JP2009519139A - 被覆された切削工具インサート - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、鋳造外皮、鍛造表面、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮のような粗製表面を伴い低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工好ましくはフライス加工に特に有用である被覆された超硬合金切削工具インサートに関する。
【解決手段】本発明は、粗製表面区域を備えまたは備えない低合金鋼及び中合金鋼、ステンレス鋼における乾式及び湿式機械加工、好ましくはフライス加工向けに特に有用である、被覆された切削工具インサートを開示している。前記インサートは、W合金Co結合剤相を伴うWC−Tac−NbC−Co超硬合金、及び柱状結晶粒を伴うTiCxNyOzの最も内側の層及び平滑なα−Al2C>3の少なくともすくい面上の最上層を内含する被膜を特徴としている。
【選択図】図2
【解決手段】本発明は、粗製表面区域を備えまたは備えない低合金鋼及び中合金鋼、ステンレス鋼における乾式及び湿式機械加工、好ましくはフライス加工向けに特に有用である、被覆された切削工具インサートを開示している。前記インサートは、W合金Co結合剤相を伴うWC−Tac−NbC−Co超硬合金、及び柱状結晶粒を伴うTiCxNyOzの最も内側の層及び平滑なα−Al2C>3の少なくともすくい面上の最上層を内含する被膜を特徴としている。
【選択図】図2
Description
本発明は、鋳造外皮、鍛造表面、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う、低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工好ましくはフライス加工向けに特に有用である、被覆された超硬合金切削工具インサートに関する。
超硬合金工具で低及び中合金鋼及びステンレス鋼を機械加工する場合、切削エッジは、化学的摩耗、磨損、摩損及びいわゆるくし状亀裂である切削エッジに沿って形成された亀裂によってひき起こされるエッジ割れといったような異なる機序に従った摩耗を受ける。厳しい切削条件下では、一般にバルク及びエッジラインの破損が発生する。
異なる被加工材料及び切削条件には、切削インサートの異なる特性が必要となる。例えば、粗製表面区域を有する鋼製構成材を切削する場合、またはその他の困難な条件下で切削する場合、被覆された超硬合金インサートは、靭性炭化物基板に基づいていなくてはならず、優れた接着力をもつ被膜を有していなくてはならない。低合金鋼及びステンレス鋼を機械加工する場合には、摩損が一般に支配的摩耗型式である。ここでは一般に薄い(1〜3μm)CVDまたはPVD被膜を使用しなければならない。
特定の摩耗型式に関して切削性能を改善または最適化するように措置することが可能である。しかしながら、このような措置はその他の摩耗特性に対しマイナスの効果を有することになることがきわめて多い。
一部の考えられる措置の影響を以下に記す;
1) 結合剤層の含有率を低下させることによって、くし状亀裂の形成を削減することができる。しかしながら、低い結合剤含有率は、切削インサートの靭性特性を低下させ、それは所望されるものからは程遠いものとなる。
2) 被膜の厚みを増大させることによって、摩損の改善を得ることができる。しかしながら、厚い被膜は、剥離の危険性を高め、同様に摩損に対する耐性をも低下させることになる。
3) 高い切削速度及び高い切削エッジ温度を導くその他の条件での機械加工は、より大量の立方晶系炭化物(WC−TiC−TaC−NbCの固溶体)を伴う超硬合金を必要とするが、かかる炭化物は、くし状亀裂の形成を誘発することになる。
4) コバルト結合剤の含有率を増大させることにより靭性の改善を得ることができる。しかしながら、高いコバルト含有率は可塑変形に対する耐性を減少させる。
1) 結合剤層の含有率を低下させることによって、くし状亀裂の形成を削減することができる。しかしながら、低い結合剤含有率は、切削インサートの靭性特性を低下させ、それは所望されるものからは程遠いものとなる。
2) 被膜の厚みを増大させることによって、摩損の改善を得ることができる。しかしながら、厚い被膜は、剥離の危険性を高め、同様に摩損に対する耐性をも低下させることになる。
