JP2012228751A - Cutting insert made of surface-coated titanium carbonitride based cermet, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
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、とりわけTiCN基サーメットからなるインサート基体に物理蒸着法(PVD法)により硬質被覆層を被覆形成した表面被覆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、特に工具本体への取り付け用貫通穴を有しており、負荷の高い切削においても異常損傷が少なく、良好な仕上げ面精度が得られる表面被覆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る。 The present invention is a titanium carbonitride-based (TiCN-based) cermet cutting insert that is attached to various types of insert detachable tools and used for cutting, and in particular, an insert substrate made of TiCN-based cermet is hardened by physical vapor deposition (PVD method). The present invention relates to a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert having a coating layer formed thereon and a method for manufacturing the same, and has a through-hole for mounting to a tool body in particular, and is excellent in that there is little abnormal damage even in high-load cutting TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert capable of obtaining a finished surface accuracy and a method for producing the same.
従来から、Tiの炭化物もしくは窒化物または炭窒化物を主成分とし、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素の炭化物もしくは窒化物または炭窒化物の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TiCN基サーメット製切削インサートは、通常は例えば多角形平板状のインサート本体のすくい面と逃げ面との交差稜線部に切れ刃部を形成し、かつ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、すくい面にチップブレーカを形成したものが一般的である。またこのような切削インサートには、通常はその盤面を貫通する取り付け用貫通穴が形成されていて、後に改めて説明する図4の(a)あるいは図4の(b)に示すように、その取り付け用貫通穴に工具本体取り付け手段(支持具)、例えばL字形レバー、ねじ、偏心ピンなどを挿入し、工具本体に取り付けられるように構成されている。
Conventionally, Ti carbide or nitride or carbonitride is the main component, and one or more of carbides or nitrides or carbonitrides of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements in the periodic table of elements A TiCN-based cermet cutting insert made of a hard phase contained and a metal bonded phase mainly composed of one or two of Ni and Co is widely known (
さらに、従来のTiCN基サーメット製切削インサートの耐熱性、耐摩耗性、靭性を改善するために、インサート表面の焼き肌面の最大表面粗さを3.5μm以下に低減することも知られている(特許文献3)。 Furthermore, in order to improve the heat resistance, wear resistance, and toughness of conventional TiCN-based cermet cutting inserts, it is also known to reduce the maximum surface roughness of the burned surface of the insert surface to 3.5 μm or less. (Patent Document 3).
一方、前述のようなTiCN基サーメットからなる切削インサート基体の表面に、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の一層または2層以上からなる硬質被覆層を、物理蒸着法(PVD法)によって被覆形成した、表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートも知られている。この種の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートに関しての従来技術としては、TiCN基サーメットに限らず炭化タングステン基(WC基)超硬合金を含む技術ではあるが、例えば特許文献4に示されているものがある。 On the other hand, the surface of the cutting insert base made of TiCN-based cermet as described above is selected from IVa group element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table. A hard coating layer composed of one or more compounds composed of at least one element and at least one element selected from carbon, nitrogen, oxygen, and boron is coated by a physical vapor deposition method (PVD method). Surface-coated TiCN-based cermet cutting inserts formed are also known. For example, this type of surface-coated TiCN-based cermet cutting inserts are not limited to TiCN-based cermets but include tungsten carbide-based (WC-based) cemented carbides. There is something.
上述のような表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートは、TiCN基サーメット製の切削インサート基体の表面に、適切な硬質材料からなる硬質被覆層を被覆形成することによって、硬質被覆層が存在しない場合と比較して耐磨耗性が向上することが知られている。そしてさらに表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートの耐摩耗性を向上させることを目的として、例えば前記特許文献4の提案では、TiCN基サーメット製切削インサートの表面に、ほぼ球状の鋼、鋳造粒子、重金属粉、ガラス、コランダム、硬金属粒子、耐破壊性セラミックなどを圧縮空気により投射して、いわゆる乾式ブラスト処理を施すことにより、切削インサート上にPVD法により被覆形成される硬質被覆層内に生じる残留応力と同程度の残留応力を、切削インサートの表面近傍に付与することが提案されており、このような特許文献4の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートでは、切削インサートと硬質被覆層との間の残留応力差が小さくなることによって、従来の被覆インサートよりもさらに耐摩耗性が向上するとされている。 The surface-coated TiCN-based cermet cutting insert as described above has a case where a hard coating layer does not exist by coating a hard coating layer made of a suitable hard material on the surface of a cutting insert base made of TiCN-based cermet. It is known that the wear resistance is improved in comparison. Further, for the purpose of improving the wear resistance of the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert, for example, in the proposal of Patent Document 4, for example, the surface of the TiCN-based cermet cutting insert has substantially spherical steel, cast particles, heavy metal. Residue generated in hard coating layer formed by PVD method on cutting insert by projecting powder, glass, corundum, hard metal particles, fracture resistant ceramic, etc. with compressed air and applying so-called dry blast treatment It has been proposed to apply a residual stress similar to the stress in the vicinity of the surface of the cutting insert. In such a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of Patent Document 4, there is a gap between the cutting insert and the hard coating layer. By reducing the residual stress difference, the wear resistance is further improved compared to conventional coated inserts. It has been to the top.
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れば、耐欠損性が低い工具材料であるとされており、そのため切れ刃部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。
ここで、軽負荷の通常条件の切削加工に用いるTiCN基サーメット製インサートとしては、その表面粗さを低減し、平滑な面とすることにより、耐欠損性が改善され、同時に仕上げ面精度も向上するようになり、例えばインサート表面の平滑化手段としてウエットブラスト処理を施し、インサートの表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下の平滑な面とした場合には、耐欠損性が改善され、また被削材の仕上げ面精度も向上し、光沢ある切削加工表面を形成することができるようになり、さらに、ウエットブラスト処理を施す際に、インサート表面を平滑化すると同時に、インサート表面に所定の圧縮残留応力を付与することによって、より耐欠損性が向上することを本発明者等は知見している。そしてこのような傾向は、TiCN基サーメットをインサート基体とし、その表面を、PVD法により硬質被覆層で被覆した場合にも同様であることが確認されている。
TiCN-based cermet cutting inserts are considered to be tool materials with low fracture resistance compared to tungsten carbide-based (WC-based) cemented carbide cutting inserts. Therefore, it was often used under light load cutting conditions.
Here, as a TiCN-based cermet insert used for cutting under normal conditions of light load, by reducing the surface roughness and making it a smooth surface, the fracture resistance is improved and the finished surface accuracy is also improved. For example, when wet blasting is performed as a means for smoothing the insert surface, the surface roughness of the insert is a smooth surface with an arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm. Has improved fracture resistance, improved the finished surface accuracy of the work material, and is able to form a glossy cutting surface.In addition, when performing wet blasting, the insert surface is The present inventors have found that the chipping resistance is further improved by applying a predetermined compressive residual stress to the insert surface simultaneously with smoothing. Such a tendency has been confirmed to be the same when TiCN-based cermet is used as an insert base and the surface thereof is covered with a hard coating layer by the PVD method.
しかしながら、近年、切削加工の分野では、高能率加工が求められており、切削時の切れ刃部に対する負荷は、ますます高くなる傾向にある。例えば図4の(a)に示されるようなL字形レバー、あるいは図4の(b)に示されるねじなどの支持具によって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れ刃部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、切れ刃部からの欠損発生に加え、支持具と接触するインサート貫通穴内面の表面から亀裂や破損が生じ、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部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となる。このような問題は、例えば前記特許文献3に示されるようなTiCN基サーメット製切削インサートでも避け得ず、また前述のようにウエットブラスト処理を施すことによって表面粗さを低減したTiCNインサートであっても、確実かつ十分には解消し得なかったのである。さらにこのような問題は、TiCN基サーメットをインサート基体として、その表面にPVD法により硬質被覆層を被覆形成してなる従来の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサート、例えば前記特許文献4のインサートにおいても、同様に発生していた。
However, in recent years, high-efficiency machining has been demanded in the field of cutting, and the load on the cutting edge during cutting tends to be higher. For example, a TiCN-based cermet cutting insert attached to the tool body with a support such as an L-shaped lever as shown in FIG. 4A or a screw as shown in FIG. When used under cutting conditions where a high load is applied to the cutting edge such as the above, in addition to generation of defects from the cutting edge, cracks and breakage from the surface of the inner surface of the insert through hole that contacts the support At present, the service life is reached in a relatively short time. And when damage from the inner surface of the through hole occurs, it becomes impossible to replace the same insert with another cutting edge, which is a fatal problem as a detachable insert. Such a problem is unavoidable even with a TiCN-based cermet cutting insert as shown in
以上のように、従来は、高負荷切削条件下において支持具と接触するインサート貫通穴内面の表面からの亀裂や破損の発生については、特に考慮されておらず、そのため上述のような問題の発生を回避し得なかったのが実情である。
したがって本発明は、表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートを、切れ刃部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、貫通穴内面からの亀裂や破損の発生、進展を抑制して、耐欠損性を確実かつ十分に向上させ、これにより長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮し得る表面被覆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課題としている。
As described above, conventionally, no particular consideration has been given to the occurrence of cracks or breakage from the inner surface of the insert through hole that comes into contact with the support tool under high-load cutting conditions. It is the actual situation that could not be avoided.
Therefore, the present invention suppresses the occurrence and development of cracks and breakage from the inner surface of the through hole even when the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert is used under cutting conditions in which a high load acts on the cutting edge. It is an object of the present invention to provide a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert that can reliably and sufficiently improve fracture resistance, and thereby exhibit excellent cutting performance over a long period of use, and a method for manufacturing the same. .
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たTiCN基サーメット製のインサート基体の表面に、PVD法により硬質被覆層を形成してなる表面被覆TiCN基サーメット製切削インサート(以下、表面被覆TiCNインサートという)において、ねじ、L字形レバー、偏心ピン等の支持具と接触する取り付け用貫通穴内面(支持具接触面)の状態と表面被覆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、取り付け用貫通穴における支持具接触面については、PVD法による硬質被覆層で被覆せず、しかも適切な表面粗さの粗面としておくことによって、高負荷が作用する切削条件においても、貫通穴の支持具接触面からの亀裂・破損の発生、進展を抑制することができ、その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。 The inventors have made a hard coating layer on the surface of an insert substrate made of TiCN-based cermet having a chip breaker on a through hole for mounting to a tool body, a flank surface, a honing part, a rake face, and a rake face by a PVD method. In a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert (hereinafter referred to as a surface-coated TiCN insert) formed by forming an inner surface of a mounting through-hole (support tool contact surface) that comes into contact with a support tool such as a screw, L-shaped lever, or eccentric pin As a result of studying the relation between the state of the surface and the force for holding the surface-coated TiCN insert to the tool body, the support contact surface in the mounting through-hole is not covered with the hard coating layer by the PVD method, and an appropriate surface roughness is obtained. By using a rough surface, cracks and damage from the support contact surface of the through hole even under cutting conditions with high loads Generating progress can suppress, therefore exhibits excellent cutting performance over a long period of use, it was found that attained the life extension of the tool life.
すなわち、断続切削やフライス加工等のごとく、インサートに対して極めて高い負荷が加わる切削条件下では、切れ刃部に絶え間ない変動負荷が作用することによって、工具本体に保持されたインサートに異常な微小振動が発生し、耐欠損性や被削材の仕上げ面精度に悪影響を及ぼし、より振動が大きい場合には、インサートの取り付け用貫通穴の支持具接触面から亀裂、破損を発生することを本発明者らは確認している。そしてこのようなインサートの異常な微小振動は、L字レバーやねじ等の工具本体との取り付け手段、すなわち支持具と、その支持具が接しているインサート貫通穴内面との間の摩擦力が低いことによるインサートの滑りが原因となって発生している可能性がある、と考えられ、それに基づいて、その解決手段を検討した結果、表面被覆TiCNインサートにおける取り付け用貫通穴内面、特に工具本体に対する取り付け手段(支持具)に接する面(支持具接触面)を、硬質被覆層で被覆されていない状態とし、かつその支持具接触面の表面粗さを、所定値以上の粗面(具体的には、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面)とすれば、前記支持具の表面とこれに接触する貫通穴の支持具接触面との間の摩擦力が増大し、高負荷が作用する切削条件においても、表面被覆TiCNインサートが工具本体に強固かつ確実に保持されて、表面被覆TiCNインサートに異常な微小振動が発生することが防止され、その結果、取り付け用貫通穴の支持具接触面からの亀裂、破損の発生、進展を抑制して、欠損発生を抑制し得るとともに、高仕上げ面精度の加工面を形成することができることを見出し、本発明をなすに至ったのである。 In other words, under cutting conditions in which an extremely high load is applied to the insert, such as intermittent cutting or milling, an unusually small load is applied to the insert held by the tool body due to the continuous variable load acting on the cutting edge. When vibration occurs, it has an adverse effect on the fracture resistance and the finished surface accuracy of the work material, and if the vibration is larger, cracks and breakage may occur from the support contact surface of the through hole for mounting the insert. The inventors have confirmed. Such abnormal micro vibrations of the insert have a low frictional force between the attachment means with the tool body such as an L-shaped lever or a screw, that is, the support and the inner surface of the insert through hole with which the support is in contact. As a result of studying the solution based on this, it is considered that there is a possibility that the insert slips due to the slippage of the insert. The surface (support device contact surface) in contact with the attachment means (support device) is not covered with the hard coating layer, and the surface roughness of the support device contact surface is a rough surface (specifically, a predetermined value or more). Is a rough surface exceeding 0.2 μm in arithmetic mean roughness Ra at a cut-off value of 0.08 mm), between the surface of the support and the support contact surface of the through hole that contacts the support surface. Even under cutting conditions where the frictional force increases and a high load acts, the surface-coated TiCN insert is firmly and securely held on the tool body, and abnormal micro-vibration is prevented from being generated in the surface-coated TiCN insert. As a result, it has been found that cracks, breakage, and progress from the support contact surface of the mounting through-hole can be suppressed, and the occurrence of defects can be suppressed, and a machined surface with high finished surface accuracy can be formed. Invented the invention.
