JP5383019B2 - End mill - Google Patents
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Description
本発明は基体の表面に被覆層を成膜してなるエンドミルに関する。 The present invention relates to an end mill in which a coating layer is formed on the surface of a substrate.
従来より、高速度鋼、超硬合金またはサーメットからなる母材表面にＴｉＡｌＮ等の硬質被覆層を被覆した硬質被覆エンドミルなどが知られており、例えば特許文献１では、エンドミル側面の外周刃を含む逃げ面（マージン部）における硬質被覆層をＴｉＡｌＮとし、切屑の通り道である溝底面（フルート部）における硬質被覆層をＴｉＮとすることによって、外周刃における耐摩耗性を向上できるとともに切屑の排出で熱を伴う摩耗にも強い硬質被覆層の構成とすることができることが記載されている。 Conventionally, a hard-coated end mill in which a base material surface made of high-speed steel, cemented carbide or cermet is coated with a hard coating layer such as TiAlN is known. For example, Patent Document 1 includes an outer peripheral blade on the side of an end mill. By making the hard coating layer on the flank (margin part) TiAlN and the hard coating layer on the groove bottom surface (flute part), which is the passage of chips, by TiN, the wear resistance of the outer peripheral blade can be improved and chips can be discharged. It is described that a hard coating layer that is resistant to wear accompanying heat can be formed.
また、本出願人は、特許文献２にて、ボールエンドミルにおける回転中心近傍の切刃に被覆する硬質膜の厚みを、周面の切刃に被覆する硬質膜の厚みよりも薄い構成とすることによって、切削速度が高くなる外周部には耐摩耗性を重視して膜厚を厚くするとともに、回転中心近くでは耐チッピング性を重視して膜厚を薄くすることにより、耐摩耗性と耐欠損性を兼備した長寿命のチップが得られることを開示した。 In addition, in the patent document 2, the applicant of the present invention has a configuration in which the thickness of the hard film that covers the cutting edge near the rotation center of the ball end mill is thinner than the thickness of the hard film that covers the peripheral cutting edge. By increasing the thickness of the outer periphery where the cutting speed increases, the thickness is increased with emphasis on wear resistance, and by reducing the thickness near the center of rotation with emphasis on chipping resistance, wear resistance and fracture resistance are increased. It has been disclosed that a long-life chip having both properties can be obtained.
さらに、特許文献３では、ＴｉＡｌ複合化合物層のエッジ部におけるＴｉ／Ａｌ比をエッジ部以外の部位におけるＴｉ／Ａｌ比よりも高くすることによって、耐摩耗性に優れた切削性能を示す切削工具となることが開示されている。
しかしながら、上記特許文献１に記載されたエンドミルのように、逃げ面における被覆層をＴｉＡｌＮとし、切屑の通り道である溝底面における被覆層をＴｉＮとする方法では、マスキングを用いなければならないために複雑な工程が必要であり、また高硬度材等の難削材を加工する場合には外周刃において耐摩耗性が悪くなり、かつ底刃においては耐溶着性が悪くなってしまうという問題があった。また、特許文献２のように回転中心近傍と外周部における被覆層の膜厚を変えるだけの方法では、高速切削加工や、高硬度材等の難削材の加工等の要求に対しては耐摩耗性および耐溶着性のさらなる向上が必要であった。 However, the method in which the coating layer on the flank face is TiAlN and the coating layer on the groove bottom surface, which is the passage of chips, is TiN, as in the end mill described in Patent Document 1, requires masking, which is complicated. In addition, when processing difficult-to-cut materials such as high-hardness materials, there is a problem that the wear resistance is deteriorated at the outer peripheral blade and the welding resistance is deteriorated at the bottom blade. . In addition, the method of changing the film thickness of the coating layer in the vicinity of the rotation center and the outer peripheral portion as in Patent Document 2 is resistant to demands such as high-speed cutting and difficult-to-cut materials such as high-hardness materials. Further improvements in wear and welding resistance were necessary.
