JP2007136631A - 刃先交換型切削チップ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の刃先交換型切削チップは、基材と被覆層とを有し、該被覆層は、内層と外層とを含み、該内層の各層は、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、AlおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む特定の層で形成され、かつ該各層のうち該外層と接する最上層はTiと、窒素またはホウ素の1種以上の元素と、を少なくとも含む化合物によって形成され、該外層は、アルミナ層またはアルミナを含む層により形成され、かつ切削に関与する部位において、逃げ面側における平均厚みをAμm、すくい面側における平均厚みをBμmとした場合に、B/A≦0.9となることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明の刃先交換型切削チップは、基材と、該基材上に形成された被覆層とを有するものである。そして、本発明の刃先交換型切削チップは、ドリル加工用、エンドミル加工用、フライス加工用、旋削加工用、メタルソー加工用、歯切工具加工用、リーマ加工用、タップ加工用およびクランクシャフトのピンミーリング加工用のものとして特に有用である。
本発明の基材を構成する材料としては、このような刃先交換型切削チップの基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができ、たとえば超硬合金(たとえばWC基超硬合金、WCの他、Coを含み、あるいはさらにTi、Ta、Nb等の炭化物、窒化物、炭窒化物等を添加したものも含む)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体等を挙げることができる。
本発明の被覆層11は、たとえば図3〜図6に示したように上記基材8上に形成されるものであって、1以上の層からなる内層12(図面では便宜的に1の層として表されている)とその内層12上に形成された外層13とを含むものである。以下、内層12と外層13とに分けて説明する。
本発明の内層は、上記基材と後述の外層との間に1以上の層として形成されるものであり、刃先交換型切削チップの耐摩耗性や靭性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。通常、この内層は、基材の全面を覆うようにして形成されていることが好ましい。
本発明の外層は、上記の内層上に1以上の層として形成されるものであって、アルミナ層またはアルミナを含む層により形成される。そして、該外層の厚みは、切削に関与する部位において、上記逃げ面側における平均厚みをAμm、上記すくい面側における平均厚みをBμmとした場合に、B/A≦0.9となることを特徴とするものである。このように外層(最表層)をアルミナ層またはアルミナを含む層により形成し、かつその厚みを切削に関与する部位において逃げ面に比しすくい面側である規定値以上に薄くすることにより、耐摩耗性と靭性とを高度に両立させ、特に靭性と逃げ面側の耐摩耗性との両立に成功したものである。
1.7質量%のTiC、1.0質量%のTaC、1.1質量%のNbC、6.0質量%のCoおよび残部WCからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1430℃、1時間焼結し、その後平坦研磨処理および刃先稜線に対してSiCブラシによる刃先処理(すくい面側から見て0.05mm幅のホーニングを施す)を行なうことにより、切削チップCNMA120408(JIS B 4120:1998)の形状の超硬合金製チップを作製し、これを基材とした。この基材は、表面に脱β層を有さず、2つの面がすくい面となり、4つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とは刃先稜線(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な稜となっている)を挟んで繋がるものであった。刃先稜線は、計8つ存在した。また、2つの逃げ面と1つのすくい面とが交差する交点がコーナー(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な交点となっている)であり、このようなコーナーは計8つ存在した(ただし、ここで用いたチップは、その形状から、上面または下面から観察した場合に80°の頂角をなすコーナーを切削用途に用いることが多く、この場合コーナー数は4と考えることができる)。
被覆層に対してブラスト法およびブラシ法による処理を全く行なわなかった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにブラシ法による処理を行なった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにブラスト法による処理を行なった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにブラシ法による処理を行なった後、さらにブラスト法による処理を行なった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにブラスト法による処理を行なった後、さらにブラシ法による処理を行なった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにブラシ法による処理を行なった後、さらにバレル法による処理を行なった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにブラスト法による処理を行なった後、さらにバレル法による処理を行なった。
被覆層に対して外層の厚みが表2〜表3記載の平均厚みとなるようにバレル法による処理を行なった後、さらにブラスト法による処理を行なった。
(耐摩耗性試験)
被削材:FC250丸棒
切削速度:360m/min.
送り:0.25mm/rev.
切込み:2.0mm
切削油:無し
切削時間:15分
(靭性試験)
被削材:FC200角棒
切削速度:130m/min.
送り:0.45mm/rev.
切込み:2.0mm
切削油:無し
切削時間:5分
評価:20切れ刃を5分間切削した場合の欠損数から欠損率を求める
0.8質量%のTaC、5.0質量%のCoおよび残部WCからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1450℃、1時間焼結し、その後平坦研磨処理および刃先稜線に対してSiCブラシによる刃先処理(すくい面側から見て0.05mm幅のホーニングを施す)を行なうことにより、切削チップCNMN120408N−UX(住友電工ハードメタル(株)製)の形状と同形状の超硬合金製チップを作製し、これを基材とした。この基材は、チップブレーカを有さないとともに表面に脱β層が15μm形成されており、2つの面がすくい面となり、4つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とは刃先稜線(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な稜となっている)を挟んで繋がるものであった。刃先稜線は、計8つ存在した。また、2つの逃げ面と1つのすくい面とが交差する交点がコーナー(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な交点となっている)であり、このようなコーナーは計8つ存在した(ただし、ここで用いたチップは、その形状から、上面または下面から観察した場合に80°の頂角をなすコーナーを切削用途に用いることが多く、この場合コーナー数は4と考えることができる)。
(耐摩耗性試験)
被削材:インコネル718
切削速度:40m/min.
