KR101326325B1

KR101326325B1 - 절삭 공구 밀링 인서트, 절삭 공구 밀링 인서트의 제조 방법 및 인서트를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR101326325B1
Application number: KR1020060128946A
Authority: KR
Inventors: 리카르드 순드스트룀; 수산네 노르그랜; 마리에 페테르손; 레이프 오케손; 비에른 리웅베리
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2013-11-11
Also published as: EP1798309A2; SE529856C2; CN1982052A; WO2007069973A1; US8043729B2; JP2007160504A; IL180060A0; IL180060A; JP2009519139A; EP1798309B1; EP1798309A3; CN1982052B; EP1963544A4; SE0502777L; EP1963544A1; IL188008A0; KR20080083619A; US20090214306A1; KR20070064412A; CN101218371A

Abstract

본 발명은 특히, 진동, 긴 과잉, 칩 해머링 또는 칩 재절삭과 같은 가혹한 조건 하에서, 비가공 표면 구역이 있거나 없는 경우에도, 저합금강, 중합금강, 스테인리스가의 건식, 습식 기계가공, 바람직하게는 밀링용으로 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 W 및 Cr이 합금화된 Co 바인더 상을 갖는 WC-Co, 그리고 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층과 적어도 레이크면에서 매끄러운 α-Al₂O₃ 의 상부층을 포함하는 코팅을 특징으로 한다.

Description

절삭 공구 밀링 인서트, 절삭 공구 밀링 인서트의 제조 방법 및 인서트를 사용하는 방법{A CUTTING TOOL MILLING INSERT, METHOD OF MAKING A CUTTING TOOL MILLING INSERT AND METHOD OF USING AN INSERT}

도 1 및 도 2 는 알루미나층의 상부의 6000X SEM 사진을 나타내는 것으로, 도 1 은 블라스팅 전, 도 2 는 블라스팅 후를 나타낸다.

본 발명은 불안정한 조건 하에서, 주조 표면, 단조 표면, 열간 또는 냉간 압연 표면 또는 예비 기계가공 표면을 갖는 저합금강, 중합금강, 및 스테인리스강의 인성 요구 습식 및 건식 기계가공, 바람직하게는 밀링을 위해 특히 유용한 코팅된 초경합금 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.

저합금강, 중합금강 및 스테인리스강을 초경합금 공구로 기계가공할 때, 절삭날에는 화학적 마모, 절삭 마모, 응착 마모와 같은 다른 메카니즘, 그리고 절삭 날에 따라 형성되는 크랙 (병합 크랙 (comb crack))에 의해 유발되는 날 칩핑에 따라 마모가 가해진다. 가혹한 절삭 조건 하에서, 벌크 및 날선의 파손은 흔히 발생한다.

다른 작업 재료 및 절삭 조건은 절삭 인서트의 다른 특성을 요구한다. 예컨대, 비가공 표면 영역을 갖는, 또는 다른 어려운 조건 하의 강 성분을 절삭하 는 경우, 코팅된 초경합금 인서트는 인성의 탄화물 기재를 기본으로 하고, 우수한 응착성을 갖는 코팅을 가져야 한다. 저합금강 및 스테인리스강을 기계가공하는 경우에는, 응착 마모가 일반적으로 유력한 마모 유형이다. 여기서는, 일반적으로 얇은 (1 ~ 3 ㎛) CVD 또는 PVD 코팅이 사용된다.

방법은 특정 마모 유형에 대해 개선되거나 최상인 절삭 성능을 가질 수 있다. 그러나, 상당히 빈번하게 이러한 방법은 다른 마모 특성에는 부적절한 영향을 미친다.

일부 가능한 방법의 영향은 다음과 같다.

1) 병합 크랙 형성은 바인더 상 함유를 저하시킴으로서 줄어들 수 있다. 그러나, 낮은 바인더 함유는 요구되는 바와 거리가 먼, 절삭 인서트의 인성 특성을 저하시킨다.

2) 개선된 절삭 마모는 코팅 두께를 증가시킴으로서 얻어질 수 있다. 그러나, 두꺼운 코팅은 플래이킹 (flaking) 위험을 증가시키고, 또한 응착 마모에 대한 저항성을 저하시킨다.

3) 높은 절삭 속도 및 절삭 날에 높은 온도를 유발하는 다른 조건에서, 기계가공은 많은 양의 입방의 탄화물 (WC-TiC-TaC-NbC 의 고용체) 을 갖는 초경합금을 필요로 하지만, 이러한 탄화물은 병합 크랙 형성을 촉진시킨다.

