JP2008055595A - 硬質鉄基合金のフライス加工用の超硬合金インサートおよびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基材と被膜とを有し、硬さが４５ＨＲＣ超の硬化鋼、工具鋼、鋳鉄、ステンレス鋼をフライス加工するための切削工具インサートを提供する。
【解決手段】基材は、硬さ１７００ＨＶ３〜２０００ＨＶ３であり、角度１０°で幅０．２ｍｍの負の面取りをされていることにより刃先鋭利度が０（鋭利）〜４０μｍであり、被膜は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層でｘ＝０．６〜０．６７、望ましくはｘ＝０．６２であり、厚さが１〜３．８μｍである。本発明のインサートの作製方法および使用も提供する。
【選択図】なし
【解決手段】基材は、硬さ１７００ＨＶ３〜２０００ＨＶ３であり、角度１０°で幅０．２ｍｍの負の面取りをされていることにより刃先鋭利度が０（鋭利）〜４０μｍであり、被膜は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層でｘ＝０．６〜０．６７、望ましくはｘ＝０．６２であり、厚さが１〜３．８μｍである。本発明のインサートの作製方法および使用も提供する。
【選択図】なし
Description
本発明は、硬質鋳鉄および硬化鋼のフライス加工に特に有用な被膜付き切削工具インサートに関する。塑性変形、櫛の歯状亀裂、刃先ラインチッピングに対する抵抗の大きい基材に薄いＰＶＤ被膜を施すと、逃げ面摩耗および切り欠き摩耗に対する抵抗が大幅に向上する。
硬質鋳鉄および硬化鋼のフライス加工は一般に粗加工、半粗加工、半仕上げ加工、仕上げ加工に分類される。硬化鋼、硬質鋼、工具鋼、鋳鉄のフライス加工において、刃先ラインチッピングおよび切り欠き摩耗が主な摩耗メカニズムの一つである。
本発明の目的の１つ、硬質鋳鉄、硬質鋼、工具鋼、硬化鋼のフライス加工に特に有用な切削工具インサートを提供することである。
本発明のもう１つの目的は、刃先ラインの安全性と耐摩耗性が向上し、更に塑性変形抵抗が良好な切削工具インサートを提供することである。
驚くべき新規な知見として、硬質立方晶炭化物を含有した超硬合金基材に、比較的薄いＰＶＤ被膜と特殊な刃先尖鋭化処理を施すことにより、刃先ラインの安全性および耐摩耗性が大幅に向上し、これが良好な塑性変形抵抗と組み合わされ、硬さが４５ＨＲＣ以上の硬化鋼および硬質鋳鉄のフライス加工において工具寿命と加工表面品質が向上する。
基材は、硬さが１７００ＨＶ３〜２０００ＨＶ３の超硬合金で、望ましい組成として、５．４〜６．１wt％Ｃｏ、望ましくは５．７〜６．１wt％Ｃｏ、０．７〜１．０wt％Ｔａ＋Ｎｂ、望ましくは０．６〜０．９５wt％Ｔａ＋Ｎｂ、最も望ましくは０．７〜０．９wt％Ｔａ＋Ｎｂ、および５．０〜７．０wt％Ｔｉ、望ましくは５．５〜６．５wt％Ｔｉ、最も望ましくは６．０〜６．４wt％Ｔｉであって、これらがＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣまたはこれらの混合物として添加されており、残部がＷＣであり、焼結後のＨｃ値が２０〜２６、望ましくは２１〜２５ｋＡ／ｍである。
コバルト結合相にＷを添加することにより本発明の超硬合金切削工具インサートに所望の性質が付与される。結合相中のＷはコバルトの磁性に影響を及ぼし、下記に定義するＣＷ比に関係する。
ＣＷ比＝磁性Ｃｏ％／Ｃｏ％
ここで、磁性Ｃｏ％は超硬合金中の磁性Ｃｏの重量％であり、Ｃｏ％は超硬合金中のＣｏの重量％である。
