JP5123990B2

JP5123990B2 - シャー切断工具

Info

Publication number: JP5123990B2
Application number: JP2010129365A
Authority: JP
Inventors: 豊明安井; 紀幸榊原; 聡安仲; 雅信三▲崎▼
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: JP2011255386A

Description

本発明は、被加工物に対してせん断力を作用して加工する工作機械に用いられるシャー切断工具に関するものである。

工作機械に使用される工具としてのカッタは、摩耗、変形、欠けなどを防止して寿命を延長する目的で、表面にコーティングが施されている。カッタの表面にコーティングする方法として、窒化物、炭化物、または、これらの複合硬質セラミックコーティングが一般的である。従来のコーティングを施したカッタとしては、例えば、下記に示す特許文献に記載されたものがある。

特開平０９−２７１８５２号公報特開平０５−２２０５３１号公報特開平０８−３２５７０６号公報特開平０８−３２５７０７号公報

上述した従来のチタン系コーティングを施したカッタは、カッタを構成する基材の表面にコーティング層を直接コーティングしている。また、コーティング層を形成する材料としては、窒化チタンが多く用いられている。しかし、被加工物に対してせん断力を作用させて加工するシャー切断工具の場合、加工時にこの大きなせん断力によりコーティング層が剥離してしまうという問題が発生する。

本発明は上述した課題を解決するものであり、コーティング層の剥離を抑制して長寿命化を可能とするシャー切断工具を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のシャー切断工具は、外周部に設けられる複数の刃部の表面にクロムコーティング層が設けられ、該クロムコーティング層の表面に窒素濃度が増加する第２窒化クロムコーティング層が設けられ、該第２窒化クロムコーティング層の表面に第１窒化クロムコーティング層が設けられる外周部に設けられる、ことを特徴とするものである。

従って、刃部の表面にクロムコーティング層を介して窒化クロムコーティング層が設けられることで、密着性が増加し、刃部の表面から窒化クロムコーティング層が剥離しにくくなり、また、最外表面が窒化クロムコーティング層とされることで、被加工物との凝着を抑制してコーティング層の剥離を抑制することとなり、長寿命化を可能とすることができる。また、第２窒化クロムコーティング層はその組成が連続的に変化することで、線膨張係数も連続的に変化することとなり、加工時に発生する熱応力に対する追従性が増加し、クロムコーティング層と第１窒化クロムコーティング層との剥離抵抗を増加させることができる。また、硬度も連続的に変化することで、荷重に対するコーティング層の変形抵抗が増加することにより耐曲げ性が増大し、第１窒化クロムコーティング層の割れに基づく剥離を防止することができる。

本発明のシャー切断工具では、前記クロムコーティング層及び前記窒化クロムコーティング層は、物理蒸着法により形成されることを特徴としている。

従って、容易にクロムコーティング層及び窒化クロムコーティング層を形成することができる。

本発明のシャー切断工具では、前記クロムコーティング層及び前記窒化クロムコーティング層は、前記刃部における少なくともせん断力が作用する領域に設けられることを特徴としている。

従って、コーティング層の製造コストを低減することができる。

本発明のシャー切断工具では、前記刃部は、円盤の外周部に複数設けられることで歯車型カッタを構成することを特徴としている。

従って、歯車型カッタとすることで、せん断加工を容易に行うことができると共に、長寿命化を可能とすることができる。

本発明のシャー切断工具によれば、刃部の表面にクロムコーティング層を設け、このクロムコーティング層の表面に窒化クロムコーティング層を設けるので、刃部の表面から窒化クロムコーティング層が剥離しにくくなり、また、最外表面が窒化クロムコーティング層とされることで、被加工物との凝着を抑制してコーティング層の剥離を抑制することとなり、長寿命化を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係るシャー切断工具における刃部のコーティング層を表す概略図である。図２−１は、実施例１のシャー切断工具における刃部を表す概略図である。図２−２は、実施例１のシャー切断工具における刃部の変形例を表す概略図である。図３は、実施例１のシャー切断工具を表す概略図である。図４は、従来の工具における加工状態を表す概略図である。図５は、実施例１のシャー切断工具における加工状態を表す概略図である。図６は、本発明の実施例２に係るシャー切断工具における刃部のコーティング層を表す概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るシャー切断工具の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るシャー切断工具における刃部のコーティング層を表す概略図、図２−１は、実施例１のシャー切断工具における刃部を表す概略図、図２−２は、実施例１のシャー切断工具における刃部の変形例を表す概略図、図３は、実施例１のシャー切断工具を表す概略図、図４は、従来の工具における加工状態を表す概略図、図５は、実施例１のシャー切断工具における加工状態を表す概略図である。

