JPH0852603A - 切削工具インサートとその製造方法 - Google Patents
切削工具インサートとその製造方法Info
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Abstract
フレーキング抵抗が向上し、且つクレータ摩耗とフラン
ク摩耗に対する抵抗が同時に向上する被覆切削工具イン
サートを実現することにある。 【解決手段】 インサート基体に対し、少なくとも2種
の耐火層として、その1つが微細グレン化α−Al2 O
3 層であって、切刃ラインに沿ったトップ層を構成し、
他の1つが逃げ面上のトップ層を構成するTiCxNy
Oz層或いはZrCxNy層である、斯ゝる被覆物を施
こす。
Description
工、ドリル加工法或いは類似の切粉出し工作法による金
属工作に適した酸化アルミ被覆工具に関する。
優れた耐摩耗性を有する信頼性のある工具を要求する。
これは耐摩耗性被覆物を具備したセメンテッドカーバイ
ド(超硬質合金)工具体を採用することによりこれまで
達成されている。一般的には、セメンテッドカーバイド
工具体は工具ホルダに締結された割付け可能インサート
の形式になっている。
C,TiN,TiCN及びAl2 O3 である。単層と多
重層の両種の被覆が採用されている。CVD,DVD或
いは類似の被覆技法がセメンテッドカーバイド体に異種
の層を蒸着させるために使用されている。
ッドカーバイド工具は信頼性と工具寿命に関して著しく
改良されてきた。例えば旋削作業中には、被覆工具は生
成される金属切粉(チップ)によりレーキ面(すくい
面)で連続的に摩耗させられて、これがクレータ摩耗の
原因となる。また、工作された工作物は工具のクリアラ
ンス面(逃げ面)に沿って擢動して、これがフランク摩
耗の原因となる。
非常に高い温度に達する。これが拡散(ディフュージョ
ン)クレータ摩耗をもたらす。工具の逃げ面では温度が
著しく低いので、主として研摩タイプの摩耗が生起す
る。
によりレーキ面で最良に機能して、拡散タイプの摩耗の
生起に対し抵抗する。タイプMeCxNyOz、但しM
eは周期律表のIVB,VB,VIB族の金属から成る
群から選択された金属であって、一般にはTiCxNy
Oz(以降TiCxNyOzで表記される)である、は
その性能を一般に逃げ面で相対的に良好に発揮する。他
方、Al2 O3 層は逃げ面で相対的に早期に摩耗し、こ
の面において相対的に早や目にフランク摩耗へ進行す
る。フランク摩耗は>4μm厚のAl2 O3 層の場合
に、特に大きくなる。フランク摩耗は工作面に影響をお
よぼし、それ故に工具寿命を制約する可能性がある。T
iCxNyOzタイプでは、事情は殆ど逆になり、Al
2 O3 よりも低フランク摩耗と早や目のクレータ摩耗の
発生となる。そこで、逃げ面とすくい面(レーキ面)の
両方において同時に摩耗抵抗が高くなる工具が望まれる
次第である。
因は被覆物のスポーリングやフレーキングである。フレ
ーキングは工具摩耗、具体的にはフランク摩耗を加速す
る。このフレーキングは被覆物の接着力が劣っているこ
との結果であるか、或いは工作物が切刃にスミアリング
するか或いは溶着して被覆物を順次に引き出す現象によ
り生起する。これは生成された切粉(チップ)と被覆材
の間の接着強度が充分に大きいときに生起し得る。ある
種のスチール、例えばステンレス鋼や低炭素鋼は、その
他のスチールよりもその工作がスミアリングによるフレ
ーキングに起因して一段と難しくなる。
させることが必要である。工作したコンポーネントに高
度の表面仕上を施こすには、摩耗が殆んど進行せずに切
刃線(ライン)が滑かに鮮明に維持される斯ゝる工具の
使用のみが要求される。今や、工作作業者が裸眼で多少
使用した切刃と未使用切刃の相違を見極める(「切刃区
別」)ことが増々困難になっている。これは、ダークグ
レイかブラックの色を呈するAl2 O3 がトップ層であ
るならば、特に難しい。あやまって、一度使用した切刃
