JP2011115945A

JP2011115945A - スローアウェイチップ

Info

Publication number: JP2011115945A
Application number: JP2011055684A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ishida; 琢也石田; Toshihisa Sotokoba; 利久外木場
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP5430595B2

Abstract

【課題】切刃の耐チッピング性を著しく向上しうるスローアウェイチップを提供する。
【解決手段】略平板状を呈するとともにすくい面３をなす主面および逃げ面４をなす側面との交差稜部分に形成された切刃５を有した母材２と、母材２に被覆されたコーティング層６と、を備えたスローアウェイチップ１であって、切刃５のすくい面３から逃げ面４にわたってホーニング部８を設けており、逃げ面４のホーニング終端から始まりすくい面３からの高さが１ｍｍまでの幅領域において、ホーニング部８とコーティング層６との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍであることを特徴とするスローアウェイチップ１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面にコーティング層を被覆したスローアウェイチップに関し、その中でも特に、切刃にホーニングを施したスローアウェイチップに関する。

従来より、スローアウェイチップの切刃形状として、切刃強度を高めるために切刃先端にチャンファホーニング又はＲホーニング加工を施すことが行われている。さらに、前述のホーニング加工の後、かかるスローアウェイチップの耐摩耗性を高めるために、超硬合金やサーメット母材の少なくとも切刃表面に、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等の気相合成法によってコーティング層を形成することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

実開平５−１６００６号公報

しかしながら、上記従来のホーニング加工を施し、かつコーティング層を被覆したスローアウェイチップでは、切刃強度は向上するもののコーティング層の付着強度が不十分なために、特に鋳物の断続切削等の強い衝撃がかかる加工においてはホーニングの終端部分でコーティング層の剥離が生じて微小チッピングが発生してしまい、チップの寿命に限界があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、切刃の耐チッピング性を著しく向上しうるスローアウェイチップを提供することにある。

本発明者らは、上記課題について検討した結果、コーティング層を成膜する前のホーニング処理方法を改良する等によって、切刃のホーニング終端領域におけるコーティング層の付着強度を高めることができる結果、切刃に発生する微小チッピングを効果的に抑制して、スローアウェイチップの耐チッピング性を向上できることを知見した。

すなわち、本発明のスローアウェイチップは、略平板状を呈するとともにすくい面をなす主面および逃げ面をなす側面との交差稜部分に形成された切刃を有した母材と、該母材に被覆されたコーティング層と、を備えたスローアウェイチップであって、前記切刃の前記すくい面から前記逃げ面にわたってホーニング部を設けており、前記逃げ面のホーニング終端から始まり前記すくい面からの高さが１ｍｍまでの幅領域において、前記ホーニング部と前記コーティング層との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍであることを特徴とするものである。

ここで、前記逃げ面の中央部の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．６〜１．５μｍであることが望ましい。

また、前記コーティング層は、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、（ＴｉＭ）Ｎ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒ及びＣｒの群から選ばれる少なくとも１種）、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド（ＰＣＤ、ＤＬＣを含む）及びｃＢＮの群から選ばれる少なくとも１層またはこれら
の複層であることが望ましい。

また、前記逃げ面の中央部は、前記コーティング層の総膜厚が０．２〜２０μｍであることが望ましい。

また、前記ホーニング部は、すくい面側のホーニング幅ａが０．０１〜０．２ｍｍであり、かつ、逃げ面側のホーニング幅ｂが０．００５〜０．０８ｍｍであることが望ましい。

本発明のスローアウェイチップによれば、コーティング層を成膜する前のホーニング処理方法を改良する等によって、切刃のホーニング終端部から始まり、ホーニング部とコーティング層との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍとした結果、切刃に発生する微小チッピングを効果的に抑制して、スローアウェイチップの耐チッピング性を向上できる。

本発明のスローアウェイチップの一例を示す概略断面図である。本発明のスローアウェイチップの研磨工程（（ａ）Ｒホーニング、（ｂ）チャンファホーニング）を説明するための概念図である。

