JP2005081511A - 被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切削工具基体上に被覆された、潤滑被膜と耐酸化被膜の両方が十分に性能を発揮する高能率切削工具を提供。
【構成】切削工具基体１に、各１層の（各２層以上でもよい）、Ｖを含む潤滑被膜６、６と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒのうち１種もしくは２種以上を含む耐酸化被膜７、７とを被覆しており、かつ潤滑被膜６、６が耐酸化被膜７、７よりも基材１側に存在させた。好ましくは、該耐酸化被膜がＴｉを含む金属窒化物で形成されていてもよい。
さらに好ましくは、該潤滑被膜が、ＶＮ、ＶＣＮもしくはＶＣ或いはこれらの複合膜、又は、ＶＮから、ＶＣＮもしくはＶＣが最表面に向けて組成割合を漸増する、ＶＮ、ＶＣＮもしくはＶＣの傾斜粗成膜であることにより、潤滑被膜がより十分に性能を発揮するものとなった。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料等の切削加工に使用される被覆切削工具に関する。

切削加工の高能率化の要求に伴い高速マシニングセンターが普及し切削加工は高速化傾向にある。切削工具に被覆される被膜もＴｉＮ、ＴｉＣＮに代わり、被膜の耐酸化性を改善した耐酸化膜であるＴｉＡｌＮ被膜を被覆した被覆切削工具が一般的である。一方、切削抵抗を低減する方法として、特許文献２に示すような、ＤＬＣ、ＮｉＯ_x 、ＺｒＯ_x 等の潤滑膜を工具表面に被覆し（図２（ｂ））、切削性能を向上させた例が見られるが、これまでは例えば特許文献１に示すように、ＴｉＡｌＮ等の耐酸化被膜の表層に潤滑膜を被覆する方法が一般的であった（図２（ａ））。
しかしながら、特許文献２に示す従来の方法では、図２（ｂ）に示すように、耐酸化膜層４よりも表面側にある潤滑被膜５は酸化環境にさらされ、十分な潤滑特性を発揮できなかった。特に潤滑被膜５がＤＬＣであると、600 ℃程度で酸化するため、アルミニウムなど切削温度の上昇しない被削材料の加工にのみ適用されている。また、バナジウム系硬質被膜の切削工具への適用は、出願人が出願中で未公開の特許文献３に示すようにイオンプレーティング法により可能となった。しかし、バナジウム炭窒化物被膜はチタン炭窒化物被膜と比較して酸化開始温度が低く、単層では高速高能率加工で十分な性能を発揮できない。
特開平２−１９４１５９号公報 請求項１ 特開２０００−２３３３２４号公報 請求項１ 特願２００３−２８３５６２号 特表平１１−５０２７７５号公報 第５頁下から第４〜１行目

図２（ａ）は特許文献１に開示する、切削工具刃先の工具本体１と、工具本体１上に被覆された耐酸化被膜４、４を部分拡大した説明図で、潤滑剤が無いために摩耗部位41、42及びすくい面２に被削材が付着し、切削抵抗を増大させる結果となった。（ｂ）は特許文献４第５頁下から第４〜１行目に開示する、（ａ）の耐酸化被膜４、４の表層に潤滑膜５、５を被覆したものを部分拡大した説明図である。（ｂ）では最初に潤滑膜５、５は摩耗部位41、42に被覆されているが、使用開始時に摩耗してしまい、摩耗部位41、42からなくなってしまう。このため、摩耗部位41、42以外のすくい面２に対しては被削材の付着を防止する効果と切り屑の排出効果が得られるが、最も負荷の高い切れ刃の摩耗部位41、42の耐酸化被膜４、４に対しては被削材の付着を抑制する効果が得られにくかった。

本発明の課題は、上記課題を解決するため、潤滑被膜と耐酸化被膜の両方が十分に性能を発揮する高能率切削工具を提供することを目的とする。

このため本発明は、切削工具基体に、少なくとも各１層の、Ｖを含む潤滑被膜と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒのうち１種もしくは２種以上を含む耐酸化被膜とを被覆してなる被覆切削工具において、該潤滑被膜が該耐酸化被膜よりも基材側に存在することを特徴とする被覆切削工具を提供することによって上記した従来方法の課題を解決した。

かかる構成により、本発明は切削工具基材側にＶを含む潤滑被膜を被覆し、その上に耐酸化被膜とを被覆したので、図１に示すように、最も負荷の高い切れ刃の摩耗部位41、42においても潤滑被膜６、６から潤滑物質８が流出するので、摩耗部位41、42の耐酸化被膜７、７に対しては被削材の付着を抑制するものとなり、潤滑被膜６、６と耐酸化被膜７、７の両方が十分に性能を発揮する高能率切削工具を提供するものとなった。

好ましくは、該耐酸化被膜がＴｉを含む金属窒化物で形成されていてもよい。
さらに好ましくは、該潤滑被膜が、ＶＮ、ＶＣＮもしくはＶＣ或いはこれらの複合膜、又はＶＮから、ＶＣＮもしくはＶＣが最表面に向けて組成割合を漸増する、ＶＮ、ＶＣＮもしくはＶＣの傾斜粗成膜であることにより、潤滑被膜がより十分に性能を発揮するものとなった。