を再度使用することにより、例えばこれを作業者不在の
夜間シフト中に使用することにより、コンポーネント拒
絶や望まない生産ストップの事態さえ発生することにな
る。切刃区別は、インサートがTiCxNyOzのトッ
プ層を有しているならば、具体的にはトップ層が金色の
TiN,ZrN或いはHfNの層であるならば、一層容
易に実行し得る。
覆物の厚みをブラッシング等の機械的処理によって切刃
に沿って減少(シンニング)させている。その目的は切
削工具のタフネス挙動を改良させるために、それに必要
な切刃に沿って被覆物厚を低減させることにある。
ング、ラッピング或いはブラシホーニングの処理を採用
することにより被覆面粗さを低減させ、それにより切削
加工中の切刃損傷を低減させようとする斯ゝる方法を開
示している。この方法は本発明者の知見によるものであ
るが、スミアリングを最小限度に抑えるには不充分な方
法である。
術の被覆体の欠陥を克服し、以下の事項に関して改良す
ることにある。 −「使用切刃区別」を可能にすること −切刃に工作物材料がスミアリング/溶着する傾向 −切刃フレーキング抵抗 −クレータ摩耗とフランク摩耗に対する同時的な高抵抗
キングとフランク摩耗抵抗の改善を狙って切刃(エッ
ジ)に対する工作物材料のスミアリングを減させる手段
を見い出すために、これまで多大の努力を払ってきた。
種々のトップ層を用いた比較切削試験により、Al2 O
3 がTiCxNyOzタイプの層よりもスミアリングの
生起する傾向が弱いことを発見した。特に、微細グレン
の滑かなα−Al2 O3 はスミアリングを最小限度に抑
えてそれによりエッジラインフレーキングの危険を低下
させるために、切刃に沿って被覆されるべき材料として
非常に有効である。
スウェーデン特許出願第9203852−0号と第94
00089−0号に開示のタイプのいづれでもよいが、
多くの場合には好ましい別の成長方向を有するその他の
微細グレンのα−Al2 O3層であり得る。上記特許出
願に記述されているような微細グレンのα−Al2 O3
のトップ層を具備した工具は優れた切削特性を有してい
るが、これらは例えば下記の欠点があるが故に今日の要
件には必らずしも合致しない。 −「使用エッジ区別」は工作作業者の裸眼では難しい。 −高度の初期フランク摩耗が一般に>4μm厚のAl2
O3 トップ層を有する工具の場合に生起する。 上述したように、切刃区別とフランク摩耗の改善はTi
CxNyOzのトップ層を施こすことにより実現可能で
ある。しかし、このトップ層は上述した別の材料の工作
時には、エッジラインに沿って生起するスミアリングを
著しく増大させる。
イン(切刃ライン)のみから或いはレーキ面とエッジラ
インの両方から機械的に取り除くことによりこの問題を
解決した。この方法を採用して、TiCxNyOz層を
逃げ面に手を付けずにそのままにしておくことにより、
幾つかの要件が同時に満される: −レーキ面(すくい面)と逃げ面において同時に優れた
摩耗抵抗を発揮すること、 −優れたフランク(すくい面)摩耗抵抗を発揮するこ
と、及び −使用切刃の区別が容易であること、
ートが出現するに至った。即ちこのインサートは上面、
その対向下面及び少なくとも1つの上、下面に交差して
いる逃げ面を有し、それによりセメンテッドカーバイド
(超硬質合金)、チタン基炭窒化物或いはセラミックス
製インサートの切刃を規定している。このインサートは
少なくとも2種の耐火性層で少なくとも部分的に被覆さ
れている。1方の層は微細グレンの、グレンサイズが
0.5−4.0μm、好ましくは0.5−2.0μmで
ある切刃線に沿ったトップ層となるα−Al2 O3 層で
あり、他方の層は逃げ面上のトップ層となるTiCxN
yOz或いはZrCxNy層、好ましくはTiN,Zr
N,TiCN及び/或いはTiC層である。α−Al2
O3 層は好ましくは(012)或いは(104)の方向
の組織(texture)を有している。組織係数TC
は次式で表される。
n)の測定強度 IO (hkl)=ASTM標準出力パターン回折データ