本発明のスローアウェイチップ（以下、単にチップと略す。）について、その要部模式図である図１を基に説明する。

図１によれば、チップ１は、主面が略平板状を呈する母材２のすくい面３をなす主面および逃げ面４をなす側面との交差稜部分に切刃５を形成し、かつ母材２表面にコーティング層６を被覆し、切刃５のすくい面３から逃げ面４にわたってホーニング部８を設けてなる。

本発明によれば、逃げ面３のホーニング部８の終端から、すくい面３からの高さＨが１ｍｍまでの幅領域Ａ（以下、単に領域Ａと略す。）におけるコーティング層６の付着強度が、逃げ面４の中央部Ｂにおける付着強度よりも高いことが大きな特徴であり、これによって、切削時に領域Ａ、その中でも特にコーティング層６の剥離による微小チッピングが発生しやすい切刃稜線となるホーニング部８の終端付近でのコーティング層６の付着力を向上させてコーティング層６の剥離を防止することができることから、切刃の耐欠損性および耐摩耗性を著しく向上させることができ、チップ１の寿命を延命できる。

尚、本発明における付着強度とは、コーティング層６表面をロードセルでこすってコーティング層６の剥離する強度を測定する、いわゆるスクラッチ試験にて測定したコーティング層６の付着強度を指す。

ここで、コーティング層６の付着強度の改善については、切刃稜線であるホーニング部８の終端近傍について行うことで効果を発揮するが、前記領域Ａにおいてホーニング終端とは反対側の端の位置はすくい面３からの高さＨが１ｍｍまでであれば充分であり、高さＨが１ｍｍを超える範囲で付着強度が改善されるような条件は、コストがかさんだりホーニング時間がかかったりして製造上実用的ではない。

また、本発明によれば、ホーニング部８はＲホーニングのみであっても良いが、切刃５の切れ味を高める点で図１のようなチャンファホーニングであることが望ましい。

さらに、領域Ａにおけるホーニング部８とコーティング層６との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、領域Ａでのコーティング層６の付着強度を高めるために、１μｍ以下、特に０．１〜０．５μｍであることが望ましい。なお、上記凹凸はホーニング部８とコーティング層６との界面を含む任意部の断面ＳＥＭ写真における前記界面での凹凸の差の最大値を指す。なお、逃げ面４中央部の表面粗さは算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５〜２μｍ、特に０．６〜１．５μｍであることが望ましい。

さらに、コーティング層６の剥離を防止するとともにチップ１の耐摩耗性を抑制するために、逃げ面中央部におけるコーティング層６の総膜厚は、０．２〜２０μｍ、特に１〜１５μｍであることが望ましい。

一方、本発明において、母材２は、超硬合金、サーメットまたはセラミックのいずれも適応可能であるが、中でもコーティング層６との付着強度の点で超硬合金に対して最も好適に適応可能である。

他方、コーティング層６に関しては、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法によって形成されたＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、（ＴｉＭ）Ｎ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒ及びＣｒの群から選ばれる少なくとも１種）、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド（ＰＣＤ、ＤＬＣを含む）及びｃＢＮの群から選ばれる少なくとも１層またはこれらの複層が適応可能であるが、中でも付着強度の点でＣＶＤ法によって形成されたコーティング層が最も有効である。

次に、上述した本発明のチップ１を製造する方法について説明する。

まず、略平板状の母材２を作製し、母材２の切刃５をなす部分にＲホーニングを施す。

ここで、Ｒホーニングを施すには、図２（ａ）に示すように、まず、母材２のすくい面３が加工面となるように配置し、母材２の逃げ面４側を固定冶具１１にて固定する。この時、本発明によれば、母材２を固定冶具から突き出させる突き出し量ｈを従来の切刃直下のみでなく、すくい面から１．１ｍｍ以上でチップ逃げ面の約１／３の高さまで突き出させることが重要であり、これと下記ホーニング条件を制御することによって、前記領域Ａにおけるコーティング層の付着強度を高めることができる結果、チップの耐欠損性を向上させることができる。