さらに、特許文献３のようにエッジ部とエッジ部以外の部位におけるＴｉ／Ａｌ比を変える方法では、エンドミルの耐摩耗性が向上するものの底刃における被覆層の酸化が進行して、溶着や摩耗が激しくなることがあった。 Further, in the method of changing the Ti / Al ratio in the portion other than the edge portion and the edge portion as in Patent Document 3, although the wear resistance of the end mill is improved, the oxidation of the coating layer on the bottom blade proceeds, so that the welding or wear Sometimes became intense.
そこで、本発明は、過酷な切削条件においても耐摩耗性と耐溶着性に優れた長寿命のエンドミルを提供することにある。 Then, this invention is providing the long-life end mill excellent in abrasion resistance and welding resistance also in severe cutting conditions.
本発明のエンドミルは、回転軸を有する棒状で、先端に形成された底刃と、側方に形成された外周刃とを具備する基体の表面に、ＴｉとＡｌとを含む窒化物または炭窒化物からなる被覆層を被着形成してなるエンドミルであって、前記被覆層がＴｉ１−ａ−ｂＡｌａＭｂ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上であり、０．４５≦ａ≦０．６、０≦ｂ≦０．３、０≦ｘ＜１である。）からなるとともに、前記底刃における前記被覆層のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉ ｒ 、前記外周刃における前記被覆層のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉ ｆ としたとき、Ｔｉ ｆ ／Ｔｉ ｒ が１．０３〜１．５であり、かつ前記底刃における被覆層の膜厚ｔ １ と前記外周刃における被覆層の膜厚ｔ ２ との比（ｔ １ ／ｔ ２ ）が０．２〜０．８であることを特徴とする。
The end mill of the present invention has a rod shape having a rotating shaft, and a nitride or carbonitriding containing Ti and Al on the surface of a base body having a bottom blade formed at the tip and an outer peripheral blade formed on the side. An end mill formed by depositing a coating layer made of a material, wherein the coating layer is Ti 1-ab Al a Mb (C x N 1-x ) (where M is a periodic table excluding Ti). 4,5,6 group elements, at least one element selected from rare earth elements and Si, consists of a 0.45 ≦ a ≦ 0.6,0 ≦ b ≦ 0.3,0 ≦ x <1.) In addition, when the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al of the coating layer in the bottom blade is Ti r , and the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al of the coating layer in the outer peripheral blade is Ti f , Ti f / Ti r is 1.03 to 1.5, and in the end cutting edge The ratio of the thickness t 2 of the thickness t 1 of the covering layer covering layer in the outer peripheral edge (t 1 / t 2) is characterized in that 0.2 to 0.8.
さらに、上記構成において、前記被覆層が、前記底刃の一部を含む断面において、前記被覆層を構成する各結晶が接する前記基体の表面に対して前記各結晶相が垂直な方向から前記底刃に向かって５〜３０°傾いた方向に伸びる柱状結晶からなり、該柱状結晶の平均結晶幅が０．１〜１μｍである柱状結晶からなる被覆層を含むことが望ましい。
Further, in the above configuration, in the cross section in which the coating layer includes a part of the bottom blade , the bottom of the crystal phase from a direction perpendicular to the surface of the base with which the crystal constituting the coating layer is in contact. consists columnar crystals extending 5 to 30 ° inclined towards the edge, the average crystal width of the columnar crystals may be desirable to include a coating layer made of columnar crystals is 0.1 to 1 [mu] m.
