JP2010179458A - 切削工具および工具セットの保護被覆方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】切削工具の保護被覆において、工具の保護被覆硬度が最も重要である場合は、工具の作用縁部領域における保護被覆組成を、その他の工具表面における保護被覆組成に対し的確に変化させる一方、工具において保護被覆の付着強度が最も重要である場合は、作用縁部領域における保護被覆組成を、その他の工具表面とできるだけ同じにするよう、提案される。
【選択図】図1
Description
・この明細書における硬質材とは、以下の金属元素のうちの少なくとも二つ、特にTiおよびAlの化合物、すなわち炭化物、酸化物、酸炭化物、特には窒化物、ニトロ炭化物、酸窒化物ないしニトロ酸炭化物のことである。金属元素とはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wo,WおよびAlのことである。
1×10-3 ≦ UBIAS/preaktiv ≦ 4×103
であり、電圧の単位は「ボルト」、圧力単位は「mbar」である。
− 回転刃用、および加工材料 AISI 304SSないしDIN 1.4306用、旋削プレート、
− 円周フライス用、および加工材料材料 AISI 4140ないしDIN 1.7225用、旋削プレート、
− 材料としてSKD 61(HRC 45)を加工するためのフライス用、旋削プレート SEE 42TN、
− 材料として DIN 1.2344を乾式加工するための、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、ならびに
− エマルジョン潤滑剤を使用し、材料として AISI D3 ないし DI1.2080ならびにGG25を加工するための、HSS穴あけ器
の作用縁部領域は、できるだけ組成が不変の硬質材層で実現されるべきであり、他方、
− エマルジョン潤滑剤を使用し、材料として DIN 1.2311を加工するための、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
− 材料として AISI D2 ないしDIN 1.237を加工するための、硬質合金正面フライス、
− DIN 1.2343、49.5HRCを乾式加工するための、硬質合金ボールヘッドフライスJ97
の作用縁部領域における硬質材層組成は変化するのが好ましい。
この発明による工具セットの好ましいさらなる実施形態は、請求項11から18に特定される。
以下の実施例においては、それぞれ同一の工具基礎本体がアーク蒸化によって被覆された。例1から4では、以下にAおよびBとして特定された被覆された条件が選択された。この場合の層厚、特に作用縁部領域における層厚は約3.5μmであった。
図3には、上述のような装置の上面図が概略的に示される。円筒状処理室1内に、中央軸A1に対し回転運動ω1で示されたように、カルーセルが回転載置される。カルーセル上には、それぞれ軸A2の周りに複数の基板キャリヤ配置3が、回転運動ω2で示されるように、回転載置される。基板キャリヤ配置3上には、それぞれ軸A2を中心にグループとなる、個々の基板キャリヤ内の基板5が載置され、これらの基板は好ましくは自ら、ω3で示されたように、それぞれの軸を中心に駆動されて回転運動する。
さらに、以下の表における表記の意は以下のとおりである。
pN2: 反応ガスN2の分圧
ITi: チタン蒸化におけるアーク電流
ITiAl: TiAl合金蒸化におけるアーク電流
被覆パラメータ A:
工具: 旋削プレートK313/CNGP432を備える旋回刃
加工材料: AISI 304SS ≒ DIN 1.4306
切削速度: vc=244 m/min
回転毎の送り: fu=0.2 mm/周
切削深さ: ap=1.524 mm
潤滑剤: エマルジョン
工具: 旋削プレートK903/SEHW43A6Tを備える円周フライス
加工材料: AISI 4140 ≒ DIN 1.7225
切削速度: vc=1152 m/min
回転毎の送り: ft=0.25 mm/周
切削深さ: ap=2.54 mm
潤滑剤: エマルジョン
工具: HSS穴あけ器、6mm
加工材料: AII D3 ≒ DIN 1.2080
切削速度: vc=35 m/min
回転毎の送り: fu=0.12 mm/周
係合サイズ: ae=3mm
穴の深さ: h=15 mm、袋状穴
潤滑剤: 5%エマルジョン
工具: 硬質合金粗仕上げシャフトフライス、直径=10mm、25/64
歯の数: z=4
加工材料: DIN 1.2344、55〜56 HRC
切削速度: vc=50 m/min
回転毎の送り: ft=0.02 mm/歯
係合サイズ: ae=2 mm
切削深さ: ap=10mm
潤滑剤: 乾式、圧縮空気冷却
工具: 硬質合金粗仕上げシャフトフライス、直径=10mm、25/64
歯の数: z=3
加工材料: DIN 1.2311、33 HRC、Rm=1050 N/mm2
切削速度: vc=100 m/min
回転毎の送り: ft=0.035 mm/歯
係合サイズ: ae=3 mm
切削深さ: ap=16mm
潤滑剤: 5% エマルジョン
工具: 旋削プレート SEE 42 TN(G9)を備えるフライス
歯の数: z=6
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ4.5μm
加工材料: SKD 61 (HRC45)
切削速度: vc=100 m/min
歯毎の送り: fz=0.1 mm/歯
切削深さ: ap=2mm
工具: HSS穴あけ器、直径6mm