4) 개선된 인성은 코발트 바인더 함유를 증가시킴으로서 얻어질 수 있다. 그러나, 높은 코발트 함유는 소성 변형에 대한 저항성을 저하시킨다.

지금까지, 모든 공구 특성을 동시에 개선하는 것은 아주 어려웠다. 따라 서, 상용 초경합금 등급은 상기 마모 유형 중 하나 또는 어느 정도에 따라 최적화될 수 있으므로, 특정 절삭 용도 영역에서 최적화되어왔다.

US 6,062,776 은 습식 또는 건식 조건에서 비가공 표면 영역이 있거나 없는 경우, 저합금강 및 중합금강을 밀링하기 위해 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 낮은 함량의 입방의 탄화물과 높은 W 합금 바인더 상을 갖는 WC-Co 초경합금, 그리고 주상 입자을 갖는 최내부의 TiC_xN_yO_z 층, TiN 의 상부층을 갖는 κ-Al₂O₃ 층을 특징으로 한다.

US 6,406,224 은 습식 또는 건식 조건에서, 비가공 표면 영역이 있거나 없는 경우, 저합금강 및 중합금강의 밀링을 위해 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 코팅된 절삭 공구 인서트는 7.1 ~ 7.9 wt% Co, 0.2 ~ 1.8 wt% 의 Ta, Nb, 및 Ti 의 입방 탄화물, 그리고 잔부가 WC 인 조성을 갖는 초경합금 본체로 이루어진다. 인서트는 주상 입자를 갖는 최내부의 TiC_xN_yO_z 층, 그리고 TiN 의 상부층을 갖는 κ-Al₂O₃ 층으로 코팅된다.

EP-A-736615 는 회주철의 건식 밀링을 위해 특히 유용한 코팅된 절삭 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 곧은 WC-Co 초경합금 기재, 그리고 주상 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 층, 그리고 미세한 입자 조직의 α-Al₂O₃ 의 상부층으로 이루어진 코팅을 특징으로 한다.

US 2006/0204757 A 는 선삭, 밀링, 드릴링에 의해 또는 기계가공 법을 형성 하는 유사한 칩에 의해 금속을 기계가공 하기 위해 적합한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 공구 인서트는 특히 차단된 인성 요구 절삭 작업을 위해 특히 유용하다.

US 6,200,271 은 스테인리스강의 선삭에 특히 유용한 코팅된 선삭 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 W 가 높게 합금화된 Co 바인더 상을 갖는 WC-Co 기 초경합금 기재와, 주상 입자을 갖는 최내부의 TiC_xN_yO_z 층, TiN 상부층과 미립의 κ-Al₂O₃ 내부층을 포함하는 코팅을 특징으로 한다.

본 발명자는 수많은 실험과 마켓상에서 공구 사용자들에게 폭 넓은 시험을 실시한 후, 놀랍게도 다수의 특징을 병합시키면, 바람직하게는 밀링을 위한 개선된 절삭 공구 인서트를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 병합된 특징은, 특정 초경합금 조성, 특정 WC 입도, 합금화 바인더 상, 다수의 규정된 층으로 이루어지는 내부 코팅 및 매끈한 상부 레이크면의 α-Al₂O₃ 층이다.

상기 인서트는 바람직하게는 진동, 긴 과잉, 칩 해머링 또는 칩 재절삭과 같은 불안정한 상태에서 또는 습식 및 건조 조건 모두의 작업에서 요구되는 일반적인 인성에서, 비가공 표면이 있거나 없는 경우에도, 저합금강, 및 중합금강의 절삭 성능을 개선되었다. 또한, 본 발명의 절삭 공구 인서트는 스테인리스강에도 또한 적용될 있다. 본 발명에 따른 절삭 공구는 상기된 여러 마모 유형 중 다수에 대해 종래 기술의 인서트와 비교하여 개선된 절삭 특성을 나타낸다. 특히, 병 합 크랙 인성 거동이 개선된다.

본 발명에 따른 절삭 공구 인서트는 W 및 Cr이 합금화된 Co 바인더 상, 잘 균형잡힌 화학 조성물, 및 잘 선택된 입도를 갖는 WC 를 갖는 초경합금 본체와, 주상의 TiC_xN_yO_z 내부층과 매끄러운 α-Al₂O₃ 상부층을 포함하는 코팅을 포함한다. TiN 층은 바람직하게는 인서트의 여유면에 있는 상부층이다.