(diffraction data)の標準強度 n=計算に使用する反射の数、 使用する(hkl)反射:(012),(104),
(110),(113),(024),(116)
面におけるTCは1.3より大きい、好ましくは1.5
より大きく、(104)結晶平面の組におけるTCは
1.5より大きく、好ましくは2.5より大きく、最も
好ましくは3.0より大きい。
好ましくは4−8μmである。他の層の層厚は0.1−
5μm、好ましくは1−4μmである。他の層も含む被
覆物の全厚は<20μmである。
バイド、チタン基炭窒化物或いはセラミックス製の切削
工具インサートは少なくとも2種の耐火層で少なくとも
部分的に被覆されており、その内最外位の次の層が微細
グレンのα−Al2 O3 層であり、最外位層がMeCx
NyOz層である、但しMeは周期律表におけるIV
B,VB,VIB族の金属から成る群から選択された金
属であり、好ましくはTiやZrである。この頂上(最
外位、トップ)のMeCxNyOz層はエッジライン
(切刃ライン)に沿って取り除かれてる、或いはエッジ
ライン並びにレーキ面上で取り除かれてるが、逃げ面上
では本質的に残留させられる。
iCや他の研磨媒体を含むストローを有するブラシを用
いてブラッシング処理、ダイヤモンドペーストでポリシ
ング処理、逃げ面にマスキングして或いはせずに例えば
Al2 O3 粉末を用いて制御された方向のブラステイン
グ処理等である。これらの方法の組合せも可能である。
ように、トップTiCxNyOz層を取り除き、切刃
(エッジ)に沿って或いはこれとすくい面全体に沿って
微細グレンの、即ち微細グレン化α−Al2 O3 層を露
出させることにある。被覆物厚をエッジラインに沿って
低下させることは望ましくない。適用される機械的方法
は、トップTiCxNyOz層のみが除去されてAl2
O3 が出来るだけ未接触状でエッジラインに残留させ得
るように穏やかなものでなければならない。
−NbC)及び残部WCの組成を有するセメンテッドカ
ーバイド製のCNMG120408−QM型インサート
にCVD法により0.7μmTiC,0.5μmTi
(CO),8.0μmTi(CN),3.0μmAl2
O3 及び2.8μmTiNをこの順番で被覆した。Al
2 O3 層はスウェーデン特許出願第9203853−0
号に係る微細グレン化α−Al2 O3 を付与する方法で
蒸着させた。TiN層は400mbarで蒸着させ、他の層
は従来方法に従って蒸着させた。
法により後処理を施こした。 バリアント1A:後処理せず バリアント1B:1.0bar で150メッシュのAl2
O3 グリットで湿式ブラステイング(ブラスト処理) バリアント1C:1.5bar で150メッシュAl2 O
3 グリッドで湿式ブラスト処理 バリアント1D:2.0bar で150メッシュのAl2
O3 グリッドで湿式ブラスト処理 バリアント1E:2.0bar で325メッシュのAl2
O3 グリッドで湿式ブラスト処理 バリアント1F:SiCを含有する円筒形ナイロンブラ
シでブラシ処理 バリアント1G:1Fに準じるが、より効果的処理をす
るために、インサートにブラシの中心を近づけて行うブ
ラシ処理。
化度と滑性度に種々の相違が生じた。 バリアント1B:1Aより大いに表面が滑かになってい
た。TiN層はインサートの全面を覆っていた。 バリアント1C:1Aより大いに表面が滑かになってい
た。TiN層はインサートの全面を覆っていた。 バリアント1D:1Aより大いに表面が滑かになってい
た。TiN層はエッジラインに沿って除去されて、Al
2 O3 層が露出していた。 バリアント1E:1Bと同じ。 バリアント1F:1Aより大いに滑かな表面になってい
た。TiN層はインサートの全面を覆っていた。 バリアント1G:1Aより大いに滑かな表面になってい
た。TiN層は全エッジラインに沿って除去され、Al
2 O3 層が露出していた。 バリアントの表面状態は図1A−1Gに表現されてい
る。
−NbC)及び残部WCの組成を有するCNMG120
