JP6139211B2 - Cutting inserts and cutting tools - Google Patents

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Description

本発明は、ホルダの先端に設けられたインサートポケットに取り付けられ、基体の表面に被覆層を設けた切削インサートおよび切削工具に関する。   The present invention relates to a cutting insert and a cutting tool which are attached to an insert pocket provided at the tip of a holder and which are provided with a coating layer on the surface of a substrate.

切削インサートとして、超硬合金やサーメット等の基体の表面に被覆層を成膜して、耐摩耗性、摺動性、耐欠損性を向上させたコーティング超硬合金が広く使われている。   As a cutting insert, a coated cemented carbide having a coating layer formed on the surface of a substrate such as cemented carbide or cermet to improve wear resistance, slidability, and fracture resistance is widely used.

例えば、特許文献1では、角型または台形形状の粒子からなるTiC層を成膜し、その表面にAl層を積層することによって、Al層の密着力が向上することが開示されている。また、特許文献2では、基体と被覆層との界面の表面粗さRzを、すくい面で0.5〜5μm、逃げ面で1〜30μmとして、被覆層の密着性が高くかつ被削材の溶着を抑制できることが開示されている。 For example, in Patent Document 1, the adhesion of the Al 2 O 3 layer can be improved by forming a TiC layer made of square or trapezoidal particles and laminating the Al 2 O 3 layer on the surface thereof. It is disclosed. Further, in Patent Document 2, the surface roughness Rz of the interface between the substrate and the coating layer is set to 0.5 to 5 μm on the rake face and 1 to 30 μm on the flank face, so that the adhesion of the coating layer is high and the work material is It is disclosed that welding can be suppressed.

特開2000−170907号公報JP 2000-170907 A 特開2012−157916号公報JP 2012-157916 A

しかしながら、特許文献1、2の構成では、被覆層の密着性は向上するものの、被覆層の表面は平滑であり、切削加工する使用する際に、切削インサートの拘束力が不十分でびびりが発生し、切刃のチッピングや欠損が発生したり、切削の衝撃でインサートの拘束が緩み、切削中にインサートが動いてしまってインサートの載地面や拘束面が欠損してしまう等の問題があった。   However, in the configurations of Patent Documents 1 and 2, the adhesion of the coating layer is improved, but the surface of the coating layer is smooth, and when the cutting process is used, the cutting insert is not sufficiently restrained and chatter occurs. However, there are problems such as chipping and chipping of the cutting blade, loosening of the insert restraint due to the impact of cutting, and movement of the insert during cutting, leading to chipping of the insert ground surface and restraint surface. .

本発明は、上記課題に対して、ホルダに対して良好な拘束力を有し、安定した切削が可能な切削インサートおよび切削工具を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a cutting insert and a cutting tool that have a good restraining force on a holder and can perform stable cutting.

一態様の切削インサートは、基体と、該基体の表面に設けられた被覆層有し、すくい面及び逃げ面を備えたものであって、前記被覆層は、前記逃げ面に位置するTi(C
−x )(0≦x≦1)層を有し、該Ti(C 1−x 層の表面が、上方に向かって複数の形結晶が集合した凝集部と、該凝集部間に位置して前記凝集部を囲む谷部とを有し、前記すくい面における前記被覆層の表面粗さが前記逃げ面における前記被覆層の表面粗さよりも小さいものである。
The cutting insert of one embodiment includes a substrate and a coating layer provided on a surface of the substrate, there is provided with a rake face and flank face, the covering layer is positioned on the flank Ti (C 1
-X N x) (having a 0 ≦ x ≦ 1) layer, the surface of the Ti (C 1-x N x ) layer, and a cohesive unit in which a plurality of cusps Katachiyui crystal upward direction has been set, located between the aggregated portion has a trough surrounding the agglomeration section, surface roughness of the covering layer in the rake face, is smaller than the surface roughness of the covering layer in the flank.

本発明の切削インサートによれば、逃げ面における最上層が、前記被覆層の表面に対して上方に向かって尖形のTiN結晶が集合した凝集部と、該凝集部間の谷部からなるとともに、すくい面における最上層の表面粗さが逃げ面における最上層の表面粗さよりも小さい。そのために、逃げ面に存在する最上層がホルダの拘束面に食い込んで、切削インサートがホルダに強固に拘束されるので、ホルダに対して良好な拘束力を有し、安定した切削が可能である。また、すくい面においては、被削材が溶着することを抑制して、切屑の流れがスムーズな切削インサートとなる。   According to the cutting insert of the present invention, the uppermost layer on the flank surface is composed of an agglomerated portion in which pointed TiN crystals are gathered upward with respect to the surface of the coating layer, and a valley between the agglomerated portions. The surface roughness of the uppermost layer on the rake face is smaller than the surface roughness of the uppermost layer on the flank face. Therefore, the uppermost layer present on the flank bites into the restraining surface of the holder, and the cutting insert is firmly restrained by the holder, so that the holder has a good restraining force and stable cutting is possible. . Further, on the rake face, welding of the work material is suppressed, and a cutting insert with a smooth chip flow is obtained.

