JP4680392B2 - 切削工具を作成する方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先端部、シャンク、及び切屑用間隙が形成された溝領域を含む切削工具を作成する方法に関し、この切削工具は、硬質材料で実質的に完全にコーティングされる。本発明はさらに、このような方法を用いて作成されうる切削工具にも関する。
【０００２】
この切削工具は例えば、フライス、リーマー、ドリル、またはタップ立てドリルであってもよい。以下の説明は、ドリルのために参照されるものであり、さらに詳細にはソリッドのカーバイドドリルのためである。
【０００３】
【従来の技術】
ドリルは、工具の寿命を延ばすために硬質材料でコーティングされる。この目的のために、コーティングはドリルの切削エッジ領域の全体、即ちドリル先端部ならびに工具の切屑用間隙領域に施される。硬質材料によるコーティングはさらに、所望される耐磨耗性をドリルにもたらす。
【０００４】
ドリルの耐磨耗性に加えて、ドリル先端部における切削作業によって形成された切屑が切屑用間隙を介していかに良好に除去されうるかも、ドリルの作業性に関連する。良好な切屑の流れ（排出性）のために、切屑用間隙は可能なかぎり滑らかでなければならない。この要求は、硬質材料によるコーティングがドリルの研磨された表面に加えられることで叶えられる。この場合、コーティングはたいへん低い粗度（粗さ）も示し、こうして所望の切屑排出性が得られる。
【０００５】
しかしドリルの研磨された表面に直接コーティングが施される場合、硬質材料によるコーティングが、常に所望される程度でドリルに密着するわけではないことが知られている。しかし、コーティング前のドリルの研磨された表面をマイクロブラスト加工（microblasting）することによって、はるかに改良された密着性を得ることは可能である。マイクロブラスト加工はドリルの境界領域のわずかな塑性変形をもたらし、これは内部の圧縮応力を増大させる。同時にマイクロブラスト加工は、この方法で処理されたドリルの境界領域における内部応力勾配を著しく減少させる。もうひとつの効果は、マイクロトポグラフィーが大きく変化する点である。この変化によって、次の段階で施されるカーバイドコーティングがドリルの表面に対して改良された密着性を示す。これは、改良された磨耗特性を示す、硬質材料によるコーティングを結果としてもたらす。（ドイツ、ハノーバー大学のプロダクトエンジニアリング・切削機械工具研究所のＨ．Ｋ．テンスホフ工学博士教授（Prof.Dr.-Ing.H.K.Toenshoff）、Ａ．モールフェルト工学修士(Dipl.-Ing.A.Mohlfeld)及びＨ．ゼーガース物理学修士(Dipl.-Phys.H.Seegers)による論文「The influence of substrate processing on wear characteristics of coated carbide tools.（コーティングされたカーバイド工具の密着特性に対する基体処理の影響）」を参照せよ。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マイクロブラスト加工された表面は粗度が増大し、したがってコーティングされた表面もまた、硬質材料のコーティングが研磨された表面に直接施されたドリルの場合よりも高い粗度を有するという、不利な点がある。その結果、摩擦係数が高くなり、これに従って、切屑用間隙における切屑排除性がより劣ることになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの不利な点を、例えばドリルなどの切削工具を硬質材料によってコーティングする前に、先端部のみをマイクロブラスト加工することによって解決する。これにより、要求された領域におけるコーティングの良好な密着性が、工具の滑らかな表面、つまり、良好な切屑の流れが求められる領域における良好な切屑排除性と組み合わせられる。すべての切削作業は先端部の領域で行われるため、この部位におけるコーティングの適切な密着は大変重要である。切屑排除性は、先端部の領域においては次に重要である。一方で、切屑用領域における応力発生は、先端部よりもかなり少ない。そのため、この部位では、この仕上げ加工が施されていない表面の硬質材料によるコーティングの密着性で十分である。しかし切屑間隙領域においては低い摩擦係数が特別に重要であり、これは、マイクロブラスト加工されていないために滑らかな工具表面に対してコーティングを施すことによって強化され、結果として、所望される低い摩擦係数が得られる。
【０００８】
本発明のさらに有利な態様については、従属請求項から明らかとなるだろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、本発明に関する切削工具を示す添付の単一の図と関連して以下に説明される。
【００１０】
本発明に関する切削工具の例として、ここではドリルを説明する。しかし、本発明に関する方法ならびに本発明に関する工具の構造は、所望された他の切削工具、例えばフライス、リーマー、タップ立てドリルほかの類似物にも適用可能である。
【００１１】
