KR101165123B1

KR101165123B1 - 날끝 교환형 절삭팁

Info

Publication number: KR101165123B1
Application number: KR1020077014667A
Authority: KR
Inventors: 나오야 오모리; 요시오 오카다; 미노루 이토; 스스무 오쿠노; 신야 이마무라
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2012-07-12
Also published as: EP1864731A4; KR20070114701A; IL184169A; US7874770B2; JPWO2006112221A1; EP1864731B1; EP1864731B2; EP1864731B8; US20090311056A1; JP4739200B2; EP1864731A1; IL184169A0; WO2006112221A1

Abstract

본 발명의 날끝 교환형 절삭팁(1)은 경사면(2)과, 시트면(5)을 적어도 포함하는 구조의 날끝 교환형 절삭팁(1)으로서, 이 날끝 교환형 절삭팁(1)은 기재와, 상기 기재 상에 형성된 피복층을 갖게 되며, 상기 피복층은 하나 이상의 층에 의해 구성되고, 상기 층 중 적어도 하나의 층은 상기 기재의 전체면을 피복하며, 또한 상기 경사면(2)에서의 잔류 응력을 F1, 상기 시트면(5)에서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에, F1<F2라는 관계를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

날끝 교환형 절삭팁{INDEXABLE INSERT}

본 발명은 절삭 공구에 착탈 가능하게 부착되어 피삭재의 절삭 가공에 이용되는 날끝 교환형 절삭팁(슬로 어웨이 팁)에 관한 것이다.

종래로부터, 절삭 공구에 착탈 가능하게 날끝 교환형 절삭팁을 부착하여, 각종의 피삭재를 절삭 가공하는 것이 행해져 왔다. 이러한 날끝 교환형 절삭팁은, 예컨대 도 1에 도시한 바와 같은 일반적인 구조를 갖고 있다. 즉, 이 종류의 날끝 교환형 절삭팁의 일반적인 구조를 나타낸 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 날끝 교환형 절삭팁(1)은 통상 상면, 측면 및 하면으로 구성되며, 상기 하면을 착탈 가능한 상태로 절삭 공구에 부착하는 경우가 많고, 이와 같이 절삭 공구에 착탈 가능한 상태로 부착되는 하면을 시트(seat)면(5)이라고 부르고 있다. 이에 대해, 시트면(5)을 하면으로 한 경우의 상면은 피삭재를 절삭할 때에 칩과 접촉하는 측에 위치하며, 경사면(2)이라 불린다. 또한, 측면은 피삭재 자체와 접촉하는 측에 위치하게 되며, 이것을 여유면(3)이라고 부른다. 그리고, 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 릿지에 해당되는 부분이 날끝 능선부(4)로 불리고, 절삭에 중심적으로 관여하는 부위가 된다. 이러한 날끝 교환형 절삭팁(1)은 도 2에 도시한 바와 같이 기재(10)의 표면을 피복층(11)으로 피복한 구성이 일반적이다. 그리고, 이 피복층에 대해, 각종 화합물을 이용하거나, 여러 가지의 응력을 부여하는 것이 시도되고 있다[일본 특허 공개 평 제06-079502호 공보(특허 문헌 1)].

그런데, 이러한 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구에 부착하는 경우, 상기 날끝 교환형 절삭팁이 깨어지거나 부서지거나 하는 파손의 문제가 발생하는 경우가 있다. 그 파손은 특히 상기 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구의 나사나 로케이터로 체결하는 경우에 발생하는 경우가 많다.

그러나, 이러한 날끝 교환형 절삭팁의 파손을 방지하는 유효한 수단은 아직 알려져 있지 않다. 예컨대, 날끝 교환형 절삭팁의 피복층에 사용하는 화합물의 종류를 변경하거나, 경사면과 여유면 사이에서 응력을 조정하는 것(특허 문헌 1)에 의해서는, 이러한 파손의 문제를 해결할 수 없다고 고려되고 있었다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평 제06-079502호 공보