したがって本発明の基本的な形態(第1の形態)による表面被覆炭窒化チタン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、ホーニング部およびすくい面を備え、かつ前記すくい面に、プレス成形時にその金型形状を転写することにより形成されたチップブレーカを有する炭窒化チタン基サーメットからなる焼結体で構成されたインサート基体を、物理蒸着法(PVD法)によって硬質被覆層により被覆してなる表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて;
前記取り付け用貫通穴の内面のうち、少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面は、前記硬質被覆層により覆われていない面で構成され、かつその支持具接触面は、その表面面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗さとされ、かつ前記インサート基体における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、しかも前記インサート基体における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ものである。
Accordingly, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the basic form (first form) of the present invention includes a through hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and the rake. Hardly coated with a physical vapor deposition method (PVD method) on the surface of an insert substrate made of a titanium carbonitride-based cermet having a chip breaker formed by transferring the mold shape during press molding In a surface-coated titanium carbonitride based cermet cutting insert coated with a layer;
Of the inner surface of the mounting through-hole, at least a support tool contact surface that comes into contact with a support tool as means for attaching to the tool body is configured by a surface that is not covered by the hard coating layer, and the support tool contact surface is The surface roughness of the surface of the insert base is more than 0.2 μm as the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. The arithmetic average roughness Ra at 0.08 mm is 0.2 μm or less, and the residual stress of the hard phase at least on the surface portion of the rake face in the insert substrate is 450 MPa or more in compression.
また本発明の第2の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記貫通穴の少なくとも支持具接触面は焼結肌で構成され、かつその支持具接触面の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.3μm以上とされていることを特徴とするものである。 The surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the second aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the first aspect, wherein at least the support contact surface of the through hole is baked. The surface roughness of the contact surface of the support member is set to 0.3 μm or more in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm.
さらに本発明の第3の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1の形態もしくは第2の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体における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ものである。 Furthermore, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the third aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the first or second mode, wherein at least the rake in the insert substrate is used. The residual stress of the hard phase in the surface portion of the surface is 600 MPa or more in compression.
そしてまた本発明の第4の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1〜第3の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体における刃先先端のホーニング部の表面粗さが、インサート基体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ものである。 And the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fourth embodiment of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to any one of the first to third embodiments, The surface roughness of the honing part at the tip of the cutting edge in the insert base is formed smaller than the flank of the insert base and the surface roughness of the chip breaker.
また本発明の第5の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1〜第4の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体における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以下であることを特徴とするものである。 The surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fifth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to any one of the first to fourth embodiments, The surface roughness of the honing part in the insert substrate is characterized by an arithmetic average roughness Ra of 0.1 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm.
さらに本発明の第6の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1〜第5の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層が、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなるものであることを特徴とするものである。 Furthermore, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixth embodiment of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to any one of the first to fifth embodiments, The hard coating layer is composed of at least one element selected from the group IVa element, group Va element, group VIa element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table, and carbon, nitrogen, oxygen, It is characterized by comprising one layer or two or more layers of a compound comprising at least one element selected from boron.
また本発明の第7の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第6の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層のうち、少なくとも1層は、TiAlN層によって構成されていることを特徴とするものである。 The surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventh aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixth aspect, wherein at least one of the hard coating layers is , TiAlN layer is used.
また本発明の第8の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第6の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層が、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなり、かつその硬質被覆層の総膜厚が0.5〜15μmであることを特徴とするものである。 The surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eighth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixth aspect, wherein the hard coating layer is Ti carbide, nitrided It consists of one layer or two or more layers selected from the above-mentioned materials and carbonitrides, and the total film thickness of the hard coating layer is 0.5 to 15 μm.
また本発明の第9の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第8の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層として、インサート基体の側から、膜厚0.1〜1.0μmのTiN層、膜厚0.5〜5.0μmのTiCN層、および膜厚0.1〜1.0μmのTiN層がその順に被覆形成されていることを特徴とするものである。 Further, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the ninth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eighth embodiment as the hard coating layer from the insert base side. A TiN layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm, a TiCN layer having a thickness of 0.5 to 5.0 μm, and a TiN layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm are sequentially coated. It is a feature.
さらに本発明の第10〜第19の形態は、表面被覆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についてのものである。
すなわち先ず本発明の第10の形態による表面被覆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すくい面を備え、かつ前記すくい面に、プレス成形時にその金型形状を転写することにより形成されたチップブレーカを有する炭窒化チタン基サーメットからなる焼結体で構成されたインサート基体を、物理蒸着法によって硬質被覆層により被覆してなる表面被覆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において;
焼結法によって、前記取り付け用貫通穴における少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面の表面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を超える粗さとなっているインサート基体を製造するインサート基体製造工程と、
前記インサート基体の表面のうち、少なくとも前記支持具接触面を除く領域内にウエットブラスト処理を施すことにより、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以上とするウエットブラスト工程と、
前記ウエットブラスト工程の後、インサート基体の表面のうち、少なくとも前記支持具接触面を除く領域に、物理蒸着法によって硬質被覆層を形成する被覆工程、
とを有してなることを特徴とするものである。
Furthermore, the tenth to nineteenth aspects of the present invention relate to a method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert.
That is, first, the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the tenth embodiment of the present invention,
Titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and having a chip breaker formed by transferring the mold shape to the rake face during press molding In a method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating an insert base composed of a sintered body with a hard coating layer by physical vapor deposition;
By the sintering method, the surface roughness of the support contact surface contacting at least the support as the means for attaching to the tool body in the mounting through hole is 0.2 μm in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. An insert substrate manufacturing process for manufacturing an insert substrate having a roughness exceeding
By performing wet blasting in at least the region of the surface of the insert base body excluding the contact surface of the support, the surface roughness of the flank and the chip breaker is set to an arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. And a wet blasting process in which the residual stress of the hard phase of the surface portion of the rake face is at least 450 MPa by compression,
After the wet blasting step, a coating step of forming a hard coating layer by a physical vapor deposition method in a region excluding at least the support contact surface of the surface of the insert substrate,
It is characterized by having.
そしてまた本発明の第11の形態による表面被覆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は、前記第10の形態の表面被覆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において、前記ウエットブラスト工程で、前記インサート基体を、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、前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から研磨液を噴射して、少なくとも前記支持具接触面を除くインサート基体表面に、ウエットブラスト処理を施すことを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eleventh aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the tenth aspect, wherein the wet blasting step is performed. Then, while holding the insert substrate sandwiched between a pair of rotating shafts rotatable around an axis, and rotating around the axis, the polishing liquid is sprayed from at least one blast gun, and at least the support is supported. The insert base surface excluding the tool contact surface is subjected to wet blasting.
そしてまた本発明の第12の形態による表面被覆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は、前記第11の形態の表面被覆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において、前記ウエットブラスト工程で、前記インサート基体を、回転可能に挟み込む前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ことを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the twelfth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eleventh aspect. Then, a wet blasting process is performed by injecting a polishing liquid from a blast gun at an injection angle of 30 degrees or more and 60 degrees or less with respect to an axial direction of the rotating shaft sandwiching the insert base body rotatably. Is.
そしてまた本発明の第13の形態による表面被覆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は、前記第12の形態の表面被覆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において、前記ウエットブラスト工程で、前記噴射角を40度以上50度以下とすることを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the thirteenth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the twelfth aspect, wherein the wet blasting step is performed. And the said injection angle shall be 40 to 50 degree | times, It is characterized by the above-mentioned.
そしてまた本発明の第14の形態による表面被覆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は、前記第10〜第13の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆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において、前記ウエットブラスト工程の終了後、前記被覆工程の前の段階で、インサート基体の切れ刃部の表面にホーニング加工を施すことを特徴とするものである。 And the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fourteenth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting according to any one of the tenth to thirteenth aspects. In the insert manufacturing method, honing is performed on the surface of the cutting edge portion of the insert base body at the stage before the covering step after the wet blasting step.
そしてまた本発明の第15の形態による表面被覆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は、前記第14の形態の表面被覆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において、前記ホーニング加工を、湿式ブラシホーニングにより施して、インサート基体の切れ刃部の表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.1μm以下とすることを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fifteenth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fourteenth aspect, wherein the honing is performed. The surface roughness of the cutting edge of the insert substrate is 0.1 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm.
そしてまた本発明の第16の形態による表面被覆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は、前記第10〜第15の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆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において、前記被覆工程で、硬質被覆層として、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなる層を物理蒸着法により被覆形成することを特徴とするものである。 And the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixteenth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting according to any one of the tenth to fifteenth aspects. In the insert manufacturing method, at least one selected from IVa group element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table as the hard coating layer in the coating step. One or more layers of a compound comprising a seed element and at least one element selected from carbon, nitrogen, oxygen, and boron are formed by physical vapor deposition. It is.
そしてまた本発明の第17の形態による表面被覆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は、前記第16の形態の表面被覆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において、前記被覆工程で、前記硬質被覆層のうち、少なくとも1層を、TiAlN層により形成することを特徴とするものである。 And the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventeenth aspect of the present invention is the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixteenth aspect. Among the hard coating layers, at least one layer is formed of a TiAlN layer.
そしてまた本発明の第18の形態による表面被覆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は、前記第16の形態の表面被覆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において、前記被覆工程で、前記硬質被覆層として、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなり、かつ総膜厚が0.5〜15μmの硬質被覆層を形成することを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eighteenth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixteenth aspect. The hard coating layer is formed of one layer or two or more layers selected from Ti carbide, nitride and carbonitride, and has a total film thickness of 0.5 to 15 μm. It is characterized by.
そしてまた本発明の第19の形態による表面被覆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は、前記第18の形態の表面被覆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において、前記被覆工程で、前記硬質被覆層として、インサート基体の側から、膜厚0.1〜1.0μmのTiN層、膜厚0.5〜5.0μmのTiCN層、および膜厚0.1〜1.0μmのTiN層を、その順に形成することを特徴とするものである。 The manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the nineteenth aspect of the present invention is the method of manufacturing the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eighteenth mode. As the hard coating layer, from the side of the insert substrate, a TiN layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm, a TiCN layer having a thickness of 0.5 to 5.0 μm, and a thickness of 0.1 to 1.0 μm The TiN layer is formed in that order.
本発明の表面被覆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た炭窒化チタン基サーメットからなる焼結体で構成されたインサート基体を、物理蒸着法(PVD法)によって硬質被覆層により被覆してなる表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、取り付け用貫通穴の内面のうち、少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面を、前記硬質被覆層により覆われていない面とし、かつその支持具接触面を、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面としているため、工具本体への取り付け手段としての支持具と貫通穴の支持具接触面との間の摩擦力を確保して、支持具に対するインサートの滑りの発生を防止し、これにより高負荷の切削加工、断続切削加工においても、インサートの異常振動、微小振動の発生を防止して、切れ刃の耐欠損性や被削材の仕上げ面精度を向上させるとともに、貫通穴の支持具接触面からの亀裂・破損の発生・進展を抑制することができる。ここで貫通穴の支持具接触面にPVD法によって硬質被覆層を形成した場合、その硬質被覆層は、一般にTiCN基インサート基体のサーメットよりも硬質であるが、瞬間的な衝撃荷重により破壊されやすく、高負荷の切削加工や断続切削加工時に、支持具からインサートの支持具接触面に大きな衝撃が加わった瞬間に、インサートの支持具接触面から亀裂や破損が生じやすくなるおそれがあるが、本発明では、貫通穴の支持具接触面を硬質被覆層で被覆しないこととしているため、高負荷の切削加工や断続切削加工時においてもこのような問題を招くことなく、優れた耐欠損性を発揮することができる。さらに、貫通穴の支持具接触面にPVD法によって硬質被覆層を形成した場合には、その支持具接触面に接触する支持具(L字レバー、ねじ、偏心ピンなど)の磨耗が早期に進行し、その支持具の寿命も短くなるおそれがあるが、本発明では、貫通穴の支持具接触面を硬質被覆層で被覆しないこととしているため、このような問題も生じず、支持具の耐用寿命を長くすることができる。また一方、本発明の表面被覆インサートでは、そのインサート基体の逃げ面およびチップブレーカは、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以下とされて、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ていることから、その結果として、優れた耐欠損性を確保するとともに、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。 The surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of the present invention is a sintered body comprising a titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, a rake face, and a chip breaker on the rake face. In the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating the insert base constituted by the hard coating layer by the physical vapor deposition method (PVD method), at least the tool main body among the inner surfaces of the mounting through holes A support tool contact surface in contact with a support tool as an attachment means is a surface not covered with the hard coating layer, and the support tool contact surface is 0.2 μm in arithmetic mean roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. Therefore, the friction between the support as an attachment means to the tool body and the support contact surface of the through hole is This prevents the occurrence of slippage of the insert relative to the support, which prevents the insert from causing abnormal vibration and micro-vibration even in high-load cutting and intermittent cutting, and prevents the cutting edge from being damaged. In addition to improving the chipability and the finished surface accuracy of the work material, it is possible to suppress the occurrence / progress of cracks and breakage from the contact surface of the through hole support. Here, when a hard coating layer is formed on the support contact surface of the through hole by the PVD method, the hard coating layer is generally harder than the cermet of the TiCN-based insert base, but is easily broken by an instantaneous impact load. However, during high-load cutting or intermittent cutting, there is a risk that cracks and breakage may easily occur from the support contact surface of the insert at the moment when a large impact is applied from the support tool to the support contact surface of the insert. In the invention, the support contact surface of the through hole is not covered with a hard coating layer, so that it exhibits excellent fracture resistance without causing such problems even during high-load cutting and intermittent cutting. can do. Furthermore, when a hard coating layer is formed on the support contact surface of the through hole by the PVD method, wear of support tools (L-shaped levers, screws, eccentric pins, etc.) that contact the support contact surface progresses early. However, since the life of the support may be shortened, in the present invention, since the support contact surface of the through hole is not covered with the hard coating layer, such a problem does not occur and the support The lifetime can be extended. On the other hand, in the surface-coated insert of the present invention, the flank of the insert base and the chip breaker have a surface roughness of 0.2 μm or less in terms of the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. At the same time, since compressive residual stress is applied to the hard phase of the surface part of the rake face at the same time, as a result, excellent fracture resistance is ensured and excellent finished surface accuracy is achieved over a long period of time. It can be maintained over use.
