JP2006192561A - 乾式フライス削りのための被覆インサート - Google Patents
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Abstract
【課題】乾燥条件下での荒フライス削りのために特に有用である被覆超硬合金切削工具インサートを提供する。
【解決手段】好ましくはかなり高速の切削速度における乾燥条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のないねずみ鋳鉄のフライス切削加工と、かなり高速の切削速度における乾燥条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のないノジュラー鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄とのフライス切削加工と、に特に有用である被覆フライス切削加工インサートを開示する。このインサートは、低含量の立方晶カーバイドと高Ｗ合金結合相とを含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金と、柱状結晶粒を有するＴｉＣｘＮｙ内側層と湿式ブラストされたα−Ａｌ2Ｏ3層とを含む被覆とを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】好ましくはかなり高速の切削速度における乾燥条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のないねずみ鋳鉄のフライス切削加工と、かなり高速の切削速度における乾燥条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のないノジュラー鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄とのフライス切削加工と、に特に有用である被覆フライス切削加工インサートを開示する。このインサートは、低含量の立方晶カーバイドと高Ｗ合金結合相とを含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金と、柱状結晶粒を有するＴｉＣｘＮｙ内側層と湿式ブラストされたα−Ａｌ2Ｏ3層とを含む被覆とを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、好ましくはかなり高速の切削速度における、乾燥条件下での、鋳肌のあるまたは鋳肌のない高合金ねずみ鋳鉄とノジュラー鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄との荒フライス削りのために特に有用である、被覆超硬合金切削工具インサートに関する。
米国特許第６，６３８，６０９号が、低速の切削速度と中速の切削速度とにおける湿潤条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のないねずみ鋳鉄のフライス削りと、中速の切削速度における湿潤条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のないノジュラー鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄とのフライス削りに特に有用である、被覆フライス削りインサートを開示する。このインサートは、低含量の立方晶カーバイドと高Ｗ合金結合相とを含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金と、柱状結晶粒を有するＴｉＣｘＮｙ内側層とκ−Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＮ最上層とを含む被覆とによって特徴付けられる。
本発明の目的は、好ましくはかなり高速の切削速度における乾燥条件下での高合金ねずみ鋳鉄とのノジュラー鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄との荒フライス削りのために特に有用である、被覆超硬合金切削工具インサートを提供することである。
驚くべきことに、上述の切削作業において生じる様々な摩耗のタイプに関して改善された特性を示す切削工具インサートが、比較的に高Ｗ合金の結合相とそのＷＣの適切にバランスがとれた化学組成及び結晶粒度とを有する超硬合金本体と、柱状ＴｉＣｘＮｙ層と、湿式ブラストされたα−Ａｌ2Ｏ3層とを含む切削工具インサートによって得られることが可能であるということが、現在において発見されている。