本発明の切削インサートを装着した切削工具の一例についての概略断面図である。It is a schematic sectional drawing about an example of the cutting tool equipped with the cutting insert of the present invention. 図1の切削工具に装着された切削インサートについて、(a)概略斜視図、(b)模式断面図である。FIG. 2A is a schematic perspective view and FIG. 2B is a schematic sectional view of a cutting insert attached to the cutting tool of FIG. 1. 図1、2の切削インサートの逃げ面における被覆層(最上層)の表面について、(a)金属顕微鏡写真(1000倍)、(b)走査型電子顕微鏡(SEM)写真(5000倍)である。1A and 1B are (a) a metal micrograph (1000 times) and (b) a scanning electron microscope (SEM) photo (5000 times) of the surface of the coating layer (uppermost layer) on the flank of the cutting insert of FIGS. 最上層を構成する結晶の形状が尖形か平頭形かを判定する測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method which determines whether the shape of the crystal | crystallization which comprises an uppermost layer is a pointed shape or a flat-head shape. 図3の切削インサートの逃げ面における被覆層(最上層)の表面について、凝集部17と谷部18を判定するために磨き加工した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which grind | polished in order to determine the aggregation part 17 and the trough part 18 about the surface of the coating layer (uppermost layer) in the flank of the cutting insert of FIG.

図1の切削工具1は、ホルダ2の先端に設けられたインサートポケット3に、切削インサート(以下、インサートと略す場合がある。)4を装着したものである。インサート4は、図2(a)に示すように、すくい面5と逃げ面6との交差稜線部が切刃7を構成しており、板状で主面が概略正方形形状(CNMA/CNMG)からなる。そして、図2(b)の模式断面図に示すように、インサート4は、基体8の表面に、最上層9がTi(C1−x)(0≦x≦1)層からなる被覆層10が設けられている。 The cutting tool 1 of FIG. 1 is a tool in which a cutting insert (hereinafter sometimes abbreviated as an insert) 4 is mounted in an insert pocket 3 provided at the tip of a holder 2. In the insert 4, as shown in FIG. 2 (a), the intersecting ridge line portion of the rake face 5 and the flank face 6 constitutes a cutting edge 7, which is plate-like and has a substantially square main surface (CNMA / CNMG). Consists of. Then, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2B, the insert 4 is a coating on the surface of the base 8 in which the uppermost layer 9 is a Ti (C 1-x N x ) (0 ≦ x ≦ 1) layer. Layer 10 is provided.

また、本実施態様によれば、図2(b)に示すように、被覆層10は、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちの1層以上と、Al層11と、Ti(C1−x)(0≦x≦1)からなる最上層9とが順に積層されている。逃げ面6における最上層9は、図3の金属顕微鏡写真および走査型顕微鏡(SEM)写真に示すように、被覆層10の表面から上方に向かって尖形のTi(C1−x)(0≦x≦1)結晶(以下、最上層結晶と称する場合がある。)16が集合した凝集部17と、凝集部17間の谷部18とからなる。一方、すくい面5における被覆層10の表面粗さは逃げ面6の表面粗さよりも小さい。 Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the coating layer 10 is made of one of Ti carbide, nitride, carbonitride, carbonate, nitride oxide, and oxynitride. The Al 2 O 3 layer 11 and the uppermost layer 9 made of Ti (C 1-x N x ) (0 ≦ x ≦ 1) are sequentially stacked. As shown in the metal micrograph and scanning microscope (SEM) photograph of FIG. 3, the uppermost layer 9 on the flank 6 is pointed Ti (C 1-x N x ) upward from the surface of the coating layer 10. (0 ≦ x ≦ 1) crystal (hereinafter, sometimes referred to as the uppermost layer crystal) 16 is composed of agglomerated portions 17 and valleys 18 between the agglomerated portions 17. On the other hand, the surface roughness of the coating layer 10 on the rake face 5 is smaller than the surface roughness of the flank face 6.

これによって、逃げ面6に存在する最上層9がホルダ2の拘束面に食い込んで、インサート4がホルダ2に強固に拘束されるので、ホルダ2に対して良好な拘束力を有し、びびりの発生もなく、安定した切削が可能である。また、すくい面5においては、最上層9を構成する最上層結晶(図示せず)は、平頭形であり、被削材が溶着することを抑制して、切屑の流れがスムーズで、摩耗の進行が遅くなる。   As a result, the uppermost layer 9 existing on the flank 6 bites into the restraining surface of the holder 2, and the insert 4 is firmly restrained by the holder 2. There is no occurrence and stable cutting is possible. Further, on the rake face 5, the uppermost layer crystal (not shown) constituting the uppermost layer 9 has a flat head shape, suppresses the welding of the work material, the flow of chips is smooth, and the wear is reduced. Progress is slow.