3) 高い切削速度及び高い切削エッジ温度を導くその他の条件での機械加工は、より大量の立方晶系炭化物(WC−TiC−TaC−NbCの固溶体)を伴う超硬合金を必要とするが、かかる炭化物は、くし状亀裂の形成を誘発することになる。
4) コバルト結合剤の含有率を増大させることにより靭性の改善を得ることができる。しかしながら、高いコバルト含有率は可塑変形に対する耐性を減少させる。
これまでのところ、全ての工具特性を同時に改善することは非常に困難であった。従って、市販の超硬合金品質等級は、上述のうちの1つまたはいくつかの摩耗型式に関して、従って特定の切削利用分野に関して最適化されてきた。
米国特許第6,062,776号は、湿潤または乾燥条件中に粗製表面区域を備えまたは備えない低合金及び中合金鋼におけるフライス加工向けに特に有用な被覆をした切削工具インサートを開示している。前記インサートは、低含有率の立方晶系炭化物及び高W合金結合剤相を伴うWC−Co超硬合金、柱状結晶粒を伴うTiCxNyOzの最も内側の層とκ−Al2O3層及びTiNの最上層を内含する被膜により特徴づけされる。
米国特許第6,406,224は、同じく高い切削速度で摩耗性表面区域を備えあまたは備えない合金鋼のフライス加工向けに特に有用である被覆をした切削工具インサートを開示している。前記被覆された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Ta、Nb及びTiといった金属の立方晶系炭化物、そして残りはWCという組成をもつ超硬合金本体から成る。前記インサートは、柱状結晶粒を伴うTiCxNyOzの最も内側の層及びκ−Al2O3層とTiNの最上層で被覆されている。
欧州特許出願第A−736615号は、ねずみ鋳鉄の乾燥フライス加工向けに特に有用である被覆された切削インサートを開示している。前記インサートは、真直ぐなWC−Co超硬合金基板及び、柱状結晶粒を伴うTiCxNyOz層ときめの細かい組織のα−Al2O3の最上層から成る被膜を有することを特徴としている。
スウェーデン特許出願第0500435−3号は、旋削加工、フライス加工、穴加工または類似の切屑を形成する機械加工方法による金属の機械加工に適した被覆をした切削工具インサートについて開示している。前記工具インサートは、靭性を要する断続的な切削作業向けに特に有用である。
米国特許第6,200,271号は、ステンレス鋼における旋削加工向けに特に有用である被覆された旋削加工用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結合剤相を有するWC−Co基の超硬合金基板及び、柱状結晶粒を伴うTiCxNyOzの最も内側の層及びTiNの最上層及びきめの細かいκ−Al2O3の内部層を内含する被膜により特徴づけされている。
発明人らは、多数の実験及び市場の工具使用者における広範な試験を実施した後、驚くべきことに、一定数の特定の特長を組合せることによって、好ましくはフライス加工向けの改良型切削工具インサートを獲得できるということを発見した。組合せられる特長は、特定の超硬合金の組成、一定のWC結晶粒径、合金結合剤相、一定数の既定の層から成る内部被膜及びα−Al2O3の平滑な最上すくい面層である。
前記インサートは、好ましくは湿式及び乾式の両方の機械加工において安定した条件下で、粗製表面区域を備えまたは備えない低合金鋼及び中合金鋼における切削性能を改善した。発明された切削工具インサートがステンレス鋼でもうまく機能するということも、また驚くべきことである。本発明に従った切削工具は、前述の摩耗型式の多くに関して先行技術のインサートに比べ改善した切削機能を示す。特にくし状亀裂靭性挙動が改善された。
本発明に従った切削工具インサートは、W合金Co結合剤相、釣合いのとれた化学組成及びうまく選択されたWC結晶粒径をもつ超硬合金本体、平滑なα−Al2O3最上層が後続する柱状TiCxNyOz内部層から成る被膜で構成されており、好ましくはTiN−層がインサートのクリアランス面における最上層である。