本発明のエンドミルは、被覆層がＴｉ１−ａ−ｂＡｌａＭｂ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上であり、０．４５≦ａ≦０．６、０≦ｂ≦０．３、０≦ｘ＜１である。）からなるとともに、前記底刃における前記被覆層のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉ ｒ 、前記外周刃における前記被覆層のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉ ｆ としたとき、Ｔｉ ｆ ／Ｔｉ ｒ が１．０３〜１．５であり、かつ前記底刃における被覆層の膜厚ｔ １ と前記外周刃における被覆層の膜厚ｔ ２ との比（ｔ １ ／ｔ ２ ）が０．２〜０．８であることが大きな特徴である。これによって、溶着しやすい底刃においては耐酸化性に優れて被覆層の表面における変質を防止できることから耐溶着性に優れる。一方、底刃に比べて高速断続切削条件にて摩耗しやすくチッピングの発生しやすい外周刃においては耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。その結果、溶着や欠損の発生しやすい切削条件においても長寿命な切削工具とするができる。
In the end mill of the present invention, the coating layer is Ti 1-a-b Al a M b (C x N 1-x ) (where M is a Group 4, 5, 6 element, rare earth element and Si in the periodic table excluding Ti) from at least one element selected, together consisting of a 0.45 ≦ a ≦ 0.6,0 ≦ b ≦ 0.3,0 ≦ x <1.), and Ti of the coating layer in said end cutting edge the ratio of Ti to the total amount of the Al Ti r, when the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al in the coating layer in the peripheral cutting edge was Ti f, Ti f / Ti r is 1.03 to 1.5 And the ratio (t 1 / t 2 ) of the coating layer thickness t 1 of the bottom blade and the coating layer thickness t 2 of the outer peripheral blade is 0.2 to 0.8. It is a feature. Accordingly, the bottom blade that is easily welded has excellent oxidation resistance and can prevent deterioration on the surface of the coating layer, and thus has excellent welding resistance. On the other hand, as compared with the bottom blade, the outer peripheral blade that is easily worn under high-speed intermittent cutting conditions and is likely to generate chipping is excellent in wear resistance and chipping resistance. As a result, a cutting tool with a long life can be obtained even under cutting conditions in which welding and fracture are likely to occur.
ここで、上記構成において、前記底刃における前記被覆層のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉｒ、前記外周刃における前記被覆層のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉｆとしたとき、Ｔｉｆ／Ｔｉｒが１．０３〜１．５であることが、底刃における耐溶着性と外周刃における耐摩耗性をともに高めることができる点で重要である。
Here, in the above configuration, the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al of the coating layer in the bottom blade is Ti r , and the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al of the coating layer in the outer peripheral blade is Ti f. when a, that Ti f / Ti r is 1.03 to 1.5 is important in that it can improve the abrasion resistance in welding resistance and the peripheral cutting edge in the end cutting edge together.
また、上記構成において、前記底刃における被覆層の膜厚ｔ１と前記外周刃における被覆層の膜厚ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）が０．２〜０．８であることが、底刃において被覆層が剥離するのを防止できるとともに外周刃において被覆層が摩滅することを防止できる点で重要である。
In the above structure, said ratio of the thickness t 1 of the coating layer at the bottom edge and the thickness t 2 of the coating layer in the outer peripheral edge (t 1 / t 2) is 0.2 to 0.8 However, it is important in that it is possible to prevent the coating layer from peeling off at the bottom blade and to prevent the coating layer from being worn away at the outer peripheral blade.
さらに、上記構成において、前記被覆層が、前記底刃の一部を含む断面において、前記被覆層を構成する各結晶が接する前記基体の表面に対して前記各結晶相が垂直な方向から前記底刃に向かって５〜３０°傾いた方向に伸びる柱状結晶からなり、該柱状結晶の平均結晶幅が０．１〜１μｍである柱状結晶からなる被覆層を含むことが、底刃における耐欠損性を高めることができる点で望ましい。
Further, in the above configuration, in the cross section in which the coating layer includes a part of the bottom blade , the bottom of the crystal phase from a direction perpendicular to the surface of the base with which the crystal constituting the coating layer is in contact. It is composed of columnar crystals extending in a direction inclined by 5 to 30 ° toward the blade, and includes a coating layer composed of columnar crystals having an average crystal width of 0.1 to 1 μm. It is desirable in that it can be increased.
本発明のエンドミルの一例について、エンドミル１を側面から見た模式図である図１、図１のＡ−Ａ断面（破面）についての走査型電子顕微鏡写真である図２を基に説明する。 An example of the end mill of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which is a schematic view of the end mill 1 as viewed from the side, and FIG. 2, which is a scanning electron micrograph of the AA cross section (fracture surface) in FIG.