そして、Ｒホーニングを施す方法としては、チップのすくい面側にゴム部材内に砥粒を分散させたグレードＧ２００以上の砥石１２を載置して２〜４ｋｇ／ｃｍ^２の圧力をかけながら２〜１０秒間砥石を回転させる方法によって、切刃５をＲ形状に削りながら、同時にその直下の逃げ面部分を実質的には削らないが撫でる様に加工することができる。これによって、撫でる様に加工した部分は極わずかに研磨されることによって表面粗さがコーティングの付着力が向上する範囲に改善されるとともに、母材のフレッシュな面が露出することから、後に被覆されたコーティング層におけるかかる部分の付着力が向上して前記領域Ａにおけるコーティング層の付着強度およびチップの耐欠損性を向上させることができる。

ここで、Ｒホーニングでの研磨量は、切刃５の耐摩耗性と耐欠損性との両立を図るために、例えば、すくい面側でａ＝０．０１〜０．２ｍｍ、逃げ面側でｂ＝０．００５〜０．０８ｍｍ程度が望ましい。すなわち、Ｒホーニングの研磨量が上記範囲を超えると前記領域Ａが研磨されすぎてコーティング層の付着力が低下する。

次に、所望により、切刃５の切れ味をも高めるために上記Ｒホーニング部に、さらにチ
ャンファホーニングを施す。図２（ｂ）に示すように、まず、チップ１を固定冶具１５によって特定の角度θとなるように配置した状態でホーニングを施す切刃５を突き出させ、切刃５を回転する砥石１６に当てて研磨する。なお、切刃５の研磨量は切刃５の研磨状態を顕微鏡で観察しながら制御すればよい。

チャンファホーニングによる研磨量は、切刃５の切れ味とチッピング防止との両立を図るために、例えば、すくい面側でａ＝０．０５〜０．２ｍｍ、逃げ面側でｂ＝０．０２〜０．１ｍｍ、ホーニング角θ＝１５〜３０°程度が望ましい。

そして、上記チャンファホーニングを施したチップに対してＣＶＤ法またはＰＶＤ法等の気相合成法によってコーティング層を被着形成する。

また、コーティング層全体の耐摩耗性および残留応力の低減による耐欠損性の向上を図るために所望によりコーティング層を成膜した後、ホーニングを施した切刃５部分のコーティング層をすくい面側から再度Ｒホーニングと同じようにして軽く研磨し、コーティングの最上層厚みが他の部分に対して薄くするか、または除去することが望ましい。

（実施例１）
平均粒径１．５μｍのＷＣ粒子をＣｏにて結合した超硬合金からなるＣＮＭＧ形状のチップ母材の表面に、チップのすくい面側にゴム部材内に砥粒を分散させた表１に示すグレード（ＴＫＸ）の砥石を載置して表１に示す条件によって表１に示すＲホーニングを施した後、チップ１を特定の角度となるように配置した状態でホーニングを施す切刃５を突き出させ、切刃５を回転する砥石に当ててすくい面側ａ＝０．１ｍｍ、逃げ面側ｂ＝０．０４ｍｍ、ホーニング角度θ＝２０°となるようにチャンファホーニングを施した。なお、ホーニング量は顕微鏡にて観察して求めた。

次に、上記チップ母材に対してＣＶＤ法によりＴｉＣＮ（８μｍ）−Ａｌ_２Ｏ_３（２．５μｍ）−ＴｉＮ（０．５μｍ）の多層コーティング層を成膜し、このコーティング膜の切刃部のコーティング層をすくい面側からゴム部材内に砥粒を分散させた砥石を載置して２ｋｇ／ｃｍ^２の圧力をかけながら１秒間砥石を回転させて再度研磨することによりチップを作製した。

得られたチップについて、ホーニング終端からの領域Ａにおける付着強度と逃げ面中央部Ｂの付着強度をスクラッチ試験にて任意５箇所について測定し平均値を算出した。なお、逃げ面中央部Ｂの付着強度は、何れのチップにおいても任意５箇所の平均で６２Ｎであった。また、以下の条件での切削試験を行い、３分間切削後のチップ切刃のチッピング状態を観察した。また、続けて同じ条件で切削試験を行い、切刃が欠損するまでの総切削時間を測定した。結果は表１に示した。切削条件切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ切込み：４ｍｍ送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ被削材：ＦＣ２５０４本溝つき切削状態：乾式