本発明において、最上層結晶16が前記被覆層の表面に対して上方に向かって尖形(以下、単に尖形という場合がある)であるかどうかを判断するには、まず、被覆層10の断面写真から各結晶の上方側の形状をトレースし、図4の模式図に示すように、最も上方の位置を先端とし、先端における曲率半径Rと先端から下側に向かう尾根部の長いほうの直線長さLとの比(曲率半径R/直線長さL)を算出する。この比(R/L)が0.3以下、かつ、前記結晶の頂角が120°以下の形状を尖形結晶と定義し、写真で観察される領域の全結晶のうちの尖形結晶の割合が50%以上の場合に、最上層結晶16が尖形という。尖形でない最上層結晶16は平頭形と定義する。また、本発明における凝集部17を確認するには、まず、被覆層10を、粒径が1−3μmのダイヤモンド砥粒を用いて磨いた表面状態を観察して確認する。具体例としては、粒度1−3μmの市販品のダイヤモンド砥粒とオリーブオイルとを、25質量%と75質量%との割合で混ぜた砥粒液を作製する。そして、回転台の上に台紙を敷いて前記砥粒液を塗り、その上にインサート4の逃げ面6またはすくい面5を台紙に押し付けるように載せ、さらにその上に重さ3kgの重しを載せてから回転台を回転させ、30秒研磨する。この条件で磨いた被覆層10の表面を顕
微鏡にて図5のような組織を観察する。このとき、前記磨き加工で平面となった部分を凝集部17と定義する。谷部18は、凝集部17の間の部分を指す。
In the present invention, in order to determine whether or not the uppermost crystal 16 has a cusp shape (hereinafter sometimes simply referred to as a cusp) with respect to the surface of the coating layer, first, The upper shape of each crystal is traced from the cross-sectional photograph, and as shown in the schematic diagram of FIG. 4, the uppermost position is the tip, the radius of curvature R at the tip and the longer ridge portion from the tip to the lower side The ratio (curvature radius R / straight line length L) with the straight line length L is calculated. A shape having this ratio (R / L) of 0.3 or less and an apex angle of the crystal of 120 ° or less is defined as a pointed crystal, and the shape of the pointed crystal out of all the crystals in the region observed in the photograph is When the ratio is 50% or more, the top layer crystal 16 is called a pointed shape. The top layer crystal 16 that is not pointed is defined as a flat head. Moreover, in order to confirm the aggregation part 17 in this invention, first, the coating layer 10 is confirmed by observing the surface state which polished the diamond abrasive grain with a particle size of 1-3 micrometers. As a specific example, an abrasive liquid is prepared by mixing commercially available diamond abrasive grains having a particle size of 1 to 3 μm and olive oil at a ratio of 25 mass% and 75 mass%. Then, lay a mount on the rotating table and apply the abrasive liquid, place the flank 6 or rake surface 5 of the insert 4 on the mount so as to press it, and further put a weight of 3 kg on it. After loading, rotate the turntable and polish for 30 seconds. The structure as shown in FIG. 5 is observed with a microscope on the surface of the coating layer 10 polished under these conditions. At this time, the portion that has become flat by the polishing process is defined as agglomerated portion 17. The valley portion 18 indicates a portion between the aggregation portions 17.

本実施態様によれば、図1に示すように、インサート4をホルダ2に装着するために、ホルダ2にクランプ金具21を設けている。そして、クランプ金具21をねじ部材22等の押圧手段により押圧して、インサート4をインサートポケット3の壁面3a側に引き込むようにクランプ金具21を変位させている。この方法によって、逃げ面6の最上層9の尖形の最上層結晶16の先端が、ホルダ2のインサートポケット3の側面に食い込んで装着されている。これによって、インサート4はホルダ2に対してより強固に拘束される。この形態であれば、インサート4をホルダ2から外したときに、インサートポケット3の側面の一部が剥ぎ取られて逃げ面6の最上層9の表面にホルダ2の成分が付着した状態となる。   According to this embodiment, as shown in FIG. 1, the clamp 2 is provided on the holder 2 in order to attach the insert 4 to the holder 2. Then, the clamp fitting 21 is pressed by a pressing means such as a screw member 22 to displace the clamp fitting 21 so as to draw the insert 4 toward the wall surface 3 a of the insert pocket 3. By this method, the tip of the pointed top layer crystal 16 of the top layer 9 of the flank 6 is fitted into the side surface of the insert pocket 3 of the holder 2. Thereby, the insert 4 is more firmly restrained with respect to the holder 2. In this form, when the insert 4 is removed from the holder 2, a part of the side surface of the insert pocket 3 is peeled off, and the component of the holder 2 is attached to the surface of the uppermost layer 9 of the flank 6. .

なお、図1によれば、ホルダ2のインサートポケット3にはシート部材23がねじ部材24によって装着されており、インサート4がシート部材23上に載置されている。また、本実施態様では、インサート4をクランプ金具21にてインサートポケット3の壁面3a側に引き込むようにして固定するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、インサート4の中央に設けられた貫通孔26内にネジ部材(図示せず)を挿入して、このネジ部材の先端をシート部材23またはホルダ2に螺合して固定するものであってもよい。ホルダ2はインサート4の最上層9よりも低硬度の材質からなり、本実施態様では合金鋼または焼き入れ鋼からなる。   According to FIG. 1, the sheet member 23 is attached to the insert pocket 3 of the holder 2 by the screw member 24, and the insert 4 is placed on the sheet member 23. Further, in this embodiment, the insert 4 is fixed by being pulled to the wall surface 3a side of the insert pocket 3 by the clamp fitting 21, but the present invention is not limited to this. A screw member (not shown) may be inserted into the through-hole 26 provided in the center, and the tip of this screw member may be screwed and fixed to the sheet member 23 or the holder 2. The holder 2 is made of a material having a hardness lower than that of the uppermost layer 9 of the insert 4. In this embodiment, the holder 2 is made of alloy steel or hardened steel.

ここで、本実施態様では、逃げ面6において、凝集部17を円に換算したときの平均直径が1〜10μm、特に、2〜6μmである。これによって、逃げ面6における最上層9がホルダ2の拘束面4に強固に固定される。また、凝集部17と谷部18との面積比(凝集部17/谷部18)は0.4以下、特に0.1〜0.3である。   Here, in this embodiment, the average diameter of the flank 6 when the agglomerated portion 17 is converted into a circle is 1 to 10 μm, particularly 2 to 6 μm. As a result, the uppermost layer 9 on the flank 6 is firmly fixed to the restraining surface 4 of the holder 2. Moreover, the area ratio (aggregation part 17 / valley part 18) of the aggregation part 17 and the trough part 18 is 0.4 or less, especially 0.1-0.3.

また、本実施態様によれば、すくい面5においては、最上層9が研磨されている。なお、本実施態様によれば、最上層9は残存しているが、最上層9が消失してその下層が露出していてもよい。   Further, according to this embodiment, the uppermost layer 9 is polished on the rake face 5. In addition, according to this embodiment, although the uppermost layer 9 remains, the uppermost layer 9 may lose | disappear and the lower layer may be exposed.