本発明に従うと、8.5〜9.7重量%のCo、好ましくは8.6〜9.8重量%のCo、最も好ましくは8.7〜9.3重量%のCo、及び1.00〜1.45重量%のTaC、好ましくは1.18〜1.28重量%のTaC、及び0.10〜0.50重量%のNbC、好ましくは0.25〜0.35重量%のNbC、及び残部WCという組成を有する超硬合金本体から成る被覆された切削工具インサートが提供されている。前記超硬合金本体は同様に、少量のその他の元素をも含有し得るが、この場合その水準は、技術的不純分に相当するものである。飽和保磁力は11.7〜13.3kA/mの範囲内、好ましくは12.1〜12.9kA/mの範囲内にある。
コバルト結合剤相は、発明された超硬合金切削インサートにその所望の特性を与える一定量のWと合金化される。結合剤相中のWは、コバルトの磁気特性に影響を及ぼし、従って、
CW比=磁性Co%/Co重量%
として定義されるCW比の値と関係づけることができる。磁性Co%は超硬合金中の磁性Coの重量百分率であり、Co重量%はCoの重量百分率である。
CW比=磁性Co%/Co重量%
として定義されるCW比の値と関係づけることができる。磁性Co%は超硬合金中の磁性Coの重量百分率であり、Co重量%はCoの重量百分率である。
CW比は、合金度に応じて1〜約0.75の間で変動する。より低いCW比はより高いW含有率に対応し、CW比=1は実際には結合剤相内のWの不在に対応する。
超硬合金が0.85から1.00未満、好ましくは0.86〜0.95、最も好ましくは0.88〜0.93のCW比を有する場合に、切削性能の改善が達成されるということがわかっている。
超硬合金は同様に、1体積%未満という少量のη相(M6C)をも含有していてよく、これによる有害な影響はない。特定されたCW比(1未満)から、本発明に従った超硬合金本体内には、いかなる遊離黒鉛も許容されないということにもなる。
前記超硬合金インサートは、少なくとも3つのTiCxNyOz層を内含する厚み4.1〜6.9μmの被膜で少なくとも部分的に被覆される。前記3つの層は、少なくともすくい面上での外部層としてα−Al2O3層を伴って内部被膜を形成する。合計厚み1.9〜3.6μmのTiCxNyOz層は、以下のものを含む;
− x+y=1、x>=0、好ましくはx<0.2かつ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及び0=<z<0.1、好ましくはz=0の組成を有する第2のTiCxNyOz層、
− x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
− x+y=1、x>=0、好ましくはx<0.2かつ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及び0=<z<0.1、好ましくはz=0の組成を有する第2のTiCxNyOz層、
− x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
外部α−Al2O3層は、吹き付け処理を受けた表面上に平坦化された結晶粒を伴い1.8〜3.6μmの厚みを有する。
好ましい実施形態においては、前記インサートは、最も好ましくはCVD技術により被着されたTiN、TiCN、TiC、ZrNまたはHfNの0.1〜1μmの薄い有色最上層を有する。
本発明は同様に8.5〜9.7重量%のCo、好ましくは8.6〜9.8重量%のCo、最も好ましくは8.7〜9.3重量%のCo、及び1.00〜1.45重量%のTaC、好ましくは1.18〜1.28重量%のTaC、及び0.10〜0.50重量%のNbC、好ましくは0.25〜0.35重量%のNbC、及び残部WCという組成を有する超硬合金本体から成る被覆された切削工具インサートを、粉体冶金技術、硬質成分及び結合剤相を形成する粉体の湿式粉砕、粉砕済み混合物の所望の形状及び大きさへの圧密及び焼結によって製造する方法にも関する。超硬合金本体は同様にその他の元素をより少量で含有することもできるが、この場合その水準は、技術的不純物に相当するものである。粉砕及び焼結の条件は、11.7〜13.3kA/mの範囲内、好ましくは12.1〜12.9kA/mの飽和保磁力及び0.85から1.00未満まで、好ましくは0.86〜0.95、最も好ましくは0.88〜0.93のCW比をもつ焼結済み構造を得るように選択されている。
超硬合金インサート本体は、少なくともすくい面上で外部層として吹き付けされたα−Al2O3層を伴って内部被膜を形成する少なくとも3つのTiCxNyOz層を内含する厚み4.1〜6.9μmの被膜で少なくとも部分的に被覆されている。1.9〜3.6μmの合計厚みを有するTiCxNyOz層には、