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ5μm
中間層TiN: それぞれ 0.5μm
加工材料(エマルジョン使用): DIN 1.2080 (AISI D3)
切削速度: vc=40 m/min
送り: f=0.10 mm/回転
穴の深さ: 15mm (閉じ穴)
工具: HSS粗仕上げフライス、直径12mm
歯の数: z=4
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ4.5μm
中間層 TiN: それぞれ 0.3μm
乾式加工材料: DIN 1.2344 (AISI H13)
切削速度: vc=120 m/min
歯毎の送り: fz=0.6 mm/歯
切削深さ: ap=20mm
係合サイズ: ae=5mm
工具: 硬質合金穴あけ器、直径11.8mm
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ 5μm
中間層 TiN: それぞれ 0.5μm
エマルジョン使用の加工材料: GG 25(ねずみ鋳鉄)
切削速度: vc=110 m/min
送り: f=0.4 mm/回転
穴の深さ: 35mm(閉じ穴)
工具: HM 旋削プレート、外円旋回
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ 5μm
中間層 TiN: それぞれ 0.2μm
潤滑剤使用の加工材料: DIN 1.4306 (X2CrNi 1911)
切削速度: vc=240 m/min
回転毎の送り: f=0.6mm
切削深さ: ap=1.5mm
工具: 硬質合金正面フライス、直径10mm
歯の数: z=6
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ3.5μm
乾式加工材料: AISI D2(DIN 1.2379)、60HRC
切削速度: vc=20 m/min
歯毎の送り: fz=0.035 mm/歯
切削深さ: ap=15mm
係合サイズ: ae=1mm
工具: 硬質合金正面フライス、直径10mm
歯の数: z=6
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ3.5μm
中間層 TiN: それぞれ 0.1μm
加工材料: DIN 1.2379 (AISI D2)、60HRC
切削速度: vc=20 m/min
歯毎の送り: fz=0.03 mm/歯
切削深さ: ap=15mm
係合サイズ: ae=1mm
工具: 硬質合金ボールヘッドフライス J97(Jabro)、R4(直径8×65mm)
層の厚さ(TixAly)N: それぞれ3.5μm
中間層 TiN: それぞれ 0.1μm
乾式加工材料: DIN 1.2343、49.5 HRC
切削速度: vc=240 m/min
切削深さ: ap=0.5mm
Claims (18)
- 切削工具の保護被覆方法であって、プラズマ真空被覆方法によって工具の基礎本体に硬質材層を布設し、かつ工具の負荷に応じて、工具基礎本体の作用縁部領域における硬質材層組成を、その他の被覆領域に対し、
(a) できるだけ不変のままにするか、あるいは
(b) 目的に応じて変化させるか、のいずれかであり、
第1の(a)は、工具が硬質材層の付着強度を最も重要とし、硬質材層の硬度は二の次である場合、第2の(b)は、工具が硬質材層の硬度を最も重要とし、基礎本体における硬質材層の付着強度は二の次である場合である、方法。 - 硬質材層の少なくとも一部として(Ti,Al)N層が工具基礎本体に、好ましくは中間層と共に布設されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 硬質材層がアーク蒸化によって布設され、かつ好ましくは(a)基準電位、好ましくは質量電位に対する工具基礎本体の電圧UBIASと、反応ガスの分圧preaktivとの比が以下の領域に維持されることによって、すなわち、電圧の単位は「ボルト」、圧力の単位は「mbar」として、
1×103 ≦ UBIAS/Preaktiv ≦ 4×103
であることによって、作用縁部領域における硬質材層組成が可能な限り不変のものとなる、請求項1または2に記載の方法。 - (a)作用縁部領域における硬質材層組成が可能な限り不変の、
(a1)穴あけ器、粗仕上げフライス、円周フライス、圧延フライス、回転刃の基礎本体が実現され、かつ
(b)作用縁部領域における硬質材層組成を
(b1)正面フライスおよびボールヘッドフライス、
の工具基礎本体の場合、変化させることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の方法。 - (a)切削断面が比較的大きく、かつ切削速度が低速の加工用工具の基礎本体を被覆する際、作用縁部領域における硬質材層組成をできるだけ不変のままにし、一方(b)切削断面は比較的小さいが、切削速度がかなり高速な工具の基礎本体は、作用縁部領域における硬質材層組成が変化するよう被覆される、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- (a)硬度が最大45ロックウェル(HRC)まで、かつ引張強さが最大1500Nmm-2までの材料の加工、好ましくは焼き戻し鋼ならびに高度合金およびステンレス鋼、ならびに非鉄金属の加工には、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ変化させずに工具基礎本体を被覆する、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- (a)特に、先端部では最小速度が、これに対し円周部ではより高い速度が求められる穴あけ器等のように、工具の作用縁部において同時に様々な切削速度が求められる場合、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ変化させずに工具基礎本体を被覆する、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 