JP4900653B2 - 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
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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、
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と酸化ジルコニウムの2相混合酸化物組織を有する2相混合酸化物層(以下、Al2O3−ZrO2で層で示す)、
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。
(イ)反応ガス組成(体積%)
AlCl3: 1〜10 %、
ZrCl4: 0.01〜10 %、
CO2 : 1〜30 %、
HCl: 1〜30 %、
H2S: 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)、
の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。
さらに、上記の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。
(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Al2O3−ZrO2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%の酸化アルミニウム(以下、Al2O3で示す)微粒を配合した研磨液を噴射して、研磨すると、前記Al2O3−ZrO2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Al2O3−ZrO2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。
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、上記TiN層(以下、TiN研磨材層という)は、前記Al2O3微粒によって粉砕微粒化し、TiN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Al2O3−ZrO2層の表面を研磨することになり、この結果研磨後の前記Al2O3−ZrO2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Al2O3−ZrO2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。
以上(a)〜(c)に示される研究結果を得たのである。
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、
上部層として、1〜15μmの平均層厚を有し、かつ、ZrO2が、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を満足するAl2O3−ZrO2層、
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、
(a)上記硬質被覆層の上部層であるAl2O3−ZrO2層の全面に、0.5〜5μmの平均層厚で、TiN研磨材層を化学蒸着形成し、
(b)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、
この場合クランプ駒当接部周辺部の上記TiN研磨材層を研磨せず、工具本体取り付け時における高い挟み締め力の緩衝層として残した状態で、残りの研磨面における上記のTiN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TiN微粒と、噴射研磨材としてのAl2O3微粒の共存下で、上記硬質被覆層の上部層を構成するAl2O3−ZrO2層の表面を研磨して、前記Al2O3−ZrO2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。
(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。
上記のAl 2 O 3 −ZrO 2 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、前記Al 2 O 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。前記Al2O3−ZrO2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、前記Al 2 O 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。
上記の通り、TiN研磨材層は、ウエットブラスト時に、研磨液に噴射研磨材として配合したAl2O3微粒によって粉砕微粒化し、TiN微粒となって前記Al2O3微粒と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 2 O 3 −ZrO 2 層の表面を研磨するが、この場合、その平均層厚が0.5μm未満では、ウエットブラスト時における粉砕化TiN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5μmを越えると、研磨液に噴射研磨材として配合したAl2O3微粒とのバランスがくずれて、相対的に多くなり過ぎ、この場合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 2 O 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で、その平均層厚を0.5〜5μmと定めた。
研磨液のAl2O3微粒には、ウエットブラスト時にTiN研磨材層の粉砕化TiN微粒と共存した状態で、Al 2 O 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。
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6に示される目標層厚のTi化合物層およびAl 2 O 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、同じく表3に示されるTiN層形成条件でTiN研磨材層を、同じく表6に示される目標層厚で蒸着形成し(図2参照)、
引き続いて、上記のTiN研磨材層形成の被覆切削チップに、表5に示されるブラスト条件で、かつ表6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TiN研磨材層を存在させた状態で、前記Al 2 O 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6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)。
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 2 O 3 −ZrO 2 層のウエットブラスト後の表面粗さを表7に示した。
被削材:JIS・SCM420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: 2.5 mm、
送り: 0.35 mm/rev、
切削時間: 7 分、
の条件(切削条件Aという)での合金鋼の乾式断続高速切削試験(通常の切削速度は200m/min)、
被削材:JIS・S50Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 430 m/min、
切り込み: 2.0 mm、
送り: 0.4 mm/rev、
切削時間: 8 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・FC350の丸棒、
切削速度: 590 m/min、
切り込み: 2.0 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)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8に示した。
Claims (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、
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、
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(Al2O3−ZrO2層)、
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、
(a)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(Al2O3−ZrO2層)の全面に、0.5〜5μmの平均層厚を有する窒化チタン層で構成された研磨材層を化学蒸着形成し、
(b)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、
この場合クランプ駒当接部周辺部の上記研磨材層を研磨せず、工具本体取り付け時における高い挟み締め力の緩衝層として残した状態で、残りの研磨面における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窒化チタン微粒と、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(Al2O3−ZrO2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(Al2O3−ZrO2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。
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