JP2006021319A - 金属加工用の切削工具インサート及びその製造方法 - Google Patents

金属加工用の切削工具インサート及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、特に、チタニウム、アルミニウム、黄銅、青銅、プラスチックなどの非鉄金属材料の機械加工に有益であり、且つ鋭い切刃を有する被覆切削工具インサートに関する。
【解決手段】 本発明は、少なくとも１層の耐摩耗性層を含む被膜と基材とを備え、逃げ面とすくい面とが交差して切刃を形成している金属加工用の切削工具インサートに関する。前記切刃が実質的に切刃半径部を含まず、前記被膜が逃げ面上の少なくとも前記切刃の近傍までの研削加工により除去され、且つ前記すくい面上の前記被膜が０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さを有する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、特にチタニウム、アルミニウム、黄銅、青銅、プラスチックなどの非鉄金属材料の機械加工に有益であり、且つ鋭い切刃を有する被覆切削工具インサート及びその製造方法に関する。
種々の金属を機械加工するために、すくい面とクリアランス面とが交差して切刃を形成している超硬合金製の切削工具インサートが使用される。この切刃は、低切削力と低エネルギ消耗量とするために、鋭くする必要がある。しかしながら、超硬合金は脆い材料であるために、鋭い切刃は一般的に強度が十分ではない。切刃が破損した場合には切削力が大きくなって、機械加工した材料の仕上げ面は品位が劣る。切刃を強化するために、切刃は一般的に１０〜５０μｍの半径に丸められるか、または面取り部或いはランド部が備えられる。切刃の正確な形状は、機械加工される材質に依存し且つ満足できる切削力と切刃の強度との妥協である。アルミニウムのような幾つかの工作物材料は、最小の切刃丸味部を有して非常に鋭くした切刃を必要とする。このような材料において過剰な丸味付け切刃は、切刃の磨耗をもたらしその後の磨耗進行に影響する。このような材料の機械加工には、被覆しない超硬インサートが一般的に使用される。被膜が切刃に適用された場合、切刃は鋭くなくなる。被覆した切刃に加えて、満足する被膜の適用を確実にするためには、所定量の丸味付けを必要とする。しかしながら、鋭い切刃を必要とする材料の機械加工には、被覆したインサートを使用できることが望ましい。
公表された米国特許出願第２０００／０１８７３７０号は、刃物の切刃端部のすくい面と逃げ側部との所定量の研削加工が、５μｍの基準長さに渡って０．２μｍまたはそれ以下の表面粗さを達成することを開示する。マイクロブラスト及びイオンビーム照射が表面改良に適用できるが、しかし研削加工及びラッピング加工だけが実施されることが述べられている。
米国特許出願第２０００／０１８７３７０号
したがって、本発明の目的は、鋭い切刃を有する被覆超硬合金切削インサート及びその製造方法を提供することである。
鋭い切刃を得るために、被覆作業の後に被覆インサートは、逃げ面上を研削加工する必要がある。研削加工作業が切れ刃線の被膜に損傷と不十分な鋭さの切刃とをもたらすために、このような方法が不可能であることが初期の試験で示された。しかしながら、被膜が、０．２５ｍｍの測定長さにわたって、０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を生じる研削加工前に、少なくともすくい面上に最終ブラスト加工作業をほどこすならば、その後被膜は、極端に鋭い切刃を生じる研削加工によってほとんど影響を受けずに残留することが、驚くべきことが判明した。
本発明の被覆切削工具インサートは、切れ刃線に鋭い切刃を有することができるので、特にチタニウム、アルミニウム、黄銅、青銅、プラスチックなどの非鉄金属材料の機械加工に有益である。
好ましい実施態様においては、最外層が、１〜１０μｍ好ましく３〜６μｍの厚みを有するアルミナ好ましくはαアルミナである。
さらに、好ましい実施態様においては、アルミナ層と１〜１０μｍ好ましくは４〜７μｍの厚みの柱状粒を有する基材との間にＴｉ（Ｃ、Ｎ）の内層が存在する。
また、本発明は、極端に鋭い切刃を備えた被覆切削工具インサートの製造方法に関し、次の工程、
被覆切削工具インサートを準備する工程、
前記切削工具インサートの少なくとも前記すくい面にブラスト加工をほどこし、０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を有する滑らかな面を得る工程、及び
前記切削工具インサートを微細研削加工ホイールで周囲研削加工作業にかけて、実質的に切刃半径部のない切刃を備える工程、
を含む。
実施例１（本発明例）
６ｗｔ％のＣｏと残部としてＷＣの化学組成を有する型式Ｎ−１２３Ｌ−０８００−ＡＭの被覆超硬合金インサートが、０．５μｍの等軸ＴｉＣＮ層と、その後引き続いてＭＴＣＶＤ技法（処理温度８５０℃）を用いて柱状粒の５μｍ厚みのＴｉＣＮ層と、を被覆した。同一被覆サイクル中のその後の処理工程において、ＴｉＣｘＮｙＯｚ（約ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びＺ＝０．２）の等軸粒で１μｍ厚みの層が蒸着され、引き続いて４μｍ厚みのαＡｌ２Ｏ３層が蒸着された。被覆後このインサートは、湿式ブラスト加工で、０．２５ｍｍの測定長さにわたって、０．２μｍの表面粗さに滑らかにされ。最後に、このインサートは、２５μｍ粒径のダイヤモンドデスクで周囲研削加工作業が成され、鋭い切刃を得た。図１は、研削加工作業によって実質的に損傷を受けなかった被膜の外見を示す。
実施例２（比較例）
実施例１の処理において、ブラスト加工作業無しとして、０．５μｍの等軸粒ＴｉＣ０．０５Ｎ０．９５層の被膜を形成し、その後柱状粒の２．６μｍ厚みのＴｉＣ０．０４Ｎ０．９５層をＭＴＣＶＤ技法（処理温度８５０〜８８５℃、及び炭素／窒素源としてＣＨ３ＣＮ）を用いて形成した。その後の同一被覆サイクル中の処理工程において、１．３μｍ厚みのκＡｌ２Ｏ３層を、９７０℃の温度で０．４％のＨ２Ｓドーパント濃度を使用して蒸着した。０．５μｍのＴｉＮ層を、既知のＣＶＤ技法にしたがって頂部に蒸着した。図２は、周囲研削加工作業後の被膜外見の横断面を示す。この被膜は、研削加工によって激しい損傷を受け、切刃に受け入れられない仕上げをもたらすことが明白である。
実施例３（比較例）
実施例１の処理において、最終ブラスト加工作業無しとした。図２のそれと同じ切刃線の被膜外見が得られた。
図１は、本発明の被覆した切削工具インサートの被膜断面を１５００倍で示す。 図２は、本発明外の被覆した切削工具インサートの被膜断面を１５００倍で示す。

