JP4185370B2

JP4185370B2 - Hard sintered body cutting tool with chip breaker and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP4185370B2
Application number: JP2003014122A
Authority: JP
Inventors: 泰幸金田; 泰彦沖田; 則秀木村
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004223648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を含有し、優れた切り屑処理性を有する硬質焼結体切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平４−２１７４０４号公報
【特許文献２】
特開平３−１７８７３６号公報
【０００３】
微細なダイヤモンド粉末を焼結したダイヤモンド焼結体切削工具は、非鉄金属材料、特にアルミニウム合金などの加工において、その優れた耐摩耗性と高い強度のために、広く用いられている。また、微細な立方晶窒化硼素粉末を種々の結合材を用いて焼結した素材を刃先とする、立方晶窒化硼素焼結体切削工具は、高硬度の鉄族金属や鋳鉄の切削に対して優れた性能を示す。
【０００４】
一方、近年工作機械の自動化や、生産工程の無人化運転に伴い、これら切削工具の長寿命化に加え、切り屑処理性の向上も、加工機械の連続運転に必要不可欠な項目となっている。ところが、従来用いられてきたこれらダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素焼結体切削工具は、図２に示される形状の切削工具のように、切り屑の分断を目的として、工具すくい面表面に凹凸の突起を形成した、いわゆるチップブレーカーが付加されたものはほとんどみられなかった。このため、これら工具を使用した場合、工作機械の自動運転中に、切り屑の巻き込みによる、被削材及び工具の着脱異常や、被削面の悪化などが生じ、場合によっては自動運転が不可能となり、生産性の向上を阻害する一因となっていた。
【０００５】
【特許文献１】には、硬質焼結体切削工具のすくい面表面に、放電加工や研摩加工により、チップブレーカーを形成することが示されている。この例においては、放電加工あるいは研摩加工により形成された、１条あるいは複数の溝状のブレーカーが、切り屑を渦巻き状にカールさせることにより、切り屑処理を可能としている。しかしながら、このような単純な溝状形状によるブレーカー付き硬質焼結体切削工具では、特定の切削条件下においては切り屑処理の効果が発揮されるものの、切削条件が異なる場合や、あるいは複雑形状の被削材表面の倣い加工などといった、広い範囲の加工条件には対応できないという問題があった。
【０００６】
さらに、【特許文献２】には、レーザー加工、放電加工、あるいは超音波加工により、硬質焼結体表面にチップブレーカーを形成する方法が示されている。ここでは、このような加工方法を用いることにより、硬質焼結体チップ表面に、様々なチップブレーカーパターンを形成することが実現できることが示されている。ところが同文献にも示されているように、レーザー加工を用いて硬質焼結体表面にブレーカーを形成する場合、レーザー加工が行われた後には、切れ刃部分に大きな欠けが発生する。このため、この切れ刃部分の欠けを除去するために、オーバーハングした状態でレーザーを照射させてブレーカーを形成した後、切削ブランク部を減ずることが必要であることが示されている。このように、切れ刃部分に大きな欠けが生ずるほど、十分なレーザー出力を使用しなければ、ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素焼結体を含む硬質焼結体表面は加工できないために、たとえ切れ刃の欠落部分を研摩等の方法により減ずることができたとしても、工具すくい面にはレーザー加工に伴う大きな表面の荒れや加工損傷が残されており、これが原因で、工具すくい面での溶着の発生や、工具欠損など、性能面で問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来技術の課題に鑑み、本発明は、ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具において、レーザーを用いた少なくとも１加工工程を経ることにより、凸状、または凸と凹の組み合わせの形状で形成された工具すくい面を得た後、レーザー加工を行った該工具すくい面を、遊離研摩砥粒を用いた研摩方法により研摩を行って得られた工具すくい面を有することにより、切り屑処理性に優れ、長寿命なチップブレーカー付き硬質焼結体切削工具を得ようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による、チップブレーカー付き硬質焼結体切削工具は、ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具において、レーザーを用いた少なくとも１加工工程を経ることにより、凸状、または凸と凹の組み合わせの形状で形成された工具すくい面を得た後、レーザー加工を行なった該工具すくい面を、遊離研摩砥粒を用いた研摩方法により研摩を行って得られた工具すくい面を有することを特徴とする。このような構成とすることにより、切削条件が異なる場合や、あるいは複雑形状の被削材表面の倣い加工などといった場合においても、広い範囲で切り屑処理性を発揮することが可能となるなど切り屑処理性に優れ、加えて工具すくい面における加工損傷が少ないために、工具欠損や溶着の少ない長寿命なチップブレーカー付き硬質焼結体切削工具が得られる。
【０００９】
本発明の別の態様では、工具すくい面の面粗さが、Ｒｚ：１〜１５μｍの範囲内にすることができる。工具すくい面の面粗さが、このような面粗さの範囲内であるとき、工具すくい面上を流れる切り屑がスムーズに排出されるため、切り屑処理性が改善されより好ましい。
【００１０】
また本発明の別の態様では、工具切れ刃刃先部分に、砥石により研摩されたランド面またはネガランド面とを有することができる。このような構成とすることにより、切れ刃の欠け防止と、刃先における溶着が防止されるために、より好ましい。
【００１１】
更に本発明の別の態様では、前記立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具の表面に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素及び、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂの元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素または該群から選択される少なくとも１種の金属の窒化物、炭化物、酸化物及びこれらの固溶体の中から選択される少なくとも１種の化合物からなる被覆層を形成することができる。このような構成とすることにより、工具の耐摩耗性が向上するとともに、工具表面における面粗さが小さくなるために、工具寿命と、切り屑排出性が改善されるためより好ましい。
【００１２】
また、本発明によるチップブレーカー付き硬質焼結体切削工具の製造方法は、ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体を切削工具材料として用い、ａ）レーザーを用いて工具すくい面を形成する工程と、ｂ）遊離研摩砥粒を用いた研摩方法により該レーザーにより加工された工具すくい面を研摩する工程を、含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるチップブレーカー付き硬質焼結体切削工具の例を、図１に示す。硬質焼結体３は、超硬合金基体４と一体化された２層構造をなし、これが超硬合金製の工具母材７の角部にろうづけされて切削工具となる。本発明は、超硬合金基体４を用いない切削工具にも当然ながら用いることができる。
【００１４】
切削工具は、例えば取り付け穴等を用いてホルダーに装着される、いわゆるスローアウェイチップや、後述する実施例４で用いるホルダーに直接ろうづけされたバイトなどがある。本発明は、これら切削工具の切削性能に関与する最も重要な部分である切刃近傍の構造に関するものである。
【００１５】
本発明者は切り屑処理性に優れ、かつ長寿命なチップブレーカー付き硬質焼結体切削工具の研究を鋭意行ってきた。その結果、レーザーを用いた少なくとも１加工工程を経ることにより、凸状、または凸と凹の組み合わせの形状で形成された工具すくい面を得た後、レーザー加工を行なった該工具すくい面を、遊離研摩砥粒を用いた研摩方法により研摩を行って工具すくい面を得ることにより、切り屑処理性に優れ、かつ長寿命なチップブレーカー付き硬質焼結体切削工具が得られることを見出した。
【００１６】
まず、良好な切り屑処理性とは、ａ）広い切削条件に対応できる、ｂ）多様な工具行路に対応できる、などの点が挙げられる。そして、レーザー加工により工具すくい面上に凸状、または凸と凹の組み合わせによる突起を形成させることにより、大幅に切り屑処理性が向上することを見出した。
【００１７】
従来のダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を含む硬質焼結体切削工具では、その加工の困難さや経済性の理由から、図３に示す１条または複数の直線的な溝状ブレーカーを砥石により、すくい面上に形成することのみが、現実的にチップブレーカーを形成する唯一の手段であった。このため、前記切り屑処理性に優れるブレーカーの形成が困難であった。しかしながら、レーザー加工、特にそのエネルギーの吸収特性から、ＹＡＧレーザーを用い、これをダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を含む硬質焼結体を含む加工に適用した場合、加工能率よく任意の形状のブレーカーが形成されることを見出した。そして、ブレーカー形状として、凸状、または凸と凹の組み合わせによる３次元形状の突起を形成させることにより、大幅に切り屑処理の対応力が向上することを見出した。