본 발명에 따라서, 12.0 ~15.0 wt% Co, 바람직하게는 12.5 ~ 14.5 wt% Co, 가장 바람직하게는 13 ~ 14 wt% Co, 0.52 ~ 0.64 wt% Cr, 바람직하게는 0.54 ~ 0.62 wt% Cr, 가장 바람직하게는 0.55 ~ 0.61 wt% Cr, 그리고 잔부가 WC 인 조성을 갖는 초경합금 본체로 이루어진 코팅된 절삭 공구 인서트가 제공된다. 초경합금 본체는 소량의 다른 성분을 또한 포함할 수 있지만, 기술적 불순물에 대응하는 수준이어야 한다. IEC 표준 60404-7 에 따라 측정된, 분극 보자력 (HcJ) 으로 WC 입도가 간접적으로 측정되며, 12.5 ~ 14.5 kA/m, 바람직하게는 12.7 ~ 14.0 kA/m 의 값을 가져야 한다. 코발트 바인더 상은 본 발명의 초경합금 절삭 인서트의 요구되는 특성을 부여하는 특정 양의 W 및 C 와 합금화된다. 바인더 상에서 W 및 Cr 은 코발트의 자기 특성에 영향을 미치며, 따라서 다음 처럼 CW 값에 대해 관련될 수 있다.

CW = 자기% Co/ wt% Co

여기서 자기% Co 는 자성 재료의 중량 퍼센트이며, wt% Co 는 초경합금에서 Co 의 중량 퍼센트이다.

CW 값은 합금화 정도에 따라 1 ~ 약 0.6 사이에서 변할 수 있다. CW 값이 낮아지면 바인더 상에서 W 및 Cr 함량이 높아지며, CW = 1 은 바인더 상에서 W 및 Cr 의 부재에 실질적으로 대응한다.

본 발명에 따라서, 초경합금 본체가 0.76 ~ 0.84, 바람직하게는 0.78 ~ 0.82, 가장 바람직하게는 0.79 ~ 0.81 의 CW 비를 갖는 경우, 개선된 절삭 성능이 얻어졌다. 초경합금은 또한 다른 부작용 없이, η상 (M₆C) 을 1 vol% 미만의 소량으로 함유할 수 있다. 특정 CW 값 (1 미만) 으로부터, 본 발명에 따른 초경합금 본체에 흑연이 없을 수 있음을 알 수 있다.

초경합금 인서트는, 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층을 포함하는 4.1 ~ 6.9 ㎛ 의 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된다. 3 개의 층은 적어도 레이크면 상에 외부층으로서 α-Al₂O₃ 층을 갖는 내부 코팅을 형성한다. 1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 상기 TiC_xN_yO_z 층은,

x + y = 1, x ≥ 0, 바람직하게는 x ＜ 0.2, 그리고 z = 0 인 조성을 갖고, 두께가 0.1 ~ 1 ㎛ 인 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1, 바람직하게는 z = 0 인 조성을 갖고, 두께가 1 ~ 3.4 ㎛ 인 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

x + y + z ≥ 1, 그리고 z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, 그 리고 y ＜ 0,2 인 조성을 갖고, α-Al₂O₃ 층에 인접하며, 두께가 0.1 ~ 1 ㎛ 인 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함한다.

외부α-Al₂O₃ 층은 블라스팅 처리된 표면에 편평한 입자로 1.8 ~ 3.6 ㎛ 의 두께를 갖는다.

바람직한 실시예에서, 인서트는 가장 바람직하게는 CVD 법에 의해 증착된 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 으로 이루어진, 플랭크면 상에 0.1 ~ 1 ㎛ 의 얇은 상부 유색층을 갖는다.

