KR100272498B1

KR100272498B1 - 절삭공구

Info

Publication number: KR100272498B1
Application number: KR1019970709925A
Authority: KR
Inventors: 프랭크 비. 배터글리아; 빈센트 제이. 캐코우스키; 아하론 인스펙터; 에드워드 제이. 올레스; 존 제이. 프리찌
Original assignee: 케나메탈 아이엔씨.
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2000-11-15
Also published as: DE69609718D1; CN1190914A; MX9800638A; WO1997003777A1; EP0842004B1; BR9609539A; US5722803A; JP3512197B2; RU2136449C1; ATE195277T1; AU5677696A; KR19990028603A; DE69609718T2; JP2001502246A; CA2226335C; US5709907A; EP0842004A1; AU706415B2; CA2226335A1

Abstract

본 발명에 따른 코팅된 절삭공구는 15 마이크로인치 Ra와 125 마이크로인치 Ra 사이의 표면 거칠기를 나타내는 거친 표면을 갖는 기재를 포함한다. 코팅은 물리적 증착에 의해 기재의 거친 표면에 적용된다. 코팅된 절삭공구는 낮은 코발트 함량의 기재를 포함하고 공구수명이 연장된다.

Description

절삭공구{CUTTING TOOL}

예를들어 나사가공, 홈가공 또는 절삭가공과 같은 가공작업은 길다란 형태의 칩 또는 ″새둥지″형의 칩을 발생시키는 경향을 갖는다. 보다 짧은 C형 또는 6자형상의 칩 또는 짧은 코일형과 같은 칩에 반대의 길다란 실날같은 칩의 발생은 바람직스럽지 못하다.

어떤 재료는 길다란 칩을 생성하지 않고는 가공하지 어려운 것도 있다. 즉, 재질이 매우 연하기 때문에 이러한 연성 재료에 대한 가공작업시 길다란 실날같은 칩이 발생되는 경향이 있다. 이러한 재료로는 티타늄합금, 알루미늄합금 및 저탄소강 등이 있다.

종래 절삭공구는, 칩을 파쇄시키기 위하여 절삭공구의 레이크면에 특별한 칩브레이커 구조 또는 형상을 갖도록 되어 있다. 예를들어, 로퀴스트에게 허여된 미국 특허 제4,710,069호는 칩브레이크면과 작용하는 다수의 요홈들 형태의 구조적인 칩브레이커를 가진 절삭공구를 개시하고 있다.

구조적 칩브레이커는 만족스러운 양상으로 칩파쇄기능을 수행하였지만, 구조적인 칩브레이커를 갖는 절삭공구는 통상적으로 형상이 매우 복잡하였다. 그러한 절삭공구의 제조에 있어서 복잡한 형상은, 복잡하고 복합적인 설계의 램(ram)을 필요로 한다. 그러한 복합적이고 복잡한 형상을 갖는 램을 만드는 것은 비용이 많이 소요될 수 있다.

구조적인 칩브레이커를 갖는 절삭공구의 사용은, 특별한 적용에 따라 다양한 구조적인 칩브레이커를 각각 갖는 다수의 여러 형태의 절삭공구의 비축을 필요로 한다. 여러 가지 다른 형태의 절삭공구들은 사용자가 비축하는 것은 비용이 많이 소요된다. 그러한 구조적 칩브레이커 형상을 만드는데 필요한 여러 가지의 많은 형태의 램들을 공구 생산자가 비축하게 하여 역시 비용이 많이 소요된다.

많은 가공에 있어서, 가공된 피가공물의 표면이 소정의 다듬질 또는 매끄러움을 필요로 한다. 이를 위하여, 종래에는 절삭공구는 그 레이크면과 플랭크면에 비교적 매끈한 표면이 되도록 필요에 따라 연삭 또는 연마를 하여 왔다. 이것은 피가공물이 만족스러운 표면 다듬질을 갖게 하였지만, 절삭공구가 구조적인 칩브레이커를 포함하지 않으면 효과적인 칩제어를 할 수 없었다. 매끄러운 레이크면과 플랭크면을 갖는 통상의 절삭공구에 있어서는 효과적인 칩제어를 할 수 없음으로 인하여 길다란 실날같은 칩이 생성되었다. 이것은 길다란 칩을 통상적으로 발생시키는 피가공물 재료를 가공할 때 특히 그러하였다.

과거에는, 예를들어 스퍼터링, 이온도금 및 음극 아크와 같은 물리적 증착기술을 통하여 예를들어 소결탄화물 및 서밋(cermets)과 같은 절삭공구용 기재에 TiAlN과 같은 코팅물을 코팅하여 왔다. 상기 기재는 연삭, 성형 또는 그릿-블라스터에 의한 상태와 같은 정도의 비교적 매끈한 표면을 제공하였다. 지금까지도, 물리적 증착코팅의 부착성은 코팅의 두께가 증가함에 따라 감소되었다. 물리적 증착코팅의 두깨는 기재에 대한 적당한 부탁성을 유지시키기 위하여 약 6㎛이하로 유지되어야 했다. TiAlN 물리적 증착의 경우에, 그 두께는 5㎛를 초과할 수 없었으며, 절삭공구 이용을 위한 기재에 대한 적당한 부착성을 유지할 수 없었다. 물리적 증착을 이용한 TiC 또는 등방 붕소질화물 코팅의 이용과 관련된 큰 잔류응력으로 인하여, 그러한 코팅물은 기능적인 두게, 즉 절삭공구가 적당한 부착강성을 갖고 상업적으로 실용화되기에 충분한 두께로 코팅될 수 없었다.

종래에는 화학적 증착(CVD) 및 물리적 증착(PVD) 기술을 결합하여 사용한 다층 코팅구조를 사용하였다. 다층 코팅구조의 한 예는, 표면층에 결합재가 농후한 기재에 PVD 기술에 의해 TiN 베이스층, CVD에 의한 TiCN의 중간층 및 PVD에 의한 TiN의 상층을 포함하였다. 이러한 결합 코팅구조는, 산타남등에게 특허되고 본 출원인에게 양도된 ″결합제가 농후한 CVD 및 PVD 코팅절삭공구″라는 제목의 미국특허 제5,250,367호에서, 기재는 중량비로3∼12％ 함량의 코발트, 보다 바람직하게는 5.5∼7％의 코발트 함량을 포함한다. 특별한 실시예에서는 중량비로 10.5, 8.5 및 9.5％의 코발트를 포함한다. 산타남등에게 특허되고 본 출원인에게 양도된 ″코팅된 절삭공구를 사용한 가공방법″의 제목으로 된 미극특허 제5,325,747호는 기재가 CVD에 의해 코팅된 하나 이상의 코팅층과 PVD에 의해 코팅된 TiN의 외층을 갖는 절삭공구가 개시되어 있다. 기재가 WC-Co재료인 경우에, 코발트 함량은 중량비로 3∼12％, 바람직하게는 5∼7％와 5.7∼6.3％ 범위를 갖는다. 특별한 실시예는 코발트 함량은 중량비로 6.0％, 8.5％, 9.5％, 10％, 10.5％ 11.5％를 보여준다. 산타남등에게 특허되고 본 출원인에게 양도된 ″CVD와 PVD코팅된 절삭공구″라는 제목의 미국특허 제5,364,209호는 기재에 적어도 하나의 내측 CVD 코팅층과 PVD에 의한 외층이 형성된 절삭공구를 개시하고 있다. 기재가 WC-Co인 경우에, (코발트) 결합제는 중량비로 5∼15％, 바람직하게는 7∼13％와 8∼12％의 범위로 포함된다. 요시무라에게 특허된 ″텅스텐 탄화물을 베이스로 한 소결탄화물의 표면 코팅된 공구″라는 제목의 미국특허 제5,066,553호에는 CVD응용 코팅용 개선된 부착성을 얻기 위한 기재의 재소결법을 개시하고 있다.

이상으로 부터 종래의 절삭공구는 단점들을 가지는 것이 명백하다. 이러한 단점들은 절삭공구의 칩제어 특성, 표면 다듬질 특성 및 절삭공구 기재에 코팅물의 부착성 대한 것들이다.

절삭공구의 개선을 위하여, 구조적인 칩브레이커를 사용하든지 또는 사용하지 않든지, 바람직하기로는 구조적인 칩브레이커를 사용하지 않고 절삭공구의 레이크면의 미세표면구조를 통하여 칩제어를 할 수 있는 것이 요구된다. 그러한 절삭공구를 제공함으로써, 분말재료를 절삭공구 형상으로 성형하여 제조하는 램의 제조비용을 저감시켜 공구제조 비용을 감소시킬 수 있다. 그러한 절삭공구는 또한 공구 생산자가 비축해야 하는 램의 수를 감소시켜 공구제조비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 그러한 절삭공구는, 사용자가 비축해야 하는 절삭공구의 수를 감소시키기 때문에 절삭공구의 판매와 관련한 비용을 감소시킬 수 있다.

피가공물의 매끈한 가공표면을 제공함과 아울러 구조적인 칩브레이커를 사용하지 않고 절삭공구의 레이크면의 미세표면구조를 통해 칩제어를 제공하는 개선된 절삭공구의 제공이 요망된다.

예를들어 TiC, 알루미늄산화물, 및 등방 붕소질화물과 같은 신규한 PVD응용 코팅부착의 사용을 가능하게 하고, 보다 두꺼운 PVD 코팅층을 갖고, 기재에의 개선된 부착성을 나타내는 PVD 코팅층을 가지는 개선된 절삭공구의 제공이 요망된다.

또한, 연장된 공구수명을 가지고, 코팅층의 형성된 저코발트 기재를 가지는 개선된 절삭공구를 제공하는 것이 요망된다.

