JP2008168427A - 切断によってワークピースを機械加工するための器具を処理し、加工する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗、および、特に切断エッジにおける部品の破断を少なくとも実に一般的な仕方で抑えることができる器具、特にフライス器具を処理し、加工するための方法を提供する。
【解決手段】高張力鋼製、カーバイド製またはセラミック製であり、少なくとも一つの切断用側面部と溝が設けられ、該切断用側面部では切断面に切断エッジが設けられている器具を処理し、加工するための方法であって、被膜を設ける際に、器具が側面部の摩耗に対して抵抗性のある第一被膜を設けられることと、その後に、−５°〜−３０°のすくい角を有する斜面が切断エッジのそれぞれに研削され、被膜を設ける際に、切断面の摩耗に対して抵抗性のある第二被膜が研削斜面に塗布されることを特徴とする方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、切断によってワークピースを機械加工するための器具、特にフライス器具を処理し、加工する方法に関するものであり、該器具は高張力鋼製、カーバイド製またはセラミック製であり、少なくとも一つの切断用側面部と溝が設けられているものであって、該切断用側面部は切断面に切断エッジが設けられている。

この種の切断器具、特にフライス器具では、高い耐久性が要求される。このことは、より一層難度の高い機械加工すべき材料に対して器具が用いられ、また、切断速度がますます速くなることによって、これらの器具がより強い圧力にさらされる場合にも、器具上の摩耗および断裂を適切な手段によってできるだけ低く保つ必要があることを意味する。

該器具の摩耗に対する保護性を向上させ、したがって耐用年数を向上させるために、これらの器具に被膜を設けることが知られている。この被膜は、たとえば、ＴｉＮ（窒化チタン）で構成される。このような被膜の塗布は、気化、たとえばＰＶＤ法（物理気相成長法）による既知の仕方で行われる。したがって、器具では切断用側面部と溝の領域、そして切断エッジの上に数マイクロメートルの厚みをした抵抗性のある被膜が得られる。この被膜によってアブレシブ摩耗および断裂に対する良好な保護性がもたらされる。

しかし、このような被膜を設けられた器具では、切断エッジにかかる圧力が非常に大きいことと、被膜があるにも関わらず、破断部品が切断エッジの領域で発生する可能性があることが示されている。これらの破断部品のために、切断エッジの形状が変化して切り屑が正常に流れなくなる可能性があり、機械加工するための力が大幅に増加し、耐用年数が急速に減少する。

したがって、本発明の目的は、器具、特にフライス器具を処理し、加工するための方法を開発することからなり、該方法の実施後に、摩耗、および、特に切断エッジにおける部品の破断を少なくとも実に一般的な仕方で抑えることができる。

この目的は、本発明にしたがって、被膜を設ける際に、器具に側面部の摩耗（アブレシブ摩耗および断裂）に対して抵抗性のある第一被膜が設けられることと、その後、切断エッジにおいて、−５°〜−３０°のすくい角を有する斜面のそれぞれが切断面に研削され、そして被膜を設ける際に、とりわけ切断面の摩耗（クレータ摩耗）に対して抵抗性のある第二被膜が、研削された斜面に塗布されることで達成される。

この仕方で処理され、加工された器具では、抵抗性のある被膜の組み合わせが得られるのだが、該被膜の組み合わせは、側面部の表面におけるアブレシブ摩耗および断裂と、切断面におけるクレータ摩耗に対して最適化されている。斜面の研削は、各切断エッジに沿って表面を研削する過程による単純な仕方で行われるものだが、該研削によって、事前に塗布された被膜がこの斜面の領域では取り除かれる。こうして得られるのが、コーティングされた切断用側面部、コーティングされた切断エッジ、コーティングのない斜面領域およびコーティングされた溝である。第一被膜が設けられ、切断エッジに研削された斜面を有する器具には、被膜を設ける際に、クレータ摩耗に対して抵抗性のある第二被膜が設けられる。一般的に、このような被膜、特にたとえばＡｌ_２Ｏ_３は、まだ最適に付着させることができるものではなく、また、たとえば内部層の張力のために、複雑な三次元の面およびエッジに良好に接着するように付着させることができない。これらの問題は表面を研削された斜面では起こらない。したがって、切断エッジにおけるこの表面を研削された斜面にはこのような被膜を最適な仕方で設けることができる。

フライス器具の各切断エッジの斜面は、斜面が−５°〜−３０°のすくい角を有するように研削され、斜面の幅は、好ましくは器具の直径の５％より小さい。これによって、最適な切断効果が、特に機械加工するのが難しい材料の場合、そして除去率が高い場合に得られる。もちろん、斜面がさまざまなすくい角を有するように、フライス器具の切断エッジ上に斜面を入れることも考えられ、これによって、ひゅうひゅう鳴る音として現れることのある振動の発生を、効果的に抑えることが可能となる。

