JP2004001171A

JP2004001171A - 銅及び銅合金の面削用フライス刃及び面削方法

Info

Publication number: JP2004001171A
Application number: JP2003004859A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Nakamura; 中村　和光; Takashi Hamamoto; 濱本　孝; Katsuhiko Ozaki; 尾崎　勝彦; Yasuyuki Yamada; 山田　保之
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】切削油剤の煩雑な調整等を必要とせず、しかも生産性及び被切削材表面の品質を阻害することなく、安定した銅及び銅合金の切削が行えるような面削用フライス刃を提供する。
【解決手段】超硬チップ２刃のすくい面及び逃げ面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮのうちから選ばれた単層の硬質皮膜３、又はこれらの２種以上からなる２層以上の硬質皮膜を被覆した後、逃げ面側を研磨することにより得られたフライス刃。すくい面のみが前記硬質皮膜で被覆されている。硬質被覆の膜厚は１〜１０μｍ、この硬質皮膜を被覆したすくい面の面粗度はＲｍａｘ：０．２〜３μｍ、被覆されていない逃げ面の面粗度はＲｍａｘ：０．２〜２．５μｍ、すくい面と逃げ面との稜線に形成される切刃の丸みは１０μｍ以下とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐焼付性に優れた銅及び銅合金の面削用フライス刃及び面削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
銅及び銅合金の熱間圧延後の表面面削を行うための切削工具としては、フライスが汎用されている。しかし、銅及び銅合金のような軟質金属を面削する場合、切り屑が刃の表面に溶着しやすく被切削面がむしれる（焼き付き）問題がある。これらの問題を解決し品質の安定化を実現すべく、これまでにも種々の対策が試みられ、具体的には、
▲１▼切削油の濃度、温度、吐出量を面削する銅合金品種、板の送り速度などに合わせて最良の条件に設定する、
▲２▼面削フライスの組替え周期を短縮して品質の安定化を図る、
などが検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の対策には以下の問題点がある。
▲１▼の場合は、その組み合せが非常に煩雑であり、条件の維持管理が困難である。
▲２▼の場合は、生産性の低下、及びコストアップとなる。
そこで、本発明は、切削油剤の煩雑な調整等を必要とせず、しかも生産性及び被切削材表面の品質を阻害することなく、安定した銅及び銅合金の切削が行える面削用フライス刃及び面削方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る銅及び銅合金の面削用フライス刃は、超硬チップ刃のすくい面及び逃げ面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮのうちから選ばれた単層の硬質皮膜、又はこれらの２種以上からなる２層以上の硬質皮膜を被覆した後、逃げ面側を研磨することにより得られたもので、すくい面のみが前記硬質皮膜で被覆されていることを特徴とする。望ましくは、すくい面側に被覆された硬質被覆の膜厚が１〜１０μｍであり、この硬質皮膜を被覆したすくい面の面粗度がＲｍａｘ：０．２〜３μｍで、研磨された逃げ面の面粗度がＲｍａｘ：０．２〜２．５μｍである。さらに、すくい面と逃げ面との稜線に形成される切刃の丸みを１０μｍ以下とするのがよい。
また、本発明に係る銅及び銅合金の面削方法は、上記面削用フライス刃を備えるフライスにより、熱間圧延された銅及び銅合金の表面を面削することを特徴とする。
【０００５】
さて、銅及び銅合金のような軟質材をフライスで切削加工する場合、切れ味を改善することが重要である。そのため刃の研磨が重要となり、通常は、刃の両面（すくい面及び逃げ面）に硬質皮膜層を形成した後、すくい面を研磨して（逃げ面には硬質皮膜層が残る）切れ味をよくしている。このように、すくい面側を研磨し、逃げ面側に硬質皮膜層を残すのは、通常すくい面のクレーター摩耗量よりも逃げ面のフランク摩耗量の方が大きく、このフランク摩耗を硬質皮膜層により抑制することで、工具寿命が延びるからである。
