JPH059201B2

JPH059201B2 -

Info

Publication number: JPH059201B2
Application number: JP15859989A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujii; Akinori Kobayashi; Akio Hara; Yoshikatsu Mori
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1993-02-04
Also published as: JPH0248103A

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 技術分野本発明は金属材料等の切削加工即ち施削加工、
転削加工、ねじ切り加工、孔明け加工等に用いら
れる被覆超硬合金工具とその製造法に関するもの
である。ここで言う被覆超硬合金工具とは、基体
が、WC，TiC，TaC等と鉄族金属からなる超硬
合金、TiC，TiN等を主成分とするサーメツト等
の硬質焼結合金であり、この基体上に、基体より
硬く耐摩耗性の高い元素周期率表ａ，ａ，
ａ族金属およびAl，Zr等の炭化物、窒化物、炭
酸化物、炭窒化物、酸化物またはこれらの固溶体
からなる被覆膜を設けたものである。 (ロ) 従来の技術金属の切削加工分野ではその加工条件が年々厳
しくなり、これに用いる切削工具には硬度、耐摩
耗性及び耐熱性の向上が望まれる。超硬合金工具
はこの要求を充す材料であるが上述の要望によつ
て近年はこの超硬合金表面に各種硬質被覆層を被
覆した被覆超硬合金工具が普及している。その代
表的な形状としては第１図にその例を示す如く四
角チツプをホルダーに固定して用いることが多
い。これはスローアウエイチツプと称し、その切
刃の８コーナーを利用したのち廃却され、新しい
チツプに交換される。かかる被覆超硬合金工具の
被覆は一般に通常の焼結超硬合金チツプ４の表面
にCVD法、PVD法等によつて被覆される。第１
図ロはチツプ１のＡ−Ａ断面を示し、その切刃稜
２（点線Ｂの近傍）の拡大図を第２図、第３図に
示す。従来の被覆超硬合金チツプは図の如く、基
体の切刃稜形状によつて多少異なるが、切刃稜２
近傍に於いて他の部分に較べて厚くなつている。
特に被覆膜がAl₂O₃の場合は厚くなるのが普通で
ある。一般に被覆膜が厚くなると耐摩耗性は向上
するが靱性が低下し、チツピングが生じ易い。即
ち、第２図、第３図のような切刃稜近傍の被覆膜
を有するチツプは靱性が低下するため、切刃の欠
損、マイクロチツピングによる摩耗の乱れに起因
する被削材仕上面の劣化をまねく等の問題があつ
た。この問題を解決するため種々の提案がなされ
ている。特公昭48−37553号公報記載の方法は、
チツプブレーカ用凹部のみに被覆膜を残存せしめ
切刃稜２とブレーカ境界にあるランド部の被覆膜
を研削除去する方法である。しかしながらこの方
法ではチツプブレーカの無いチツプや、チツプブ
レーカが突出したチツプには適用できず、また切
刃稜の被覆膜に研削により生じたチツピングによ
る悪影響、および掬い面のみの研削のため第４図
に示す切刃稜５′，７′のシヤープさによる脆さと
いつた問題があるためまだ実用化されていない。
この欠点は同種の提案である特願昭46−92732号
公報記載の方法においても解決されない。また例えば、特開昭55−150941号公報には、逃
げ面とすくい面で構成される切刃稜部を除いて、
逃げ面とすくい面の表面のみに被覆膜を施してな
る表面被覆超硬合金切削工具が開示されている。
このような構成の超硬合金製切削工具は、切刃稜
部の靱性は向上するが、耐摩耗性は低下する。ま
た、超硬合金と被削材との親和性は、被覆膜と被
削材との親和性よりも良好なので、構成刃先を形
成しやすいという問題点を有する。従つて従来の対策では、よしんば刃先強度をあ
る程度高めることはできても耐摩耗性としては同
等もしくはそれ以下であつた。 (ハ) 発明の目的本発明は従来の被覆超硬合金工具の切刃部の被
覆膜の厚みを調整し、切刃稜部に被覆膜を残すこ
とにより安定かつ長寿命の被覆超硬合金切削工具
を提供することを目的とする。 (ニ) 発明の開示本発明は従来の被覆超硬合金切削工具の刃先稜
近傍の被覆膜を掬い面Ｃ側と逃げ面側Ｄの両方を
薄くすることにより切刃強度のみならず、耐摩耗
性も向上せしめることを特徴とするものである。
従来の掬い面側Ｃのみ被覆膜を除去した方法では
ある程度の靱性向上に過ぎなかつたのに対し、本
発明の工具では靱性の画期的な向上のみならず、