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y=1、x>=0、好ましくはx<0.2かつz=0の組成を有する、超硬合金に隣接する第1のTiCxNyOz層、
− 炭素/窒素供給源としてのCH3CN、885〜850℃の温度、周知のMTCVD技術を使用することによるx>0.4、y>0.4及び0=<z<0.1、好ましくはz=0の組成を有する第2のTiCxNyOz層、
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
− 既知のCVD技術を用いることによって被着された吹き付け処理に付された表面上の平坦化された結晶粒を伴う厚み1.8〜3.6μmのα−Al2O3層、
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
− 既知のCVD技術を用いることによって被着された厚み1.8〜3.6μmのα−Al2O3層、
が含まれており、
少なくともすくい面上でインサートを吹き付け処理に付す。
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y=1、x>=0、好ましくはx<0.2かつz=0の組成を有する、超硬合金に隣接する第1のTiCxNyOz層、
− 炭素/窒素供給源としてのCH3CN、885〜850℃の温度、周知のMTCVD技術を使用することによるx>0.4、y>0.4及び0=<z<0.1、好ましくはz=0の組成を有する第2のTiCxNyOz層、
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
− 既知のCVD技術を用いることによって被着された吹き付け処理に付された表面上の平坦化された結晶粒を伴う厚み1.8〜3.6μmのα−Al2O3層、
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
− 既知のCVD技術を用いることによって被着された厚み1.8〜3.6μmのα−Al2O3層、
が含まれており、
少なくともすくい面上でインサートを吹き付け処理に付す。
1つの実施形態においては、吹き付け処理に先立ち好ましくはCVD技術を用いて、好ましくはTiN、TiCN、TiC、ZrNまたはHfNの付加的な0.1〜1μmの有色層がα−Al2O3層の上面に被着させられる。
もう1つの実施形態では、吹き付け処理の後に、CVDまたはPVD技術、好ましくはCVD技術を用いて好ましくはTiN、TiCN、TiC、ZrNまたはHfNの付加的な0.1〜1μmの有色最上層が少なくとも逃げ面において被着させられる。
本発明は同様に、下表、すなわち、
− 90°の切込み角でのフライス加工:
・ 切削速度;25〜400m/分、好ましくは150〜300m/分及び送り速度0.04〜0.4mm/歯;
− 正面フライス加工(切込み角45〜75°):
・ 切削速度;25〜400m/分、好ましくは150〜300m/分及び送り速度;0.05〜0.7mm/歯;
− 高速送りの円形インサートフライス加工の概念:
・ 切削速度;25〜500m/分及び送り速度;0.30〜3.0mm/歯、好ましくは0.3〜1.8mm/歯、
に従った切削速度及び送り速度で、鋳造外皮、鍛造外皮、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工、好ましくはフライス加工を目的とした、以上に記載のインサートの使用にも関する。
− 90°の切込み角でのフライス加工:
・ 切削速度;25〜400m/分、好ましくは150〜300m/分及び送り速度0.04〜0.4mm/歯;
− 正面フライス加工(切込み角45〜75°):
・ 切削速度;25〜400m/分、好ましくは150〜300m/分及び送り速度;0.05〜0.7mm/歯;
− 高速送りの円形インサートフライス加工の概念:
・ 切削速度;25〜500m/分及び送り速度;0.30〜3.0mm/歯、好ましくは0.3〜1.8mm/歯、
に従った切削速度及び送り速度で、鋳造外皮、鍛造外皮、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工、好ましくはフライス加工を目的とした、以上に記載のインサートの使用にも関する。
