JP2009012167A - 被覆切削工具インサート - Google Patents
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Abstract
【課題】フライス加工用の改善された切削工具インサートを提供する。
【解決手段】本発明は、未加工の表面領域を持つ、または持たない非合金、低合金および高合金鋼ならびに鋳鉄の乾式および湿式機械加工、好ましくはフライス加工に特に有用な被覆切削工具インサートを開示する。前記インサートは、Ｗ合金Ｃｏバインダー相を持つＷＣ−ＴａＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ超硬合金および柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの最内層および少なくともすくい面上の平滑なα−Ａｌ2Ｏ3の最上層を含む被膜により特徴づけられている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、未加工の表面領域を持つ、または持たない非合金、低合金および高合金鋼ならびに鋳鉄の乾式および湿式機械加工、好ましくはフライス加工に特に有用な被覆切削工具インサートを開示する。前記インサートは、Ｗ合金Ｃｏバインダー相を持つＷＣ−ＴａＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ超硬合金および柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの最内層および少なくともすくい面上の平滑なα−Ａｌ2Ｏ3の最上層を含む被膜により特徴づけられている。
【選択図】図１
Description
本発明は、鋳肌、鍛造肌、熱間または冷間圧延肌または予備切削表面などの未加工の表面を有する非合金、低合金および高合金鋼ならびに鋳鉄の乾式および湿式機械加工、好ましくはフライス加工に特に有用な被覆超硬合金切削工具インサートに関する。
機械加工の際、超硬合金刃先は摩耗を受けやすい。摩耗は、化学摩耗、アブレシブ摩耗、凝着摩耗および刃先に沿って形成される亀裂、いわゆる櫛状亀裂により発生する刃先のチッピングなどの異なる機構により特徴づけることができる。厳しい切削条件下では、バルクおよび刃先の破壊が通常起こる。被加工材料および切削条件により、切削インサートの異なる性質が要求される。例えば、未加工表面領域を持つ鋼部品を切削する場合、または他の異なる条件で切削する場合、被覆超硬合金インサートは強靭な炭化物基材を主成分としなければならず、優れた粘着を有する被膜を持たなければならない。低合金鋼および鋳鉄を高い切削速度および大きな半径方向の切込み深さで機械加工する場合、一般的に化学摩耗が最も大きな摩耗のタイプである。この場合、一般的に７〜１４μｍの厚さのＣＶＤ被膜が好ましい。
特定の摩耗タイプに関して切削性能を向上または最適化させる手段をとることができる。しかし、そのような手段は、他の摩耗性質に悪影響を与えることが非常に多いだろう。
可能性のある手段の影響を以下に示す。
１）櫛状亀裂の発生は、バインダー相含量を低くすると低減できる。しかし、バインダー含量が低いと、切削インサートの靭性が低下して少しも望ましくない。
２）被膜の厚さを増すことにより化学摩耗の改善が可能である。しかし、厚い被膜はフレーキングの危険性を高め、凝着摩耗に対する耐性も低くするであろう。
３）高い切削速度および高い刃先温度につながる他の条件での機械加工は、多量の立方晶炭化物（ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−ＮｂＣの固溶体）を持つ超硬合金を必要とするが、そのような炭化物は櫛状亀裂の形成を促進するであろう。
４）コバルトバインダー含量を増すことにより向上された靭性が得られる。しかし、コバルト含量が高いと、塑性変形に対する耐性が低下する。
市販の超硬合金グレードは、通常、言及された摩耗タイプの１種または数種に関して、および特定の切削用途分野に関して位置づけされ最適化されている。
米国特許第6,062,776号は、湿潤または乾燥状態において、未加工表面領域を持つ、または持たない低合金または中合金鋼のフライス加工に特に有用な被覆切削工具インサートを開示している。そのインサートは、低含量の立方晶炭化物および高Ｗ合金バインダー相を持つＷＣ−Ｃｏ超硬合金、柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの最内層およびＴｉＮの最上層を持つκ−Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜により特徴づけられている。
米国特許第6,406,224号は、高切削速度で、研磨表面領域を持つ、または持たない合金鋼のフライス加工に特に有用な被覆切削工具インサートを開示している。被覆切削工具インサートは、７．１〜７．９重量％のＣｏ、０．２〜１．８重量％の金属Ｔａ、ＮｂおよびＴｉの立方晶炭化物および残部ＷＣの組成を持つ超硬合金ボディから成る。前記インサートは、柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの最内層およびＴｉＮの最上層を持つκ−Ａｌ2Ｏ3層により被覆されている。