また本発明の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートの製造方法によれば、焼結法により製造されたインサート基体の表面のうち、少なくとも取り付け用貫通穴の支持具接触面を除く領域内にウエットブラスト処理を施すことにより、前記支持具接触面の表面に焼結肌を残存させてその表面粗さを適切な粗さに維持したまま、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さと少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力を、それぞれ所定の範囲内に調整し、さらにインサート基体の表面のうち、前記支持具接触面を除く領域に、物理蒸着法によって硬質被覆層を形成することにより、前述のように高負荷の切削加工においても貫通穴の支持具接触面からの亀裂・破損の発生・進展を抑制することができて、耐欠損性に優れるとともに、仕上げ面精度も優れた表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートを、確実かつ安定して得ることができる。 Further, according to the method of manufacturing the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of the present invention, at least the surface of the insert base manufactured by the sintering method is wet blasted in the region excluding the support contact surface of the mounting through hole. The surface of the flank and the chip breaker and at least the rake face is maintained by applying the treatment while leaving the sintered skin on the surface of the support tool contact surface and maintaining the surface roughness at an appropriate roughness. By adjusting the residual stress of the hard phase within a predetermined range and forming a hard coating layer by physical vapor deposition on the surface of the insert base body except the support contact surface. Thus, even in high-load cutting, it is possible to suppress the occurrence and progress of cracks and breakage from the support contact surface of the through hole, and it has excellent fracture resistance, The surface coating TiCN based cermet cutting insert raised surface accuracy good, can be obtained reliably and stably.
以下、本発明について、より詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートの形状の一例を図1、図2に示す。
本発明が適用されるインサート1は、従来から広く使用されているインサートと同様に、工具本体への取り付け用貫通穴8、逃げ面2、ホーニング部(切れ刃部)3、すくい面4、および着座面6を備え、かつ前記すくい面4には、金型によって形成されたチップブレーカ部5、すなわちプレス成形時の金型形状が転写されたチップブレーカ部5が形成されてなるものである。そしてまた本発明のインサートは、基本的には、Tiの炭化物あるいは窒化物もしくは炭窒化物を主成分とする硬質相とCoおよびNiのうちの1種または2種を主成分とする金属結合相からなる焼結法によって得られたTiCN基サーメット(焼結体)をインサート基体とし、そのインサート基体の表面(但し、前記取り付け用貫通穴8における支持具接触面を除く)に、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の一層または2層以上からなる硬質被覆層を、物理蒸着法(PVD法)によって被覆形成したものである。そして前記貫通穴の支持具接触面は、前記硬質被覆層によって被覆されない面で構成され、かつその支持具接触面の表面粗さは、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗さの粗面とされている。一方、インサート基体における逃げ面およびチップブレーカは、それらの表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下の平滑な面とされ、しかもインサート基体における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以上とされている。
An example of the shape of the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of the present invention is shown in FIGS.
The
さらに本発明が適用されるインサートについて、工具本体への取り付けの具体的態様について、図3、図4を参照して説明すると、このインサート1は、既に説明したように取り付け用貫通穴8が形成されており、その取り付け用貫通穴8に、工具本体9へ取り付けるための取り付け手段としての支持具、例えば図4の(a)に示すようなL字レバー9A、あるいは図4の(b)に示すようなねじ9B、そのほか図示しない偏心ピンなどが挿入されて、工具本体9に取り付けられる。そしてその工具本体9のL字レバー9Aやねじ9B、偏心ピンなどの支持具に、インサート1の取り付け用貫通穴8の内面の少なくとも一部の面8Aが接触することになる。このようにインサート1の取り付け用貫通穴8の内面のうち、工具本体9への取り付け手段としての支持部に接触する部分を、支持具接触面8Aと称している。
Further, with respect to the insert to which the present invention is applied, a specific mode of attachment to the tool body will be described with reference to FIGS. 3 and 4. As described above, the
なお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、六角形、丸形等の略平板インサートや、三角形状の溝入れあるいはねじ切りインサート、刃先交換式の各種エンドミル用インサートあるいは厚みの厚い縦刃インサートなど、種々のものが利用可能であり、ネガティブ型やポジティブ型の形状に関しても特段の問題なく適用可能である。 The inserts used in the present invention include substantially flat plate inserts such as approximately square, triangle, rhombus, hexagon, and round, triangular grooving or threading inserts, inserts for various types of end mills that have a replaceable edge, or thick verticals. Various types such as blade inserts can be used, and the negative and positive shapes can be applied without any particular problem.
本発明では、前述のように、工具本体への取り付け用貫通穴を有する表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートにおいて、貫通穴における支持具接触面は、PVD法による硬質被覆層が形成されていない面とし、かつその表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面としている。
図4に示されるように、貫通穴の表面は、貫通穴に通されるねじ、L字形レバー、偏心ピン等の取り付け手段(支持具)と接触し、その摩擦力によりインサートを工具本体に固定保持するが、貫通穴の支持具接触面の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であれば、支持具との接触面における摩擦力が十分でないため、絶え間ない高負荷(変動負荷)の作用する切削加工条件においては、インサートの強固かつ確実な保持を行うことができず、その結果として、欠損が発生しやすくなり、また、仕上げ面精度が低下することになるので、強固かつ確実な保持を行うという点から、貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面とすることが必要であり、また好ましくは、0.3μm以上の粗面とする。
In the present invention, as described above, in the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert having a through hole for attachment to the tool body, the support contact surface in the through hole is a surface on which a hard coating layer is not formed by the PVD method. And the surface roughness is a rough surface exceeding 0.2 μm in arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm.
As shown in FIG. 4, the surface of the through hole comes into contact with mounting means (supporting tool) such as a screw, L-shaped lever, or eccentric pin that is passed through the through hole, and the insert is fixed to the tool body by the frictional force thereof. If the surface roughness of the support tool contact surface of the through hole is 0.2 μm or less in arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, the friction force on the contact surface with the support tool is not sufficient. For this reason, inserts cannot be held firmly and reliably under cutting conditions with constant high loads (fluctuating loads). As a result, chipping tends to occur and the finished surface accuracy is high. The surface roughness of the inner surface of the through hole should be a rough surface that exceeds 0.2 μm in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. In addition, a rough surface of 0.3 μm or more is preferable.
なお、例えば図3に示したように、取り付け用貫通穴8の開口端にテーパー面8Bが形成されていて、そのテーパー面8Bには取り付け支持具9A(9B)が接触しないようになっている場合、そのテーパー面8Bについては、必ずしも上述のような粗面としなくてもよい。すなわち、上述のようにRa0.2μm超、好ましくは0.3μm以上の粗面とする必要があるのは、取り付け用貫通穴8の内面のうちでも、少なくとも工具本体への取り付け手段である支持具に接触する面であればよく、支持具に接触しないことが設計上確定している部分の表面については、Ra0.2μm以下の平滑な面であることが許容される。
For example, as shown in FIG. 3, a
なおまた、TiCN基サーメットからなる焼結インサートの貫通穴内面(特に支持具接触面)の表面粗さとして、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面を確保するためには、貫通穴内面を、主として焼結肌にて構成することが有効である。すなわち、焼結原料粉末や焼結条件を調整することによって、焼結体の表面の粗さとして、Raで0.2μmを超える粗面とすることができる。そして、そのような粗面を有する焼結肌の貫通穴内面(特に支持具接触面)に対して、ウエットブラスト処理による平滑化を行わず、しかもPVD法による硬質被覆層の形成を行なわずに、最終製品の切削インサートとして焼結肌を貫通穴内面(特に支持具接触面)にそのまま露呈させることにより、貫通穴内面(特に支持具接触面)の表面粗さとして上記の条件を満たすインサートを得ることができる。
なおここで焼結肌とは、インサート基体の製造過程において焼結したままの表面肌、すなわち、ダイヤモンド砥石などによる研削を行っていない粗面の表面肌を意味する。
In addition, as the surface roughness of the through-hole inner surface (particularly the support contact surface) of the sintered insert made of TiCN-based cermet, a rough surface exceeding 0.2 μm is secured with an arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. In order to do this, it is effective that the inner surface of the through hole is mainly composed of sintered skin. That is, by adjusting the sintering raw material powder and the sintering conditions, the surface roughness of the sintered body can be a rough surface exceeding Ra of 0.2 μm. Then, the inner surface of the through hole (particularly the support contact surface) of the sintered skin having such a rough surface is not smoothed by wet blasting, and the hard coating layer is not formed by the PVD method. As a cutting insert of the final product, by exposing the sintered skin directly to the inner surface of the through hole (particularly the contact surface of the support), an insert that satisfies the above conditions as the surface roughness of the inner surface of the through hole (particularly the contact surface of the support) Can be obtained.
Here, the sintered skin means a surface skin that has been sintered in the manufacturing process of the insert substrate, that is, a rough surface skin that has not been ground with a diamond grindstone or the like.
ここで、本発明の表面被覆インサートにおいては、貫通穴の支持具接触面は、前述のような表面粗さ条件を満たすばかりでなく、最終的にPVD法による硬質被覆層によって被覆されていない面とする必要がある。その理由は次の通りである。
すなわち、貫通穴の支持具接触面にPVD法によって硬質被覆層を形成した場合、その硬質被覆層は、TiCN基インサート基体のサーメットよりも硬質であるが、瞬間的な衝撃荷重により破壊されやすい。そのため、貫通穴内面の支持具接触面を所定の表面粗さに調整し、切削時の微小振動を抑制した場合でも、高負荷の切削加工や断続切削加工時において、支持具からインサートの支持具接触面に瞬間的に大きな衝撃が加われば、その衝撃が吸収されずに、インサートの支持具接触面の表面層に直接的に加わり、支持具接触面の表面層から亀裂や破損が生じやすくなるおそれがある。さらに、貫通穴の支持具接触面にPVD法によって硬質被覆層を形成した場合には、その被覆層がTiCN基インサート基体のサーメットよりも硬質であるため、その支持具接触面に接触する支持具(L字レバー、ねじ、偏心ピンなど)の磨耗が早期に進行し、その支持具の寿命も短くなるおそれがある。ちなみに、TiCN基サーメットの硬さは一般に91〜93HRA(ビッカース硬さに換算して1500〜1900HV程度)であるのに対し、一般的なPVD法による硬質被覆層の硬さは、3000HV程度である。
しかる本発明では、貫通穴の支持具接触面を硬質被覆層で被覆しないこととして、支持具接触面にサーメット基体の表面を露呈させており、硬質被覆層と比較してサーメット基体は、高負荷の切削加工や断続切削加工時においても瞬間的な大きな衝撃をある程度吸収することができるため、上述のような問題を招くことなく、優れた耐欠損性を発揮することができる。
Here, in the surface covering insert of the present invention, the support contact surface of the through hole not only satisfies the surface roughness condition as described above, but is finally a surface that is not covered with the hard coating layer by the PVD method. It is necessary to. The reason is as follows.
That is, when a hard coating layer is formed on the support contact surface of the through hole by the PVD method, the hard coating layer is harder than the cermet of the TiCN-based insert substrate, but is easily broken by an instantaneous impact load. Therefore, even when the contact surface of the support on the inner surface of the through hole is adjusted to a predetermined surface roughness and minute vibrations during cutting are suppressed, the support from the support to the insert is supported during high-load cutting or intermittent cutting. When a large impact is momentarily applied to the contact surface, the impact is not absorbed and directly applied to the surface layer of the support contact surface of the insert, and the surface layer of the support contact surface is likely to crack or break. There is a fear. Further, when a hard coating layer is formed on the support contact surface of the through hole by the PVD method, since the coating layer is harder than the cermet of the TiCN-based insert base, the support device that contacts the support contact surface Wear of (L-shaped lever, screw, eccentric pin, etc.) progresses early and the life of the support may be shortened. Incidentally, the hardness of the TiCN-based cermet is generally 91 to 93HRA (about 1500 to 1900HV in terms of Vickers hardness), whereas the hardness of the hard coating layer by a general PVD method is about 3000HV. .
However, in the present invention, the support contact surface of the through hole is not covered with the hard coating layer, so that the surface of the cermet substrate is exposed on the support contact surface, and the cermet substrate has a higher load than the hard coating layer. Even during the cutting process and the intermittent cutting process, it is possible to absorb a large momentary impact to some extent, so that excellent fracture resistance can be exhibited without causing the above-described problems.
また本発明では、TiCN基サーメットからなるインサート基体の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以下の平滑面としている。
ここで、前述のように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、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面粗さも、自ずと粗いものとなるが、逃げ面が粗面である場合には仕上げ面精度を低下させ、またチップブレーカが粗面である場合には、耐欠損性を劣化させるから、これらを防止するため、インサートの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以下の平滑面とすることが必要である。
インサート基体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、主に耐欠損性改善に寄与するが、特にインサート基体の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面になれば、被削材の仕上げ精度および耐欠損性が低下する傾向を示すようになる。そこで本発明では、インサート基体の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以下と規定している。
前述のように焼結肌のインサート基体について、貫通穴内面(特に支持具接触面)の表面粗さをRaで0.2μmを超える粗面、好ましくは、Raで0.3μm以上に維持したまま、逃げ面、チップブレーカの表面粗さをRa0.2μm以下に平滑化するためには、貫通穴内面もしくはその支持具接触面を除き、基体表面に対してウエットブラスト処理を施せばよい。
In the present invention, the flank of the insert substrate made of TiCN-based cermet and the surface roughness of the chip breaker are smooth surfaces with an arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm.