본 발명은 전술한 바와 같은 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 절삭 공구에 부착될 때의 파손(깨어지거나 부서지거나 하는 것, 이하 단순히 파손이라 함)을 저감한 날끝 교환형 절삭팁을 제공하는 것이다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 바, 날끝 교환형 절삭팁의 경사면과 시트면의 응력을 조정함으로써 절삭 공구에 부착할 때의 파손의 문제를 유효하게 저감할 수 있지 않을까 하는 지견을 얻어, 이 지견에 기초하여 검토를 더욱 거듭함으로써 드디어 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 경사면과, 시트면을 적어도 포함하는 구조의 날끝 교환형 절삭팁으로서, 이 날끝 교환형 절삭팁은 기재와, 상기 기재 상에 형성된 피복층을 갖게 되며, 상기 피복층은 하나 이상의 층에 의해 구성되고, 상기 층 중 적어도 하나의 층은 상기 기재의 전체면을 피복하며, 또한 상기 경사면에서의 잔류 응력을 F1, 상기 시트면에서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에, F1<F2라는 관계를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 F1은 F1<0인 것이 바람직하며, 상기 피복층은 원소 주기율표의 IVa족 원소(Ti, Zr, Hf 등), Va족 원소(V, Nb, Ta 등), VIa족 원소(Cr, Mo, W 등), Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로 구성되는 화합물에 의해 형성되는 하나 이상의 층에 의해 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 화합물은 산화알루미늄인 것이 바람직하며, 상기 피복층은 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피복층은 화학적 증착법에 의해 형성될 수 있으며, 아크식 이온 플레이팅법 또는 마그네트론 스퍼터링법에 의해 형성될 수도 있다.

또한, 상기 기재는 초경합금, 서밋, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 날끝 교환형 절삭팁은 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 메탈톱 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 크랭크 축의 핀밀링 가공용, 프라이스 가공용 또는 선삭 가공용으로 할 수 있고, 포지티브형 팁으로 할 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 전술한 바와 같은 구성을 채용함으로써, 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구에 부착할 때의 파손을 저감하는 것에 성공한 것이다.

도 1은 날끝 교환형 절삭팁의 일반적인 구조를 나타낸 개략 사시도.

도 2는 도 1의 II-II선 개략 단면도.

도 3은 잔류 응력을 개념적으로 나타낸 도면.

도 4는 잔류 응력을 개념적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 날끝 교환형 절삭팁

2 : 경사면

3 : 여유면

4 : 날끝 능선부

5 : 시트면

10 : 기재

11 : 피복층

이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시형태의 설명에서는, 도면을 이용하여 설명하고 있지만, 본원의 도면에 있어서 동일한 참조 부호를 붙인 것은 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내고 있다. 또한, 각 도면은 어디까지나 설명용의 모식적인 것으로, 피복층의 적층 구조, 피복층의 두께와 기재의 크기비, 코너 반경(corner radius)(R)의 크기비 등은 실제의 것과는 상이하다. 또한, 본원에서 이용하는 경사면, 여유면, 날끝 능선부 및 시트면 등의 표현은 날끝 교환형 절삭팁의 최외측 표면부에 위치하는 부분이나 면뿐만 아니라, 기재의 표면부나 피복층의 각 층의 표면부, 혹은 각 층의 층내부 등에 위치하는 상당 부분도 포함하는 개념이다.

<날끝 교환형 절삭팁>

본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 각종의 절삭 공구에 착탈 가능하게 부착되며, 각종의 피삭재의 절삭 가공에 이용되는 것이다. 이러한 날끝 교환형 절삭팁은 이 종류의 날끝 교환형 절삭팁으로서 알려진 일반적인 구조를 구비하고 있으며, 예컨대 그와 같은 일반적인 구조를 모식적으로 나타낸 도 1에 도시된 바와 같이, 경사면(2)과, 시트면(5)을 적어도 포함하는 구조로 되어 있다. 경사면(2)은 여유면(3)과 함께 날끝 능선부(4)를 사이에 두고, 이 날끝 능선부(4)를 통해 경사면(2)과 여유면(3)이 연결되어 있다. 시트면(5)은 경사면(2)을 상면으로 한 경우에 하면에 해당하는 위치에 배치되는 것으로, 절삭 공구에 부착되는 부위가 된다.

이러한 날끝 교환형 절삭팁은 도 1의 II-II선 개략 단면도인 도 2에 도시한 바와 같이, 기재(10)와 이 기재 상에 형성된 피복층(11)을 갖게 되는 것이다. 이와 같이 피복층(11)을 형성함으로써, 인성이나 내마모성 등의 특성이 향상하여 날끝 교환형 절삭팁의 내구성(수명)을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 피복층에 대한 상세한 것은 후술한다. 도 2에서는, 피복층(11)이 한 층만 존재하며, 기재(10)의 전체면을 피복하도록 나타내고 있지만, 이것은 어디까지나 모식적인 것으로, 피복층의 형태가 이러한 형태로 한정되는 것을 나타내는 것이 아니다.