図１のエンドミル１は、回転軸Ｏを有する棒状で、先端に形成された底刃２と、側方に形成された外周刃４とを具備する基体５の表面に、ＴｉとＡｌとを含む窒化物または炭窒化物からなる被覆層７を被着形成してなる。 The end mill 1 of FIG. 1 is rod-shaped having a rotation axis O, and includes Ti and Al on the surface of a base 5 having a bottom blade 2 formed at the tip and an outer peripheral blade 4 formed on the side. A coating layer 7 made of nitride or carbonitride is deposited.
そして、本発明によれば、外周刃４の被覆層７におけるＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率が底刃２の被覆層７における比率よりも高いことが大きな特徴であり、これによって、溶着しやすい底刃２においては耐酸化性に優れて被覆層７の表面における変質を防止できることから耐溶着性に優れる。一方、底刃２に比べて高速断続切削条件となり摩耗しやすくチッピングの発生しやすい外周刃４においては耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。その結果、溶着や欠損の発生しやすい切削条件においても長寿命な切削工具とするができる。 According to the present invention, the ratio of Ti with respect to the total amount of Ti and Al in the coating layer 7 of the outer peripheral blade 4 is higher than the ratio in the coating layer 7 of the bottom blade 2, whereby welding is performed. The bottom blade 2 that is easy to do is excellent in resistance to welding because it is excellent in oxidation resistance and can prevent deterioration on the surface of the coating layer 7. On the other hand, the outer peripheral blade 4 which is subject to high-speed interrupted cutting conditions and is likely to be worn and chipped easily as compared with the bottom blade 2 is excellent in wear resistance and chipping resistance. As a result, a cutting tool with a long life can be obtained even under cutting conditions in which welding and fracture are likely to occur.
ここで、上記構成において、底刃２における被覆層７のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉｒ、外周刃４における被覆層７のＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率をＴｉｆとしたとき、Ｔｉｆ／Ｔｉｒが１．０３〜１．５であることが、底刃２における耐溶着性と外周刃４における耐摩耗性をともに高めることができる点で重要である。
Here, in the above configuration, the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al of the coating layer 7 in the bottom blade 2 is Ti r , and the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al of the coating layer 7 in the outer peripheral blade 4 is Ti f. When Ti f / Ti r is 1.03 to 1.5, it is important in that both the welding resistance of the bottom blade 2 and the wear resistance of the outer peripheral blade 4 can be improved.
なお、被覆層７中の各元素の含有比率は、透過型電子顕微鏡測定装置に備え付けられたエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析装置を用いて測定することができ、被覆層７中のＴｉ含有比率は各元素のピーク強度の総和とＴｉ元素のピーク強度との比率で算出される。ここで、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析法におけるＴｉのＬα線のピーク（エネルギー０．４ｋｅＶ付近）についてはＮ元素のＫα線のピークと重なって正確な測定ができないために、Ｎ元素が含有される可能性がある場合にはこのピークは算出に用いるピークから外してＴｉのＫα線のピーク（エネルギー４．５ｋｅＶ付近）を用いてＴｉｒ、Ｔｉｆとも算出し、その比Ｔｉｆ／Ｔｉｒを求める。また、本発明によれば、Ｔｉｒ、Ｔｉｆの測定に際してはそれぞれ被覆層７の任意５箇所以上の測定値に基づいてその平均値として求めるものとする。 The content ratio of each element in the coating layer 7 can be measured using an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyzer provided in the transmission electron microscope measurement device. The content ratio is calculated by the ratio between the total peak intensity of each element and the peak intensity of the Ti element. Here, the peak of the Lα ray of Ti (energy around 0.4 keV) in the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis method cannot be accurately measured because it overlaps with the Kα ray peak of the N element. In this case, the peak is removed from the peak used for calculation, and Ti r and Ti f are calculated using the peak of Ti Kα ray (energy around 4.5 keV), and the ratio Ti f / Ti r is obtained. In addition, according to the present invention, when measuring Ti r and Ti f , the average value is obtained based on the measured values at five or more arbitrary locations of the coating layer 7.