【００１８】
ところが、このように３次元形状のブレーカーが形成されたダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を含む硬質焼結体切削工具も、実際に切削加工に供した場合、切り屑処理の対応力には優れるものの、比較的切削初期の段階で刃先が欠損したり、工具すくい面の溶着により、切り屑処理が困難となるなどの問題があった。
【００１９】
この問題を鋭意調査した結果、レーザー加工後のすくい面に残された、加工損傷に起因していることが見出された。このすくい面上の加工損傷層中には微細なキレツが多数含まれているが、これはダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を含む硬質焼結体上で、局所的に１０００度以上に達するレーザーによる加熱域と、その周辺との間で起こる、熱的な落差による熱キレツが原因であることが見出された。そして切削初期における工具刃先の欠損は、これらすくい面上に潜在している微細キレツが破壊の基点となっていることが見出された。また、工具すくい面における溶着の発生は、レーザー加工により形成された加工損傷層表面おける面粗さの悪化、およびダイヤモンドのグラファイトへの変換、または立方晶窒化硼素の六方晶への変換などにより、すくい面上での切り屑との摩擦係数が大きくなることによるためであることが見出された。
【００２０】
そして、凸状、または凸と凹の組み合わせによる３次元形状を持つ工具すくい面上に、遊離砥粒を用いた研摩を行うことにより、前記工具すくい面の３次元形状に倣った形状で研摩が行えることになり、工具すくい面全面にわたり加工損傷層を減少させることが可能となることを見出した。砥粒材質としては、アルミナや炭化ケイ素、あるはジルコニアなどを主成分とするセラミック粒子なども考えられるが、これらは加工損傷層を除去する能力が小さいため、比較的大きな粒子径の砥粒が必要となる。このような砥粒を用い研摩加工を行なった場合、工具すくい面における除去能力は優れるものの、鋭利な切れ刃刃先に大きな欠けが生じるなどの問題が発生しやすい。これに対して、ダイヤモンド砥粒は、硬度が高く、除去能力に優れるため、大きな粒度の砥粒を使うことなく、工具すくい面における加工損傷層の減少、または除去が行なえる。特に＃１５００〜＃３０００の大きさからなる、ダイヤモンド砥粒を用いた場合、工具刃先に欠けを発生することなく、工具すくい面の加工損傷層の減少、または除去が行なえるために好ましい。
【００２１】
なお遊離砥粒は、圧縮空気などによる噴射加工、あるいは例えばナイロンやアラミドなどといった樹脂、および動植物の毛材などを原料とするブラシ、および潤滑作用のための油などとともに、回転または揺動による研摩加工、などの方法を用いることにより、工具すくい面の３次元形状に倣った加工が可能となる。一方、前記ブラシ素材に前記ダイヤモンドなどの砥粒が埋め込まれたブラシを用いることにより、工具すくい面の３次元形状に倣って加工を行うことが可能であれば、本発明の目的を達成することも可能である。
【００２２】
一方、遊離砥粒を用いた研摩を行った後のすくい面の面粗さが、Ｒｚ：１５μｍ以下である場合、すくい面における溶着の発生が少なくなり、より切り屑がスムーズに排出されるため、より好ましい。逆に、すくい面の面粗さがＲｚ：１μｍ未満となった場合、加工条件によっては、切り屑が工具すくい面上を滑ることにより、ブレーカー効果が低下して、切り屑が伸びることとなり好ましくない。このため、遊離研摩砥粒を用いて研摩を行った後の、好ましいすくい面の面粗さは、Ｒｚ：１〜１５μｍの範囲内である。
【００２３】
さらに、立方晶窒化硼素焼結体切削工具を用い高硬度焼入れ材を加工する場合や、ダイヤモンド焼結体切削工具を用いアルミ合金の断続加工を行う場合など、工具切れ刃刃先に過酷な負荷が加わり、工具欠損が発生しやすい加工条件において、工具切れ刃刃先に、砥石により研摩されたランド面またはネガランド面が形成されている場合、刃先が欠損することなく著しく工具寿命が向上することが見出された。刃先にランド面あるいはネガランド面を形成する方法としては、前記レーザー加工により工具すくい面とともに、該ランド面あるいは該ネガランド面を形成することが考えられる。しかしながら、前記遊離研摩砥粒を用いた研摩加工により、レーザー加工損傷層を除去、あるいは減ずる加工を行っても、砥石による研摩加工による加工損傷層に比較して、大きな加工損傷層や、大きなキレツが残留しており、前記過酷な加工条件下においては、場合によって、工具刃先が欠損することがあった。このため、該ランド面あるいは該ネガランド面は、砥石により研摩されることが好ましい。また、このような刃先部分に砥石によりランド面、あるいはネガランド面を得る方法としては、前記レーザー加工を行った後に、工具刃先部分に砥石によりランド面あるいはネガランド面を得るか、あるいは予め砥石によりランド面あるいはネガランド面を形成した後、ランド面あるいはネガランド面にマスキングを施すなどレーザーの照射を防ぐ手段を行った後、レーザー加工を行うなど、いずれの手順で実施されても構わない。
【００２４】
ここで、該ランド面または該ネガランド面の幅が、０．０１ｍｍ未満の場合、前記過酷な切削条件下における、刃先の強度向上の効果が現われず、比較的切削初期にて工具刃先に欠けが発生しやすくなる。また、研摩された該ランド面または該ネガランド面の幅が０．５ｍｍを超える場合、切削抵抗が増大し、被削材の寸法精度に悪影響を及ぼす。このため、砥石により研摩された該ランドまたは該ネガランド面の幅は、０．０１〜０．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００２５】
加えて、該ランド面または該ネガランド面の面粗さがＲｚ：１．０μｍ以下の場合、刃先における溶着発生がより低減されるため、加工後の被削材の仕上げ面粗さや寸法精度がより向上されるために好適である。また、該ランド面または該ネガランド面の面粗さをＲｚ：０．１μｍ未満にしようとした場合、多大の労力が必要となるため、経済性の点で問題となる。このため、該ランド面または該ネガランド面の面粗さはＲｚ：０．１〜１．０μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具の表面に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素及び、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂの元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素または該群から選択される少なくとも１種の金属の窒化物、炭化物、酸化物及びこれらの固溶体の中から選択される少なくとも１種の化合物からなる被覆層を形成することにより、切削工具としての耐摩耗性が著しく向上するとともに、工具すくい面における表面の面粗さが小さくなるために、工具寿命の延長と、切り屑排出性が改善されるためより好ましい。
【００２７】
【実施例】
本発明に係わる切削工具の実施例を、以下に説明する。
【００２８】
【実施例１】
ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具において、工具すくい面に形成されたチップブレーカーの作製方法やその形状が、切削加工時における切り屑処理性や、工具寿命に及ぼす影響を調べた。
【００２９】
準備された種々の立方晶窒化硼素硬質焼結体スローアウェイチップの例を表１に示す。表１に示すスローアウェイチップは、０．５〜１μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を５０容量％含有する多結晶硬質焼結体を、図１に示すようにコーナー部にろうづけし、その後、＃１，０００ダイヤモンド砥石により刃付け研摩を行った。
【００３０】
この後、ガルバノメータミラーにより集光性を高めた高出力パルスＹＡＧレーザーを用い、出力３３Ｗ、発信周波数１８ｋＨＺ、加工ピッチ１８μｍの条件にて、等高線状に一定の加工量で彫り進むことにより、工具すくい面上面に３次元形状の凹凸形状を有するチップブレーカー形状（図１−２）を形成した。こうして製作したスローアウェイチップが、表１中の１−Ａである。なお、この時レーザー加工により発生した加工損傷の深さは約５μｍ、加工面の面粗さはＲｚ：１６．２μｍであった。
【００３１】
この後、５〜８μｍの粒子径（＃２，０００相当）のダイヤモンド遊離砥粒を、圧縮空気により工具すくい面に噴射することにより、前記レーザー加工において発生した加工損傷層を減ずるまたは除去すべく、研摩加工を実施した。こうして得られたスローアウェイチップが、表１中の１−Ｂである。なお、試料１−Ｂの刃先切れ刃には欠けやチッピングは観察されなかった。
【００３２】
また、これら試料と比較するために、前記刃付け研摩のみを行い、チップブレーカーを有しないスローアウェイチップ１−Ｃと、前記刃付け加工の後、断面曲率半径が５ｍｍである一条の溝状チップブレーカーを、砥石による研摩加工により立方晶窒化硼素焼結体の工具すくい面に形成したスローアウェイチップ１−Ｄを、比較評価のため作製した。
【００３３】
これらの立方晶窒化硼素硬質焼結体スローアウェイチップの、切り屑処理性と工具寿命を評価するために、下記の切削条件で性能評価を実施した。
被削材：円柱形状の浸炭焼入材（ＳＣＭ４１５）
直径３０ｍｍ×長さ５０（ｍｍ）の外径および端面切削
被削材硬度：ＨＲＣ６０
被削材の周表面速度：１００（ｍ／ｍｉｎ）
工具の切り込み深さ：０．１（ｍｍ）
工具の送り速さ：０．０８（ｍｍ／ｒｅｖ）
加工数：３０ヶ
加工方法：被削材の自動給品による連続加工
【００３４】
【表１】