Here, when the inner surface of the through hole is mainly composed of sintered skin as described above, the flank of the insert base and the surface roughness of the chip breaker are naturally rough, but the flank is rough. In some cases, the accuracy of the finished surface is reduced, and if the chip breaker is rough, the chipping resistance is deteriorated. To prevent these, the flank face of the insert and the surface roughness of the chip breaker are cut. It is necessary to provide a smooth surface with an arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm or less at an off value of 0.08 mm.
The smoothing of the flank face of the insert substrate mainly contributes to the improvement of the finishing accuracy of the work material, and the reduction of the surface roughness of the chip breaker mainly contributes to the improvement of the fracture resistance. If the surface roughness is a rough surface with an arithmetic average roughness Ra of 0.28 μm at a cutoff value of 0.08 mm, the finishing accuracy and fracture resistance of the work material tend to decrease. Therefore, in the present invention, the flank face of the insert base and the surface roughness of the chip breaker are defined as an arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm.
As described above, the surface roughness of the inner surface of the through-hole (particularly the support contact surface) of the sintered skin insert base is more than 0.2 μm in Ra, preferably, Ra is maintained at 0.3 μm or more. In order to smooth the surface roughness of the flank and the chip breaker to Ra 0.2 μm or less, a wet blasting process may be performed on the surface of the substrate except for the inner surface of the through hole or its support member contact surface.
なお、本発明で規定している逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、PVD法によって硬質被覆層を形成する前の段階のインサート基体表面についての値である。PVD法によって硬質被覆層を形成してその硬質被覆層の上から表面粗さを測定した場合、その表面粗さが、被覆前のインサート基体表面よりも大きくなることがある。インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの硬質被覆層形成前の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であれば、PVD法によって硬質被覆層を形成した後の逃げ面およびチップブレーカの表面(硬質被覆層表面)の粗さは、硬質被覆層の厚みやPVD条件によっても異なるが、通常はカットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.25μm程度以下となる。そして硬質被覆層表面の粗さRaが0.25μm程度以下であれば、被削材の仕上げ精度や耐欠損性を損なわないことが確認されている。
なお、アークイオンプレーティング法による硬質被覆層にはドロップレットと呼ばれる粒状突起物が被覆層表面に生じることがあるが、本願におけるインサート表面の算術平均粗さRaは、ドロップレットが存在していない箇所にて測定した表面粗さである。
Note that the flank and chip breaker surface roughness defined in the present invention are values for the surface of the insert substrate before the formation of the hard coating layer by the PVD method. When a hard coating layer is formed by the PVD method and the surface roughness is measured from above the hard coating layer, the surface roughness may be larger than the surface of the insert substrate before coating. When the flank face of the insert base and the surface roughness before forming the hard coating layer of the chip breaker are 0.2 μm or less in arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, a hard coating layer was formed by the PVD method. The roughness of the later flank and chip breaker surface (hard coating layer surface) varies depending on the thickness of the hard coating layer and the PVD conditions, but is usually an arithmetic average roughness Ra of 0.08 mm at a cutoff value of 0.08 mm. It is about 25 μm or less. And if the roughness Ra of the hard coating layer surface is about 0.25 μm or less, it has been confirmed that the finishing accuracy and fracture resistance of the work material are not impaired.
In addition, although the granular projection called a droplet may arise in the coating layer surface in the hard coating layer by an arc ion plating method, the arithmetic average roughness Ra of the insert surface in this application does not have a droplet. It is the surface roughness measured at a location.
なおまた、本発明において表面粗さは、JIS B0601−1994(2001)に従い、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで測定したものとする。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基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。 In the present invention, the surface roughness is measured by arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm in accordance with JIS B0601-1994 (2001). The cut-off value of 0.08 mm is the microscopic state of the cutting insert surface that affects the quality of the cutting surface, and occurs during the density variation of the green compact before sintering and during sintering. This is for removing the influence of the undulation phenomenon (swelling component) on the sintered skin of the insert base due to the sintering deformation or the like.
さらに本発明では、耐欠損性を、より向上させるため、インサート基体の少なくともすくい面の表面部の硬質相に450MPa以上の圧縮残留応力を付与することとしている。ここで、インサート基体のすくい面の表面部の硬質相の圧縮残留応力が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、上記のように残留応力を定めた。なおインサート基体の少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力は、好ましくは600MPa以上とする。このようなインサート基体の少なくともすくい面の表面部の硬質相に対する圧縮残留応力の付与は、既に述べたようなインサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面の平滑化のためのウエットブラスト処理によって達成することができる。
なお、ウエットブラスト処理を施さない通常の焼結肌表面部の硬質相の残留応力は、圧縮で100MPa以下程度であり、また表面の組成等を内部と変化させたTiCN基サーメットの場合でも300MPa程度であるが、本発明法にしたがってウエットブラスト処理を施す(但し少なくとも貫通の支持具接触面を除く)ことによって、インサート基体の、少なくとも貫通の支持具接触面を除く領域のうちの少なくともすくい面の圧縮残留応力の値を450MPa以上とすることができる。
Furthermore, in the present invention, in order to further improve the fracture resistance, a compressive residual stress of 450 MPa or more is applied to the hard phase of at least the rake face of the insert substrate. Here, when the compressive residual stress of the hard phase on the surface portion of the rake face of the insert substrate is less than 450 MPa, the effect of improving the fracture resistance against a high load acting at the time of cutting is small, so that the fracture resistance is increased. The residual stress was determined as described above. The residual stress of the hard phase in the surface portion of at least the rake face of the insert substrate is preferably 600 MPa or more. The application of compressive residual stress to the hard phase of the surface portion of at least the rake face of the insert base is achieved by wet blasting for smoothing the flank face of the insert base and the surface of the chip breaker as described above. be able to.
In addition, the residual stress of the hard phase on the surface of the normal sintered skin that is not subjected to wet blasting is about 100 MPa or less in compression, and even about 300 MPa even in the case of TiCN-based cermets whose surface composition is changed from the inside. However, by performing wet blasting according to the method of the present invention (however, excluding at least the penetrating support contact surface), at least the rake face in the region excluding at least the penetrating support contact surface is inserted. The value of the compressive residual stress can be 450 MPa or more.
ここで、本発明でいう、インサート基体の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。
Here, the value of the residual stress applied to the hard phase of the surface portion of the insert base in the present invention is “X-ray evaluation of residual stress” issued by Yokendo Co., Ltd. (Keisuke Tanaka, Kenji Suzuki, Akiba It is a value measured by an X-ray diffractometer using the well-known sin 2 Ψ method described in the beginning of Chapter 6 (P99-105) of Yoshiaki.
Furthermore, regarding the sin 2 Ψ measurement range, the measurement was performed by developing the parallel tilt method at 5 to 6 points at equal intervals in a range selected from 0 to 0.5 to 0 to 0.75.
The X-ray diffractometer used for the measurement was PAN alytical manufactured by Spectris Co., Ltd.
In X ′ Pert PRO MPD, CuKα ray was used as the X-ray source.
For the measurement of residual stress, a diffraction peak on the (422) plane of the hard phase having an NaCl type crystal structure was used.
The residual stress calculation software used for the measurement was X ′ Pert High Score Plus, and the calculation was performed using 475 GPa as the Young's modulus of the hard phase and 0.200 as the Poisson's ratio.
さらに、インサートを用いての切削開始の初期段階では、切れ刃部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、切れ刃部の摩耗が発達してくれば、切削加工表面に接触する領域が逃げ面側に移行するようになる。したがってインサート基体に、前述のような平滑化および残留応力付与のためにウエットブラスト処理を施した後、インサート基体の切れ刃部先端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、切れ刃部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ことが望ましい。具体的には、刃先先端に形成されるホーニング部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0.1μm以下にすれば、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。ここで、PVD法による硬質被覆層形成後にホーニング部の表面粗さ(ホーニング部の硬質被覆層の表面粗さ)を測定した場合、その粗さは硬質被覆層を形成する前の段階の粗さよりも若干粗くなることがある。しかしながら、前述のように湿式ブラシ等によって、硬質被覆層形成前にホーニング部を加工して、その表面粗さを適切に仕上げている場合には、硬質被覆層形成後のホーニング部の表面粗さRaは、0.25μm程度以下となり、この程度であれば、上述のように耐欠損性の十分な向上を図ることができる。
なお切れ刃部に対するホーニング加工は、後述するように、ウエットブラスト処理後に行うことが最も望ましいが、ホーニング加工後にウエットブラスト処理を行った場合でも、本発明の効果を得ることが可能である。また、ホーニング寸法が比較的小さい場合等、ウエットブラスト処理のみで所定のホーニング寸法が加工される場合は、ブラシ等によるホーニング加工を行わず、ウエットブラスト処理にホーニング加工を兼ねさせる場合もあるが、その場合も本発明の効果が得られることは言うまでもない。
Furthermore, at the initial stage of cutting using the insert, the honing part at the tip of the cutting edge contacts the cutting surface of the work material to form the cutting surface, and then the wear of the cutting edge develops. If it comes, the area | region which contacts the cutting surface will shift to the flank side. Therefore, the insert base is subjected to wet blasting for smoothing and applying residual stress as described above, and then subjected to a honing process using a wet brush or the like on the tip of the insert base. It is desirable to make the surface roughness of the formed honing part smaller than other parts. Specifically, if the surface roughness of the honing portion formed at the tip of the cutting edge is 0.1 μm or less in arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, the fracture resistance is further improved, and the initial cutting stage Thus, a good glossy finished surface can be formed on the work material. Here, when the surface roughness of the honing portion (the surface roughness of the hard coating layer of the honing portion) is measured after the hard coating layer is formed by the PVD method, the roughness is determined based on the roughness before the formation of the hard coating layer. May be slightly rough. However, when the honing part is processed with a wet brush or the like before the hard coating layer is formed and the surface roughness is appropriately finished as described above, the surface roughness of the honing part after the hard coating layer is formed. Ra is about 0.25 μm or less, and if it is this level, the fracture resistance can be sufficiently improved as described above.
As will be described later, the honing process for the cutting edge portion is most preferably performed after the wet blasting process. However, even when the wet blasting process is performed after the honing process, the effects of the present invention can be obtained. In addition, when a predetermined honing dimension is processed only by wet blasting, such as when the honing dimension is relatively small, honing processing by a brush or the like is not performed, and the honing process may be combined with the wet blasting process. Needless to say, the effect of the present invention can be obtained also in that case.
さらに本発明の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいては、炭窒化チタン基サーメットからなるインサート基体の表面のうち、少なくとも前記貫通穴の支持具接触面を除く領域に、PVD法による硬質被覆層が形成されている。このようなPVD法による硬質被覆層は、一般に基体のサーメットより緻密かつ硬質であるため、耐摩耗性を向上させることができる。また前述のようにウエットブラスト処理によって、逃げ面およびチップブレーカをRa0.2μm以下に平滑化したインサート基体の表面にPVDを施せば、逃げ面およびチップブレーカにおけるPVDによる硬質被覆層の表面もRa0.25μm程度以下の平滑な面となるため、優れた耐欠損性、仕上げ面精度を確保することができる。但し、既に述べたように、貫通穴の支持具接触面もがPVD法による硬質被覆層によって覆われてしまえば、既に述べたようにその硬質被覆層の硬さが基体のサーメットよりも格段に高く、瞬間的な衝撃荷重により破壊されやすい性質に起因して、インサートの支持具接触面から亀裂や破損が生じやすくなるとともに、支持具接触面に接触する支持具(L字レバー、ねじ、偏心ピンなど)の磨耗が早期に進行し、その支持具の寿命も短くなるおそれがあるから、本発明では、支持具接触面もしくはそれを含む貫通穴内面には、PVD法による硬質被覆層を形成しないこととしている。
なお、支持具接触面もしくはそれを含む貫通穴内面を除くインサート基体の表面にPVD法によって形成する硬質被覆層の厚みは、基本的には限定されるものではないが、通常は0.5〜15μm程度とすることが望ましい。硬質被覆層の厚みが0.5μm未満では、耐摩耗性能が十分ではなく、一方硬質被覆層の厚みが15μmを越えれば、硬質被覆層の剥離が発生しやすくなるおそれがある。
Furthermore, in the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert of the present invention, at least the region of the surface of the insert base made of titanium carbonitride-based cermet excluding the support contact surface of the through hole is hard-coated by the PVD method. A layer is formed. Such a hard coating layer formed by the PVD method is generally denser and harder than the cermet of the substrate, and thus can improve wear resistance. Further, if PVD is applied to the surface of the insert base body in which the flank and the chip breaker are smoothed to Ra 0.2 μm or less by wet blasting as described above, the surface of the flank and the hard coating layer by PVD on the chip breaker is also Ra0. Since it is a smooth surface of about 25 μm or less, excellent chipping resistance and finished surface accuracy can be ensured. However, as described above, if the support contact surface of the through hole is also covered with the hard coating layer by the PVD method, the hardness of the hard coating layer is much higher than that of the cermet of the substrate as described above. Due to the high nature of being easily broken by an instantaneous impact load, cracks and breakage are likely to occur from the support contact surface of the insert, and support tools that contact the support contact surface (L-shaped levers, screws, eccentricity) In the present invention, a hard coating layer is formed by the PVD method on the support contact surface or the inner surface of the through hole including the support device. Not to do.