本発明によって、７．３〜７．９重量パーセント、好ましくは７．６重量パーセントのＣｏと、１．０〜１．８重量パーセント、好ましくは１．４〜１．７重量パーセントの金属Ｔａ及びＮｂの立方晶カーバイドと、残分のＷＣという組成を有する超硬合金本体から成る被覆切削工具インサートが提供される。ＷＣの平均結晶粒度は約１．５〜約２．５μｍの範囲内であり、好ましくは約１．８μｍである。
コバルト結合相は高含量のＷと混合されて合金化されている。結合相中のＷの含量はＣＷ比率＝Ｍs／（Ｃｏ重量パーセント・０．０１６１）として表現されることが可能であり、前式中で、Ｍｓは、超硬合金本体の測定された飽和磁化（ｋＡ／ｍ単位）であり、Ｃｏ重量パーセントはその超硬合金中のＣｏの重量パーセントである。ＣＷ値は、Ｃｏ結合相中のＷ含量の関数である。高いＣＷ値は結合相中の低いＷ含量に相当する。
本発明によって、超硬合金本体が、０．８６〜０．９４のＣＷ比率を有する場合に、改善された切削性能が得られるということが発見されている。この超硬合金本体は、有害な影響なしに、少量（３体積パーセント未満）のη相Ｍ6Ｃを含んでもよい。
被覆されていない刃縁の半径が３５〜６０μｍである。
この被覆が、
− ＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層であって、前式中でｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｙ＞ｘ且つｚ＜０．２、好ましくはｙ＞０．８且つｚ＝０であり、及び０．５μｍ未満の粒度の等軸結晶粒を有し、１．５μｍ未満且つ好ましくは０．１μｍよりも大きい全厚を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層と、
− ＴｉＣｘＮｙ層であって、前式中でｘ＋ｙ＝１であり、ｘ＞０．３且つｙ＞０．３であり、好ましくはｘが０．５以上であり、厚さが４．５〜９．５μｍであり、好ましくは５〜８μｍであり、及び平均直径が５μｍ未満、好ましくは０．１〜２μｍである柱状結晶粒を有するＴｉＣｘＮｙ層と、
− 平滑で微細結晶粒であり、平均結晶粒度が約０．５〜２μｍである、基本的にα相から成るＡｌ2Ｏ3層。しかし、この層は、ＸＲＤ測定によって測定した場合にθ相またはκ相のような他の相を少量（５体積パーセント未満）含んでもよい。このＡｌ2Ｏ3層は４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜８μｍの厚さを有し、及び１０μｍの長さ全体にわたって好ましくは０．４μｍ以下の表面粗さＲmaxを有する微細結晶粒と、
を含む。
− ＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層であって、前式中でｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｙ＞ｘ且つｚ＜０．２、好ましくはｙ＞０．８且つｚ＝０であり、及び０．５μｍ未満の粒度の等軸結晶粒を有し、１．５μｍ未満且つ好ましくは０．１μｍよりも大きい全厚を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層と、
− ＴｉＣｘＮｙ層であって、前式中でｘ＋ｙ＝１であり、ｘ＞０．３且つｙ＞０．３であり、好ましくはｘが０．５以上であり、厚さが４．５〜９．５μｍであり、好ましくは５〜８μｍであり、及び平均直径が５μｍ未満、好ましくは０．１〜２μｍである柱状結晶粒を有するＴｉＣｘＮｙ層と、
− 平滑で微細結晶粒であり、平均結晶粒度が約０．５〜２μｍである、基本的にα相から成るＡｌ2Ｏ3層。しかし、この層は、ＸＲＤ測定によって測定した場合にθ相またはκ相のような他の相を少量（５体積パーセント未満）含んでもよい。このＡｌ2Ｏ3層は４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜８μｍの厚さを有し、及び１０μｍの長さ全体にわたって好ましくは０．４μｍ以下の表面粗さＲmaxを有する微細結晶粒と、
を含む。
本発明は、さらに、７．３〜７．９重量パーセント、好ましくは７．６重量パーセントのＣｏと、１．０〜１．８重量パーセント、好ましくは１．４〜１．７重量パーセントの金属Ｔａ及びＮｂの立方晶カーバイドと、残分のＷＣという組成を有する超硬合金本体から成る被覆切削工具インサートを作る方法にも関する。ＷＣの平均結晶粒度は約１．５〜約２．５μｍの範囲内であり、好ましくは約１．８μｍである。
コバルト結合相は、上述した０．８６〜０．９４のＣＷ比率であるように高含量のＷと混合されて合金化されている。この超硬合金は、有害な影響なしに、少量（３体積パーセント未満）のη相 Ｍ6Ｃを含んでもよい。