본 발명은 개선된 절삭칩 제어기능, 개선된 가공면 다듬질 특성 및 개선된 코팅물 부착성을 제공하는 절삭공구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 저코발트 기재가 코팅되고 공구수명이 연장된 절삭공구에 관한 것이다.

특히, 칩제어 특성에 대하여, 본 발명은 구조적인 칩브레이커를 필요로 하지 않고도 미세표면 구조적인 특성을 가진 레이크면의 칩제어 특성을 제공하는 절삭공구와 그 제조방법에 관한 것이다. 또한, 절삭공구의 경사면은 칩제어 특성을 제공하도록 적당한 표면 거칠기를 갖는다.

개선된 가공면 다듬질 특성과 관련하여, 본 발명은 매끄럽게 가공된 표면을 제공하도록 피가공물을 가공하는 가공특성을 갖는 절삭공구 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 피가공물의 표면에 바람직하게 매끄러운 가공표면을 제공하도록 매끈한 플랭크면이 형성된 절삭공구에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 예를들어 물리적 증착법(physical vapor deposition)에 의해 의해 부착된 단일종의 코팅 또는 적어도 하나의 층이 물리적 증착법으로 부착되고 코팅물이 개선된 부착성을 갖는 복수층의 코팅과 같은 코팅구조를 갖는 절삭공구 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이하는 본 발명의 실시예를 도시한 도면의 간단한 설명이다.

도 1은 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 1실시예의 사시도,

도 2는 도 1의 선 2-2에 의해 취한 도 1 절삭공구의 단면도,

도 3은 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 2실시예의 평면도,

도 4는 도 3의 절삭공구의 측면도,

도 5는 도 3의 선 5-5를 따라 취한 도 3의 절삭공구의 단면도,

도 6은 본 발명의 코팅되지 않은 절삭공구의 제 3실시예의 사시도,

도 7은 도 6의 선 7-7에 의한 도 6의 절삭공구의 단면도,

도 8은 기재의 플랭크면에 거친 미세표면구조를 가지는 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 4실시예의 사시도,

도 9는 도 8의 선 9-9에 의해 취한 도 8의 절삭공구의 단면도,

도 10은 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 5실시예의 사시도로서, 기재의 플랭크면이 거친 미세표면구조를 가지며 코팅된 플랭크면의 표면은 매끈한 미세표면구조를 가지는 한편, 기재와 코팅된 공구의 레이크면들은 미세표면구조를 가진다.

도 11은 도 10의 선 11-11에 의한 도 10의 절삭공구의 단면도,

도 12는 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 6실시예의 사시도로서, 기재의 레이크면은 거친 미세표면구조를 가지며 코팅된 레이크면의 표면은 매끈한 미세표면구조를 가지고 기재와 코팅된 공구의 플랭크면들은 매끈한 미세표면구조를 가진다.

도 13은 도 12의 선 13-13에 의한 도 12의 절삭공구의 단면도,

도 14는 기재에 복수의 코팅층이 형성된 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 7실시예의 사시도,

도 15는 도 14의 선 15-15에 의한 도 14의 절삭공구의 단면도,

도 16은 본 발명의 코팅된 절삭공구의 제 8실시예의 사시도로서, 기재의 플랭크면과 레이크면은 거친 미세표면구조를 가지고 코팅된 플랭크면과 레이크면은 거친 미세표면구조를 가진다.

도 17은 도 16의 선 17-17에 의해 취한 도 16의 절삭공구의 단면도,

도 18은 공구샘플 CN82의 개략적인 평면도로서 표면 거칠기 측정이 행하여진 장소와 절삭공구의 4개의 코너부들이 확인된다.

도 19는 코팅되지 않은 WC-Co 절삭공구로 (피복되지 않는 K11) 383.2 알루미늄 합금 피가공물을 회전하여 절삭하므로부터 생성되는 ″새둥지″형의 칩의 사진이다.

도 20A는 TiAlN 단일층이 코팅된 연삭기재를 포함하는 WC-Co 절삭공구로 절삭함으로부터 생성되는 ″새둥지″형 칩의 사진이다.

도 20B는 TiAlN의 단일층이 코팅된 재소결 기재를 포함하는 WC-Co 절삭공구로 383.2 알루미늄 합금 피가공물을 회전하여 절삭함으로부터 생성된 바람직한 짧은 형태 칩의 사진이다.

도 21A는 TiN/TiCN/TiN의 다층코팅구조로 코팅된 연삭기재를 갖는 WC-Co 절삭공구로 383.2 알루미늄 합금 피가공물을 회전하면서 절삭함으로부터 발생되는 새둥지형의 칩 사진이다.

도 21B는 기재가 코팅공정에 앞서 재소결되고 TiN/TiCN/TiN의 다층코팅구조로 코팅된 연삭기재를 갖는 WC-Co 절삭공구로 383.2 알루미늄 합금 피가공물을 회전하면서 절삭함으로부터 발생되는 바람직한 짧은 형태의 칩 사진이다.

본 발명은 기재와, 그 표면에 PVD 코팅층을 포함하는 코팅된 절삭공구를 제공한다. 상기 PVD 코팅은 80㎏ 이상의 로크웰 에이 만입 부착성 하중 테스트에 의하여 측정된 부착성을 갖는다.

도 1과 도 2는 부호 20으로 대체적으로 표시된 본 발명의 절삭공구의 제 1실시예를 도시하고 있다. 절삭공구(20)는 레이크면(24)과 플랭크면(24)을 구비한 기재(substrste:22)를 포함한다. 절삭공구의 기재는 절삭공구-인덱스가능한 인써트에 대한 미국 표준 규격 및 형상으로 만들어진다. 인써트는 또한 칩을 용이하게 파쇄하고 제거하도록 레이크면에 (도시하지 않은) 여러 가지의 칩브레이커 구조를 가질 수 있다.

기재(22)는 절삭공구 기재로서 사용하기에 적합한, 많은 가능한 기재 재료들로 부터 선택될 수 있다. 기본적인 재료로는 공구강, 소결탄화물, 서밋, 세라믹, 세라믹조성물, 다결정질 다이아몬드, 및 다결정질 등방성 붕소질화물들이 절삭공구 기재로서 사용된다.

소결 탄화물류에 있어서, 한 기재는 코발트 소결 텅스텐 탄화물 조성물이다. 상기 조성물에 있어서, 코발트 함유량은 중량비로 0.2% - 20% 범위이고 그 나머지는 텅스텐 탄화물이 포함되고 임의로 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 지르코늄, 하프늄, 및 니오븀등이 포함될 수 있다.

서밋류에는 코발트 또는 니켈 결합제 금속을 포함하는 티타늄 탄소질화물을 기초로한 재료들이 있다. 이들 서밋은 (본 특허출원의 양수인인) 펜실바니아, 라트로브 소재의 케나메탈 인코포레이티드에 의해 판매되는 아래 등급의 서밋을 포함한다: KT125, KT150, KT175 및 KT195.

세라믹류로는 휘스커(whisker) 또는 특정 형태의 실리콘 탄화물 및 티타늄 탄화물과 같은 보강 첨가물을 포함할 수도 있고 실리콘 질화물을 기초로 한 세라믹, 또는 알루미늄 산화물을 기초로 한 세라믹들이 있다.

세라믹 조성물류에는 휘스커 보강된 세라믹이 있다. 이러한 형태의 조성물의 예는 알루미나 매트릭스에 탄화물 휘스커 또는 티타늄 탄화물 휘스커들이 있다.

코팅물(28)은 기재(22)의 레이크면(24)과 플랭크면(26)을 피복하고 있다. 코팅물(28)의 사용은 절삭공구의 특정 기재와 용도에 따라 필요할 수도, 필요하지 않을 수도 있다. 코팅물이 사용되는 경우에는 여러 가지 많은 코팅법이 있다.

단일층 또는 복수층의 코팅물은 물리적 증착기술에 의해 코팅될 수 있다. 그러한 예들중에서 하나는 PVD에 의해 코팅된 TiAlN 또는 TiN의 코팅물이다. 복수층의 코팅물의 한 예는, 산타남등에게 특허되고 CVD 및 PVD기술을 결합한 코팅법을 개시한 미국 특허 제 5,250,367호 또는 퀸토에게 특허되고 단지 PVD기술로 코팅하는 다층 코팅법을 개시한 미국 특허 제 5,075,181호에 소개된 것과 같은 TiN-TiCN-TiN 코팅구조이다.

TiAlN에 부가하거나 그 대신에, 지르코늄, 티타늄, 하프늄 및 그들의 합금의 붕소화물과 탄소질화물, 질화물, 탄화물, 알루미나, 등방성 붕소질화물, 실리콘 질화물 및 박막 다결정질 다이아몬드층을 포함하는 코팅층들이 절삭공구에 사용될 수 있다.

기재(22)에 있어서, 기재(22)의 레이크면(24)은 현미경적으로 거친 표면으로 이루어진다. 기재(22)의 외주면 엣지(30)는 레이크면(24)과 플랭크면(26)의 연결부에 있다. 플랭크면(26)은 비교적 매끄러운 표면으로 되어 있다.

코팅물(28)에 있어서, 코팅물은 단일층으로서 (도 2의) 제 1실시예에 도시되어 있다. 코팅물(28)은 기재(22)위에, 완전히 코팅된 절삭공구(20)에 노출된 경사면(34)과 노출된 플랭크면(36)이 나타나도록 코팅된다. 상기 노출된 레이크면(34)은 현미경적으로 거친 표면을 갖는다. 노출된 플랭크면(36)은 레이크면과 비교하여 상대적으로 매끄러운 표면을 보인다. 노출된 외주면 엣지(38)는 레이크면(34)과 플랭크면(36)의 연결부에 위치한다. 기재용 거친 레이크표면(24)과 노출된 레이크면(34)의 거칠기는 셰필드 프로피코더 스펙터 유니트(Sheffield Proficorder Spectre Unit)로 측정한 15마이크로인치 Ra와 125마이크로인치 Ra 사이의 범위이다. 상기 표면 거칠기에 대한 바람직한 범위는 25 마이크로인치 Ra와 125 마이크로인치 Ra 사이이다. 보다 바람직한 범위는 40 마이크로인치 Ra와 80 마이크로인치 Ra 사이이다.