EP-A-736615は、ねずみ鋳鉄の乾式フライス加工に特に有用な被覆切削インサートを開示している。前記インサートは、純粋なＷＣ−Ｃｏ超硬合金基材ならびに柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの層および微粒組織のα−Ａｌ2Ｏ3の最上層から成る被膜を有するという特徴がある。
EP-A-1696051は、旋削、フライス加工、穿孔による、または類似のチップを形成する機械加工方法により金属を機械加工するのに好適な被覆切削工具インサートを開示している。前記工具インサートは、靭性を要する断続切削に特に有用である。
米国特許第6,200,671号は、ステンレス鋼の旋削加工に特に有用な被覆旋削インサートを開示している。前記インサートは、高Ｗ合金Ｃｏバインダー相を有するＷＣ−Ｃｏ系超硬合金基材ならびに柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの最内層およびＴｉＮの最上層および微粒κ−Ａｌ2Ｏ3層の内部層を含む被膜により特徴づけられている。
本発明は、フライス加工用の改善された切削工具インサートを提供することを目的とする。
発明者らは、好ましくはフライス加工用の改善された切削工具インサートを開発した。組み合わされた特徴は以下のとおりである：特定の超硬合金組成、特定のＷＣ粒径、合金化されたバインダー相、いくつかの定義された層から成る内部被膜およびα−Ａｌ2Ｏ3の平滑な最上すくい面層。
インサートは、好ましくは乾式および湿式両方の機械加工における安定条件下で、未加工表面領域を持つ、または持たない非合金、低合金および高合金鋼において向上した切削性能を有する。開示された切削工具インサートは、鋳鉄にも良好に作用する。切削工具は、上述の摩耗タイプの多くに関して従来技術のインサートに比べて向上した切削性能を示す。特に、耐化学性および櫛状亀裂に対する耐性が向上した。
本発明による切削工具インサートは、Ｗ合金Ｃｏバインダー相、バランスの良い化学組成および良好に選択されたＷＣの粒径を有する超硬合金ボディ、柱状ＴｉＣxＮyＯz内部層および平滑なα−Ａｌ2Ｏ3最上層から成る被膜を含んで成る。ＴｉＮ層が、インサートのクリアランス面の最上層であることが好ましい。
本発明によると、８．１〜９．３重量％のＣｏ、好ましくは８．３〜９．１重量％のＣｏ、最も好ましくは８．４〜９．０重量％のＣｏおよび１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、好ましくは１．１８〜１．２８重量％のＴａＣおよび０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、好ましくは０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を持つ超硬合金ボディを含んで成る被覆切削工具インサートが提供される。超硬合金ボディは、より少量の他の元素も含んでよいが、それらは技術的不純物（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｍｐｕｒｉｔｙ）に相当する濃度である。保磁力は、１４．９〜１６．７ｋＡ／ｍ、好ましくは１５．３〜１６．３ｋＡ／ｍの範囲である。
コバルトバインダー相は、本発明の超硬合金切削インサートにその望ましい性質を与える特定量のＷと合金化されている。バインダー相中のＷはコバルトの磁気的性質に影響を与え、したがって以下に定義のとおりＣＷ比の値と関連づけられ、
ＣＷ比＝磁性Ｃｏ％／Ｃｏ重量％
上式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージである。
ＣＷ比＝磁性Ｃｏ％／Ｃｏ重量％
上式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージである。
ＣＷ比は、合金の程度により１と約０．７５の間で変動する。ＣＷ比が低いとＷの含量が高く、ＣＷ比＝１はバインダー相中にＷがないことを実質的に示す。
超硬合金のＣＷ比が０．８０〜１．００未満、好ましくは０．８１〜０．９０、最も好ましくは０．８２〜０．８８である場合、向上した切削性能が得られることが見いだされた。
超硬合金は、不利益な効果なしに、少量の、１体積％未満のη−相（Ｍ6Ｃ）を含むことがある。特定のＣＷ比から（＜１）、フリーのグラファイトは本発明による超硬合金ボディ中に全くないことになる。
超硬合金インサートは、少なくとも３層のＴｉＣxＮyＯzを含む７．５〜１３．５μｍの厚さの被膜に少なくとも部分的に被覆されている。少なくともすくい面上にある外層としてのα−Ａｌ2Ｏ3層とともに、前記３層は内部被膜を形成している。全厚さが３．０〜８．０μｍであるＴｉＣxＮyＯz層は、以下を含んで成る：
ｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０、好ましくはｘ＜０．２およびｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣxＮyＯz層、
ｘ＞０．４、ｙ＞０．４および０≦ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する、第２のＴｉＣxＮyＯz層、および