본 발명은 또한, 12.0 ~15.0 wt% Co, 바람직하게는 12.5 ~ 14.5 wt% Co, 가장 바람직하게는 13 ~ 14 wt% Co, 0.52 ~ 0.64 wt% Cr, 바람직하게는 0.54 ~ 0.62 wt% Cr, 가장 바람직하게는 0.55 ~ 0.61 wt% Cr, 그리고 잔부가 WC 인 조성을 갖는 초경합금 본체를 분말 야금법, 경질 구성성분 및 바인더 상을 형성하는 파우더의 습식 밀링, 요구되는 형상 및 크기의 본체로 밀링된 혼합물의 압축, 및 소결에 의해 피복 절삭 공구 인서트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 초경합금 본체는 또한 소량의 다른 성분을 포함할 수 있지만, 기술적 불순물에 대응하는 수준이어야 한다. 밀링 및 소결 조건은 12.5 ~ 14.5 kA/m, 바람직하게는 12.7 ~ 14.0 kA/m 의 분극 보자력 (HcJ) 을 가지며, 또한 0.76 ~ 0.84, 바람직하게는 0.78 ~ 0.82, 가장 바람직하게는 0.79 ~ 0.81 의 CW 비를 갖는 소결 구조를 얻기 위해 선택된다.

초경합금 인서트 본체는 내부 코팅을 형성하는 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층과, 적어도 레이크면 상에 외부층으로서 α-Al₂O₃ 층을 함께 포함하는, 4.1 ~ 6.9 ㎛ 의 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된다. 1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 TiC_xN_yO_z 층은,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 혼합 반응물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 x + y = 1, x ≥ 0, 바람직하게는 x ＜ 0.2, 그리고 z = 0 인 조성을 갖고, 두께가 0.1 ~ 1 ㎛ 인. 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN, 그리고 공지된 MTCVD 법을 이용하여, x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1, 바람직하게는 z = 0 인 조성을 갖고 두께가 1 ~ 34 ㎛ 인 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 혼합 반응물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여, x + y + z ≥ 1, z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, y ＜ 0.2 인 조성을 갖고, α-Al₂O₃ 층에 인접하며, 두께가 0.1 ~ 1 ㎛ 인 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함한다.

α-Al₂O₃ 층은 공지된 CVD 법을 이용하여, 블라스팅 처리되는 표면에 편평한 입자로 1.8 ~ 3,6 ㎛ 의 두께로 증착된다.

α-Al₂O₃ 층에 인접한 제 3 TiC_xN_yO_z 층은, TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 혼합 반응물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여, x + y + z ≥ 1, z ＞ 0, 바람직 하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, y ＜ 0.2 인 조성을 갖는다.

α-Al₂O₃ 층은 공지된 CVD 법을 이용하여 1.8 ~ 3,6 ㎛ 의 두께로 증착되고, 적어도 인서트의 레이크면이 블라스팅 처리된다.

일 실시예에서, 블라스팅 처리 이전에 바람직하게는 CVD 법에 의해, 바람직하게는 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 의 α-Al₂O₃ 층의 상부에 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 유색층이 층착된다.

다른 실시예에서, 블라스팅 처리 이후에 CVD법 또는 PVD법에 의해, 바람직하게는 CVD 법에 의해, 바람직하게는 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 의 적어도 플랭크면에 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 상부 유색층이 증착된다.

본 발명은 또한, 하기에 따르는 절삭 속도 및 공급 속도로 주조 표면, 단조 표면, 고온 또는 저온 압연 표면 또는 예비 기계가공 표면과 같은 비가공 표면을 갖는 저합금강, 중합금강, 및 스테인리스강의 인성이 필요한 습식 및 건식 밀링을 위해, 상기된 바에 따르는 인서트의 용도에 관한 것이다.

90 °진입각을 갖는 밀링:

절삭 속도: 25 ~ 350 m/min, 바람직하게는 100 ~ 250 m/min, 및 이송 속도: 0.04 ~ 0.4 ㎜/치부

페이스 밀링 (45 ~ 75 °진입각):

절삭 속도: 25 ~ 350 m/min, 바람직하게는 100 ~ 250 m/min, 및 이송 속도: 0.05 ~ 0.7 ㎜/치부

높은 이송 속도로 적용되는 밀링:

절삭 속도: 25 ~ 350 m/min, 및 이송 속도: 0.3 ~ 3.0 ㎜/치부, 바람직하게는 0.30 ~ 1.8 ㎜/치부

본 발명은, 본 발명의 설명을 위해 다음 실시예에 관해 추가로 설명된다. 그러나, 본 발명은 실시예의 특정한 상세한 설명에 한정되지 않음이 이해될 것이다.