このインサートは３５〜６０μｍのエッジホーニング仕上げ(edge honing)に乾式ブラストされ、その次に被覆が溶着させられ、この被覆は、以下の層を含む。
− 公知のＣＶＤ法を使用する、ＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層であって、前式中でｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｙ＞ｘ且つｚ＜０．２、好ましくはｙ＞０．８且つｚ＝０であり、０．５μｍ未満の粒度の等軸結晶粒を有し、１．５μｍ未満且つ好ましくは０．１μｍよりも大きい全厚を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層と、
− ＴｉＣｘＮｙ層であって、前式中でｘ＋ｙ＝１であり、ｘ＞０．３且つｙ＞０．３であり、好ましくはｘが０．５以上であり、厚さ４．５〜９．５μｍであり、好ましくは厚さ５〜８μｍであり、平均直径が５μｍ未満、好ましくは０．１〜２μｍである柱状結晶粒であり、及び好ましくはＭＴＣＶＤ法を使用して、７００〜９００℃の温度範囲内で、この層を形成するための炭素及び窒素の供給源としてアセトニトリルを使用するＴｉＣｘＮｙ層であって、しかし、この正確な条件は使用装置の設計にある程度依存しているＴｉＣｘＮｙ層と、
− 公知のＣＶＤ法を使用する、平滑で微細結晶粒であり、平均結晶粒度が約０．５〜２μｍである、基本的にα相から成るＡｌ2Ｏ3層である。しかし、この層は、ＸＲＤ測定によって測定した場合にθ相またはκ相のような他の相を少量（５体積パーセント未満）含んでもよい。このＡｌ2Ｏ3層は４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜８μｍの厚さを有する微細結晶粒と、
である。
− 公知のＣＶＤ法を使用する、ＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層であって、前式中でｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｙ＞ｘ且つｚ＜０．２、好ましくはｙ＞０．８且つｚ＝０であり、０．５μｍ未満の粒度の等軸結晶粒を有し、１．５μｍ未満且つ好ましくは０．１μｍよりも大きい全厚を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層と、
− ＴｉＣｘＮｙ層であって、前式中でｘ＋ｙ＝１であり、ｘ＞０．３且つｙ＞０．３であり、好ましくはｘが０．５以上であり、厚さ４．５〜９．５μｍであり、好ましくは厚さ５〜８μｍであり、平均直径が５μｍ未満、好ましくは０．１〜２μｍである柱状結晶粒であり、及び好ましくはＭＴＣＶＤ法を使用して、７００〜９００℃の温度範囲内で、この層を形成するための炭素及び窒素の供給源としてアセトニトリルを使用するＴｉＣｘＮｙ層であって、しかし、この正確な条件は使用装置の設計にある程度依存しているＴｉＣｘＮｙ層と、
− 公知のＣＶＤ法を使用する、平滑で微細結晶粒であり、平均結晶粒度が約０．５〜２μｍである、基本的にα相から成るＡｌ2Ｏ3層である。しかし、この層は、ＸＲＤ測定によって測定した場合にθ相またはκ相のような他の相を少量（５体積パーセント未満）含んでもよい。このＡｌ2Ｏ3層は４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜８μｍの厚さを有する微細結晶粒と、
である。
− 最後に、このインサートは、好ましくは１０μｍの長さ全体にわたって０．４μｍ以下の表面粗さＲmaxである平滑な表面仕上げを得るために、アルミナグリットを用いて乾式ブラストされる。
本発明は、さらに、１００〜３００ｍ／分の切削速度と、切削速度及びインサートの形状寸法に応じた０．１５〜０．３５ｍｍ／歯の送りとにおける、乾燥条件下での、鋳肌のあるまたは鋳肌のない高合金ねずみ鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄とノジュラー鋳鉄との荒フライス削りのための上述の切削工具インサートの使用にも関する。
実施例１