また、上記構成において、底刃２における被覆層７の膜厚ｔ１と外周刃４における被覆層７の膜厚ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）が０．２〜０．８であることが、底刃２において被覆層７が剥離するのを防止できるとともに外周刃４において被覆層７が摩滅することを防止できる点で重要である。
In the above structure, the ratio of the thickness t 2 of the coating layer 7 in thickness t 1 and the peripheral cutting edge 4 of the coating layer 7 in the end cutting edge 2 (t 1 / t 2) is at 0.2 to 0.8 it is important in that it can prevent the coating layer 7 is worn at the outer edge 4 can be prevented from covering layer 7 is peeled off at the end cutting edge 2 in.
さらに、上記構成において、被覆層７が、底刃２の一部を含む断面において、被覆層７を構成する各結晶が接する基体５の表面に対して各結晶相が垂直方向Ｂから底刃２に向か
って５〜３０°傾いた方向（図２では傾き角度θと表示。）に伸びる柱状結晶からなり、該柱状結晶の平均結晶幅が０．０１〜１μｍである柱状結晶からなる被覆層を含むことが、底刃２における耐欠損性を高めることができる点で望ましい。
Further, in the above configuration, in the cross section in which the coating layer 7 includes a part of the bottom blade 2, each crystal phase extends from the vertical direction B to the surface of the substrate 5 with which each crystal constituting the coating layer 7 is in contact with the bottom blade 2. It headed 5 to 30 ° inclined direction (labeled in FIG. 2 inclination angle theta.) to consist columnar crystals extending in a coating layer composed of columnar crystals mean crystals width is 0.01~1μm of the columnar crystals Inclusion is desirable in that the fracture resistance of the bottom blade 2 can be increased.
なお、この構成において、柱状結晶の平均結晶幅が０．０２〜０．２μｍであることが、被覆層７の硬度および耐酸化性を維持できる点で望ましい。なお、被覆層７中の柱状結晶の結晶幅は、柱状結晶をなす被覆層７の中間の厚さにあたる部分に引いた線Ａにて測定する。被覆層７中の柱状結晶の平均結晶幅ｗｔは線Ａの１００ｎｍ以上の長さＬを特定し、この長さＬの線Ａを横切る粒界の数を数えて、長さＬ／粒界の数によって算出することができる。 In this configuration, it is desirable that the average crystal width of the columnar crystals is 0.02 to 0.2 μm in that the hardness and oxidation resistance of the coating layer 7 can be maintained. The crystal width of the columnar crystal in the coating layer 7 is measured by a line A drawn to a portion corresponding to an intermediate thickness of the coating layer 7 forming the columnar crystal. The average crystal width w t of the columnar crystals in the coating layer 7 specifies a length L of 100 nm or more of the line A, counts the number of grain boundaries crossing the line A of this length L, and determines the length L / grain boundary. It can be calculated by the number of.
また、被覆層７は、Ｔｉ１−ａ−ｂＡｌａＭｂ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上であり、０．４５≦ａ≦０．６、０≦ｂ≦０．３、０≦ｘ＜１である。）からなる。
Further, the coating layer 7, T i 1-a-b Al a M b (C x N 1-x) ( however, M is the periodic table Group 4, 5 and 6 elements except Ti, and rare earth elements and Si at least one element selected consists is 0.45 ≦ a ≦ 0.6,0 ≦ b ≦ 0.3,0 ≦ x <1.).
