は、AlCrN、AlCrSiN、AlCrSiNO、AlCrSiBN、AlCrSiBNOが上げられ、最適なAl含有量としては、金属元素のみの原子%で45%以上、75%未満である。Al、Cr以外の金属成分としては、Nb、Mo、W、Ti、Y、Ni、Si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熱性の観点から好ましい。
また、被覆後に、被膜層表面を機械的処理により切れ刃のすくい面と逃げ面の最大高さ面粗さRzを1.0μm以下と平滑にすることにより、異常摩耗を抑制することができる。
【0011】
次に、ブローチは、高速度鋼等ではホルダー部、荒〜仕上げまでの刃部を一体に設けた一体型の他に、シェル型と称される、荒〜仕上げ刃部又は仕上げ刃部をパイプ状とし、鋼製又は高速度鋼製のブローチの本体に着脱自在に取り付けた組立型とがあり、本願発明の超硬合金製ブローチに用いる超硬合金は、一体型、シェル型ともに適用できる。以下、本願発明を実施例に基づき、詳細に説明する。
【実施例】
【0012】
(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Cr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、一体型のインボリュートスプラインブローチを製作した。
上記ブローチは、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(Ti0.4Al0.4Si0.1)N皮膜を1.0μmの厚さで形成した。
製作した各被覆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。
【0013】
【表1】

【0014】
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は、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以下の範囲であり、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、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は摩耗幅も小さかった。比較例10は、加工数500個の時点で、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15、16は、硬さ、保磁力が本発明範囲より高く、第1刃が欠けを起こし、寿命となった。比較例14の、WC粒径を1.6μmを用いると、切れ刃稜線の品位が影響し、いびつな摩耗状態であった。
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。
【0015】
(実施例2)
本発明例3のブローチと同様の仕様で、各種皮膜を切れ刃部に被覆したブローチを製作し、実施例1と同様の条件で、切削加工テストを行った。表2に、各々の被覆の構成とテスト結果を示す。
【0016】
【表2】

【0017】
その結果、本発明例17〜19は、単層でAlとCrの含有比率を変化させたものであり、Al含有量は金属元素のみの原子%で40原子%以上が耐摩耗性に優れる結果となった。本発明例20は、AlCrNにSiを少量添加することにより、潤滑性を改善することができ、より好ましい被覆形態であった。本発明例21は、AlCrSiNOの場合を示すが、酸素を添加することにより、更に優れた耐摩耗性を示した。これは酸素を添加することにより、被膜表面にCr系の酸化物を一部固溶した被膜が予め形成されたためであり、潤滑性を改善することができるものである。本発明例22、23は、内層を応力緩和性に富むCrN皮膜等で被覆し、外層にAlCr系皮膜を用いた例であり、皮膜の密着性が高まり、さらに耐摩耗性を改善することができる。
【0018】
(実施例3)
本発明例24として、実施例1と同仕様のインボリュートスプラインブローチを用いて、その仕上げ刃をシェル状とした。先ず、本体をHRC60程度に調質した溶製高速度工具鋼であるSKH51材製で製作し、次いで、シェルを本発明例3記載の超硬合金で製作し、以下、実施例1同様に、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までを高速度工具鋼、第7刃〜第10刃を仕上げ刃とし超硬合金て製作し、実施例1記載の切削諸元で行った。
その結果、シェル状の本発明例3の超硬合金を用いたブローチは、チッピングもなく、最大逃げ面摩耗幅も0.10mmと一体型とほぼ同じ性能を示した。

【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を用いた被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金は、WCの平均粒径が1.5μm以下、保磁力が12kA/m以上20kA/m未満、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が、0.65≦R/S≦0.95、更に、該被覆は、金属成分として少なくともAlとCr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種以上の固溶体又は混合物から構成されていることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
【請求項2】
請求項1記載の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該超硬合金製ブローチは一体型で、且つ、結合相量が、重量%で、10〜20%であることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。
【請求項3】
請求項1又は2記載の被覆超硬合金製ブローチにおいて、該切れ刃のすくい面、逃げ面の最大高さ面粗さRzが1.0μm以下であることを特徴とする被覆超硬合金製ブローチ。

【公開番号】特開2006−326689(P2006−326689A)
【公開日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−148916(P2005−148916)
【出願日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【出願人】(000233066)日立ツール株式会社 (299)
【Fターム(参考)】