이러한 날끝 교환형 절삭팁은, 예컨대 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 메탈톱 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 크랭크 축의 핀밀링 가공용, 프라이스 가공용 또는 선삭 가공용의 용도에 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 포지티브형 팁(경사면과 여유면이 예각을 이루며 교차하는 것)인 것이 바람직하다. 포지티브형 팁은 상하면 중 어느 한쪽만을 사용하는 구성으로 이루어지므로 대체로 시트면의 면적이 넓게 되며, 본 발명의 효과가 발휘되기 쉬워지기 때문이다. 그러나, 단면 네거티브형 팁(경사면과 여유면이 90°이상의 각을 이루며 교차하는 것)이나 접선 팁도 포함된다. 또한, 이러한 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 칩 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 또한, 날끝 능선부는 그 형상이 샤프 엣지(sharp edge)(경사면과 여유면이 교차하는 릿지), 호우닝(honing)(샤프 엣지에 대해 코너 반경을 부여한 것), 네가티브 랜드(negative land)(모따기를 한 것), 호우닝과 네가티브 랜드를 조합한 것 중 어느 하나도 포함된다.

또한, 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구에 부착하는 고정 구멍으로서 사용되는 관통 구멍이, 경사면과 시트면을 관통하도록 형성되어 있더라도 좋다. 필요에 따라, 이 고정 구멍 외에 또는 그 대신에, 별도의 고정 수단을 설치할 수도 있다.

<기재>

본 발명의 날끝 교환형 절삭팁의 기재로서는, 이러한 날끝 교환형 절삭팁의 기재로서 알려진 종래 공지의 것을 특별히 한정 없이 사용할 수 있다. 예컨대, 초경합금(예컨대, WC 기초 경합금 등, WC 외, Co를 포함하며, 혹은 또한 Ti, Ta, Nb 등의 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 첨가한 것도 포함함), 서밋(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 및 이들의 혼합체 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 등을 이러한 기재의 예로서 들 수 있다. 이러한 기재로서 초경합금을 사용하는 경우, 그와 같은 초경합금은 조직 중에 유리탄소나 ε상이라고 불리는 이상상(異常相)을 포함하고 있더라도 본 발명의 효과는 나타난다.

또한, 이들의 기재는 그 표면이 개질된 것이더라도 지장이 없다. 예컨대, 초경합금의 경우는 그 표면에 탈 β층이 형성되어 있거나, 서밋의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있더라도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되어 있더라도 본 발명의 효과는 나타난다.

<피복층의 잔류 응력>

본 발명의 날끝 교환형 절삭팁의 피복층은 하나 이상의 층에 의해 구성되는 것으로, 그 층 중 적어도 하나의 층은 상기 기재의 전체면을 피복하며, 또한 경사면에서의 잔류 응력을 F1, 시트면에서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에, F1<F2라는 관계를 갖는 것을 특징으로 한다. 그리고, 이 F1은 F1<0인 것이 바람직하다.

여기서, 잔류 응력이란, 상기 층에 존재하는 내부 응력으로서, 고유 변형의 일종을 말한다. 이 잔류 응력에 대해, 특히 「-」(마이너스)의 수치(단위: 본 발명에서는「GPa」를 사용함)로 나타내는 응력을 압축 잔류 응력이라고 하며, 「+」(플러스)의 수치(단위: 본 발명에서는「GPa」를 사용함)로 나타내는 응력을 인장 잔류 응력이라고 한다.

또한, F1<F2라는 관계는 F1의 수치가 F2의 수치보다도 작아지는 것을 나타내고 있으며, 예컨대 잔류 응력의 「+」와 「-」를 개념적으로 나타낸 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 압축 잔류 응력을 좌측(마이너스측)에 배치하며, 인장 잔류 응력을 우측(플러스측)에 배치한 수직선에 있어서, F1이 항상 F2의 좌측에 위치하는 것과 같은 관계를 만족시키는 것이다. 따라서, 일반적으로 잔류 응력의 대소를 그 절대치의 대소로만 표현하는 것과 같은 표현 형식과는 상이한 개념으로 규정되는 것이다. 또한, 상기 도 3 및 도 4에는, 「0」이라는 표기가 되어 있으나, 본래 0(GPa)이란 압축 잔류 응력도 인장 잔류 응력도 갖지 않는 상태이지만, 본 발명에 있어서는 이 0(GPa)의 상태이더라도 편의적으로 잔류 응력을 갖는 것으로 해석하여, 상기 F1, F2에는 0(GPa)이 포함되는 것으로 한다.

이와 같이, 피복층을 구성하는 적어도 하나의 층으로서, 기재의 전체면을 피복하는 층에 있어서, 경사면에서의 잔류 응력 F1을 시트면에서의 잔류 응력 F2보다도 작게 설정(즉, F1<F2)함으로써, 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구에 부착할 때의 파손을 매우 유효하게 저감하는 것이 가능해진다. 이러한 우수한 효과는 이용하는 기재의 종류에 관계없이 발휘되는 것으로, 종래의 상식을 크게 뒤집는 효과이다. 이와 같이 우수한 효과를 얻을 수 있는 것은, 아마 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구에 부착했을 때에, 경사면과 시트면의 응력 밸런스가 매우 양호하게 유지되는 것, 즉, 경사면과 시트면이 동일한 정도의 응력을 갖게 되기 때문이라고 생각된다. 이 점, 이러한 F1은 또한 F1<0인 것, 즉 압축 잔류 응력인 것이 특히 바람직하다. 그러나, 이 경우에도 F1은 -8 GPa 미만이 되지 않도록 조정하는 것이 적합하다. 잔류 응력이 -8 GPa 미만이 되면 상기 층 자체가 자기 파괴되는 경우가 있기 때문이다.