【００３５】
工具すくい面にブレーカーを有しない試料１Ｃは切り屑が分断されないために、これら切り屑が被削材にからみつき、被削材交換時の自動機による着脱が異常となり、継続評価が不能となった。また、砥石により一条の凹状チップブレーカーがすくい面に形成されている試料１Ｄは、外径部位の加工においては、切り屑が分断されるものの、端面部位の加工において、切り屑が分断されされないために、試料１Ｃと同様、切り屑が被削材にからみつき、被削材交換時の自動機による着脱が異常となり、継続評価が不能となった。
【００３６】
一方、レーザー加工にて工具すくい面上に、３次元形状のブレーカーが形成された試料１Ａは、切り屑処理性に優れるために、自動機による被削材の交換が問題なく行えたものの、被削材３ヶ目加工時に、工具刃先に欠損が発生した。これは、レーザー加工時に発生した加工損傷層中の亀裂が工具表面に残存していたために、これが起点となって工具刃先の欠けが発生したためと考えられる。
【００３７】
これに対して、本願特許請求範囲内である試料１−Ｂは、安定した加工が可能であった。
【００３８】
【実施例２】
ダイヤモンドを含有する多結晶焼結体工具の工具すくい面の面粗さが、被削材の切り屑処理性に及ぼす影響を調べた。試験を行ったダイヤモンド焼結体スローアウェイチップの例を表２に示す。表２におけるスローアウェイチップは、０．５〜２μｍの平均粒子径を有するダイヤモンドを８８容量％含有する多結晶硬質焼結体を、図１に示すように工具母材のコーナー部にろうづけし、その後、＃１，５００ダイヤモンド砥石により刃付け研摩を行った。
【００３９】
この後、ガルバノメータミラーにより集光性を高めた高出力パルスＹＡＧレーザーを用い、出力４１Ｗ、発信周波数１６ｋＨＺ、加工ピッチ１０μｍの条件にて、等高線状に一定の加工量で彫り進むことにより、工具すくい面上面に３次元形状の凹凸形状を有するチップブレーカー形状を形成した。この後、回転運動を行うアラミド製ブラシ表面に、８〜１６μｍの粒子径（＃１，５００相当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布し、これをスローアウェイチップすくい面から押し当てることにより、工具すくい面の研摩加工を行った。この時、加工時間を変えることにより、工具すくい面における面粗さを種々変化させて試料の作製を行った。その後、スローアウェイチップ工具すくい面の平坦部分を、触針式粗さ測定器により測定を行った後、下記の切削条件にて切り屑処理性の評価を実施した。
【００４０】
なお、表２中で用いた切り屑の種類の分類は、切り屑処理性の評価法（精密機械学会、切削専門委員会編「切りくず形状の分類法」）において、示される主分類である。
被削材：円柱形状のアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）
直径１００ｍｍ×長さ２００（ｍｍ）の外径切削
被削材の周表面速度：６００（ｍ／ｍｉｎ）
工具の切り込み深さ：０．５（ｍｍ）
工具の送り速さ：０．１２（ｍｍ／ｒｅｖ）
加工時間：５分
【００４１】
【表２】

