JP5117715B2 - 切削工具インサート - Google Patents
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Description
本発明は、チタン、アルミニウム、黄銅、青銅、耐熱超合金、プラスチックのような非鉄材料の機械加工、並びに鋼及びステンレス鋼の小部品の機械加工に特に有益な鋭い切れ刃を備えた被覆切削工具に関する。
穿孔加工、フライス加工及び旋削加工のような作業における金属の機械加工に対しては、切れ刃を形成するために交差する救い面と逃げ面を有する超硬合金の切削工具インサートが使用されている。この切れ刃は、低い切削力と少ないエネルギー消費量にするために、鋭くする必要がある。しかしながら、超硬合金は脆い材料であり、この理由のために、鋭い切れ刃は、一般的に十分な強さでない。切れ刃が破壊すると、切削力が増加し、機械加工された材料の仕上げ面は悪くなる。この刃を強化するために、普通１０〜５０μｍの半径に丸めることができ、或いは面取り(chamfer)またはランドを備えることができる。この刃の正確な設計は、機械加工される材料に依存し、且つ容認しうる切削力とこの刃の強度との譲歩である。アルミニウム等のような幾つかの加工材料は、最小切刃丸味付けをした非常に鋭い刃を必要とする。このような材料において過剰な丸味付けをした刃は、摩耗した刃を意味し、その後に摩耗の進展に影響を及ぼす。このような材料を機械加工するために、被覆しない超硬合金インサートが使用される。被膜を適用する場合、特にＣＶＤ−またはＭＴＣＶＤ−技術で被覆した場合、この刃鋭くなくなる。さらに、被覆した切れ刃は、被膜の満足な適用を確実にするために、所定量の丸味付けを必要とする。しかしながら、鋭い切れ刃を必要とする材料を機械加工するために、被覆インサートの使用できることが望まれる。
米国特許出願第２００６／００１９１２０Ａ１号は、少なくとも一つの耐摩耗性の層と基材からなる被膜を含む金属機械加工用の切削工具インサートを開示し、このインサートは、切れ刃を形成するために交差する逃げ面と救い面をさらに含んでなる。この被膜は、切れ刃に少なくとも隣接する逃げ面上を研削加工することにより除去される。しかしながら、このようなインサートは、幾つかの適用においては、摩耗の抵抗が不十分であることが判明した。
したがって、本発明は、鋭い刃と長い工具寿命を備えた被覆超硬合金切削インサートを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明にしたがい鋭い刃を備えたインサートは、1層以上の層から成る第1の被膜、最外層のＰＶＤ層及び基材を含んでなり、さらに前記被膜は、刃半径を実質的に備えない切れ刃を形成するために交差する逃げ面とすくい面を含んでなる。第１の被膜は、最外層のＰＶＤ層が切れ刃に少なくとも隣接する逃げ面上のただ一つの層であるように、除去される。
本発明の一つの実施態様において、噴射加工及び研削加工の前の第１の被膜は、アルミナの層好ましくはαアルミナの層であり、１〜１０μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みを有する。
本発明の別の実施態様において、さらに第１の層は、アルミナ層と基材との間にＴｉ（Ｃ、Ｎ）の内側層を含み、１〜１０μｍ好ましくは４〜７μｍの厚みで柱状粒を有する。
したがって、この最外層のＰＶＤ層は、切れ刃に少なくとも隣接する逃げ面上のただ一つの層である。好ましくは、それは逃げ面上のただ一つの層である。ＰＶＤ層は好ましくは１〜６好ましくは２〜３μｍであり、好ましくはＴｉ（Ｃ、Ｎ）、ＴｉＮまたは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの１層以上を含んでなる。
また、本発明は、次の工程によって極めて鋭い刃を備える被覆切削工具インサートに関する。すなわち、
− 1層以上の層を含んで成る第1の被膜を有する切削工具インサートを準備する工程、
− 前記インサートの少なくとも救い面を噴射加工操作にさらして、０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を備える滑らかな表面を得る工程、及び
− 前記インサートを微細な研削加工ディスクを使用する周囲研削加工操作で処理すること、すなわち前記切れ刃の周囲または逃げ側面の全体のいずれかを処理して、実質的に刃半径の存在しない切れ刃を形成し、且つ切れ刃に少なくとも隣接するに逃げ側面から前記第１の被膜を除去する工程、