또한, 이러한 F1<F2라는 관계를 부여하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 피복층이 후술하는 바와 같은 CVD법에 의해 기재를 피복하도록 형성되는 경우에는, 그와 같은 피복층은 일반적으로 인장 잔류 응력을 갖는 것이 되므로, 그 형성 후에 있어서 그 피복층의 경사면에 대해 블러스트 처리, 쇼트 피닝 처리, 배럴 처리, 브러시 처리, 이온 주입 처리 등의 공지의 처리 방법을 실시함으로써 F1로서 압축 잔류 응력을 부여할 수 있고, 그 결과로서 F1<F2라는 관계를 부여할 수 있다. 이 경우, 피복층이 2 이상의 층으로 형성되는 경우에는 모든 층이 형성된 후에 피복층의 표면의 경사면에 대해 상기와 같은 처리 방법을 실시함으로써 그 피복층 중 어느 하나 이상의 층에 대해 압축 잔류 응력을 부여할 수 있다. 또한 혹은, 2 이상의 층 중 어느 하나의 층이 일단 형성된 후에 그 층에 대해 상기와 같은 처리 방법을 그 경사면에 실시한 후, 재차 그 층의 위에 다른 층을 형성시킴으로써, 그 처리 방법을 실시한 층에 압축 잔류 응력을 부여할 수 있다. 또한, 상기에 있어서는, F1로서 압축 잔류 응력을 부여하는 형태를 중심으로 하여 기술했지만, 상기 처리 방법의 조건을 조정함으로써, 시트면의 F2보다도 작아지는 인장 잔류 응력을 F1에 부여하도록 하여도 좋다. 한편, 상기 처리 방법을 경사면과 함께 시트면에 대해서도 행함(다만, 그 정도는 경사면에 대해 행하는 것보다 약하게 한다)으로써, 시트면의 F2가 압축 잔류 응력을 갖고 있더라도 좋다.

한편, 피복층이 후술하는 바와 같은 PVD법에 의해 형성되는 경우에는, 그 형성 시에 있어서 타겟에 대한 기재의 방향을 조정함으로써, F1<F2라는 관계를 해당 층에 부여할 수 있다. 그러나, 이러한 조정법 이외에도, 예컨대 피복층을 CVD법에 의해 형성하는 경우의 처리 방법과 동일한 처리 방법을 경사면 등에 실시함으로써 F1<F2라는 관계를 부여할 수도 있다.

또한, 상기 잔류 응력은 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin²φ법에 의해 측정할 수 있다. 그리고 이러한 잔류 응력은 피복층 중의 해당 층의 해당 부위(즉, 경사면 및 시트면의 각각)에 포함되는 임의의 점 10점(이들 각 점은 해당 부위의 응력을 대표할 수 있도록 서로 0.5 ㎜ 이상의 거리를 두고 선택하는 것이 바람직함)의 응력을 상기 sin²φ법에 의해 측정하여 그 평균치를 구함으로써 측정할 수 있다.

이러한 X선을 이용한 sin²φ법은 다결정 재료의 잔류 응력의 측정 방법으로서 널리 이용되는 것이며, 예컨대「X선 응력 측정법」(일본 재료 학회, 1981년 주식회사 양현당 발행)의 54～67페이지에 상세하게 설명되어 있는 방법을 이용하면 좋다.

또한, 상기 잔류 응력은 라만 분광법을 이용한 방법을 이용함으로써 측정하는 것도 가능하다. 이러한 라만 분광법은 좁은 범위, 예컨대 스폿 직경 1 ㎛라는 국소적인 측정을 할 수 있다고 하는 메리트를 갖고 있다. 이러한 라만 분광법을 이용한 잔류 응력의 측정은 일반적인 것이지만, 예컨대「박막의 역학적 특성 평가 기술」[사이펙(현재 리얼라이즈 이공 센터로 사명 변경), 1992년 발행]의 264～271페이지에 기재한 방법을 채용할 수 있다.