노출된 매끄러운 플랭크면(36)의 거칠기는 상기 셰필드 프로피코더 스펙터 유니트로 측정하여 25 마이크로인치 Ra 미만이다. 보다 바람직한 표면거칠기는 15 마이크로인치 Ra 미만이다.

도 1과 도 2의 절삭공구의 실시예는 기재의 레이크면의 표면 거칠기로 인하여 기재의 레이크면에 코팅물의 부착성이 양호한 장점을 나타낸다. 상기 절삭공구는 코팅된 레이크면의 표면 거칠기로 인하여 양호한 칩제어능력을 갖는다. 본 실시예는 또한 코팅된 플랭크면의 매끄러운 표면으로 인하여 양호한 피가공물 표면 다듬질 특성을 나타낸다.

도 3 내지 도 5에 있어서, 이들 도면들은 부호 42로 대체적으로 도시한 본 발명에 따른 절삭공구의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 절삭공구(42)는 레이크면(46)과 플랭크면(48)을 가진 기재(44)를 포함한다(도 5참조). 코팅물(50)은 레이크면(46)과 플랭크면(48)을 피복하고 있다. 절삭공구(42)에 이용가능한 기재와 코팅물은 절삭공구(20)에 이용한 것과 같다.

기재(44)는 레이크면(46)과 플랭크면(48)의 연결부에 위치한 외주면 엣지(54)를 포함한다. 상기 기재(44)는 외주면의 거친 표면부분(56), 즉 기재(44)의 외주면 엣지(54)로 부터 내측으로 연장된 현미경적으로 거친 표면부분을 갖는다. 현미경적으로 거친 표면을 갖는 구조적인 칩브레이커(58)는 외주면의 거친 표면부분(56)의 내측 엣지로 부터 내측으로 연장되어 있다. 더욱이, 기재(44)는 현미경적으로 거친 중앙표면부분(60)을 포함한다. 상기 중앙표면부분(60)은 구조적인 칩브레이커(58)와 경졔하고 있다.

코팅물(50)은 노출된 레이크면(64)과 노출된 플랭크면(66)을 갖는, 코팅된 절삭공구(42)를 형성하도록 기재(44)를 피복한다(도 5참조). 코팅물(50)은 코팅된 절삭공구(42)의 노출된 레이크면(64)은 코팅된 절삭공구(42)의 노출된 레이크면(64)과 노출된 플랭크면(66)의 연결부에 외주면 엣지(70)를 갖는다.

노출된 외주면의 현미경적으로 거친 노출된 레이크면 부분(72)은 외주면 엣지(70)로 부터 내측으로 연장되어 있다. 노출된 구조적인 칩브레이커(74)는 외주면의 현미경적으로 거친 노출된 레이커면 부분(72)으로 부터 내측으로 연장되어 있다. 구조적인 칩브레이커(74)는 또한 거친 표면을 나타내는 중앙부분(76)을 포함한다. 절삭공구(42)는 중앙의 구멍(78)을 포함한다.

기재와 노출된 레이크면 부분(72,74,76)들의 레이크 표면부분(56,58,60)의 거칠기는 거친 레이크 표면(24)에 대하여 상술한 것과 같다.

기재(22)의 플랭크 표면(48)과 노출된 플랭크면의 거칠기는 매끈한 플랭크면(36)에 대하여 상술한 것과 같다. 레이크면의 중앙부분(76)은 상대적으로 매끄러운 표면을 갖는다.

도 3 내지 도 5의 실시예는, 기재의 레이크면 표면 거칠기 때문에 절삭하거나 절삭공구가 기재의 레이크면에 대한 코팅물의 양호한 부착성을 가지는 것을 보여준다. 상기 절삭공구는 그의 코팅된 레이크면의 표면 거칠기로 인하여 양호한 칩제어 특성을 갖는다. 상기 절삭공구는 코팅된 플랭크면의 매끄러운 표면으로 인하여 피가공물의 양호한 표면 다듬질 특성을 나타낸다.

도 6과 도 7에 있어서, 부호 90으로 표시된 코팅되지 않은 절삭공구가 도시되어 있다. 상기 코팅되지 않은 절삭공구(90)는 코팅하지 않는 조건으로 사용하기에 적합한 절삭공구재료로 만들어질 수 있다.

코팅하지 않은 절삭공구(90)는 레이크면(92)과 플랭크면(94)을 포함한다. 레이크면(92)은 현미경적으로 거친 표면을 나타낸다. 외주면 엣지(96)는 플랭크면(94)과 레이크면(92)의 연결부에 위치한다. 거친 레이크면(92)의 거칠기는 거친 레이크 표면(24)에 대하여 전술한 것과 같다. 플랭크 표면(94)의 거칠기는 매끄러운 플랭크면(36)에 대하여 설명한 것과 같다.

도 6과 도 7의 코팅하지 않은 절삭공구는 그의 매끄러운 플랭크 표면들로 인하여 매끄러운 피가공물을 제공하며 절삭공구의 레이크면의 거친 표면으로 인하여 양호한 칩제어 특성을 나타낸다.

도 8과 도 9는 부호 100으로 대체적으로 도시한 본 발명의 절삭공구의 다른 실시예를 도시하고 있다. 절사공구(100)는 레이크면(104)과 플랭크면(106)을 구비한 기재(102)를 포함한다. 상기 레이크면(104)은 거친, 즉 거친 표면의 미세표면구조를 갖는다. 또한, 기재의 플랭크면(106)은 또한 거친 미세표면구조를 갖는다. 절삭공구(100)는 기재(102)의 표면들을 피복하는 코팅물(108)을 포함한다. 코팅된 절삭공구의 레이크면(110)은 거친 미세표면구조를 가지며, 플랭크면(112)도 역시 거친 미세표면구조를 갖는다. 코팅된 레이크면(110)과 플랭크면(112)의 표면 거칠기는 거친 레이크면(24)에 대하여 설명한 것과 같은 거칠기를 갖는다.

도 8과 도9의 절삭공구는 표면 거칠기를 갖는 기재의 레이크면과 플랭크면들로 인하여 레이크면과 플랭크면에 코팅물의 양호한 부착성을 나타낸다. 상기 절삭공구는 코팅된 레이크면의 표면 거칠기로 인하여 양호한 칩제어 특성을 갖지만, 코팅된 플랭크면들의 표면 거칠기로 인하여 가공표면이 다소 거칠다.

도 10과 도 11에는 부호 120으로 표시된, 본 발명에 의한 절삭공구의 다른 실시예가 도시되어 있다. 절삭공구(120)는 레이크면(124)과 플랭크면(126)을 가진 기재(122)를 포함한다. 상기 레이크면(124)은 거친, 즉 거친 표면들의 미세표면구조를 갖는다. 플랭크면(126)은 또한 기재(122)의 표면들을 피복하는 코팅물(128)을 포함한다. 코팅된 절삭공구의 레이크면(130)은 거친 미세표면구조를 갖는다. 기재(122)의 레이크면(124)과 플랭크면(126)들과 코팅된 레이크면(130)의 표면 거칠기는 거친 레이크표면(24)에 대하여 상술한 것과 같은 거칠기이다.

코팅된 절삭공구의 플랭크면(132)은 매끄러운 미세표면 구조를 갖는다. 코팅된 절삭공구의 플랭크면에서 매끄러운 미세표면구조를 얻기 위하여, 플랭크면은 폴리싱을 하거나 매끄러운 표면에 다른 처리를 해야 한다. 이것은 특히 기재의 플랭크면이 거친 미세표면구조를 가지는 경우에 필요하다. 코팅된 플랭크면(132)의 표면 거칠기는 매끄러운 플랭크면(36)에 대하여 상술한 것과 같은 거칠기이다.

도 10과 도 11의 절삭공구는 기재의 레이크면과 플랭크면들의 표면 거칠기로 인하여 기재의 레이크면과 플랭크면에의 코팅물의 부착성이 양호한 장점을 갖는다. 상기 절삭공구는 또한 코팅된 레이크면의 표면 거칠기로 인하여 양호한 칩제어 특성을 나타낸다. 절삭공구는 코팅된 플랭크면 표면의 매끄러움으로 인하여 피가공면의 양호한 다듬질 특성을 제공한다.

도 12와 도 13에는 부호 140으로 대체로 표시한, 본 발명의 절삭공구의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 상기 절삭공구(140)는 레이크면(144)과 플랭크면(146)을 갖는 기재(142)를 포함한다. 레이크면(144)은 거칠며, 즉 거친 미세표면구조를 갖는다. 플랭크면(146)은 매끄러운 미세표면구조를 갖는다. 절삭공구(140)는 기재(142)의 표면들을 피복하고 있는 코팅물(148)을 포함한다. 절삭공구의 레이크면(150)은 매끄러운 미세표면구조를 갖는다. 절삭공구의 플랭크면(152)도 또한 매끄러운 미세표면구조를 갖는다. 코팅된 절삭공구의 레이크면에 매끄러운 미세표면구조를 얻기 위하여 레이크면은 표면을 매끄럽게 하는 폴리싱 또는 다른 처리를 받아야 한다. 이것은 기재의 레이크면이 거친 미세표면구조를 갖는 경우에 특히 필요하다.

기재의 레이크면(144)의 표면 거칠기는 거친 레이크 표면(24)에 대하여 전술한 것과 같다. 기재의 플랭크면(146)과, 코팅된 레이크면(150) 및 플랭크면(152)의 표면 거칠기는 매끄러운 플랭크면(36)에 대하여 설명한 것과 같다.