The thickness of the hard coating layer formed by the PVD method on the surface of the insert substrate excluding the support contact surface or the inner surface of the through hole including the support is not basically limited, but is usually 0.5 to It is desirable to be about 15 μm. When the thickness of the hard coating layer is less than 0.5 μm, the wear resistance is not sufficient. On the other hand, when the thickness of the hard coating layer exceeds 15 μm, the hard coating layer may be easily peeled off.
インサート基体の表面にPVD法によって形成する硬質被覆層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなるものであればよい。
ここで、PVD法による硬質被覆層の具体的な材質は上記のところから選択すればよいが、切削インサートとしては、TiC、TiCN、TiN、TiAlN、TiAlCrN、TiAlCrSiN、TiAlNbNなどのTi系硬質被膜やAlCrNなどが特に有効であり、工具寿命を重視する場合は、少なくとも1層が、TiAlN層によって構成されていることが望ましい。このようなTiAlN層は、インサート基体に対する付着強度が大きく、耐熱性も高いため、硬質被覆層の少なくとも1層をTiAlN層とすることによって、大幅に工具寿命を延長することが可能となる。
また、被削材の仕上げ面が要求される場合は、硬質被覆層として、耐溶着性に優れたTiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなり、かつその硬質被覆層の総膜厚が0.5〜15μmである硬質被膜を選択することが望ましく、より具体的には、PVD法による硬質被覆層を複数層で形成する場合、インサート基体の側から、膜厚0.1〜1.0μmのTiN層、膜厚0.5〜5.0μmのTiCN層、および膜厚0.1〜1.0μmのTiN層を、その順に被覆形成することが望ましい。このような層構成とすれば、硬質被覆層を構成する物質と被削材(鉄系)との親和性が低いため、切削加工中の溶着現象が発生し難く、良好な被削材仕上げ面精度を得ることができ、加工面粗さを要求されることが多い表面被覆炭窒化チタン基サーメット製インサートに特に適している。
また、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなる硬質被覆層の総膜厚が0.5μm未満では、耐摩耗性能が十分ではなく、一方総膜厚が15μmを越えれば、硬質被覆層の剥離が発生しやすくなる傾向が確認されている。
なおここでいうPVD法としては、例えばアークイオンプレーティング法、ホロカソード法、スパッタリング法など、従来から知られている種々の物理的な蒸着法を適用することができ、特に限定されるものではない。
The hard coating layer formed on the surface of the insert substrate by the PVD method is at least one selected from IVa group element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table And one or two or more layers of a compound comprising at least one element selected from carbon, nitrogen, oxygen and boron.
Here, the specific material of the hard coating layer by the PVD method may be selected from the above. When AlCrN or the like is particularly effective and when the tool life is important, it is desirable that at least one layer is composed of a TiAlN layer. Since such a TiAlN layer has high adhesion strength to the insert substrate and high heat resistance, it is possible to significantly extend the tool life by forming at least one of the hard coating layers as a TiAlN layer.
Further, when a finished surface of the work material is required, the hard coating layer is composed of one or more layers selected from Ti carbide, nitride, carbonitride having excellent welding resistance. In addition, it is desirable to select a hard coating having a total film thickness of 0.5 to 15 μm, and more specifically, when a hard coating layer by a PVD method is formed in a plurality of layers, From the side, a 0.1-1.0 μm thick TiN layer, a 0.5-5.0 μm thick TiCN layer, and a 0.1-1.0 μm thick TiN layer are coated in that order. Is desirable. With such a layer structure, since the affinity between the material constituting the hard coating layer and the work material (iron-based) is low, it is difficult for the welding phenomenon to occur during cutting, and a good work material finish surface. It is particularly suitable for inserts made of surface-coated titanium carbonitride-based cermets, which can obtain accuracy and often require a machined surface roughness.
Further, if the total film thickness of the hard coating layer composed of one layer or two or more layers selected from Ti carbide, nitride, and carbonitride is less than 0.5 μm, the wear resistance performance is not sufficient. If the film thickness exceeds 15 μm, it has been confirmed that the hard coating layer tends to be peeled off.
In addition, as PVD method here, various physical vapor deposition methods known conventionally, such as an arc ion plating method, a holo cathode method, sputtering method, etc. can be applied, and are not specifically limited. .
次に本発明による表面被覆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について説明する。
本発明の製造方法は、基本的には、焼結法によるインサート基体製造工程と、ウエットブラスト工程と、PVD法により硬質被覆層を形成する被覆工程とからなり、また好ましくはウエットブラスト工程と被覆工程との間、もしくはインサート基体製造工程とウエットブラスト工程との間に、切れ刃部に対するホーニング加工工程を挿入する。そこで以下にこれらの各工程について説明する。
Next, the manufacturing method of the surface coating titanium carbonitride based cermet cutting insert by this invention is demonstrated.
The production method of the present invention basically comprises an insert substrate production process by a sintering method, a wet blast process, and a coating process for forming a hard coating layer by a PVD method, and preferably a wet blast process and a coating process. A honing process for the cutting edge portion is inserted between the processes, or between the insert substrate manufacturing process and the wet blast process. Accordingly, each of these steps will be described below.
インサート基体製造工程:
インサート基体製造工程は、従来の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造における焼結体(インサート基体)の製造工程と同様であればよい。すなわち所定の配合割合で炭窒化チタン基サーメット原料粉末を配合し、サーメット基体形状にプレス成形して、得られた圧粉成形体を、所定の条件で加熱して焼結すればよい。但しこの焼結段階では、既に述べたように、焼結体の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗さ、好ましくはRa0.3μmを超える粗さとなるように、原料粉末の配合割合、焼結温度、焼結雰囲気、冷却条件などを適切に調整することが望ましい。なおこのようにして得られたインサート基体のすくい面には、プレス成形時の金型形状が転写されたチップブレーカが形成されている。また、インサートを工具本体へ取り付ける際の着座面は砥石による研削加工面が存在しても良いが、逃げ面は、通常は研削加工されておらず、プレス成型時の金型により形成されるものである。
Insert substrate manufacturing process:
The insert substrate manufacturing process may be the same as the manufacturing process of a sintered body (insert substrate) in manufacturing a conventional titanium carbonitride-based cermet cutting insert. That is, the titanium carbonitride-based cermet raw material powder is blended at a predetermined blending ratio, press-molded into a cermet substrate shape, and the resulting green compact is heated and sintered under predetermined conditions. However, in this sintering stage, as already mentioned, the surface roughness of the sintered body is more than 0.2 μm in arithmetic mean roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, preferably more than Ra 0.3 μm. It is desirable to appropriately adjust the blending ratio of the raw material powder, the sintering temperature, the sintering atmosphere, the cooling conditions, etc. so as to be rough. In addition, a chip breaker to which a die shape at the time of press molding is transferred is formed on the rake face of the insert base thus obtained. Also, the seating surface when attaching the insert to the tool body may have a grinding surface with a grindstone, but the flank surface is usually not ground and is formed by a die during press molding It is.
ウエットブラスト処理:
前述のようにして得られた焼結体であるインサート基体に対しては、取り付け用貫通穴内面(特にその支持具接触面)を除くインサート基体表面について、表面平滑化を図り、さらに圧縮残留応力を付与することを目的として、ウエットブラスト処理を施す。
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、インサート基体の表面や内面に粗大クラックが発生するおそれがあり、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、表面平滑化、圧縮応力も十分に行なえず、さらには噴射研磨材の処理表面への食い込み・残留も生じやすい問題がある。
そこで本発明では、上記弊害を招くことなく、取り付け用貫通穴内面(特にその支持具接触面)を除くインサート基体表面の表面平滑化および圧縮残留応力付与のための手段として、ウエットブラスト処理を採用している。
ウエットブラスト処理を用いることにより、従来技術で生じていた製造時の粗大クラック等の表面欠陥をインサート基体に与えることなく、複雑な形状(例えば1つの面が複数の曲面の集合によって構成される形状)のインサート基体や、金型によって成型される三次元形状を持つチップブレーカ部に対しても、その形状を損なわずに、少なくとも取り付け用貫通穴内面(特にその支持具接触面)を除くインサート基体の表面部について、表面の平滑化を可能とし、さらに圧縮残留応力の付与により、切削インサートの性能をさらに飛躍的に改善することができた。
Wet blasting:
For the insert substrate, which is a sintered body obtained as described above, the surface of the insert substrate excluding the inner surface of the through hole for mounting (particularly the contact surface of the support) is smoothed, and the compressive residual stress is further increased. Wet blasting is performed for the purpose of imparting.
Conventionally, shot peening (shot blasting), drive blasting, etc. are known as insert surface treatment means, but shot peening (shot blasting) using relatively large steel balls or ceramic balls is a processing energy. Is excessive, there is a risk that coarse cracks may occur on the surface and inner surface of the insert base. Drive blasting, which blasts the insert surface with two types of fluids (powder flow and air flow), is more energy efficient than wet blasting. Therefore, there is a problem that surface smoothing and compressive stress cannot be sufficiently performed, and further, the sprayed abrasive is likely to bite and remain on the treated surface.
Therefore, in the present invention, wet blasting is adopted as a means for smoothing the surface of the insert base body and applying compressive residual stress, except for the inner surface of the through hole for mounting (particularly, the contact surface of the support) without incurring the above-mentioned adverse effects doing.
By using wet blasting, a complicated shape (for example, a shape in which one surface is constituted by a set of a plurality of curved surfaces, without giving the insert substrate surface defects such as coarse cracks at the time of manufacturing that have occurred in the prior art. ) And the insert substrate excluding at least the inner surface of the through hole for mounting (particularly the support contact surface thereof) without damaging the shape of the insert breaker and the chip breaker portion having a three-dimensional shape molded by a mold. As a result, it was possible to smooth the surface of the surface portion and to further improve the performance of the cutting insert by applying compressive residual stress.
ここで、ウエットブラスト処理とは、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、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、またその粒径としては、初期投入時の中心粒子径が約1〜100μm程度が望ましく、生産性と品質の両方を考慮すれば、約10〜50μm程度がより好ましい。さらに噴射条件としては、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。 Here, wet blasting is a process in which a polishing liquid, which is a liquid (generally water) containing a jet abrasive, is sprayed onto a workpiece to give a compressive residual stress or to polish a surface. As a spray abrasive for such wet blasting, various materials such as alumina, silicon carbide, zirconia, resin, and glass can be used as long as they are hard fine-grained media. As for, the center particle diameter at the time of initial charging is desirably about 1 to 100 μm, and about 10 to 50 μm is more preferable in consideration of both productivity and quality. Further, as an injection condition, for example, when alumina is used as a medium, a blast gun is prepared by adjusting the polishing liquid by containing the medium so that it is in the range of 15 to 60% by weight in a state mixed with the liquid (water). It is desirable to inject the compressed air supplied to the pressure, that is, the injection pressure within the range of 0.05 to 0.5 MPa, preferably 0.1 to 0.3 MPa.
またウエットブラスト処理に使用する研磨材の形状は、多角形状の砥粒が望ましい。ここで、アルミナ研磨材としては、一般に球形状のアルミナ研磨材が多く使用されているが、多角形状のアルミナ研磨材は、上記球形状のアルミナ研磨材と比べ、へき開面により形成された角張った切れ刃部を有する形状のため、研削力が大きく、平滑化効果も高い。これに対して研磨材が球形状の場合は、残留応力付与には適しているが、研削作用が弱く、所定の表面粗さにインサート表面を仕上げるためには、ウエットブラスト処理に長時間を要して生産性が悪くなるばかりでなく、ウエットブラストの過剰処理によるクラック等の欠陥が、インサート表面に生じる場合がある。 The shape of the abrasive used for wet blasting is preferably polygonal abrasive. Here, as the alumina abrasive, a spherical alumina abrasive is generally used. However, the polygonal alumina abrasive has a square shape formed by a cleavage plane as compared with the spherical alumina abrasive. Because of the shape having the cutting edge, the grinding force is large and the smoothing effect is also high. On the other hand, when the abrasive is spherical, it is suitable for applying residual stress, but the grinding action is weak and a long time is required for wet blasting to finish the insert surface to a specified surface roughness. Thus, not only productivity is deteriorated, but also defects such as cracks due to excessive treatment of wet blast may occur on the insert surface.
