专利摘要:

公开号:WO1987001980A1
申请号:PCT/JP1986/000497
申请日:1986-09-27
公开日:1987-04-09
发明作者:Kametaro Ito;Nobukazu Suzuki;Sakae Katayama;Hiroshi Kubo;Tatsuya Imai;Toyohiko Sato
申请人:Nippon Steel Corporation;
IPC主号:C04B35-00
专利说明:
[0001] 明 細 書 仕上切削工具および鐧の仕上切削方法 〔技術分野〕
[0002] 本発明は仕上切削工具および鋼の仕上切削方法に関し、 特 に硫黄舍有鐧を仕上切削する際に工具刃先に生成する構成刃 先を抑制して、 すぐれた性状の切削仕上面を得るこ とのでき る硫黄舍有鐧用切削工具および仕上切削方法に係るものであ る。
[0003] 〔背景技術〕
[0004] 鋼に快削性を付与するためには、 通常硫黄単独添加もし く は硫黄に加えて鉛、 テルルなど他の快削性元素を複合添加す る手法が探用されている。 かかる硫黄含有鋼は比較的強度 · 靱性の要求値が低い小物部品に広く使用されている。 これら の部品は一般に嵌合い部品として使用される場合が多 く 、 切 削仕上面粗さおよび寸法精度が重要視されている。
[0005] 硫黄含有鐧は普通鐧と比較して切削抵抗が低いため切削発 熱量が小さ く工具寿命が長い長所は広く 一般に認められてい る所であるが、 一方硫黄は、 通常被削材の一部が工具と凝着 し、 かつ加工硬化して工具刃先に 50〜100 m程度の高さで 存在する、 いわゆる構成刃先の生成範囲を高速切削側に拡大 させるため、 切削仕上面粗さを不良にするこ とが知られてい る。 例えば昭和 3 6年 8月 1 5 日発行の通産省機狨試験所報告、 第 4 3号、 5 7頁の報文においては、 0.33%硫黄添加鐧を、 高速度鋼工具(SKH 3 ) で、 切削する場合に構成刃先は最大
[0006] 125m/min まで生成し、 送りが 0. 1 »mノ rev と小さい軽切 削の場合には最大 175m/min まで生成することが報告され ている。
[0007] しかし工場で硫黄舍有鐧を仕上げ切削する場合の切削速度 は通常 2 0 m/min 〜 lOOmZmin 程度であるため、 構成刃 先対策として切削速度を調整することは有効ではない。
[0008] また昭和 6 Q年度精機学会春季大会、 学術講演会論文集 (昭和 6 0年 3月 2 8 日発行) 585〜 586 頁の報文においては、 自動盤と高速度鋼工具を使用して硫黄ー遴快削鋼を切削する と、 切削仕上面粗さは Rz = 2 0 程度で、 その原因の一 つは構成刃先であることが報告されている。
[0009] 硫黄含有鐧の切削工具とじては、 主として高速度鐧工具、 超硬合金工具が使用されているが、 A 203 セ ラ ミ ッ ク ス、 TiCを N i で焼結したサ―メ ッ トなども使用されることがあ る。 これらの工具はいずれも工具刃先の切削温度と応力のも とで、 被削材である鐧と凝着して構成刃先を形成するため、 切削仕上面に構成刃先が転移して仕上面粗さは不良である。 最近開発された TiNコ ーティ ング工具は、 鐧との凝着の程 度が小さ く構成刃先生成量が少ないため切削仕上面粗さは小 さいが、 工具を再研摩して再使用することが出来ない欠点が あり、 硫黄含有鐧の仕上切削用工具としては、 あまり普及し ていない。 構成刃先を抑制して切削仕上面粗さを改善するには、 鐧の 冶金的因子の面からの対策も必要であるが限界があり、 構成 刃先が付着しに く く 、 かつ再研摩可能な硫黄含有鋼用切削ェ 具の開発が工業界から強く望まれている。
[0010] 最近硫黄含有鐧の製造法としてィ ンゴ ッ トモール ド铸造に 加えて連続鐯造法が採用されるよ う になって来た。 連続铸造 法は在来のィ ンゴツ ト铸造法に く らベて冷却速度が大きいた め鋼中マンガ ン硫化物が微細化しやす く 被削性が劣化しやす いこ とが例えば特開昭 59 - 205453号に報告されている。