실시예 1 (본 발명)

다음의 유형, R390-11T308M-PM, R390-170408M-PM, R245-12T3M-PM, R300-1648M-PH 및 R300-1240M-PH 이며, 13.5 wt% Co, 0.58 wt% Cr, 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 13 kA/m HcJ 값 및 0.80 의 CW 값을 가지는 (포에스터 인스트루먼트 사 (Foerster Instruments Inc.) 의 "FOERSTER KOERZIMAT CS 1.096" 으로 측정됨), 초경합금 밀링 인서트가 만들어졌다. 그 후, 인서트는 다음과 같이 코팅되었다.

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 혼합 반응물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 약 x = 0.05, y = 0.95 및 z = 0 인 조성을 갖는 0.5 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 의 제 1 층,

850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN 을 갖는 공지된 MTCVD 법을 이용하여, 약 x = 0.55, y = 0.45 및 z = 0 인 조성을 갖는 1.7 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 의 제 2 층,

0.5 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 의 제 3 결합층 (이 제 3 층의 입자는 침상이며 약 x = 0.5, y = 0 및 z = 0.5 인 조성을 갖는다),

2.5 ㎛ 의α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층, 그리고 마지막으로 공지된 CVD 법에 의해 약 0.3 ㎛ 의 TiN 상부 층이 증착된다. XRD 측정으로 Al₂O₃ 층은 100% α상으로 이루어진 것을 확인했다.

코팅 사이클 후, 인서트의 상부측 (레이크면) 은 Al₂O₃ 석질 및 물의 슬러리로 심한 습식 블라스팅이 적용된다. 블라스팅 처리는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 가장 편평한 입자를 갖는 매끄러운 α-Al₂O₃ 를 드러내는 레이크면 위의 상부 TiN 층을 제거하며, 도 1 및 도 2 는 알루미나층의 상부의 6000X SEM 사진을 나타내는 것으로, 도 1 은 블라스팅 전, 도 2 는 블라스팅 후를 나타낸다.

실시예 2 (종래 기술)

다음의 유형, R390-11T308M-PM, R390-170408M-PM, R245-12T3M-PM, R300-1648M-PH 및 R300-1240M-PH 이며, 11.5 wt% Co, 1.25 wt% TaC, 0.30 wt% NbC 및 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 10.4 kA/m 의 HcJ 값 및 0.94 의 CW 값을 가지는 (포에스터 인스트루먼트사의 "KOERZIMAT CS 1.096" 으로 측정됨), 초경합금 밀링 인서트가 다음과 같이 코팅되었다.

0.5 ㎛ 의 등축의 TiC_xN_y 의 제 1 층 (약 x = 0.95 및 y = 0.05 에 상당하는 높은 질소 함량을 가짐), 그 다음으로, 850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으 로서 CH₃CN 을 갖는 MTCVD 법을 이용하여, 주상 입자의 4 ㎛ 의 TiCN 층이 코팅되었다. 동일한 코팅 싸이클 동안, 연속하는 단계에서, 1.0 ㎛ 의 두께의 Al₂O₃ 층이 EP-A-523 021 에 기재된 바와 같이, 970 ℃ 의 온도 및 0.4 % 농도의 H₂S 도펀트 (dopant) 를 이용하여 증착되었다. 얇은 0.3 ㎛ 의 TiN 층이 공지된 CVD 법에 따라 상부에 증착되었다. XRD 측정은 Al₂O₃ 층이 100% κ 상으로 이루어진 것을 나타냈다. 초경합금 본체는 평균 1.7 ㎛ 의 WC 입도를 갖는다. 코팅된 인서트는 경질 SiC 입자를 포함하는 스트로 (straw) 를 갖는 나일론 브러쉬 (brush) 로 브러쉬되었다. 광학현미경에서 브러쉬된 인서트의 조사는 상부 TiN 층이 매끄러운 Al₂O₃ 면이 있는 절삭 날을 따라 브러쉬 되었음을 나타냈다. 브러쉬된 샘플의 단면에서 코팅 두께 측정은 절삭날 선을 따르는 Al₂O₃ 층의 층 두께가 약 50 % 까지 제거되었음을 나타낸다.

실시예 3

실시예 1 및 실시예 2 와 다른 유형의 인서트가 절삭 시험에서 비교되었다.

작업 1: 숄더 밀링 러핑 (Shoulder milling-roughing), R390-32 ㎜

작업물: 시험편

재료: 42CrMo4, 300HB, 중합금강 (medium alloyed steel)

절삭 속도: 150 m/min

이송 속도/치부: 0.17 ㎜/치부

절삭 깊이: 3 ㎜

인서트 유형: R390-11T308M-PM

주: 한 개의 인서트, 건식, 밀링 커터의 퇴거시 심한 칩부하로 인해 우수한 인성요구.