408−QM型のセメンテッドカーバイド製インサート
にCVD法により、0.6μmTiC,0.4μmTi
(CO),8.1μmTi(CN),8.1μmAl2
O3 及び0.9μmTiNをこの順番で被覆した。
203853−0号に係る微細グレン化α−Al2 O3
を付与する方法で蒸着された。TiN層は400mbarで
蒸着され、その他の層は従来方法で蒸着される。
法による後処理を施した。 バリアント2A:後処理せず バリアント2B:150メッシュのAl2 O3 グリッド
で湿式ブラスト処理した。トップのTiN層はエッジラ
インに沿って並びに全レーキ面上で除去され、ブラック
のAl2 O3 層が露出された。
−NbC)及び残部WCの組成を有するCNMG120
408−QM型のセメンテッドカーバイド製インサート
に、CVD法により、1.0μmTiC,0.4μmT
i(CO),7.7μmTi(CN)及び5.5μmA
l2 O3 をこの順序で被覆した。
203853−0号に係る微細グレン化α−Al2 O3
を付与する方法で蒸着された。
グリッド(バリアント3)による湿式ブラスト処理によ
り後処理を施こされた。
−NbC)及び残部WCの組成を有し、且つ25μm厚
のバインダ相に富んだ表面領域を有しているCNMG1
20408−QM型のセメンテッドカーバイド製インサ
ートに、CVD法により7.9μmTiC,4.2μm
Al2 O3 及び3.5μmTiCをこの順序で被覆し
た。Al2 O3 層はスウェーデン特許第9203853
─0号に係る微細グレン化α−Al2 O3 層を付与する
方法で蒸着された。
のナイロンブラシでブラシ処理し、その結果として全エ
ッジラインに沿ってAl2O3 の露出した滑らかな表面
が得られた。
−NbC)及び残部WCの組成を有し、且つ25μm厚
のバインダ相に富んだ表面領域を有しているCNMG1
20408−QM型のセメンテッドカーバイド製インサ
ートに、CVD法により7.0μmTiCと5.1μm
Al2 O3 をこの順序で被覆した。
203853─0号に係る微細グレン化α−Al2 O3
層を付与する方法で蒸着された。
グリッドで湿式ブラスト処理された(バリアント5)。
−NbC)及び残部WCの組成を有し、且つ25μm厚
のバインダ相に富んだ表面領域を有しているCNMG1
20408−QM型のセメンテッドカーバイド製インサ
ートにCVD法により5.4μmTi(CN),5.3
μmAl2 O3 及び1.3μmTiNをこの順序で被覆
した。Al2 O3 層は従来方法で蒸着され、結果として
α−とκ−の同質異像結晶の混合物層として生成され
た。TiN層は400mbarで蒸着され、その他の層は従
来方法で蒸着された。
で湿式ブラスト処理し、その結果滑らかな表面が得られ
ると共に、トップTiN層がエッジラインに沿って並び
に全レーキ面上で除去されて、Al2 O3 が露出した。
8,W−no.10580)に対する正面工作時のエッ
ジラインのフレーキングに関して試験した。工作物の形
状は切刃が1回転で3回断続するような形状とした。
行させた。下記の結果は切削時に被覆物にフレーキング
の発生したエッジラインの割合として表現されている。
微細化α−Al2 O3 層がエッジラインで露出されてい
るときに得られた。滑らかな被覆面をもたらすが、α−
Al2 O3 の露出はもたらさない後処理はフレーキング
抵抗を何ら改良させる結果をもたらさない。バリアント
6Bと6Cはエッジラインに露出したα/κ同質異像結
晶を有するが、これらはエッジラインに露出したα−A
l2 O3 層を有するバリアントのような良好なフレーキ
ング抵抗を得ることが出来ない。
KF25Bの縦方向旋削工作で試行させた。 切削データ: 切削スピード180m/分 送り0.36mm/ver 切込み2.0mm、冷媒使用
に初期摩耗の研究のために測定した。 バリアント フランク摩耗,mm 4B 0.13 5 0.20
iC層による改良されたフランク摩耗抵抗を示してい
る。