[0011] 仕上面粗さを不良にする第 1 の原因は切削中工具す く い面 上に生成する構成刃先の仕上面への脱落にある。 構成刃先を 生成させないこ とが切削仕上面粗さを改善するための最も有 効な対策である。
[0012] そのための具体的な手法として鋼中マ ンガ ン硫化物寸法を 大き く する こ とが有効である ことが報告されている。 例えば 鉄と鐧 1986、 No. 5、 P 242 による と、 鋼中マ ンガ ン硫化物の 平均断面積が 50〜 200 μ rrf ノ個の範囲内においてマ ンガン硫 化物の平均断面積が大き く なる程、 仕上面粗さ ( J I S表示、 R z は小さ く なる こ とが報告されている。 しかし連続铸造法 によ つて製造された硫黄含有鋼のマンガン硫化物の平均断面 積はィ ンゴッ トモ ール ド鐯造快削鋼のそれより も小さ く 通常 10〜 120 μ m /個程度である連続鐯造法は水冷を必要とし、 ィ ンゴ ッ ト モ —ル ド铸造法と比較して冷却速度が大きいため、 凝固過程で析出するマ ンガ ン硫化物の成長は原理的に余り期 待できない。 連続踌造快削鋼の切削仕上面を改善するための
[0013] 新た な周紙 実際的な対策としてマ ンガン硫化物の平均断面積を大き くす る手法は有効な方法とは言えない。
[0014] 上述のように硫黄含有鋼を切削する場合、 工具すく い面上 への構成刃先の生成を抑制して切削仕上面粗さを改善するた めの実効ある解決策は上述したように未だ提案されていない c こ のよ う に現場で使用されている常用切削速度領域で、 特に 連铸プロセスを柽た硫黄含有快削鋼を切削する場合に、 構成 刃先の生成がなくかつ仕上面粗さの小さい優れた仕上面を得 るための切削方法の開発が工業界から強く望まれている。
[0015] 〔発明の開示〕
[0016] 本 ¾明は上述の実情に鑑み、 鐧と凝着しに く く、 その結果 構成刃先生成を抑制してすぐれた切削仕上面を形成し、 かつ 再研摩が可能である工業的に有益な、 硫黄含有鐧用切削工具 を提供することを目的とする。
[0017] また本発明は、 硫黄含有鋼を常用仕上切削速度領域で切削 するとき、 工具すく い面上への構成刃先の生成を抑制し、 す ぐれた切削仕上面を形成させる新しい切削方法を提供するこ とを目的とする。
[0018] 本発明者らは種々検討を重ねた結果、 鋼中に介在するマ ン ガ ン硫化物の 〔 S〕 と化学的親和性の強い元素を工具中に舍 有させて、 工具面上にマンガン硫化物皮膜を形成せしめ、 こ のマ ンガン硫化物皮膜をして鐧と工具との凝着を抑制させて 構成刃先生成を抑えさせるこ とに着目した。 本発明者らはさ らに検討を重ねた結果、 一定量の硫黄をマ ンガ ン硫化物の型 で舍有する鐧を、 このマ ンガン硫化物の 〔 s〕 と化学的親和 - 性の強い元素 ( Z r)を舍有する工具で仕上切削するとき、 仕 上切削中の工具刃先の温度と圧力の下で綱中マンガン硫化物 が該マ ンガ ン硫化物の大きさに関係な く 、 工具中の Z r の酸 化物と結合する こ とによ り 、 切屑と接触している工具す く い 面上にマ ンガ ン硫化物皮膜を形成し、 このマンガン硫化 ¾皮 膜が鋼と工具との凝着を防止して、 構成刃先生成を抑える作 用を有する こ とを見出した。 その結果、 優れた仕上面の得ら れる硫黄舍有鋼の仕上切削方法を開発する こ とに成功して本 発明を完成したものである。
[0019] 本発明は、 ジルコ ニウ ム酸化物を 5 0 モル%以上、 好ま し く は 9 0 モル%以上含有する こ とを特徴とする硫黄舍有鋼の 仕上げ切削用セラ ミ ッ クス工具および重量%で、 M η ; 0. 5 〜 1 , 2 %、 S ; 0. 05 %〜 0. 4 %を主成分として舍有する熱延 鐧材を、 ジルコ 二ゥム酸化物を 5 0 %以上含有するセ ラ ミ ツ ク ス工具で仕上げ切削する こ とを特徴とする鋼の仕上げ切削 方法を提供する。