<피복층의 구성>

본 발명의 피복층은 상기한 바와 같이 하나 이상의 층에 의해 구성되는 것이다. 그리고, 이들 층 중 적어도 하나의 층이 상기한 바와 같이 경사면에서의 잔류 응력을 F1, 시트면에 있어서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에, F1<F2라는 관계를 갖는 것을 특징으로 하고 있다(이하, 편의적으로 이러한 특징을 갖는 층을「본원 특징층」이라고 기재하는 경우도 있음).

이러한 본원 특징층은 기재의 전체면을 피복하는 것이지만, 반드시 기재의 바로 위에(기재와 직접 접하도록) 배치될 필요는 없고, 본원 특징층과 기재 사이에 다른 층이 형성되어 있더라도 좋다. 또한, 본원 특징층은 2층 이상 형성시킬 수도 있지만, 피복층이 한층으로만 구성되는 경우는 그 층이 본원 특징층이 된다. 또한, 본원 특징층은 피복층의 최외층을 구성하는 것이라도 좋지만, 본원 특징층 위에 다른 층을 더 설치할 수도 있다. 또한, 피복층을 구성하는 본원 특징층 이외의 층은 반드시 기재의 전체면을 피복할 필요는 없고, 그 일부만을 피복하는 것이라도 지장이 없다. 또한, 본원 특징층이 기재의 일부, 예컨대 전술한 바와 같은 관통 구멍이나, 기재의 제조 조건에 의해 생기는 홈부나 오목부 등에 있어서 기재를 피복하지 않는 부분이 포함되어 있더라도, 본원에서는 기재의 전체면을 피복하고 있는 것으로 간주한다.

이러한 본원 특징층을 포함하는 본 발명의 피복층은 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소, 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로 구성되는 화합물에 의해 형성되는 하나 이상의 층에 의해 구성할 수 있다.

이러한 피복층을 구성하는 적합한 화합물로서는, 예컨대 TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiB₂, TiBN, TiBNO, TiCBN, ZrC, ZrO₂, HfC, HfN, TiAlN, CrAlN, CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, Al₂O₃, ZrCN, ZrCNO, AlN, AlCN, ZrN, TiAlC 등을 들 수 있다. 이들의 화합물 중에서도, 특히 산화알루미늄(Al₂O₃)을 선택하여, 산화알루미늄으로 이루어지는 층 또는 산화알루미늄을 주성분으로 하는 층을 피복층 중 적어도 하나의 층으로 하는 것이 바람직하다. 우수한 내마모성을 나타내며, 고강도를 갖는 피복층을 제공할 수 있기 때문이다. 또한, 이 산화알루미늄은 결정 구조를 특히 한정하는 것이 아니고, 예컨대α-Al₂O₃, γ-Al₂O₃, κ-Al₂O₃이 포함된다.

그리고, 이러한 피복층을 구성하는 화합물 중에서도 특히 상기 본원 특징층을 구성하는 적합한 화합물로서는, 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)을 비롯하여, TiCN, TiN, TiBN, TiCNO, AlN, ZrCN, ZrN, ZrC, Zr 함유 Al₂O₃, ZrO₂ 등을 들 수 있다. 내마모성, 내용착성, 내산화성의 견지에서, 공구용 피막으로서 바람직하기 때문이다.

이러한 피복층은 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께(2 이상의 층으로 형성되는 경우에는 그 전체의 두께)를 갖는 것이 바람직하다. 그 두께가 0.05 ㎛ 미만인 경우, 상기와 같은 여러 가지 특성이 충분히 나타나지 않는 경우가 있고, 30 ㎛을 넘어도 효과에는 큰 차이가 없으며 경제적으로 불리해진다. 이러한 피복층의 두께는 더욱 바람직하게는 그 상한이 20 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 15 ㎛ 이하, 그 하한이 0.1 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이다.

이러한 피복층은 기재 상에 직접 형성할 수 있으며, 그 형성 방법(성막 방법)은 종래 공지의 화학적 증착법(CVD법), 물리적 증착법(PVD법, 스퍼터링법을 포함함) 등 어떠한 방법을 채용하여도 지장이 없고, 그 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 특히, 화학적 증착법으로 형성하는 경우에는 MT-CVD(medium temperature CVD)법에 의해 형성하는 것이 바람직하며, 특히 그 방법에 의해 형성한 내마모성에 우수한 TiCN(탄질화티탄)층을 구비하는 것이 최적이다. 종래의 CVD법은 약 1020～1030℃로 성막을 행하는 데 비해, MT-CVD법은 약 850～950℃라는 비교적 저온에서 행할 수 있으므로, 성막 시에 가열에 의한 기재의 손상을 저감할 수 있기 때문이다. 따라서, MT-CVD법에 의해 형성한 층은 기재에 근접시켜 구비하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 성막 시에 사용하는 가스는 니트릴계의 가스, 특히 아세트니트릴(CH₃CN)을 이용하면 양산성이 우수하고 바람직하다. 또한, 상기와 같은 MT-CVD법에 의해 형성되는 층과, HT-CVD(high temperature CVD, 상기에서 말하는 종래의 CVD)법에 의해 형성되는 층을 적층시킨 복층 구조로 함으로써, 이들 피복층의 층간 밀착력이 향상하는 경우가 있어, 바람직한 경우가 있다.

