JP2005219156A - Cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイヤモンド被覆を施した超硬合金からなる切削工具、例えばドリルの改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a cutting tool made of a cemented carbide with a diamond coating, such as a drill.
超硬合金からなる切削ドリルのような切削工具の分野で、CVD法により合成されるダイヤモンド膜を利用して、高耐磨耗、高耐久性の工具性能が得られるようになってきている。ところが、CVD法で得られるダイヤモンド膜は、多結晶体からなる膜であって、その表面は2〜5μm程度の多数の凹凸が存在するため、切削切り粉の流れが劣化したり、部分的に溶着したりして切り粉詰まりを引き起こして、ついには刃先が欠損するという不具合があった。このような問題は、乾式または半乾式の切削加工において特に顕著であった。 In the field of cutting tools such as cutting drills made of cemented carbide, high wear resistance and high durability tool performance has been obtained using a diamond film synthesized by CVD. However, the diamond film obtained by the CVD method is a film made of a polycrystalline body, and the surface thereof has a large number of irregularities of about 2 to 5 μm. There was a problem that the cutting edge was lost due to welding or clogging of chips. Such a problem was particularly remarkable in dry or semi-dry cutting.
このような問題を解決するため、前記CVD法で得られるダイヤモンド膜に表面にさらに、DLC膜(ダイヤモンドに類似のカーボンの膜)を被覆した切削工具が提案されている(特許文献1を参照のこと)。このものは、付加されるDLC膜のため、刃先が丸くなって切れ味が低下するうえ、DLC膜自体の硬度が結晶ダイヤモンド相当の4000〜5000(ビッカース硬度)のような高硬度であるため、局所的な高荷重によって膜が破壊する、いわゆるアブレッシブ磨耗が生じて、工具寿命が期待したほど延びない現象があった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、切削加工時の切り粉の排出を促進して切り粉詰まりを効果的に防止し、局所的高荷重によるアブレッシブ磨耗を抑止できる切削工具を提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and promotes the discharge of chips during cutting to effectively prevent clogging of chips, and suppresses abrasive wear due to local high loads. Provide cutting tools that can.
上記の問題は、超硬合金からなる切削工具の少なくとも切削刃を含む部分にCVD法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、WCとCからなる保護膜を施したことを特徴とする本発明の切削工具によって、解決することができる。 The above problem is that a protective film made of WC and C is applied to the surface of a diamond film coated by a CVD method on at least a portion including a cutting blade of a cutting tool made of cemented carbide. This can be solved by a cutting tool.
そして、この保護膜は、非結晶質カーボンの格子内にWCが埋没した状態のカーボン層が層状膜構造をなしているものが好ましく、その厚さが1〜20μmであって、ビッカース硬度が1000未満であるのがより好ましい。さらに、この保護膜がラップ加工されたものであるのもより好ましい。また、本発明は、直径0.03mm〜16mmの切削ドリルである切削工具に好ましく適用される。 The protective film preferably has a layered film structure in which a carbon layer in which WC is embedded in a lattice of amorphous carbon, has a thickness of 1 to 20 μm, and has a Vickers hardness of 1000. More preferably, it is less than. Further, it is more preferable that this protective film is lapped. The present invention is preferably applied to a cutting tool which is a cutting drill having a diameter of 0.03 mm to 16 mm.
本発明の切削工具では、切削刃を含む部分にCVD法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、WCとCからなる保護膜を施しているので、この保護膜の低摩擦性(摩擦係数:0.1〜0.2)によって、切削切り粉の排出を効果的に促進でき切り粉詰まりを防止できる。さらにこの保護膜は、DLC膜に較べて約1/4程度、低硬度であり、局所的高荷重による膜の割れなど欠損が生じ難いので、局所的高荷重が原因のアブレッシブ磨耗を効果的に抑止できる利点が得られた。このように、本発明ではWCとCからなる保護膜の低摩擦性と耐荷重性の良好な点を活用して工具寿命を、150%程度向上できるという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した切削工具として、実用的価値はきわめて大なるものがある。 In the cutting tool of the present invention, the protective film made of WC and C is applied to the surface of the diamond film coated with the CVD method on the portion including the cutting blade, so the low friction property (friction coefficient: 0) of this protective film. 0.1 to 0.2) can effectively promote the discharge of cutting chips and prevent clogging. Furthermore, this protective film has a hardness of about 1/4 compared with the DLC film, and it is difficult to cause defects such as cracking of the film due to a local high load, so that the abrasive wear caused by the local high load is effectively prevented. The advantage that can be suppressed was obtained. Thus, in the present invention, there is an excellent effect that the tool life can be improved by about 150% by taking advantage of the low friction and load resistance of the protective film made of WC and C. Therefore, the present invention has a very large practical value as a cutting tool that has solved the conventional problems.