ここで、本実施態様によれば、最上層9の下層が複数層設けられている。Al層11はα型結晶構造のAl結晶からなり、かつ基体8の表面に対して垂直な方向から見た平均結晶幅が0.05〜2μmである。これによって、耐摩耗性が向上する。 Here, according to this embodiment, a plurality of lower layers of the uppermost layer 9 are provided. The Al 2 O 3 layer 11 is made of an Al 2 O 3 crystal having an α-type crystal structure, and has an average crystal width of 0.05 to 2 μm as viewed from a direction perpendicular to the surface of the substrate 8. This improves wear resistance.

また、Al層11の基体8側に形成される被覆層は、TiC、TiN、TiCN、TiCNO、TiCO、TiNOの群から選ばれる1層以上が好適に用いられ、耐摩耗性および耐欠損性が向上する。本実施態様によれば、具体的な構成として、基体8の直上には第1層としてTiN層12が形成され、第2層としてTiCN層(第2TiCN層と称す場合がある。)13−15が形成されている。TiCN層13−15としては、アセトニトリル(CHCN)ガスを原料として含み成膜温度が780〜900℃と比較的低温で成膜した柱状結晶からなる、いわゆるMT−TiCN層13,14と、成膜温度が950〜1100℃と高温で成膜した、いわゆるHT−TiCN層15とが順に成膜された構成であることが望ましい。さらに、MT−TiCN層13,14は、平均結晶幅が0.5μm未満と微細な微細柱状結晶からなる微細MT−TiCN層13と、平均結晶幅が0.5〜2μmと比較的大きい粗大柱状結晶からなる粗大MT−TiCN層14との積層からなることが望ましい。これによって、その上層との密着力が高まり、被覆層10の剥離やチッピングを抑えることができる。 In addition, as the coating layer formed on the base 8 side of the Al 2 O 3 layer 11, one or more layers selected from the group of TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiCO, and TiNO are preferably used. The deficiency is improved. According to this embodiment, as a specific configuration, a TiN layer 12 is formed as a first layer immediately above the substrate 8, and a TiCN layer (sometimes referred to as a second TiCN layer) 13-15 as a second layer. Is formed. As the TiCN layer 13-15, so-called MT-TiCN layers 13 and 14 composed of columnar crystals formed using a acetonitrile (CH 3 CN) gas as a raw material and formed at a relatively low film formation temperature of 780 to 900 ° C., It is desirable that the so-called HT-TiCN layer 15 formed at a high film formation temperature of 950 to 1100 ° C. is sequentially formed. Further, the MT-TiCN layers 13 and 14 include a fine MT-TiCN layer 13 made of fine fine columnar crystals having an average crystal width of less than 0.5 μm, and a coarse columnar shape having a relatively large average crystal width of 0.5 to 2 μm. It is desirable to be composed of a laminate with a coarse MT-TiCN layer 14 made of crystals. Thereby, the adhesive force with the upper layer increases, and peeling and chipping of the coating layer 10 can be suppressed.

なお、本発明において、被覆層10を構成する結晶が粒状であるとは、被覆層10を構
成する結晶の任意10個について最長長さとそれに直交する長さとの比であるアスペクト比を各結晶ごとに求めて、その平均値が1.5未満のものを指す。このアスペクト比が1.5以上の場合には、被覆層10を構成する結晶が柱状であるという。
In the present invention, the crystals constituting the coating layer 10 are granular, and the aspect ratio, which is the ratio of the longest length to the length orthogonal to the arbitrary length of 10 crystals constituting the coating layer 10, for each crystal. And the average value is less than 1.5. When the aspect ratio is 1.5 or more, it is said that the crystals constituting the coating layer 10 are columnar.

また、本実施態様によれば、HT−TiCN層15とAl層11との間には、TiCNOからなる厚み0.05〜0.5μmの中間層19が設けられている。これによって、Al層11を構成する結晶を、平均粒径0.05〜2μmのα型結晶構造のAl結晶とすることができ、耐摩耗性を向上させることができる。 Further, according to this embodiment, the intermediate layer 19 made of TiCNO and having a thickness of 0.05 to 0.5 μm is provided between the HT-TiCN layer 15 and the Al 2 O 3 layer 11. Thus, the crystal constituting the the Al 2 O 3 layer 11, can be Al 2 O 3 crystals of the α-type crystal structure having an average particle diameter of 0.05 to 2 [mu] m, it is possible to improve the wear resistance.

なお、各層の厚みおよび各層を構成する結晶の性状は、インサート1の断面における電子顕微鏡写真(走査型電子顕微鏡(SEM)写真または透過電子顕微鏡(TEM)写真)を観察することにより、測定することが可能である。   The thickness of each layer and the properties of the crystals constituting each layer should be measured by observing an electron micrograph (scanning electron microscope (SEM) photograph or transmission electron microscope (TEM) photograph) in the cross section of the insert 1. Is possible.

一方、インサート1の基体8は、炭化タングステン(WC)と、所望により周期表第4、5、6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも1種と、からなる硬質相を、コバルト(Co)やニッケル(Ni)等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金やTi基サーメット、またはSi、Al、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(cBN)等のセラミックスのいずれかが好適に使用できる。中でも、インサート4を切削工具として用いる場合には、基体8は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点で望ましい。また、用途によっては、基体8は炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属からなるものであっても良い。 On the other hand, the base 8 of the insert 1 is a hard material composed of tungsten carbide (WC) and, if desired, at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. Cemented carbide, Ti-based cermet, or Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , diamond, cubic nitridation in which phases are bonded with a binder phase composed of an iron group metal such as cobalt (Co) or nickel (Ni) Any ceramic such as boron (cBN) can be suitably used. In particular, when the insert 4 is used as a cutting tool, the base 8 is preferably made of cemented carbide or cermet in terms of fracture resistance and wear resistance. Further, depending on the application, the substrate 8 may be made of a metal such as carbon steel, high speed steel, or alloy steel.