도 12와 도 13의 절삭공구는 기재의 레이크면의 표면 거칠기로 인하여 기재의 레이크면에 코팅물을 양호한 부착성을 제공한다. 상기 절삭공구는 코팅된 플랭크면의 매끄러운 표면으로 인하여 피가공면의 양호한 다듬질 특성을 제공한다. 또한, 상기 절삭공구는 코팅된 절삭공구의 레이크면 표면의 매끄러움으로 인하여 코팅된 레이크면에서의 빌트업 엣지 경향이 감소된다.

도 14와 도 15에는 부호 160으로 대체로 표시한, 본 발명의 절삭공구의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 상기 절삭공구(160)는 레이크면(164)과 플랭크면(166)을 갖는 기재(162)를 포함한다. 레이크면(164)은 거칠며, 즉 거친 미세표면구조를 갖는다. 플랭크면(166)은 매끄러운 미세 표면구조를 갖는다. 절삭공구는 기재(162)를 피복하는 다층의 코팅물을 포함한다. 상기 코팅물은 베이스층(168), 중간층(170) 및 상층(172)을 포함한다. 상기 코팅된 절삭공구의 레이크면(174)은 거친 미세표면구조를 갖는다. 상기 코팅된 절삭공구의 플랭크면(172)은 매끄러운 미세표면구조를 갖는다.

기재의 레이크면(164)과 코팅된 레이크면(174)의 표면 거칠기는 거친 레이크 표면(24)에 대하여 전술한 것과 같다. 기재의 레이크면(166)과 코팅된 플랭크면(176)의 표면 거칠기는 매끄러운 플랭크면(36)에 대하여 설명한 것과 같다.

도 14와 도 15의 절삭공구는 겹쳐 코팅된 층들의 표면 거칠기와 함께 기재의 레이크면 표면 거칠기로 인하여 기재의 레이크면에 코팅물을 양호한 부착성을 나타낸다. 상기 절삭공구는 노출된 코팅된 레이크면의 매끄러운 표면으로 인하여 양호한 칩제어 특성을 제공한다. 절삭공구는 또한 코팅된 플랭크면의 표면의 매끄러움으로 인하여 피가공면의 양호한 다듬질 특성을 제공한다.

도 16와 도 17에는 부호 180으로 대체로 표시한, 본 발명의 절삭공구의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 상기 절삭공구(180)는 레이크면(184)과 플랭크면(186)을 갖는 기재(182)를 포함한다. 레이크면(184)은 거칠며, 즉 거친 미세표면구조를 갖는다. 플랭크면(186)은 거친 미세표면구조를 갖는다. 절삭공구(180)는 레이크면(184)과 플랭크면(186)의 표면 거칠기는 거친 레이크 표면(24)에 대하여 전술한 바와 같은 거칠기를 갖는다.

절삭공구(180)는 기재(182)의 표면들을 피복하고 있는 코팅물(188)을 포함한다. 절삭공구의 레이크면(190)은 매끄러운 미세표면구조를 갖는다. 절삭공구의 플랭크면(192)도 또한 매끄러운 미세표면구조를 갖는다. 코팅된 절삭공구의 레이크면과 플랭크면에 매끄러운 미세표면구조를 얻기 위하여 레이크면과 플랭크면은 표면을 매끄럽게 하는 폴리싱 또는 다른 처리를 받아야 한다. 이것은 기재의 레이크면과 플랭크면이 거친 미세표면구조를 갖는 경우에 특히 필요하다. 코팅된 플랭크면(190)과 플랭크면(192)의 표면 거칠기는 매끄러운 플랭크면(36)에 대하여 설명한 것과 같다.

도 16와 도 17의 절삭공구는 기재의 레이크면과 플랭크면의 표면 거칠기로 인하여 기재의 레이크면과 플랭크면에 코팅물의 양호한 부착성을 나타낸다. 상기 절삭공구는 코팅된 플랭크면의 매끄러운 표면으로 인하여 피가공면의 양호한 다듬질 특성을 제공한다. 또한, 상기 절삭공구는 코팅된 절삭공구의 레이크면 표면의 매끄러움으로 인하여 코팅된 레이크면에서의 빌트업 엣지 경향이 감소된다.

절삭공구의 제조에 대하여 설명하면, 베이스 기재는 통상의 분말야금기술로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 기재의 분말 성분들은 잘 섞어져서 예비 성형하도록 가압된다. 상기 예비성형물은 코팅되지 않은 절삭공구 또는 (코팅된 절삭공구의 경우에) 사실상 충분히 조밀화된 기재를 형성하도록 소결과 같이 후속적으로 열처리된다. 그 대신에 변형적으로는 분말성분들의 혼합은 예를들어 열간 압축함과 같이 동시에 가열 및 가압하에 충분히 조밀한 성형체로 형성될 수 있다. 그러나, 기재의 표면이 선택적인 거칠기를 갖게 기재을 형성하는데 필요한 조밀화공정에 대해서는 여러 가지의 방법이 있다.

충분히 조밀화된 기재를 형성하는 소결공정의 한 예는 램을 사용하여 필요한 표면 거칠기를 예비성형체에 형성하도록 분말을 예비성형체로 성형하는 것이다. 적당한 정도와 치수의 표면 거칠기를 예비성형체에 제공함으로써, 기재의 표면에 선택된 위치에서 적당한 표면 거칠기를 갖는 소결된 기재가 제공된다. 역시, 필요한 표면 거칠기를 갖는 램이 열간공정중에 사용될 수 있다.

소결된 (또는 사실상 충분히 조밀화된) 절삭공구의 표면 거칠기가 과대하면, 공구에서 불필요한 거친 부분을 연삭, 폴리싱, 레이저 글레이징 또는 다른 다듬질방법에 의해 가공하여 필요한 수준으로 매끄럽게 할 수도 있다. 이러한 필요한 수준의 매끄러움은, 플랭크면의 경우에는 절삭시 매끄러운 가공면을 형성할 수 있지만, 공구의 거친 레이크면은 요구되는 정도의 칩유동성 제어를 하도록 본래대로 남게 된다. 레이크면의 경우에, 매끄러움의 수준은 레이크면에서 빌트업 엣지 경향을 감소시키기에 충분하다. 기재의 플랭크표면은, 기재의 플랭크표면에 대한 코팅물의 부착성을 향상시키도록 거친 상태로 될 수 있다.

공구 재료와 절삭조건에 따라 절삭공구는 전술한 본래의 상태 그대로 사용될 수 있다. 즉, 절삭공구는 코팅하지 않은 상태로 사용될 수 있다. 그러나, 흔히는 CVD 또는 PVD법에 의해 코팅되어 절삭작업에 사용되는 보호적인 내마모성 코팅물을 코팅하는 기재로서 사용된다.

본 기술분야의 숙련자에게 공지된 코팅공정의 변수는 공구의 레이크면과 플랭크면들의 거칠기 특징이 코팅공정전에 기재의 거칠기 특징으로 부터 변경되지 않도록 하는 것이다. 그러나, 일반적으로는 통상의 CVD 또는 PVD 코팅공정 동안에 코팅된 공구의 표면거칠기는 부착되는 코팅물의 두께와 기재 표면의 거칠기에 대한 함수관계이다. 대체적으로 말하면, 코팅물의 두께가 증가함에 따라 코팅층의 표면 거칠기는 기재의 표면 거칠기에 관계없이 증가하는 경향이 있다. 이결과 노출된 코팅물 표면들은 기재의 표면들 보다 다소 더 거칠게 되지만, 그러나 기재 레이크표면의 표면 거칠기의 그와 같은 증가는 요구되는 칩제어 특성에 악영향을 주지 않는 정도이다. 기재의 표면 거칠기의 증가는 기재에 대한 코팅물의 부착성에 부정적인 영향을 주지 않고 통상적으로 부착성을 향상시킨다.

그러나 절삭공구의 코팅된 플랭크 표면의 표면 거칠기의 증가는 공구에 의해 가공되는 절삭면에 악영향을 줄 수 있다. 이러한 이유로 코팅층의 표면을 허용가능한 표면 거칠기로 매끈하게 하여 절삭작업시에 가공면이 허용가능하게 매끄럽게 형성되도록 공구의 일부 플랭크표면들을 폴리싱, 버핑 또는 레이저 글레이징과 같은 코팅 전처리작업이 요구될 수도 있다.

코팅된 레이크 표면의 거칠기의 증가는 빌트업 엣지, 즉, 칩이 절삭 공구의 레이크 표면에 용착되는 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 빌트업 엣지 발생을 감소시키기 위하여 공구의 레이크 표면들의 일부 또는 모두에 폴리싱, 버핑 또는 레이저 글레이징과 같은 코팅 전처리를 하여 허용가능한 표면 거칠기로 코팅층의 표면을 매끄럽게 함으로써 빌트업 엣지 발생 가능성을 감소시키게 된다. 상기 빌트업 엣지는 피가공물의 재료에 따른 문제이다. 레이크 표면을 매끄럽게 하면 칩제어 특성을 감소시키는 한편 기재의 레이크면의 표면거칠기로 인하여 코팅물에는 양호한 부착성이 제공된다.

기본적인 공정에 대한 다른 변형예는 기재의 초기 처리공정 다음에 부가적인 재소결 단계를 포함한다. 재소결의 공정은 거칠고 불규칙한 표면을 형성하도록 표면에 텅스텐 탄화물과 같은 기재의 입자를 확대성장시키는 것이다. 불규칙한 표면은 필요한 거칠기를 표면에 제공한다. 이러한 공정은 본 출원인에게 양도된 ″다이아몬드 코팅된 공구와 그 제조방법″이라는 제목으로 1993. 11. 30자로 출원된 미국 특허출원 제 08/159,272호의 주제이다. 상기 미국특허는 참고로 본 명세서에서 인용된다.