【００４２】
この結果、すくい面表面粗さがやや粗い試料２Ｅは、短冊状の小さな切り屑を排出したが、これは工具すくい面において、切り屑がやや詰まり気味に排出されるためであると考えられる。
【００４３】
一方、すくい面表面粗さのやや小さい試料２Ａは、形が不規則に変動する不連続切り屑を排出した。これは、工具すくい面上を切り屑が滑ることにより、チップブレーカー効果がやや低下したためであると考えられる。
【００４４】
これに対して、試料２Ｂ〜２Ｄは、１／２〜１０巻き程度に折れた切り屑を排出し、最も優れた切り屑処理性を発揮した。
これら結果より、工具すくい面の面粗さが、Ｒｚ：１〜１５μｍの範囲内にある時、非常に良好な切り屑処理性を得られることが、明らかとなった。
【００４５】
【実施例３】
ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具のすくい面に、レーザー加工によりチップブレーカーが形成されて成る工具において、砥石により研摩されたランド面またはネガランド面の幅が、切削加工時における切り屑処理性や、工具性能に及ぼす影響を調べた。
【００４６】
試験に用いた立方晶窒化硼素硬質焼結体スローアウェイチップを表３に示す。表３におけるスローアウェイチップは、３〜５μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を８２容量％含有する多結晶硬質焼結体を、図１に示すようにコーナー部にろうづけし、その後、＃６００ダイヤモンド砥石により刃付け研摩を行った。
【００４７】
この後、ガルバノメータミラーにより集光性を高めた高出力パルスＹＡＧレーザーを用い、出力２０Ｗ、発信周波数２０ｋＨＺ、加工ピッチ１０μｍの条件にて、等高線状に一定の加工量で彫り進むことにより、工具すくい面上面に３次元形状の凹凸形状を有するチップブレーカー形状を形成した。さらに、揺動運動を行うナイロン製ブラシ表面に、８〜１６μｍの粒子径（＃１，５００相当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布し、これをスローアウェイチップすくい面から押し当てることにより、工具すくい面の研摩加工を行った。
【００４８】
その後、＃８００のダイヤモンド砥石により工具刃先に表３に示す幅のネガランドを形成したサンプル３−Ｂ、３−Ｃ、３−Ｄ、３−Ｅを作製した。また、これと比較するために、前記すくい面の研摩加工を行なった後、ネガランドを施さない工具サンプル３−Ａを作製した。なおネガランド面の角度は、すくい面に対して−２５°と負の角度を有するように形成した。
【００４９】
これらの立方晶窒化硼素硬質焼結体スローアウェイチップの、切り屑処理性と工具性能を評価するために、下記の切削条件に性能評価を実施した。
被削材：軸方向に６つの溝を有する円柱形状の高周波焼入材
（Ｓ４５Ｃ）
直径５０ｍｍ×長さ１００（ｍｍ）の外径切削
被削材硬度：ＨＲＣ５５
被削材の周表面速度：２００（ｍ／ｍｉｎ）
工具の切り込み深さ：０．５（ｍｍ）
工具の送り速さ：０．１２（ｍｍ／ｒｅｖ）
被削材外径の設計仕上り寸法精度：５０ｍｍ±０．０２５ｍｍ
【００５０】
【表３】

【００５１】
この結果、ネガランドを形成していない試料３Ａは、被削材寸法精度は最も優れるものの、比較試料の中では最も早期に刃先に欠損が発生した。一方、ネガランド幅が大きい試料３Ｅは、比較試料の中で最も欠損が発生しにくく、長寿命であるものの、被削材の寸法精度は、比較試料中では最も悪かった。これはネガランド幅が大きいため、切削抵抗が高くなったためと考えられる。
【００５２】
これに対して、試料３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、安定した被削材直径寸法を得ることが可能であり、かつ刃先に欠損が発生しないため、長寿命を達成することが可能であった。
【００５３】
これら結果より、工具刃先に砥石にランド面またはネガランド面を形成する場合、その幅が０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内にある時、非常に良好な切削性能を得られることが、明らかとなった。なお、このテストにおいて、切り屑の処理性はいずれの工具も問題なく、良好であった。
【００５４】
【実施例４】
ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具のすくい面に、レーザー加工によりチップブレーカーが形成されて成る工具において、砥石により研摩されたランド面またはネガランド面の粗さが、切削加工時における切り屑処理性や、工具性能に及ぼす影響を調べた。
【００５５】
試験に用いたダイヤモンド焼結体バイトの例を表４に示す。表４におけるスローアウェイチップは、５〜１０μｍの平均粒子径を有するダイヤモンドを９５容量％含有する多結晶硬質焼結体を、図１示すようにコーナー部にろうづけし、その後、＃１０００ダイヤモンド砥石により刃付け研摩を行った。
【００５６】
この後、ガルバノメータミラーにより集光性を高めた高出力パルスＹＡＧレーザーを用い、出力２５Ｗ、発信周波数１５ｋＨＺ、加工ピッチ２２μｍの条件にて、等高線状に一定の加工量で彫り進むことにより、工具すくい面上面に３次元形状の凹凸形状を有するチップブレーカー形状を形成した。さらに、揺動運動を行うナイロン製ブラシ表面に、８〜１６μｍの粒子径（＃１，５００相当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布し、これを工具すくい面から押し当てることにより、工具すくい面の研摩加工を行った。
【００５７】
その後、＃６００〜＃３０００のダイヤモンド砥石を使用して、工具刃先に表４に示す粗さのランドを形成したサンプル４−Ａ、４−Ｂ、４−Ｃ、４−Ｄを作製した。また、これと比較するために、前記すくい面の研摩加工を行なった後、ランドを施さない工具サンプル４−Ｅを作製した。なおランド面の角度は、すくい面に対して同じ、０°の角度を有するように形成された。
【００５８】
こうして得られた、ダイヤモンド焼結体工具の、切り屑処理性と工具性能を評価するために、下記の切削条件にて性能評価が実施された。
被削材：円柱形状のアルミ合金（Ａ５０５２）
直径１００ｍｍ×長さ４００（ｍｍ）の外径切削
被削材の周表面速度：８００（ｍ／ｍｉｎ）
工具の切り込み深さ：０．７（ｍｍ）
工具の送り速さ：０．１５（ｍｍ／ｒｅｖ）
【００５９】
【表４】

【００６０】
この結果、ネガランドを形成していない試料４Ｅは、切れ刃部分にややむしれが発生し、比較試料の中では、最も大きい仕上面粗さを示した。一方、ネガランド面粗さの最も小さい試料４Ａは、比較試料の中で最も小さい仕上面粗さを示したが、非常に細かい粒子からなる砥石を用いてランド面を加工しているために、これを形成するのに多大の労力が必要となる問題があった。
【００６１】
これに対して、試料４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、多大の労力を要することなく、優れた仕上面粗さを得ることが可能であった。
これら結果より、工具刃先に砥石にランド面またはネガランド面を形成する場合、その面粗さが０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内にある時、多大の労力を費やすことなく、非常に良好な切削性能を得られることが明らかとなった。なお、このテストにおいて、切り屑の処理性はいずれの工具も問題なく良好であった。
【００６２】
【実施例５】
化学的蒸着及び物理的蒸着により立方晶窒化硼素晶硬質燒結体の表面に被覆層を形成させた場合の影響を調べた。試験に用いた立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質燒結体スローアウェイチップの例を表１１に示す。１〜２μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を５５容量％含有する硬質焼結体を、スローアウェイチップのコーナー部にロウ付けし、この工具のすくい面に、実施例１と同様の方法により、３次元形状を有するチップブレーカーを形成した。５Ａは被覆層なしのチップ、５ＢはＰＶＤ法により厚さ２（μｍ）のＴｉＮの被覆層を形成したチップ，５ＣはＰＶＤ法により厚さ２（μｍ）のＴｉＡｌＮの被覆層を形成したチップ、５ＣはＰＶＤ法により厚さ２（μｍ）のＴｉＣＮの被覆層を形成したチップである。
【００６３】
これらの試料について次に示す条件で切削試験を実施した。
【００６４】
被削材と切削条件を以下に示す。
被削材：浸炭焼入れ鋼（ＳＣＭ４１５）
被削材硬度：ＨＲＣ５８
被削材の周表面速度：１５０（ｍ／ｍｉｎ．）
工具の切り込み深さ：０．１（ｍｍ）
工具の送り速さ：０．１（ｍ／ｍｉｎ．）
切削長さ：１０ｋｍ
【００６５】
【表５】