또한, 본 발명의 피복층을 물리적 증착법으로 형성하는 경우에는, 아크식 이온 플레이팅법 또는 마그네트론 스퍼터링법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 기재와 피복층의 밀착성이 우수하기 때문이다.

이러한 본 발명의 피복층은 기층과, 상기 기층 상에 형성된 사용 상태 표시층을 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 기층이란, 주로 날끝 교환형 절삭팁의 내마모성이나 인성 등의 여러 가지 특성을 향상시키는 작용을 담당하는 것이며, 또한 상기 본원 특징층을 적어도 그 한층으로서 포함하는 것이다. 이에 대해, 사용 상태 표시층이란, 주로 날끝 능선부의 사용/미사용을 식별하는 작용을 담당하는 것이다. 또한, 사용 상태 표시층은 인접하는 날끝 능선부가 사용되면, 용이하게 변색되는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 변색은 사용 상태 표시층 자체가 변색되는 것이라도 좋고, 사용 상태 표시층이 박리하는 것에 의해 그 하지의 기층이 노출함으로써 마치 변색한 것 같은 외관을 부여하는 것이라도 좋다. 이 때문에, 사용 상태 표시층은 기층에 비해 내마모성이 뒤떨어지는 것이 바람직하며, 기층과 사용 상태 표시층은 서로 다른 색을 나타내고, 큰 색콘트라스트를 갖고 있는 것이 바람직하다.

이러한 기층의 구체예로는 상기에 있어서 피복층으로서 설명한 것이 그대로 해당된다. 한편, 사용 상태 표시층의 구체예로는 이러한 기층과 동일한 것을 들 수있는 것 외에, 이하와 같은 것도 예를 들 수 있다.

즉, 사용 상태 표시층으로는 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al, Si, Cu, Pt, Au, Ag, Pd, Fe, Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속(원소) 또는 그 금속을 포함하는 합금에 의해 형성되는 하나 이상의 층을 예로 들 수 있다.

예컨대, 기층의 최외층이 Al₂O₃층으로 거의 흑색의 외관을 나타내는 것과 같은 경우에는, 사용 상태 표시층으로서 TiN 층(금색)이나 Cr 층(은색)을 채용함으로써 비교적 큰 색콘트라스트를 얻을 수 있다.

이러한 사용 상태 표시층은 기층보다도 얇게 형성하는 것이 적합하며, 바람직한 두께(사용 상태 표시층이 2층 이상으로 형성되는 경우는 전체의 두께)는 0.05 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. 0.05 ㎛ 미만에서는, 소정 부위에 균일하게 피복하는 것이 공업적으로 곤란하며, 이 때문에 그 외관에 색 얼룩이 발생하여 외관을 해치는 경우가 있다. 또한, 2 ㎛을 넘어도 사용 상태 표시층으로서의 기능에는 큰 차이가 없고 도리어 경제적으로 불리해진다.

이러한 사용 상태 표시층은 경사면 상에 있어, 절삭에 관여하는 부위를 제외한 부위의 전체면 또는 부분의 상기 기층 상에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 사용 상태 표시층은 여유면 상의 전체면 또는 부분의 상기 기층 상에 형성된 것으로 하는 것도 바람직하다. 사용 상태 표시층을 이러한 부위에 형성함으로써, 사용 상태 표시층과 피삭재가 용착하여, 절삭 후의 피삭재의 외관을 해친다고 하는 단점을 수반하지 않고 날끝 능선부의 사용/미사용을 용이하게 식별할 수 있다. 여기서, 경사면 상에 있어서 절삭에 관여하는 부위를 제외한 부위란, 날끝 능선부로부터 경사면의 방향으로 적어도 0.01 ㎜의 폭을 가지고 넓어진 영역을 제외하는 경사면 상의 영역을 말한다. 이 폭은 일반적으로는 0.05 ㎜ 이상, 보다 일반적으로는 0.1 ㎜ 이상의 폭이 되는 것이 많다.

<실시예>

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

우선, 87.8 질량％의 WC, 1.7 질량％의 TaC 및 10.5 질량％의 Co로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하며, 계속하여 진공 분위기 속에서 1400℃, 1시간의 조건으로 소결을 행하고, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선부에 대해 SiC 브러시 호우닝 처리에 의해 날끝처리[경사면과 여유면의 교차부에 대해 반경이 약0.05 ㎜인 코너 반경(R)을 부여한 것]를 함으로써, 절삭팁 SEMT13T3AGSN-G[스미토모 덴꼬오 하드메탈(주)제]의 형상과 동일한 형상의 초경합금제의 날끝 교환형 절삭팁의 기재를 얻었다. 이 날끝 교환형 절삭팁은 하나의 경사면과 하나의 시트면을 포함하는 구조를 갖고 있었다.