ｘ＋ｙ＋ｚ≧１およびｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１の組成を有する、α−Ａｌ2Ｏ3層に隣接する針状粒子を有する第３のＴｉＣxＮyＯz結合層。
ｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０、好ましくはｘ＜０．２およびｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣxＮyＯz層、
ｘ＞０．４、ｙ＞０．４および０≦ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する、第２のＴｉＣxＮyＯz層、および
ｘ＋ｙ＋ｚ≧１およびｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１の組成を有する、α−Ａｌ2Ｏ3層に隣接する針状粒子を有する第３のＴｉＣxＮyＯz結合層。
α−Ａｌ2Ｏ3の外層は厚さが２．０〜６．０μｍであり、表面がブラスト処理を施されて粒子が平坦化している。
１実施形態において、好ましくはＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの、０．１〜２．３μｍ、好ましくは０．１〜１μｍの追加の着色層が、α−Ａｌ2Ｏ3層の上に存在する。
本発明は、粉末冶金技術、硬質成分およびバインダー相を形成する粉末の湿式混練、混練した混合物の所望の形状および大きさのボディへの圧縮および焼結による、８．１〜９．３重量％のＣｏ、好ましくは８．３〜９．１重量％のＣｏ、最も好ましくは８．４〜９．０重量％のＣｏおよび１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、好ましくは１．１８〜１．２８重量％のＴａＣおよび０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、好ましくは０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を持つ超硬合金ボディを含んで成る被覆切削工具インサートを製造する方法にも関する。超硬合金ボディは、より少量の他の元素を含んでよいが、それらは技術的不純物に相当する濃度である。混練および焼結条件は、焼結したままの構造が、１４．９〜１６．７ｋＡ／ｍ、好ましくは１５．３〜１６．３ｋＡ／ｍの範囲の保磁力および０．８〜１．００未満、好ましくは０．８１〜０．９０、最も好ましくは０．８２〜０．８８のＣＷ比を持つように選択される。
超硬合金インサートボディは、少なくともすくい面上にある外層としてのブラスト処理されたα−Ａｌ2Ｏ3層とともに内部被膜を形成している少なくとも３層のＴｉＣxＮyＯzを含む７．５〜１３．５μｍの厚さの被膜により少なくとも部分的に被覆されている。全厚さが３．０〜８．０μｍであるＴｉＣxＮyＯz層は、以下を含んで成る：
ＴｉＣｌ4、Ｈ2およびＮ2から成る反応混合物を使用する公知のＣＶＤ法を利用した、ｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０、好ましくはｘ＜０．２およびｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣxＮyＯz層；
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮおよび任意にＣＯおよび／またはＣＯ2を使用する公知のＭＴＣＶＤ技術を利用した、ｘ＞０．４、ｙ＞０．４および０≦ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する、第２のＴｉＣxＮyＯz層；および
ＴｉＣｌ4、Ｈ2、ＣＯおよび／またはＣＯ2および任意にＮ2から成る反応混合物を使用する公知のＣＶＤ法を利用した、ｘ＋ｙ＋ｚ≧１およびｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１の組成を有する、α−Ａｌ2Ｏ3層に隣接する針状粒子を有する第３のＴｉＣxＮyＯz結合層。
ＴｉＣｌ4、Ｈ2およびＮ2から成る反応混合物を使用する公知のＣＶＤ法を利用した、ｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０、好ましくはｘ＜０．２およびｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣxＮyＯz層；
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮおよび任意にＣＯおよび／またはＣＯ2を使用する公知のＭＴＣＶＤ技術を利用した、ｘ＞０．４、ｙ＞０．４および０≦ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する、第２のＴｉＣxＮyＯz層；および
ＴｉＣｌ4、Ｈ2、ＣＯおよび／またはＣＯ2および任意にＮ2から成る反応混合物を使用する公知のＣＶＤ法を利用した、ｘ＋ｙ＋ｚ≧１およびｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１の組成を有する、α−Ａｌ2Ｏ3層に隣接する針状粒子を有する第３のＴｉＣxＮyＯz結合層。
厚さが２．０〜６．０μｍであるα−Ａｌ2Ｏ3層は、公知のＣＶＤ技術を利用し、インサートに少なくともすくい面でのブラスト処理を施すことにより堆積する。
１実施形態において、好ましくはＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの、追加の０．１〜２．３μｍの、好ましくは０．１〜１μｍの着色層が、好ましくはブラスト処理の前にＣＶＤ技術を利用してα〜Ａｌ2Ｏ3層の上に堆積する。
本発明は、鋳肌、鍛造肌、熱間または冷間圧延肌または予備切削表面などの未加工の表面を有する非合金、低合金および高合金鋼および鋳鉄の、以下の表による切削速度および送り速度での乾式および湿式機械加工、好ましくはフライス加工への上述のインサートの使用にも関する：
切込み角９０°でのフライス加工：
切削速度：２５〜４００ｍ／分、好ましくは１５０〜３００ｍ／分および
送り速度：０．０４〜０．４ｍｍ／歯
正面フライス加工（切込み角４５〜７５°）：
切削速度：２５〜６００ｍ／分、好ましくは２００〜４００ｍ／分および
送り速度：０．０５〜０．７ｍｍ／歯
高送り速度で丸形インサートを用いたフライス加工
切削速度：２５〜６００ｍ／分および送り速度：０．０５〜３．０ｍｍ／歯、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ／歯。
切込み角９０°でのフライス加工：
切削速度：２５〜４００ｍ／分、好ましくは１５０〜３００ｍ／分および
送り速度：０．０４〜０．４ｍｍ／歯
正面フライス加工（切込み角４５〜７５°）：
切削速度：２５〜６００ｍ／分、好ましくは２００〜４００ｍ／分および
送り速度：０．０５〜０．７ｍｍ／歯
高送り速度で丸形インサートを用いたフライス加工
切削速度：２５〜６００ｍ／分および送り速度：０．０５〜３．０ｍｍ／歯、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ／歯。
実施例１（本発明Ａ）
８．７重量％のＣｏ、１．２５重量％のＴａＣ、０．２８重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を有し、Foerster Instruments Inc.から市販のFOERSTER KOERZIMAT CS 1.096で測定して約１．３μｍのＷＣ粒径およびＣＷ比０．８４に対応する保磁力１５．５ｋＡ／ｍを持つ、以下のスタイル、R390-11T308M-PM、R390-170408M-PM、R245-12T3M-PM、R300-1648M-PHおよびR300-1240M-PHの超硬合金フライス加工インサートを調製した。インサートを以下のとおり被覆した：
ＴｉＣｌ4、Ｈ2およびＮ2から成る反応混合物を使用する公知のＣＶＤ法を利用して、およそｘ＝０．０５、ｙ＝０．９５およびｚ＝０の組成を有する、０．５μｍのＴｉＣxＮyＯz第１層、
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮを使用する公知のＭＴＣＶＤ技術を利用して、およびｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５およびｚ＝０の組成を有する、６μｍの柱状ＴｉＣxＮyＯz第２層；および
０．５μｍのＴｉＣxＮyＯzの第３の結合層。この第３層の粒子は針状形状であり、その組成はおよそｘ＝０．５、ｙ＝０およびｚ＝０．５であった：
４μｍのα−Ａｌ2Ｏ3から成る第４層および最後に約２μｍのＴｉＮの最上層が公知のＣＶＤ技術を利用して堆積された。ＸＲＤ測定により、Ａｌ2Ｏ3層が１００％α相から成ることを確認した。
８．７重量％のＣｏ、１．２５重量％のＴａＣ、０．２８重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を有し、Foerster Instruments Inc.から市販のFOERSTER KOERZIMAT CS 1.096で測定して約１．３μｍのＷＣ粒径およびＣＷ比０．８４に対応する保磁力１５．５ｋＡ／ｍを持つ、以下のスタイル、R390-11T308M-PM、R390-170408M-PM、R245-12T3M-PM、R300-1648M-PHおよびR300-1240M-PHの超硬合金フライス加工インサートを調製した。インサートを以下のとおり被覆した：
ＴｉＣｌ4、Ｈ2およびＮ2から成る反応混合物を使用する公知のＣＶＤ法を利用して、およそｘ＝０．０５、ｙ＝０．９５およびｚ＝０の組成を有する、０．５μｍのＴｉＣxＮyＯz第１層、
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮを使用する公知のＭＴＣＶＤ技術を利用して、およびｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５およびｚ＝０の組成を有する、６μｍの柱状ＴｉＣxＮyＯz第２層；および
０．５μｍのＴｉＣxＮyＯzの第３の結合層。この第３層の粒子は針状形状であり、その組成はおよそｘ＝０．５、ｙ＝０およびｚ＝０．５であった：
４μｍのα−Ａｌ2Ｏ3から成る第４層および最後に約２μｍのＴｉＮの最上層が公知のＣＶＤ技術を利用して堆積された。ＸＲＤ測定により、Ａｌ2Ｏ3層が１００％α相から成ることを確認した。
被覆サイクルの後、インサートの最上面（すくい面）に、Ａｌ2Ｏ3粗粒および水から成るスラリーによる強度のウェットブラスト法を施した。ブラスト処理は、すくい面上の最上ＴｉＮ層を除去し、ほとんどの粒子が平坦化されている平滑なα−Ａｌ2Ｏ3を露出した。
実施例２（従来技術Ｂ）
７．６重量％のＣｏ、１．２５重量％のＴａＣ、０．２８重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を有し、Foerster Instruments Inc.から市販のFOERSTER KOERZIMAT CS 1.096で測定して約１．５μｍのＷＣ粒径およびＣＷ比０．９１に対応する保磁力１４．７ｋＡ／ｍを持つ、以下のスタイル、R390-11T308M-PM、R390-170408M-PM、R245-12T3M-PM、R300-1648M-PHおよびR300-1240M-PHの超硬合金フライス加工インサートを調製した。インサートを以下のとおり被覆した：
０．５μｍの等軸晶のＴｉＣxＮyの第１層（推定値ｘ＝０．９５およびｙ＝０．０５に相当する高窒素含量）、その次に
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮを使用するＭＴＣＶＤ技術を利用して、４μｍの厚さの柱状粒子を持つＴｉ（Ｃ，Ｎ）層。同じ被覆サイクルの間の次の工程において、EP-A-523021に開示のとおり温度９７０℃および０．４％のＨ2Ｓドーパント濃度を利用して１．０μｍの厚さのＡｌ2Ｏ3層を堆積させた。公知のＣＶＤ技術により薄い０．５μｍのＴｉＮ層をその上に堆積させた。ＸＲＤ測定により、Ａｌ2Ｏ3層が１００％κ相から成ることが示された。
７．６重量％のＣｏ、１．２５重量％のＴａＣ、０．２８重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を有し、Foerster Instruments Inc.から市販のFOERSTER KOERZIMAT CS 1.096で測定して約１．５μｍのＷＣ粒径およびＣＷ比０．９１に対応する保磁力１４．７ｋＡ／ｍを持つ、以下のスタイル、R390-11T308M-PM、R390-170408M-PM、R245-12T3M-PM、R300-1648M-PHおよびR300-1240M-PHの超硬合金フライス加工インサートを調製した。インサートを以下のとおり被覆した：
０．５μｍの等軸晶のＴｉＣxＮyの第１層（推定値ｘ＝０．９５およびｙ＝０．０５に相当する高窒素含量）、その次に
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮを使用するＭＴＣＶＤ技術を利用して、４μｍの厚さの柱状粒子を持つＴｉ（Ｃ，Ｎ）層。同じ被覆サイクルの間の次の工程において、EP-A-523021に開示のとおり温度９７０℃および０．４％のＨ2Ｓドーパント濃度を利用して１．０μｍの厚さのＡｌ2Ｏ3層を堆積させた。公知のＣＶＤ技術により薄い０．５μｍのＴｉＮ層をその上に堆積させた。ＸＲＤ測定により、Ａｌ2Ｏ3層が１００％κ相から成ることが示された。
実施例３
実施例１および２の異なるスタイルのインサートを切削試験で比較した。
操作１： 正面フライス加工、コロミル２４５
被加工材： 鋼板
材料： 非合金鋼、２００ＨＢ
切削速度： ３５０ｍ／分
送り速度／歯： ０．４５ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： ２．０ｍｍ
半径方向切込み深さ： ９５ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： ２５０ｍｍ
備考：カッター中に１インサート、乾式機械加工
工具寿命の基準は逃げ面摩耗および化学摩耗であった。より良好な耐摩耗性および化学摩耗に対するより良好な耐性の組み合わせが、工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ３６
従来技術Ｂ： １９
化学摩耗に対する耐性の向上が、図２の従来技術Ｂに比べて図１の本発明Ａで明らかに示されている。図１の本発明Ａでは刃先が無傷であるが、図２の従来技術Ｂでは櫛状亀裂のあるクレータが発生した。
操作２： 正面フライス加工、コロミル２４５
被加工材： 鋼板
材料： 非合金鋼、２００ＨＢ
切削速度： ３００ｍ／分
送り速度／歯： ０．３５ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： １．０〜３．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： １２０ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： １６０ｍｍ
備考：カッター中に１０のインサート、乾式機械加工
工具寿命の基準は逃げ面摩耗および刃先の靭性であった。より良好な耐摩耗性およびより良好な刃先の靭性の組み合わせが、工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ７０