【００６６】
この結果、被覆層のない切削チップよりもＰＶＤ法によってコーティングしたチップは、より鋭利な切れ刃を長時間維持できることが明らかとなった。これは、被覆層を持つ切削チップにおいては、切れ刃稜線部の摩耗が小さいためと考えられる。
【００６７】
【発明の効果】
ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有する硬質焼結体切削工具において、本発明による工具刃先の緒元を適用することにより、優れた切り屑排出特性と長寿命を達成することができ、金属製品の切削加工に好適な切削工具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１態様を示す切削工具の刃先部分
【図２】従来のダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素焼結体切削工具の外観図
【図３】従来のチップブレーカー付きダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素焼結体切削工具の外観図
【記号の説明】
１工具すくい面
２チップブレーカー
３ダイヤモンドおよび／または立方晶窒化硼素焼結体
４超硬合金基体
５硬質焼結体複合層
６ランドまたはネガランド
７工具母材
８取り付け穴
９従来のチップブレーカー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hard sintered cutting tool containing diamond and / or cubic boron nitride and having excellent chip disposal.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-4-217404
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-17836
[0003]
A diamond sintered body cutting tool obtained by sintering fine diamond powder is widely used in processing non-ferrous metal materials, particularly aluminum alloys, because of its excellent wear resistance and high strength. In addition, the cubic boron nitride sintered body cutting tool, which uses a material obtained by sintering fine cubic boron nitride powder with various binders, is suitable for cutting high-hardness iron group metals and cast iron. Excellent performance.
[0004]
On the other hand, in recent years, with the automation of machine tools and unmanned operation of production processes, in addition to extending the life of these cutting tools, improving chip disposal has become an indispensable item for continuous operation of processing machines. . However, these diamond and / or cubic boron nitride sintered body cutting tools that have been used in the past, like the cutting tool of the shape shown in FIG. 2, have a rough surface on the surface of the tool rake for the purpose of cutting chips. There were hardly any so-called chip breakers with the protrusions added. For this reason, when these tools are used, during the automatic operation of the machine tool, there are abnormalities in the attachment and detachment of the work material and tool due to the entrapment of chips, deterioration of the work surface, etc. This was one factor that hindered productivity improvement.
[0005]
Patent Document 1 discloses that a chip breaker is formed on the surface of a rake face of a hard sintered body cutting tool by electric discharge machining or polishing. In this example, a single or a plurality of groove-shaped breakers formed by electric discharge machining or polishing process curl the chips in a spiral shape to enable chip disposal. However, in such a hard sintered cutting tool with a breaker having a simple groove shape, the effect of chip disposal is exhibited under specific cutting conditions, but when the cutting conditions are different or complex shapes are used. There is a problem that it is not possible to cope with a wide range of processing conditions such as copying of the surface of the work material.
[0006]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260 discloses a method of forming a chip breaker on the surface of a hard sintered body by laser processing, electric discharge processing, or ultrasonic processing. Here, it is shown that various chip breaker patterns can be formed on the surface of the hard sintered chip by using such a processing method. However, as shown in the same document, when a breaker is formed on the surface of a hard sintered body using laser processing, a large chip occurs in the cutting edge portion after the laser processing is performed. For this reason, in order to remove the chip | tip of this cutting-blade part, after forming a breaker by irradiating a laser in the overhanged state, it is shown that it is necessary to reduce a cutting blank part. In this way, the surface of the hard sintered body including diamond and / or cubic boron nitride sintered body cannot be processed unless sufficient laser power is used so that the chipped portion has a large chipping. Even if the missing part of the blade can be reduced by grinding or other methods, the tool rake face is left with large surface roughness and damage due to laser processing, which causes welding on the tool rake face. There were problems in terms of performance, such as the occurrence of tooling and missing tools.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride by passing through at least one processing step using a laser. After obtaining a tool rake face formed in a convex shape or a combination of convex and concave shapes, the tool rake face subjected to laser processing is obtained by polishing by a polishing method using free abrasive abrasive grains. By having the obtained tool rake face, it is intended to obtain a hard sintered compact cutting tool with a chip breaker having excellent chip disposal and a long life.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The hard sintered compact cutting tool with a chip breaker according to the present invention is a hard sintered compact cutting tool containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride, and undergoes at least one processing step using a laser. After obtaining a tool rake face formed in a convex shape, or a combination of convex and concave shapes, the tool rake face subjected to laser processing is obtained by polishing by a polishing method using free abrasive abrasive grains. Characterized by having a tool rake face. With such a configuration, even when cutting conditions are different, or when copying the surface of a workpiece with a complicated shape, it is possible to exhibit chip processing performance over a wide range. Since it is excellent in scrap disposal and has little processing damage on the rake face of the tool, a long-sintered hard sintered body cutting tool with a chip breaker with little tool chipping and welding can be obtained.
[0009]
In another aspect of the present invention, the surface roughness of the tool rake face can be in the range of Rz: 1 to 15 μm. When the surface roughness of the tool rake face is within the range of such surface roughness, the chips flowing on the tool rake face are smoothly discharged.
[0010]
Moreover, in another aspect of the present invention, the tool cutting edge can have a land surface or a negative land surface polished by a grindstone. Such a configuration is more preferable because it prevents chipping of the cutting edge and prevents welding at the cutting edge.
[0011]
Furthermore, in another aspect of the present invention, on the surface of the hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of the cubic boron nitride, elements 4a, 5a, 6a of the periodic table, and Al, Si, B At least one element selected from the group consisting of elements, or at least one compound selected from nitrides, carbides, oxides and solid solutions of at least one metal selected from the group A coating layer can be formed. By adopting such a configuration, the wear resistance of the tool is improved and the surface roughness on the tool surface is reduced, so that the tool life and the chip discharging property are improved, which is more preferable.
[0012]
The method for manufacturing a hard sintered body cutting tool with a chip breaker according to the present invention uses a hard sintered body containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride as a cutting tool material, and a) uses a laser. Forming a tool rake face, and b) polishing a tool rake face processed by the laser by a polishing method using free abrasive grains.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of a hard sintered compact cutting tool with a chip breaker used in the present invention is shown in FIG. The hard sintered body 3 has a two-layer structure integrated with a cemented carbide substrate 4 and is brazed to the corners of a cemented carbide tool base material 7 to form a cutting tool. The present invention can naturally be used for a cutting tool that does not use the cemented carbide substrate 4.
[0014]
The cutting tool includes, for example, a so-called throw-away tip that is attached to the holder using an attachment hole or the like, or a bite that is directly brazed to the holder used in Example 4 described later. The present invention relates to the structure near the cutting edge, which is the most important part involved in the cutting performance of these cutting tools.
[0015]
The inventor has eagerly studied hard-sintered body cutting tools with a chip breaker having excellent chip disposal and a long life. As a result, by obtaining a tool rake face formed in a convex shape or a combination of convex and concave shapes through at least one machining step using a laser, the tool rake face subjected to laser machining is obtained. It has been found that a hard sinter cutting tool with a chip breaker having excellent chip control and a long life can be obtained by polishing by a polishing method using loose abrasive grains to obtain a tool rake face.
[0016]
First, good chip disposal includes a) a wide range of cutting conditions, b) a variety of tool paths, and the like. And it discovered that chip | tip processing property improved significantly by forming the protrusion by the convex shape or the combination of a convex and a concave on a tool rake face by laser processing.
[0017]
In a hard sintered compact cutting tool containing conventional diamond and / or cubic boron nitride, for reasons of difficulty in processing and economy, one or more linear groove breakers shown in FIG. Forming on the rake face was the only way to actually form a chip breaker. For this reason, it was difficult to form a breaker with excellent chip controllability. However, when laser processing, especially YAG laser is used due to its energy absorption characteristics, and it is applied to processing including a hard sintered body containing diamond and / or cubic boron nitride, a breaker of any shape with high processing efficiency Was found to form. Then, it has been found that, by forming a projection having a convex shape or a combination of a convex shape and a concave shape as a breaker shape, the handling capability of chip disposal is greatly improved.
[0018]
However, the hard sintered body cutting tool containing diamond and / or cubic boron nitride in which a three-dimensional shape breaker is formed in this way is also excellent in chip treatment capability when actually subjected to cutting. However, there have been problems such as chipping of the cutting edge at a relatively early stage of cutting and difficult chip disposal due to welding of the tool rake face.
[0019]
As a result of earnest investigation of this problem, it was found that it was caused by processing damage left on the rake face after laser processing. The processing damage layer on the rake face contains a lot of fine cracks. This is a laser that locally reaches 1000 degrees or more on a hard sintered body containing diamond and / or cubic boron nitride. It was found that this is caused by thermal cracks caused by the thermal drop that occurs between the heating zone by and the surrounding area. In addition, it was found that the cracks in the tool edge at the initial stage of cutting are based on the fine cracks latent on these rake surfaces. In addition, the occurrence of welding on the rake face of the tool is caused by deterioration of the surface roughness on the surface of the damaged layer formed by laser processing, conversion of diamond to graphite, or conversion of cubic boron nitride to hexagonal crystal, etc. It was found that this was due to the increased coefficient of friction with the chips on the rake face.
[0020]
Then, polishing is performed on the tool rake face having a convex shape or a combination of the convex and concave shapes using free abrasive grains, so that the polishing is performed in a shape following the three-dimensional shape of the tool rake face. It has been found that it is possible to reduce the damaged layer over the entire tool rake face. As the abrasive material, ceramic particles mainly composed of alumina, silicon carbide, zirconia, etc. can be considered, but these have a small ability to remove the processing damage layer, so that abrasive grains having a relatively large particle diameter are used. Necessary. When polishing is performed using such abrasive grains, although the removal capability on the rake face of the tool is excellent, problems such as large chipping on the sharp cutting edge are likely to occur. On the other hand, diamond abrasive grains have high hardness and excellent removal capability, so that the processing damage layer on the rake face of the tool can be reduced or removed without using large-diameter abrasive grains. In particular, when diamond abrasive grains having a size of # 1500 to # 3000 are used, it is preferable because the damage layer on the rake face of the tool can be reduced or removed without causing chipping in the tool edge.
[0021]
The loose abrasive grains are abraded by rotating or swinging together with a jetting process using compressed air or the like, or a brush made from a resin such as nylon or aramid, a hair material of animals or plants, and oil for lubrication. By using a method such as machining, machining according to the three-dimensional shape of the tool rake face can be performed. On the other hand, the object of the present invention can be achieved if it is possible to perform processing following the three-dimensional shape of the tool rake face by using a brush in which abrasive particles such as diamond are embedded in the brush material. Is also possible.
[0022]
On the other hand, when the surface roughness of the rake face after polishing with loose abrasive grains is Rz: 15 μm or less, the occurrence of welding on the rake face is reduced, and chips are more smoothly discharged. More preferable. On the contrary, when the surface roughness of the rake face is less than Rz: 1 μm, depending on the processing conditions, the chip may slide on the tool rake face. Absent. For this reason, the preferable surface roughness of the rake face after polishing with the free abrasive abrasive is in the range of Rz: 1 to 15 μm.
[0023]
In addition, when cutting a hardened material using a cubic boron nitride sintered cutting tool, or when performing intermittent machining of an aluminum alloy using a diamond sintered cutting tool, a severe load is applied to the cutting edge of the tool. In addition, if the land surface or negative land surface polished with a grindstone is formed on the cutting edge of the tool under processing conditions where tool breakage is likely to occur, the tool life will be significantly improved without chipping the blade edge. It was issued. As a method of forming a land surface or a negative land surface on the cutting edge, it is conceivable to form the land surface or the negative land surface together with the tool rake surface by the laser processing. However, even when the laser processing damage layer is removed or reduced by polishing using the above-mentioned free abrasive abrasive grains, the processing damage layer is larger than the processing damage layer by grinding with a grindstone. In some cases, the cutting edge of the tool may be lost under the severe processing conditions. For this reason, it is preferable that the land surface or the negative land surface is polished by a grindstone. In addition, as a method of obtaining a land surface or a negative land surface with a grindstone at such a blade edge portion, after performing the laser processing, a land surface or a negative land surface is obtained with a grindstone at a tool blade edge portion, or a land surface with a grindstone in advance After forming the surface or the negative land surface, the laser processing may be performed after any means such as masking the land surface or the negative land surface to prevent laser irradiation and then performing laser processing.
[0024]
Here, when the width of the land surface or the negative land surface is less than 0.01 mm, the effect of improving the strength of the cutting edge under the severe cutting conditions does not appear, and the tool cutting edge is chipped relatively early in the cutting. It tends to occur. Moreover, when the width | variety of this ground surface or this negative land surface exceeds 0.5 mm, cutting resistance will increase and it will have a bad influence on the dimensional accuracy of a workpiece. For this reason, it is preferable that the width of the land or the negative land surface polished by the grindstone is in the range of 0.01 to 0.5 mm.
[0025]
In addition, when the surface roughness of the land surface or the negative land surface is Rz: 1.0 μm or less, the occurrence of welding at the cutting edge is further reduced, so that the finished surface roughness and dimensional accuracy of the work material after processing are further improved. It is suitable for improvement. Further, when the surface roughness of the land surface or the negative land surface is set to Rz: less than 0.1 μm, a great deal of labor is required, which causes a problem in terms of economy. Therefore, the surface roughness of the land surface or the negative land surface is preferably in the range of Rz: 0.1 to 1.0 μm.
[0026]
Furthermore, the surface of the hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of cubic boron nitride is selected from the group consisting of elements 4a, 5a, 6a of the periodic table and elements of Al, Si, B. Forming a coating layer comprising at least one element selected from at least one element or at least one compound selected from the group consisting of nitrides, carbides, oxides and solid solutions of at least one metal selected from the group; Since the wear resistance as a cutting tool is remarkably improved and the surface roughness of the rake face of the tool is reduced, it is more preferable because the tool life is extended and the chip discharging property is improved.
[0027]
【Example】
Examples of the cutting tool according to the present invention will be described below.
[0028]
[Example 1]
In a hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride, the method and shape of the chip breaker formed on the rake face of the tool, the chip disposability during cutting, The effect on tool life was investigated.
[0029]
Table 1 shows examples of various cubic boron nitride hard sintered throwaway tips prepared. In the throw-away tip shown in Table 1, a polycrystalline hard sintered body containing 50% by volume of cubic boron nitride having an average particle diameter of 0.5 to 1 μm is brazed to the corner as shown in FIG. Then, blade polishing was performed with a # 1,000 diamond grindstone.
[0030]
After this, using a high-power pulsed YAG laser with enhanced light condensing performance by a galvanometer mirror, tool scooping is carried out with a constant machining amount in a contour line under conditions of an output of 33 W, a transmission frequency of 18 kHz, and a machining pitch of 18 μm. A chip breaker shape (FIG. 1-2) having a three-dimensional uneven shape was formed on the upper surface. The throw-away chip thus manufactured is 1-A in Table 1. At this time, the depth of processing damage caused by laser processing was about 5 μm, and the surface roughness of the processed surface was Rz: 16.2 μm.
[0031]
Thereafter, diamond free abrasive grains having a particle diameter of 5 to 8 μm (corresponding to # 2,000) are jetted onto the rake face of the tool by compressed air so as to reduce or remove the processing damage layer generated in the laser processing. A polishing process was carried out. The throw-away tip thus obtained is 1-B in Table 1. Note that no chipping or chipping was observed on the cutting edge of Sample 1-B.
[0032]
In addition, for comparison with these samples, the throw-away tip 1-C that performs only the blade grinding and does not have a chip breaker, and a single grooved tip having a cross-sectional radius of curvature of 5 mm after the blade machining is performed. A throw-away tip 1-D in which a breaker was formed on a tool rake face of a cubic boron nitride sintered body by polishing with a grindstone was produced for comparative evaluation.
[0033]
In order to evaluate the chip disposability and tool life of these cubic boron nitride hard sintered throwaway tips, performance evaluation was performed under the following cutting conditions.
Work material: Cylindrical carburized and quenched material (SCM415)
Diameter 30mm x length 50 (mm) outer diameter and end face cutting
Work material hardness: HRC60
Circumferential surface speed of work material: 100 (m / min)
Cutting depth of tool: 0.1 (mm)
Tool feed rate: 0.08 (mm / rev)
Number of processing: 30
Machining method: Continuous machining with automatic supply of work material
[0034]
[Table 1]