소결 텅스텐 탄화물과의 접합에 재소결을 사용한 본 변형예에서, 재소결된 탄화물 기저의 소결 탄화물 기재의 표면은 코발트 또는 코발트합금에 의해 함께 결합된 텅스텐 탄화물의 경한 입자들로 구성된다. 코발트는 텅스텐 탄화물 입자들 사이뿐만 아니라 진공 소결조건하에 코발트와 텅스텐 탄화물의 젖음 특성으로 인하여 기재 표면에 텅스텐 탄화물 입자들의 일부분을 피복한다.

본 발명에 따라, 전술한 재소결되고 연삭된 기재는 입자를 성장시키고 결합제를 그 표면에서 고갈시키는 온도와 시간 및 분위기 조건하에서 재소결된다. 상기 시간과 온도는 거친 레이크 표면(24)에 대해 설정한 범위의 표면 거칠기 Ra를 형성하도록 재소결된 기재의 표면에 입자가 성장하기에 충분하게 선택된다.

요구되는 표면 거칠기를 얻기에 필요한 재소결 시간은 출발재료 및 소결조건들에 따른다. 온도가 증가하면 재소결 시간은 감소한다. 어떤 소결 텅스텐 탄화물 조성물들에서는 1510℃에서 2-3 시간의 재소결 시간이 필요로 하는 표면 거칠기를 얻기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 첫 번째의 재소결 처리를 한 다음에 요구되는 표면 거칠기가 생성되지 않으면, 기재는 요구되는 표면 거칠가가 얻어질 때까지 다시 재소결될 수 있다.

재소결 처리중의 분위기는 기재에 대한 코팅물의 양호한 부착성을 얻는데 중요하다. 질소분위기가 재소결처리중에 이용되면 결과적인 거친 표면에서의 코발트의 함량은 최소화되는 것으로 믿어진다. 질소 분압은 표면으로부터 코발트의 증발을 허용하도록 제어되어야 한다. 재소결중에 기재 재료로부터 코발트를 부가시킴으로써 표면의 재젖음 현상을 최소화해야 한다.

그러므로 가장 바람직한 질소 분압은 기재 조성물에 따른다. 질소의 분압은 또한 기재 재료로부터 코발트 증발의 량과 속도를 제어하도록 재소결 공정주기중에 제어 또는 변경가능하다. 0.3 - 50 토르(torr), 바람직하게는 0.3 - 5 토르, 가장 바람직하게는 0.3 - 2 토르의 질소분위기가 이용되어져야 한다고 믿어진다. 질소분위기가 기재 표면의 입자들의 외부 표면에 코발트가 증발하는 것을 허용하는 한편, 기재의 나머지 성분들의 결합제에 텅스텐 탄화물 입자들이 결합된 채로 잘 유지하도록 표면의 텅스텐 탄화물 입자들 사이에 충분한 코발트가 잔류하는 것이 이론화되어 있다. 코발트 표면 증발은 표면에서 텅스텐 탄화물 입자의 성장에 의해 수행되며 그 결과 표면이 거칠게 된다.

재소결 공정을 완료한 다음에, 기재는 물리적 증착기술, 화학적 증착기술 또는 물리적 증착기술을 포함한 결합기술에 의해 코팅된다. 이러한 조건의 절삭공구는 사용하기전에 CVD 또는 PVD 코팅된다. 재소결된 공구가 직접 코팅되면, 플랭크표면의 코팅물의 가장 외측의 표면은, 공구가 절삭작업시에 가장 매끄러운 가공면 다듬질을 발생하도록 피가공물과 접촉되는 영역에서 폴리싱, 버핑, 레이저 글레이징과 같은 처리에 의해 매끈하게 되는 것이 바람직하다.

코팅된 절삭공구의 표면 거칠기와 관련하여, 레이크표면의 거칠기는 거친 레이크표면(24)에 대하여 전술한 바와 같은 거칠기를 갖는다. 상기한 바와같이, 절삭공구의 플랭크표면을 외주면 연삭, 폴리싱, 버핑 또는 레이저글레이징하는 것은 플랭크 표면을 매끈하게 하는 한편, 거친 레이크표면은 본래대로 유지된다. 통상적으로, 플랭크표면의 거칠기가 매끈한 플랭크면(36)에 대하여 설정한 바와같은 범위에 있도록 플랭크면은 버핑공정을 거친다.

기본적인 기재를 만드는 공정에 대한 다른 예는 표면 거칠기를 레이크 표면에 선택된 위치에서 재소결된 기재에 연삭, 전기방전(EDM), 레이저 에치를 하도록 하는 것이다. 상술한 변형예의 모두에 대하여 소결된 기재의 플랭크면의 표면이 충분히 매끈하면 더 이상의 공정이 필요하지 않게 된다. 통상적으로 절삭공구가 코팅되면 플랭크 표면의 코팅층은 폴리싱, 버핑 또는 레이저 글레이징되어 필요한 거칠기를 갖게 한다.

특히 소결 텅스텐 탄화물로 만들어진 절삭공구는 통상적으로 냉간 가압 및 진공(즉, 약 10^-2내지 10^-3토르의 압력) 소결기술에 의해 제조되며, 본 발명의 소결된 기재를 얻기 위하여 통상의 기술들이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.

(적용예)

본 발명에 의해 제공되는 장점과 효과를 증명하기 위하여 여러개의 적용예와 그러한 적용예들의 테스트 결과를 아래에 기재하였다.

아래에 기재한 적용예 모두에 있어서 달리 언급하지 않으면 출발 기재는 다음과 같은 조성 및 특성을 가진 코발트 소결 텅스텐 탄화물이다: 중량비로 Co 2.3 - 2.9% ; Ta 0.4% 까지 ; Ti 0.1% 까지 ; Nb 와 기타 불순물 0.1% 까지 ; 그리고 나머지는 WC이다. 소결된 기재의 특성은 92.8 - 93.6의 로크웰 A 경도, 결집력, Hc, 290 - 440 에르스텟(oersteds), 에타 상의 형성을 피하기 위해 충분한 자기 포화도, 1 -6 마이크로미터의 평균 WC 입자크기, 기공률은 A08, B00, C00 또는 그이상이며, 밀도는 15.10 - 15.50 g/cc이다.

모든 적용예에서, 사용된 절삭공구는 구조적인 칩브레이커를 갖지 않은 SPG-422(반경 0.005인치의 호운)형의 공구이다.

재소결된 적용예에서, 45 마이크로인치 Ra 이상의 표면거칠기를 얻도록 0.5 토르의 질소분위기에서 3시간 동안 1510℃에서 재소결을 수행한다. 소결 및 연삭한 기재의 재소결은 결과적으로 재소결공정 동안에 표면에서의 코발트의 증발로 인하여 재소결된 기재의 코발트 함량의 감소를 초래한다.

버핑공정을 받는 적용예에서, 버핑은 나일론 브러시를 사용하여 엣지당 2분 동안 수행되며 상기 브러시의 브리스틀은 1000 rpm로 회전하는 120메시 다이아몬드 그리트로 침투한다. 상기 브러시는 오하이오주 클리블렌드 소재의 쟈슨 인코포레이티드사의 제품이 사용될 수 있다.

절삭공구의 기재에 대한 여러 코팅물의 부착성을 향상시키기 위하여, 예를들어 EB46, CN88, CN89, EB56, CO07, CO08, EB66, CQ87 및 CQ88과 같은 적용예가 부착 하중 증명 테스트를 이용하여 코팅물 부착성을 테스트한다. 이와 관련하여, 기재와 코팅물 사이의 부착성은, 15kg, 30kg, 45kg, 60kg, 100kg에서 선택된 하중 범위의 로크웰 A 등급의 브레일 콘형의 다이아몬드 만입구를 구비한 로크웰 경도 시험기를 사용하여 만입 부착성 테스트에 의해 결정된다.

부착성 강도는 코팅물이 박리되거나 분리되는 최소 하중으로 결정된다. 측정은 인서트의 2개소에서 수행된된다. ″100 +″의 측정치는 이들 테스트에 사용된 최대하중인 100kg의 하중에서 코팅물이 분리 또는 박리되지 않음을 나타낸다.

이들 적용예에 대한 설명은 다음과 같다.

적용예 EB46은 독일 아켄 소재의 세메콘 게엠베하사의 CC800 반응기에서 4시간 동안 PVD를 통해 TiAlN 코팅물이 피복된, 소결 텅스텐 탄화물 기재를 포함한다. 상기 반응기는 TiAlN 코팅물을 피복하기 위해 마그네트론 스퍼터링 공정에 사용되었다. TiAlN 코팅물은 3.5 마이크로미터의 두께를 갖는다. 상기 적용예는 본 발명의 한 실시예로서 단일 박막층의 코팅물이 연삭된 기재에 PVD에 의해 피복되었다.

적용예 CN88은 소결 및 연삭된 기재를 재소결하고 적용예 EB46에서 수행한 코팅공정으로 TiAlN 코팅물을 3.5 마이크로미터의 두께로 코팅한 기재를 포함한다. 상기 적용예는 본 발명의 한 실시예로서 기재가 TiAlN 코팅물을 코팅하기 전에 재소결되었다.

적용예 CN89는 적용예 CN88과 같다.

적용예 EB56은 독일 아켄 소재의 세메콘 게엠베하사의 CC800 반응기에서 10시간 동안 PVD를 통해 TiAlN 코팅물이 피복된, 연삭된 소결 텅스텐 탄화물 기재를 포함한다. TiAlN 코팅물은 10.5 마이크로미터의 두께를 갖는다. 상기 적용예는 본 발명의 한 실시예로서 보다 두꺼운 단일 층의 코팅물이 연삭된 기재에 PVD에 의해 피복되었다.