[0020] 以下、 本発明を詳し く 説明する。
[0021] 仕上切削中の工具す く い面上にマンガ ン硫化物皮膜を充分 に生成させるためにはその供給源である鋼中マ ンガ ン硫化物 量を一定量確保するこ とが必要であり、 そのためには、 被削 鋼材の成分として通常不純物とされる Sを不可避的混入量を 実質的に超える量で含むこ とが必要である。 本発明において、 硫黄舍有鐧とは硫黄を重量%で 0. 05 %以上含有し、 かつ化学 量論的に硫黄をマンガン硫化物と して固定するにたるマンガ ン量を舍有する鐧のことである。 この鐧には Pb, Te, Se, P, N などの快削元素が含有されていてもよい。 Sの上限につい ては 0. 4 %を越える場合、 鐧の冷間加工性を低下させるので 0. 4 %以下が ましい。
[0022] 次に Mn はマンガン硫化物系介在物を形成し、 且つ鐧の結 晶粒界への FeS折出を防止し熱間圧延時の割れを防ぐために 0. 5 %以上が好ましいが、 1. 2 %を越える場合には鋼の切削 抵抗を高め工具摩耗を大き くするので 1. 2 %以下が好ましい, さ らに切屑処理性の改善、 切削抵抗の低減による工具刃先 温度上异の抑制など、 切削性をさらに高めるために、 快削性 元素として知られている P b ; 0.02〜 0.40%、 B i ; 0.02〜 0.20%、 Te ; 0.01〜 0.10%の 1種又は 2種以上を必要に応 じて添加してもよい。 その他の成分としては C ; 0.05〜 0.50 % . S i ; 0.001〜0.35%、 P ; 0.005〜0.10%、 残部 F e および不可避的不純物である。
[0023] 硫黄舍有鐧は造塊法を経て製造されたものでも連続寿造プ 口セスを経て製造されたものでもよい。
[0024] 通常、 連続鐯造プロセスを経て製造される硫黄含有快削鋼 のブルーム寸法は 100 X 100mm2から 400 x 600 2程度で、 比 水量は 1 kg * s tee 1 〜 2 / kg . s tee i で熱間圧延後の 鋼中 MnSの平均断面積は 10〜120 nf ノ個の範囲に舍まれて いる。 ここで MnSの平均断面積は鐧材圧延方向 1平方 M内に 舍まれるマンガン硫化物を倍率 200の光学顕微鏡を使用して 測定した。 その際 5 以下の微小なマンガン硫化物は除外 した。
[0025] 新た な周紙 MnSの平均断面積が 120 /i m2 /個を越えると通常の切削ェ 具 (ハイ ス、 超硬合金) による仕上切削の場合得られる仕上 面の程度とほぼ同等となる。 本発明の仕上切削法の通常の切 削ェ具に対する優位性が小さ く なる。 太発明の仕上切削法は て具のコ ス ト 、 など他の評価項目を含めて総合判断する と
[0026] 】 2() m / m以 に有利である。
[0027] riSの 均断面積が 10〜120 β rrf ノ個の範囲にある連続铸 造プロセ スを^た熱延鋼ネ才を切削する場合は通常の切削ェ具 (ハイ ス、 超硬合金) による仕上切削法によって得られる仕 .ト而^さ ( R z = 20〜30 m ) と比較して太仕上切削法によ つて得られる仕 ヒ面粗さは R z ≤ 1 0 m以下で格段に優れ ている。
[0028] 最後に仕 ヒ切削て具の仕上切削工具について述べる。 酸化 ジルコ ニウ ム (ZrO 2 ) の下限を 5 0 %と したのは、 鋼中のマ ンガン硫化物と反応するに必要な Z r を確保するためである , ZrO .2を T.具の実質的全成分とする こ ともできる。 また ZrO 2の 残余成分として ZrO zの靱性を向上させるために、 酸化アルミ 二ゥ ム ( 203)、 ^化マグ シゥ ム (MgO)、 酸化ィ ツ ト リ ウ ム (Yz03)、 竣化カルシウ ム (CaO)、 酸化ネオ ジゥ ムおよび酸 化セ ゥ ム (CeO)からなる群より選択された 1 種または 2種 ヒの成分を適量舍有させてもよい。 その含有量の上限は各 成分について Ιίえば 2 0 モル%である。