[0035]
Sample 1C, which does not have a breaker on the rake face of the tool, does not divide the chips, so these chips get entangled with the work material, and attachment / detachment by an automatic machine during work material replacement becomes abnormal, making continuous evaluation impossible. . Further, in the sample 1D in which a single concave chip breaker is formed on the rake face by a grindstone, chips are divided in the processing of the outer diameter portion, but the chips are not divided in the processing of the end surface portion. Similarly to the sample 1C, the chips entangled with the work material, the attachment / detachment by the automatic machine at the time of work material replacement became abnormal, and the continuous evaluation became impossible.
[0036]
On the other hand, the sample 1A in which the breaker having a three-dimensional shape is formed on the rake face of the tool by laser processing is excellent in chip disposal. During the third machining of the cutting material, chipping occurred at the tool edge. This is presumably because cracks in the damaged layer that occurred during laser processing remained on the tool surface, and this resulted in chipping of the tool edge.
[0037]
On the other hand, Sample 1-B within the scope of claims of the present application could be stably processed.
[0038]
[Example 2]
The effect of the surface roughness of the rake face of the polycrystalline sintered tool containing diamond on the chip disposal of the work material was investigated. Table 2 shows an example of the diamond sintered body throwaway tip that was tested. The throw-away tip in Table 2 brazes a polycrystalline hard sintered body containing 88% by volume of diamond having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm to the corner portion of the tool base material as shown in FIG. Then, blade polishing was performed with a # 1,500 diamond grindstone.
[0039]
After this, using a high-power pulsed YAG laser with enhanced light condensing performance by a galvanometer mirror, tool scooping is carried out with a constant machining amount in a contour line under conditions of an output of 41 W, a transmission frequency of 16 kHz, and a machining pitch of 10 μm. A chip breaker shape having a three-dimensional uneven shape was formed on the upper surface. After that, diamond free abrasive grains having a particle size of 8 to 16 μm (corresponding to # 1,500) are applied to the surface of the aramid brush that performs rotational movement, and pressed against the throw-away tip rake face, thereby scooping the tool. The surface was polished. At this time, by changing the machining time, the surface roughness on the tool rake face was changed in various ways to prepare samples. Then, after measuring the flat part of the throw away tip tool rake face with a stylus type roughness measuring device, the chip disposal was evaluated under the following cutting conditions.
[0040]
In addition, the classification of the kind of chip used in Table 2 is the main classification shown in the evaluation method of the chip disposal (the Society of Precision Machinery, the Cutting Expert Committee, “Chip Shape Classification Method”). .
Work material: Columnar aluminum alloy (ADC12)
100mm diameter x 200mm length outer diameter cutting
Circumferential surface speed of work material: 600 (m / min)
Cutting depth of tool: 0.5 (mm)
Tool feed rate: 0.12 (mm / rev)
Processing time: 5 minutes
[0041]
[Table 2]