さらに、本発明におけるウエットブラスト処理の概略を、図5を参照して説明する。
図5(a)において、基体表面の全体が焼結肌のインサート基体10を、軸線(O)回りに回転可能な一対の回転軸12により挟み込んで保持しつつ、前記軸線回りに回転させながら、該回転軸(O)の軸線方向に対して、例えば、45度の噴射角θを有する相対向する2本のブラストガン14から前記インサート基体10の表面に研磨液G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、少なくとも取り付け用貫通穴内面(支持具接触面を含む)を除き、インサート基体10の全面を均一に処理することができる。
Furthermore, the outline of the wet blasting process in the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 5 (a), the entire base surface is sintered and the
ここで、回転軸12の先端には、大径の封止部12Aが形成されており、この封止部12Aが、インサート基体の取り付け用貫通穴8の開口端に当接されて、取り付け用貫通穴8の内側の面へのウエットブラスト研磨液の噴射が阻止されるため、取り付け用貫通穴8の内面はウエットブラスト処理が行われず、焼結直後の表面状態が維持される。すなわち支持具接触面を含む貫通穴の内面は、所定の表面粗さの焼結肌が維持される。
一方、インサート基体10の逃げ面およびチップブレーカの表面には、ウエットブラスト処理により平滑面が形成される。ここで、研磨液の種類、噴射圧等を調整することにより、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面として、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下の条件を満たす平滑面を形成することができ、同時に上記インサート基体10の少なくともすくい面の表面部の硬質相に、450MPa以上の圧縮残留応力を付与することができる。
なお図5の(b)に示すように、回転軸Oの軸線方向に対するブラストガン14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、インサート基体10の全面(貫通穴の支持具接触面を除く)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、使用するブラストガン14の本数については、図5(a)では2本の例を示しているが、加工するインサート基体の形状によって、1本または3本以上の複数のガンを用いても良い。
Here, a large-
On the other hand, a smooth surface is formed on the flank surface of the
As shown in FIG. 5 (b), when the injection angle θ of the
また取り付け用貫通穴8の内面が、より確実にウエットブラスト処理を受けないようにするためには、図5(c)に示すように、インサート基体10とこれを挟み込む回転軸12との間に、マスキング部材18を介在させることによって、マスキング部材18でカバーされた取り付け用貫通穴8内面を、所定の表面粗さの焼結肌のままに確実に維持することが可能となる。すなわち、例えばウエットブラストの回転軸12とインサート基体10の取り付け用貫通穴8を同一軸線上に配置できない場合や、複数の取り付け用貫通穴が距離を置いて配置されたインサート基体、あるいは取り付け用貫通穴の断面形状が楕円などの非円形をしたインサート基体にウエットブラスト処理を施す場合等、通常の保持方法では取り付け用貫通穴の内面にウエットブラスト処理が行われてしまうおそれがある形状のインサート基体に対しても、上述のようなマスキング部材を使用すれば、確実に貫通穴内面へのウエットブラスト処理を避けることが可能となる。
このように、上記のような構成のウエットブラスト処理装置を使用することによって、様々な形状やチップブレーカを有するインサート基体に対し、個々の噴射条件を適切に設定し、最適なウエットブラスト処理を施すことが可能となる。
Further, in order to prevent the inner surface of the mounting through-
As described above, by using the wet blasting apparatus having the above-described configuration, the individual injection conditions are appropriately set and the optimum wet blasting process is performed on the insert base having various shapes and chip breakers. It becomes possible.
なお、例えば図3に示したように、取り付け用貫通穴8の開口端にテーパー面8Bが形成されていて、そのテーパー面8Bには取り付け支持具9A(9B)が接触しないようになっている場合、そのテーパー面8Bについては、上述のようなウエットブラスト処理が施されてもよい。すなわち、上述のように所定の表面粗さの焼結肌を残存させる必要があるのは、取り付け用貫通穴8の内面のうちでも、少なくとも工具本体への取り付け手段である支持具に接触する面であればよく、支持具に接触しないことが設計上確定している部分の表面については、ウエットブラスト処理を施すことが許容される。
For example, as shown in FIG. 3, a
ホーニング加工工程:
既に述べたように、ウエットブラスト処理を施した後には、PVD法により硬質被覆層を形成する前の段階で、インサート基体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して、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ことが望ましい。そのホーニング加工の具体的方法は、基本的には従来の切削インサート製造における刃先先端のホーニング加工と同様であればよく、例えば弾性砥石、バレル、ブラシ等でホーニング加工すればよいが、特に湿式ブラシによるホーニングによれば、高品位な加工表面が得られ、かつ様々な形状のホーニングを比較的短時間で加工することができる。ただし、ホーニング加工後にウエットブラスト処理を行えば、ホーニング部がウエットブラスト処理により、再度加工され、その形状や大きさに変化が生じてしまい、本来の切削性能を発揮できないことがある。
そこで、本発明では、前述のようなウエットブラスト処理を施した後の段階の工程として、ホーニング(望ましくはブラシホーニング、より好ましくは湿式ブラシホーニング)によって切れ刃部のホーニング処理を行うことが望ましい。このように切れ刃部のホーニングを、ウエットブラスト処理の後に行うことにより、優れた被削材の仕上げ面精度を長時間にわたり維持するインサートを得ることができる。また、ウエットブラスト処理の後に湿式ブラシホーニング加工を行えば、湿式ブラシホーニングの利点を生かして、表面粗さが良く、所定の形状に精度良くコントロールされたホーニング加工面を、生産性良く得ることが可能となる。
なお切れ刃部に対するホーニング加工は、ウエットブラスト処理後に行うことが最も望ましいが、ホーニング加工後にウエットブラスト処理を行った場合でも、本発明の効果を得ることが可能である。
また、加工されるホーニングの寸法が比較的小さい場合は、ウエットブラスト処理のみで所定のホーニング寸法まで加工されるため、ブラシ等によるホーニング加工を行わずにウエットブラスト処理がホーニング加工を兼ねる場合もある。その場合も、当然、本発明の効果を得られることが確認されている。
なおこのホーニング加工では、インサート基体における刃先先端に形成されるホーニング部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0.1μm以下にすることが望ましい。硬質被覆層形成前のホーニング部の表面粗さRaを適切に調整しておくことにより、硬質被覆層形成後のホーニング部の表面粗さRaを0.25μm程度以下とすることができ、この程度のホーニング部表面粗さであれば、前述のように耐欠損性の十分な向上を図ることができる。
Honing process:
As already mentioned, after wet blasting, before the hard coating layer is formed by the PVD method, the tip of the insert base is subjected to honing with a wet brush or the like to form the tip of the tip. It is desirable to make the surface roughness of the honing part to be smaller than other parts. The specific honing method is basically the same as the honing of the cutting edge tip in conventional cutting insert manufacturing, for example, honing with an elastic grindstone, barrel, brush, etc. According to honing, a high-quality processed surface can be obtained, and various shapes of honing can be processed in a relatively short time. However, if a wet blast process is performed after the honing process, the honing part is processed again by the wet blast process, and the shape and size of the honing part may change, and the original cutting performance may not be exhibited.
Therefore, in the present invention, it is desirable to perform the honing treatment of the cutting edge portion by honing (preferably brush honing, more preferably wet brush honing) as a step after the wet blasting as described above. By performing honing of the cutting edge portion after wet blasting in this way, an insert that maintains excellent finished surface accuracy of the work material for a long time can be obtained. In addition, if wet brush honing is performed after wet blasting, it is possible to take advantage of wet brush honing and obtain a honing surface with good surface roughness and precisely controlled to a predetermined shape with high productivity. It becomes possible.
The honing process for the cutting edge is most preferably performed after the wet blasting process, but the effects of the present invention can be obtained even when the wet blasting process is performed after the honing process.
In addition, when the size of the honing to be processed is relatively small, the wet blasting process may also serve as the honing process without performing the honing process with a brush or the like because the honing process is performed only by the wet blasting process. . In that case, naturally, it has been confirmed that the effects of the present invention can be obtained.
In this honing process, it is desirable that the surface roughness of the honing part formed at the tip of the cutting edge of the insert base is 0.1 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. By appropriately adjusting the surface roughness Ra of the honing portion before forming the hard coating layer, the surface roughness Ra of the honing portion after forming the hard coating layer can be reduced to about 0.25 μm or less. If the surface roughness of the honing part is sufficient, the fracture resistance can be sufficiently improved as described above.
物理蒸着法(PVD法)による被覆工程(硬質被覆層の形成工程):
ウエットブラスト処理後、望ましくは刃先先端のホーニング加工の後に、PVD法により、インサート基体の表面のうち、少なくとも取り付け用貫通穴内面の支持具接触面を除くインサート基体表面に、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、NiおよびSの群から選ばれた少なくとも一種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素とからなる化合物の少なくとも一層または複層からなる硬質被膜を被覆形成する。
ここで硬質被覆層形成のためのPVD法としては、アークイオンプレーティング法、ホロカソード法、スパッタリング法などの公知の物理的な蒸着法を適用すればよい。但し本発明の場合、既に述べたように貫通穴内面、特にその支持具接触面は、最終製品でも所定の表面粗さの焼結肌とする必要があり、したがってインサート基体にPVD法を適用する際には、貫通穴内面、あるいは少なくとも貫通穴の支持具接触面がPVDによる硬質被覆層で覆われないようにする。そのためには、例えば貫通穴、あるいは少なくとも貫通穴内側の支持具接触面を、適宜のマスキング部材によって覆った状態でPVDによる蒸着を行なえばよい。
Coating process by physical vapor deposition (PVD method) (hard coating layer forming process):
After wet blasting, preferably after honing of the cutting edge tip, PVD method is used to form at least the surface of the insert base of the insert base except the support contact surface on the inner surface of the through hole for mounting. At least one element selected from the group consisting of element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni and S, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron A hard film comprising at least one layer or multiple layers of a compound comprising an element is formed by coating.
Here, as the PVD method for forming the hard coating layer, a known physical vapor deposition method such as an arc ion plating method, a holo cathode method, or a sputtering method may be applied. However, in the case of the present invention, as described above, the inner surface of the through hole, particularly the contact surface of the support member, must be a sintered skin having a predetermined surface roughness even in the final product, and therefore the PVD method is applied to the insert substrate. In this case, the inner surface of the through hole or at least the support contact surface of the through hole is not covered with the PVD hard coating layer. For this purpose, vapor deposition by PVD may be performed, for example, with the through hole or at least the support contact surface inside the through hole covered with an appropriate masking member.
以下、本発明の実施例を、比較例とともに示す。なお以下の実施例は、本発明の具体的な態様、及びそれによる効果を説明するためのものであって、実施例に記載された構成、条件が本発明の技術的範囲を限定するものでないことはもちろんである。 Examples of the present invention will be described below together with comparative examples. The following examples are for explaining specific embodiments of the present invention and effects thereof, and the configurations and conditions described in the examples do not limit the technical scope of the present invention. Of course.
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表面粗さを有する焼肌面を有するとともに、ISO・DNMG150612に規定する形状・寸法を有するTiCN基サーメットからなる焼結体(インサート基体)を作製した。
原料配合組成:
いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN粉末、WC粉末、NbC粉末、Co粉末、Ni粉末を、それぞれ、55wt%、20wt%、7wt%、9wt%、9wt%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)4.0kPa〜0.1kPaの窒素雰囲気で、1350℃から所定の焼結温度(1450〜1550℃)まで2℃/分の速度で昇温し、続いて同じ雰囲気で前記焼結温度に60分間保持した。
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0.09mm、かつ、逃げ面側から測定した幅が0.05mm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。
これらのインサート基体に、中心粒子径40μmを有するアルミナを噴射研磨材とし、表1に示す噴射圧力で、図5(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、本発明のTiCN基サーメット製切削インサート(本発明1〜8)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5(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基体全面が処理されるようウエットブラストを行っており、したがってインサート基体の貫通穴内周面にはウエットブラスト処理は施されておらず、焼結肌を維持したままである。
さらに、各インサート基体に対して、その表面に、PVD法の一種であるアークイオンプレーティング法により、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成した。但しこの蒸着被覆においては、予めインサート基体の貫通穴部分をマスキング部材により覆っておき、貫通穴の内面(支持具接触面を含む面)には、硬質被覆層が形成されないようにした。すなわち、支持具接触面を含む貫通穴の内面については、焼結肌を維持した。
After the P30 grade TiCN-based cermet raw material powder having the following raw material blend composition is press-molded, it is sintered under the following conditions, and the sintered surface having various surface roughnesses by adjusting the sintering temperature and nitrogen atmosphere pressure. A sintered body (insert base body) made of a TiCN-based cermet having a surface and a shape and dimensions specified in ISO / DNMG150612 was produced.
Raw material composition:
All blended TiCN powder, WC powder, NbC powder, Co powder, and Ni powder having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm so as to be 55 wt%, 20 wt%, 7 wt%, 9 wt%, and 9 wt%, respectively. Then, they were wet mixed in a ball mill for 24 hours and dried.
Sintering conditions:
(1) The temperature is raised from room temperature to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(2) Raise the temperature up to 1350 ° C. at a rate of 2.0 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(3) In a nitrogen atmosphere of 4.0 kPa to 0.1 kPa, the temperature is increased from 1350 ° C. to a predetermined sintering temperature (1450 to 1550 ° C.) at a rate of 2 ° C./min. For 60 minutes.
For the cutting edge, a nylon brush containing abrasive grains is used, and a waterfall type curved honing with a width measured from the rake face side of 0.09 mm and a width measured from the flank face side of 0.05 mm Was applied by wet processing.
By applying wet blasting to these insert bases using alumina having a center particle diameter of 40 μm as a spraying abrasive and using the wet blasting apparatus shown in FIG. 5A at the spraying pressure shown in Table 1. The TiCN-based cermet cutting inserts of the present invention (
In the wet blast treatment, the jet polishing liquid was prepared such that the alumina of the jet polishing material was mixed with water so that the content of the polishing material in the polishing liquid was 30% by weight.
Further, in the wet blast processing apparatus shown in FIG. 5A, the spray angle θ is fixed at 45 °, and wet blasting is performed so that the entire surface of the insert substrate is processed except for a portion sandwiched and held by a pair of rotating shafts. Therefore, the inner peripheral surface of the through hole of the insert base is not subjected to wet blasting, and the sintered skin is maintained.
Further, a hard coating layer of a single TiAlN layer having an average film thickness of 1.5 μm was vapor-deposited on the surface of each insert substrate by an arc ion plating method which is a kind of PVD method. However, in this vapor deposition coating, the through hole portion of the insert base was previously covered with a masking member so that the hard coating layer was not formed on the inner surface of the through hole (the surface including the support tool contact surface). That is, the sintered skin was maintained about the inner surface of the through hole including the support tool contact surface.
以上の過程において、硬質被覆層で被覆する前の段階の本発明1〜8のインサート基体について、貫通穴内面、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。また同じく硬質被覆層で被覆する前の段階の本発明1〜8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。これらの残留応力および表面粗さの測定結果を表1に示す。
In the above process, the surface roughness of the inner surface of the through hole, the flank surface and the honing portion of the insert base of the present invention 1-8 before coating with the hard coating layer is in accordance with JIS B0601-1994 (2001). The arithmetic average roughness Ra was measured at a cutoff value of 0.08 mm. Similarly, the residual stress of the hard phase of the insert surface portion of the
なお本発明1〜8のインサート基体では、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ため、すくい面、特に逃げ面とほぼ直角に位置する切れ刃部近傍のランド部分やブレーカ底部(すくい面では切れ刃部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ほぼ同等であると考えられることから、インサート基体の残留応力は、逃げ面について測定した残留応力で代表させることとした。
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、インサート基体の表面粗さは、逃げ面について測定した表面粗さで代表させることとした。
In the insert bases of the
Also, the surface roughness of the rake face (breaker bottom) was almost the same as that of the flank because the spray angle during wet blasting was 45 °. The surface roughness was represented by the surface roughness measured for the flank.
