JP4857751B2 - 硬質被覆層が高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する穴なし表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップの表面研磨方法 - Google Patents

Description

この発明は、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合に、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する穴なし表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップ（以下、被覆切削チップという）の表面研磨方法に関するものである。

従来、一般に、図４に概略斜視図で示される通り、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称してチップ基体という）の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の全面に、
（ａ−１）下部層として、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化チタン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化チタン（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ａ−２）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ化学蒸着した状態で酸化アルミニウム（以下、Ａｌ _２ Ｏ _３ で示す）と酸化ジルコニウム（以下、ＺｒＯ _２ で示す）の２相混合酸化物組織を有する２相混合酸化物層（以下、Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層で示す）、
以上（ａ−１）および（ａ−２）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆切削チップが知られており、また、上記被覆切削チップが、図５に概略斜視図で示されるとおり、工具本体、例えばシャンク部の先端部にシートを介して載置され、チップ上面にクランプ駒の先端部を当接させ、前記クランプ駒後部に設けたクランプねじの締め込みにより交換自在に挟み締め固定した状態で、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることは良く知られている。

そして、上記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層は、次のような条件で化学蒸着することにより形成されることが知られている。
（イ）反応ガス組成（体積％）
ＡｌＣｌ_３： １〜１０ ％、
ＺｒＣｌ_４： ０．０１〜１０ ％、
ＣＯ₂ ： １〜３０ ％、
ＨＣｌ： １〜３０ ％、
Ｈ_２Ｓ： ０．０１〜１ ％、
Ｈ₂：残り、
（ロ）反応雰囲気温度 ： ９００〜１０５０ ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力 ： ４〜７０ ｋＰａ（３０〜５２５ ｔｏｒｒ）。

また、上記の被覆切削チップにおいて、これの硬質被覆層の構成層は、一般に粒状結晶組織を有し、さらに、下部層であるＴｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身の強度向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
さらに、被覆切削チップの硬質被覆層を構成する上部層の表面を、切削性能を向上させる目的でウエットブラスト処理して、平滑化することも知られている。
特開２０００−３３４６０５号公報 特開２００４−４２１５０号公報 特開平６−８０１０号公報 特開平８−２７６３０５号公報

近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆切削チップにおいては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、特に切削速度が３５０ｍ／ｍｉｎ．を越える高速で切削加工を行なうのに用いた場合には、硬質被覆層の上部層を構成する２相混合酸化物層にチッピング（微少欠け）が発生し易く、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層が硬質被覆層の上部層を構成する被覆切削チップに着目し、特にＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の耐チッピング性向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆切削チップにおける硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面に、ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％のＡｌ₂Ｏ₃微粒を配合した研磨液を噴射して、研磨すると、前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層は、準拠規格ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に基いた測定（以下の表面粗さは全てかかる準拠規格に基いた測定値を示す）で、Ｒａ：０．３〜０．６μｍの表面粗さを示すようになるが、この結果の前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面を、ウエットブラストにてＲａ：０．３〜０．６μｍの表面粗さに平滑化した被覆切削チップを用いても、切削速度が３５０ｍ／ｍｉｎ．を越えた高速切削加工では切刃部におけるチッピング発生を満足に抑制することはできないこと。

（ｂ）一方、図２に概略斜視図で示される通り、上記の従来被覆切削チップにおける硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の全面に、
（ｂ−１）まず、下側層として、反応ガス組成を、体積％で、
ＴｉＣｌ₄：０．２〜１０％、
ＣＯ₂ ：０．１〜１０％、
Ａｒ ：５〜６０％、
Ｈ₂ ：残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４〜７０ｋＰａ（３０〜５２５ｔｏｒｒ）、
とした条件で、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ、オージェ分光分析装置で測定して、Ｔｉに対する酸素の割合が原子比で１．２５〜１．９０、即ち、
組成式：ＴｉＯ_W 、
で表わした場合、
Ｗ：原子比で１．２５〜１．９０、
を満足する酸化チタン層を形成し、
（ｂ−２）ついで、上記酸化チタン層（下側層）の上に、上側層として、通常の条件、即ち、反応ガス組成を、体積％で、
ＴｉＣｌ₄：０．２〜１０％、
Ｎ₂ ：４〜６０％、
Ｈ₂ ：残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４〜９０ｋＰａ（３０〜６７５ｔｏｒｒ）、
とした条件で、０．０５〜２μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層を形成すると、
（ｂ−３）上記ＴｉＮ層（上側層）形成時に、上記下側層を構成する酸化チタン層の酸素が拡散してきて前記上側層（ＴｉＮ層）が、窒酸化チタン層で構成されるようになるが、この場合上記上側層（前記窒酸化チタン層）形成後の上記下側層である酸化チタン層は、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、酸素の割合がＴｉに対する原子比で１．２〜１．７、即ち、
組成式：ＴｉＯ_Ｘ 、
で表わした場合、
Ｘ：原子比で１．２〜１．７、
を満足する酸化チタン層となり、
（ｂ−４）また、上記窒酸化チタン層で構成された上側層は、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、拡散酸素の割合が窒素（Ｎ）に対する原子比で０．０１〜０．４、即ち、
組成式：ＴｉＮ_１−Ｙ（Ｏ）_Ｙ、
で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上側層の蒸着形成時における上記下側層である酸化チタン層からの拡散酸素を示す）、
Ｙ：原子比で０．０１〜０．４、
を満足する窒酸化チタン層となること。