(製造方法)
また、本実施形態のインサートの製造方法の一実施形態について説明する。
(Production method)
Moreover, one Embodiment of the manufacturing method of the insert of this embodiment is described.

まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形する。その後、得られた成形体を真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって上述した硬質合金からなる基体を作製する。そして、上記基体の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。   First, metal powder, carbon powder, etc. are appropriately added to and mixed with inorganic powders such as metal carbides, nitrides, carbonitrides, and oxides that can be formed by firing the hard alloy described above, press molding, cast molding, A predetermined tool shape is formed by a known forming method such as extrusion molding or cold isostatic pressing. Thereafter, the obtained molded body is fired in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere to produce a substrate made of the hard alloy described above. Then, polishing or honing of the cutting edge portion is performed on the surface of the base as desired.

次に、得られた基体8の表面に化学気相蒸着(CVD)法によって被覆層を形成する。まず、基体の直上に第1層としてTiN層を形成する。TiN層の成膜条件としては、混合ガス組成として四塩化チタン(TiCl)ガスを0.5〜10体積%、窒素(N)ガスを10〜60体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を800〜940℃、圧力を8〜50kPaにて成膜される。 Next, a coating layer is formed on the surface of the obtained substrate 8 by chemical vapor deposition (CVD). First, a TiN layer is formed as a first layer directly on the substrate. The conditions for forming the TiN layer include, as a mixed gas composition, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas in a ratio of 0.5 to 10% by volume and nitrogen (N 2 ) gas in a ratio of 10 to 60% by volume, with the remainder being hydrogen. Using a mixed gas composed of (H 2 ) gas, the film is formed at a film forming temperature of 800 to 940 ° C. and a pressure of 8 to 50 kPa.

次に、第2層としてTiCN層を形成する。ここでは、TiCN層が、平均結晶幅が小さい微細柱状結晶層と、この層よりも平均結晶幅が大きい粗柱状結晶層とのMT−TiCN層と、HT−TiCN層との3層にて構成する場合の成膜条件について説明する。   Next, a TiCN layer is formed as a second layer. Here, the TiCN layer is composed of three layers of an MT-TiCN layer of a fine columnar crystal layer having a small average crystal width, a coarse columnar crystal layer having a larger average crystal width than this layer, and an HT-TiCN layer. The film forming conditions for this will be described.

MT−TiCN層のうちの微細柱状結晶層の成膜条件は、四塩化チタン(TiCl)ガスを0.5〜10体積%、窒素(N)ガスを10〜60体積%、アセトニトリル(CHCN)ガスを0.1〜0.4体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を780〜900℃、圧力を5〜25kPaとする。MT−TiCN層のうちの粗柱状結晶層の成膜条件は、四塩化チタン(TiCl)ガスを0.5〜4.0体積%、窒素(N)ガスを5〜40体積%、アセトニトリル(CHCN)ガスを0.4〜2.0体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を780〜900℃、圧力を5〜25kPaとする。 The film formation conditions of the fine columnar crystal layer in the MT-TiCN layer are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.5 to 10% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is 10 to 60% by volume, acetonitrile (CH 3 CN) gas in a ratio of 0.1 to 0.4% by volume, and the remaining gas is a hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature is 780 to 900 ° C., and the pressure is 5 to 25 kPa. . The film forming conditions of the coarse columnar crystal layer in the MT-TiCN layer are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.5 to 4.0% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is 5 to 40% by volume, acetonitrile (CH 3 CN) gas is contained at a ratio of 0.4 to 2.0% by volume, and the remaining gas is a hydrogen (H 2 ) gas mixed gas, the film forming temperature is 780 to 900 ° C., and the pressure is 5 to 25 kPa. And

HT−TiCN層の成膜条件は、四塩化チタン(TiCl)ガスを0.1〜5体積%、メタン(CH)ガスを0.1〜10体積%、窒素(N)ガスを5〜30体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を950〜1100℃、圧力を5〜40kPaとして成膜する。 The film forming conditions of the HT-TiCN layer are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.1 to 5% by volume, methane (CH 4 ) gas is 0.1 to 10% by volume, and nitrogen (N 2 ) gas is 5%. Film formation is performed at a film forming temperature of 950 to 1100 ° C. and a pressure of 5 to 40 kPa, using a mixed gas containing hydrogen (H 2 ) gas in a ratio of ˜30% by volume.