ドリルは、シャンク１０と二つの切屑用間隙１２、１４を有する溝領域とを含む。正面端部にはドリル先端部１６が形成され、これはドリルの主要切削エッジ領域１８と、ドリルのチゼルエッジから始まるドリルの直径の約２倍の長さｌを有する領域とを覆う。
【００１２】
ドリルはソリッド（一体型）のカーバイドドリルである。したがってこのドリルは、例えばコバルト、ニッケル及び／又は鉄などの基体としての結合金属を含み、そこに例えば炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル及び／又は窒化ホウ素などの硬質材料が結合される。
【００１３】
ドリルは、切屑用間隙１２、１４の領域及びドリル先端部１６の領域に、研磨された表面を有する。まず最初にドリルは清浄にされ、乾燥される。次にドリル先端部１６がマイクロブラスト加工される。このために使用される材料は好ましくは噴射圧力０．５〜５バールのコランダム５００（粒子の平均サイズは５μｍ〜５０μｍの間）である。ドリル先端部は、均一な光沢のない表面が得られるまでブラスト加工される。次にドリルは、当該技術において公知の方法を用いて清浄にされる。
【００１４】
最終的に、少なくともドリルの切削エッジ領域、即ち切屑用間隙１２、１４及びドリル先端部１６において、硬質材料のＰＶＤコーティングが施される。基本的には、第一に、ＰＶＤ方法を用いることができ、第二に、基体として用いられるカーバイドと適合するのであれば、どのような硬質材料も使用できる。硬質材料のコーティングに適した材料は、例えば、窒化チタンアルミニウム、窒化チタン、浸炭窒化ホウ素及び浸炭窒化チタンである。
【００１５】
マイクロブラスト加工は、表面の粗度を増大させる。ＤＩＮ４７６８とＤＩＮ４７６８Ｔ１（ドイツ工業基準）に基づく粗さＲZは、ドリルのランド２０におけるマイクロブラスト加工されていなかった領域では０．７μｍと０．８μｍの間であった。ランド２０のマイクロブラスト加工されたドリル先端部１６の領域においては、粗度ＲZは、０．９μｍと１．０μｍの間であった。これらの値は、硬質材料のＰＶＤコーティングをドリルに施す前及び後では同一である。

Claims (10)

  1. 先端部（１６）、シャンク（１０）、及び切屑用間隙（１２、１４）がその中に形成された溝領域を備えると共に、硬質材料で少なくとも前記先端部（１６）及び前記切屑用間隙（１２、１４）が完全にコーティングされた切削工具を作成する方法であって、
    前記切削工具を硬質材料でコーティングする前に前記先端部（１６）のみをマイクロブラスト加工することにより、前記切削工具は、前記先端部（１６）のみがマイクロブラスト加工され、且つ、少なくとも前記先端部（１６）及び前記切屑用間隙（１２、１４）が完全に硬質材料でコーティングされ、
    前記切削工具のコーティングはＰＶＤコーティングであり、
    前記切削工具は、その基体としてコバルト、ニッケル及び／又は鉄を含み、該基体に炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル及び／又は窒化ホウ素が結合されたものであり、
    コーティングに用いられる硬質材料は、浸炭窒化ホウ素、浸炭窒化チタン、窒化チタンアルミニウム及び／又は窒化チタンである、
    ことを特徴とする、切削工具を作成する方法。
  2. 前記先端部（１６）のみをマイクロブラスト加工するステップにおいて、前記切削工具の正面端部から始まる前記切削工具の直径の約２倍の領域（ｌ）がマイクロブラスト加工されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. ５μｍ〜５０μｍの間の平均粒子サイズを有するＡｌ2Ｏ3が噴射媒体としてマイクロブラスト加工時に用いられる、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
  4. 切削工具はソリッドのカーバイド工具であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 切削工具表面のマイクロブラスト加工されていない領域が、マイクロブラスト加工された領域よりも少なくとも粗度ＲZ０．２μｍなめらかである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. マイクロブラスト加工されていない領域においては粗度ＲZが０．７〜０．８μｍの間であり、マイクロブラスト加工された領域においては粗度ＲZが０．９〜１．０μｍの間であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 切削工具はドリルであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 切削工具はタップ立てドリルであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  9. 切削工具はフライスであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  10. 切削工具はリーマーであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
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