従来考えられなかつた耐摩耗性の向上が達成でき
たのである。その効果は、例えば第６図において
切刃稜近傍の膜厚の最小値ｔが60％以下の場合に
著しく、90％以下でも大きく、その効果は維持さ
れる。また本発明の効果は第３図に示したよう
に、切刃稜近傍において被覆膜が極大化する場合
において特に著しい。第３図の６は通常チタン等
の金属の炭化物、窒化物、酸化物及びされ等の固
溶体から選ばれた１種以上の硬質物質でありその
膜厚は一般に均一に近い。その外層７はAlまた
はZrの酸化物または酸窒化物を主成分とする層
であり切刃稜で膜厚が特に極大化し易い。従つて
特にAlやZrの酸化物や酸窒化物をチタン等の硬
質化合物と組合せた多層被覆した工具において極
大化した切刃近傍の膜厚を本発明の方法で薄く
し、かつ被覆膜の一部を残すことが好ましい。第
５図、第６図は本発明の被覆超硬合金工具の例と
してスローアウエイチツプの切刃稜近傍の拡大断
面図である。第５図イは第２図イの如く基体４の
切刃稜未処理の上に被覆した後、被覆膜５を角度
θで除去し、掬い面側に基体露出部と膜の薄い部
分から除々に厚くしてあり、逃げ面側でも同様に
したものである。第５図ロは、第２図ハの如く基
体の切刃稜がＲの状態で被覆した後、ホーニング
処理によつて切刃稜近傍５′の被覆膜５を薄くし
た場合である。第６図は第２図ニの如く、基体の
切刃稜を逃げ面側より掬い面側を大きくＲ加工し
てその上に硬質被覆膜５を形成せしめたものを弾
性砥石で加工処理して本発明の切刃状態としたも
のである。第６図では切刃稜近傍に厚みｔの被覆
膜を残し、最大被覆厚Ｔに対しｔ＜Ｔとした例で
ある。第５図イの被覆膜の処理はチヤンフアーホ
ーニングによるものであるが、好ましくは被覆後
にバレル処理を施す方が良い。更には切刃の欠損
による歩留低下や能率面からは、回転円板上に掬
い面を上にして被覆チツプを多数配置し、該チツ
プの切刃部にその掬い面側よりSiC等の砥粒を含
有した弾力性のある砥石、例えばバフ砥石または
砥粒を伴つた樹脂よりなるブラシを回転させなが
ら押し当てて、該掬い面側と逃げ面を同時にラツ
ピングすることによつて切刃稜およびその近傍の
膜を滑らかに薄くすることが出来、最も好まし
い。この方法は、切刃稜を境界として逃げ面側よ
りも掬い面側の膜を薄くすることが可能であるた
めに逃げ面側の膜厚による耐摩耗性が維持でき、
掬い面側の膜の薄さにより靱性を向上することが
できるので性能面においても特に優れている。本願発明の被覆前の刃先処理としては、刃先処
理をしなくてもよいが、チヤンフアリング、ホー
ニング等の処理をするとより大きな効果が得られ
る。また、被覆処理後の刃先処理としてはバレル
研磨、シヨツトピーニング、弾性砥石ラツプ処理
や砥粒を含有する樹脂製のブラシを押し当てて処
理するなどの公知の方法を用いることができる。なお、本願においては、切刃稜部に被覆膜を残
すことが１つの特徴であるが、被覆膜の残し方に
ついては、すくい面や逃げ面部分の膜厚より切刃
稜部の膜厚が薄くなつていればよい。多層被覆超
硬合金の場合、本願で得られた被覆超硬合金の切
刃稜部の被覆膜は被覆膜の残し方によつて、種々
な被覆膜となる。次に本発明をスローアウエイチツプを代表とし
た実施例により詳細に説明する。実施例１型番ISO，SNMA120408の形状の各種材質の
超硬合金チツプに第１表に示す各種硬質被覆膜を
被覆した。各被覆超硬合金チツプの被覆する前の
刃先処理として次の３種を各々準備した。 (イ) 第２図イの如く刃先部処理なし (ロ) 第２図ハの如く、Ｒ＝0.05処理 (ハ) 第６図イの如き基体、ａ＝0.03mm，ｂ＝0.06
mm また本発明の被覆後の刃先処理として次の４種
を行つた。（）処理せず（）チヤンフアリングにより第５図イにおい
てθ＝20′，Ｃ＝0.09mm （）バレル研磨によりｔ＜Ｔとする。（）弾性砥石ラツプ処理にてｔ＜Ｔとする。以上の種々被覆超硬合金チツプについて、靱性
試験及び耐摩耗性試験を行い、処理後の被覆膜比
（ｔ＜Ｔ）×100と共に第２表にその結果を示した。
試験条件は下記の通りである。「靱性試験条件」被削材：第７図のSCM435（Hs36）４溝丸材。ホルダー：PSBNR2525−43 切削速度：80m／min 切込み：２mm 送り：0.12〜0.28mm／rev（同一材質グループは同
一条件）判定：欠損までの衝撃回数（８回の平均）「耐摩耗性試験」被削材：SCM415（Hs26）丸棒ホルダー：PSBNR2525−43 切削速度：230m／min 切込み：0.3mm／rev 送り：0.3mm／rev 時間：15min 判定：フランク摩耗巾（mm）測定