実施例１において、図３に示すように、シャー切断工具は、歯車型カッタ１１，１２であり、円盤２１，２２の外周部に複数の刃部２３，２４が周方向に均等間隔に設けられて構成されている。この場合、歯車型カッタ１１，１２は、炭素鋼により製造される。そして、歯車型カッタ１１，１２は、矢印方向に回転し、この間に被加工物（冷間圧延鋼板など）１３を矢印方向に沿って搬送することで、この被加工物１３に対して上下からせん断力を付与し、例えば、フィン加工を施すことができる。

図１及び図２−１において、実施例１の歯車型カッタ１１（１２）は、各刃部２３（２４）を構成する基材３０の表面にクロム（Ｃｒ）コーティング層３１が設けられ、このクロムコーティング層３１の表面に窒化クロム（ＣｒＮ）コーティング層３２が設けられている。この場合、クロムコーティング層３１は、１〜２μｍの厚さが好ましく、窒化クロムコーティング層３２は、１〜１０μｍの厚さが好ましい。また、クロムコーティング層３１及び窒化クロムコーティング層３２は、物理蒸着法（ＰＶＤ）により形成される。物理蒸着法として、イオンプレーティングやスパッタリングのいずれを用いてもよい。

この場合、クロムコーティング層３１及び窒化クロムコーティング層３２は、図２−１に斜線で表すように、刃部２３（２４）の表面２３ａ（２４ａ）及び側面２３ｂ（２４ｂ）に形成することが望ましい。但し、図２−２に斜線で表すように、刃部２３（２４）における少なくともせん断力が作用する領域面、つまり、刃部２３（２４）におけるせん断角部２５の周辺面２５ａ，２５ｂ，２５ｃだけに形成するようにしてもよい。

ここで、従来の切削工具による切削加工と、実施例１のシャー切断工具（歯車型カッタ１１，１２）によるせん断加工との差異について説明する。

図４に示すように、従来の切削工具００１が左方に移動して、被加工物００２の切削加工を行うとき、切削工具００１は、すくい面と逃げ面にそれぞれコーティング層００３，００４が施されている。この場合、すくい面のーティング層００３に対して、垂直に加工力Ｆが作用することとなり、この加工力Ｆ（せん断力は小さい）に対して剥離強度の高いコーティング層００３が必要となる。

一方、図５に示すように、実施例１の歯車型カッタ１１，１２では、回転する歯車型カッタ１１，１２の間に被加工物１３を搬送することで、この被加工物１３に対してせん断力が付与されて切断（破断）される。この場合、コーティング層３１，３２に対して、ほぼ水平方向のせん断力Ｆ１，Ｆ２が作用することとなり、従来の切削工具００１のせん断力Ｆとは異なる大きなせん断力Ｆ１，Ｆ２となり、このせん断力Ｆ１，Ｆ２に対して剥離強度の高いコーティング層３１，３２が必要となる。

即ち、切削工具としてのエンドミルやドリル等の一般工具と、シャー切断工具としての歯車型カッタ１１，１２とでは、刃先に加わるせん断力が大きくことなり、シャー切断工具の方が大きいものとなる。この点から、一般の工具に多く適用されている物理蒸着法によるチタン系窒化物等のコーティングをシャー切断工具に適用した場合、せん断力負荷によりコーティングが剥離を生じて長寿命化を図ることができない。

このチタン系窒化物等のコーティングでは、被切断物、炭素鋼、ステンレス鋼との間で高面圧が作用した場合、工具と被加工物間の摩擦抵抗が大きいため、せん断力が大きくなるものと考えられる。この摩擦抵抗が極めて大きい場合には凝着が発生し、短時間でコーティングが剥離してしまう。

本実施例の歯車型カッタ１１（１２）は、各刃部２３（２４）を構成する基材３０の表面にクロムコーティング層３１を設け、このクロムコーティング層３１の表面に窒化クロムコーティング層３２を設けている。窒化クロムは、耐凝着性に優れており、せん断力を低減させることが可能である。しかし、単層であれば密着力は十分でなく、剥離が生じる可能性がある。そのため、２層のコーティング層としている。

このように実施例１のシャー切断工具にあっては、歯車型カッタ１１，１２の外周部に設けられる複数の刃部２３，２４の表面にクロムコーティング層３１を設け、このクロムコーティング層３１の表面に窒化クロムコーティング層３２を設けている。

従って、刃部２３，２４の表面にクロムコーティング層３１を介して窒化クロムコーティング層３２を設けることで、刃部２３，２４の表面から窒化クロムコーティング層３２が剥離しにくくなり、また、最外表面が窒化クロムコーティング層とされることで、被加工物との凝着を抑制してコーティング層の剥離を抑制することとなり、長寿命化を可能とすることができる。

また、実施例１のシャー切断工具では、クロムコーティング層３１及び窒化クロムコーティング層３２を物理蒸着法により形成している。容易にクロムコーティング層及び窒化クロムコーティング層を形成することができる。