表１に示すとおり、チャンファホーニングのみを施した試料Ｎｏ．１０及びＲホーニング処理を施した試料においてその加工条件で領域Ａにおける付着強度の向上に寄与しない条件を一つでも含んでいる試料Ｎｏ．６〜９では、いずれもコーティングの付着強度が低く切削中にコーティング層のチッピングが発生した。

これに対して、Ｒホーニング処理を施した試料のうち、その加工条件全てが前記領域Ａにおける付着強度が向上する条件で加工した試料Ｎｏ．１〜５では、いずれもコーティングの付着強度が向上し、チップ寿命が長いものであった。

以上、実施例１ではＲホーニング処理の後にチャンファホーニングを施した試料での切削試験結果を示したが、以下、実施例２として、チャンファホーニングを施さないＲホーニング処理のみ施した試料での切削試験結果を示す。

（実施例２）
実施例１の試料Ｎｏ．１に対してチャンファホーニングを施さない以外は試料Ｎｏ．１と同様にスローアウェイチップを作製し、実施例１と同じ項目について評価した結果、領域Ａにおける付着強度は６７Ｎ、切削試験における切刃の状態は良好、欠損に至る時間は２５０秒（ｓｅｃ）であった。

それに対し、比較例として実施例１の試料Ｎｏ．６に対してチャンファホーニングを施さない以外は試料Ｎｏ．６と同様にスローアウェイチップを作製し、実施例１と同じ項目について評価した結果、領域Ａにおける付着強度は６２Ｎ、切削試験における切刃の状態はホーニング終端部付近にコーティングの微小剥離によるチッピングあり、欠損に至る時間は８０秒（ｓｅｃ）であった。

以上詳述したとおり、本発明のスローアウェイチップによれば、コーティング層を成膜する前のホーニング処理方法を改良する等によって、切刃のホーニング終端部から始まり、前記すくい面からの高さが１ｍｍまでの幅領域におけるコーティング層の付着強度を高めることができる結果、切刃に発生する微小チッピングを効果的に抑制して、スローアウェイチップの耐チッピング性を向上できる。

また本発明のスローアウェイチップの製造方法によれば、切刃のホーニング終端部から始まり、前記すくい面からの高さが１ｍｍまでの幅領域におけるコーティング層の付着強度を高めることにより、前記幅領域におけるコーティング層の剥離が抑制され、それにより耐チッピング性が向上したスローアウェイチップを製造することが出来る。

１：スローアウェイチップ（チップ）
２：母材
３：すくい面（主面）
４：逃げ面（側面）
５：切刃
６：コーティング層
８：ホーニング部
Ａ：ホーニング終端領域
Ｂ：逃げ面中央部
Ｈ：すくい面からの高さ
ｈ：固定冶具からのチップの突出量
１１，１５：固定冶具
１２，１６：砥石

Claims

略平板状を呈するとともにすくい面をなす主面および逃げ面をなす側面との交差稜部分に形成された切刃を有した母材と、該母材に被覆されたコーティング層と、を備えたスローアウェイチップであって、
前記切刃の前記すくい面から前記逃げ面にわたってホーニング部を設けており、
前記逃げ面のホーニング終端から始まり前記すくい面からの高さが１ｍｍまでの幅領域において、前記ホーニング部と前記コーティング層との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍであることを特徴とするスローアウェイチップ。
前記逃げ面の中央部の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．６〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイチップ。
前記コーティング層は、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、（ＴｉＭ）Ｎ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒ及びＣｒの群から選ばれる少なくとも１種）、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド（ＰＣＤ、ＤＬＣを含む）及びｃＢＮの群から選ばれる少なくとも１層またはこれらの複層であることを特徴とする請求項１または２に記載のスローアウェイチップ。
前記逃げ面の中央部は、前記コーティング層の総膜厚が０．２〜２０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスローアウェイチップ。
前記ホーニング部は、すくい面側のホーニング幅ａが０．０１〜０．２ｍｍであり、かつ、逃げ面側のホーニング幅ｂが０．００５〜０．０８ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスローアウェイチップ。