JP2011218481A - 炭窒化チタン基サーメット製切削インサートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷切削加工条件下で、優れた耐欠損性および仕上げ面精度を示すＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、すくい面に設けたチップブレーカを備えるＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートにおいて、貫通穴内面の最表面部にはＣｏ，Ｎｉを主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層が形成され、一方、逃げ面およびチップブレーカ表面には金属シミダシ層が存在せず、かつ、その表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下とした耐欠損性、仕上げ面精度に優れたＴｉＣＮ基サーメット製切削インサート。
【選択図】図３

Description

本発明は、インサート着脱式の各種工具に取り付けられて切削加工に用いられる炭窒化チタン基（ＴｉＣＮ基）サーメット製切削インサートおよびその製造方法に関するものであり、特に、負荷の高い切削加工で優れた耐欠損性および優れた仕上げ面精度を示す、工具本体への取り付け用貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートに関するものである。

従来から、Ｔｉの炭化物あるいは窒化物あるいは炭窒化物を主成分とし、元素周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族の炭化物あるいは窒化物あるいは炭窒化物を１種または２種以上含有する硬質相とＮｉおよびＣｏの内の１種または２種を主成分とする金属結合相からなるＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートが広く知られている（特許文献１，２）。
このようなインサートにおいて、切削抵抗を低減したり、切削加工中に生成する切りくずをコントロールするために、図１に示されるようなチップブレーカを有する切削インサートを用いること、また、図２に示されるようなＬ字形レバーや、ねじあるいは偏心ピンなどで、工具本体への取り付け用貫通穴を有する切削インサートを工具本体へクランプすることも、その取り扱いが簡便であるため広く知られている。
しかし、ＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを焼結で製造しようとした場合、焼結体表面には、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属結合相を主体とする、所謂、金属シミダシ層が形成され、焼結体表面の組織状態が不均一になるため、耐欠損性を低下させるという問題点があること（特許文献３〜５）も、また、広く知られている。

特開平９−１０８９０８号公報 特開平９−２０７００５号公報 特公昭６０−３４６１８号公報 特開平４−１４６００６号公報 特許第３８０３６９４号明細書

ＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートは、炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金製切削インサートに比べると、耐欠損性が低い工具材料であるとされているため、切刃に対して高負荷が作用する切削条件下での使用は避けられ、軽負荷の切削条件下で使用されることが多かった。
しかし、近年、切削加工の分野では、高能率加工が求められており、切削時の切刃に対する負荷はますます高くなる傾向にある。例えば、図２に示されるようなＬ字形レバーなどで工具本体へ取り付けたＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを、重切削、断続切削等のような切刃に対して高負荷が作用する切削条件下において使用した場合には、切刃からの欠損発生に加え、クランプ手段と接触するインサート貫通穴内面の表面から破損が生じ、比較的短時間で使用寿命にいたるのが現状である。そして、貫通穴内面からの破損が生じたような場合には、同一インサートの他の切れ刃への交換も不可能となるため、着脱式インサートとしては致命的な問題点となる。
そこで、本発明は、ＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを、切刃に対して高負荷が作用する切削条件下で使用した場合でも、欠損が発生することなく、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮するＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、およびすくい面にチップブレーカを備えるＴｉＣＮ基サーメット製切削インサート（以下、ＴｉＣＮインサートという）において、ねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段と接触する貫通穴内面の状態とＴｉＣＮインサートを工具本体へ保持する力との関連を研究した結果、原料粉末を成形後、これを焼結し上記インサートを製造した場合、焼結体の焼結肌全体に、サーメットの金属結合相成分であるＣｏ、Ｎｉの１種または２種が富化した金属シミダシ層が形成されるが、貫通穴内面の最表面部にＣｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層を所定層厚ならびに所定の表面占有率（面積率）で積極的に形成させた場合には、高負荷が作用する切削条件においても、上記クランプ手段と接触する貫通穴内面の表面部からの亀裂・破損発生を抑制することができるため、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化を図れることを見出したのである。
特に、この金属シミダシ層は硬質粒子を含有する二相以上から構成される層ではなく、Ｃｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層となっていることが重要である。
ただ、焼結により、貫通穴内面の最表面部に軟質な金属シミダシ層を所定層厚ならびに所定の表面占有率（面積率）で形成した場合には、切削に関与する切れ刃の逃げ面およびチップブレーカの表面にも同様に金属シミダシ層が形成されるが、特に、逃げ面表面に形成された金属シミダシ層は、被削材との溶着現象に起因すると考えられる被削材の仕上げ面精度の低下を招き、また、チップブレーカの表面に形成された金属シミダシ層は、切りくずの溶着による、やはり被削材の仕上げ面精度の低下や耐欠損性の劣化を招くことになるため、インサート表面にウエットブラスト処理を施し、特に、逃げ面およびチップブレーカ表面に形成された金属シミダシ層を除去すると同時に、表面平滑化を図ることにより、仕上げ面精度の向上、耐欠損性の向上を図り得ることを見出したのである。
また、切れ刃部表面に金属シミダシ層が生成すると、その下方の部位の金属結合相が貧化し靭性が低下する可能性もあるため、加えて、ウエットブラスト処理を施す際に、インサート表面の平滑化を行い、同時に、インサートの少なくともすくい面の表面部に圧縮残留応力を付与した場合には、さらに一段と耐欠損性が向上することを見出したのである。
但し、ウエットブラスト処理を作用しすぎると、被処理表面の表面粗さが逆に悪化し、仕上げ面精度や耐欠損性に悪影響を及ぼすため、表面粗さを一定範囲を超えないように管理することが重要である。

本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部およびすくい面を備える炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、すくい面にチップブレーカを備えるとともに、上記貫通穴が主として焼結肌で構成され、その貫通穴内面の最表面部にはＣｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が０．１μｍ以上５μｍ以下の層厚かつ６０面積％以上の表面占有率（面積率）で形成されており、一方、逃げ面およびチップブレーカの表面には上記金属シミダシ層が存在せず、かつ、該逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下であることを特徴とする炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（２） 貫通穴内面の金属シミダシ層の表面占有率（面積率）が８０面積％以上である前記（１）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（３） 上記インサートの少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で４５０ＭＰａ以上であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（４） 上記インサートの少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で６００ＭＰａ以上であることを特徴とする前記（３）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（５） 上記インサートの刃先先端のホーニング部の表面粗さが、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さより小さく形成されていることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（６） 上記ホーニング部の表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．１μm以下である前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（７） 工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、およびすくい面にチップブレーカを備える炭窒化チタン基サーメット製切削インサートを製造する方法において、上記インサートの表面に、Ｃｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層を形成し、次いで、上記インサートを軸線回りに回転可能な一対の回転軸により挟み込んで保持しつつ上記軸線回りに回転させながら、少なくとも一つ以上のブラストガンにより研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施すことにより、上記貫通穴内面の表面部には金属シミダシ層を形成させたまま、上記逃げ面およびチップブレーカの表面から上記金属シミダシ層を除去し、上記逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下とし、かつ、少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力を圧縮で４５０ＭＰａ以上とすることを特徴とする炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
（８） 上記インサートを回転可能に挟み込む上記回転軸の軸線方向に対して、３０度以上６０度以下の噴射角で、ブラストガンから研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施す前記（７）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
（９） 上記噴射角が４０度以上５０度以下である前記（８）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
（１０） 上記インサートにウエットブラスト処理を施した後、上記インサートの刃先先端部にホーニング加工を施す前記（７）乃至（９）のいずれかに記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
（１１） 上記ホーニング加工を、湿式ブラシホーニングで施す前記（７）乃至（１０）のいずれかに記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。」
を特徴とするものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

まず、この発明では、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部およびチップブレーカを備えるＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートにおいて、上記貫通穴は主として焼結肌で構成され、しかも、貫通穴内面の最表面部には、サーメットの金属結合相成分であるＣｏ、Ｎｉの１種または２種が富化した金属シミダシ層が形成される。
そして、本発明においては、貫通穴内面に形成された金属シミダシ層を、工具本体へインサートを固定するねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段との接触面において発生しやすい亀裂・破損の発生防止層として利用することにより、工具寿命の延命化を図っている。

図２に示されるように、上記貫通穴の表面は、貫通穴に通されるねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段と接触し、インサートを工具本体に固定保持するが、貫通穴内面の最表面部に形成されるＮｉ、Ｃｏの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層の表面占有率（面積率）が６０％未満の場合には、貫通穴におけるクランプ手段との接触面における亀裂・破損発生防止効果が少なく、また、亀裂・破損の進展を抑制する効果も少ないので、軟質な金属シミダシ層の表面占有率（面積率）を６０％以上、好ましくは８０％以上、と定めた。

また、貫通穴内面の最表面部に形成される金属シミダシ層の厚さが０．１μｍ未満の場合には、貫通穴におけるクランプ手段との接触面に亀裂・破損が生じた場合、その進展を抑制する効果が小さく、一方、金属シミダシ層の厚さが５μｍを超えると、切れ刃部に生成する金属シミダシ層の下方の部位の金属結合相が貧化しすぎるのに加え、ウエットブラスト処理で逃げ面およびチップブレーカ表面に形成された金属シミダシ層が除去しにくくなるため、貫通穴内面の最表面部に形成される金属シミダシ層の厚さは０．１〜５μｍと定めた。
なお、金属シミダシ層における軟質金属成分の表面占有率（面積率）および層厚は、主として、焼結用原料粉末の配合割合と焼結条件によって影響されるので、所定の焼結肌が得られるように配合割合、焼結条件を調整することが必要である。

また、貫通穴内面を主として焼結肌にて構成しようとした場合、焼結によって得られたインサートの逃げ面およびチップブレーカの表面にも自ずと金属シミダシ層が形成され、逃げ面の表面に形成された金属シミダシ層は被削材の仕上げ面精度の低下を招き、また、チップブレーカの表面に形成された金属シミダシ層は、やはり被削材の仕上げ面精度の低下や耐欠損性の劣化を招くことになるため、インサート表面（但し、貫通穴を除く）にウエットブラスト処理を施し、特に、逃げ面およびチップブレーカ表面に形成された金属シミダシ層を除去し、表面平滑化を図ると同時にインサートの少なくともすくい面の表面部に残留応力を付与することにより、仕上げ面精度の向上、耐欠損性の向上を図ることができる。

ウエットブラスト処理とは、すでによく知られているように、噴射研磨材を含有した液体（一般的には水）である研磨液を被処理物に噴射して、圧縮残留応力を付与したり、表面の研磨を行ったりする処理であるが、このようなウエットブラスト処理の噴射研磨材としては、硬質の微粒メディアであれば材質としてはアルミナ、炭化珪素、ジルコニア、樹脂系、ガラス系など種々使用可能であり、初期投入時の中心粒子径としては約１〜１００μｍ程度が望ましく、生産性と品質の両方を考慮すると約１０〜５０μｍ程度がより好ましい。また、噴射条件としては、例えばメディアとしてアルミナを使用する場合には液体（水）と混合した状態において１５〜６０重量％の範囲となるようにメディアを含有させて研磨液を調整し、ブラストガンに供給する圧縮空気の圧力すなわち噴射圧力を０．０５〜０．５ＭＰａ、好ましくは０．１〜０．３ＭＰａの範囲として噴射するのが望ましい。

インサートの逃げ面、チップブレーカの金属シミダシ層がウエットブラスト処理により除去されると、インサート表面は平滑化される場合が多い。
インサートの逃げ面の平滑化は、主に被削材の仕上げ精度の改善に寄与し、また、チップブレーカの表面粗さの低減は、主に被削材の仕上げ精度の改善や耐欠損性改善に寄与するが、特に、インサートの逃げ面、チップブレーカの表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａが０．２μｍを超える粗面になると低下傾向を示すようになるので、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下とする。
また、切削初期段階では、切刃先端のホーニング部が被削材の切削加工表面に接触して切削加工表面を形成し、その後、切れ刃の摩耗が発達してくると、切削加工表面に接触する領域は逃げ面側に移行するようになる。
したがって、ウエットブラスト処理を施した後、インサートの刃先先端部に湿式ブラシ等によるホーニング加工を施すことにより、刃先先端に形成されるホーニング部の表面粗さを他の部分より小さくする、好ましくは、Ｒａで０．１μｍ以下にすると、耐欠損性が更に改善され、切削初期段階での被削材に光沢のある良好な仕上げ面を形成することができる。

この発明においては、表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４（２００１）にしたがい、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで測定する。カットオフ値を０．０８ｍｍとしているのは、切削加工表面の品質に影響を与えるのは切削インサート表面のミクロな状態であって、焼結前の圧粉体の密度バラツキや焼結時に発生する焼結変形等に起因するインサート本体の焼結肌でのうねり現象（うねり成分）の影響を除去するためである。

本発明では、ウエットブラスト処理により、インサートの逃げ面およびチップブレーカ表面の金属シミダシ層除去と同時に、少なくともすくい面の表面部の硬質相に圧縮で４５０ＭＰａ以上の残留応力を付与するが、圧縮残留応力が４５０ＭＰａ未満の場合には、切削加工時に作用する高負荷に対する耐欠損性向上効果が少ないことから、耐欠損性を高めるため、インサート表面部の硬質相に付与する圧縮残留応力の値は４５０ＭＰａ以上、好ましくは６００ＭＰａ以上、と定める。

本発明でいう、インサートの逃げ面表面部の硬質相に付与する残留応力の値とは、（株）養賢堂発行の「残留応力のＸ線評価」（田中啓介、鈴木賢治、秋庭義明著）の第六章冒頭（Ｐ９９〜１０５）に記載される周知のsin²Ψ法を用いＸ線回折装置によって測定された値である。
さらに、sin²Ψ測定範囲に関しては、０〜０．５ないし０〜０．７５間で選択される範囲において等間隔に５ないし６点、並傾法にて展開し測定した。
測定に用いたＸ線回折装置はスペクトリス（株）製のＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ
Ｘ’ Ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＰＤで、Ｘ線源としてはＣｕＫα線を使用した。
残留応力測定にはＮａＣｌ型結晶構造を有する硬質相の（４２２）面の回折ヒ゜ークを用いた。
また、測定に用いた残留応力計算ソフトウエアはＸ’ Ｐｅｒｔ Ｈｉｇｈ Ｓｃｏｒｅ Ｐｌｕｓで、硬質相のヤング゛率として４７５ＧＰａ、ポアソン比として０．２００を使用し計算を実施した。

なお、インサート表面の処理手段としては、従来から、ショットピーニング（ショットブラスト）、ドライブラスト等も知られているが、比較的大きな鋼球やセラミックボールを使用するショットピーニング（ショットブラスト）は加工エネルギーが過大であるため、インサート表面、内面に粗大クラックが発生したり、また、研磨能力が低い処理であるため金属シミダシ層の十分な除去を行うことができない恐れがあり、また、二種の流体（粉流・気流）でインサート表面をブラストするドライブラストは、ウエットブラストに比べて加工エネルギーが小さいためやはり金属シミダシ層の十分な除去を行うことができず、また、表面平滑化、圧縮応力も十分でなく、噴射研磨材の処理表面への食い込み・残留も生じやすいため、金属シミダシ層の除去、表面平滑化、圧縮残留応力の付与の観点から、ウエットブラスト処理が最も好ましく、本発明によるウエットブラストによれば上記の各種弊害が生じることはない。

図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明におけるウエットブラスト処理の概略を説明する。
図３（ａ）において、インサート全体に金属シミダシ層が形成された焼結肌のままのＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを、軸線回りに回転可能な一対の回転軸により挟み込んで保持しつつ上記軸線回りに回転させながら、該回転軸の軸線方向に対して、４５度の噴射角を有する相対向する２本のブラストガンから上記インサートの表面に研磨液を噴射して1個ずつウエットブラスト処理を行うことにより、貫通穴を除くインサート全面を均一に処理することができる。この場合、インサートの貫通穴が存在する箇所は、一対の回転軸により挟み込まれた状態となるため、貫通穴内面は処理が行われず、したがって、貫通穴内面は、所定表面占有率（面積率）、所定層厚のＣｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層が形成された焼結肌が維持される。
一方、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面からは、ウエットブラスト処理により金属シミダシ層が除去され、同時に、平滑面が形成されるが、研磨液の種類、噴射圧等を調整することにより、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さがカットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下の平滑面を形成することができ、同時に、上記インサートの少なくともすくい面の表面部の硬質相には４５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができる。
本発明では、インサート表面（但し、貫通穴内面を除く）にウエットブラスト処理を施すことによって、インサート貫通穴内面に金属シミダシ層を形成したままで、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面から金属シミダシ層を除去し、表面を平滑化すると同時に、少なくともすくい面の表面部の硬質相に所定の圧縮残留応力を付与することができる。

図３（ｂ）に示すように、回転軸の軸線方向に対するブラストガンの噴射角θは、３０度以上６０度以下、好ましくは、４０度以上５０度以下、であれば、インサート全面（貫通穴の内面を除く）に対して均一なウエットブラスト処理を行うことができる。
また、図３（ｃ）に示すように、貫通穴内面および貫通穴周辺のすくい面が、より確実に、ウエットブラストを受けないようにするためには、インサートと、これを挟み込む回転軸との間に、マスキング部材を介在させればよく、これによって、マスキング部材でカバーされた領域（貫通穴内面および貫通穴周辺）を焼結肌のままに維持することができる。

本発明でいうインサートとしては、概略正方形、三角形、菱形、丸形等の略平板インサートのみならず、三角形等の溝入れあるいはねじ切りインサート、各種刃先交換式エンドミル用インサート、あるいは縦刃型インサートなどを用いることが可能であり、その形状は問わない。

本発明のＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートおよびその製造方法によれば、本発明のＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートは、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、およびすくい面にチップブレーカを備え、該貫通穴内面には所定表面占有率（面積率）、所定層厚のＣｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層が形成されたままの焼結肌が維持されているため、高負荷が作用する切削加工において、貫通穴内面のクランプ手段との接触面からの亀裂・破損の発生・進展が抑制され、一方、インサートの逃げ面およびチップブレーカには、ウエットブラスト処理が施され、逃げ面、チップブレーカ表面には、上記金属シミダシ層は存在せず、かつ、該逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下とされ、表面の平滑化が図られると同時に、少なくともすくい面の表面部の硬質相に圧縮残留応力が付与されることから、その結果として、優れた耐欠損性を発揮するとともに、すぐれた仕上げ面精度を長期の使用に亘って維持し得るようになる。

チップブレーカを有する切削インサートの模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図を示す。 工具本体へのＬ字形レバーを用いたインサートの取り付け形態を示す断面図である。 インサートに対するウエットブラスト処理の形態を示し、（ａ）は、インサートを挟み込む一対の回転軸の軸線方向に対して、４５度の噴射角を有する相対向する２本のブラストガンを配置し、インサートを、軸線回りに回転させてウエットブラスト処理を行う一つの形態を示し、（ｂ）は、ブラストガンと軸線のなす噴射角θを示し、（ｃ）は、インサートと、これを挟み込む回転軸との間に、マスキング部材を介在させて挟み込みウエットブラスト処理を行う他の形態を示す。