実施例1(本発明)
9.1重量%のCo、1.25重量%のTaC、0.28重量%のNbCそして残りはWCという組成を有し、約1.7μmのWC結晶粒径に対応する12.5kA/mの飽和保磁力及びFoerster Instrum.ents IncからのFORSTER KOERZIMAT CS 1,096の中で測定された通りの0.91のCW比を.伴う、R390−11T308M−PM、R390−170408M−PM、R245−12T3M−PM、R300−1648M−PH及びR300−1240M−PHという型式の超硬合金フライス加工インサート。前記インサートは、以下の通りに被覆される:
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、約x=0.05、y=0.95そしてz=0の組成を伴う0.5μmの第1のTiCxNyOz層
− 炭素/窒素供給源としてのCH3CN、885〜850℃の温度、周知のMTCVD技術を使用することによる、約x=0.55、y=0.45及びz=0の組成をもつ1.7μmの柱状TiCxNyOzの第2層、及び
− 0.5μmのTiCxNyOzの第3の接着層。この第3層の結晶粒は針状で、組成は約x=0.5、y=0及びz=0.5であった。
− 2.5μmのα−Al2O3から成る第4層、そして最終的に既知のCVD技術を使用することにより約0.3μmのTiNの最上層を被着させた。XRD測定は、Al2O3層が100%までα−相で構成されていることを確認した。
9.1重量%のCo、1.25重量%のTaC、0.28重量%のNbCそして残りはWCという組成を有し、約1.7μmのWC結晶粒径に対応する12.5kA/mの飽和保磁力及びFoerster Instrum.ents IncからのFORSTER KOERZIMAT CS 1,096の中で測定された通りの0.91のCW比を.伴う、R390−11T308M−PM、R390−170408M−PM、R245−12T3M−PM、R300−1648M−PH及びR300−1240M−PHという型式の超硬合金フライス加工インサート。前記インサートは、以下の通りに被覆される:
− TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、約x=0.05、y=0.95そしてz=0の組成を伴う0.5μmの第1のTiCxNyOz層
− 炭素/窒素供給源としてのCH3CN、885〜850℃の温度、周知のMTCVD技術を使用することによる、約x=0.55、y=0.45及びz=0の組成をもつ1.7μmの柱状TiCxNyOzの第2層、及び
− 0.5μmのTiCxNyOzの第3の接着層。この第3層の結晶粒は針状で、組成は約x=0.5、y=0及びz=0.5であった。
− 2.5μmのα−Al2O3から成る第4層、そして最終的に既知のCVD技術を使用することにより約0.3μmのTiNの最上層を被着させた。XRD測定は、Al2O3層が100%までα−相で構成されていることを確認した。
被膜サイクルの後、インサートの上面(すくい面)を、Al2O3グリット及び水から成るスラリーでの集中湿式吹き付けに付した。吹き付け処理によってすくい面上の最上TiN層が除去され、大部分の結晶粒が平坦化された状態で平滑なα−Al2O3を露出させた。図1及び2は、上面の6000倍SEM画像で、吹き付け前(図1)及び本発明に従って大部分の結晶粒が平坦化された状態で吹き付け後の(図2)アルミナ層を例示している。
実施例2(先行技術)
9.1重量%のCo、1.25重量%のTaC、0.28重量%のNbCそして残りはWCという組成を伴い、約1.7μmのWC結晶粒径に対応する12.3kA/mの飽和保磁力及びFoerster Instruments IncからのFORSTER KOERZIMAT CS 1,096の中で測定された通りの0.92のCW比を伴う、R390−11T308M−PM、R390−170408M−PM、R245−12T3M−PM、R300−1648M−PH及びR300−1240M−PHという型式の超硬合金フライス加工インサート。前記インサートは、以下の通りに被覆される:
− 0.5μmの等軸TiCxNy層の第1層(推定されたx=0.95及びy=0.05に対応する高い窒素含有率を伴う)、及びそれに続く、