硬度が45ロックウェル(HRC)より硬く、かつ引張強さが1500Nmm-2より強い材料の切削加工用、特に硬質切削用の工具について、作用縁部領域の硬質材層組成を変化させて基礎本体を被覆する、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- − 回転刃および加工材料 AISI 304SSないしDIN 1.4306用、旋削プレート、
− 加工材料AISI 4140ないしDIN 1.7225用円周フライスのための、旋削プレート、
− 加工材料 SKD 61(HRC 45)用フライスのための、旋削プレート SEE 42TN、
− 加工材料 DIN 1.2344を乾式加工するための、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
− エマルジョン潤滑剤を使用する、加工材料 AISI D3 ないしDIN 1.2080ならびにGG25用、HSS穴あけ器、
においては、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ変化させずに工具基礎本体を被覆し、これに対し、
− エマルジョン潤滑剤を使用する、加工材料DIN 1.2311用、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
− 加工材料 AISI D2ないし DIN 1.2379用、硬質合金正面フライス、
− DIN 1.2343、49,5 HRCを乾式加工するための、硬質合金ボールヘッドフライス J97(Jabro)
においては、作用縁部領域の組成を変化させて工具基礎本体を硬質材被覆する、請求項1から8のいずれかに記載の方法。 - 硬質材被覆された少なくとも二つの工具を有する工具セットであって、硬質材層は好ましくは一つの(Ti,Al)N層を含み、工具のうちの少なくとも一方は、硬質材層の強い付着強度が最も重要であり、硬質材層の硬度については二次である切削加工用であり、かつ少なくとも第2の工具は、硬質材層の高い硬度が最も重要であり、付着強度については二次である切削加工用であり、さらに、始めに述べられた少なくとも一つの工具の硬質材組成は、その作用縁部領域において基本的に一定であり、それに対し、少なくとも一つの第2の工具における作用縁部領域の被覆は、前記第2の工具のその他の領域と比べると、前記作用縁部領域において異なる組成を有する、工具セット。
- 硬質材層が(Ti,Al)N層を少なくとも含む、請求項10に記載の工具セット。
- 一方の工具が穴あけ器、粗仕上げフライス、円周フライス、圧延フライスまたは回転刃であり、第2の工具が正面フライスまたはボールヘッドフライスであることを特徴とする、請求項10または11に記載の工具セット。
- 第1の工具は、切削断面が比較的大きく、かつ切削速度が低い場合に使用され、第2の工具は、切削断面が比較的小さく、かつ切削速度がかなり速い場合に使用されることを特徴とする、請求項10から12のいずれかに記載の工具セット。
- 第1の工具は、硬度が最大45ロックウェル(HRC)まで、引張強さが最大1500N/mm2までの材料加工用であり、好ましくは焼き戻し鋼、高度合金鋼、ステンレス鋼ならびに非鉄金属の加工用であることを特徴とする、請求項10から13のいずれかに記載の工具セット。
- 第1の工具が、工具使用の際、異なる切削速度を同時に要求される作用縁部を備えて形成される、請求項10から14のいずれかに記載の工具セット。
- 第2の工具は、硬さが45ロックウェル(HRC)より硬く、引張強さが1500N/mm2より強い材料の加工用であり、特に硬質切削工具であることを特徴とする、請求項10から15のいずれかに記載の工具セット。
- 第1の工具が、
− 回転刃用、かつ加工材料 AISI 304SSないしDIN 1.4306用、旋削プレート、または
− 加工材料 AISI 4140 ないし DIN 1.7225のための円周フライス用、旋削プレート、または
− 加工材料 SKD 61 (HRC 45)のためのフライス用、旋削プレート SEE 42TN、
− 加工材料 DIN 1.2344の乾式加工用、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
− エマルジョン潤滑剤を使用する、加工材料 AISI D3ないし DIN 1.2080ならびにGG25用、HSS穴あけ器、
を含むか、あるいは上記のものであることを特徴とする、請求項10から16のいずれかに記載の工具セット。 - 第2の工具が、エマルジョン潤滑剤を使用する加工材料 DIN 1.2311用、硬質合金粗仕上げシャフトフライスであるか、またはAISI D2 ないし DIN 1.2379の加工用、硬質合金正面フライス、あるいは
− DIN 1.2343、49.5 HRCの乾式加工用、硬質合金ボールヘッドフライス
であることを特徴とする、請求項10から17のいずれかに記載の工具セット。
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