KR101346440B1 - 금속 가공용 절삭 공구 인서트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 내마모층 및 기재를 포함하고, 절삭날을 형성하기 위해 서로 교차하는 여유면(clearance face) 및 경사면(rake face)을 더 포함하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 절삭날은 실질적으로 절삭날 반경을 가지지 않으며, 코팅은 적어도 절삭날 근방에서부터 여유면을 연삭하여 제거되었으며, 경사면 상의 코팅은, 측정된 길이 0.25 ㎜에 대해 0.3 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는다.

Description

금속 가공용 절삭 공구 인서트 및 그 제조 방법 {CUTTING TOOL INSERT FOR METAL MACHINING AND METHOD OF MAKING THE SAME}

도 1 은 본 발명에 의한 코팅된 절삭 공구 인서트의 코팅 형상을 1500배로 확대하여 보여주는 단면도이다.

도 2 는 본 발명에 의한 것이 아닌 코팅된 절삭 공구 인서트의 코팅 형상을 1500배로 확대하여 보여주는 단면도이다.

본 발명은 비철 재료, 예컨대, 티타늄, 알루미늄, 황동(brass), 청동(bronze), 플라스틱 등의 기계가공에 특히 유용한 예리한 절삭날을 가지는 코팅 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.

금속을 기계 가공하기 위해서는, 절삭날을 형성하기 위해 경사면과 여유면을 교차시킨 초경합금 절삭 공구 인서트가 사용된다. 절삭력을 작게 하고 에너지 소모를 낮추기 위해서는 절삭날이 예리하여야 한다. 그러나 초경합금은 취성이 강한 재료이므로, 일반적으로 예리한 절삭날은 강도가 충분하지 못하다. 만일 절삭날이 깨지게 되면, 절삭력이 증가하고 기계 가공된 재료의 표면 다듬질이 불량하게 된다. 절삭날을 강화시키기 위해서, 통상 10~50 ㎛의 반경으로 라운딩 될 수 있거나 챔퍼(chamfer) 또는 랜드(land)를 구비할 수도 있다. 절삭날의 정확한 설계는, 기계 가공되는 재료에 따르며 또한 허용 절삭력 및 절삭날 강도 사이의 절충을 고려하여 이루어진다. 알루미늄 등과 같은 작업 재료는 최소 절삭날 라운딩을 가지는 매우 예리한 절삭날을 필요로 한다. 이러한 재료에서 절삭날이 지나치게 라운딩 되면, 절삭날이 마모되고 후속하는 마모의 진행에도 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로 이러한 재료들의 기계 가공을 위해서는 코팅되지 않은 초경합금 인서트가 사용된다. 만일 코팅이 된다면, 절삭날이 덜 예리해지게 된다. 또한, 코팅 절삭날은 만족스럽게 코팅을 형성하기 위해서 일정량의 라운딩을 필요로 한다. 그러나 예리한 절삭날을 필요로 하는 재료의 기계 가공용으로 코팅된 인서트를 사용할 수 있으면 바람직하다.

미국 특허 출원 공개 2002/0187370는, 기준길이 5 ㎛에 대해 표면 조도를 0.2 ㎛ 이하로 하기 위해서 절삭날 리지의 경사면 및 측면(flank side)을 일정량 연삭하는 것을 개시한다. 마이크로 블래스팅 및 이온 빔 방사(ion beam radiation)에 의하여 표면 리포밍을 할 수도 있으나 연삭과 래핑(lapping)만을 예로 들고 있다.

그러므로 본 발명의 목적은, 예리한 절삭날을 가지는 코팅 초경합금 절삭 인서트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

예리한 절삭날을 얻기 위해, 코팅 공정 후에 코팅 인서트의 여유면을 연삭하 여야 한다. 연삭 공정은 절삭날 선에서 코팅을 손상시켜 절삭날을 충분히 예리하게 하지 못하기 때문에, 초기 시험에서는 이러한 방법이 가능할 것 같지 않았다. 그러나 놀랍게도 만일 연삭 전에, 적어도 경사면을 파이널 블래스팅하여 0.25 ㎜의 측정 길이에 대해서 0.3 ㎛ 미만의 표면 조도 (Ra) 로 한다면, 코팅이 연삭 공정에 의한 영향을 거의 받지 않아서 극히 예리한 날을 가지게 됨을 알아냈다.

바람직한 실시형태에 있어서, 최외각층은 알루미나 층이며, 바람직하게는 두께 1~10 ㎛의, 더욱 바람직하게는 3~6 ㎛의 α-알루미나층이다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 1~10㎛ 두께의, 바람직하게는 4~7 ㎛ 두께의 주상입자를 가지는 Ti(C,N) 내층이 알루미나층과 기재 사이에 있다.