本発明を、実施例に基づいて以下に説明する。

下記の原料配合組成を有するＰ３０グレードＴｉＣＮ基サーメットの原料粉末をプレス成型した後、下記の条件で焼結し、焼結温度および窒素雰囲気圧力を調整することにより種々の厚さと表面占有率（面積率）を有するＣｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層を有するとともに、ＩＳＯ・ＤＮＭＧ１５０６１２に規定する形状・寸法を有するチップブレーカ並びに貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメットＡ〜Ｅを作製した。
表１に、このＴｉＣＮ基サーメットＡ〜Ｅの特性を示す。
ＴｉＣＮ基サーメットＡ〜Ｄの表面には、ＣｏおよびＮｉを主成分とする実質的に単一相の金属シミダシ層が、表１に示す層厚並びに表面占有率で生成していた。
原料配合組成：
いずれも０．５〜２ｍｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ粉末、ＷＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末を、それぞれ、４５ｗｔ％、２２ｗｔ％、３ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、５ｗｔ％となるように配合し、ボールミルにて２４時間湿式混合し、乾燥した。
焼結条件：
（１）常温から１２００℃までを、１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて１０℃／分の速度で昇温し、
（２）１３５０℃までの昇温を１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて、２．０℃／分の速度で昇温し、
（３）１３５０℃から所定の焼結温度（１５００℃）までの１．５℃／分の速度での昇温、並びに前記焼結温度に６０分間保持を１３３Ｐａの窒素雰囲気で行い、
（４）上記焼結温度から１２００℃まで１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて、０．５〜１０．０℃／分の速度で冷却し、
（５）１２００℃からの炉冷を９０ｋＰａ以下のＡｒ雰囲気中にて行った。
なお、切れ刃には、砥粒を含有したナイロンブラシを使用し、すくい面側から測定した幅が０．１１ｍｍ、かつ、逃げ面側から測定した幅が０．０６ｍｍのウォーターフォール型の曲面ホーニングを湿式処理で施した。

上記ＴｉＣＮ基サーメットＢ，Ｃ，Ｄに、中心粒子径４０μｍを有するアルミナを噴射研磨材とし、表２に示す噴射圧力で、図３（ａ）に示されるウエットブラスト処理装置を用いて、ウエットブラスト処理を施すことにより、本発明１〜５のインサートを製造した。
ウエットブラスト処理では、噴射研磨材のアルミナを水と混合し研磨液中の研磨材の含有量が３０重量％となるように噴射研磨液を調製した。
また、図３（ａ）に示されるウエットブラスト処理装置において、噴射角θは４５°一定とし、一対の回転軸で挟み込んで保持した部分を除いてインサート全面（但し、貫通穴内面を除く）が処理されるようウエットブラストを行い、一方、インサートの貫通穴内面にはウエットブラスト処理を施さず、金属シミダシ層が形成された焼結肌を維持したままである。

本発明１〜５のインサートの貫通穴内面と逃げ面およびチップブレーカの最表面に形成された金属シミダシ層について、該層の表面占有率（面積率）およびその層厚を電子顕微鏡を使用して測定した。
また、本発明１〜５のインサート表面部の硬質相の残留応力を、インサート逃げ面の平坦面で前述のＸ線回折装置により測定した。
さらに、本発明１〜５のインサートの逃げ面およびホーニング部の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４（２００１）にしたがい、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで測定した。
表２に、金属シミダシ層の表面占有率（面積率），その層厚、残留応力および表面粗さの測定値を示す。
なお、本発明１〜５のインサートでは、すくい面がブレーカを有した曲面となっているためにＸ線回折測定に必要な平坦面を確保できず、すくい面の残留応力を直接測定することはできないが、本実施例１では、ウエットブラスト処理時の噴射角を４５°として、基本的に逃げ面とすくい面に同様な作用が加わるように処理を行っているので、すくい面、特に逃げ面とほぼ直角に位置する切れ刃近傍のランド部分やブレーカ底部（すくい面では切れ刃に近いランド部分や凹状に湾曲した最も深いブレーカ底部の残留応力値が耐欠損性向上に重要である）の残留応力は、逃げ面で測定された残留応力と概略同等であると考えられることから、インサートの残留応力は、逃げ面について測定した残留応力で代表させることとする。
また、表面粗さについても、ウエットブラスト処理時の噴射角を４５°としたことから、すくい面（ブレーカ底）の表面粗さは逃げ面の表面粗さとほぼ同等の値を示したので、インサートの表面粗さは、逃げ面について測定した表面粗さで代表させることとする。

比較のために、ＴｉＣＮ基サーメットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅに対して、表２に示すような条件で処理することで、金属シミダシ層の表面占有率（面積率）、層厚、および硬質相の残留応力、表面粗さをそれぞれ変化させ、上記本発明１〜５のインサートと同様な組成・形状・寸法を有する比較例１〜５のインサートを製造した。
本発明１〜５と同様な測定方法で、（貫通穴内面の）金属シミダシ層の表面占有率（面積率）およびその層厚を測定し、また、インサート逃げ面の平坦面における残留応力をＸ線回折装置により測定し、また、インサートの逃げ面およびホーニング部の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４（２００１）にしたがい、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで測定した。
表２に、測定結果を示す。