そして、チャンバ内を950〜1100℃、5〜40kPaとし、四塩化チタン(TiCl)ガスを1〜5体積%、メタン(CH)ガスを4〜10体積%、窒素(N)ガスを10〜30体積%、一酸化炭素(CO)ガスを4〜8体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に10〜60分導入して成膜した後、続いて、成膜温度を950〜1100℃、5〜40kPaにて、二酸化炭素(CO)ガスを0.5〜10体積%、残りが窒素(N)ガスからなる混合ガスをチャンバ内に10〜60分導入することによって、中間層を成膜する。なお、このCOガスを含む混合ガスを流す工程を経ることなく中間層を形成することもできるが、α型Al層を構成する結晶を微細なものとするためには、COガスを含む混合ガスを流す工程を経ることが望ましい。 The chamber is 950 to 1100 ° C. and 5 to 40 kPa, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 1 to 5% by volume, methane (CH 4 ) gas is 4 to 10% by volume, and nitrogen (N 2 ) gas is After forming a film by adjusting a mixed gas consisting of 10 to 30% by volume, 4 to 8% by volume of carbon monoxide (CO) gas, and the remainder consisting of hydrogen (H 2 ) gas, and introducing it into the chamber for 10 to 60 minutes Subsequently, at a film forming temperature of 950 to 1100 ° C. and 5 to 40 kPa, a mixed gas consisting of 0.5 to 10% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) gas and the balance of nitrogen (N 2 ) gas is placed in the chamber. Is introduced for 10 to 60 minutes to form an intermediate layer. Note that the intermediate layer can be formed without passing the mixed gas containing CO 2 gas, but in order to make the crystals constituting the α-type Al 2 O 3 layer fine, CO 2 It is desirable to go through a process of flowing a mixed gas containing gas.

そして、引き続き、Al層を形成する。Al層の成膜条件の一例としては、三塩化アルミニウム(AlCl)ガスを0.5〜5.0体積%、塩化水素(HCl)ガスを0.5〜3.5体積%、二酸化炭素(CO)ガスを0.5〜5.0体積%、硫化水素(HS)ガスを0〜0.5体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を950〜1100℃、圧力を5〜10kPaとして成膜する。 Subsequently, an Al 2 O 3 layer is formed. As an example of film formation conditions for the Al 2 O 3 layer, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas is 0.5 to 5.0% by volume, hydrogen chloride (HCl) gas is 0.5 to 3.5% by volume, A mixed gas consisting of 0.5 to 5.0% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) gas, 0 to 0.5% by volume of hydrogen sulfide (H 2 S) gas, and the remaining hydrogen (H 2 ) gas is contained in the chamber. The film is formed at a film forming temperature of 950 to 1100 ° C. and a pressure of 5 to 10 kPa.

さらに、Al層の上層に最表層を成膜する。成膜条件としては、四塩化チタン(TiCl)ガスを1〜10体積%、メタン(CH)ガスを0〜10体積%、窒素(N)ガスを0〜60体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を960〜1100℃、圧力を10〜85kPaとして、成膜時間を10〜60分の間で成膜する。その後、チャンバ内を成膜温度よりも50〜100℃高い温度に上昇させて、10〜30分間保持する。この成膜条件によって、被覆層の表面に対して上方に向かって尖形の結晶が集合した凝集部と、該凝集部間の谷部からなるTi(C1−x)(0≦x≦1)層となる。 Further, an outermost layer is formed on the Al 2 O 3 layer. Film formation conditions include titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas in a proportion of 1 to 10% by volume, methane (CH 4 ) gas in a proportion of 0 to 10% by volume, and nitrogen (N 2 ) gas in a proportion of 0 to 60% by volume. Then, a mixed gas consisting of the remaining hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the chamber, the film formation temperature is set to 960 to 1100 ° C., the pressure is set to 10 to 85 kPa, and the film formation time is set to 10 to 60 minutes. . Thereafter, the inside of the chamber is raised to a temperature 50 to 100 ° C. higher than the film forming temperature and held for 10 to 30 minutes. Depending on the film forming conditions, Ti (C 1-x N x ) (0 ≦ x) composed of an agglomerated portion in which point-like crystals gather upward with respect to the surface of the coating layer and a valley between the agglomerated portions. ≦ 1) layer.

その後、すくい面における被覆層の表面を研磨して、すくい面における被覆層の表面粗さが逃げ面における被覆層の表面粗さよりも小さくなるように調整する。この研磨加工によって、すくい面に成膜された被覆層の表面の尖形の結晶は、先端が研磨されて平頭形の結晶となる。   Thereafter, the surface of the coating layer on the rake face is polished, and the surface roughness of the coating layer on the rake face is adjusted to be smaller than the surface roughness of the coating layer on the flank face. By this polishing process, the pointed crystals on the surface of the coating layer formed on the rake face are polished to form flat-headed crystals.

平均粒径1.5μmの炭化タングステン(WC)粉末に対して、平均粒径1.2μmの金属コバルト(Co)粉末を6質量%の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状(CNMG120412)に成形した。得られた成形体について、脱バインダ処理を施し、0.5〜100Paの真空中、1400℃で1時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金に対して、ブラシ加工にてすくい面側について刃先処理(Rホーニング)を施した。   A metal cobalt (Co) powder with an average particle diameter of 1.2 μm is added to and mixed with tungsten carbide (WC) powder with an average particle diameter of 1.5 μm at a ratio of 6% by mass, and the cutting tool shape ( CNMG120412). The obtained compact was subjected to a binder removal treatment and fired at 1400 ° C. for 1 hour in a vacuum of 0.5 to 100 Pa to produce a cemented carbide. Furthermore, the cutting edge processing (R honing) was performed on the rake face side by brush processing on the manufactured cemented carbide.