【表】

【表】第２表に示される各番号の○印の付いた本発明
のチツプは優れた靱性と耐摩耗性を示すことは明
らかである。なお、表中コーテイング後の処理の
欄の、は処理なし、はチヤンフアリング、
はバレル処理、は弾性砥石処理、はブラシに
よる処理を示す。実施例２型番ISO，SNMG120408の形状の超硬合金チ
ツプを第５図に示すようにＲ＝50μmの被覆前処
理をした後、CVD法でTiCを7.5μm被覆し、さら
にAl₂O₃を1.0μm被覆し、さらにTiNを0.5μm被
覆した。得られた被覆超硬合金製チツプを30°傾
けて、切刃稜部を砥粒を含有する樹脂製ブラシで
処理した。得られた、処理済の被覆超硬合金工具
の耐摩耗性および靱性試験を行つた。「靱性試験」被削材：第７図の形状の鋼種SCM435、４溝丸材切削速度：100m／min 切込み：２mm 送り：0.15mm／rev 時間：30秒方式：ドライ［耐摩耗試験］被削材：SCM435 切削速度：100m／min 切込み：1.5mm 折り：0.37mm／rev 時間：10分方式：ドライ耐摩耗試験および、靱性試験の結果と表面処理
量の関係について第９図に示した。ここで、表面処理量とは、第９図のｌによつて
示された長さを示し切刃稜部を顕微鏡で観察する
か、または、被覆超硬合金の断面部を顕微鏡で観
察することによつて得られる。本実施例では、表面処理量が70μmを越えると
極部的に被覆膜が全部なくなる部分が発生する。
このときには、第８図に示すように耐摩耗性が急
激に悪化することがわかる。一方チツピング等に
よる破損率は、表面処理量の増加と、共に減少す
る。また、被覆後表面処理しない場合は破損率が高
くなつて好ましくない。これら、本願発明の比較
品を第８図中、黒丸によつて示した。従つて、一
般的な切削工具としては、破損率および逃げ面摩
耗量がバランスする、表面処理が70μm未満の場
合に優れた性能を示すことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図イは本発明の対象である被覆超硬合金ス
ローアウエイチツプの斜視図、ロはそのＡ−Ａ断
面図、第２図、第３図は各種従来の被覆超硬合金
チツプ第１図ロのＢ拡大断面、第４図は従来の被
覆超硬合金チツプの刃先処理した切刃稜近傍断面
拡大図、第５図、第６図が本発明の被覆超硬合金
チツプの切刃近傍の断面拡大図、及び第７図は本
発明チツプの性能試験に用いた被削材の断面図と
切削チツプの位置を示す図である。また、第８図
は、実施例２を説明するための図面であり、第９
図は、実施例２で得られた各種の被覆超硬合金チ
ツプの破損率および耐摩耗性試験の結果を示す図
面である。１……被覆超硬合金スローアウエイチツプ、２
……切刃稜、４……基体、５，６，７……被覆
膜、Ｃ……掬い面側、Ｄ……逃げ面側。

Claims

【特許請求の範囲】１超硬合金を基体とし、その表面に基体より硬
い物質からなる被覆膜を有する切削工具におい
て、窒化物、該被覆膜が多層であつて、超硬合金
に接する被覆膜がTiの炭化物、窒化物、酸化物
及びそれ等の固溶体から選ばれた１種以上の硬質
物質であり少なくとも１層以上がAlまたはZrの
酸化物または酸窒化物を主成分とし、該切削工具
の切刃稜近傍の被覆膜が掬い面側および逃げ面側
の両方が切刃稜に向つてなめらかに薄くなつてお
り、かつ切刃稜部において被覆膜が残つているこ
とを特徴とする被覆超硬合金工具。２工具切刃稜近傍の被覆膜の膜厚の最小値が薄
くなつていない部分の膜厚の零を越えて60％以下
であることを特徴とする請求項１記載の被覆超硬
合金工具。３超硬合金を基体とし、その表面に基体より硬
い物質からなる被覆層を有する切削工具の製造法
において、基体に接してTiの炭化物、窒化物、
酸化物及びそれらの固溶体から選ばれた１種以上
を被覆し、さらに１層以上のAlまたはZrの酸化
物または酸窒化物を被覆した後、該切削工具の切
刃部にその掬い面側から弾力性のある砥石を回転
しながら押し当てることによつて切刃稜近傍の被
覆膜と掬い面側と逃げ面側の両方向に連続的に薄
くしかつ、切刃稜部において被覆膜を残すことを
特徴とする被覆超硬合金工具の製造法。