계속해서, 이 기재를 복수 준비하여 이하의 표 1에 나타낸 피복층(No.1～No.8)을 각각 별개의 기재 상의 전체면에 형성했다. 하기 표 1에 있어서, 피복층은 좌측의 것으로부터 순서대로 기재의 표면 상에 적층시켰다. 또한 피복층 No.1～5는 공지의 CVD법에 의해 형성하며, 피복층 No.6～8은 공지의 아크식 이온 플레이팅법에 의해 형성했다. 또한, 표 1 중, MT-CVD의 표시가 있는 것은 MT-CVD 법(성막 온도 900℃)에 의해 형성하며, HT-CVD의 표시가 있는 것은 HT-CVD 법(성막 온도 1000℃)에 의해 형성했다.

계속해서, 이하와 같은 처리 방법을 실시함으로써, 기재의 전체면을 피복하는 피복층 중 적어도 하나의 층에 있어서, 경사면에서의 잔류 응력을 F1, 시트면에서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에 F1<F2라는 관계를 갖는 이하의 표 2에 기재한 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁(No.1～No.15)과 비교예의 날끝 교환형 절삭팁(No.16～No.19)을 얻었다. 또한, 표 2에 있어서는, 「층」이라고 하는 란에 기재된 층에 있어서, 상기 sin²φ법에 의해 잔류 응력을 측정하여 F1 및 F2를 구했다.

이하의 표 2에 나타낸 날끝 교환형 절삭팁 No.1～No.8은 시트면 이외에 블러스트 처리(조건: 평균 입자 지름 100 ㎛의 알루미나샌드 사용, 토출압 0.3 MPa, 건식)를 실시함으로써 F1<F2라는 관계를 부여한 것이다.

이하의 표 2에 나타낸 날끝 교환형 절삭팁 No.9～No.11은 최외측 표면층인 TiN 층이 시트면 이외로부터 제거되도록 시트면 이외에 대해 블러스트 처리(조건: 평균 입자 지름 100 ㎛의 알루미나샌드 사용, 토출압 0.3 MPa, 건식)를 실시함으로써 F1<F2라는 관계를 부여한 것이다.

이하의 표 2에 나타낸 날끝 교환형 절삭팁 No.12～No.13은 상기 날끝 교환형 절삭팁 No.1과는 상이한 조건의 블러스트 처리(No.12의 조건: 평균 입자 지름 100 ㎛의 알루미나샌드 사용, 토출압 0.5 MPa, 건식; No.13의 조건: 평균 입자 지름 50 ㎛의 알루미나샌드 사용, 토출압 0.2 MPa, 습식)를 실시함으로써 F1<F2라는 관계를 부여한 것이다.

이하의 표 2에 나타낸 날끝 교환형 절삭팁 No.14～No.15는 상기 날끝 교환형 절삭팁 No.1의 블러스트 처리 대신에, 다이아몬드 브러시에 의한 처리(No.14의 조건: #800 브러시선 직경 φ 0.25 ㎜; No.15의 조건: #400 브러시선 직경 φ 0.5 ㎜)를 실시함으로써 F1<F2라는 관계를 부여한 것이다.

또한, 표 2에 나타낸 비교예의 날끝 교환형 절삭팁 No.16～No.18은 날끝 교환형 절삭팁 No.1～No.3에 대해 블러스트 처리를 행하지 않은 것이며, F1<F2라는 관계를 갖지 않는 것이다. 또한, 비교예의 날끝 교환형 절삭팁 No.19는 날끝 교환형 절삭팁 No.7에 대해 전체면에 블러스트 처리(날끝 교환형 절삭팁 No.7과 동일한 조건)를 실시한 것이며, F1<F2라는 관계를 갖지 않는 것이다.

그리고, 이들의 날끝 교환형 절삭팁 No.1～No.19를 이용하여, 이하의 파손 시험을 실시했다. 즉, 이들의 날끝 교환형 절삭팁 No.1～No.19의 각각을 절삭 공구인 커터[WGC4100R, 스미토모 덴꼬오 하드메탈(주)제]에 부착하는 조작과 제거하는 조작을 2000회 실시(즉, 각 날끝 교환형 절삭팁 2000개에 대해 실시)함으로써, 이에 따라 파손한 날끝 교환형 절삭팁의 파손 갯수를 측정했다. 이 시험은 파손한 갯수가 많아질수록, 날끝 교환형 절삭팁을 절삭 공구에 부착할 때에 파손하는 확률이 커지는 것을 나타내고 있다. 그 결과를 이하의 표 2에 나타낸다.