（ｃ）上記窒酸化チタン層（上側層）および酸化チタン層（下側層）を蒸着形成した状態で、
上記（ａ）におけると同じくウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％のＡｌ₂Ｏ₃微粒を配合した研磨液を噴射すると、前記窒酸化チタン層および酸化チタン層は、前記Ａｌ₂Ｏ₃微粒によって粉砕微粒化し、窒酸化チタン微粒および酸化チタン微粒となって前記Ａｌ₂Ｏ₃微粒の共存下で研磨材として作用し、硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面を研磨することになり、この結果研磨後の前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面は、Ｒａ：０．２μｍ以下の表面粗さにまで平滑化されるようになり、この上部層であるＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面がＲａ：０．２μｍ以下の表面粗さに平滑化した被覆切削チップを用いて、高速切削加工を行った場合、３５０ｍ／ｍｉｎ．を越える切削速度でも切刃部におけるチッピング発生が防止され、前記硬質被覆層は長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。

（ｄ）上記の通り、切削速度が３５０ｍ／ｍｉｎ．を越えた高速切削加工では、被覆切削チップの切刃部に懸かる負荷はきわめて高いものになるため、特にフライス切削の場合、工具本体への被覆切削チップの取り付けに際しては、きわめて高い挟み締め力で取り付けが行なわれることになり、この結果被覆切削チップのクランプ駒当接部の硬質被覆層に対する圧縮応力はきわめて高いものとなるばかりでなく、これに対応して、切削加工時にクランプ駒当接部における機械的震動はきわめて強力なものとなるので、特に上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で約２４００の高硬度を有することと相俟って、これに割れが発生し易くなり、これが原因で硬質被覆層に剥離やチッピングが発生するようになるが、図１に概略斜視図で示される通り、前記ウエットブラストに際して、クランプ駒当接部周辺部を研磨せず、この部分の研磨材層を残した状態にしておくと、上記の研磨材層を構成する窒酸化チタン層（上側層）および酸化チタン層（下側層）はいずれも前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層に比して、相対的にきわめて低いＨｖ：約２０００の硬さをもつほか、高強度を具備するものであるため、図３に概略斜視図で示される通り、工具本体へのクランプ駒による被覆切削チップの取り付けに際して、高い挟み締め力の緩衝層として作用し、この結果前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層に対する圧縮応力を著しく緩和し、さらに、切削加工時に発生する強力な機械的震動の前記クランプ駒への伝達を吸収し、緩和する防震層としても作用し、これによって前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層に対する前記クランプ駒による震動攻撃が緩和されることから、前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層における剥離やチッピング発生の原因となる割れ発生が防止されるようになること。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される研究結果を得たのである。