平均結晶粒度が１．８μｍであり、且つ、０．８７のＣＷ比率に相当するようにＷと合金化されている結合相を有する、７．６重量パーセントのＣｏと、１．２５重量パーセントのＴａＣと、０．３０重量パーセントのＮｂＣと、残分のＷＣという組成を有する、本発明による超硬合金フライス削りインサートを、ＭＴＣＶＤ法（温度８５０〜８８５℃、炭素／窒素供給源としてのＣＨ3ＣＮ）を使用して、０．０５の推定Ｃ／Ｎ比率に相当する高い窒素含量を有する０．５μｍの等軸ＴｉＣ0.05Ｎ0.95層と、柱状結晶粒を有する厚さ１１μｍのＴｉＣ0.54Ｎ0.46層と、によって被覆した。後続の段階では、ＥＰ−Ａ−５２３ ０２１に開示されているように、同じ被覆サイクル中に、厚さ４μｍのα−Ａｌ2Ｏ3層を温度９７０℃と０．４％のＨ2Ｓドーパント濃度とを使用して溶着させた。
平均結晶粒度が１．８μｍであり、且つ、０．８７のＣＷ比率に相当するようにＷと合金化されている結合相を有する、７．６重量パーセントのＣｏと、１．２５重量パーセントのＴａＣと、０．３０重量パーセントのＮｂＣと、残分のＷＣという組成を有する、本発明による超硬合金フライス削りインサートを、ＭＴＣＶＤ法（温度８５０〜８８５℃、炭素／窒素供給源としてのＣＨ3ＣＮ）を使用して、０．０５の推定Ｃ／Ｎ比率に相当する高い窒素含量を有する０．５μｍの等軸ＴｉＣ0.05Ｎ0.95層と、柱状結晶粒を有する厚さ１１μｍのＴｉＣ0.54Ｎ0.46層と、によって被覆した。後続の段階では、ＥＰ−Ａ−５２３ ０２１に開示されているように、同じ被覆サイクル中に、厚さ４μｍのα−Ａｌ2Ｏ3層を温度９７０℃と０．４％のＨ2Ｓドーパント濃度とを使用して溶着させた。
このインサートを、平滑な表面仕上げを得るためにアルミナグリットを用いて乾式ブラストした。
実施例２
本発明によるインサートを、高合金ねずみ鋳鉄におけるシリンダブロックの正面フライス削りで試験した。
工具：サンドビック コロマント Ｒ２６０．３１−２５０、
インサート数：４０個、
判定基準：表面仕上げ、及び被加工物の薄切り加工(fritting)、
基準：サンドビック コロマント ＧＣ３０２０等級のＴＮＥＦ １２０４ＡＮ−ＣＡ、
Ａ：競合製品等級
Ｂ：競合製品等級
切削データ
切削速度：Ｖｃ＝１２０ｍ／分、
送り量：Ｆｚ＝０．２ｍｍ／歯、
切込み：Ａｐ＝４ｍｍ、
乾燥条件、
基準ＧＣ３０２０（従来技術）の工具寿命 生産における１０００個のエンジンブロック、
本発明の工具寿命 ２０７３個のシリンダヘッド、５回の試験の平均、
表面仕上げと生産性との改善を伴う工具寿命の１０７％の増大、
競合製品Ａの工具寿命 １１８７ ＰＣ、
競合製品Ｂの工具寿命 １２０５ ＰＣ。
本発明によるインサートを、高合金ねずみ鋳鉄におけるシリンダブロックの正面フライス削りで試験した。
工具：サンドビック コロマント Ｒ２６０．３１−２５０、
インサート数：４０個、
判定基準：表面仕上げ、及び被加工物の薄切り加工(fritting)、
基準：サンドビック コロマント ＧＣ３０２０等級のＴＮＥＦ １２０４ＡＮ−ＣＡ、
Ａ：競合製品等級
Ｂ：競合製品等級
切削データ
切削速度：Ｖｃ＝１２０ｍ／分、
送り量：Ｆｚ＝０．２ｍｍ／歯、
切込み：Ａｐ＝４ｍｍ、
乾燥条件、
基準ＧＣ３０２０（従来技術）の工具寿命 生産における１０００個のエンジンブロック、
本発明の工具寿命 ２０７３個のシリンダヘッド、５回の試験の平均、
表面仕上げと生産性との改善を伴う工具寿命の１０７％の増大、
競合製品Ａの工具寿命 １１８７ ＰＣ、
競合製品Ｂの工具寿命 １２０５ ＰＣ。
実施例３
本発明によるインサートを、高合金ねずみ鋳鉄におけるシリンダヘッドの正面フライス削りで試験した。
工具：サンドビック コロマント Ｒ２６０．３１−３１５、
インサート数：５０個
判定基準：表面仕上げ、及び被加工物の薄切り加工(fritting)、
基準：サンドビック コロマント ＧＣ３０４０等級のＴＮＥＦ １２０４ＡＮ−ＷＬ、
切削データ
切削速度：Ｖｃ＝２８３ｍ／分、
送り量：Ｆｚ＝０．２７ｍｍ／歯、
切込み：Ａｐ＝３〜５ｍｍ、
乾燥条件、
基準３０４０の工具寿命 標準生産における７５個のシリンダヘッド、
本発明の工具寿命 ２３１個のシリンダヘッド、５回の試験の平均、
表面仕上げの改善を伴う工具寿命の２０８％の増大。
本発明によるインサートを、高合金ねずみ鋳鉄におけるシリンダヘッドの正面フライス削りで試験した。
工具：サンドビック コロマント Ｒ２６０．３１−３１５、
インサート数：５０個
判定基準：表面仕上げ、及び被加工物の薄切り加工(fritting)、
基準：サンドビック コロマント ＧＣ３０４０等級のＴＮＥＦ １２０４ＡＮ−ＷＬ、
切削データ
切削速度：Ｖｃ＝２８３ｍ／分、
送り量：Ｆｚ＝０．２７ｍｍ／歯、
切込み：Ａｐ＝３〜５ｍｍ、
乾燥条件、
基準３０４０の工具寿命 標準生産における７５個のシリンダヘッド、
本発明の工具寿命 ２３１個のシリンダヘッド、５回の試験の平均、
表面仕上げの改善を伴う工具寿命の２０８％の増大。
Claims (7)