表２によると、インサートの表面（逃げ面およびチップブレーカ）へのウエットブラストの噴射圧力を高めると、圧縮残留応力を増加させる効果があるが、噴射圧力が所定範囲以上に高くなると逆に表面粗さが大になり、若干平滑性が低下する傾向にあることがわかる。
また、ナイロンブラシによるホーニングを施したホーニング部の表面粗さは０．０５μｍ、または、０．０６μｍと滑らかであるが、この表面に、本発明条件のウエットブラスト処理を施すとやはり逆に表面粗さが大になり、平滑性が低下することが分かる。
本発明では、貫通穴内面には所定の厚さの金属シミダシ層を有し、また、ウエットブラスト処理によりインサート表面の粗さも改善され、さらに、高い圧縮残留応力が付与されている。また、焼結後のインサート表面の粗さがもともと小さいＴｉＣＮ基サーメットＤを使用した本発明５のウエットブラスト処理後の表面粗さは、当然のことながら大きくは改善されていない。
比較例１は、金属シミダシ層が７〜９μｍと厚い層厚のＴｉＣＮ基サーメットＡにウエットブラスト処理を行ったため、逃げ面およびチップブレーカ表面の金属シミダシ層を完全に除去するために、０．５ＭＰａの噴射圧力を必要とした。その結果、表面粗さの観点からみると過処理となったため、逃げ面やホーニング部の表面粗さが０．２μｍを超える粗面となった。
比較例４は、本発明４と同様の工程で作製された後に、貫通穴内面の金属シミダシ層を除去するために、貫通穴内面だけを改めて別のインサート保持方法によりウエットブラスト処理を行ったものである。

つぎに、上記の各種切削インサートを、いずれもバイトの先端部に図２に示されるＬ字形レバーにて固定した状態で、以下に示す条件により切削試験を行った。
《切削試験１》湿式断続の高送りかつ高切り込み切削
被削材；ＪＩＳ−Ｓ５５Ｃの溝入り丸棒（溝は長手方向に４溝）
切削速度；１６０ｍ／ｍｉｎ．
送り；０．６ｍｍ／ｒｅｖ．
切り込み；５ｍｍ
上記切削試験１における切れ刃交換までの実切削時間を評価した。
表３に、切れ刃交換までの実切削時間とともに、切れ刃交換の理由並びに切れ刃交換時の切削加工表面の状況を示す。
なお、切れ刃交換までの時間は、使用切れ刃にチッピングや欠損等が発生するか、Ｌ字形レバーと接触する貫通穴内面から大破するなど、実切削を継続することが不能となるまでの時間とし、また、正常な切削が維持されている場合は、逃げ面摩耗幅が０．４ｍｍに達するまでの時間とした。

表３によれば、本発明１〜５は、貫通穴内面に所定厚さと所定表面占有率の金属シミダシ層を有しているため、湿式断続の高送りかつ高切り込みの高負荷切削を行ってもＬ字形レバーと接触する貫通穴内面から大破することもなく、また逃げ面やチップブレーカから金属シミダシ層も除去され表面粗さも改善されており、さらに、高い圧縮残留応力も付与されているため、使用切れ刃も長寿命を示す結果となった。さらに、切れ刃の表面粗さが改善されていることから、切れ刃交換直前まで、光沢のある良好な仕上げ面を示した。
これに対して、焼結後にインサートの全周面に７〜９μｍの厚い金属シミダシ層を生成した比較例１では、金属シミダシ層直下の金属結合相の貧化の程度が大きいことと、さらにインサートの表面粗さが十分改善されていないことの理由によると考えられるが、ウエットブラストで７００ＭＰａを超える大きい圧縮残留応力が付与されているにもかかわらず比較的短時間で欠損を生じた。また、インサートの表面粗さが十分改善されていないために、仕上げ面は切削開始時より光沢のない白濁仕上げ面を示しており、切れ刃交換の判断基準に切削加工表面の評価も入れると、切削開始直後に切削を終了しなければならない状況である。
逃げ面およびチップブレーカの金属シミダシ層が除去されていない比較例２，３では、この切れ刃の金属シミダシ層に被削材や切りくずの溶着が発生しやすく仕上げ面が切削初期段階より白濁を示した。また、この切りくずの溶着現象の発生とインサート切れ刃の表面粗さや圧縮残留応力が十分でないことにより、やはり短時間で使用切れ刃に欠損を生じた。
貫通穴内部に金属シミダシ層のない比較例４，５は、切削初期にＬ字形レバーと接触する貫通穴内面から大破した。このため、継続する切削がある場合は、他の切れ刃に交換することができなく、インサートそのものを交換する必要がある。