【０００６】
ところが、本発明者らは、銅及び銅合金のフライスによる切削加工では、切り屑が主にすくい面側に溶着し、これにより被切削面の面性状が劣化することを見い出した。すなわち、すくい面に切り屑が溶着すると刃先に構成刃先が生成し、その結果被切削面がむしれた状態になるとともに、構成刃先が脱落して噛み込み、そのため被切削面に焼き付きが発生し、面性状が劣化する。
【０００７】
そこで、本発明では、上記のように、すくい面及び逃げ面に硬質皮膜層を被覆し、切れ味改善のため、逃げ面側を研磨することとした。そうすることによって、切り屑の溶着防止効果が大きくなり、面削フライスの切れ味を良好に維持しながら、被切削面に生じる焼き付きの発生を最小限に抑制することができる。
また、すくい面に被覆する硬質皮膜としては、化学的に安定、硬さが大きい、耐摩耗性に優れる、耐熱性に優れる、剥離し難いなどの特性のほかに、本発明の場合、特に銅及び銅合金との濡れ性が悪いことが重要な選択基準となる。このような選択条件を満たすものとして、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮを選定した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る銅及び銅合金面削用フライス刃の具体例を、図１及び図２を参照して説明すると、図１において、フライスの台金１の先端には、超硬チップ刃２が取り付けられ、さらにその超硬チップ２のすくい面のみに、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮのいずれかからなる単層の硬質皮膜３、又はこれらの２種以上を２層以上に積層した多層の硬質皮膜３が１〜１０μｍの厚みで形成されている。このように構成されたフライス刃を備えたフライスを使用して、銅又は銅合金からなる被切削材４を面削すると、図２に示すように、刃先に切り屑５が溶着することなく良好な切削が得られる。従って、被切削材５に生じる焼き付きを最小限に抑えることができる。
【０００９】
具体的な被覆材質の選定及び被覆層の構成（単層〜多層）については、面削を行う銅又は銅合金の品種（切削性の良否、融点、硬さ、第二相の有無など）、面削条件（材料の送り速度、フライス刃の回転速度、切削油の種類と供給量など）を考慮して選定する。
【００１０】
本発明において、硬質皮膜の厚みを１〜１０μｍとしたのは、１μｍ未満では被膜の剥離が生じやすく、また１０μｍを越えるとコストアップにつながるとともに安定な被覆膜の形成が困難となるからである。
この硬質皮膜で被覆されたすくい面の面粗度はＲｍａｘ：０．２〜３μｍとする。超硬チップ本体の面粗度が被覆した硬質皮膜表面の面粗度にそのまま写ることから、チップ本体のすくい面に大きな研磨筋が出ている（面粗度が粗い）と、硬質皮膜表面にも大きな研磨筋が出ることになり、その表面に切り屑が流れるとき、その研磨筋に引っかかって溶着しやすくなる。実用上、硬質皮膜で被覆されたすくい面の面粗度はＲｍａｘ：３μｍ以下であれば問題ないが、望ましくは２μｍ以下である。一方、面粗度の下限をＲｍａｘ：０．２μｍとしたのは、超硬工具をダイヤ砥石で研磨するときの限界がＲｍａｘ：０．２μｍ程度であるためである。
【００１１】
また、逃げ面側は硬質皮膜がないため、いっそう面粗度を小さくし切り屑が引っかかって溶着するのを防止する必要があり、実用上はＲｍａｘ：２．５μｍ以下、望ましくは１．５μｍ以下とする。一方、下限は前記と同じ理由によりＲｍａｘ：０．２μｍとする。なお、すくい面、逃げ面ともに面粗度が小さい方が切り屑の溶着が少なく、切刃の摩耗状況が安定する。その結果、異常摩耗が減少し、摩耗も相対的に減少する。
加えて、両面（すくい面側と逃げ面側）皮膜後に逃げ面を研磨して、切刃の丸みを１０μｍ以下、望ましくは８μｍ以下にすると、切れ味を増加させるのにさらに大きな効果がある（刃先の丸みが大きいと、切削抵抗が大きくなり切れ味が低下する）。
【００１２】
【実施例】
本発明に係る面削用フライス刃を製造し、これを面削試験に供した。フライス刃は、台金をクロモリ系鋼とし、フライス刃の部分はタングステンカーバイドの超硬チップ刃を銀ろうにて台金にろう付けし、その超硬チップ刃に表１に示すＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮ膜を、それぞれＰＶＤ又はＣＶＤ法により蒸着形成した後、逃げ面のみを研磨することによりすくい面のみに被覆膜を形成した。
【００１３】
【表１】