本発明を実施するための最良の形態の一例を図１を参照して説明する。図１は本発明を実施するための最良の形態の一例である被覆切削工具の刃先部分の拡大した説明図で、本発明の被覆切削工具は、切削工具基体１に、各１層の（各２層以上であってもよい）、Ｖを含む潤滑被膜６、６と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒのうち１種もしくは２種以上を含む耐酸化被膜７、７とを被覆しており、かつ潤滑被膜６、６が耐酸化被膜７、７よりも基材１側に存在させたものである。

〔本発明の最良の実施形態の効果〕
本発明の最良の実施形態では、図１に示すように、潤滑被膜６、６が耐酸化被膜７、７よりも基材１側に設けることで、潤滑被膜６、６自身の酸化による性能低下を抑制する。潤滑被膜６、６としてバナジウムを含む被膜を用いることにより、基材１ならびに表面の耐酸化被膜７、７との密着性を確保し、耐酸化被膜７、７、潤滑被膜６、６ともに十分に性能を発揮できるようにした。
即ち、発明者らは潤滑被膜が必ずしも最表層には必要なく、むしろ図１に模式的に示すように、固体潤滑作用を示す被膜が基材１側にあることにより、上層の耐酸化被膜７、７が潤滑被膜６、６より流出した潤滑物質８、８により保護されるものと考え、これを実証することができた。
その結果、潤滑被膜６、６を耐酸化被膜７、７よりも基材１側に設けることにより、潤滑被膜と耐酸化被膜の両方が十分に性能を発揮し、高能率切削加工が可能となった。

ＶＣＮ膜の上に耐酸化膜としてＴｉＡｌＮ膜を成膜した超硬エンドミルによる切削試験結果を表１に示す。本発明品１はＶＣＮ膜約１．１μｍ、本発明品２はＶＣＮ膜の内容はＶＮ約0.3 μm 、ＶＮからＶＣＮ（Ｃ：Ｎ＝３：７）の傾斜組成が約０．３μｍ、ＶＣＮ約０．５μｍである。比較として、ＶＣＮ単層膜を成膜した超硬エンドミル、ＴｉＣＮ膜の上にＴｉＡｌＮ膜を成膜した超硬エンドミル及びＴｉＡｌＮ単層の超硬エンドミルによる切削試験結果を併記する。表１から明らかなように、本発明品１のＶＣＮ＋ＴｉＡｌＮは、それぞれ、比較例のＴｉＣＮ＋ＴｉＡｌＮと比較して、エンドミル逃げ面摩耗は０．０８から０．０５と３７％減少し、比較例の単層ＴｉＡｌＮと比較して、０．０６から０．０５と１７％減少し、それぞれ寿命が１．６倍、１．２倍に延び、本発明品２のＶＣＮ＋ＴｉＡｌＮは、それぞれ、比較例のＴｉＣＮ＋ＴｉＡｌＮと比較して、エンドミル逃げ面摩耗は０．０８から０．０４と５０％減少し、比較例の単層ＴｉＡｌＮと比較して、０．０６から０．０４と３３％減少し、それぞれ寿命が２倍、１．５倍に延びるなど、著しい好性能を示した。また、単層ＶＣＮは１０ｍ時点で摩耗が大きく試験を中止した。試験条件を以下に示す。
( 超硬エンドミル切削条件)
工具：φ10超硬6 枚刃スクェアエンドミル
切削方法：側面切削ダウンカット
被削材：SKD61(硬さ53HRC)
切り込み：軸方向10mm、径方向0.2mm
切削速度：785m/min
送り：0.07mm/ 刃
切削油：エアーブロー
切削長：20m

本発明を実施するための最良の形態の一例である被覆切削工具の刃先部分の拡大した説明図を示す。 （ａ）は特許文献１に開示する、切削工具刃先の工具本体１と、工具本体１上に被覆された耐酸化被膜４、４を部分拡大した説明図、（ｂ）は特許文献４第５頁下から第４〜１行目に開示する、（ａ）の耐酸化被膜４、４の表層に潤滑膜５、５を被覆したものを部分拡大した説明図である。

符号の説明

１ 切削工具基体
６ Ｖを含む潤滑被膜
７ 耐酸化被膜

Claims (3)

1. 切削工具基体に、少なくとも各１層の、Ｖを含む潤滑被膜と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒのうち１種もしくは２種以上を含む耐酸化被膜とを被覆してなる被覆切削工具において、該潤滑被膜が該耐酸化被膜よりも基材側に存在することを特徴とする被覆切削工具。
2. 該耐酸化被膜がＴｉを含む金属窒化物で形成されていることを特徴とする請求項１記載の被覆切削工具。
3. 該潤滑被膜が、ＶＮ、ＶＣＮもしくはＶＣ或いはこれらの複合膜、又は、ＶＮから、ＶＣＮもしくはＶＣが最表面に向けて粗成割合を漸増する、ＶＮ、ＶＣＮもしくはＶＣの傾斜粗成膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の被覆切削工具。

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