표 2에 의해 명확해진 바와 같이, F1<F2라는 관계를 갖는 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 F1<F2라는 관계를 갖지 않는 비교예의 날끝 교환형 절삭팁에 비해, 절삭 공구에 부착할 때에 발생하는 파손의 확률이 명백하게 저감되어 있었다. 이 결과는 날끝 교환형 절삭팁에서 피복층 중 적어도 하나의 층이 기재의 전체면을 피복하며, 또한 경사면에서의 잔류 응력을 F1, 시트면에서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에, F1<F2라는 관계를 가짐으로써, 절삭 공구에 부착할 때의 파손을 효과적으로 저감할 수 있는 것을 나타내고 있다.

또한, 상기에서 행한 파손 시험을 하기의 조건(단, 기재 조성, 피복층 조성 및 F1, F2의 처리 방법은 동일하게 함)에서도 실시한 바, 동일한 결과를 얻을 수 있는 것을 확인했다. 즉, 상기에서 이용한 날끝 교환형 절삭팁의 형상과 절삭 공구(커터)의 형식 번호를 각각 날끝 교환형 절삭팁의 형상[SDKN42MT(스미토모 덴꼬오 하드메탈(주)제)] 및 커터[형식 번호 FPG4100R(스미토모 덴꼬오 하드메탈(주)제)]로 대체한 것 및 날끝 교환형 절삭팁의 형상[CNMM190612N-MP(스미토모 덴꼬오 하드메탈(주)제)] 및 바이트[형식 번호 PCBNR4040-64(스미토모 덴꼬오 하드메탈(주)제)]로 대체한 것에 있어서도 동일한 결과(본 발명의 날끝 교환형 절삭팁에 비해, 비교예의 날끝 교환형 절삭팁은 2～5배의 것이 파손)를 얻을 수 있었다.

또한, 상기 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁 No.1에 있어서, 피복층의 최외층(즉, TiN 층)을 사용 상태 표시층으로 하며, 이 사용 상태 표시층의 형성 형태를 (1)경사면에만 형성한다, (2)여유면에만 형성한다, (3)날끝 능선부의 근방부 이외에 형성한다, 라는 다른 세가지 형태를 형성하도록 각각 날끝 교환형 절삭팁의 필요 개소를 마스크함으로써 No.1과 동일한 조건으로 블러스트 처리를 실시했다. 그리고, 이들 세가지 형태의 날끝 교환형 절삭팁(세가지 형태 모두 F1, F2는 날끝 교환형 절삭팁 No.1과 거의 동일한 수치를 나타냄) 각각에 대해 상기에서 행한 파손 시험과 동일한 시험을 행한 바, 상기와 동일하게 우수한 효과가 나타나고, 날끝 능선부의 사용/미사용을 매우 용이하게 식별할 수 있었다.

또한, 상기의 실시예에서는 절삭 공구로서 커터를 이용하여, 날끝 교환형 절삭팁의 형상으로서 포지티브형 팁을 채용했지만, 선삭 가공용의 네거티브형 팁이나 포지티브형 팁에서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해 설명을 행했지만, 전술의 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로써 제한적인 것이 아니라고 생각해야 한다. 본 발명의 범위는 상기의 설명이 아닌 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims

경사면(2)과, 시트면(5)을 적어도 포함하는 구조의 날끝 교환형 절삭팁(1)으로서,

상기 날끝 교환형 절삭팁(1)은 기재(10)와, 상기 기재(10) 상에 형성된 피복층(11)을 가지며,

상기 피복층(11)은 하나 이상의 층에 의해 구성되고,

상기 층 중 적어도 하나의 층은 상기 기재(10)의 전체면을 피복하며, 또한 상기 경사면(2)에서의 잔류 응력을 F1, 상기 시트면(5)에서의 잔류 응력을 F2로 한 경우에,

F1<F2라는 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 F1은 F1<0인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 피복층(11)은 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소로 구성되는 화합물에 의해 형성되는 하나 이상의 층에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제3항에 있어서, 상기 화합물은 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 피복층(11)은 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 피복층(11)은 화학적 증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 피복층(11)은 아크식 이온 플레이팅법 또는 마그네트론 스퍼터링법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 기재(10)는 초경합금, 서밋, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭팁(1)은 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 메탈톱 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 크랭크 축의 핀밀링 가공용, 프라이스 가공용 또는 선삭 가공용인 것을 특징으로 하는 날끝 교 환형 절삭팁(1).
제1항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭팁(1)은 포지티브형 팁인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1).