− 炭素/窒素供給源としてのCH3CN及び885〜850℃の温度でMTCVD技術を使用することによる、柱状結晶粒を伴う厚み4μmのTiCN層。同じ被膜サイクル中の後続段階においては、厚さ1.0μmのAl2O3層を、欧州特許出願第523,021号中で開示されている通りに0.4%のH2Sドーパント濃度及び970℃の温度を用いて被着させた。既知のCVD技術に従って上面上に薄い0.3μmのTiN層を被着させた。XRD測定は、Al2O3層が100%のκ相から成っていることを示した。
9.1重量%のCo、1.25重量%のTaC、0.28重量%のNbCそして残りはWCという組成を伴い、約1.7μmのWC結晶粒径に対応する12.3kA/mの飽和保磁力及びFoerster Instruments IncからのFORSTER KOERZIMAT CS 1,096の中で測定された通りの0.92のCW比を伴う、R390−11T308M−PM、R390−170408M−PM、R245−12T3M−PM、R300−1648M−PH及びR300−1240M−PHという型式の超硬合金フライス加工インサート。前記インサートは、以下の通りに被覆される:
− 0.5μmの等軸TiCxNy層の第1層(推定されたx=0.95及びy=0.05に対応する高い窒素含有率を伴う)、及びそれに続く、
− 炭素/窒素供給源としてのCH3CN及び885〜850℃の温度でMTCVD技術を使用することによる、柱状結晶粒を伴う厚み4μmのTiCN層。同じ被膜サイクル中の後続段階においては、厚さ1.0μmのAl2O3層を、欧州特許出願第523,021号中で開示されている通りに0.4%のH2Sドーパント濃度及び970℃の温度を用いて被着させた。既知のCVD技術に従って上面上に薄い0.3μmのTiN層を被着させた。XRD測定は、Al2O3層が100%のκ相から成っていることを示した。
実施例3
実施例1及び2からの異なる型式のインサートを切削試験において比較した。
作業1;正面フライス加工、Coromill 245〜80mm
加工対象物;試験片
材料;SS2541(P20)、300HB、中合金鋼
切削速度;280m/分
送り速度/歯;0.24mm/歯
切削深さ;2mm
インサート型式;R245−12T3M−PM
注;インサート1本、湿式、フライス加工カッターの出口における重い切屑の負荷に起因してきわめて高い靭性が求められる。
実施例1及び2からの異なる型式のインサートを切削試験において比較した。
作業1;正面フライス加工、Coromill 245〜80mm
加工対象物;試験片
材料;SS2541(P20)、300HB、中合金鋼
切削速度;280m/分
送り速度/歯;0.24mm/歯
切削深さ;2mm
インサート型式;R245−12T3M−PM
注;インサート1本、湿式、フライス加工カッターの出口における重い切屑の負荷に起因してきわめて高い靭性が求められる。
工具寿命基準は、エッジラインの割れ及び破損であった。エッジライン靭性の改善は結果として、より低いくし状亀裂、より高い安全性そしてより優れた表面仕上りをもたらした。
結果: 切削部内の8分後の摩耗
発明A: 図3参照
先行技術B: 図4参照
結果: 切削部内の8分後の摩耗
発明A: 図3参照
先行技術B: 図4参照
作業2;ならいフライス加工、Coromill 200〜2インチ
加工対象物;トリム鋼
材料;SS2260(A2)、250HB、高合金鋼
切削速度;446m/分
送り速度/歯;0.9mm/歯
切削深さ;0.9mm
インサート型式;RCKT130400−PH
注;カッター内に5本のインサート、乾式
加工対象物;トリム鋼
材料;SS2260(A2)、250HB、高合金鋼
切削速度;446m/分
送り速度/歯;0.9mm/歯
切削深さ;0.9mm
インサート型式;RCKT130400−PH
注;カッター内に5本のインサート、乾式
工具寿命基準は、側面摩耗及びエッジライン割れであった。
より優れた耐摩耗性及びより優れたエッジライン靭性の組合せが工具寿命の多大な延長を提供した。
結果: 工具寿命、作製された部品個数単位
発明A: 14
先行技術B: 11
結果: 工具寿命、作製された部品個数単位
発明A: 14
先行技術B: 11
作業3;らせん挿入フライス加工
加工対象物;エンジンプレート
材料;低合金鋼
切削速度;290m/分
送り速度/歯;0.21mm/歯
切削深さ;3〜4.5mm
インサート型式;R390−170408M−PM
注;乾式、5本のインサート、靭性を要する作業。
加工対象物;エンジンプレート
材料;低合金鋼
切削速度;290m/分
送り速度/歯;0.21mm/歯
切削深さ;3〜4.5mm
インサート型式;R390−170408M−PM
注;乾式、5本のインサート、靭性を要する作業。
工具寿命基準は割れであった。より優れたエッジライン安全性に起因して、摩耗挙動をより良く予測することができた。
結果: 工具寿命、分単位
発明A 93
先行技術B 28
結果: 工具寿命、分単位
発明A 93
先行技術B 28
作業4;正面フライス加工−荒削り、Coromill 245〜100mm
加工対象物;ダイ支持体
材料;高合金鋼、200HB
切削速度;176m/分
送り速度/歯;0.33/歯
切削深さ;2〜3mm
インサート型式;R245−12T3M−PH
注;乾式、7本のインサート
加工対象物;ダイ支持体
材料;高合金鋼、200HB
切削速度;176m/分
送り速度/歯;0.33/歯
切削深さ;2〜3mm
インサート型式;R245−12T3M−PH
注;乾式、7本のインサート
工具寿命の基準は、エッジラインの割れであった。改善された結果から、無人機械加工中の優れた信頼性がもたらされる。
結果: 切削部内の90分後の摩耗;
発明A: 図5参照
先行技術B: 図6参照
結果: 切削部内の90分後の摩耗;
発明A: 図5参照
先行技術B: 図6参照
作業5;正面フライス加工、R245〜100mm
加工対象物;ダンパー90度
材料;SS2225−23、鋳造低合金鋼、270HB、不等硬度
切削速度;180m/分
送り速度/歯;0.2mm/歯
切削深さ;0〜5mm
インサート型式;R245−12T3M−PH
注;乾式、7本のインサート、靭性砂含有物。
加工対象物;ダンパー90度
材料;SS2225−23、鋳造低合金鋼、270HB、不等硬度
切削速度;180m/分
送り速度/歯;0.2mm/歯
切削深さ;0〜5mm
インサート型式;R245−12T3M−PH
注;乾式、7本のインサート、靭性砂含有物。
工具寿命基準は割れであった。より優れたエッジライン靭性は工具寿命を延ばす。
結果: 工具寿命、分単位
発明A: 39
先行技術B: 31
結果: 工具寿命、分単位
発明A: 39
先行技術B: 31
切削試験の結果から、実施例1由来のインサートが実施例2に従った先行技術のインサートより性能の優れたものであることは明らかである。
Claims (8)
- 超硬合金本体と被膜を含む、湿潤または乾燥条件中の粗製表面を伴うまたは伴わない、低及び中合金鋼、ステレンス鋼の機械加工向けの切削工具フライス加工インサートにおいて、
− 前記超硬合金本体が8.5〜9.7重量%のCo、好ましくは8.6〜9.8重量%のCo、最も好ましくは8.7〜9.3重量%のCo、及び1.00〜1.45重量%のTaC、好ましくは1.18〜1.28重量%のTaC、及び0.10〜0.50重量%のNbC、好ましくは0.25〜0.35重量%のNbC、及び残部WCという組成を有し、飽和保磁力が11.7〜13.3kA/mの範囲内、好ましくは12.1〜12.9kA/mの範囲内にあり、CW比が1.85から1.00未満、好ましくは0.86〜0.95、最も好ましくは0.88〜0.93であること、及び
− 前記インサートが、合計厚み1.9〜3.6μmのTiCxNyOzの少なくとも3層を含む4.1〜6.9μmの厚みの被膜で少なくとも部分的に被覆されており、前記3層のうち1層は超硬合金に隣接し、吹き付けされたα−Al2O3層が少なくともすくい面上で外部層であり、
合計厚み1.9〜3.6μmの前記TiCxNyOz層には、
・ x+y=1、x>=0、好ましくはx<0.2かつ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及び0=<z<0.1、好ましくはz=0の組成を有する第2のTiCxNyOz層、
・ x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、及び
・ 吹き付け処理を受けた表面上に平坦化された結晶粒を伴う厚み1.8〜3.6μmを有するα−Al2O3層、