この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成されたチップ基体の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の全面に、
（ａ−１）下部層として、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ａ−２）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でＡｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２の２相混合酸化物組織を有し、かつ、前記ＺｒＯ_２は、Ｚｒの含有割合に換算して、層中に含有するＡｌとＺｒの合量に占める割合（原子比）で０．０１〜０．２０であるＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層、
以上（ａ−１）および（ａ−２）で構成された硬質被覆層を化学蒸着形成してなり、かつ、工具本体にクランプ駒による挟み締めにより交換自在に取り付けられる被覆切削チップの表面研磨方法にして、
（１）上記硬質被覆層の上部層であるＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の全面に、
（ｂ−１）下側層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：ＴｉＯ_Ｘ 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、
Ｘ：原子比で１．２〜１．７、
を満足する酸化チタン層、
（ｂ−２）上側層として、０．０５〜２μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：ＴｉＮ_１−Ｙ（Ｏ）_Ｙ、
で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上側層の蒸着形成時における上記下側層である酸化チタン層からの拡散酸素を示す）、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、同じく原子比で、
Ｙ：原子比で０．０１〜０．４、
を満足する窒酸化チタン層、
以上（ｂ−１）および（ｂ−２）で構成された研磨材層を化学蒸着形成し、
（２）ついで、ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％のＡｌ₂Ｏ₃微粒を配合した研磨液を噴射し、
上記の研磨材層が噴射研磨材であるＡｌ ₂ Ｏ ₃ 微粒の噴射により粉砕微粒化してなる粉砕化酸化チタン微粒（下側層）および粉砕化窒酸化チタン微粒（上側層）と、噴射研磨材としてのＡｌ₂Ｏ₃微粒の共存下で、上記クランプ駒当接部周辺部の研磨材層を残して、上記硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面を研磨して、前記Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＺｒＯ _２ 層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の表面粗さを準拠規格ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に基いた測定で、Ｒａ：０．２μｍ以下としてなる、硬質被覆層が高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する被覆切削チップの表面研磨方法に特徴を有するものである。

以下に、この発明の被覆切削チップの表面研磨方法において、質被覆層および研磨材層、さらにウエットブラストで用いられる研磨液のＡｌ₂Ｏ₃微粒に関して、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）硬質被覆層
（ａ−１）下部層のＴｉ化合物層
Ｔｉ化合物層は、Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＺｒＯ _２ 層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、チップ基体とＡｌ _２ Ｏ _３ −ＺｒＯ _２ 層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層のチップ基体に対する密着性を向上させる作用を有するが、その全体平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その全体平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その全体平均層厚を３〜２０μｍと定めた。

（ａ−２）上部層のＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層
Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層からなる上部層は、そのＡｌ成分によって、すぐれた高温硬さと耐熱性を、また、そのＺｒ成分によって、すぐれた高温強度を備え、被覆切削チップの切削性能（耐チッピング性、耐摩耗性）向上に寄与するが、Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層におけるＺｒＯ _２ の含有割合は、Ｚｒの含有割合に換算して、層中に含有するＡｌとＺｒの合量に占める割合（＝Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ））で、０．０１〜０．２０但し、原子比）の範囲内のものとする。Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層におけるＺｒＯ _２ の含有割合を示すこの値が０．０１未満であると、上部層の高温強度の向上の効果が少なく、一方、この値が０．２０を超えると、上部層におけるＡｌ _２ Ｏ _３ 量の相対的な減少により高温硬さ、耐熱性の低下が生じ、その結果として耐摩耗性劣化の傾向がみられるので、Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層におけるＺｒＯ_２の含有割合（原子比で換算したＺｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）の値）を、上記のとおり、０．０１〜０．２０の範囲内の値とする。
また、その平均層厚が１μｍ未満では、所望のすぐれた切削性能を長期に亘って発揮させることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。

（ｂ）研磨材層
上側層を構成する窒酸化チタン層は、上記の通り、まず、酸素の割合をＮに対する原子比で１．２５〜１．９０（Ｗ値）とした酸化チタン層を形成し、ついで、前記酸化チタン層の上に通常の条件でＴｉＮ層を蒸着することにより形成されるものであり、したがって前記ＴｉＮ層形成時における前記酸化チタン層からの酸素の拡散が不可欠となるが、前記酸化チタン層のＷ値が１．２５未満であると、前記ＴｉＮ層への酸素の拡散反応が急激に低下し、上側層における拡散酸素の割合（Ｙ値）を原子比で０．０１以上にすることができず、一方同Ｗ値が１．９０を越えると、前記上側層における拡散酸素の割合（Ｙ値）が原子比で０．４０を越えて多くなってしまうことから、Ｗ値を１．２５〜１．９０と定めたものであり、この場合上側層形成後の下側層（酸化チタン層）における酸素の割合（Ｘ値）は原子比で１．２〜１．７の範囲内の値をとるようになる、言い換えれば上側層形成後の下側層のＸ値が１．２〜１．７を満足する場合に、前記上側層のＹ値は０．０１〜０．４０を満足するものとなる。
また、この場合、下側層のＸ値および上側層のＹ値をそれぞれ１．２〜１．７および０．０１〜０．４０と定めたのは、前記Ｘ値およびＹ値が前記の値をとった場合に、これら研磨材層のウエットブラスト時における粉砕微粒化が好適な状態で行なわれ、すぐれた研磨機能を十分に発揮することが多くの試験結果から得られ、これらの試験結果に基いて定めたものである。したがって、前記Ｘ値およびＹ値がそれぞれ１．２〜１．７および０．０１〜０．４０の範囲から外れると、前記研磨材層のウエットブラスト時における粉砕微粒化が満足に行なわれず、すぐれた研磨機能を期待することができない。
さらに、上側層および下側層の平均層厚を、それぞれ０．０５〜２μｍおよび０．１〜３μｍとしたのは、その平均層厚が０．０５μｍ未満および０．１μｍ未満では、ウエットブラスト時における下側層の粉砕化酸化チタン微粒、上側層の粉砕化窒酸化チタン微粒の割合が少な過ぎて、研磨機能を十分に発揮することができず、一方、その平均層厚がそれぞれ２μｍおよび３μｍを越えても、研磨機能が急激に低下するようになり、いずれの場合もＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面をＲａ：０．２μｍ以下の表面粗さに研磨することができなくなるという理由にもとづくものである。
また、平均層厚に関して、上記上側層と下側層の合計平均層厚を０．１μｍ以上としたのは、０．１μｍ未満ではクランプ駒当接面部分の研磨材層による挟み締め力緩衝効果および防震効果を十分に発揮することができないという理由によるものである。