ここで、磁性Ｃｏ％は超硬合金中の磁性Ｃｏの重量％であり、Ｃｏ％は超硬合金中のＣｏの重量％である。
ＣＷ比はＷ添加量に応じて１〜約０．７５の範囲で変わる。ＣＷ比が小さいことはＷ添加量が多いことに対応し、ＣＷ＝１は結合相中に事実上Ｗが存在しないことに対応する。本発明の超硬合金ボディはＣＷ比０．７５〜０．９５、望ましくは０．７８〜０．９０である。
被膜なしの基材は、角度１０°、幅０．２ｍｍの負の面取りがされていて、それにより刃先鋭利度が０（鋭利）〜４０μｍとなっている。
被膜は均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含み、ｘ＝０．６〜０．６７、望ましくはｘ＝０．６２である。被膜の総厚さは１μｍ以上、望ましくは１．８μｍ以上であり、ただし３．８μｍ以下、望ましくは３．０μｍ以下である。被膜の組成および厚さはいずれも、ノーズ半径から１ｍｍで刃先から２００μｍの逃げ面で測定する。
本発明は更に、超硬合金基材と被膜とから成る被膜付切削工具インサートの作製方法にも関する。被覆する前の超硬合金基材は、角度１０°で幅０．２ｍｍの負の面取りをされていて、それにより刃先鋭利度が０（鋭利）〜４０μｍとなっており、混練、加圧成形、焼結を行なう従来からの粉末冶金法を用いて作製される。
基材は硬さ１７００ＨＶ３〜２０００ＨＶ３の超硬合金を含んで成り、望ましい組成として、５．４〜６．３wt％Ｃｏ、望ましくは５．７〜６．１wt％Ｃｏ、０．７〜１．０wt％Ｔａ＋Ｎｂ、望ましくは０．６〜０．９５wt％Ｔａ＋Ｎｂ、最も望ましくは０．７〜０．９wt％Ｔａ＋Ｎｂ、および５．０〜７．０wt％Ｔｉ、望ましくは５．５〜６．５wt％Ｔｉ、最も望ましくは６．０〜６．４wt％Ｔｉであって、これらがＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣおよびこれらの混合物として添加されており、残部がＷＣであり、焼結した状態Ｈｃ値が２０〜２６、望ましくは２１〜２５ｋＡ／ｍである。
従来からの焼結後処理を施した状態の被膜は、ＡｌｘＴｉ１−ｘＮを含み、ｘ＝０．６〜０．６７、望ましくはｘ＝０．６２であり、陰極アーク蒸発法により適当な組成のＴｉＡｌ合金から成るターゲット材料を用いてＮ２ガス雰囲気中で堆積させる。被膜の総厚さは１μｍ以上、望ましくは１．８μｍ以上、ただし、３．８μｍ以下、望ましくは３．０μｍ以下である。
本発明は更に、本発明の切削工具インサートを、硬さ４５ＨＲＣ以上の硬化鋼および硬質鋳鉄のフライス加工に、切削速度３０〜１８０ｍ／ｍｉｎ、送り０．１〜０．４ｍｍ／ｒｅｖで用いることにも関する。
〔実施例１〕
（Ａ）本発明の超硬合金フライス用インサートとして、５．９０wt％Ｃｏ、０．５６wt％Ｔａ、０．３５wt％Ｎｂ、６．１６wt％Ｔｉであり、これらがＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣとして添加されており、残部がＷＣである組成を有し、焼結した状態でＨｃ値が２３ｋＡ／ｍであり、結合相にＣＷ比０．８６に対応するＷが添加されている超硬合金基材に、陰極アーク蒸発法によりＴｉ３３Ａｌ６７合金から成るターゲット材料を用い厚さ２．９μｍの均質なＡｌ０．６２Ｔｉ０．３８ＮのＰＶＤ層を被覆した。このアーク蒸発はＮ２ガス雰囲気中で行なった。
（Ａ）本発明の超硬合金フライス用インサートとして、５．９０wt％Ｃｏ、０．５６wt％Ｔａ、０．３５wt％Ｎｂ、６．１６wt％Ｔｉであり、これらがＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣとして添加されており、残部がＷＣである組成を有し、焼結した状態でＨｃ値が２３ｋＡ／ｍであり、結合相にＣＷ比０．８６に対応するＷが添加されている超硬合金基材に、陰極アーク蒸発法によりＴｉ３３Ａｌ６７合金から成るターゲット材料を用い厚さ２．９μｍの均質なＡｌ０．６２Ｔｉ０．３８ＮのＰＶＤ層を被覆した。このアーク蒸発はＮ２ガス雰囲気中で行なった。
