JP2001507994A - 化学蒸着法で被覆した高速度鋼ドリルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ＰＶＤ法の被膜を有し且つ少なくとも一つの切れ刃があるＨＳＳ工具を開示する。切れ刃が１５〜２５μｍの半径であり、且つＨＳＳ中の炭化物が被膜と接触している。また、本発明は、改良された耐摩耗性を有するＰＶＤ法の被膜を備えるＨＳＳ工具を製造する方法に関する。被膜を蒸着する以前に、な電解研摩処理を工具に施すことによって、１５〜２５μｍの半径の切れ刃半径が得られ且つＨＳＳ中の炭化物が露出するように改良される。

Description

【発明の詳細な説明】 化学蒸着法で被覆した高速度鋼ドリルの製造方法 本発明は、化学蒸着法（ＰＶＤ）の被膜を備えた高速度鋼ドリルの製造方法に 関する。この被膜を蒸着するより前に、ドリルに電解研摩処理を施すことにより 、工具摩耗の予期しえない減少が達成された。 現在工業界における穿孔作業の事実上の分野では、高速度鋼すなわちＨＳＳド リルを使用する。さらに進んだ耐摩耗性が要求される作業、そして高切削速度で の穿孔加工作業に対しては、むくの超硬合金ドリルまたは超硬合金インサートド リルを使用する。このようなドリルの用途は、ＨＳＳドリルの損失を増加する。 従来の高速度鋼ドリルは、通常約５μｍの厚みのＴｉＮ層の耐摩耗性被膜を設け ることによって、ある程度の改良をすることができ、その上にこのドリルに良好 な黄金色を付与する。焼き入れ焼き戻ししたＨＳＳの軟化温度以下の低い温度で のＰＶＤ法処理によって、この被膜を適用する必要がある。 ＨＳＳドリルは円柱棒から作られ、溝と刃は研削加工によって付けられる。研 削加工されたＨＳＳドリルには、この溝内の比較的荒い面と、切れ刃に沿う研削 バリと、多分ＨＳＳ面の熱的損傷（研削バリ）とがほとんど存在し、焼き入れ脆 性面をもたらす。さらに、研削加工されたドリルの切れ刃は、ほとんどが非常に 鋭くなり、特に硬質工作物材料を穿孔するときに、割れ形成、チッピング及び刃 破損の傾向が強くなる。 溝とドリルポイントとの研削加工後、研削加工の塵芥、油及び他の不純物を除 去するために従来の洗浄よりさらに別の処理をするこ となく、被膜は一般的に直接適用される。 電解平滑加工及び電解バリ取りが一般的に使用される技術である。良く知られ た方法は電気化学的バリ取り及び電解研摩と呼ばれる。米国特許第４，４０５， ４２２号には銅及び銅合金の電解バリ取り加工方法を開示し、米国特許第４，４ １１，７５１号には鋼及びアルミニウム合金について示す。スウェーデン特許第 ９４０４３２６−２号は、超硬合金またはチタニウム基炭窒化合金の切削工具イ ンサートの刃の丸み付けの方法を開示する。電解研摩法は、バインダー相及び硬 質構成物相の双方を均一除去する電解液を使用し、電解液はメタノールまたは他 の有機液体中に過塩素酸(HClO₄)または硫酸(H₂SO₄)を２〜１５vol%含有する。 本発明の目的は、電解研摩処理によって被膜したＨＳＳドリルの性能をさらに 改良することである。 図１は、本発明にしたがい処理した被覆ＨＳＳドリルの切れ刃横断面を１３５ ０×の倍率で示す。 図２は、本発明にしたがう処理結果として露出した一次炭化物のパターンを１ ３５０×の倍率で示す。 ＨＳＳドリルを、ＰＶＤ法の被膜を適用する以前に電解研摩処理を施した場合 に、摩耗の著しい減少と、相当する工具寿命の増加とが得られることが以外にも 明らかになった。その上に、工具寿命のバラツキを著しく減少することができた 。 電解研摩処理をする際には、十分に規定した１５〜２５μｍの切れ刃の丸め付 けが得られ、且つ高速度鋼の一次炭化物のパターンが軽いエッチングよって露出 するように、電解研摩処理をする必要がある。このエッチング効果は電解研摩処 理の一部であり、同時に切れ刃の丸み付けも行う。 本発明にしたがう切れ刃は、より好ましい荷重分布を確実にもた らし、割れ形成と刃チッピングとを防止する。高速度鋼中の一次炭化物は、被膜 と鋼との結合に重要な役割を成す。炭化物パターンを露出によって、被膜付着性 が改良される。 本発明にしたがう研摩処理は、鋼の研摩に有益ないずれの既知の技術をも使用 することができ、過塩素酸、グリセリン及びエタノールを含有した電解液、並び にアンモニウム塩とグリコールと水を含んだ電解液を好ましく用いる。好ましい ＨＳＳは、タイプＭ２，Ｍ７，Ｍ３５及びＭ４２であり、並びに粉末冶金処理を したＨＳＳタイプＡＳＰ２３及びＡＳＰ３０である。最良の結果を得るための正 確な条件は、ＨＳＳタイプ、電解液、研削工具条件等の使用方法に依存し、示す ことはできない。所望の刃先半径及び一次炭化物の露出を得るために、電解研摩 処理に必要な条件を経験によって決定することは当業者の理解する範囲内である 。 ＰＶＤ法の被覆は、単一または多層にすることができる。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）外側 層を有し幾層かのＴｉＮ層またはＴｉ（Ｃ、Ｎ）層とからなる単一のＴｉＮ層ま たは多層被膜が好ましい。この被膜は２〜１０μｍの厚みを必要である。 ＰＶＤ法の被覆は、イオンプレーティング法、アーク蒸発方法またはマグネト ロンスパッタリングを用いて蒸着することができる。好ましいＰＶＤ被覆法は、 イオンプレーティング法である。 本発明にしたがう方法は、被覆しない条件で使用するドリルにも適用すること ができる。しかしながら、このような場合の改良は、被覆したドリルの改良とは 同じ程度ではない。 本発明はＨＳＳドリルを参照して記載したが、本発明の方法は、エンドミル等 のようなＰＶＤ法で被覆した他のＨＳＳ工具にも適用することができることは明 らかである。 実施例１ 従来の等級Ｍ２のＨＳＳツイストドリル（直径５ｍｍ及び８ｍｍ）が、被覆以 前に、１０ｖｏｌ％の過塩素酸と、１５ｖｏｌ％のグリセリンと、７５ｖｏｌ％ のエタノールとの電解液中で電解研摩された。研摩は、次の条件、すなわち、正 極としてのドリル、−２０℃、ステンレス鋼の負極、激しい攪拌、２５ＶのＤＣ 電圧及び６０ｓの時間で実施された。その結果、刃は約２０μｍの半径に丸み付 けされ、一次炭化物のパターンが露出した。５ｍｍのドリルはＴｉＮをＰＶＤ法 で被覆し、且つ８ｍｍのドリルは、イオンプレーティングを使用し、約５μｍの 幾層かのＴｉＮ層及びＴｉ（Ｃ、Ｎ）層（Balzer被覆バリアントＡ及びＢ）から なる多層ＰＶＤ法のＴｉＮで被覆された。同一の納入であるが電解研摩処理をし ていない比較ドリルが同一時間被覆された。 実施例２ 直径５ｍｍの実施例１の２本のドリルを、次の条件の下の穿孔加工作業で試験 した。すなわち、 切削速度： ３５ｍ／ｍｉｎ 送り ： ０．１２ｍｍ／回転 穴深さ ： １５ｍｍ（止まり穴穿孔加工） 加工材料： 焼鈍した工具鋼（Ｗ．ｎｒ １．２０８０） 冷却 ： 液体冷却剤（水ベースのエマルジョン） 表１は、本発明にしたがうドリルと、研摩したドリルとの穿孔した穴数を性能 とする周辺コーナー部の逃げ面摩耗を示す。 表１．試験したＰＶＤ法のＴｉＮ被覆ＨＳＳドリルの逃げ面摩 耗（×１０^-2ｍｍ） 穴の数 電解研摩したドリル 研削したドリル １０ ２２ ３３ ２０ ２９ ４７ ３０ ３４ ６１ ４０ ３９ ６５ ５０ ４８ ７１ 実施例３ 実施例２を直径８ｍｍの２本のドリルについて繰り返した。 表２は、穿孔した穴数を性能とする周辺コーナー部の逃げ面摩耗を示す。 表２．試験したＰＶＤ法のＴｉ（Ｃ、Ｎ）被覆ＨＳＳドリルの 逃げ面摩耗（×１０^-2ｍｍ） 穴の数 電解研摩したドリル 研削したドリル １０ １０ ２２ ３０ １３ ２８ ５０ １７ ３１ ７５ ２１ ４２ １００ ２６ ５４ １２５ ３４ ６４ １５０ ３６ ６８ １７５ ４０ ７４ ２００ ４０ １２５