次に、本発明の切削工具に係る実施形態について、説明する。
先ず、本発明の切削工具は、超硬合金からなる切削工具を対象とするものであり、例えば、材種K10種相当の超硬ソリッド切削ドリルなどを含むが、ドリル寸法は、もともと切り粉詰まりが生じ易い直径0.03mm〜16mmの小径ドリルにより好ましく適用できる。
Next, an embodiment according to the cutting tool of the present invention will be described.
First, the cutting tool of the present invention is intended for a cutting tool made of cemented carbide, and includes, for example, a solid carbide cutting drill equivalent to grade K10, etc., but the drill size is originally clogged with chips. Can be preferably applied by a small diameter drill having a diameter of 0.03 mm to 16 mm.
そして、その最も特徴とするところは、その被膜構成が次の特殊な2重構造を採用した点にあって、切削ドリルなどの少なくとも切削刃を含む部分にCVD法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、WCとCからなる保護膜(以下、WC/C保護膜という)を施した点にある。この場合、CVD法により被覆されたダイヤモンド膜は、公知の常法によって被覆すればよい。その膜厚は6〜20μmが好ましい。 And the most characteristic feature is that the coating structure adopts the following special double structure, and the surface of the diamond film coated by the CVD method on the part including at least the cutting blade such as a cutting drill And a protective film made of WC and C (hereinafter referred to as a WC / C protective film). In this case, the diamond film coated by the CVD method may be coated by a known ordinary method. The film thickness is preferably 6 to 20 μm.
このCVDダイヤモンド膜上に被覆される、前記WC/C保護膜は、その低摩擦性が好ましい結果を生むのであるが、本発明では、この保護膜が非結晶質カーボンの格子内にWCが埋没した状態のカーボン層が層状膜構造をなしている膜であるのが好ましい。このような層状膜構造のWC/C保護膜の必要十分な膜厚は、1〜20μmであり、さらに、ビッカース硬度が1000未満であるのが好ましい。 The WC / C protective film coated on the CVD diamond film produces a favorable result because of its low friction. In the present invention, the protective film is embedded in the lattice of amorphous carbon. It is preferable that the carbon layer in this state is a film having a layered film structure. The necessary and sufficient film thickness of the WC / C protective film having such a layered film structure is 1 to 20 μm, and the Vickers hardness is preferably less than 1000.
本発明では、局所的高荷重がかかる箇所において膜の割れなど欠損が生じ難いという格別の作用効果が得られるのであるが、この理由は、このWC/C保護膜は、先に説明したDLC膜のようなビッカース硬度が4000〜5000の膜と異なり、ビッカース硬度が1000未満であるという低硬度性にあるものと考えられる。このように局所的高荷重による欠損が生じ難いことから、圧粉体や脆性体を切削するときに生じ易い局所的高荷重に起因するアブレッシブ磨耗を抑制でき、工具寿命を向上できると考えられるのである。 In the present invention, a special effect is obtained that a defect such as cracking of the film hardly occurs at a place where a local high load is applied. This is because the WC / C protective film is the DLC film described above. Unlike a film having a Vickers hardness of 4000 to 5000, the Vickers hardness is considered to have a low hardness of less than 1000. Since it is difficult for defects due to local high loads to occur in this way, it is thought that abrasive wear due to local high loads that are likely to occur when cutting green compacts and brittle bodies can be suppressed, and tool life can be improved. is there.
次に、ビッカース硬度1000未満のWC/C保護膜の生成方法について、簡単に説明すると、WC/C保護膜はスパッタリング(マグネトロンスパッタリング)を用いたプラズマ加速式PVD法が適当である。真空炉内において、ワークをアルゴンガスによるエッチング後、コーティング材である金属をスパッタリングによりイオン化させプラズマ雰囲気中に放出し、炭化水素ガスと反応させ、ワーク上に保護膜として析出させる。この処理温度は250℃以下である。 Next, a method for producing a WC / C protective film having a Vickers hardness of less than 1000 will be briefly described. A plasma accelerated PVD method using sputtering (magnetron sputtering) is suitable for the WC / C protective film. In the vacuum furnace, after etching the workpiece with argon gas, the metal which is the coating material is ionized by sputtering, released into the plasma atmosphere, reacted with the hydrocarbon gas, and deposited as a protective film on the workpiece. This processing temperature is 250 ° C. or lower.