ＣｒＡｌＮ（窒化クロムアルミニウム）、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）またはＴｉＡｌＣＮ（炭窒化チタンアルミニウム）の被膜を第一被膜として塗布することができる。この種の被膜は、約２〜３μｍの厚みで器具に塗布され、所望の耐摩耗性を有している。

好ましくは、この第一被膜はＰＶＤ法（物理気相成長法）にしたがった気化によって塗布される。したがって、均一な被膜が最適な仕方で得られる。

ダイヤモンド被膜も器具の表面を覆う第一被膜として用いることができる。この場合、コーティングすべき器具の表面は、好ましくは粗面化されており、該粗面化は、カーバイド器具の場合にコバルト相の化学エッチングによって行われ、これによって、器具の表面への塗布されたダイヤモンド被膜の力学的な定着が起こり、そうして、ダイヤモンド被膜が対応する表面に最適な仕方で接着する。このようなダイヤモンド被膜は耐摩耗性が非常に高いのだが、基板の粗面化のためにあまり滑らかではない。粗面化の過程はセラミック基板では必要ではない。

好ましくは、このダイヤモンド被膜はＣＶＤ法（化学気相成長法）にしたがった気化によって塗布され、該方法でもやはり均一な層の厚みが可能となる。この被膜は約６μｍの厚みを有している。

α−Ａｌ_２Ｏ_３（アルファ酸化アルミニウム）の被膜は第二被膜として塗布され、該被膜によって、精密表面を備えた研削斜面が覆われるのだが、ここでもまた、好ましくはＰＶＤ法（物理気相成長法）が用いられる。この第二被膜は約２μｍの厚みを有している。該被膜は滑らかな表面を有し、そのため、切り屑の排出は最適となっている。

ダイヤモンド被膜はまた、研削斜面に対する第二被膜として塗布することもできる。ここでは、斜面がコーティングの前に粗面化されていれば好適であり、それによって、やはり、粗面化された斜面の上にダイヤモンド層の力学的な定着が実現される。このダイヤモンド被膜もやはり、好ましくはＣＶＤ法（化学気相成長法）にしたがった気化によって斜面に塗布される。このダイヤモンド被膜によって、耐摩耗性の非常に高い斜面が得られる。ダイヤモンド被膜は、切断面と側面部に設けられた第一被膜に対して強く接着しないため、斜面の表面に残るのみであり、そのため、比較的厚いダイヤモンド層により切断エッジが過剰に丸くなるのを避けることができ、このことは機械加工の過程に対して非常に好適である。

また、斜面の粗面化の代わりに、接着性のあるファンデーションとして滑らかな中間層を塗布することも考えられ、該ファンデーションの上に後から（精密な）ダイヤモンド被膜が塗布される。

第二被膜は、典型的には第一被膜の領域には強く接着しないので、ウェット・ジェット過程によって、該第二被膜が望まれていない領域では取り除くことができる。

以下では、本発明による方法で処理し、加工した実施例を説明していく。

実施例１

本発明の方法にしたがって処理し、加工すべき器具はカーバイド製であり、四つの切断用側面部と四つの溝を有しており、たとえば、各切断用側面部では切断面に切断エッジが設けられている。この器具はＰＶＤ法（物理気相成長法）を用いてコーティングし、ＣｒＡｌＮ（窒化クロムアルミニウム）を用いた。また適切なものにはＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）またはＴｉＡｌＣＮ（炭窒化チタンアルミニウム）がある。被膜の厚みは２μｍである。その後、各切断エッジの上に、Ｒ_ａ＝０．０５の表面粗度で斜面を研削した。この斜面は約−２０°のすくい角を有している。１５ｍｍの直径の器具では、斜面の幅は０．６ｍｍである。また、この器具の四つの切断エッジの斜面がさまざまな斜面角度を有するようにすることも考えられる。その後、ＰＶＤ法を用いて、α−Ａｌ_２Ｏ_３（アルファ酸化アルミニウム）からなる被膜を各斜面に塗布した。斜面が平滑な表面を有し、容易にコーティングすることができるため、この被膜は主に斜面に塗布した。この被膜が隣接する領域に接着したまま残っていても、問題とはならない。この材料は機械加工過程の間に比較的早く消滅し、あるいはジェットを用いて吹き飛ばすことができる。