− ＰＶＤ技術を使用して１〜６好ましくは２〜３μｍの耐摩耗性の層を堆積する工程。この耐摩耗性の層は好ましくはＴｉ（Ｃ、Ｎ）、ＴｉＮまたは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎである。
− 1層以上の層を含んで成る第1の被膜を有する切削工具インサートを準備する工程、
− 前記インサートの少なくとも救い面を噴射加工操作にさらして、０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を備える滑らかな表面を得る工程、及び
− 前記インサートを微細な研削加工ディスクを使用する周囲研削加工操作で処理すること、すなわち前記切れ刃の周囲または逃げ側面の全体のいずれかを処理して、実質的に刃半径の存在しない切れ刃を形成し、且つ切れ刃に少なくとも隣接するに逃げ側面から前記第１の被膜を除去する工程、
− ＰＶＤ技術を使用して１〜６好ましくは２〜３μｍの耐摩耗性の層を堆積する工程。この耐摩耗性の層は好ましくはＴｉ（Ｃ、Ｎ）、ＴｉＮまたは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎである。
本発明の一つの実施態様では、第１の被膜は、アルミナの層好ましくはαアルミナの層であり、１〜１０μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みを有する。
本発明の別の実施態様では、第１の被膜は、さらにアルミナの層と基材との間にＴｉ（Ｃ、Ｎ）の内側層を含んでなり、１〜１０μｍ好ましくは４〜７μｍの厚みで柱状粒を有する。
本発明にしたがうインサートは、種々の切削作業に使用することができる。このような作業の例は、穿孔加工、旋削加工及びフライス加工である。
本発明は次の実施例に関してさらに説明するが、これは本発明の説明に役立つとして考慮される。しかしながら、本発明はこの実施例の具体的な詳細に限定されるものでない。
実施例１
６％のＣｏ及び残部としてＷＣの化学組成を備える形式ＶＣＥＸ１１０３０１Ｒ−Ｆの超硬合金インサートが、０．５μｍの等軸粒のＴｉＣＮ層と続いて５μｍの柱状粒の厚いＴｉＣＮの層とを、ＭＴＣＶ技術（処理温度８５０℃）を使用することによって被覆した。同一被覆サイクルの際のその後の工程において、ＴｉＣｘＮｙＯｚ（ほぼ、ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２）の等軸粒を有する１μｍの厚い層が堆積され、続いて４μｍのαＡｌ２Ｏ３の厚い層が堆積された。被覆後、このインサートは、０．２５ｍｍの測定長さに割って０．２μｍの表面粗さまで湿式噴射加工によって滑らかにされた。その後、このインサートは、粒径が２５μｍのダイヤモンドディスクによる周辺研削加工操作で処理され、逃げ面上の被膜を除去することによって鋭い切れ刃が形成された。
６％のＣｏ及び残部としてＷＣの化学組成を備える形式ＶＣＥＸ１１０３０１Ｒ−Ｆの超硬合金インサートが、０．５μｍの等軸粒のＴｉＣＮ層と続いて５μｍの柱状粒の厚いＴｉＣＮの層とを、ＭＴＣＶ技術（処理温度８５０℃）を使用することによって被覆した。同一被覆サイクルの際のその後の工程において、ＴｉＣｘＮｙＯｚ（ほぼ、ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２）の等軸粒を有する１μｍの厚い層が堆積され、続いて４μｍのαＡｌ２Ｏ３の厚い層が堆積された。被覆後、このインサートは、０．２５ｍｍの測定長さに割って０．２μｍの表面粗さまで湿式噴射加工によって滑らかにされた。その後、このインサートは、粒径が２５μｍのダイヤモンドディスクによる周辺研削加工操作で処理され、逃げ面上の被膜を除去することによって鋭い切れ刃が形成された。
実施例２、本発明
実施例１のインサートの半分が、ＰＶＤ技術を使用して２〜３μｍの（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの層で被覆された。
実施例１のインサートの半分が、ＰＶＤ技術を使用して２〜３μｍの（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの層で被覆された。
実施例３
実施例１、先行技術、及び実施例２の本願発明のインサートが、次の条件のことで試験された。
ステンレス鋼ＳＳ２３４６の長手方向の旋削加工
切削速度 ：１５０ｍ／分
送り速度 ：０．１ｍｍ／回転
切り込み深さ：１ｍｍ
油冷却剤
実施例１、先行技術、及び実施例２の本願発明のインサートが、次の条件のことで試験された。