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨハンソン，ハンス スウェーデン国，エス―112 24 ストッ クホルム，３ テーエル，オーゲー，パー ンメーターガータン 22

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＰＶＤ法の被膜を有し且つ少なくとも一つの切れ刃があるＨＳＳ工具であ って、切れ刃が１５〜２５μｍの半径であり、且つＨＳＳ中の炭化物が前記被膜 と接触していることを特徴とするＨＳＳ工具。 ２．前記ＰＶＤ法の被膜が２〜１０μｍの厚みであることを特徴とする請求項 １記載の工具。 ３．前記ＰＶＤ法の被膜がＴｉＮ単一層であることを特徴とする請求項１記載 の工具。 ４．前記ＰＶＤ法の被膜が、幾層かのＴｉＮ層とＴｉ（Ｃ、Ｎ）層とからなる 多層被膜、及び外側Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層を含むことを特徴とする請求項１記載の工 具。 ５．前記ＨＳＳが、タイプＭ２、Ｍ７、Ｍ３５、Ｍ４２または粉末冶金法で製 造したタイプＡＳＰ２３及びＡＳＰ３０のＨＳＳであることを特徴とする請求項 １記載の工具。 ６．前記工具が、ドリルであることをを特徴とする請求項１記載の工具。 ７．少なくとも一つの切れ刃があるＰＶＤ法で被覆したＨＳＳ工具を製造する 方法であって、 工具が、１５〜２５μｍの切れ刃半径が得られ最終的な電解研摩処理と、及び ＨＳＳ中の炭化物が露出する軽エッチングと施されることを特徴とするＨＳＳ工 具を製造する方法。 ８．前記電解研摩処理が、過塩素酸、グリセリン及びエタノールを含有する電 解液を使用して実施されることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９．前記電解研摩処理が、アンモニウム塩、グリコール及び水を 含有する電解液を使用して実施されることを特徴とする請求項７記載の方法。 １０．前記ＰＶＤ法の被膜が、イオンプレーティング、アーク蒸発方法または マグネトロンスパッタリングによって適用されることを特徴とする請求項７、８ または９のいずれか１項に記載の方法。