[0029] ¾ bに示した硫黄舍有鐲を Z r を舍有する切削工具で切削 する と、 鐲 nSが Τ.具刃先の高温 . 高圧のもとで塑性変形 し、 さ らに丁.具 *の Z r と反応して工具す く い面上に MnSの フ ィ ルム状皮膜が形成される。 この皮膜は工具と切屑との接 触域の 30〜 90 %を覆い、 F e (被削機) が工具に凝着するのを 充分に抑制し構成刃先を生成させ.ない働きをする。 連続铸造 プロセスを径て製造したマ ンガン硫化物の平均断面積が 4 0 nf ノ個の硫黄快削鋼を Zr0 2工具およびハイ ス工具で切削し. その工具刃先を 分圻した結果、 Z r0 2工具の工具刃先は MnSのフィルム状皮膜に覆われており構成刃先 ( F e)が検出 されていないことがわかった。 一方ハイ ス工具の場合には、 工具刃先は構成刃先 ( F e)に覆われていることが明らかであ る。 従来法で解决できなかった構成刃先の問題を本法により ほぼ完全に解決できることがわかった。
[0030] 連続鐯造またはィ ンゴッ ト錶造設備で通常の錶造条件下で 本発明の成分鐧ょりなるスラブを铸造し、 該スラブを加熱炉 を使用して圧延温度に加熱し、 熱間圧延により棒鋼又はバ ー イ ンコイルを製造した後、 切削工程へ移行させる。 場合によ つては圧延後、 焼鈍および引抜工程を経て切削工程へ移行さ せることもある。
[0031] 酸化ジルコ ニウ ム含有工具のチップは Z r 0 2その他の粉体を 一次成形した後加圧成形 ( C I P ) し、 次に空気中で焼成
[0032] ( 1400〜 1700で , 1 〜 4 h r)後ダイ アモ ン ド研削することに より製造する。 工具とは、 その構成物質がいわゆるスローァ ゥヱイチップとよばれる使い捨て刃先を有するチップ、 刃付 バイ 卜のチップ、 完成バイ 卜の刃部を形成しているもの、 あ るいは既存の工具の少な く とも刃先部にこれら物質を拡散、 接着、 溶射したものであるものなどを意味している。
[0033] 新た な用銑 切削工程で高速度工具又は超硬合金工具を使用して粗切削 を行ない、 約 lOOm/min 以下の切削速度で仕上切削を本発 明の Z r を含有するセラ ミ ッ クス工具で切削する。 これによ り仕上面粗さが平均 4〜 7 i mの極めて平滑な切削面を得る こ とができる。
[0034] 〔発明を実施するための最良の形態〕
[0035] 次に実施例により本発明の効果をさ らに具体的に示す。
[0036] 実施例 1
[0037] 第 1 表に本発明工具の効果を比較工具と対比して示す。
[0038] A1S1 12L14相当の市販の低炭素硫黄 -鉛快削鋼を工具刃先 形状、 上す く い角 2 0 ' 、 前逃げ角 6 ° 、 工具幅 5 «の突切 り型工具を使用して回転軸に対して直角方向に旋削試験を行 なった。 切削速度は 6 0 m /min 、 送り は 0.05 «ノ re v 、 切 削サイ クルは 2 sec 切削一 5 sec 非切削と した。
[0039] 工具刃先に生成するマンガン硫化物皮膜と構成刃先は光学 顕微鏡で観察し、 前者については工具 -切屑接触面積に対す るマ ンガン硫化物皮膜面積の割合、 後者については形成の有 無をもつて評価した。 切削仕上面粗さは切削サイ クル 800の 時の値を R 2( J I S ) で表示した。
[0040] 第 1 表から明らかなよう に本発明工具で切削した場合には、 マンガ ン硫化物皮膜が工具 -切屑接触域の 89%〜 95%を領有 し、 構成刃先は形成されず、 切削仕上面粗さは小さ く 、 本究 明工具の方がす ぐれている。 なお、 1 は 1 0 モル%以下の CeO. 2 は 3 モル%の Yz03、 3 は 1 0 モル%の MgO を含有する。
[0041] 新た な ^ マ ンガン 構成 仕上^ 供 試 工 具 硫化物の 刃先 粗さ Rz 面積百分 ( " m) 率 (%) 本 ス ロ ーァゥヱイ 1 Zr02工具 92 SEE