が含まれること、を特徴とする切削工具フライス加工インサート。 - 超硬合金が、8.6〜9.5重量%のCo及び1.00〜1.45のTaC及び0.10〜0.50のNbC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。
- 逃げ面に0.1〜1μmの有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。
- 前記有色最上層が、CVDまたはPVD技術、好ましくはCVD技術によって被着されたTiN、TiCN、TiC、ZrN及び/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。
- 粉体冶金技術、硬質成分及び結合剤相を形成する粉体の湿式粉砕、粉砕済み混合物の所望の形状及び大きさへの圧密及び焼結による、超硬合金本体及び被膜を含む切削インサートの製造方法において、
前記超硬合金本体が8.5〜9.7重量%のCo、好ましくは8.6〜9.8重量%のCo、最も好ましくは8.7〜9.3重量%のCo、及び1.00〜1.45重量%のTaC、好ましくは1.18〜1.28重量%のTaC、及び0.10〜0.50重量%のNbC、好ましくは0.25〜0.35重量%のNbC、及び残部WCという組成を有し、飽和保磁力が11.7〜13.3kA/mの範囲内、好ましくは12.1〜12.9kA/mの範囲内にあり、CW比が1.85から1.00未満、好ましくは0.86〜0.95、最も好ましくは0.88〜0.93であること、及び前記本体が、少なくともすくい面上で外部層としてα−Al2O3層を伴って内部被膜を形成する少なくとも3種のTiCxNyOz層を内含する厚み4.1〜6.9μmの被膜で少なくとも部分的に被覆されており、且つ、
1.9〜3.6μmの合計厚みをもつ前記TiCxNyOz層には、
TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y=1、x>=0、好ましくはx<0.2かつz=0の組成を有する、超硬合金に隣接する第1のTiCxNyOz層、
炭素/窒素供給源としてのCH3CN、885〜850℃の温度で、周知のMTCVD技術を使用することによるx>0.4、y>0.4及び0=<z<0.1、好ましくはz=0の組成を有する第2のTiCxNyOz層、
TiCl4、H2及びN2から成る反応混合物を用いる既知のCVD方法を使用した、x+y+z>=1及びz>0、好ましくはz>0.2、x+y+z=1及びy<0.2の組成を有する、α−Al2O3層に隣接する第3のTiCxNyOz層、
既知のCVD技術を用いることによって被着された厚み1.8〜3.6μmのα−Al2O3層、
が含まれており、
少なくともすくい面上でインサートを吹き付け処理に付すことを特徴とする切削インサートの製造方法。 - 吹き付け処理に先立ち好ましくはCVD技術を用いて、好ましくはTiN、TiCN、TiC、ZrNまたはHfNの付加的な0.1〜1μmの有色層をα−Al2O3層の上面に被着させることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 吹き付け処理の後に、最も好ましくはCVD技術を用いて好ましくはTiN、TiCN、TiC、ZrNまたはHfNの付加的な0.1〜1μmの有色最上層を逃げ面において被着させることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- − 25〜400m/分、好ましくは150〜300m/分の切削速度、及び0.04〜0.4mm/歯の送り速度での90°の切込み角でのフライス加工、または
− 25〜400m/分、好ましくは150〜300m/分の切削速度、及び0.05〜0.7mm/歯の送り速度で45〜75°の切込み角での正面フライス加工、または
− 25〜500m/分、好ましくは150〜400m/分の切削速度、及び0.30〜3.0mm/歯、好ましくは0.3〜1.8mm/歯での高速送りでの円形インサートのフライス加工の利用分野、
に従った切削速度及び送り速度で安定した条件下での、鋳造外皮、鍛造外皮、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式フライス加工を目的とした、請求項1〜4のいずれか1項に記載のインサートの使用。
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