送り:0.3mm/rev.
切込み:1.0mm
切削油:有り
切削時間:5分
(靭性試験)
被削材:FC250角棒
切削速度:140m/min.
送り:0.5mm/rev.
切込み:2.0mm
切削油:無し
切削時間:5分
評価:20切れ刃を5分間切削した場合の欠損数から欠損率を求める
1.3質量%のTaC、10.5質量%のCoおよび残部WCからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1400℃、1時間焼結し、その後平坦研磨処理および刃先稜線に対してSiCブラシによる刃先処理(すくい面側から見て0.05mm幅のホーニングを施す)を行なうことにより、切削チップSEMT13T3AGSN−G(住友電工ハードメタル(株)製)の形状と同形状の超硬合金製チップを作製し、これを基材とした。この基材は、表面に脱β層を有さず、1つの面がすくい面となり、4つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とは刃先稜線(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な稜となっている)を挟んで繋がるものであった。刃先稜線は、計4つ存在した。また、2つの逃げ面と1つのすくい面とが交差する交点がコーナー(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な交点となっている)であり、このようなコーナーは計4つ存在した。
(耐摩耗性試験)
被削材:FC250
切削速度:400m/min.
送り:0.25mm/刃
切込み:2.0mm
切削油:有り
切削距離:10m
カッター:WGC4100R(住友電工ハードメタル(株)製)
上記カッターへの刃先交換型切削チップの取り付け数は1枚とした
(靭性試験)
被削材:SCM440(3枚重ね)
切削速度:200m/min.
送り:0.45mm/刃
切込み:2.0mm
切削油:無し
切削距離:0.5m
カッター:WGC4100R(住友電工ハードメタル(株)製)
上記カッターへの刃先交換型切削チップの取り付け数は1枚とした
評価:20切れ刃をそれぞれ0.5m切削した場合の欠損数から欠損率を求める
0.6質量%のTaC、0.3質量%のCr3C2、8.2質量%のCoおよび残部WCからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1450℃、1時間焼結し、その後平坦研磨処理および刃先稜線に対してSiCブラシによる刃先処理(すくい面側から見て0.05mm幅−25°のホーニングを施す、図12参照)を行なうことにより、JIS B4120(1998改)規定の切削チップSPGN120408の形状と同形状の超硬合金製チップを作製し、これを基材とした。この基材は、チップブレーカを有さないとともに表面に脱β層が形成されておらず、1つの面がすくい面となり、4つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とは刃先稜線(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な稜となっている)を挟んで繋がるものであった。刃先稜線は、計4つ存在した。また、2つの逃げ面と1つのすくい面とが交差する交点がコーナー(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な交点となっている)であり、このようなコーナーは計4つ存在した。
(耐摩耗性試験)
被削材:FC200
切削速度:380m/min.
送り:0.3mm/刃
切込み:2.0mm
切削油:有り
切削距離:10m
カッター:DPG4100R(住友電工ハードメタル(株)製)
上記カッターへの刃先交換型切削チップの取り付け数は1枚とした
(靭性試験)
被削材:FC250(3枚重ね)
切削速度:250m/min.