実施例２

ここでもまた四つの切断用側面部と四つの溝を有し、たとえば、各切断用側面部においてやはり切断面に切断エッジが設けられているカーバイド器具を、全表面にわたって粗面化した。これはコバルト相の化学エッチングによって実施したのだが、該化学エッチングは、エッジが丸くなるという望まれない結果を常に有している。その後、ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって、ダイヤモンド被膜を全表面に塗布したのだが、該ダイヤモンド被膜は約６μｍの厚みを有している。続いて、表面の研削過程によって、切断エッジにすくい角が約−２０°である斜面を設け、それによって、エッチングによって得られたエッジの丸みを除去した。ここではまた、斜面はそれぞれさまざまなすくい角を有することができる。１５ｍｍの直径を有する器具では、斜面の幅は約０．６ｍｍである。ＰＶＤ法を用い、α−Ａｌ_２Ｏ_３の被膜を研削斜面（表面粗度Ｒ_ａ＝０．０５）に塗布したのだが、該被膜は約２μｍの厚みを有し、クレータ摩耗に対する保護を行う。この材料はダイヤモンド被膜に対して強く接着しないため、滑らかに研削した斜面のみに、対応する被膜が設けられる。この処理方法および加工方法によって得られた器具は、耐摩耗性の非常に高い側面部を有している。斜面の研削によって、非常に精密な表面がこの領域で得られ、そのことによって、引張荷重にかかるノッチ効果がこの領域では防止される。エッジの破断が避けられる。

実施例３

本発明の方法によって処理し、加工すべき器具は、ここでもまたカーバイドからなり、四つの切断用側面部と四つの溝を有しており、切断用側面部は切断面にそれぞれ切断エッジが設けられている。この器具にＣｒＡｌＮの基礎被膜を設けたのだが、該被膜はＰＶＤ法にしたがって塗布され、約２μｍの厚みを有している。ＴｉＡｌＮまたはＴｉＡｌＣＮの被膜もまた、ここでは適切なものとなりうる。その後、切断エッジに斜面を研削し、該斜面は約−２０°のすくい角を有しているのだが、ここでも、各切断エッジの斜面がさまざまなすくい角を有してもよい。１５ｍｍの直径の器具では、斜面は約０．６ｍｍの幅を有している。続いて斜面の表面を粗面化した。ＣＶＤ法を用いてダイヤモンド被膜をこれらの斜面の表面に塗布した。このダイヤモンド被膜は斜面の粗面化された部位にのみ接着する。このダイヤモンド被膜は、典型的には約６μｍの厚みを有するが、それでもエッジの丸みをもたらすことはない。器具の残りの部位は緻密表面を有している。器具はまた、耐摩耗性および耐消耗性が非常に高い。

説明した実施例すべてについて、セラミック器具、たとえばＳｉ_３Ｎ_４セラミックもカーバイド器具の代わりに用いることができる。処理過程および加工過程もまた、これらのセラミック器具によって、カーバイド器具と同じ仕方で実施することができるが、コーティングすべき表面の粗面化は必要ではない。

説明したすべての実施例と同様に、第二被膜は、該第二被膜が望まれていない表面領域にも接着するが、たとえばウェット・ジェット過程によって除去することができる。

本発明によるこの方法によって、機械加工するのが「難しい」材料および高い除去率の場合にでも、アブレシブ摩耗に対する高い抵抗性と同時にクレータ摩耗に対する抵抗性を特徴とする器具を得ることができる。

Claims (10)

1. 切断によってワークピースを機械加工するための器具を処理し、加工するための方法であり、該器具が高張力鋼製、カーバイド製またはセラミック製であり、少なくとも一つの切断用側面部と溝が設けられ、該切断用側面部では切断面に切断エッジが設けられている器具を処理し、加工するための方法であって、被膜を設ける際に、器具が側面部の摩耗に対して抵抗性のある第一被膜を設けられることと、その後に、−５°〜−３０°のすくい角を有する斜面が切断エッジのそれぞれに研削され、被膜を設ける際に、切断面の摩耗に対して抵抗性のある第二被膜が研削斜面に塗布されることを特徴とする方法。
2. 研削斜面が器具の直径の５％より小さい斜面の幅を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第一被膜としてＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮまたはＴｉＡｌＣＮの被膜が塗布されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 第一被膜がＰＶＤ法にしたがった気化により塗布されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 第一被膜でコーティングすべき器具の表面が粗面化されることと、ダイヤモンド被膜が第一被膜として塗布されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
6. ダイヤモンド被膜がＣＶＤ法にしたがった気化により塗布されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. ＰＶＤ法にしたがって第二被膜として塗布されるものがα−Ａｌ_２Ｏ_３の被膜であることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の方法。
8. 斜面が粗面化され、ダイヤモンド被膜が第二被膜として斜面に塗布されることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の方法。
9. ダイヤモンド被膜がＣＶＤ法にしたがった気化により塗布されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 第一被膜の領域に接着している第二被膜が、該第二被膜が望まれていない領域に対するウェット・ジェット過程によって取り除かれることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の方法。