【００１４】
面削試験は表２に示す条件で行った。被削材のＣ１９４００熱延材（Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ−０．５ｗｔ％Ｚｎ）は、熱間圧延終了後の材料表面に、２０〜１００μｍ厚の酸化膜が形成され、その酸化層中にＦｅの酸化物が大量に存在する（母層中のＦｅが選択的に酸化されたもの）。このようにＦｅ酸化物を多く含有する銅合金を通常の超硬チップを備えたフライスで切削すると切り刃に切り屑が溶着しやすく、焼き付きが生じやすい。従って、面削用フライス刃の試験のための被削材としては本合金（Ｃ１９４００）は好適であると考えられる。
【００１５】
【表２】

【００１６】
表１の各フライス刃を備えたフライスで熱延材８０枚（長さ４０００ｍ）の両面を面削し、被削材表面の焼き付き数を数えた。また、切削後のフライス刃の表面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、表面の焼き付き及び被覆膜の剥離状況を調査した。これらの結果を表３に示す。
【００１７】
【表３】

【００１８】
表３に示すように、本発明の要件を満たすＮｏ．１〜４のフライス刃を備えたフライスで面削を行うと、面削後も刃先の寿命が長く（焼き付きが少なくかつ皮膜剥離がないため）、かつ被切削材表面の焼き付きが少ない。一方、硬質皮膜厚さが１μｍに満たないＮｏ．５は皮膜剥離が発生し、すくい面の硬質皮膜の表面粗度Ｒｍａｘが３μｍを越えるＮｏ．６とともに焼き付きが多く発生している。さらに、逃げ面粗度Ｒｍａｘが２．５μｍを越えるＮｏ．７は摩耗と焼き付きが多く発生し、刃先の丸みが大きいＮｏ．８と被覆なしのＮｏ．９は切れ味が不良で焼き付きが多く発生している。
【００１９】
なお、ＴｉＮ等を被覆したフライス刃を備えたフライスで切削した場合（例えばＮｏ．１）と被覆なしのフライス刃を備えたフライスで切削した場合（Ｎｏ．９）の切り屑の形状を比較すると、ＴｉＮを被覆した方が切り屑の曲率が大きく丸まった形状となっており、刃先に溶着し難いことが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の面削用フライス刃を備えたフライスを用いて銅又は銅合金の面削を行うと、切削油剤の煩雑な調整等を必要とせず、被削面のむしれ（焼き付き）、フライス刃への切り屑の溶着が発生しないので、生産性及び被切削材表面の品質を阻害することなく、銅及び銅合金の安定した面削を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面削用フライス及びフライス刃の要部の概略説明図である。
【図２】そのフライス刃を用いて銅及び銅合金を面削している状況の説明図である
【符号の説明】
１　フライスの台金
２　超硬チップ
３　硬質被覆
４　被切削材
５　切り屑

Claims

超硬チップ刃のすくい面及び逃げ面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮのうちから選ばれた単層の硬質皮膜、又はこれらの２種以上からなる２層以上の硬質皮膜を被覆した後、逃げ面側を研磨することにより得られたもので、すくい面のみが前記硬質皮膜で被覆されていることを特徴とする銅及び銅合金の面削用フライス刃。
超硬チップ刃のすくい面及び逃げ面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮのうちから選ばれた単層の硬質皮膜、又はこれらの２種以上からなる２層以上の硬質皮膜を被覆した後、逃げ面側を研磨することにより得られたもので、すくい面のみが前記硬質皮膜で被覆され、すくい面側に被覆された硬質被覆の膜厚が１〜１０μｍであり、この硬質皮膜を被覆したすくい面の面粗度がＲｍａｘ：０．２〜３μｍで、研磨された逃げ面の面粗度がＲｍａｘ：０．２〜２．５μｍであることを特徴とする銅及び銅合金の面削用フライス刃。
すくい面と逃げ面との稜線に形成される切刃の丸みが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載された銅及び銅合金の面削用フライス刃。
請求項１〜３のいずれかに記載された面削用フライス刃を備えるフライスにより熱間圧延された銅及び銅合金の表面を面削することを特徴とする銅及び銅合金の面削方法。
請求項１〜３のいずれかに記載された面削用フライス刃を備えるフライスにより表面を面削したことを特徴とする銅及び銅合金の熱間圧延材。