従来技術Ｂ： ３１
刃先の靭性の向上が、図４の従来技術Ｂに比べて図３の本発明Ａで明らかに示されている。図３の本発明Ａでは刃先が無傷であるが、図４の従来技術Ｂでは櫛状亀裂が発生し、刃先が破壊された。
操作３： 正面フライス加工、コロミル２１０
被加工材： 鋼板
材料： 高合金鋼、２４０ＨＢ
切削速度： １４２ｍ／分
送り速度／歯： １．３３ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： １．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： ７６ｍｍ
インサートスタイル： R210-140512M-PM
カッター直径： １００ｍｍ
備考：カッター中に７のインサート、乾式機械加工
工具寿命の基準は逃げ面摩耗であった。良好な耐アブレシブ摩耗性の組み合わせが工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ９０
従来技術Ｂ： ３１
操作４： 正面フライス加工、コロミル２４５
被加工材： 鋼板
材料： 高合金鋼、２３０ＨＢ
切削速度： ３５０ｍ／分
送り速度／歯： ０．４０ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： ２．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： １７０ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： ２００ｍｍ
備考：カッター中に１２のインサート、乾式機械加工
刃先の靭性、インサート上のチッピング挙動が工具寿命の基準であった。
実施例１および２の異なるスタイルのインサートを切削試験で比較した。
操作１： 正面フライス加工、コロミル２４５
被加工材： 鋼板
材料： 非合金鋼、２００ＨＢ
切削速度： ３５０ｍ／分
送り速度／歯： ０．４５ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： ２．０ｍｍ
半径方向切込み深さ： ９５ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： ２５０ｍｍ
備考：カッター中に１インサート、乾式機械加工
工具寿命の基準は逃げ面摩耗および化学摩耗であった。より良好な耐摩耗性および化学摩耗に対するより良好な耐性の組み合わせが、工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ３６
従来技術Ｂ： １９
化学摩耗に対する耐性の向上が、図２の従来技術Ｂに比べて図１の本発明Ａで明らかに示されている。図１の本発明Ａでは刃先が無傷であるが、図２の従来技術Ｂでは櫛状亀裂のあるクレータが発生した。
操作２： 正面フライス加工、コロミル２４５
被加工材： 鋼板
材料： 非合金鋼、２００ＨＢ
切削速度： ３００ｍ／分
送り速度／歯： ０．３５ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： １．０〜３．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： １２０ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： １６０ｍｍ
備考：カッター中に１０のインサート、乾式機械加工
工具寿命の基準は逃げ面摩耗および刃先の靭性であった。より良好な耐摩耗性およびより良好な刃先の靭性の組み合わせが、工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ７０
従来技術Ｂ： ３１
刃先の靭性の向上が、図４の従来技術Ｂに比べて図３の本発明Ａで明らかに示されている。図３の本発明Ａでは刃先が無傷であるが、図４の従来技術Ｂでは櫛状亀裂が発生し、刃先が破壊された。
操作３： 正面フライス加工、コロミル２１０
被加工材： 鋼板
材料： 高合金鋼、２４０ＨＢ
切削速度： １４２ｍ／分
送り速度／歯： １．３３ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： １．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： ７６ｍｍ
インサートスタイル： R210-140512M-PM
カッター直径： １００ｍｍ
備考：カッター中に７のインサート、乾式機械加工
工具寿命の基準は逃げ面摩耗であった。良好な耐アブレシブ摩耗性の組み合わせが工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ９０
従来技術Ｂ： ３１
操作４： 正面フライス加工、コロミル２４５
被加工材： 鋼板
材料： 高合金鋼、２３０ＨＢ
切削速度： ３５０ｍ／分
送り速度／歯： ０．４０ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： ２．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： １７０ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： ２００ｍｍ