적용예 C007은 기초 기재를 (상술한 바와같이) 재소결하고 적용예 EB56에서 수행한 코팅공정으로 TiAlN 코팅물을 10.5 마이크로미터의 두께로 코팅한 기재를 포함한다. 상기 적용예는 본 발명의 한 실시예로서 기재가 보다 두꺼운 TiAlN 코팅물을 코팅하기 전에 재소결되었다.

적용예 C008은 적용예 C007과 같다.

적용예 EB66은 다층의 코팅물이 CVD 및 PVD의 결합공정을 통해 피복된, 소결 및 연삭된 텅스텐 탄화물 기재를 포함한다. 코팅은, CVD에 의한 TiN 베이스 코팅층이 1.0 마이크로미터의 두께로 형성되고, CVD에 의한 TiCN 중간 코팅층이 4.0 마이크로미터의 두께로 형성되고, PVD에 의한 TiN 상부 코팅층이 4.0 마이크로미터의 두께로 형성되어 구성된다. 상기 적용예는 본 발명의 한 실시예로서 다층의 코팅물이 CVD 및 PVD에 의해 연삭된 기재에 피복되었다.

적용예 CQ87은 기초 기재를 (상술한 바와같이) 재소결하고 적용예 EB66에서 수행한 코팅공정으로 다층의 코팅물을 코팅한 기재를 포함한다. 상기 적용예는 본 발명의 한 실시예로서 기재가 다층 코팅을 하기전에 재소결되었다.

적용예 CQ88은 적용예 CQ87과 같다.

만입하중(kg) 테스트 결과가 테이블 Ⅰ 내지 Ⅲ에 기재되어 있다. 각각의 절삭공구에 대하여 두 번의 측정이 이루어졌다. 보다 큰 만입하중 테스트 결과는 코팅 부착성이 보다 좋은 것을 나타낸다.

(테이블 Ⅰ)

3.5 ㎛ TiAlN PVD 코팅을 한 기재에 대한 만입하중 테스트 결과

적용예	기재의 상태	손상시의 만입하중(㎏)
EB46	연 삭	45, 60
CN88	재 소 결	100⁺, 100⁺
CN89	재 소 결	100⁺, 100⁺

(테이블 Ⅱ)

10.5 ㎛ TiAlN PVD 코팅을 한 기재에 대한 만입하중 테스트 결과

적용예	기재의 상태	손상시의 만입하중(㎏)
EB56	연 삭	30, 30
C007	재 소 결	60, 60
C008	재 소 결	100⁺, 100⁺

(테이블 Ⅲ)

CVD-PVD 코팅한 기재의 만입하중 테스트 결과

적용예	기재의 상태	손상시의 만입하중(㎏)
EB66	연 삭	60, 60
CQ87	재 소 결	45, 60
CQ88	재 소 결	45, 45

중량비로 6%의 코발트를 함유한 소결 텅스텐 탄화물에 이온 도금으로 3.5 마이크로미터의 두께로 TiN을 코팅한 종래의 3개의 절삭공구(KC730) 예를 만입 부착하중 테스트를 한 결과 2번의 측정치가 3개의 절삭공구 각각에 대하여 30㎏, 45㎏으로 나타났다.

테이블Ⅰ에 있어서, 만입하중의 결과는 박막(3.5 ㎛ )의 TiAlN PVD 코팅을 한 절삭공구에 대하여 코팅물의 부착성은 코팅하기 전에 초기의 기재를 소결한 다음 재소결한 기재를 갖는 절삭공구에서 매우 향상되는 것으로 나타났다. 이와 관련하여, 적용예 CN88, CN89는 각각 45㎏, 60㎏의 만입 부착성 하중 측정치를 갖는 적용예 EB46과 비교하여 100+㎏의 만입하중 결과치를 나타냈다. KC730에 대한 것과 테이블Ⅰ의 결과 비교는, 코팅하기전에 실제로 충분히 조밀한 기판을 재소결할 때 박막의 TiAlN 코팅(적용예 CN88, CN89)의 부착성이 종래의 절삭공구(KC730)의 것보다 2배 내지 3배 개선됨을 보여준다.

테이블 Ⅱ에 있어서, 만입하중 테스트 결과는 연삭된 공구에 후막(10.5 ㎛)의 TiAlN PVD 코팅의 부착성이 만입 하중 테스트에 따라 측정한 종래의 절삭공구(KC730)의 것과 같음을 나타냈다. 후막 PVD 코팅의 부착성은 종래 KC730 절삭공구의 것과 비교하여, 코팅하기전에 실제로 충분히 조밀한 기판을 재소결할 때 크게 향상된다.

테이블 Ⅲ에 있어서, 만입 하중 결과는 (CVD-TiN/CVD-TiCN/PVD-TiN)의 다층 코팅에 대하여 재소결된 기재를 갖는 절삭공구와 연삭된 기재를 갖는 절삭공구 사이의 만입 부착성 하중 테스트 결과들에 있어서 큰 차이가 없음을 나타냈다.

전체적으로, 단일층의 TiAlN의 코팅을 갖는 절삭공구에 있어서 코팅층이 3.5 마이크로인치 또는 10.5 마이크로인치의 두께를 갖든지 연삭된 기재의 재소결은 코팅물의 부착강성을 크게 향상시킨다. CVD-PVD 코팅을 한 절삭공구에 있어서 연삭된 기재의 재소결은 기재의 코팅물의 부착성을 크게 향상시키는 것을 보이지 않는다.

2개의 종래 절삭공구와 함께 본 발명에 따른 절삭공구의 적용예를 다음과 같은 조건하에서 383.2 알루미늄합금(중량비로 11%의 실리콘을 함유함)을 회전하면서 절삭가공하는데 사용하였다: 2500 spm, 회전당 0.005 인치의 이송속도, 0.025 인치의 절삭깊이, 냉각수 공급. 그러한 테스트 결과는 아래 테이블 Ⅳ에 기재되어 있다.

아래 테이블 Ⅳ에 있어서, 383.2 알루미늄합금의 절삭가공에 대한 테스트 결과는 재소결된 기재의 사용은 칩형성 특성이 크게 개선됨을 나타냈다. 재소결한 기재를 사용한 절삭공구는, 다층 코팅구조를 형성하거나 TiAlN의 (3.5㎛) 단일 코팅층을 형성하든지 짧은 코일형의 칩을 형성하였다. 그러한 짧은 코일형의 칩은 바람직한 칩형태이다.

이것은 도 20B와 도 20A를 비교하여 TiAlN의 단일 박막 코팅층에서 인상적인 형태를 보였다. 도 20A는 바람직하지못한 길다란 연속적인 실같은 형태의 칩을 보여주는 사진이다. 이것은 단단하고 짧은 코일 형태의 칩을 보여주는 도 20B와는 상당히 대조적이다.

(테이블 Ⅳ)

칩형성 테스트 결과

적용예	기재의 상태	칩특성(칩을 보여주는 도면)
코팅되지 않은 기재	연삭, 코팅하지 않음	″새둥지″,실같이 연속적으로 길다란 형태(도 19)
KC730 절삭공구	연삭	″새둥지″,실같이 연속적으로 길다란 형태
EB46(3.5㎛ TiAlN 코팅)형의 절삭공구	연삭	″새둥지″,실같이 연속적으로 길다란 형태(도 20A)
CN88(3.5㎛ TiAlN 코팅)형의 절삭공구	재소결	짧은 코일형(도 21A)
EB66(CVD-PVD코팅구조)형의 절삭공구	연삭	″새둥지″,실같이 연속적으로 길다란 형태(도 21A)
CQ87(CVD-PVD코팅구조)형의 절삭공구	재소결	짧은 코일형(도 21B)

도 21A와 도 21B의 비교는 재소결된 기재 또는 연삭된 기재를 갖는 CVD-PVD 코팅된 절삭공구들 사이의 칩생성에 상당한 차이가 있음을 보여준다. 도 21A는 연삭된 기재를 갖는, 코팅된 절삭공구를 사용한 절삭가공시 발생되는 실같이 길다란 칩을 보여주는 사진이다. 도 21B는 재소결된 기재를 갖는, 코팅된 절삭공구를 사용하여 절삭가공하는 동안 발생되는 단단하고 짧은 코일형 칩을 보여주는 사진이다.

재소결된 기재를 갖는 절삭공구에 의한 짧은 코일형 칩생성은 종래의 코팅하지 않은 K11 기재의 코팅된 절삭공구와 코팅된 KC730 절삭공구의 칩생성과 대조적이다. 도 19는 코팅하지 않은 K11 기재의 절삭공구를 사용한 절삭가공시 생성된 길다랗고 연속된 실같은 칩을 보여주는 사진이다. 레이크면이 요구되는 표면 거칠기를 가지는, 재소결된 기재를 갖는 절삭공구가, 383.2 알루미늄합금을 절삭가공시 연삭된 기재를 갖는 절삭공구와 비교하여 크게 개선된 칩생성 특성을 보여준다.

출원인은 요구되는 레이크 표면 거칠기를 갖는 절삭공구가, 소위 ″연질″의 피가공재를 가공하는데 사용할 때 특히 양호한 칩제어 능력을 가지는 것으로 믿는다. 이러한 피가공재로는 예를들어 ASIS 1008과 ASIS 1045 스틸과 같은 연질 스틸합금, 청동합금, 구리베이스합금 및 마그네슘 베이스합금 및 알루미늄 베이스 합금을 포함한다.