- 好ましくはかなり高速の切削速度、及び低速と中速の切削速度における乾燥条件下での鋳肌のあるまたは鋳肌のない高合金ねずみ鋳鉄のフライス切削加工用と、中速の切削速度における乾燥条件下でのノジュラー鋳鉄及びコンパクト黒鉛鋳鉄のフライス切削加工用であって、超硬合金本体と被覆とを備える切削工具インサートにおいて、
前記超硬合金本体は、１．５〜２．５μｍの平均結晶粒度を有するＷＣと、７．３〜７．９重量パーセントのＣｏ、１．０〜１．８重量パーセントの金属Ｔａ及びＮｂの立方晶カーバイドと、３体積パーセント未満のイータ相を含むＣＷ比率が０．８６〜０．９４である高Ｗ合金結合相とを含み、且つ
前記被覆は、
ＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層であって、前式中でｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｙ＞ｘ且つｚ＜０．２、好ましくはｙ＞０．８且つｚ＝０であり、０．５μｍ未満の粒度の等軸結晶粒と０．１〜１．５μｍの全厚とを有するＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層と、
ＴｉＣｘＮｙ層であって、前式中でｘ＋ｙ＝１であり、ｘ＞０．３且つｙ＞０．３であり、好ましくはｘが０．５以上であり、厚さ４．５〜９．５μｍであり、及び平均直径が５μｍ未満である柱状結晶粒を有するＴｉＣｘＮｙ層と、
厚さが４．５〜９．５μｍである、平滑で微細結晶粒である約０．５〜２μｍのα−Ａｌ2Ｏ3層であって、好ましくは１０μｍの長さ全体にわたって０．４μｍ以下の表面粗さＲmaxを有するα−Ａｌ2Ｏ3層と
を含むことを特徴とする切削工具インサート。 - 前記超硬合金は１．４〜１．７重量パーセントのＴａ及びＮｂのカーバイドを含むことを特徴とする請求項１に記載のフライス削りインサート。
- ３５〜６０μｍの前記被覆されていない刃縁の半径を特徴とする請求項１に記載のフライス削りインサート。
- 超硬合金本体と被覆とを備えるフライス削りインサートを作る方法であって、
Ｗ−Ｃｏを主成分とする前記超硬合金本体は、ＷＣと、７．３〜７．９重量パーセントのＣｏと、１．０〜１．８重量パーセントのＴａ及びＮｂの立方晶カーバイドと、ＣＷ比率が０．８６〜０．９４である高Ｗ合金結合相を含む、且つ、
前記方法が、
ＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層であって、前式中でｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｙ＞ｘ且つｚ＜０．２であり、０．５μｍ未満の粒度の等軸結晶構造を有し、及び０．１〜１．５μｍの全厚であるＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の第１の層を、ＣＶＤ法によって溶着させる段階と、
ＴｉＣｘＮｙ層であって、前式中でｘ＋ｙ＝１であり、ｘ＞０．３且つｙ＞０．３であり、厚さ４．５〜９．５μｍであり、及び平均直径が５μｍ未満である柱状結晶構造を有するＴｉＣｘＮｙ層を、ＭＴＣＶＤ法によって溶着させる段階であって、前記ＭＴＣＶＤ法は７００〜９００℃の温度範囲内において層を形成するために炭素及び窒素の供給源としてアセトニトリルを使用する段階と、
厚さが４．５〜９．５μｍであるα−Ａｌ2Ｏ3層を、既知のＣＶＤ法を使用して溶着させる段階と、
好ましくは１０μｍの長さ全体にわたって０．４μｍ以下の表面粗さＲmaxを有する平滑な表面仕上げを得るために、アルミナグリットによって前記層を乾式ブラストする段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記超硬合金本体は１．４〜１．７重量パーセントのＴａ及びＮｂのカーバイドを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 被覆の前に３５〜６０μｍの端縁ホーニング仕上げに前記インサートを乾式ブラストすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- １００〜３００ｍ／分の切削速度と、切削速度及びインサートの形状寸法に応じた０．１５〜０．３５ｍｍ／歯の送りとにおける、ねずみ鋳鉄とコンパクト黒鉛鋳鉄とノジュラー鋳鉄のような鋳鉄、特にねずみ鋳鉄の、流体冷却材を使用する湿式フライス削りのための、請求項１〜３のいずれか１に記載の切削工具インサートの使用。
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