レス鋼の工作時に優れたフランク摩耗抵抗とクレータ摩
耗抵抗を同時に発揮すると共に、被覆物のフレーキング
の発生に対し高度の抵抗を発揮し、しかも作業者の裸眼
により容易に使用切刃が区別出来る斯ゝる有益な特色を
有する被覆切削工具インサートが得られる。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
示す図面に代る顕微鏡写真である。
Claims (9)
- 【請求項1】 概して多角形或いは丸形の本体であっ
て、上面、対向下面及び該上、下面と交差して切刃を規
定する少なくとも1つの逃げ面を有する斯ゝる本体を含
む、センメンテッドカーバイド、チタン基炭窒化物或い
はセラミックス製のインサートであって、当該インサー
トが少なくとも2つの耐火層として、その1つが微細グ
レン化α−Al2 O3 層であって、他の1つがTiCx
NyOz或いはZrCxNyである斯ゝる耐火層で以っ
て少なくとも部分的に被覆されている、斯ゝる切削工具
インサートにおいて該α−Al2 O3 層が切刃ラインに
沿ったトップ層であり、該TiCxNyOz或いはZr
CxNy層が逃げ面上のトップ層であることを特徴とす
る切削工具インサート。 - 【請求項2】 該α−Al2 O3 層が(012)方向或
いは(104)方向の組織を有し、その組織係数TCが
下記の式で規定されている。 【数1】 但し、 I(hkl)=(hkl)反射(reflectio
n)の測定強度 IO (hkl)=ASTM標準出力パターン回折データ
の標準強度 n=計算に使用する反射の数、 使用する(hkl)反射:(012),(104),
(110),(113),(024),(116) であり、1組の(012)結晶平面におけるTCが1.
3より大きく、1組の(104)結晶平面におけるTC
が1.5より大きいことを特徴とする、請求項1に記載
の切削工具インサート。 - 【請求項3】 逃げ面上のトップ層がTiN,ZrN,
TiCN或いはTiCであることを特徴とする請求項1
と2のいづれか1項に記載の切削工具インサート。 - 【請求項4】 α−Al2 O3 層厚が2−12μmであ
ることを特徴とする、請求項1−3のいづれか1項に記
載の切削工具インサート。 - 【請求項5】 概して多孔形或いは丸形本体であって、
上面、対向下面及び該上、下面と交差して切刃を規定す
る少なくとも1つの逃げ面を有する斯ゝる本体を含む、
セメンテッドカーバイド、チタン基炭窒化物或いはセラ
ミックス製の切削工具インサートの製造方法であって、
該インサートを少なくとも2種の耐火層として、その最
外層の次の層が微細グレン化α−Al2 O3 層であり、
最外層がMeCxNyOz層である斯ゝる耐火層で少な
くとも部分的に被覆する、但しMeは周期律表における
IVB,VB,VIB族の金属から成る群から選択され
た金属である、斯ゝる方法において、 該トップMeCxNyOz層を少なくともエッジライン
に沿って取り除き、逃げ面上の該層を本質的に未接触の
まゝに残留させることを特徴とする、切削工具インサー
トの製造方法。 - 【請求項6】 該トップ層がブラッシング処理、或いは
ブラスト処理することにより取り除かれることを特徴と
する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 該α−Al2 O3 層が(012)方向の
或いは(104)方向の組織TCを有していることを特
徴とする、請求項5或いは6に記載の方法。 - 【請求項8】 該MeCxNyOz層がTiN,Zr
N,TiCN或いはTiCを含むことを特徴とする、請
求項5−7のいづれか1項に記載の方法。 - 【請求項9】 該α−Al2 O3層の厚さが2−12μ
mであることを特徴とする、請求項5−8のいづれか1
項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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