（ｃ）研磨液のＡｌ₂Ｏ₃微粒の割合
研磨液のＡｌ₂Ｏ₃微粒には、ウエットブラスト時に研磨材層を構成する下側層の粉砕化酸化チタン微粒および上側層の粉砕化窒酸化チタン微粒と共存した状態で、Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面を研磨する作用があるが、その割合が水との合量に占める割合で１５質量％未満でも、また６０質量％を越えても研磨機能が急激に低下するようになることから、その割合を１５〜６０質量％と定めた。

この発明の方法で表面研磨された被覆切削チップは、硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面が、Ｒａ：０．２μｍ以下の表面粗さに研磨され、さらにクランプ駒当接部周辺部に存在する研磨材層が、工具本体への被覆切削チップの取り付けに際して、高速切削加工では不可欠の高い挟み締め力の緩衝層として作用するほか切削加工時に発生する強力な機械的震動の防震沿うとして作用することから、前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層に対する圧縮応力が著しく緩和され、かつ、前記クランプ駒による震動攻撃がきわめて小さなものとなり、この結果前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層における剥離やチッピング発生の原因となる割れ発生が防止されるようになることと相俟って、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、切削速度が３５０ｍ／ｍｉｎ．を越える高速で行うのに用いた場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。

つぎに、この発明の被覆切削チップの表面研磨方法を実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＮ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製のチップ基体Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。

また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ₂Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＮ１２０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製のチップ基体ａ〜ｆを形成した。

ついで、これらのチップ基体Ａ〜Ｆおよびチップ基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、
まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）、および表４に示される条件にて、表７に示される目標層厚のＴｉ化合物層およびＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層を硬質被覆層の下部層および上部層として蒸着形成し（図４参照）、
ついで、研磨材層の下側層形成用酸化チタン層［ＴｉＯ_Ｗ（１）〜（６）のいずれか］を表５に示される条件で形成した後、上側層形成用窒化チタン層（ＴｉＮ層）を同じく表３に示される条件で、表７に示される目標層厚で蒸着形成して、表７に示される組成、すなわち厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、それぞれ表７に示されるＸ値およびＹ値の下側層および上側層からなる研磨材層を形成し（図２参照）、
引き続いて、上記の下側層および上側層からなる研磨材層形成の被覆切削チップに、表６に示されるブラスト条件で、かつ表７に示される組み合わせでウエットブラストを施して、クランプ駒当接部周辺部に研磨材層を存在させた状態で、前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層からなる上部層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面を、同じく表７に示される表面粗さに研磨することにより本発明被覆切削チップ１〜１３をそれぞれ製造した（図１参照）。

また、比較の目的で、表８に示される通り、下側層および上側層からなる研磨材層の形成を行なわない以外は同一の条件で従来被覆切削チップ１〜１３をそれぞれ製造した（図４参照）。
この結果得られた従来被覆切削チップ１〜１３の硬質被覆層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層のウエットブラスト後の表面粗さを表８に示した。

また、上記本発明被覆切削チップ１〜１３および従来被覆切削チップ１〜１３の硬質被覆層の構成層の厚さ、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