そして、上記超硬合金をCVD装置内にセットし、以下の順序で被覆層を成膜した。まず、四塩化チタン(TiCl)ガスを2.0体積%、窒素(N)ガスを33体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を880℃、ガス圧を16kPaにてTiN層を成膜した。次に、四塩化チタン(TiCl)ガスを2.5体積%、
窒素(N)ガスを25体積%、アセトニトリル(CHCN)ガスを0.2体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を865℃、圧力を15kPaとして、TiCN層の下側のMT−TiCN層を成膜した。そして、四塩化チタン(TiCl)ガスを2.5体積%、窒素(N)ガスを25体積%、アセトニトリル(CHCN)ガスを0.5体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を865℃、圧力を9kPaとして、TiCN層の上側のMT−TiCN層を成膜した。その後、四塩化チタン(TiCl)ガスを3.5体積%、メタン(CH)ガスを7体積%、窒素(N)ガスを25体積%の割合で含み、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を1010℃、圧力を20kPaとして、HT−TiCN層を成膜した。
Then, the cemented carbide was set in a CVD apparatus, and a coating layer was formed in the following order. First, using a mixed gas composed of 2.0% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 33% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the remainder of hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature was 880 ° C. A TiN layer was formed at a gas pressure of 16 kPa. Next, 2.5% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas,
Using a mixed gas containing 25% by volume of nitrogen (N 2 ) gas and 0.2% by volume of acetonitrile (CH 3 CN) gas, with the remainder being hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature was 865 ° C. The MT-TiCN layer below the TiCN layer was formed at a pressure of 15 kPa. And it contains 2.5% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 25% by volume of nitrogen (N 2 ) gas and 0.5% by volume of acetonitrile (CH 3 CN) gas, with the remainder being hydrogen ( An MT-TiCN layer on the upper side of the TiCN layer was formed at a film forming temperature of 865 ° C. and a pressure of 9 kPa using a mixed gas of H 2 ) gas. Then, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is contained in a volume of 3.5% by volume, methane (CH 4 ) gas is contained in 7% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is contained in a proportion of 25% by volume, and the remainder is hydrogen (H 2 ) An HT-TiCN layer was formed at a film forming temperature of 1010 ° C. and a pressure of 20 kPa using a gas mixture.

そして、チャンバ内を1000℃、30kPaとし、四塩化チタン(TiCl)ガスを2体積%、メタン(CH)ガスを8体積%、窒素(N)ガスを20体積%、一酸化炭素(CO)ガスを6体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に20分導入して成膜した後、成膜温度を1000℃、20kPaにて、二酸化炭素(CO)ガスを5体積%、残りが窒素(N)ガスからなる混合ガスをチャンバ内に20分導入して、TiCNOからなる中間層を成膜した。 Then, the inside of the chamber is set to 1000 ° C. and 30 kPa, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 2% by volume, methane (CH 4 ) gas is 8% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is 20% by volume, carbon monoxide ( A mixed gas consisting of 6% by volume of CO) gas and the remaining hydrogen (H 2 ) gas was prepared and introduced into the chamber for 20 minutes to form a film, and then carbon dioxide was formed at a film formation temperature of 1000 ° C. and 20 kPa. A mixed gas composed of 5% by volume of (CO 2 ) gas and the remaining nitrogen (N 2 ) gas was introduced into the chamber for 20 minutes to form an intermediate layer composed of TiCNO.

次に、三塩化アルミニウム(AlCl)ガスを1.5体積%、塩化水素(HCl)ガスを2.0体積%、二酸化炭素(CO)ガスを4.0体積%、硫化水素(HS)ガスを0.3体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用いて、成膜温度を1005℃、圧力を9kPaとして、Al層を成膜した。 Next, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas is 1.5% by volume, hydrogen chloride (HCl) gas is 2.0% by volume, carbon dioxide (CO 2 ) gas is 4.0% by volume, hydrogen sulfide (H 2 S) An Al 2 O 3 layer was formed at a film forming temperature of 1005 ° C. and a pressure of 9 kPa using a mixed gas composed of 0.3% by volume of gas and the remaining hydrogen (H 2 ) gas.

その後、Al層の上層に、各種の被覆層を表1に示す成膜条件、および表2に示す層構成にて成膜し、試料No.6を除く試料についてはすくい面を研磨加工してインサートを作製した。 Thereafter, various coating layers were formed on the Al 2 O 3 layer under the film formation conditions shown in Table 1 and the layer structure shown in Table 2. For the samples other than 6, inserts were prepared by polishing the rake face.

得られたインサートについて、回転台の上に台紙を敷いて、ダイヤモンド砥粒(トーメイダイヤ社製、品名:IRM、規格:0−3)とオリーブオイルとを、25質量%と75質
量%との割合で混ぜた砥粒液を塗り、その上にインサートの逃げ面またはすくい面を台紙に押し付けるように載せ、さらにその上に重さ3kgの重しを載せてから回転台を回転させ、30秒程度磨いた後、磨いた被覆層を金属顕微鏡および走査型電子顕微鏡で観察を行い、画像解析法にて、凝集部を円に換算した時の直径を算出した。また、被覆層の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、最表層を構成する結晶が尖形か平頭形かを判定するとともに、最表層の厚みを確認した。なお、厚みは観察領域で確認できる厚みを被覆層表面の任意10か所で測定し、その平均値とした。結果は表2に示した。
About the obtained insert, a mount is laid on a turntable, and diamond abrasive grains (product name: IRM, standard: 0-3) and olive oil are mixed with 25% by mass and 75% by mass. Apply the abrasive liquid mixed at a ratio, place the flank or rake face of the insert on the mount, and place a 3 kg weight on it, then rotate the turntable for 30 seconds. After polishing to some extent, the polished coating layer was observed with a metal microscope and a scanning electron microscope, and the diameter when the aggregated portion was converted into a circle was calculated by an image analysis method. Moreover, the cross section of the coating layer was observed with a scanning electron microscope to determine whether the crystals constituting the outermost layer were pointed or flat-headed, and the thickness of the outermost layer was confirmed. In addition, thickness measured the thickness which can be confirmed in an observation area | region in 10 arbitrary places on the surface of a coating layer, and made it the average value. The results are shown in Table 2.