このようにして本発明のWC/C保護膜をCVDダイヤモンド膜上に被覆することができるが、得られた膜面はそのままでもよいが、通常は若干のうねり状の凹凸があるので、適宜なラップ材によってラップ加工を施し、表面をより平滑に形成するのが摩擦係数をより低減するので好ましい。 In this way, the WC / C protective film of the present invention can be coated on the CVD diamond film, but the obtained film surface may be left as it is. It is preferable to perform lapping with a lapping material to form a smoother surface because the friction coefficient is further reduced.
次に、本発明の実施例と比較例につき、その摩擦係数を測定した。その結果は表1に示す通り、比較例(21)CVDダイヤモンド膜に比較して、実施例(1)(2)は優れた低摩擦性を示し、比較例(22)CVDダイヤモンド膜+DLC膜と同等であった。
なお、測定は、200g垂直定荷重、ピン:SUJ、母材:SNGN160404超硬チップを用いたピンオンディスク法により行った。
Next, the friction coefficient was measured about the Example and comparative example of this invention. The results are shown in Table 1. As compared with Comparative Example (21) CVD diamond film, Examples (1) and (2) show excellent low friction properties. Comparative Example (22) CVD diamond film + DLC film It was equivalent.
The measurement was performed by a pin-on-disk method using a 200 g vertical constant load, a pin: SUJ, and a base material: SNGN160404 carbide tip.
同じく試料2:CVD法ダイヤモンド膜+PVD法WC/C膜+ラップ加工
比較例試料21:CVD法ダイヤモンド膜
同じく試料22:CVD法ダイヤモンド膜+DLC膜
超硬切削ドリルを対象として、本発明の実施例と比較例につき、下記の条件で穴あけ加工寿命テストを行った。その結果を表2に示すが、これによれば本発明実施例はいずれも穴あけ回数270穴において欠損なく使用できた。また、その間、切り粉の排出も良好であって、刃先磨耗やフルート部のWC/C被膜の剥離も見られなかった。 A drilling life test was conducted under the following conditions for Examples and Comparative Examples of the present invention for carbide cutting drills. The results are shown in Table 2. According to this, all of the examples of the present invention could be used without any defects at 270 holes. Further, during that time, the discharge of the chips was good, and the abrasion of the blade edge and the peeling of the WC / C coating on the flute were not observed.
また、実施例は、比較例21(CVD法ダイヤモンド膜)に比較して1.5倍以上の加工寿命があることが判った。また、比較例22(CVD法ダイヤモンド膜+DLC膜)は、寿命は210穴であったが、アブレッシブ磨耗によく見られる刃先逃げ面のDLC膜が大きく欠損しており、そこを起点にフルート部まで広範囲に剥離が見られた。剥離部分には切粉詰りがおこり、そこからドリルが欠損する現象が認められ、これらの点で本発明の方が優れていることが判った。 Moreover, it was found that the working life of the example was 1.5 times longer than that of Comparative Example 21 (CVD diamond film). Further, Comparative Example 22 (CVD diamond film + DLC film) had a lifetime of 210 holes, but the DLC film on the blade flank, which is often seen in abrasive wear, is largely missing. Exfoliation was observed in a wide range. Chipping occurs in the peeled portion, and a phenomenon that the drill is lost therefrom is observed. It was found that the present invention is superior in these respects.
寿命比較:前記試験条件における欠損が生じた穴あけ回数で示す。
Lifespan comparison: Shown by the number of drilling in which defects occurred in the test conditions.
なお、試験条件は、次の通りであった。
ドリル寸法:0.5φ×8×40mm
ワーク:超硬焼成前圧粉体
ワーク寸法:50×8×80mm
加工内容:0.5φ×5.0mmの止まり穴穿設加工
加工機械:FANAUC α―T14iD
回転数:1500RPM
送り速度:100m/min
送り量:0.3mm/rev
The test conditions were as follows.
Drill dimensions: 0.5φ × 8 × 40mm
Workpiece: Compact powder before firing with cemented carbide Workpiece dimensions: 50 x 8 x 80 mm
Machining content: 0.5φ × 5.0mm blind hole drilling machine: FANAUC α-T14iD
Rotation speed: 1500 RPM
Feeding speed: 100m / min
Feed amount: 0.3mm / rev
Claims (5)
The cutting tool according to claim 4, wherein the cutting tool is a cutting drill having a diameter of 0.03 mm to 16 mm.
Priority Applications (1)
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CN101565821B (en) * | 2008-04-22 | 2011-06-15 | 林玉雪 | Method for coating film on surface of drill point and drill point coated with film |
JP2016034673A (en) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 三菱マテリアル株式会社 | Diamond-coated cutting tool and method for producing the same |
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- 2004-02-05 JP JP2004028899A patent/JP2005219156A/en active Pending
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