下記の原料配合組成を有するＰ２０グレードＴｉＣＮ基サーメットの原料粉末をプレス成型した後、下記の条件で焼結し、ＩＳＯ・ＣＣＭＴ１２０４０８に規定する形状・寸法を有する貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメットＦ〜Ｈを作製した。表４に、このＴｉＣＮ基サーメットＦ〜Ｈの特性を示す。
ＴｉＣＮ基サーメットＦ，Ｇの表面には、表４に示す層厚並びに表面占有率を有するＣｏおよびＮｉを主成分とする実質的に単一相の金属シミダシ層が生成していた。
原料配合組成：
いずれも０．５〜２ｍｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ粉末、ＷＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｍｏ_２Ｃ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末を、それぞれ、５０ｗｔ％、１５ｗｔ％、３ｗｔ％、６ｗｔ％、１０ｗｔ％、８ｗｔ％、８ｗｔ％となるように配合し、ボールミルにて２４時間湿式混合し、乾燥した。
焼結条件：
（１）常温から１２００℃までを、１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて、１０℃／分の速度で昇温し、
（２）１３５０℃までの昇温を１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて、２．０℃／分の速度で昇温し、
（３）１３５０℃から所定の焼結温度（１５５０℃）まで１．５℃／分の速度で昇温、並びに前記焼結温度に６０分間保持を２００Ｐａの窒素雰囲気で行い、
（４）上記焼結温度から１２００℃まで１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて、２．０〜１０．０℃／分の速度で冷却し、
（５）１２００℃からの炉冷を９０ｋＰａ以下のＡｒ雰囲気中にて行った。

これらのＴｉＣＮ基サーメットＦ〜Ｈに、実施例１と同様のブラシホーニング処理及びウエットブラストを、表５に示す工程順序、処理条件で施すことにより、本発明６〜９および比較例６〜８を作製した。
なお、ブラシホーニングによるホーニング形状は、半径０．０６ｍｍの丸ホーニングとした。
また、ウエットブラスト処理は、実施例１と同様に、図３（ａ）に示される装置を用い（但し、ブラストガンは、切れ刃に対抗する１本のみを使用した）、貫通穴内面を除く少なくともインサートの逃げ面およびチップブレーカ表面を処理した。したがって、インサートの貫通穴内面にはウエットブラスト処理は施されておらず、金属シミダシ層が形成された焼結肌を維持したままである。
なお、インサートの逃げ角が７度であることから、噴射角を４５度とすると、逃げ面、すくい面それぞれの噴射の角度が異なることになり、すくい面の噴射の角度がより直角に近いものとなることによって、すくい面には、逃げ面で測定した残留応力と同等以上の圧縮残留応力が付与されているものと考えられる。

本発明６〜９のインサートおよび比較例６〜８について、電子顕微鏡を使用して貫通穴内面と逃げ面およびチップブレーカの最表面に形成された金属シミダシ層の厚さ、該層の表面占有率（面積率）を測定した。
また、本発明６〜９のインサートおよび比較例６〜８について、インサート表面部の硬質相の残留応力を、インサート逃げ面の平坦面でＸ線回折装置により測定した。
さらに、本発明６〜９のインサートおよび比較例６〜８について、逃げ面およびホーニング部の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４（２００１）にしたがい、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで測定した。
表５に、金属シミダシ層の表面占有率（面積率），その層厚、残留応力および表面粗さの測定値を示す。

比較のために、ＴｉＣＮ基サーメットＦ，Ｇ，Ｈに対して、表５に示すような条件で処理することで、金属シミダシ層の表面占有率（面積率）、層厚、および硬質相の残留応力、表面粗さを変化させたインサート（比較例６〜８）を製造した。
本発明６〜９と同様な方法で、（貫通穴内面）の金属シミダシ層の表面占有率（面積率）およびその層厚を測定し、また、インサート逃げ面の表面部の硬質相の残留応力、インサートの逃げ面およびホーニング部の表面粗さを測定した。
表５に、測定結果を示す。

つぎに、上記の各種切削インサートを、いずれもバイトの先端部にねじにて固定した状態で、以下に示す条件により切削試験を行った。
《切削試験２》湿式断続切削
被削材；ＪＩＳ−ＳＮＣＭ４３９の溝入り丸棒（溝は長手方向に６溝）
切削速度；１３０ｍ／ｍｉｎ、
送り；０．５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み；４ｍｍ
上記切削試験２における切れ刃交換までの実切削時間を評価した。
表６に、切れ刃交換までの実切削時間とともに、切れ刃交換の理由を示す。
なお、切れ刃交換までの時間は、使用切れ刃にチッピングや欠損等が発生するか、クランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破するなど、実切削を継続することが不能となるまでの時間とし、また、正常な切削が維持されている場合は、逃げ面摩耗幅が０．４ｍｍに達するまでの時間とした。
《切削試験３》湿式連続切削
被削材；ＪＩＳ−ＳＵＪ２の丸棒
切削速度；３２０ｍ／ｍｉｎ、
送り；０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み；２ｍｍ
上記切削試験３における、切削時間０．２分後の切削開始時点の切削加工表面の観察を行った。
表６に、上記切削試験３，４における切削試験結果を示す。