공구 수명은 절삭날 선의 칩핑 및 파손으로 평가되었다.

결과: 공구 수명 (합격)

본 발명 A: 47

종래 발명 B: 20

작업 2: 숄더 밀링 (Shoulder milling), R390-32 ㎜

작업물: 강판

재료: SS2134, 저합금강 (low alloyed steel)

절삭 속도: 181 m/min

이송 속도/치부: 0.17 ㎜/치부

절삭 깊이: 10 ㎜

인서트 유형: R390-170408M-PM

주: 커트의 3 개의 인서트, 건식, 성분 및 프로그램으로 인해 업밀링 (upmilling)

공구 수명은 플랭크 마모 및 절삭날 선의 칩핑으로 평가되었다.

결과: 공구 수명 (부품 완료)

본 발명 A: 15

종래 발명 B: 5

작업 3: 페이스 밀링-러핑 (Face milling-roughing), R245-63 ㎜

작업물: 연결 로드

재료: 49MnVS3

절삭 속도: 198 m/min

이송 속도/치부: 0.20 ㎜/치부

절삭 깊이: 4 ㎜

인서트 유형: R245-12T3M-PM

주: 건식, 6 개의 인서트, 단조 표면, 성분의 복잡성으로 인해 불량한 퇴거 각

공구 수명은 작업물에 버 (burr) 를 일으키는 설삭날의 칩핑으로 평가되었다.

결과: 공구 수명 (분)

본 발명 A: 404

종래 발명 B: 110

작업 4: 페이스 밀링-러핑 (Face milling-roughing), R300-100 ㎜

작업물: 링크 기구

재료: 주조 SS2225-23

절삭 속도: 157 m/min

이송 속도/치부: 0.24 ㎜/치부

절삭 깊이: 3 ~ 5 ㎜

인서트 유형: R300-1648M-PH

주: 건식, 8 개의 치부, 주조 표면으로 인한 기계가공의 어려움

공구 수명은 병합 크랙으로 인한 절삭날 선의 칩핑으로 평가되었다. 양호한 결과가 언맨드 기계가공 (unmanned machining) 중 더 나은 신뢰성을 이끈다.

결과: 공구 수명 (분)

본 발명 A: 76

종래 발명 B: 47

작업 5: 페이스 프로파일 밀링 (Face and profile milling), R300-80㎜

작업물: 사출 성형물

재료: 임팩스 슈프림 (Impax Supreme) 30 HRc, 공구강

절삭 속도: 150 m/min

이송 속도/치부: 0.6 ㎜/치부

절삭 깊이: 1 ㎜

인서트 유형: R300-1240M-PH

주: 건식, 6 개의 인서트, 외형 프로파일 밀링, 높은 테이블 이송.

공구 수명은 병합 크랙 형성으로 인한 칩핑으로 평가되었다.

결과: 공구 수명 (분)

본 발명 A: 93

종래 발명 B: 47

절삭 시험 결과, 실시예 1 의 인서트가 실시예 2 에 따른 종래 기술의 인서트보다 우수한 것이 명백하다.

본 발명은 바람직한 실시예에 관해서 설명되지만, 첨부된 청구항에 규정된 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않고, 특별히 설명되지 않은 추가예, 삭제예, 변경예 및 대체예가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 구성에 따라서, 인서트는 진동, 긴 과잉, 칩 해머링 또는 칩 재절삭과 같은 바람직하게는 불안정한 상태에서 또는 습식 및 건조 조건 모두의 작업에서 요구되는 일반적인 인성에서, 비가공 표면이 있거나 없는 경우에도, 저합금강, 중합금강의 절삭 성능을 개선시킬 수 있다. 또한, 본 절삭 공구 인서트는 스테인리스 스틸에서도 또한 적용될 있다. 본 발명에 따른 절삭 공구는 상기된 여러 마모 유형에 대해 종래 기술의 인서트와 비교하여 개선된 절삭 특성을 나타낸다. 특히, 병합 크랙 인성 거동이 개선된다.