본 발명은 또한,

- 코팅된 절삭 공구 인서트를 구비하고,

- 0.25 ㎜의 측정 길이에 대해서, 0.3 ㎛ 미만의 표면 조도 (Ra) 를 가지는

매끄러운 표면을 얻기 위해서, 적어도 상기 인서트의 경사면을 블래스팅

가공하고,

- 실질적으로 절삭날 반경이 없는 절삭날을 얻기 위해, 정밀 연삭 디스

크를 사용하여 상기 인서트의 외주를 연삭함으로써 극히 예리한 절삭

날을 가지는 코팅 절삭 공구 인서트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 실시예 1

6 %의 코발트(Co), 그리고 나머지로는 텅스텐 카바이드(WC)의 조성을 가지는 N-123L-0800-AM 형식의 초경합금 인서트를, 중온화학증착(MTCVD) (프로세스 온도 850℃) 기술을 이용하여, 주상입자를 가지는 TiCN 층을 5 ㎛ 두께로 코팅한 후, 등축성(equiaxed) TiCN 층을 0.5 ㎛ 두께로 코팅했다. 동일 코팅 사이클 중, 후속하는 처리 단계에서,α-Al₂O₃ 층이 4 ㎛ 두께로 증착된 후, 등축성 입자를 가진 1 ㎛ 두께의 TiC_xN_yO_z (대략, x=0.6, y=0.2, z=0.2) 층이 증착되었다. 코팅 후에, 인서트를 습식 블래스팅을 이용하여 0.25 ㎜의 측정 길이에 대해서 0.2 ㎛의 표면 조도 (Ra) 를 가지도록 매끄럽게 만들었다. 마지막으로 25 ㎛의 입도를 가진 다이아몬드 디스크로 상기 인서트의 외주를 연삭함으로써 예리한 절삭날을 얻어냈다. 도 1 은 연삭 공정에 의해 실질적으로 손상되지 않은 코팅의 형상을 보여준다.

비교예 2

블래스팅을 하지 않고 중온화학증착(온도 850~885℃, 탄소/질소 소스(source)로는 CH₃CN) 기술을 이용하여 주상입자를 가지는 2.6 ㎛ 두께의 TiC_{0 .54}N_{0 .46} 층을 코팅한 후, 등축성 TiC_{0 .05}N_{0 .95} 층을 0.5 ㎛ 두께로 코팅함으로써 실시예 1 를 되풀이했다. 동일 코팅 사이클 중, 후속하는 단계에서는 온도 970℃ 및 0.4 % 농도의 H₂S 불순물(dopant)을 사용하여 1.3 ㎛ 두께로 K-Al₂O₃ 층이 증착되었다. 0.5 ㎛의 TiN 층이 공지의 화학증착(CVD) 기술에 의하여 상부에 증착되었다. 도 2 는 외주를 연삭한 후의 코팅 형상을 보여주는 단면도이다. 연삭에 의해서 코팅이 심하게 손상되어 허용할 수 없는 절삭날 다듬질을 초래함을 분명히 알 수 있다.

비교예 3

블래스팅을 하지 않고 비교예 1 를 되풀이했다. 도 2 와 유사한 절삭날 선의 코팅 형상이 얻어졌다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의해 적어도 하나의 내마모층 및 기재를 포함하고, 절삭날을 형성하기 위해 서로 교차하는 여유면(clearance face) 및 경사면(rake face)을 더 포함하고, 절삭날은 실질적으로 절삭날 반경을 가지지 않으며, 코팅은 적어도 절삭날 근방에서부터 여유면을 연삭하여 제거되었으며, 경사면 상의 코팅은, 측정된 길이 0.25 ㎜ 에 대해 0.3 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖게 함으로써 예리한 절삭날을 가지는 코팅 초경합금 절삭 인서트를 제조할 수 있게 되었다.

Claims (7)

1. 적어도 하나의 내마모층 및 기재를 갖는 코팅을 포함하고, 절삭날을 형성하기 위해 서로 교차하는 여유면 및 경사면을 더 포함하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트에 있어서,

   절삭날은 절삭날 반경을 갖지 않으며, 적어도 절삭날 근방에서부터 여유면이 연삭되어 상기 코팅이 제거되고, 경사면 위의 코팅은 0.25 ㎜의 측정 길이에 대해 0.3 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅은 2~10 ㎛ 두께를 가지는 최외각의 내마모성의 알루미나층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 알루미나층은 α-알루미나층인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 코팅은 알루미나층과 기재 사이에서, 2~10 ㎛ 의 두께와 주상입자를 갖는 Ti(C,N) 내층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 알루미나층은 3~6 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 Ti(C,N) 층은 4~7 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트.
7. 적어도 하나의 내마모층 및 기재를 포함하고, 절삭날을 형성하기 위해 서로 교차하는 여유면 및 경사면을 더 포함하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트에 있어서,

   - 코팅된 절삭 공구 인서트를 구비하고,

   - 0.25 ㎜의 측정 길이에 대해서, 0.3 ㎛ 미만의 표면 조도 (Ra) 를 가지는

   매끄러운 표면을 얻기 위해서, 적어도 상기 인서트의 경사면을 블래스팅

   가공하고,

   - 절삭날 반경이 없는 절삭날을 얻기 위해, 정밀 연삭 휠을 사용하여 상기 인서트의 외주를 연삭하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 절삭 공구 인서트의 제조 방법.

Images