備考：カッター中に１２のインサート、乾式機械加工
刃先の靭性、インサート上のチッピング挙動が工具寿命の基準であった。
より良好な耐摩耗性およびより良好な刃先の靭性の組み合わせが工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ４３
従来技術Ｂ： １７．２
操作５： 正面フライス加工、コロミル３００
被加工材： 主継手
材料： 高合金鋼、３３０ＨＢ
切削速度： ２６３ｍ／分
送り速度／歯： ０．２５ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： １．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： ０〜１２５ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： １２５ｍｍ
備考：カッター中に８のインサート、乾式機械加工
工具寿命の基準、刃先靭性、チッピング。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ４３
従来技術Ｂ： １７．２
操作５： 正面フライス加工、コロミル３００
被加工材： 主継手
材料： 高合金鋼、３３０ＨＢ
切削速度： ２６３ｍ／分
送り速度／歯： ０．２５ｍｍ／歯
軸方向切込み深さ： １．５ｍｍ
半径方向切込み深さ： ０〜１２５ｍｍ
インサートスタイル： R245-12T3M-PH
カッター直径： １２５ｍｍ
備考：カッター中に８のインサート、乾式機械加工
工具寿命の基準、刃先靭性、チッピング。
より良好な櫛状亀裂に対する耐性およびより良好な刃先の靭性の組み合わせが工具寿命の著しい上昇をもたらした。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ３２
従来技術Ｂ： ２１
実施例３の操作１〜５は、実施例１のインサートが実施例２による従来技術インサートよりも性能が優れていることを明らかに示している。
結果： 工具寿命、切削時間（分）
本発明Ａ： ３２
従来技術Ｂ： ２１
実施例３の操作１〜５は、実施例１のインサートが実施例２による従来技術インサートよりも性能が優れていることを明らかに示している。
Claims (15)
- 湿潤または乾燥状態における、未加工の表面を有する、または有さない非合金、低合金および高合金鋼ならびに鋳鉄の機械加工のための切削工具フライス加工インサートであって、
前記切削工具フライス加工インサートが、
超硬合金ボディ、および
少なくとも部分的に前記ボディを覆っている被膜
を含んで成り、
前記超硬合金ボディが、８．１〜９．３重量％のＣｏ、１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を持ち、
保磁力が１４．９〜１６．７ｋＡ／ｍの範囲であり、ＣＷ比が０．８０〜１．００未満であり、
前記被膜が７．５〜１３．５μｍの厚さであり、全厚さが３．０〜８．０μｍの少なくとも３層のＴｉＣxＮyＯz層を含み、
前記ＴｉＣxＮyＯz層が、
ｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０の組成を有する、前記超硬合金ボディに隣接する第１のＴｉＣxＮyＯz層、
ｘ＞０．４、ｙ＞０．４および０≦ｚ＜０．１の組成を有する、第２のＴｉＣxＮyＯz層、および
ｘ＋ｙ＋ｚ≧１およびｚ＞０の組成を有する、α−Ａｌ2Ｏ3層に隣接する針状粒子を有する第３のＴｉＣxＮyＯz結合層
を含み、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が少なくともすくい面で最外層であり、前記α−Ａｌ2Ｏ3層の厚さが２．０〜６．０μｍであり、前記α−Ａｌ2Ｏ3層の少なくとも一部が、ブラスト処理を施されて表面がブラストにより平滑化し粒子が平坦化していることを特徴とする切削工具フライス加工インサート。 - 前記超硬合金が、８．３〜９．１重量％のＣｏおよび１．１８〜１．２８重量％のＴａＣおよび０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を有し、１５．３〜１６．３ｋＡ／ｍの保磁力および０．８１〜０．９０のＣＷ比を有することを特徴とする、請求項１に記載の切削インサート。
- 前記逃げ面に０．１〜２．３μｍの着色最上層を有することを特徴とする、請求項１に記載の切削工具インサート。
- 前記着色層が、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術により堆積したＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＺｒＮおよび／またはＨｆＮから成ることを特徴とする、請求項３に記載の切削工具インサート。
- 前記着色層がＣＶＤ技術を利用して堆積したことを特徴とする、請求項４に記載の切削工具インサート。
- 前記第１のＴｉＣxＮyＯz層がｘ＜０．２およびｚ＝０の組成を有し、前記第２のＴｉＣxＮyＯz層がｚ＝０の組成を有し、前記第３のＴｉＣxＮyＯz結合層がｚ＞０．２およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１の組成を有することを特徴とする、請求項１に記載の切削工具インサート。