送り:0.55mm/刃
切込み:2.0mm
切削油:無し
切削距離:0.5m
カッター:DPG4100R(住友電工ハードメタル(株)製)
上記カッターへの刃先交換型切削チップの取り付け数は1枚とした
評価:20切れ刃をそれぞれ0.5m切削した場合の欠損数から欠損率を求める
実施例1において、刃先交換型切削チップNo.3、No.4、No.18およびNo.19の外層であるアルミナ(α−Al2O3またはκ−Al2O3)層について残留応力を測定した。この残留応力の測定は、これらの刃先交換型切削チップのすくい面側の切削に関与するコーナー9(実際は刃先処理されているので仮定的なコーナーとして表されている)の近傍である図13のスポットT(スポットサイズ:直径0.5mm)で示される領域を測定した(具体的測定方法は、上述のX線応力測定装置を用いたsin2ψ法を採用した)。なお、この測定領域は、すくい面の切削に関与する部位を代表する領域である。
実施例2において、刃先交換型切削チップNo.33、No.34、No.38およびNo.40の外層であるアルミナ(α−Al2O3またはκ−Al2O3)層について残留応力を測定した。この残留応力の測定は、これらの刃先交換型切削チップのすくい面側の切削に関与するコーナーの近傍である図14のスポットS(スポットサイズ:直径0.5mm)で示される領域(当該領域は、図14のXV−XV断面である図15に示されているようにチップブレーカを構成する傾斜角16°の傾斜平坦面の一部である)に対して図15の矢印で示した垂直方向(傾斜平坦面に対する)から測定した(具体的測定方法は、上述のX線応力測定装置を用いたsin2ψ法を採用した)。なお、この測定領域は、すくい面の切削に関与する部位を代表する領域である。
実施例3において、刃先交換型切削チップNo.54、No.55、No.63およびNo.64の外層であるアルミナ(α−Al2O3またはκ−Al2O3)層について残留応力を測定した。この残留応力の測定は、これらの刃先交換型切削チップのすくい面側の切削に関与するコーナーの近傍である図16のスポットU(スポットサイズ:直径0.5mm)で示される領域(当該領域は、図16のXVII−XVII断面である図17に示されているようにチップブレーカを構成する傾斜角20°の傾斜平坦面の一部である)に対して図17の矢印で示した垂直方向(傾斜平坦面に対する)から測定した(具体的測定方法は、上述のX線応力測定装置を用いたsin2ψ法を採用した)。なお、この測定領域は、すくい面の切削に関与する部位を代表する領域である。
実施例4において、刃先交換型切削チップNo.78、No.81、No.86およびNo.90の外層であるアルミナ(α−Al2O3)層について残留応力を測定した。この残留応力の測定は、これらの刃先交換型切削チップのすくい面側の切削に関与するコーナー9(実際は刃先処理されているので仮定的なコーナーとして表されている)の近傍である図13のスポットT(スポットサイズ:直径0.5mm)で示される領域を測定した(具体的測定方法は、上述のX線応力測定装置を用いたsin2ψ法を採用した)。なお、この測定領域は、すくい面の切削に関与する部位を代表する領域である。
Claims (8)
- 基材と、該基材上に形成された被覆層とを有する刃先交換型切削チップであって、
前記基材は、少なくとも1つの逃げ面と少なくとも1つのすくい面とを有し、
前記逃げ面と前記すくい面とは、刃先稜線を挟んで繋がり、
前記被覆層は、1以上の層からなる内層とその内層上に形成された外層とを含み、
前記内層を形成する各層は、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、AlおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とにより構成される化合物によって形成され、かつ該各層のうち前記外層と接する最上層はTiと、窒素またはホウ素の1種以上の元素と、を少なくとも含む化合物によって形成され、
前記外層は、アルミナ層またはアルミナを含む層により形成され、
前記外層は、切削に関与する部位において、前記逃げ面側における平均厚みをAμm、前記すくい面側における平均厚みをBμmとした場合に、B/A≦0.9となることを特徴とする刃先交換型切削チップ。 - 基材と、該基材上に形成された被覆層とを有する刃先交換型切削チップであって、
前記基材は、少なくとも2つの逃げ面と、少なくとも1つのすくい面と、少なくとも1つのコーナーとを有し、
前記逃げ面と前記すくい面とは、刃先稜線を挟んで繋がり、
前記コーナーは、2つの前記逃げ面と1つの前記すくい面とが交差する交点であり、
前記被覆層は、1以上の層からなる内層とその内層上に形成された外層とを含み、
前記内層を形成する各層は、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、AlおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とにより構成される化合物によって形成され、かつ該各層のうち前記外層と接する最上層はTiと、窒素またはホウ素の1種以上の元素と、を少なくとも含む化合物によって形成され、
前記外層は、アルミナ層またはアルミナを含む層により形成され、
切削に関与する前記コーナーを通り、そのコーナーを構成する2つの前記逃げ面がなす角度を前記すくい面上において2等分し、かつ前記すくい面から前記2つの逃げ面が交差する稜へと繋がる直線上において、前記外層は、前記コーナーから前記逃げ面側に0.5mm以上1mm以下となる線分区域における平均厚みをAμm、前記コーナーから前記すくい面側に0.5mm以上1mm以下となる線分区域における平均厚みをBμmとした場合に、B/A≦0.9となることを特徴とする刃先交換型切削チップ。 - 前記Tiと、窒素またはホウ素の1種以上の元素と、を少なくとも含む化合物は、TiBXNY(ただし式中、X、Yはそれぞれ原子%であって、0.001<X/(X+Y)<0.04である)で表される硼窒化チタンであることを特徴とする請求項1または2に記載の刃先交換型切削チップ。
- 前記Tiと、窒素またはホウ素の1種以上の元素と、を少なくとも含む化合物は、TiBXNYOZ(ただし式中、X、Y、Zはそれぞれ原子%であって、0.0005<X/(X+Y+Z)<0.04であり、かつ0<Z/(X+Y+Z)<0.5である)で表される硼窒酸化チタンであることを特徴とする請求項1または2に記載の刃先交換型切削チップ。
- 前記外層は、切削に関与する刃先稜線部の一部または全部において形成されていないことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
- 前記被覆層は、0.05μm以上30μm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体のいずれかにより構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
- 前記刃先交換型切削チップは、ドリル加工用、エンドミル加工用、フライス加工用、旋削加工用、メタルソー加工用、歯切工具加工用、リーマ加工用、タップ加工用、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用のいずれかのものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
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