つぎに、上記の本発明被覆切削チップ１〜１３および従来被覆切削チップ１〜１３の各種の被覆切削チップについて、それぞれ図３、図５に示されるとおり、いずれも工具鋼製バイト（工具本体）のシャンク先端部にクランプ駒のクランプねじによる挟み締めにより取り付けた状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度： ４５０ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： ２．０ ｍｍ、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間： １７ 分、
の条件（切削条件Ａという）での普通鋳鉄の乾式連続高速切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ４００ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間： １２ 分、
の条件（切削条件Ｂという）での炭素鋼の乾式断続高速切削試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度： ３８０ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．４ ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間： １０ 分、
の条件（切削条件Ｃという）での合金鋼の乾式連続高速切削試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ）を行い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表９に示した。

表７〜９に示される結果から、この発明の方法によって表面研磨された本発明被覆切削チップ１〜１３は、いずれも硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面が、Ｒａ：０．２μｍ以下の表面粗さに研磨され、さらにクランプ駒当接部周辺部に存在する研磨材層が、工具本体への被覆切削チップの取り付けに際して、３５０ｍ／ｍｉｎを越える高速切削加工では不可欠の高い挟み締め力の緩衝層として作用し、さらに切削加工時に発生する強力な機械的震動の防震層としても作用することから、前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層に対する圧縮応力が著しく緩和され、かつ、前記クランプ駒による震動攻撃がきわめて小さなものとなり、この結果前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層における剥離やチッピング発生の原因となる割れ発生が防止され、鋼および鋳鉄の高速切削加工で、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層の表面粗さが、Ｒａ：０．３〜０．６μｍを示す従来被覆切削チップ１〜１３においては、いずれも３５０ｍ／ｍｉｎを越える高速切削加工では、工具取り付けに高い挟み締め力を必要とすることと相俟って、前記Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２層にチッピングが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

上述のように、この発明の方法によって表面研磨された本発明被覆切削チップは、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、特に切削加工を３５０ｍ／ｍｉｎを越えた高速で行う場合にもすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

この発明の方法によって表面研磨された本発明被覆切削チップを硬質被覆層の一部を切り欠いて示した概略斜視図である。 この発明の方法で研磨材層を蒸着形成した被覆切削チップを前記研磨材層の一部を切り欠いて示した概略斜視図である。 この発明の方法によって表面研磨された本発明被覆切削チップの工具本体への取り付け態様を示す概略斜視図である。 従来被覆切削チップを硬質被覆層の一部を切り欠いて示した概略斜視図である。 従来被覆切削チップの工具本体への取り付け態様を示す概略斜視図である。

Claims (1)

1. 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成されチップ基体の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の全面に、
   （ａ−１）下部層として、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層、炭酸化チタン層、および炭窒酸化チタン層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
   （ａ−２）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態で酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの２相混合酸化物組織を有し、かつ、前記酸化ジルコニウムは、Ｚｒの含有割合に換算して、層中に含有するＡｌとＺｒの合量に占める割合（原子比）で０．０１〜０．２０である、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの２相混合酸化物層、
   以上（ａ−１）および（ａ−２）で構成された硬質被覆層を化学蒸着形成してなり、かつ、工具本体にクランプ駒による挟み締めにより交換自在に取り付けられる穴なし表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップの表面研磨方法にして、
   （１）上記硬質被覆層の上部層である酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの２相混合酸化物層の全面に、
   （ｂ−１）下側層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ、
   組成式：ＴｉＯ_Ｘ 、
   で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、原子比で、
   Ｘ：１．２〜１．７、
   を満足する酸化チタン層、
   （ｂ−２）上側層として、０．０５〜２μｍの平均層厚を有し、かつ、
   組成式：ＴｉＮ_１−Ｙ（Ｏ）_Ｙ、
   で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上側層の蒸着形成時における上記下側層である酸化チタン層からの拡散酸素を示す）、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、同じく原子比で、
   Ｙ：０．０１〜０．４、
   を満足する窒酸化チタン層、
   以上（ｂ−１）および（ｂ−２）で構成された研磨材層を化学蒸着形成し、
   （２）ついで、ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％の酸化アルミニウム微粒を配合した研磨液を噴射し、
   上記の研磨材層が噴射研磨材である酸化アルミニウム微粒の噴射により粉砕微粒化してなる粉砕化酸化チタン微粒（下側層）および粉砕化窒酸化チタン微粒（上側層）と、噴射研磨材としての酸化アルミニウム微粒の共存下で、上記クランプ駒当接部周辺部の上記研磨材層を残して、上記硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの２相混合酸化物層の表面を研磨して、前記酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの２相混合酸化物層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の表面粗さを準拠規格ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に基いた測定で、Ｒａ：０．２μｍ以下としたことを特徴とする、硬質被覆層が高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する穴なし表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップの表面研磨方法。

Images