被覆層が、Ｔｉ１−ａ−ｂＡｌａＭｂ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上であり、０．４５≦ａ≦０．６、０≦ｂ≦０．３、０≦ｘ＜１である。）からなることが、耐酸化性、耐摩耗性および耐欠損性を高める点で重要である。さらには、上記組成の中でも、Ｔｉ１−ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＭｂＷｃＳｉｄ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上であり、０．４５≦ａ≦０．６、０≦ｂ≦０．３、０≦ｘ≦１である。）からなることが望ましく、この組成領域では、酸化開始温度が高くなって耐酸化性が高くて切削時の耐摩耗性が向上するとともに切刃先端に発生しやすいチッピングが抑制できて耐欠損性が高いものとなる。また、金属ＭはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｙから選ばれる１種以上であるが、中でもＮｂまたはＭｏを含有することが耐摩耗性・耐酸化性に最も優れる点で望ましい。
The coating layer is Ti 1-ab Al a M b (C x N 1-x ) (where M is one type selected from Group 4, 5, 6 elements of the periodic table excluding Ti, rare earth elements, and Si) or more, it may consist of a 0.45 ≦ a ≦ 0.6,0 ≦ b ≦ 0.3,0 ≦ x <1.), oxidation resistance, that enhance the wear resistance and chipping resistance Is important . Further, among the above composition, Ti 1-a-b- c-d Al a M b W c Si d (C x N 1-x) ( however, M is the periodic table excluding Ti 4, 5, 6 One or more selected from group elements, rare earth elements and Si, 0.45 ≦ a ≦ 0.6 , 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0 ≦ x ≦ 1). In the composition region, the oxidation start temperature is high, the oxidation resistance is high, the wear resistance at the time of cutting is improved, and the chipping that is likely to occur at the tip of the cutting edge can be suppressed, and the fracture resistance is high. Further, the metal M is at least one selected from Nb, Mo, Ta, Hf, and Y. Among them, the inclusion of Nb or Mo is desirable in terms of the most excellent wear resistance and oxidation resistance.
さらに、被覆層７の非金属成分であるＣ、Ｎは切削工具に必要な硬度および靭性に優れたものであり、被覆層７表面に発生するドロップレットの過剰な発生を抑制するために、ｘ（Ｃ含有比率）の特に望ましい範囲は０≦ｘ≦０．５である。なお、被覆層７の組成はエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析法またはＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）にて測定できる。 Furthermore, C and N which are non-metallic components of the coating layer 7 are excellent in hardness and toughness required for the cutting tool, and in order to suppress excessive generation of droplets generated on the surface of the coating layer 7, x A particularly desirable range of (C content ratio) is 0 ≦ x ≦ 0.5. The composition of the coating layer 7 can be measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
また、基体５としては、炭化タングステンや、炭窒化チタンを主成分とする硬質相とコバルト、ニッケル等の鉄族金属を主成分とする結合相とからなる超硬合金やサーメットの他、窒化ケイ素や、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック、多結晶ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素からなる硬質相と、セラミックスや鉄族金属等の結合相とを超高圧下で焼成する超高圧焼結体等の硬質材料が好適に使用されるが、中でも耐欠損性に優れる超硬合金が最適である。 In addition, as the substrate 5, in addition to cemented carbide or cermet composed of tungsten carbide, a hard phase mainly composed of titanium carbonitride, and a binder phase mainly composed of an iron group metal such as cobalt or nickel, silicon nitride And hard materials such as ceramics mainly composed of aluminum oxide, a hard phase made of polycrystalline diamond or cubic boron nitride, and an ultra-high pressure sintered body in which a binder phase such as ceramics or iron group metal is fired under an ultra-high pressure. Although materials are preferably used, a cemented carbide having excellent fracture resistance is most suitable.
（製造方法）
次に、本発明のエンドミル１の製造方法について説明する。
(Production method)
Next, the manufacturing method of the end mill 1 of this invention is demonstrated.
まず、エンドミル１の形状の基体５を従来公知の方法を用いて作製する。次に、基体５の表面に、被覆層７を成膜する。被覆層７の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。成膜方法の一例についての詳細について説明すると、被覆層７をイオンプレーティング法で作製する場合には、金属チタン（Ｔｉ）、金属アルミニウム（Ａｌ）、金属Ｍ（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上）をそれぞれ独立に含有する金属ターゲットまたは複合化した合金ターゲットに用いる。 First, the base 5 having the shape of the end mill 1 is manufactured using a conventionally known method. Next, the coating layer 7 is formed on the surface of the substrate 5. A physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be suitably applied as a method for forming the coating layer 7. The details of an example of the film forming method will be described. When the coating layer 7 is formed by the ion plating method, metal titanium (Ti), metal aluminum (Al), metal M (where M is a period excluding Ti). 1 or more selected from Tables 4, 5, and 6 elements, rare earth elements and Si) are used for a metal target or a composite alloy target containing each independently.