Claims

습식 또는 건식 조건에서 초경합금 본체 및 코팅을 포함하는, 미가공 표면이 있거나 없는 경우의, 저합금강, 중합금강, 스테인리스강의 기계 가공을 위한 절삭 공구 밀링 인서트로서,

상기 초경합금 본체는 12.0 ~15.0 wt% Co, 0.52 ~ 0.64 wt% Cr, 그리고 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 0.76 ~ 0.84 의 CW 비를 가지며, 12.5 ~ 14.5 kA/m 의 HcJ 값을 가지며,

상기 인서트는, 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층들로서 이들 층중의 하나가 초경합금에 인접한 상기 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층들, 및 적어도 레이크면 상의 외부층인 블라스트 α-Al₂O₃ 층을 포함하는, 4.1 ~ 6.9 ㎛ 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅되며,

1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 상기 TiC_xN_yO_z 층들은,

x + y = 1, x ≥ 0, 그리고 z = 0 인 조성을 가지며 상기 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1 인 조성을 갖는 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

x + y + z ≥ 1, z ＞ 0 인 조성을 가지며 상기 α-Al₂O₃ 층에 인접한 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함하며, 그리고

상기 α-Al₂O₃ 층은 블라스팅 처리된 표면에 편평한 입자를 갖는 1.8 ~ 3.6 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
제 1 항에 있어서, 초경합금은 13.3 ~ 13.7 wt% 의 Co 및 0.56 ~ 0.60 wt% 의 Cr 의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
제 1 항에 있어서, 플랭크면에 0.1 ~ 1 ㎛ 의 상부 유색층을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
제 3 항에 있어서, 상기 유색층은 CVD 법 또는 PVD 법에 의해 증착된 TiN, TiCN, TiC, ZrN 및 HfN 중의 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
분말 야금법, 경질 구성성분 및 바인더 상을 형성하는 파우더의 습식 밀링, 요구되는 형상 및 크기의 본체로 밀링된 혼합물의 압축, 및 소결에 의해, 습식 또는 건식 조건에서 초경합금 본체 및 코팅을 포함하는, 미가공 표면이 있거나 없는 경우의, 저합금강, 중합금강, 스테인리스강의 기계 가공용 절삭 공구 밀링 인서트의 제조 방법으로서,

상기 초경합금 본체는 12.0 ~15.0 wt% Co, 0.52 ~ 0.64 wt% Cr, 그리고 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 12.5 ~ 14.5 kA/m 의 분극 보자력 HcJ 값을 가지며, 0.76 ~ 0.84 의 CW 비를 가지며, 상기 본체는 내부 코팅을 형성하는 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층과, 적어도 레이크면 상의 외부층인 α-Al₂O₃ 층을 함께 포함하는, 4.1 ~ 6.9 ㎛ 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅되며,

1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 상기 TiC_xN_yO_z 층은,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 혼합 반응물을 이용하는 CVD 법을 이용하여, x + y = 1, x ≥ 0, 그리고 z = 0 인 조성을 가지며 상기 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN 을 갖는 MTCVD 법을 이용하여, x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1 인 조성을 갖는 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 혼합 반응물을 이용하는 CVD 법을 이용하여, x + y + z ≥ 1, z ＞ 0 인 조성을 가지며 상기 α-Al₂O₃ 층에 인접한 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함하며, 그리고

상기 α-Al₂O₃ 층은 CVD 법을 이용하여 1.8 ~ 3,6 ㎛ 의 두께로 증착되어, 적어도 레이크면에서 인서트가 블라스팅 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트의 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 블라스팅 처리 이전에 α-Al₂O₃ 층의 상부에 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 유색층을 증착시키는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트의 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 블라스팅 처리 이후에 플랭크면에 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 상부 유색층을 증착시키는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트의 제조 방법.
하기에 따르는 절삭 속도 및 이송 속도에서, 주조 표면, 단조 표면, 열간 또는 냉간 압연 표면 또는 예비 기계가공 표면을 갖는 저합금강, 중합금강, 및 스테인리스강의 인성이 필요한 습식 및 건식 밀링을 위해 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 따른 인서트를 사용하는 방법:

- 25 ~ 350 m/min 의 절삭 속도 및 0.04 ~ 0.4 ㎜/치부의 이송 속도로 90 °진입각을 갖는 밀링, 또는

- 25 ~ 350 m/min 의 절삭 속도 및 0.05 ~ 0.7 ㎜/치부의 이송 속도로 45 ~ 75 °진입각을 갖는 페이스 밀링, 또는

- 25 ~ 350 m/min 의 절삭 속도 및 0.30 ~ 3.0 ㎜/치부의 이송 속도로 적용되는 밀링.