この場合、クロムコーティング層３１及び窒化クロムコーティング層３２を、刃部２３，２４における少なくともせん断力が作用する領域に設ければよく、コーティング層３１，３２の製造コストを低減することができる。

図６は、本発明の実施例２に係るシャー切断工具における刃部のコーティング層を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２のシャー切断工具としての歯車型カッタ１１（１２）は、図６に示すように、クロムコーティング層３１から窒化クロムコーティング層３２に向けて、窒素濃度が増加する第２窒化クロムコーティング層３３を設けている。即ち、実施例２の歯車型カッタ１１（１２）は、各刃部２３（２４）を構成する基材３０の表面にクロムコーティング層３１が設けられ、このクロムコーティング層３１の表面に窒素濃度が増加する第２窒化クロムコーティング層３３が設けられ、この第２窒化クロムコーティング層３３の表面に第１窒化クロムコーティング層３２が設けられている。

この第２窒化クロムコーティング層３３は、クロムコーティング層３１から窒化クロムコーティング層３２に向けて、窒素の原子濃度（ａｔ％）が０から５５％まで比例増加するものである。なお、第１窒化クロムコーティング層３２は、実施例１の窒化クロムコーティング層３２と同様であり、窒素の原子濃度（ａｔ％）が５５％となっている。この場合、各コーティング層３１，３２，３３は、物理蒸着法（ＰＶＤ）により形成される。

実施例２の歯車型カッタ１１（１２）は、物理蒸着法により３層のコーティング層３１，３２，３３を設けている。この物理蒸着法は、特に、刃部２３（２４）に作用するせん断力が大きい場合には、本実施例のように、中間層として、クロムコーティング層３１の近傍ではクロム金属が１００％となり、第１窒化クロムコーティング層３２の近傍まで窒素濃度が漸次上昇するような手法をとることで、第２窒化クロムコーティング層３３を設けるとよい。

この第２窒化クロムコーティング層３３は、その組成が連続的に変化することにより、線膨張係数も連続的に変化する。そのため、加工時（被加工物の切断時）に発生する熱応力に対する追従性が増加して剥離に対して抵抗をもつようになる。更に、硬度も連続的に増加することにより、荷重に対する膜の変形抵抗が増し、コーティング層３１，３２，３３に高い荷重が作用しても、上層となる第１窒化クロムコーティング層３２に対する曲げ応力が低下し、この第１窒化クロムコーティング層３２の割れを防止して剥離を防止できる。

このように実施例２のシャー切断工具にあっては、歯車型カッタ１１，１２の外周部に設けられる複数の刃部２３，２４の表面にクロムコーティング層３１を設け、このクロムコーティング層３１の表面に窒素濃度が増加する第２窒化クロムコーティング層３３を設け、この第２窒化クロムコーティング層３３の表面に第１窒化クロムコーティング層３２を設けている。

従って、第２窒化クロムコーティング層３３はその組成が連続的に変化することで、線膨張係数も連続的に変化することとなり、加工時に発生する熱応力に対する追従性が増加し、クロムコーティング層３１と第１窒化クロムコーティング層３２との剥離抵抗を増加させることができる。また、硬度も連続的に変化することで、荷重に対する第２窒化クロムコーティング層３３の変形抵抗が増加することにより耐曲げ性が増大し、第１窒化クロムコーティング層３２の割れに基づく剥離を防止することができる。

なお、上述した各実施例のシャー切断工具では、歯車型カッタ１１，１２に適用したが、これに限定されるものではなく、シャー切断工具であればよい。

本発明に係るシャー切断工具は、刃部の表面にクロムコーティング層を設け、クロムコーティング層の表面に窒化クロムコーティング層を設けることで、コーティング層の剥離を抑制して長寿命化を可能とするものであり、いずれのカッタにも適用することができる。

１１，１２歯車型カッタ（シャー切断工具）
１３被加工物
２１，２２円盤
２３，２４刃部
３０基材
３１クロムコーティング層
３２窒化クロムコーティング層、第１窒化クロムコーティング層
３３第２窒化クロムコーティング層

Claims

外周部に設けられる複数の刃部の表面にクロムコーティング層が設けられ、
該クロムコーティング層の表面に窒素濃度が増加する第２窒化クロムコーティング層が設けられ、
該第２窒化クロムコーティング層の表面に第１窒化クロムコーティング層が設けられる、
ことを特徴とするシャー切断工具。
前記クロムコーティング層及び前記窒化クロムコーティング層は、物理蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１に記載のシャー切断工具。
前記クロムコーティング層及び前記窒化クロムコーティング層は、前記刃部における少なくともせん断力が作用する領域に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のシャー切断工具。
前記刃部は、円盤の外周部に複数設けられることで歯車型カッタを構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のシャー切断工具。