[0042]
As a result, the sample 2E having a slightly rough rake face surface discharged small strip-like chips, which is considered to be because chips are slightly clogged and discharged on the tool rake face.
[0043]
On the other hand, the sample 2A having a slightly small rake surface roughness discharged discontinuous chips whose shape fluctuated irregularly. This is presumably because the chip breaker effect was slightly lowered due to the chips sliding on the tool rake face.
[0044]
On the other hand, Samples 2B to 2D discharged chips that were broken into about 1/2 to 10 turns, and exhibited the most excellent chip disposal.
From these results, it became clear that when the surface roughness of the tool rake face is in the range of Rz: 1 to 15 μm, very good chip disposal can be obtained.
[0045]
[Example 3]
In a tool in which a chip breaker is formed by laser processing on a rake face of a hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride, a land surface or negative land surface polished by a grindstone is used. The effect of the width on the chip disposal during cutting and the tool performance was investigated.
[0046]
Table 3 shows the cubic boron nitride hard sintered throw-away tips used in the test. The throw-away tip in Table 3 brazes a polycrystalline hard sintered body containing 82% by volume of cubic boron nitride having an average particle diameter of 3 to 5 μm to the corner as shown in FIG. Blade grinding was performed with a # 600 diamond grindstone.
[0047]
After that, using a high-power pulse YAG laser with enhanced light condensing by a galvanometer mirror, tool scooping is carried out with a constant machining amount in a contour line under conditions of an output of 20 W, a transmission frequency of 20 kHz, and a machining pitch of 10 μm. A chip breaker shape having a three-dimensional uneven shape was formed on the upper surface. Furthermore, by applying diamond loose abrasive grains having a particle diameter of 8 to 16 μm (equivalent to # 1,500) to the surface of the nylon brush that performs rocking motion, and pressing this against the throw-away tip rake face, tool rake The surface was polished.
[0048]
Thereafter, samples 3-B, 3-C, 3-D, and 3-E were formed by forming negative lands having the widths shown in Table 3 on the tool blade edge with a # 800 diamond wheel. In addition, for comparison with this, a tool sample 3-A not subjected to negative land was prepared after polishing the rake face. The negative land surface was formed to have a negative angle of −25 ° with respect to the rake surface.
[0049]
In order to evaluate the chip disposability and the tool performance of these cubic boron nitride hard sintered compact throw-away tips, performance evaluation was performed under the following cutting conditions.
Work material: Cylindrical induction hardening material with six grooves in the axial direction
(S45C)
Diameter cutting 50mm x length 100 (mm)
Work material hardness: HRC55
Circumferential surface speed of work material: 200 (m / min)
Cutting depth of tool: 0.5 (mm)
Tool feed rate: 0.12 (mm / rev)
Design finished dimensional accuracy of work material outer diameter: 50mm ± 0.025mm
[0050]
[Table 3]