また、すくい面および逃げ面における表面粗さを触針式の表面粗さ計で測定した。
次に、このインサートを用いて、図1の構成からなる切削工具に装着し、以下の切削条件にて切削試験を行った。なお、ホルダは、材質:SCM440 焼入れ(硬度:HRC45)を
用いた。結果は表3に示した。
切削方法:外形加工
被削材 :S45C(φ200 幅30mm溝6本入り)
切削速度:200m/分
送り :0.5mm/rev
切り込み:2.0mm
切削状態:乾式
評価方法:各試料10個ずつ5分間切削を行った後、インサートの欠損の有無および欠損した位置を確認し、欠損が発生していたインサートの個数を評価した。また、切刃の状態を確認した。
The surface roughness on the rake face and flank face was measured with a stylus type surface roughness meter.
Next, using this insert, it was mounted on a cutting tool having the configuration of FIG. 1 and a cutting test was performed under the following cutting conditions. The holder used was material: SCM440 quenching (hardness: HRC45). The results are shown in Table 3.
Cutting method: Externally processed work material: S45C (φ200, 30 mm wide, 6 grooves)
Cutting speed: 200 m / min Feed: 0.5 mm / rev
Cutting depth: 2.0mm
Cutting state: Dry evaluation method: After cutting each sample for 10 minutes for 5 minutes, the presence or absence and the position of the defect of the insert were confirmed, and the number of inserts in which the defect occurred was evaluated. Moreover, the state of the cutting blade was confirmed.

表1〜3に示される結果から、逃げ面が尖形の結晶が集合した凝集部と谷部からなるTi(C1−x)(0≦x≦1)層からなり、すくい面における被覆層の表面粗さが逃げ面における被覆層の表面粗さよりも小さい試料No.1〜4では、インサートの拘束力が強く、強断続切削を行なってもビビリやインサートの拘束力が緩むことがなく、インサートの欠損が発生しなかった。一方、本発明の範囲外である試料No.5〜8では、インサートの拘束力が不十分であったため、切刃、載置面および拘束面において欠損が発生し
てしまった。
From the results shown in Tables 1 to 3, the flank is composed of a Ti (C 1-x N x ) (0 ≦ x ≦ 1) layer composed of agglomerated portions and valleys in which sharp crystals are gathered. Sample No. 2 in which the surface roughness of the coating layer is smaller than the surface roughness of the coating layer on the flank face. In Nos. 1 to 4, the insert restraining force was strong, and even when hard interrupted cutting was performed, the chatter and insert restraining force did not loosen, and the insert was not damaged. On the other hand, Sample No. which is outside the scope of the present invention. In 5-8, since the restraint force of insert was insufficient, the chip | tip generate | occur | produced in the cutting blade, the mounting surface, and the restraint surface.

4 切削インサート(インサート)
9 最上層
11 Al
16 尖形のTi(C1−x)(0≦x≦1)結晶
17 凝集部
18 谷部
4 Cutting insert (insert)
9 Top layer 11 Al 2 O 3 layer 16 Pointed Ti (C 1-x N x ) (0 ≦ x ≦ 1) crystal 17 Aggregation portion 18 Valley portion

Claims (6)

基体と、該基体の表面に設けられた被覆層有し、すくい面及び逃げ面を備えた切削インサートであって、
前記被覆層は、前記逃げ面に位置するTi(C 1−x )(0≦x≦1)層を有し、
該Ti(C 1−x 層の表面が、上方に向かって複数の形結晶が集合した凝集部と、該凝集部間に位置して前記凝集部を囲む谷部とを有し、
前記すくい面における前記被覆層の表面粗さが前記逃げ面における前記被覆層の表面粗さよりも小さい切削インサート。
Includes a substrate and a coating layer provided on a surface of the substrate, a cutting insert having a rake face and flank face,
The covering layer has a Ti (C 1-x N x ) (0 ≦ x ≦ 1) layer located on the flank face ,
The surface of the Ti (C 1-x N x ) layer, and a cohesive unit that sets a plurality of cusps Katachiyui crystal is upward direction, the valleys surrounding the agglomeration section is located between the aggregated portion Have
The surface roughness of the coating layer on the rake face is smaller cutting insert than the surface roughness of the covering layer in the flank.
前記逃げ面における前記凝集部を円に換算したときの平均直径が1〜10μmである請求項1記載の切削インサート。   The cutting insert according to claim 1, wherein an average diameter when the aggregated portion on the flank surface is converted to a circle is 1 to 10 μm. 前記凝集部と前記谷部との面積比が0.4以下である請求項1または2記載の切削インサート。 The cutting insert according to claim 1 or 2 , wherein an area ratio between the agglomerated part and the valley part is 0.4 or less . 先端側にインサートポケットを有するホルダと、
前記インサートポケットに位置する、請求項1乃至3のいずれか記載の切削インサートとを備えた切削工具。
A holder having an insert pocket on the tip side;
The cutting tool provided with the cutting insert in any one of Claims 1 thru | or 3 located in the said insert pocket .
前記逃げ面の前記最上層の表面が、前記ホルダの前記インサートポケットの壁面に食い込んで装着されている請求項4記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 4, wherein a surface of the uppermost layer of the flank bite is fitted into a wall surface of the insert pocket of the holder. 前記ホルダにクランプ金具を設けて、該クランプ金具を押圧手段により押圧して、前記インサートを前記インサートポケットの前記壁面側に引き込むように前記クランプ金具を変位させる請求項5記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 5, wherein a clamp fitting is provided on the holder, and the clamp fitting is displaced by pressing the clamp fitting by a pressing unit so that the insert is pulled into the wall surface side of the insert pocket.
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