Claims (5)

  1. 少なくとも１層の耐摩耗性層を含む被膜と基材とを備え、逃げ面とすくい面とが交差して切刃を形成している金属加工用の切削工具インサートであって、
    前記切刃が実質的に切刃半径部を含まず、前記被膜が逃げ面上の少なくとも前記切刃の近傍までの研削加工により除去され、且つ前記すくい面上の前記被膜が０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さを有することを特徴とする金属加工用の切削工具インサート。
  2. 前記被膜が、２〜１０μｍの厚みを有するαアルミナの耐摩耗性層を最外層として含むことを特徴とする請求項１に記載の切削工具インサート。
  3. 前記アルミナ層が、αアルミナ層であることを特徴とする請求項２に記載の切削工具インサート。
  4. 前記被膜が、前記アルミナ層と２〜１０μｍの厚みの柱状粒を有する前記基材との間にＴｉ（Ｃ、Ｎ）の内層を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具インサート。
  5. 少なくとも１層の耐摩耗性層を含む被膜と基材とを備え、逃げ面とすくい面とが交差して切刃を形成している金属加工用の切削工具インサートの製造方法であって、
    被覆切削工具インサートを準備する工程、
    前記切削工具インサートの少なくとも前記すくい面にブラスト加工をほどこし、０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）の滑らかな面を得る工程、及び
    前記切削工具インサートを微細研削加工ホイールで周囲研削加工作業をして、実質的に切刃半径部のない切刃を備える工程、
    を特徴とする切削工具インサートの製造方法。
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