[0042] チ ッ プ
[0043] 2 部分安定化 Ζι·02工具 94 6.1 明 完成バイ ト 3 Zr02工具 89 5.5 比 ス ロ ーァ ゥ ヱ イ 4 A a 203 セ ラ ミ ッ ク 0 有 29.3 車父 ス工具
[0044] 例 チップ
[0045] 5 サ一メ ッ ト 0 27.4 実施例 2
[0046] 第 2表に本発明切削方法の効果を比較切削方法と対比して
[0047] 示す。 工具はス ロ ーァゥ イ型チップに成形後焼結して使用
[0048] した。 サンプルの鐧は連,镜鏵造を経て製造した熱間圧延鐧材
[0049] である。 切削試験方法は次のとおりである。 工具刃先形状、
[0050] 上すく い角 2 0 ° 、 前逃げ角 6 ' 、 工具幅 5 «の突切り型ェ
[0051] 具を使用して回耘軸に対して直角方向の切削試験を行った。
[0052] 切削速度は 6 0 m/min 、 送り は 0.05™ /rev 、 切削サイ ク
[0053] ル 2 sec 切削一 5 sec 非切削とした。
[0054] 評価基準と して切削仕上面粗さ ( J I S表示 R Z)およびェ
[0055] 具前逃げ面摩耗幅 ( J I S表示 V B ) を採用した。 それぞれ
[0056] 切削サイ ク ル数 800のときの値を測定した。
[0057] 第 2表から明らかなように本発明の仕上切削方法の場合の
[0058] 新たな用紙 切サプルン 4 δ削仕上面粗さ Rz は 7. 4 ^ m以下で優れた仕上面を形成し
[0059] てお oり、 又工具摩耗も小さい。 一方比較切削法でサ ンプル Να
[0060] 5 , 6 の 8場合、 構成刃先の生成により仕上面粗さは不良であ
[0061] o
[0062] る。 サンプル α 7 の低硫黄鋼は Z r 含有工具で仕上切削して
[0063] 9
[0064] 5
[0065] も仕上面粗さは不良である。
[0066] o o
[0067] o 1
[0068] B %
[0069] 第 2 表 鋼 切
[0070] 7
[0071] 5 3 フランク
[0072] ; MnS平均
[0073] S(%) Μη(%)1 断面積 ZrOz系 SKH57. ( in)
[0074] 兀 ί( μ m2/個) P20
[0075] z
[0076] A
[0077] o o
[0078] 1 ; 0.06 ! 0.99 45 2
[0079] 22 4.5 45 一 o o
[0080] Zr02 + 33
[0081] 本 % 2
[0082] 2 0.15 0.55 yz03 4.8 38
[0083] + 3%
[0084] 明 ; 3 ; 0.29 0.86 I 0.2%Pb 32 4.2 43
[0085] •30%
[0086] :03 面仕さ ¾ 4.7 41 粗^ Q上
[0087] ! 0.0151 0.85 110 S H57 ; 32.5 ί 110
[0088] 6 , 0.15 0.83 108 Ρ20 21.5 75 例
[0089] Zr02 - 3%
[0090] : 7 : 0.001 0.60 A £ 203 22.5 ; 120
[0091] 8 ' 0.33 1.12 60 18.3 ! 185
[0092] た な 〔産業上の利用可能性〕
[0093] 以上の実施例からも明らかな如く 、 本発明によれば硫黄舍 有鋼仕上切削時の切削仕上面粗さを著し く改善させる切削ェ 具および仕上切削方法を提供することが可能で産業上の効果 は極めて顕著なものがある。
权利要求:
Claims請 求 の 範 囲
1. ジルコ ニウ ム酸化物を 5 0 %以上含有する こ とを特徴 とする硫黄含有鐧の仕上げ切削用セ ラ ミ ッ ク ス工具。
2. ジルコ ニウ ム酸化物の量 9 0 %以上である請求の範囲 第 1項記載の仕上げ切削用セラ ミ ッ ク ス工具。
3. 実質的にジルコ二ゥム酸化物より なる請求の範囲第 1 項記載の仕上げ切削用セラ ミ ッ クス工具。