表６によれば、本発明６〜９は、貫通穴内面に所定厚さと所定表面占有率の金属シミダシ層を有しているため、湿式断続の高負荷切削を行ってもクランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破することもなく、また逃げ面やチップブレーカから金属シミダシ層も除去され表面粗さも改善されており、さらに、高い圧縮残留応力も付与されているため、使用切れ刃も長寿命を示す結果となった。
また、本発明６，７に比較し、ホーニング部の表面粗さをさらに改善した本発明８，９は、切れ刃交換までの実切削時間も長く、さらに良好な仕上げ面を得ることが難しいＳＵＪ２の切削でも、光沢のある良好な仕上げ面を示す結果となった。
これに対して、逃げ面およびチップブレーカの金属シミダシ層が除去されていない比較例６では、この切れ刃の金属シミダシ層に被削材や切りくずの溶着が発生しやすく仕上げ面が毛羽立ち白濁を示した。また、この切りくずの溶着現象の発生とさらにインサート切れ刃の表面粗さや圧縮残留応力が十分でないことにより、やはり短時間で使用切れ刃に欠損を生じた。
貫通穴内部に金属シミダシ層が生成しているものの、その表面占有率が５６面積％しかない比較例７は、同一工程順序、処理条件で製造された、しかし、貫通穴内部の金属シミダシ層の表面占有率６３面積％を有する本発明９と比較して、クランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破し、短寿命を示した。
貫通穴内部に金属シミダシ層のない比較例８は、切削初期にクランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破した。このため、比較例７，８では、継続する切削がある場合は、他の切れ刃に交換することができなく、インサートそのものを交換する必要がある。

表１〜６に示される結果から、本発明のＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートおよびその製造方法によれば、工具本体へのインサート取り付け用貫通穴の内面の最表面部には、所定の表面占有率（面積率）を有し、所定層厚の金属シミダシ層が形成されているため、これに接触するクランプ手段との接触面における亀裂・破損の発生を防止し得るとともに、また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下であり、さらに、表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で４５０ＭＰａ以上であることから、高負荷が作用する切削加工において優れた耐欠損性、仕上げ面精度を示し、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が可能である。
これに対して、工具本体へのインサート取り付け用貫通穴の内面の最表面部に、所定の表面占有率（面積率）、層厚の金属シミダシ層が形成されていない比較例のインサートでは、高負荷条件の切削加工においては、切削初期にクランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破し、他の切れ刃に交換することができなくなって、インサートそのものが短時間で寿命となってしまった。

本発明によれば、切刃に対して高負荷が作用する切削条件下で、優れた耐欠損性を備え、かつ、仕上げ面精度の優れた切削加工表面の形成を可能とするＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを提供することができるばかりか、このインサートを通常条件の切削加工に適用した場合にも、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削加工の省エネ化、低コスト化に十分満足に対応することができるものである。

Claims (11)

1. 工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部およびすくい面を備える炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、すくい面にチップブレーカを備えるとともに上記貫通穴が主として焼結肌で構成され、その貫通穴内面の最表面部にはＣｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が０．１μｍ以上５μｍ以下の層厚かつ６０面積％以上の表面占有率で形成されており、一方、逃げ面およびチップブレーカの表面には上記金属シミダシ層が存在せず、かつ、該逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下であることを特徴とする炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
2. 貫通穴内面の金属シミダシ層の表面占有率が８０面積％以上である請求項１に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
3. 上記インサートの少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で４５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
4. 上記インサートの少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で６００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項３に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
5. 上記インサートの刃先先端のホーニング部の表面粗さが、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さより小さく形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
6. 上記ホーニング部の表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．１μm以下である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
7. 工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、およびすくい面にチップブレーカを備える炭窒化チタン基サーメット製切削インサートを製造する方法において、上記インサートの表面に、Ｃｏ、Ｎｉの１種または２種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層を形成し、次いで、上記インサートを軸線回りに回転可能な一対の回転軸により挟み込んで保持しつつ上記軸線回りに回転させながら、少なくとも一つ以上のブラストガンにより研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施すことにより、上記貫通穴内面の表面部には金属シミダシ層を形成させたまま、上記逃げ面およびチップブレーカの表面から上記金属シミダシ層を除去し、上記逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下とし、かつ、少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力を圧縮で４５０ＭＰａ以上とすることを特徴とする炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
8. 上記インサートを回転可能に挟み込む上記回転軸の軸線方向に対して、３０度以上６０度以下の噴射角で、ブラストガンから研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施す請求項７に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
9. 上記噴射角が４０度以上５０度以下である請求項８に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
10. 上記インサートにウエットブラスト処理を施した後、上記インサートの刃先先端部にホーニング加工を施す請求項７乃至９のいずれか一項に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。
11. 上記ホーニング加工を、湿式ブラシホーニングで施す請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。

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