[0051]
As a result, the sample 3A in which the negative land was not formed had the best work piece dimensional accuracy, but the cutting edge occurred at the earliest among the comparative samples. On the other hand, the sample 3E having a large negative land width hardly causes defects among the comparative samples and has a long life, but the dimensional accuracy of the work material was the worst among the comparative samples. This is probably because the negative land width is large and the cutting resistance is high.
[0052]
On the other hand, samples 3B, 3C, and 3D can obtain a stable work material diameter dimension and can achieve a long life because no chipping occurs in the cutting edge.
[0053]
From these results, it is clear that when a land surface or a negative land surface is formed on the grindstone at the tool edge, very good cutting performance can be obtained when the width is in the range of 0.01 mm to 0.5 mm. became. In this test, the chip disposal was satisfactory for all tools.
[0054]
[Example 4]
In a tool in which a chip breaker is formed by laser processing on a rake face of a hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride, a land surface or negative land surface polished by a grindstone is used. The effect of roughness on chip disposal during cutting and on tool performance was investigated.
[0055]
Table 4 shows an example of a diamond sintered body tool used for the test. The throw-away tip in Table 4 brazes a polycrystalline hard sintered body containing 95% by volume of diamond having an average particle diameter of 5 to 10 μm to the corner as shown in FIG. Abrasive polishing was carried out.
[0056]
After that, using a high-power pulsed YAG laser with enhanced light condensing performance by a galvanometer mirror, tool scooping is carried out with a constant machining amount in a contour line under conditions of an output of 25 W, a transmission frequency of 15 kHz, and a machining pitch of 22 μm. A chip breaker shape having a three-dimensional uneven shape was formed on the upper surface. Furthermore, by applying diamond loose abrasive grains with a particle diameter of 8 to 16 μm (equivalent to # 1,500) to the surface of the nylon brush that performs rocking motion, and pressing this from the tool rake face, Polishing was performed.
[0057]
Then, samples 4-A, 4-B, 4-C, and 4-D were formed by using a # 600 to # 3000 diamond grindstone in which the lands having the roughness shown in Table 4 were formed on the tool edge. Further, for comparison with this, a tool sample 4-E without a land was prepared after polishing the rake face. In addition, the angle of the land surface was formed so as to have the same 0 ° angle with respect to the rake surface.
[0058]
In order to evaluate the chip disposability and tool performance of the diamond sintered body tool thus obtained, performance evaluation was performed under the following cutting conditions.
Work material: Columnar aluminum alloy (A5052)
Diameter 100mm x length 400 (mm) outer diameter cutting
Circumferential surface speed of work material: 800 (m / min)
Cutting depth of tool: 0.7 (mm)
Tool feed rate: 0.15 (mm / rev)
[0059]
[Table 4]

[0060]
As a result, the sample 4E in which the negative land was not formed was slightly peeled at the cutting edge portion, and showed the largest finished surface roughness among the comparative samples. On the other hand, the sample 4A having the smallest negative land surface roughness showed the smallest finished surface roughness among the comparative samples, but this was because the land surface was processed using a grindstone made of very fine particles. There is a problem that a great deal of labor is required to form the film.
[0061]
On the other hand, Samples 4B, 4C, and 4D were able to obtain excellent finished surface roughness without requiring much labor.
From these results, when the land surface or negative land surface is formed on the grindstone at the tool edge, when the surface roughness is in the range of 0.1 μm to 1.0 μm, it is very good without spending much labor. It became clear that cutting performance could be obtained. In this test, the chip disposal was good for all the tools.
[0062]
[Example 5]
The effects of forming a coating layer on the surface of cubic boron nitride hard sintered body by chemical vapor deposition and physical vapor deposition were investigated. Table 11 shows an example of a polycrystalline hard sintered throw-away tip containing cubic boron nitride used in the test. A hard sintered body containing 55% by volume of cubic boron nitride having an average particle diameter of 1 to 2 μm is brazed to the corner portion of the throw-away tip, and the same method as in Example 1 is applied to the rake face of this tool. Thus, a chip breaker having a three-dimensional shape was formed. 5A is a chip without a coating layer, 5B is a chip in which a TiNN coating layer having a thickness of 2 (μm) is formed by the PVD method, 5C is a chip in which a TiAlN coating layer having a thickness of 2 (μm) is formed by the PVD method, 5C is a chip in which a coating layer of TiCN having a thickness of 2 (μm) is formed by the PVD method.
[0063]
These samples were subjected to a cutting test under the following conditions.
[0064]
The work material and cutting conditions are shown below.
Material: Carburized and hardened steel (SCM415)
Work material hardness: HRC58
Circumferential surface speed of work material: 150 (m / min.)
Cutting depth of tool: 0.1 (mm)
Tool feed rate: 0.1 (m / min.)
Cutting length: 10km
[0065]
[Table 5]

[0066]
As a result, it became clear that a chip coated by the PVD method can maintain a sharper cutting edge for a longer time than a cutting chip without a coating layer. This is presumably because the cutting edge with a coating layer has little wear on the edge of the cutting edge.
[0067]
【The invention's effect】
To achieve excellent chip discharge characteristics and long life by applying the tool edge specifications according to the present invention in a hard sintered body cutting tool containing 20% by volume or more of diamond and / or cubic boron nitride. Therefore, a cutting tool suitable for cutting metal products can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a cutting edge portion of a cutting tool according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external view of a conventional diamond and / or cubic boron nitride sintered body cutting tool.
FIG. 3 is an external view of a conventional diamond and / or cubic boron nitride sintered body cutting tool with a chip breaker.
[Explanation of symbols]
1 Tool rake face
2 Chip breaker
3 Diamond and / or cubic boron nitride sintered body
4 Cemented carbide substrate
5 Hard sintered body composite layer
6 land or negative land
7 Tool base material
8 Mounting holes
9 Conventional chip breaker

Claims

In diamond dirt floor other hard sintered cutting tool containing cubic boron nitride 20% by volume or more, is formed in the shape of a convex or concave and convex combination, by going through the at least one processing step with a laser and has a tool rake surface provided with the chip breaker of the tool rake face, a polishing surface entire rake face is more work damaged layer polishing using free abrasive grains are removed hard sintered body portion Have
A hard sintered compact cutting tool with a chip breaker, wherein the surface roughness of the tool rake face is in the range of Rz: 1 to 15 μm.

2. The hard sinter with a chip breaker according to claim 1, wherein a chip breaker shape having a three-dimensional concavo-convex shape is formed on the tool rake face by engraving with a constant processing amount in a contour line by laser processing. Body cutting tool.

Diamond dirt floor other in hard sintered cutting tool containing cubic boron nitride 20 volume% or more,
(A) using a laser to form a tool rake face including a chip breaker having a convex shape or a combination of convex and concave shapes;
(B) The processing damage layer is removed by polishing the rake face of the tool processed by the laser so as to have a surface roughness within a range of Rz: 1 to 15 μm by a polishing method using loose abrasive grains. The manufacturing method of the hard sintered compact cutting tool with a chip breaker including the process to do.

To the tool rake face, by proceeding carved with a constant amount of machining to contour lines in a laser over to form a chip breaker shape having an uneven shape of a three-dimensional shape, according to claim 3 chipbreaker with hard sintered cutting according Tool manufacturing method.

The manufacturing method of the hard sintered compact cutting tool with a chip breaker of Claim 3 whose said loose abrasive grain is a diamond abrasive grain of a size of # 1500- # 3000.