さらに、貫通穴内面を除いてPVD法によりインサート基体の表面に硬質被覆層を形成した後の段階の表面被覆インサートについて、逃げ面、ホーニング部、および貫通穴内面の表面粗さを、前記同様にして測定した結果も、表1中に併せて示す。 Furthermore, the surface roughness of the flank, honing part, and inner surface of the through-hole is the same as described above for the surface-coated insert after the formation of the hard coating layer on the surface of the insert substrate by the PVD method except for the inner surface of the through-hole. The measurement results are also shown in Table 1.
比較のために、上記本発明1〜8のインサートと同様な組成・形状・寸法を有する切削インサート基体に対して、ウエットブラスト処理を施さずに製造した表面被覆インサートを参考例1として作製するとともに、本発明1〜8のインサートと同様なウエットブラスト処理を施すとともに、貫通穴内面にもウエットブラスト処理を施した表面被覆インサートを比較例1,2として作製した。
さらに、本発明例4と同様にして製造されたインサート基体(ウエットブラスト処理後のもの)について、支持具接触面を含む貫通穴内面も含め、インサート基体の表面の全面について、前記と同様にPVD法としてアークイオンプレーティング法を適用して、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成して、比較例3の表面被覆インサートとした。すなわちこの比較例3の表面被覆インサートは、貫通穴の内面にも硬質被覆層が形成された例である。
これらの比較例1〜3、参考例1について、本発明1〜8と同様に、硬質被覆層形成前の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、硬質被覆層形成前および後の貫通穴内面、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。これらの比較例、参考例について測定した残留応力値および表面粗さの値を、表1中に併せて示す。
For comparison, a surface-coated insert manufactured without applying wet blasting to a cutting insert base having the same composition, shape, and dimensions as the inserts of the
Further, with respect to the insert substrate (after wet blasting) manufactured in the same manner as Example 4 of the present invention, the entire surface of the insert substrate including the inner surface of the through hole including the support contact surface is PVD as described above. A surface coating insert of Comparative Example 3 was obtained by applying an arc ion plating method as a method and depositing a hard coating layer of a single TiAlN layer having an average thickness of 1.5 μm. That is, the surface covering insert of Comparative Example 3 is an example in which a hard coating layer is also formed on the inner surface of the through hole.
About these comparative examples 1-3 and the reference example 1, similarly to this invention 1-8, the residual stress in the flat surface of the flank before hard coating layer formation was measured with the X-ray-diffraction apparatus, and hard coating layer The surface roughness of the through hole inner surface, the flank surface, and the honing portion before and after the formation was measured with an arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm in accordance with JIS B0601-1994 (2001). The residual stress values and surface roughness values measured for these comparative examples and reference examples are also shown in Table 1.
表1によれば、インサート基体の表面(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れば、圧縮残留応力が増加する効果があるが、噴射圧力が所定範囲以上に高くなれば、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0.06μm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。
なお、本発明1〜8、参考例1の表面被覆インサートの貫通穴内面にはウエットブラスト処理が施されておらず、しかも硬質被覆層も被覆されておらず、焼結肌のままである。また比較例3の表面被覆インサートは、その貫通穴内面にウエットブラスト処理は施されていないが、PVD法による硬質被覆層が形成されている。
According to Table 1, if the wet blast spray pressure on the surface of the insert base (flank and chip breaker) is increased, there is an effect of increasing the compressive residual stress, but if the spray pressure is higher than a predetermined range, Conversely, it can be seen that the surface roughness increases and the smoothness tends to decrease slightly.
In addition, the surface roughness of the honing part subjected to honing with a nylon brush is as smooth as 0.06 μm. However, when this surface is subjected to wet blasting under the conditions of the present invention, the surface roughness becomes large conversely, It turns out that smoothness falls.
In addition, wet blasting is not performed on the inner surface of the through hole of the surface-coated inserts of the
次に上記の各表面被覆インサートを、いずれもバイトの先端部に図4(a)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》
被削材;JIS−SCM440の角材、
切削速度;260m/min、
送り;0.5mm/rev、
切り込み;2mm
の湿式断続切削を行い、
衝撃回数は最大2000回を上限とし、欠損が発生するまでの衝撃回数を評価した。
《切削試験2》
被削材;JIS−S10Cの丸棒、切削速度;400m/min、
送り;0.6mm/rev、
切り込み;3.5mm
の湿式連続切削を行い、
切れ刃交換までの実切削時間を評価し、切れ刃交換時の切削加工表面(仕上げ面)の観察も行った。
表2に、上記切削試験1,2における欠損が発生するまでの衝撃回数、切れ刃交換までの実切削時間および切れ刃交換時の切削加工表面状況を示す。
なお、切れ刃交換までの実切削時間は、仕上げ面が劣化した場合には、その時点で切削を終了してそれまでの時間とし、良好な仕上げ面が維持されている場合には、逃げ面摩耗幅が0.4mmに達するまでの時間とした。これは、逃げ面摩耗幅が0.4mmを越えるまで成長すると、高負荷が作用する高送り切削での加工寸法精度を維持することができなくなるからである。
Next, a cutting test was performed under the following conditions in a state where each of the above surface-coated inserts was fixed to the tip of the cutting tool with an L-shaped lever shown in FIG.
<<
Work material: Square material of JIS-SCM440,
Cutting speed: 260 m / min,
Feed: 0.5mm / rev,
Cutting depth: 2mm
Wet intermittent cutting of
The maximum number of impacts was 2000, and the number of impacts until a defect occurred was evaluated.
<<
Work material: JIS-S10C round bar, cutting speed: 400 m / min,
Feed; 0.6mm / rev,
Cutting depth: 3.5mm
Wet continuous cutting of
The actual cutting time until cutting edge replacement was evaluated, and the cutting surface (finished surface) at the time of cutting edge replacement was also observed.
Table 2 shows the number of impacts until a defect occurs in the cutting tests 1 and 2, the actual cutting time until cutting edge replacement, and the cutting surface condition at the time of cutting edge replacement.
The actual cutting time until the cutting edge replacement is the time until the end of cutting when the finished surface deteriorates, and when the finished surface is maintained, the flank surface is maintained. The time until the wear width reached 0.4 mm was taken. This is because when the flank wear width grows to exceed 0.4 mm, it becomes impossible to maintain the machining dimensional accuracy in high feed cutting in which a high load acts.
表2によれば、ウエットブラスト処理を施していない参考例1は、衝撃回数284回で欠損を生じ、耐欠損性に劣ることが分かる。
また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは本発明と同等であるが、貫通穴内周面の表面粗さがRaで0.2μm以下の比較例1,2については、参考例1の場合と同様に耐欠損性に劣り、特に比較例1においては、切れ刃の欠損に加え、貫通穴内面の支持具接触面にも破損痕が見られたことから、切削中に生じた異常振動が支持具接触面を破損させ、その結果、インサートの工具本体への固定がより不確実となり、切れ刃の欠損が早期に発生したと考えられる。さらに、これらのインサートは、湿式連続切削でも仕上げ面の劣化により短時間で切削中断となった。
また、焼結肌の貫通穴内面を硬質被覆層で被覆した比較例3では、湿式断続切削で貫通穴内面の支持具接触面における硬質被覆層表面から破損が生じ切削終了となった。さらに湿式連続切削でも仕上げ面の白濁・ビビリにより短時間で切削終了となったが、これも支持具接触面の硬質被覆層表面における欠陥により、インサートの工具本体への固定が不確実になったためと考えられる。
これに対し、貫通穴内面の面粗さが0.2μmを超え、かつ、ウエットブラスト処理により逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを低減し、すくい面表面部の硬質相に圧縮残留応力を付与し、さらに貫通穴内面を除いてPVD法による硬質被覆層で被覆した本発明品1〜8は、欠損を発生することなく、すぐれた仕上げ面精度を示し、かつ、長寿命を示した。
According to Table 2, it can be seen that Reference Example 1 which was not subjected to wet blasting caused defects at 284 impacts and was inferior in fracture resistance.
The surface roughness of the flank and the chip breaker is the same as that of the present invention. However, Comparative Examples 1 and 2 where the surface roughness of the inner peripheral surface of the through hole is 0.2 μm or less are the same as those in Reference Example 1. Similarly, it is inferior in chipping resistance. In particular, in Comparative Example 1, in addition to the chipping of the cutting edge, damage traces were also found on the support tool contact surface on the inner surface of the through hole, so that abnormal vibration generated during cutting was supported. It is considered that the tool contact surface was damaged, and as a result, the fixing of the insert to the tool body became more uncertain, and the cutting edge was lost early. Furthermore, these inserts were interrupted in a short time due to deterioration of the finished surface even in wet continuous cutting.
Moreover, in the comparative example 3 which coat | covered the inner surface of the through-hole of the sintered skin with the hard coating layer, damage occurred from the surface of the hard coating layer on the support tool contact surface of the inner surface of the through-hole by wet intermittent cutting, and the cutting was completed. Furthermore, even in wet continuous cutting, cutting was completed in a short time due to white turbidity and chatter of the finished surface, but this was also because the fixing of the insert to the tool body became uncertain due to defects in the hard coating layer surface of the support contact surface it is conceivable that.
On the other hand, the surface roughness of the inner surface of the through hole exceeds 0.2 μm, and the surface roughness of the flank and chip breaker is reduced by wet blasting to give compressive residual stress to the hard phase of the rake surface. Furthermore, the
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・TNMG160412に規定する形状・寸法を有する貫通穴を有するインサート基体(焼結体)を作成した。
原料配合組成:
いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN粉末、WC粉末、TaC粉末、Mo2C粉末、Co粉末、Ni粉末を、それぞれ、56wt%、15wt%、5wt%、10wt%、7wt%、7wt%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℃/分の速度で昇温し、
(3)2.0kPaの窒素雰囲気で、1350℃から所定の焼結温度(1500℃)まで2℃/分の速度で昇温し、続いて同じ雰囲気で前記焼結温度に60分間保持した。
これら切削インサートに実施例1と同様のブラシホーニング処理およびウエットブラス
ト処理を、表3に示す工程順序、処理条件で施した。
さらに、各インサート基体に対して、その表面に、PVD法の一種であるアークイオンプレーティング法により、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成し、本発明9〜12の表面被覆インサートとした。但し蒸着被覆においては、予めインサート基体の貫通穴部分をマスキング部材により覆っておき、貫通穴の内面(支持具接触面を含む面)には、硬質被覆層が形成されないようにした。すなわち、支持具接触面を含む貫通穴の内面については、焼結肌を維持した。
比較のために、ブラシホーニング処理のみを行いウエットブラスト処理を行わないインサートを参考例2として作製し、また、本発明と同条件で、ブラシホーニング処理及びウエットブラスト処理を行うとともに、これに加え、さらに、貫通穴内面にもウエットブラスト処理を行ったインサートを比較例4,5として作製した。
これらの本発明9〜12および参考例2、比較例4,5の表面被覆インサートについて、実施例1と同様にして、硬質被覆層で被覆する前のインサート基体の段階での各部の表面粗さおよび残留応力と、硬質被覆層で被覆した後の表面被覆インサートの各部の表面粗さを測定した結果を表3に示す。
After a raw material powder of P20 grade TiCN-based cermet having the following raw material blending composition is press-molded, it is sintered under the following conditions, and an insert base body having a through hole having a shape and dimensions specified in ISO / TNMG160412 (sintered body) )created.
Raw material composition:
All of TiCN powder, WC powder, TaC powder, Mo 2 C powder, Co powder, and Ni powder having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm were 56 wt%, 15 wt%, 5 wt%, 10 wt%, and 7 wt%, respectively. , 7 wt%, and wet mixed in a ball mill for 24 hours and dried.
Sintering conditions:
(1) The temperature is raised from room temperature to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(2) Raise the temperature to 1350 ° C. at a rate of 2 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(3) In a 2.0 kPa nitrogen atmosphere, the temperature was increased from 1350 ° C. to a predetermined sintering temperature (1500 ° C.) at a rate of 2 ° C./min, and then maintained at the sintering temperature for 60 minutes in the same atmosphere.
These cutting inserts were subjected to the same brush honing treatment and wet blasting treatment as in Example 1 in the order of steps and treatment conditions shown in Table 3.
Further, a hard coating layer of a single TiAlN layer having an average film thickness of 1.5 μm is vapor-deposited on the surface of each insert substrate by an arc ion plating method which is a kind of PVD method. Twelve surface-coated inserts were made. However, in the vapor deposition coating, the through hole portion of the insert base was previously covered with a masking member so that the hard coating layer was not formed on the inner surface of the through hole (the surface including the support tool contact surface). That is, the sintered skin was maintained about the inner surface of the through hole including the support tool contact surface.
For comparison, an insert that performs only brush honing and does not perform wet blasting is prepared as Reference Example 2, and under the same conditions as the present invention, brush honing and wet blasting are performed. Furthermore, the insert which performed the wet blast process also to the inner surface of the through hole was produced as Comparative Examples 4 and 5.