（Ｂ）（比較例）市販の超硬合金フライス用インサートとして、３．７０wt％Ｃｏ、１．４３wt％Ｔａ、０．４２wt％Ｎｂ、残部ＷＣである組成を有し、Ｈｃ値が２３ｋＡ／ｍでＣＷ比０．９であるインサートに、厚さ２．９μｍの（Ｔｉ、Ａｌ）ＮのＰＶＤ被膜を（Ａ）と同様にして被覆した。
〔実施例２〕
（Ａ）（Ｂ）のインサートを用いて鋳鋼の切削試験を行なった。
（Ａ）（Ｂ）のインサートを用いて鋳鋼の切削試験を行なった。
加工方法： 側面フライス加工
ワーク： ステーターおよびローテータ−セグメント
材質 ： オーステナイト鋼（炭化物を含有。Ｃ＝１．１５）
硬さ５５〜５８ＨＲＣ
切削速度： １２５ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝５００）
送り速度： ７００ｍｍ／ｍｉｎ（ｆｚ＝０．２８）
切込深さ： 半径方向Ａｅ＝１〜２ｍｍ、軸方向Ａｐ＝５０〜７０ｍｍ
インサート型式： ＳＥＣＴ１２０６１２ Ｔ０２０１０
備考： 乾式フライス
インサート交換の判定基準： 刃先ラインの欠けおよび／またはインサート破損の危険性
結果
インサートＡ：（本発明） セグメント２１個
インサートＢ：（比較例） セグメント１５個
〔実施例３〕
（Ａ）（Ｂ）のインサートを用いて鋳鋼の切削試験を行なった。
ワーク： ステーターおよびローテータ−セグメント
材質 ： オーステナイト鋼（炭化物を含有。Ｃ＝１．１５）
硬さ５５〜５８ＨＲＣ
切削速度： １２５ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝５００）
送り速度： ７００ｍｍ／ｍｉｎ（ｆｚ＝０．２８）
切込深さ： 半径方向Ａｅ＝１〜２ｍｍ、軸方向Ａｐ＝５０〜７０ｍｍ
インサート型式： ＳＥＣＴ１２０６１２ Ｔ０２０１０
備考： 乾式フライス
インサート交換の判定基準： 刃先ラインの欠けおよび／またはインサート破損の危険性
結果
インサートＡ：（本発明） セグメント２１個
インサートＢ：（比較例） セグメント１５個
〔実施例３〕
（Ａ）（Ｂ）のインサートを用いて鋳鋼の切削試験を行なった。
加工方法： 側面フライス加工
ワーク： ステーターおよびローテータ−セグメント
材質 ： オーステナイト工具鋼
硬さ６０ＨＲＣ
切削速度： ８５ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝３４０）
送り速度： ３２０ｍｍ／ｍｉｎ（ｆｚ＝０．１９）
切込深さ： 半径方向Ａｅ＝１〜２ｍｍ、軸方向Ａｐ＝５０〜７０ｍｍ
インサート型式： ＳＥＣＴ１２０６１２ Ｔ０２０１０
備考： 乾式フライス
インサート交換の判定基準： 刃先ラインの欠けおよび／またはインサート破損の危険性
結果
インサートＡ：（本発明） セグメント８個（ＨＩＰ）
インサートＢ：（比較例） セグメント２個（Ｈ０５）
ワーク： ステーターおよびローテータ−セグメント
材質 ： オーステナイト工具鋼
硬さ６０ＨＲＣ
切削速度： ８５ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝３４０）
送り速度： ３２０ｍｍ／ｍｉｎ（ｆｚ＝０．１９）
切込深さ： 半径方向Ａｅ＝１〜２ｍｍ、軸方向Ａｐ＝５０〜７０ｍｍ
インサート型式： ＳＥＣＴ１２０６１２ Ｔ０２０１０