ステンレス鋼ＳＳ２３４６の長手方向の旋削加工
切削速度 ：１５０ｍ／分
送り速度 ：０．１ｍｍ／回転
切り込み深さ：１ｍｍ
油冷却剤
さらに、参照例としてSandvik Coromantの商業等級ＧＣ１０２０が用いられた。
工具寿命判定機銃は＞０．０８ｍｍの逃げ面摩耗または過剰なクレータ摩耗であった。
結果、三つの試験片の平均
切削時間、分 注記
本発明 ２８８ 逃げ面摩耗、＞０．０８ｍｍ
先行技術 １４７ 逃げ面摩耗、＞０．０８ｍｍ
参照例 １８３ 過剰なクレータ摩耗
工具寿命判定機銃は＞０．０８ｍｍの逃げ面摩耗または過剰なクレータ摩耗であった。
結果、三つの試験片の平均
切削時間、分 注記
本発明 ２８８ 逃げ面摩耗、＞０．０８ｍｍ
先行技術 １４７ 逃げ面摩耗、＞０．０８ｍｍ
参照例 １８３ 過剰なクレータ摩耗
本発明は好ましい実施態様に関して記載したが、具体的に記載されたことを本発明の精神及び範囲から離脱することなく、追加、削除、改変及び置き換えをすることができることは当業者によって認められる。
Claims (6)
1層以上の層から成る第1の被膜、最外層のＰＶＤ層及び超硬合金基材を含んでなる金属を機械加工するための切削工具インサートであって、
前記インサートは、実質的に刃半径がない切れ刃を形成するために交差する逃げ面及びすくい面をさらに含み、
前記最外層のＰＶＤ層が、前記切れ刃に少なくとも隣接する前記逃げ面上のただ一つの被膜であるように、前記第1の被膜が除去されることを特徴とする金属を機械加工するための切削工具インサート。
前記インサートは、実質的に刃半径がない切れ刃を形成するために交差する逃げ面及びすくい面をさらに含み、
前記最外層のＰＶＤ層が、前記切れ刃に少なくとも隣接する前記逃げ面上のただ一つの被膜であるように、前記第1の被膜が除去されることを特徴とする金属を機械加工するための切削工具インサート。
前記最外層のＰＶＤ層が、前記逃げ面上のただ一つの被膜であることを特徴とする請求項1に記載の切削インサート。
前記第1の被膜が、αアルミナの層であることを特徴とする請求項1または２に記載の切削インサート。
前記第1の被膜が、前記αアルミナ層と前記基材との間に、２〜１０μｍの厚みで柱状粒のＴｉ（Ｃ、Ｎ）の内層を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削インサート。
前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の内層は厚みが４〜７μｍであることを特徴とする請求項４に記載の切削インサート。
切削工具インサートが、第１の被膜と最外層のＰＶＤ層と超硬合金基材を含み、且つ切れ刃を形成するため交差する逃げ面とすくい面を含み、金属を機械加工するための切削工具インサートを製造する方法であって、
− 1層以上の層から成る第1の被膜を有する切削工具インサートを準備する工程、
− 前記インサートの少なくともすくい面を噴射加工操作にさらして、０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を有する滑らかな表面を得る工程、
及び
− 前記インサートの周囲研削加工操作である前記切れ刃の周囲または逃げ側面の全体のいずれかを微細な研削加工ホイールで処理して、実質的に刃半径の存在しない切れ刃を形成し、且つ切れ刃に少なくとも隣接するに逃げ側面から前記第１の被膜を除去する工程、
を含んで成なり、
最外層の耐摩耗性の層が、ＰＶＤ技術を使用して堆積されること
を特徴とする金属を機械加工するための切削工具インサートを製造する方法。
− 1層以上の層から成る第1の被膜を有する切削工具インサートを準備する工程、
− 前記インサートの少なくともすくい面を噴射加工操作にさらして、０．２５ｍｍの測定長さに渡って０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を有する滑らかな表面を得る工程、
及び
− 前記インサートの周囲研削加工操作である前記切れ刃の周囲または逃げ側面の全体のいずれかを微細な研削加工ホイールで処理して、実質的に刃半径の存在しない切れ刃を形成し、且つ切れ刃に少なくとも隣接するに逃げ側面から前記第１の被膜を除去する工程、
を含んで成なり、
最外層の耐摩耗性の層が、ＰＶＤ技術を使用して堆積されること
を特徴とする金属を機械加工するための切削工具インサートを製造する方法。
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