4. ジルコ ニウ ム 変化物の残部が、 酸化アル ミ ニウ ム、 m 化マグネ シウ ム、 羧化ィ ッ ト リ ウ ム、 酸化カルシウ ムおよび 酸化セ リ ゥムからなる群より選択された 1種または 2種以上 の成分より構成される請求の範囲第 1項または第 2項記載の 仕上げ切削用セ ラ ミ ッ ク ス工具。
5. 重量%で、 ; 0. 5 〜 1. 2 %、 S ; 0.05%〜 0. 4 % を主成分と して含有する熱延鐲材を、 ジルコ ニウム羧化物を 5 0 %以上含有するセラ ミ ッ ク ス工具で仕上げ切削する こと を特墩とする鐧の仕上げ切削方法。
6. 前記熱延鑼材が、 Pb ; 0.02%〜40%、 B i ; 0.02〜 20%、 Te ; 0.01〜 0.10%の 1種または 2種以上を舍有する 請求の範囲第 5項記載の鐧の仕上げ切削方法。
7. 前記熱延鋼材が連続铸造プロセスを経て製造された鋼 材である請求の範囲第 5項または第 6項記載の鑼の仕上げ切 削方法。
8. 前記仕上げ切削速度が約 lOOm/min 以下である請求 の範囲第 5項または第 6項記載の鐧の仕上げ切削方法。
新た な用紙
9. 実質的にジルコ ニウム酸化物よりなる工具を用いるこ とを特徴とする請求の範囲第 5項または第 6項記載の鋼の仕 上げ切削方法。
10. 前記熱延鋼材が連続铸造プロセスを経て製造された鋼 材である請求の範囲第 9項記載の鋼の仕上げ切削方法。
11. 前記仕上げ切削速度が約 lOOm/min 以下である請求 の範囲第 1 Q項記載の鐧の仕上げ切削方法。
12. ジルコ ニウム酸化物の残部が、 酸化アルミ ニウ ム、 酸 化マグネ シウム、 酸化イ ツ ト リ ウ ム、 酸化カルシウ ムおよび 酸化セリ ゥムからなる群より選択された 1種または 2種以上 の成分より構成される請求の範囲第 5項または第 6項記載の 鐧の仕上げ切削方法。
13. 前記熱延鋼材が連続铸造プ αセスを径て製造された鐧 材である請求の範囲第 1 2項記載の仕上げ切削方法。
14. 前記仕上げ切削速度が約 lOOmZmin 以下である請求 の範囲第 1 3項記載の鐧の仕上げ切削方法。
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同族专利:
公开号 | 公开日
AU6405586A|1987-04-24|
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EP0250595A4|1988-04-27|
JPH0818164B1|1996-02-28|
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DE3687837D1|1993-04-01|
KR870700428A|1987-12-29|
DE3687837T2|1993-09-09|
EP0250595B1|1993-02-24|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
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1987-04-09| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB IT SE |
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优先权:
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DE8686905922A| DE3687837D1|1985-09-27|1986-09-27|Endbearbeitungsschneidwerkzeug und endbearbeitungsschneidverfahren fuer stahl.|
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