備考： 乾式フライス
インサート交換の判定基準： 刃先ラインの欠けおよび／またはインサート破損の危険性
結果
インサートＡ：（本発明） セグメント８個（ＨＩＰ）
インサートＢ：（比較例） セグメント２個（Ｈ０５）
Claims (5)
- 基材と被膜とを備え、硬化鋼、工具鋼、硬質の鋳鉄およびステンレス鋼のフライス加工用の切削工具インサートであって、
上記基材は、硬さが１７００ＨＶ３〜２０００ＨＶ３であり、角度１０°、幅０．２ｍｍの負の面取りで刃先尖鋭度０（鋭い）〜４０μｍを備えており、かつ
上記被膜は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含んで成り、ｘ＝０．６〜０．６７、望ましくはｘ＝０．６２であり、総厚さが１μｍ以上、望ましくは１．８μｍ以上、ただし３．８μｍ以下、望ましくは３．０μｍ以下である
ことを特徴とする切削工具インサート。 - 請求項１において、上記基材は、組成が５．７〜６．１wt％Ｃｏ、望ましくは５．７〜６．１wt％Ｃｏ、０．７〜１．０wt％Ｔａ＋Ｎｂ、望ましくは０．６〜０．９５wt％Ｔａ＋Ｎｂ、最も望ましくは０．７〜１．０wt％Ｔａ＋Ｎｂ、および５．０〜７．０wt％Ｔｉ、望ましくは５．５〜６．５wt％Ｔｉ、最も望ましくは６．０〜６．４wt％Ｔｉであって、これらがＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣまたはこれらの混合物として添加されており、残部がＷＣであり、焼結後のＨｃ値が２０〜２６、望ましくは２１〜２５ｋＡ／ｍ、ＣＷが０．７５〜０．９５、望ましくは０．７８〜０．９０であることを特徴とする切削工具インサート。
- 超硬合金基材と被膜とから成り、該基材が混練、加圧成形、焼結を行なう従来の粉末冶金法により作られている切削工具インサートの作製方法であって、
上記基材は、硬さが１７００ＨＶ３〜２０００ＨＶ３であり、角度１０°、幅０．２ｍｍの負の面取りで刃先尖鋭度０（鋭い）〜４０μｍを備えており、
上記被膜は、ＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含んで成り、ｘ＝０．６〜０．６７、望ましくはｘ＝０．６２であり、適した組成のＴｉＡｌ合金から成るターゲット材料を用いた陰極アーク蒸発法によりＮ２ガス雰囲気中で堆積されており、総厚さが１μｍ以上、望ましくは１．８μｍ以上、ただし３．８μｍ以下、望ましくは３．０μｍ以下である
ことを特徴とする方法。 - 請求項３において、上記基材は、組成が５．４〜６．１wt％Ｃｏ、望ましくは５．７〜６．１wt％Ｃｏ、０．７〜１．０wt％Ｔａ＋Ｎｂ、望ましくは０．６〜０．９５wt％Ｔａ＋Ｎｂ、最も望ましくは０．７〜０．９wt％Ｔａ＋Ｎｂ、および５．０〜７．０wt％Ｔｉ、望ましくは５．５〜６．５wt％Ｔｉ、最も望ましくは６．０〜６．４wt％Ｔｉであって、これらがＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣまたはこれらの混合物として添加されており、残部がＷＣであり、焼結後のＨｃ値が２０〜２６、望ましくは２１〜２５ｋＡ／ｍ、ＣＷが０．７５〜０．９５、望ましくは０．７８〜０．９０であり、ＣＷが０．７５〜０．９５、望ましくは０．７８〜０．９０であることを特徴とする方法。
- 請求項１または２記載の切削工具インサートを、硬さ４５ＨＲＣ以上の硬化鋼および硬質鋳鉄のフライス加工に、切削速度３０〜１８０ｍ／ｍｉｎ、送り０．１〜０．４ｍｍ／ｒｅｖで用いること。
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