전술한 조건하에서 383.2 알루미늄합금에 대한 절삭가공 테스트는 예를들어 EB46과 CN82를 사용하여 수행된다. 이러한 테스트결과는 아래 테이블 Ⅴ에 기재하였다. 도 18은 코너부(2,4)를 포함하는 절삭공구의 4개의 코너부들을 나타내도록 (재소결하고 3.5 ㎛ TiAlN 코팅을 한 기재를 갖는) A-CN82 절삭공구를 도시하고 있다. 절삭공구의 플랭크면은 코팅한 다음 코너부(4)에 버핑가공한다.

(테이블 Ⅴ)

피가공물 표면 다듬질과 절삭공구의 표면 거칠기 특성

공구재료	코팅전 표면상태	공구표면	코팅후 버핑
A-EB46	연삭	레이크플랭크	없음없음
A-CN82(코너 2)	재소결	레이크플랭크	없음없음
A-CN82(코너 4)	재소결	레이크플랭크	없음있음

공구재료	코팅표면거칠기(μ인치Ra)	코팅표면거칠기(μ인치Rtm)	가공면다듬질(μ인치Ra)	칩특성
A-EB46	9 (r)11 (f)	142 (r)165 (f)	42±7	길다란 연속적인 실형
A-CN82(코너부 2)	55 (r)80 (f)	354 (r)387 (f)	48±4	짧은 코일형
A-CN82(코너부 4)	54 (r)8 (f)	348 (r)55 (f)	31±2	짧은 코일형

위 테이블 Ⅴ에 기재된 코팅 표면에 있어서, ″(r)″은 절삭공구의 레이크면 거칠기를 나타내며, ″(f)″는 절삭공구의 플랭크면에 대한 거칠기를 나타낸다.

테이블 Ⅴ에 있어서, 박막의 PVD TiAlN 층이 코팅된 재소결 기재를 갖는 절삭공구와 비교하여 짧은 코일형 칩을 생성함을 나타낸다. 코팅표면의 거칠기는, 코팅층이 버핑가공되지 않은 재소결된 기재의 표면에 대하여 가장 크다. 예를들어, 연삭되고 코팅된 절삭공구의 레이크표면과 플랭크표면들은 각각 9와 11 마이크로인치 Ra의 (142와 165 마이크로인치 Rtm) 표면 거칠기를 갖는다. 이것은 54-60 마이크로인치 Ra (348와 387 마이크로인치 Rtm) 사이이며 버핑가공하지 않은 재소결된 기재의 코팅층의 표면거칠기와 대조적이다.

재소결된 기재를 갖는 절삭공구의 플랭크면의 버핑은 표면을 매우 매끄럽게 하여 표면 거칠기를 감소시킨다. 적용예 CN2의 대향측 코너부들 사이의 비교는, 버핑이 60-8 마이크로인치 Ra (387- 55 마이크로인치 Rtm)로부터 코팅층의 표면 거칠기를 저감시킴을 보여준다.

또한, 플랭크면을 버핑함으로써 피가공물 표면 다듬질을 보다 매끄럽게 한다. 이와 관련하여 연삭된 절삭공구로부터 형성되는 피가공물 표면 다듬질은 42±7 마이크로인치Ra이고, 재소결된 공구에 의한 피가공물 표면 다듬질은 48±4 마이크로인치 Ra 이다. 이러한 표면 다듬질은, 버핑된 플랭크 표면을 갖는 절삭공구(CN82/코너부4)에 의한 31±2 마이크로인치 Ra와 대조적이다. 예를들어 EB46-AL, CN89-RL, CN89-RLB, EB56-AH, CO08-RH,CO08-RHB, EB66-A, CQ87-R 및 CQ87-RB들과 같은 적용예의 절삭공구들을 다음과 같은 조건하에 304 스테인레스강을 절삭가공하는데 사용했다: 800 sfm의 속도, 회전당 0.008인치의 이송속도, 0.060인치의 절삭깊이, 냉각수 공급 및 15°의 도입각도.

적용예 EB46-AL은, 소결된 텅스텐 탄화물 기재에 3.5㎛의 두께로 PVD를 통해 4시간 동안 코팅한 TiAlN 코팅층을 형성한 것이다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 단일의 박막 코팅층이 연삭된 기재에 PVD로 형성된 것이다.

적용예 CN89-RL은, 기본 기재를 재소결하고 적용예 EB46과 같은 코팅공정으로 3.5㎛의 두께로 TiAlN 코팅층을 형성한 것이다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 단일의 코팅층을 재소결된 기재에 PVD로 형성한 것이다.

적용예 CN89-RLB는, 기본 기재를 재소결하고 적용예 EB46과 같은 코팅공정으로 3.5㎛의 두께로 TiAlN 코팅층을 형성한 것이다. 상기 적용예는 플랭크면에 버핑을 하였다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 기재가 재소결되고 단일의 코팅층을 재소결된 기재에 PVD로 형성하였으며, 코팅된 절삭공구의 플랭크면을 버핑한 것이다.

적용예 EB56-AH는, 소결 텅스텐 탄화물 기재에 10.5㎛의 두께로 PVD를 통해 10시간 동안 코팅한 TiAlN 코팅층을 형성한 것이다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 단일의 후막 코팅층이 PVD로 형성된 것이다.

적용예 CO08-RH는, 기본 기재를 재소결하고 적용예 EB56-AH와 같은 코팅공정으로 10.5㎛의 두께로 TiAlN 코팅층을 형성한 것이다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 기재가 재소결된 다음 후막의 TiAlN 코팅층을 재소결된 기재에 PVD로 형성하였다.

적용예 CO08-RHB는, 기본 기재를 재소결하고 적용예 EB56-AH와 같은 코팅공정으로 10.5㎛의 두께로 TiAlN 코팅층을 형성한 것이다. 코팅된 공구의 플랭크면은 버핑공정을 받았다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 기재가 재소결된 다음 후막의 TiAlN 코팅층을 재소결된 기재에 형성하고 코팅된 공구의 플랭크면이 버핑되었다.

적용예 EB66-A는, 소결 텅스텐 탄화물 기재에 CVD 및 PVD의 결합공정으로 다층의 코팅을 한 것이다. 그 코팅구조는 다음과 같다: CVD에 의한 TiN의 베이스층을 1.0㎛의 두께로 형성하고, CVD에 의한 TiCN의 중간층을 4.0㎛의 두께로 형성하고, PVD를 통해 TiN의 상층을 4.0㎛ 두께로 형성한 것이다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 복수의 코팅층이 연삭된 기재에 PVD 및 CVD로 형성된 것이다.

적용예 CQ87-R은, 재소결된 소결 텅스텐 탄화물 기재에 적용예 EB66-A에서와 같이 CVD 및 PVD의 결합공정으로 다층의 코팅을 한 것이다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 복수의 코팅층이 재소결된 기재에 형성된 것이다.

적용예 CQ87-RB는, 재소결된 소결 텅스텐 탄화물 기재에 적용예 EB66-A에서와 같이 CVD 및 PVD의 결합공정으로 다층의 코팅을 한 것이다. 코팅된 절삭공구의 플랭크면은 그런다음 버핑되었다. 상기 적용예는 본 발명의 실시예로서, 복수의 코팅층이 재소결된 기재에 형성된 다음, 코팅된 공구의 플랭크면은 버핑되었다.

304 스테인레스강에 대한 절삭가공 테스트 결과는 테이블 Ⅵ - Ⅷ에 기재되어 있다.

테이블의 좌측 칼럼에서, 절삭공구의 ″상태″에 대한 기재는 다음과 같은 의미를 지닌다. ″A″ 표시는 절삭공구가 코팅공정에 앞서 연삭된 기재를 갖는 것을 의미한다. ″R″ 표시는 절삭공구가 코팅공정에 앞서 재소결된, 연삭된 기재를 갖는 것을 의미한다. ″R ＆ B″ 표시는 절삭공구가 코팅공정에 앞서 재소결된 연삭된 기재를 가지며 절삭공구의 코팅된 플랭크면이 버핑된 것을 의미한다.

″공구수명과 손상모드″로서 표시된 열에 있어서, 공구수명은 분 단위로 측정되었다. 절삭공구가 사용가능한 상태로 남아 있으면, 즉 40분간의 절삭가공을 한 다음에 미리 설정한 손상기준을 충족하지 못하면, 테스트는 정지되고 공구수명은 손상없이 40.0+ 분으로 기록되었다. 절삭공구가 미리 설정한 손상모드들중 하나를 충족하면, 그 손상모드와 함께 손상 시점의 공구수명이 분단위로 기록된다.

균일한 플랭크 마모(″f″)가 0.015 인치에 이를 때 균일한 플랭크 마모 손상모드가 발생된다. 최대의 국소 플랭크 마모(″mw″)가 0.03 인치에 이를 때 최대의 국소 플랭크 마모 손상모드가 발생되었다. 최대 크레이터(creater) 깊이(″cr″0가 레이크면의 표면으로부터 측정하여 0.004 인치에 이르렀을 때 최대 크레이터 깊이 손상모드가 발생되었다. 최대 절삭깊이 노치(″dn″)가 0.030 인치에 이르렀을 때 최대 절삭깊이 노치 손상모드가 발생되었다. 칩의 크기가 0.030 인치에 도달했을 때 최대 칩핑(″ch″) 손상모드가 발생되었다. ″bk″ 표시는 절삭공구가 파괴됨을 의미한다.

″40분에서의 상태″라고 표시한 열에 있어서, 상기 열은 절삭공구가 테스트에서 절삭가공작업을 수행한지 40분이 되는 시점에서 절삭공구의 상태를 반영한다. 상기 열은 1/1000 인치 단위의 마모 상태와 정도를 표시한다.