About the surface covering inserts of the
本発明9〜12は、ウエットブラスト処理を施すことにより、インサート基体の表面(逃げ面およびチップブレーカ)は全て450MPa以上の高い圧縮残留応力を示し、また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは全てRa:0.2μm以下であった。
ただ、ウエットブラスト処理を施した後にブラシホーニング処理を行った本発明11,12は、ブラシホーニング処理後にウエットブラスト処理を行った本発明9,10と比較し、ホーニング部の表面粗さも大幅に改善されていることがわかる。
ブラシホーニング処理のみを行いウエットブラスト処理を行わなかった参考例2は、その表面(逃げ面およびチップブレーカ)の圧縮残留応力の値は、本発明9〜12に比して小さいものであった。
また、比較例4,5の表面(逃げ面およびチップブレーカ)の圧縮残留応力の値は、本発明とほぼ同等であったが、貫通穴内面にもウエットブラスト処理を行うことにより、貫通穴内面の表面粗さはRa:0.17μmにまでに低減していた。
なお、インサート貫通穴内面の表面粗さは、本発明9〜12、参考例2のいずれにおいても、Ra:0.32〜0.34μmの範囲内であった。
In the
However, the
In Reference Example 2 in which only the brush honing process was performed and the wet blast process was not performed, the value of the compressive residual stress on the surface (flank and chip breaker) was smaller than that of the present invention 9-12.
Further, although the values of the compressive residual stress on the surfaces (flank and chip breaker) of Comparative Examples 4 and 5 were almost the same as those of the present invention, the inner surface of the through hole was obtained by performing wet blasting on the inner surface of the through hole. The surface roughness was reduced to Ra: 0.17 μm.
The surface roughness of the inner surface of the insert through hole was in the range of Ra: 0.32 to 0.34 μm in both of the
次に、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4の(a)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3》
被削材;JIS−SNCM439の角材、
切削速度;240m/min、
送り;0.6mm/rev、
切り込み;2mm
の湿式断続切削を行い、
欠損が発生するまでの衝撃回数を評価した。
《切削試験4》
被削材;JIS−SUJ2の丸棒、
切削速度;450m/min、
送り;0.6mm/rev、
切り込み;3mm
の湿式連続切削を行い、
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。
Next, a cutting test was performed under the following conditions in a state where each of the various cutting inserts was fixed to the tip of the cutting tool with the L-shaped lever shown in FIG.
<<
Work material: Square material of JIS-SNCM439,
Cutting speed: 240 m / min,
Feed; 0.6mm / rev,
Cutting depth: 2mm
Wet intermittent cutting of
The number of impacts until a defect occurred was evaluated.
<< Cutting Test 4 >>
Work material: JIS-SUJ2 round bar,
Cutting speed: 450 m / min,
Feed; 0.6mm / rev,
Cutting depth: 3mm
Wet continuous cutting of
The cutting surface at the start of cutting after a cutting time of 0.2 minutes was observed.
ウエットブラスト処理を施した本発明9〜12は、全て優れた耐欠損性を示したが、特にウエットブラスト処理を行った後にブラシホーニング処理を行い、ホーニング部の表面粗さを低減した本発明11,12はさらに良好な結果を示した。
これに対して、逃げ面およびチップブレーカにウエットブラスト処理を施さなかった参考例2、および、逃げ面、チップブレーカに加え、貫通穴内面にまでウエットブラストを行い、貫通穴内面の表面粗さをRa:0.17μmにまで低減した比較例4においては、欠損に至るまでの衝撃回数が非常に少なく、耐欠損性に劣ることが分かった。また、同じく貫通穴内面にまでウエットブラストを行った比較例5では、貫通穴内面の支持具接触面よりインサートが欠損し、短時間で切削を終了した。
なお、良好な加工表面を得ることの難しいSUJ2の高速高送り切削において、ホーニング部の表面粗さが小さい参考例2や本発明11,12は切削開始段階から光沢のある良好な仕上げ面を提供したが、本発明9,10による切削加工表面はムシレの発生や白濁現象のない通常の仕上げ面を得ることは可能であったが、光沢のある仕上げ面を提供するまでには至らなかった。
さらに、貫通穴内面の表面粗さを低減した比較例4,5においては、切削初期よりビビリの発生した仕上げ面となっていた。
The
In contrast, in Reference Example 2 where the flank and chip breaker were not wet blasted, and in addition to the flank and chip breaker, wet blasting was performed to the inner surface of the through hole, and the surface roughness of the inner surface of the through hole was reduced. In Comparative Example 4 in which Ra was reduced to 0.17 μm, it was found that the number of impacts up to the defect was very small and the defect resistance was poor. Further, in Comparative Example 5 in which wet blasting was similarly performed to the inner surface of the through hole, the insert was lost from the support tool contact surface of the inner surface of the through hole, and the cutting was completed in a short time.
In addition, in SUJ2 high-speed high-feed cutting where it is difficult to obtain a good machined surface, Reference Example 2 and the
Furthermore, in Comparative Examples 4 and 5 in which the surface roughness of the inner surface of the through hole was reduced, it was a finished surface with chatter from the beginning of cutting.
以上の表1〜4に示される結果から、工具本体へのインサート取り付け用貫通穴の内面(支持具接触面を含む面)が、所定の表面粗さとされかつその面が硬質被覆層で覆われていない本発明の表面被覆インサートは、これに接触する支持手段との接触面における亀裂・破損の発生を防止することができ、また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さと、すくい面の表面部の硬質相の残留応力とが適切に調整されているため、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とが確認された。 From the results shown in Tables 1 to 4 above, the inner surface (the surface including the support contact surface) of the insert mounting through-hole to the tool body has a predetermined surface roughness, and the surface is covered with a hard coating layer. The surface-coated insert of the present invention that is not present can prevent the occurrence of cracks and breakage at the contact surface with the supporting means that contacts the insert, and also the surface roughness of the flank and chip breaker, and the rake face. Since the residual stress of the hard phase is appropriately adjusted, it exhibits excellent fracture resistance and finished surface accuracy in cutting operations with high loads, and exhibits excellent cutting performance over a long period of use. It was confirmed that the tool life can be extended.
実施例1で用いた原料と同じ配合組成の原料粉末を用い、TiCN基サーメットからなるインサート基体(焼結体)を製造した。さらにそのインサート基体に対して、表5に示す条件でウエットブラスト処理を施した(但し貫通穴の内面を除く)。またそのウエットブラスト処理前、もしくはウエットブラスト処理の後には、表5の条件でインサート基体の
刃先部にホーニング加工(ブラシホーニング)を施した。
その後、インサート基体における貫通穴の内面を除く表面に、表5中に示す種々の材質でアークイオンプレーティング法によりPVD硬質被覆層を、平均膜厚1.5μmで形成し、本発明例13〜20の表面被覆インサートを得た。なお参考例3は、インサート基体に対してウエットブラスト処理を施さずにPVD硬質被覆層を形成した例である。
硬質被覆層を形成する前の段階のインサート基体について、逃げ面の残留応力、逃げ面、ホーニング部の表面粗さを前記と同様にして測定し、また硬質被覆層形成後のインサートの逃げ面、ホーニング部、および貫通穴内面の表面粗さを、前記同様に測定したので、その結果を表5中に示す。
次に、以下に示す条件により切削試験を行なってインサート性能を評価した。
《切削試験5》
被削材:JIS−SNCM439の溝入り丸棒(溝は長手方向に6溝)、
切削速度:140m/min、
送り速度:0.3mm/rev、
切込み:2mm
の湿式断続切削を行い、切れ刃交換までの実切削時間を評価した。
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、インサートが割損する等、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0.2mmに達するまでの時間とした。
《切削試験6》
被削材:JIS−S45Cの丸棒、
切削速度:240m/min、
送り速度:0.12mm/rev、
切込み:1.0mm
の湿式連続切削を行い、実加工時間20分後の逃げ面摩耗幅を評価した。
なお、加工途中で在っても、逃げ面摩耗幅が0.2mmに達した場合は寿命としそれまでの実加工時間を評価した。
表6に、上記切削試験5における切れ刃交換までの実切削時間および切れ刃交換の理由、切削試験6における逃げ面摩耗幅と切削終了時の被削材仕上げ面の外観状態を示す。
An insert substrate (sintered body) made of TiCN-based cermet was produced using raw material powder having the same composition as the raw material used in Example 1. Further, the insert substrate was wet-blasted under the conditions shown in Table 5 (except for the inner surface of the through hole). Further, before or after the wet blasting process, the cutting edge of the insert base was subjected to honing (brush honing) under the conditions shown in Table 5.
Thereafter, a PVD hard coating layer was formed with an average film thickness of 1.5 μm by an arc ion plating method using various materials shown in Table 5 on the surface excluding the inner surface of the through hole in the insert substrate. 20 surface-coated inserts were obtained. Reference Example 3 is an example in which a PVD hard coating layer was formed without applying wet blasting to the insert substrate.
For the insert substrate at the stage before forming the hard coating layer, the residual stress of the flank, the flank, and the surface roughness of the honing part were measured in the same manner as described above, and the flank of the insert after the hard coating layer was formed, Since the surface roughness of the honing part and the inner surface of the through hole was measured in the same manner as described above, the results are shown in Table 5.
Next, a cutting test was performed under the following conditions to evaluate the insert performance.
<<
Work material: JIS-SNCM439 grooved round bar (6 grooves in the longitudinal direction),
Cutting speed: 140 m / min,
Feed rate: 0.3 mm / rev,
Cutting depth: 2mm
Wet intermittent cutting was performed, and the actual cutting time until replacement of the cutting edge was evaluated.
The time until replacement of the cutting edge is the time until it becomes impossible to continue actual cutting, such as chipping or chipping of the used cutting edge, or breakage of the insert, and normal cutting is maintained. If it is, the time until the flank wear width reaches 0.2 mm is taken.
<<
Work material: JIS-S45C round bar,
Cutting speed: 240 m / min,
Feed rate: 0.12 mm / rev,
Cutting depth: 1.0mm
The flank wear width after 20 minutes of actual machining time was evaluated.
In addition, even if it was in the middle of processing, when the flank wear width reached 0.2 mm, the actual processing time until that time was evaluated as the life.
Table 6 shows the actual cutting time until the cutting edge replacement in the
表6に示される結果から、表5中に示しているような種々の異なる材質の硬質被覆層のいずれでも、本発明の例では、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とが確認された。なおインサート基体にウエットブラスト処理を施さなかった参考例3では、耐欠損性が劣り、また仕上げ面の外観品質も劣ることが確認された。 From the results shown in Table 6, in any of the hard coating layers of various different materials as shown in Table 5, in the example of the present invention, excellent chipping resistance and finish in cutting with high load applied. It was confirmed that the surface accuracy was excellent, the cutting performance was excellent over a long period of use, and the tool life could be extended. In Reference Example 3 where the insert base was not wet-blasted, it was confirmed that the chipping resistance was poor and the appearance quality of the finished surface was poor.
本発明によれば、切れ刃部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表面被覆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。 According to the present invention, a surface-coated TiCN that is capable of forming a machined surface with excellent chipping resistance and excellent finish surface accuracy under cutting conditions in which a high load acts on the cutting edge. In addition to providing a cutting insert made of basic cermet, even when this insert is applied to cutting under normal conditions, it exhibits excellent cutting performance over a long period of use. It can cope with energy saving and cost reduction sufficiently satisfactorily.
1 表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサート
2 逃げ面
3 ホーニング部
4 すくい面
5 チップブレーカ部
6 工具本体への取り付け着座面
7 ランド部
8 取り付け用貫通穴
8A 支持具接触面
9 工具本体
9A 工具本体への取り付け手段としての支持具
9B 工具本体への取り付け手段としての支持具
10 インサート基体
12 回転軸
14 ブラストガン
G 研磨液
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記取り付け用貫通穴の内面のうち、少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面は、前記硬質被覆層により覆われていない面で構成され、かつその支持具接触面は、その表面面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗さとされ、かつ前記インサート基体における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、しかも前記インサート基体における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、表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。 Titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and having a chip breaker formed by transferring the mold shape to the rake face during press molding A surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating an insert base composed of a sintered body with a hard coating layer by physical vapor deposition;
Of the inner surface of the mounting through-hole, at least a support tool contact surface that comes into contact with a support tool as means for attaching to the tool body is configured by a surface that is not covered by the hard coating layer, and the support tool contact surface is The surface roughness of the surface of the insert base is more than 0.2 μm as the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. A surface-coated carbon having an arithmetic average roughness Ra of 0.08 mm or less and 0.2 μm or less, and the residual stress of the hard phase of at least the rake face of the insert substrate is 450 MPa or more in compression. Titanium nitride based cermet cutting insert.
焼結法によって、前記取り付け用貫通穴における少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面の表面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を超える粗さとなっているインサート基体を製造するインサート基体製造工程と、
前記インサート基体の表面のうち、少なくとも前記支持具接触面を除く領域内にウエットブラスト処理を施すことにより、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以上とするウエットブラスト工程と、
前記ウエットブラスト工程の後、インサート基体の表面のうち、少なくとも前記支持具接触面を除く領域に、物理蒸着法によって硬質被覆層を形成する被覆工程、
とを有してなることを特徴とする、表面被覆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。 Titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and having a chip breaker formed by transferring the mold shape to the rake face during press molding In a method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating an insert base composed of a sintered body with a hard coating layer by physical vapor deposition;
By the sintering method, the surface roughness of the support contact surface contacting at least the support as the means for attaching to the tool body in the mounting through hole is 0.2 μm in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. An insert substrate manufacturing process for manufacturing an insert substrate having a roughness exceeding
By performing wet blasting in at least the region of the surface of the insert base body excluding the contact surface of the support, the surface roughness of the flank and the chip breaker is set to an arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. And a wet blasting process in which the residual stress of the hard phase of the surface portion of the rake face is at least 450 MPa by compression,
After the wet blasting step, a coating step of forming a hard coating layer by a physical vapor deposition method in a region excluding at least the support contact surface of the surface of the insert substrate,
A method for manufacturing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert.
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