このとき、本発明によれば、上記金属または合金ターゲットとともに別途Ｔｉの金属または化合物ターゲットを準備し、Ｔｉターゲットはチャンバの上壁面位置に、それ以外の金属または合金ターゲットはチャンバの側壁面位置にセットする。そして、エンドミル１の底刃２が上壁面を向くようにエンドミル基体５を試料台にセットして、後述の成膜条件にて成膜することによって、成膜された被覆層７の組成を本発明の構成とすることができる。 At this time, according to the present invention, a Ti metal or compound target is separately prepared together with the metal or alloy target, the Ti target is located at the upper wall surface position of the chamber, and the other metal or alloy target is located at the side wall surface position of the chamber. set. Then, the end mill base 5 is set on the sample stage so that the bottom blade 2 of the end mill 1 faces the upper wall surface, and the film is formed under the film forming conditions described later, thereby forming the composition of the coating layer 7 formed. It can be set as the structure of invention.
成膜条件としては、このターゲットを用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ２）ガスや炭素源のメタン（ＣＨ４）／アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスと反応させる条件が好適に採用できる。このとき、窒素に対するアルゴンガス流量が１：９〜４：６の割合の窒素（Ｎ２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを用いて、イオンプレーティング法またはスパッタリング法によって被覆層７を成膜する。このとき、基体５のセット位置は外周刃がチャンバの側面とほぼ平行に、かつ底刃がチャンバの上面とほぼ平行な向きにセットする。 As the film forming conditions, using this target, the metal source is evaporated and ionized by arc discharge or glow discharge, and at the same time, nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source or methane (CH 4 ) / acetylene (C) as a carbon source. Conditions for reacting with 2 H 2 ) gas can be suitably employed. At this time, the coating layer 7 is formed by an ion plating method or a sputtering method using a mixed gas of nitrogen (N 2 ) gas and argon (Ar) gas at a flow rate of argon gas to nitrogen of 1: 9 to 4: 6. Form a film. At this time, the base 5 is set in such a direction that the outer peripheral blade is substantially parallel to the side surface of the chamber and the bottom blade is substantially parallel to the upper surface of the chamber.
なお、イオンプレーティング法やスパッタリング法で上記被覆層７を成膜する際には、被覆層７の結晶構造を考慮して高硬度な被覆層７を作製できるとともに基体５との密着性を高めるために３０〜２００Ｖのバイアス電圧を印加することが好ましい。 When the coating layer 7 is formed by an ion plating method or a sputtering method, the coating layer 7 having a high hardness can be produced in consideration of the crystal structure of the coating layer 7 and the adhesion to the substrate 5 is improved. Therefore, it is preferable to apply a bias voltage of 30 to 200V.
平均粒径０．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．２質量％、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．８質量％の割合で添加、混合し、刃先交換式切削工具（ＣＮＭＧ０４０８）インサート形状に成型して焼成した。そして、研削工程を経た後、アルカリ、酸、蒸留水の順によって表面を洗浄してエンドミル基体（直径４ｍｍ 刃長１０ｍｍ ２枚刃）を作製した。 10% by mass of metallic cobalt (Co) powder, 0.2% by mass of vanadium carbide (VC) powder, chromium carbide (Cr 3 C 2 ) powder with respect to tungsten carbide (WC) powder having an average particle size of 0.5 μm Was added and mixed at a ratio of 0.8 mass%, and was molded into an insert shape with a cutting edge exchangeable cutting tool (CNMG0408) and fired. And after passing through the grinding process, the surface was washed in the order of alkali, acid and distilled water to produce an end mill base (diameter 4 mm, blade length 10 mm, 2 blades).