코너부 박리 등급은 코너부에서 코팅층의 박리 정도를 등급으로 표시한 수치적인 등급이다. 플랭크 박리 등급은 플랭크면에서 코팅층의 박리 정도를 등급으로 표시한 수치적인 등급이다. 상기 박리 등급들에 있어서, 박리 등급 ″5″는 코팅층의 박리가 없는 것을 의미한다. 박리 등급 ″3″은 주목할 만한 정도의 박리가 있음을 나타낸다. 박리 등급 ″1″은 코팅층의 심각한 박리가 있음을 의미한다. 등급 ″4″는 등급 ″5″와 등급 ″3″ 사이이고, 등급 ″2″는 등급 ″3″과 ″1″ 사이이다.

칩유동 등급은 칩유동에 의한 코팅층 손상의 정도를 등급으로 표시한 수치적인 등급이다. 등급 ″5″는 칩유동으로 인한 손상이 없는 것을 의미한다. 등급 ″3″은 칩유동으로 인한 주목할 만한 손상이 있음을 나타낸다. 등급 ″1″은 심각한 칩유동 손상이 있음을 의미한다. 등급 ″4″는 등급 ″5″와 ″3″ 사이이다. 등급 ″2″는 등급 ″3″과 등급 ″1″ 사이이다.

(테이블 Ⅵ)

3.5㎛ TiAlN PVD 코팅된 기재를 갖는 절삭공구에 대한 304스테인레스 강의 절삭 테스트 결과

적용예	EB46-AL	CN89-RL	CN89-RLB
상태	A	R	R ＆ B
공구수명 및손상모드	40.0+	10.0 (fw)	2.0 (ch)
40분에서의 상태	1.8 (fw)4.1 (mw)	-	-
코너부 박리등급	3	5	5
플랭크 박리등급	4	5	5
칩유동 등급	5	5	4
평균 표면다듬질(μ인치Ra)	114	124	100
고표면다듬질(μ인치Ra)	133	124	108
저표면다듬질(μ인치Ra)	102	124	87

(테이블 Ⅶ)

10.5㎛ TiAlN PVD 코팅된 기재를 갖는 절삭공구에 대한 304스테인레스 강의 절삭 테스트 결과

적용예	EB56-AH	CO0N8-RH	CO08-RHB
상태	A	R	R ＆ B
공구수명 및손상모드	40.0+	14.0 (mw)	2.0 bk
40분에서의 상태	1.8 (fw)4.1 (mw)	-	-
코너부 박리등급	1	5	5
플랭크 박리등급	2	5	5
칩유동 등급	5	3	3
평균 표면다듬질(μ인치Ra)	89	148	108
고표면다듬질(μ인치Ra)	113	191	114
저표면다듬질(μ인치Ra)	76	85	100

(테이블 Ⅷ)

CVD-PVD 코팅된 기재를 갖는 절삭공구에 대한

304스테인레스강의 절삭 테스트 결과

적용예	EB56-A	CQ87-R	CQ87-RB
상태	A	R	R ＆ B
공구수명 및손상모드	40.0+	40.0 ch	40.0+
40분에서의 상태	1.7 (fw)3.2 (mw)	2.6 (fw)5.2 (mw)	4.8 (fw)11 (mw)
코너부 박리등급	4	5	5
플랭크 박리등급	5	5	5
칩유동 등급	4	1	2
평균 표면다듬질(μ인치Ra)	85	123	46
고표면다듬질(μ인치Ra)	94	137	53
저표면다듬질(μ인치Ra)	82	88	35

통상의 KC730 절삭공구는 2.0분의 공구수명을 가지며 손상모드는 칩핑이다. 코너부 박리등급은 2이고, 플랭크 박리등급은 5이며, 칩유동 손상등급은 4이었다. 통상의, 코팅되지 않은 K11 절삭공구는 0.4분의 공구수명을 가지며, 손상모드는 파손이었다. 칩유동 손상등급은 4이었다.

테이블 Ⅵ에 있어서, PVD에 의한 단일의 TiAlN 박막 코팅층(3.5㎛)이 형성된, 연삭된 기재를 갖는 절삭공구는 304스테인레스강의 절삭가공에서 재소결된 기재를 갖는 절삭공구와 종래의 절삭공구들 보다 매우 더 큰 공구수명을 나타냈다. 상기 연삭된 절삭공구(EB46-AL)는 종래 절삭공구의 10분 내지 2분의 공구수명과 대조적인 40+분의 공구수명을 가졌다. 재소결된 기재를 갖는 절삭공구는, 연삭된 기재를 갖는 절삭공구와 비교하여 칩유동 손상, 플랭크 박리, 코너부 박리에 대하여 최상의 등급을 나타냈다. 평균적인 피가공물 표면 다듬질의 정도는 재소결된 기재를 갖는 절삭공구에 비하여 더 높게, 즉 더 거칠게 나타났다. 재소결된 기재를 갖는 절삭공구의 플랭크를 버핑함으로써 피가공물의 표면 다듬질의 거칠기를 감소시키는데 도움이 된다.

테이블 Ⅶ에 있어서, PVD에 의한 TiAlN 후막(10.5㎛) 코팅층이 형성된 연삭된 기재를 갖는 절삭공구는 304스테인레스강의 절삭가공에, 종래의 절삭공구 보다 더 큰 공구수명을 가지는 것으로 나타났다. 재소결된 기재를 가지며, PVD에 의한 TiAlN 후막의 코팅층이 형성된 절삭공구는 종래의 절삭공구보다 더 큰 공구수명을 가지는 것으로 나타났으나, 연삭된 절삭공구보다는 짧은 공구수명을 가지는 것으로 나타났다. 재소결된 절삭공구는 연삭된 절삭공구들 보다 양호한 코너부 박리등급 및 플랭크 박리등급을 가졌다. 상기 연삭된 절삭공구는 최상의 칩유동 손상 등급을 가졌다. 연삭된 절삭공구에 의한 피가공물의 표면 다듬질이 가장 매끄럽게 나타났다. 재소결된 절삭공구는 가장 거친 피가공물 표면 다듬질을 나타냈다. 버핑은 피가공물의 표면 거칠기를 감소시켰다(C008-RHB).

테이블 Ⅷ에 있어서, 복수의 코팅층을 가지는 절삭공구는 종래의 절삭공구보다 향상된 공구수명을 갖는 것으로 나타났다. 재소결된 절삭공구는 우수한 코너부 박리등급과 플랭크 박리등급을 가졌다. 연삭된 절삭공구는 최상의 칩유동 손상 등급을 가지는 반면, 다른 절삭공구는 낮은 등급을 가졌다. 버핑을 한 재소결된 절삭공구에 의한 피가공면이 가장 매끄러운 표면 다듬질 상태를 나타냈다. 재소결된 절삭공구에 의한 피가공면이 가장 거친 표면 다듬질 상태를 나타냈다.

테이블 Ⅵ 내지 Ⅷ에 있어서, 낮은 코발트 함량 (2.9 중량 %)의 기재를 갖는 절삭공구는 304스테인레스강의 절삭가공에서 현저한 공구수명을 가지는 것으로 나타났다. 특히, 적용예 EB46-AL(연삭된 저 코발트 함량 기재/3.5㎛ TiAlN PVD 코팅)은 손상없이 40.0+ 분의 공구수명을 가졌다. 적용예 EB56-AH(연삭된 저 코발트 함량 기재/10.5㎛ TiAlN PVD 코팅)은 손상없이 40.0+ 분의 공구수명을 가졌다. 적용예 EB66-A(연삭된 저 코발트 함량 기재/CVD-PVD 코팅)은 칩핑에 의한 손상이 있으며, 40.0+ 분의 공구수명을 가졌다. 적용예 CQ87-RB(재소결 및 버핑된 저 코발트 함량 기재/CVD-PVD 코팅)은 손상없이 40.0+ 분의 공구수명을 가졌다. 상기 코팅구조들중 어느 한가지의 코팅층을 갖는 낮은 코발트 함량의 WC 기재의 사용은 결과적으로 종래의 절삭공구 (KC730 및 코팅되지 않은 K11)들과 비교하여 뛰어난 공구수명을 갖는 것으로 나타났다.

본 명세서에서 언급한 코팅구조는 결합제가 농후한 외주면층을 제공하는 기재에 적용된다. 결합제가 농후한 기재에 사용할 때, 상기 코팅구조는 본 명세서에서 설명한 바와같이 낮은 코발트 기재들에 대하여 존재하는 것과 같은 장점과 효과를 가진다.

본 발명의 다른 구체예들은 본 명세서 내용 또는 여기에 개시된 발명의 실시로부터 본 기술분야의 숙련자들에게 자명할 것이다. 본 명세서와 실시예들은 단지 예시적인 것으로 발명의 사상과 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해 지시된다.

Claims

기재와, 상기 기재의 표면에 물리적으로 증착된 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 로크웰 A 만입 부착 하중 테스트에 의해 측정된 80kg 이상의 부착성을 갖는 코팅된 절삭공구.
제 1항에 있어서, 로크웰 A 만입 부착 하중 테스트에 의해 측정된 물리적으로 증착된 코팅의 부착성은 100kg 이상인 코팅된 절삭공구.
기재와, 레이크면 또는 플랭크면중에서 선택된 하나에 적어도 6㎛ 두께의 물리적으로 증착된 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 로크웰 A 만입 부착 하중 테스트에 의해 측정된 60kg 이상의 부착성을 갖는 코팅된 절삭공구.
레이크표면과 플랭크표면을 가지는 충분히 조밀화되고, 상기 레이크표면은 15 마이크로인치 Ra와 125 마이크로인치 Ra 사이의 표면 거칠기를 가지는 기재와, 절삭공구에 코팅된 레이크면과 코팅된 플랭크면이 형성되도록 물리적 증착에 의해 코팅된 외측면을 포함하는 상기 코팅된 절삭공구.
제 18항에 있어서, 상기 기재는 다결정질 다이아몬드인 코팅된 절삭공구.
제 18항에 있어서, 상기 기재는 다결정질 등방성 붕소 질화물인 코팅된 절삭공구.