- 超硬合金ボディおよび被膜を含む切削インサートを製造する方法であって、以下の工程：
硬質成分およびバインダー相を形成する粉末の湿式混練、混練した混合物の所望の形状および大きさのボディへの圧縮および前記圧縮体の焼結を含む粉末冶金技術により超硬合金ボディを形成する超硬合金ボディ形成工程であって、
前記超硬合金ボディが、８．１〜９．３重量％のＣｏ、１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成、１４．９〜１６．７ｋＡ／ｍの範囲の保磁力および０．８０〜１．００未満のＣＷ比を有する、
超硬合金ボディ形成工程、
前記超硬合金ボディの少なくとも一部を、７．５〜１３．５μｍの厚さの被膜で被覆する超硬合金ボディ被覆工程であって、
前記被膜が、少なくとも３層のＴｉＣxＮyＯzを有する内部被膜および切削インサートの少なくともすくい面で平滑なα−Ａｌ2Ｏ3層を有する最外層を含み、
前記ＴｉＣxＮyＯz層の全厚さが３．０〜８．０μｍであり、
前記被膜が、
ＴｉＣｌ4、Ｈ2およびＮ2から成る反応混合物を使用するＣＶＤ法を利用して堆積させた、ｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０の組成を有し、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣxＮyＯz層、
温度８８５〜８５０℃で、炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮを使用するＭＴＣＶＤ技術により堆積させた、ｘ＞０．４、ｙ＞０．４および０≦ｚ＜０．１の組成を有し、第２のＴｉＣxＮyＯz層、および
ＴｉＣｌ4、Ｈ2およびＮ2から成る反応混合物を使用するＣＶＤ法により堆積させた、ｘ＋ｙ＋ｚ≧１およびｚ＞０の組成を有し、α−Ａｌ2Ｏ3層に隣接する針状粒子を有する第３のＴｉＣxＮyＯz結合層、
を含んで成り、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、ＣＶＤ技術により堆積しており２．０〜６．０μｍの厚さを有する
超硬合金ボディ被覆工程、および
粒子が平坦化して平滑になったα−Ａｌ2Ｏ3が露出されるように、前記インサートの少なくともすくい面にブラスト処理を施すブラスト処理工程、
を含んでなる切削インサートの製造方法。 - 好ましくはＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの、追加の０．１〜２．３μｍの着色層を、α−Ａｌ2Ｏ3層の上に堆積させることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記着色層が、ブラスト処理の前に、ＣＶＤ技術により堆積されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記ブラスト処理の後、追加の０．１〜２．３μｍの着色最上層を逃げ面上に堆積させることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記着色層が、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記追加の着色層がブラスト処理の前にＣＶＤ技術により堆積することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
- 前記超硬合金ボディが、８．３〜９．１重量％のＣｏ、１．１８〜１．２８重量％のＴａＣ、０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣの組成を持ち、保磁力が１５．３〜１６．３ｋＡ／ｍの範囲であり、ＣＷ比が０．８１〜０．９０であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記第１のＴｉＣxＮyＯz層がｘ＜０．２およびｚ＝０の組成を有し、前記第２のＴｉＣxＮyＯz層がｚ＝０の組成を有し、前記第３のＴｉＣxＮyＯz結合層がｚ＞０．２およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１の組成を有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 鋳肌、鍛造肌、熱間または冷間圧延肌または予備切削表面などの未加工の表面を有する非合金、低合金および高合金鋼ならびに鋳鉄の、以下による切削速度および送り速度の安定条件下での乾式および湿式フライス加工への請求項１〜６に記載のインサートの使用：
切込み角９０°でのフライス加工：
切削速度：２５〜４００ｍ／分、および送り速度：０．０４〜０．４ｍｍ／歯
正面フライス加工（切込み角、４５〜７５°）：
切削速度：２５〜６００ｍ／分、および送り速度：０．０５〜０．７ｍｍ／歯
高送り速度で丸形インサートを用いたフライス加工
切削速度：２５〜６００ｍ／分および送り速度：０．０５〜３．０ｍｍ／歯。
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