そして、表１に示すターゲットを装着したアークイオンプレーティング装置内に上記基体をセットし基体を５００℃に加熱して表１に示す被覆層７を成膜した。なお、メインターゲットはチャンバの側壁面に３個、サブターゲットはチャンバの上壁面に１個セットした。また、成膜条件は窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを総圧力４Ｐａの雰囲気中、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧５０Ｖとした。
得られたエンドミルについて、被覆層７の表面からキーエンス社製走査型電子顕微鏡（VE8800）を用いて倍率５００００倍にて組織観察を行った。また、同装置に付随のＥＤＡＸアナライザ（AMETEK EDAX-VE9800）を用いて加速電圧１５ｋＶにてエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析法の一種であるＺＡＦ法により被覆層７の組成の定量分析を行い、底刃と外周刃それぞれについてＴｉとＡｌの比率であるＴｉ／（Ｔｉ＋Ａｌ）を算出した（Ｔｉｒ、Ｔｉｆ）。なお、この測定においては交差稜線に沿って測定を行い、その平均値を算出して定量化した。また、外周刃については刃長領域を長手方向に３つの領域に分割して各領域の任意の０．５ｍｍずつについて上記方法で組成分析を行い、これらの平均値を算出した。ここで、試料Ｎｏ．７、８は参考試料である。
About the obtained end mill, the structure | tissue observation was performed from the surface of the coating layer 7 by 50000 times magnification using the scanning electron microscope (VE8800) by Keyence. In addition, using the EDAX analyzer (AMETEK EDAX-VE9800) attached to the apparatus, the composition of the coating layer 7 is quantitatively analyzed by the ZAF method, which is a kind of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis method at an acceleration voltage of 15 kV. Then, Ti / (Ti + Al), which is the ratio of Ti and Al, was calculated for each of the bottom blade and the outer peripheral blade (Ti r , Ti f ). In addition, in this measurement, it measured along the intersection ridgeline, the average value was computed and quantified. For the outer peripheral blade, the blade length region was divided into three regions in the longitudinal direction, and composition analysis was performed for each 0.5 mm of each region by the above method, and the average value of these was calculated. Here, Sample No. Reference numerals 7 and 8 are reference samples.
また、エンドミルの底刃を含む破断面について、上記同様に走査型電子顕微鏡にて観察を行い、被覆層７を構成する結晶の形状や膜厚（ｔ１、ｔ２）を確認した。結果は表２に示した。
さらに、得られたエンドミルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に記載した。 Furthermore, the cutting test was done on the following cutting conditions using the obtained end mill. The results are shown in Table 3.
切削方法：ダウンカット
被削材 ：ＳＫＤ１１
切削速度（送り）：２２０ｍｍ／分
送り ：０．０２２ｍｍ／刃
切り込み：深さ８ｍｍ、径方向切込み０．７ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：３０分間切削した時点で、逃げ面摩耗量と切刃におけるチッピング状態を測定。
Cutting speed (feed): 220 mm / minute feed: 0.022 mm / blade cutting: depth 8 mm, radial cutting 0.7 mm
Cutting state: Dry evaluation method: At the time of cutting for 30 minutes, the amount of flank wear and the chipping state at the cutting edge are measured.
表１〜３より、ＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率が底刃と外周刃とで同じか、または底刃よりも外周刃のほうが低い試料Ｎｏ．１１〜１３では摩耗の進行が早かった。 From Tables 1 to 3, Sample No. in which the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al is the same for the bottom blade and the outer peripheral blade, or the outer peripheral blade is lower than the bottom blade. In 11 to 13, the wear progressed quickly.
これに対して、ＴｉとＡｌとの総量に対するＴｉの比率が底刃よりも外周刃において高い試料Ｎｏ．１〜１０では、耐欠損性と耐摩耗性が良くて切削性能に優れたものであった。 On the other hand, the sample No. 1 in which the ratio of Ti to the total amount of Ti and Al is higher in the peripheral blade than in the bottom blade. In Nos. 1 to 10, the chipping resistance and wear resistance were good and the cutting performance was excellent.
１ エンドミル
２ 底刃
４ 外周刃
５ 基体
７ 被覆層
Ａ 被覆層の中間の厚さにあたる部分に引いた線
Ｂ 基体の表面に対する垂直方向
θ 被覆層を構成する柱状結晶の傾き角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 End mill 2 Bottom blade 4 Peripheral blade 5 Base | substrate 7 Coating layer A Line B drawn to the part equivalent to the intermediate thickness of coating layer The perpendicular | vertical direction (theta) with respect to the surface of a base | substrate The inclination angle of the columnar crystal which comprises a coating layer
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