KR101676920B1

KR101676920B1 - 경질 피막 피복 절삭 공구

Info

Publication number: KR101676920B1
Application number: KR1020140148403A
Authority: KR
Inventors: 히데키 오사키; 슌타로 스즈키; 타로 스즈키; 마도카 닛타; 히데히토 와타나베
Original assignee: 유니온쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-11-16
Also published as: US20150117972A1; KR20150050460A; CN104588705A; EP2868413B1; EP2868413A1; CN104588705B; US9868160B2; JP5764181B2; JP2015085462A

Abstract

[과제] 마무리 가공에 있어서의 절삭성을 개선하여 양호한 마무리면을 얻을 수 있는 실용성이 우수한 경질 피막 피복 절삭 공구를 제공하는 것이다.
[해결방안] 플랭크면(1)과 레이크면(2)과의 교차 능선부에 절단날(3)이 형성된 공구 본체(7)에 경질 피막(4)이 피복되어 이루어지는 경질 피막 피복 절삭 공구로서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 단면에서, 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 막 두께를 h1, 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 막 두께를 h2로 했을 때, 8㎛≤h1≤30㎛ 이며 0≤h2/h1≤0.5로 한다.

Description

경질 피막 피복 절삭 공구{HARD-COATED CUTTING TOOL}

본 발명은, 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

예를 들면, 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 회전 절삭 공구에 내마모성을 향상시키기 위한 다이아몬드 피막 등의 경질 피막을 피복하여 이루어지는 경질 피막 피복 절삭 공구가 여러 가지 제안되어 있다. 근래 시장에서는, 난삭재(難削材)인 유리, 세라믹스, 초경합금 등의 경취재(硬脆材)를 절삭할 수 있는 절삭 공구의 요구가 높아지고 있고, 절삭 공구 메이커에서는 이들의 시장 요구에 응할 수 있는 절삭 공구의 연구 개발이 행해지고 있다. 특히, 고경도이면서 고강도 재료로서 대표적인 초경합금을 공구 모재(母材)로서, 다이아몬드 피막, 질화물계 피막 등의 경질 피막을 피복한 절삭 공구의 연구 개발이 행해지고 있다.

　일본 공개특허공보 2003-25117호

그런데, 상술과 같은 경취재는 고경도이기 때문에, 절삭 가공 자체가 매우 곤란할 뿐만이 아니라, 무르기 때문에 이지러지기 쉽다고 하는 특징이 있다. 또한, 상술과 같은 경질 피막 피복 절삭 공구의 절단날은, 경질 피막이 피복되어 있지 않은 공구의 절단날과 비교하여 피막의 막 두께에 따라 칼끝이 둥근 형태를 띠기 때문에, 절삭 가공 시에 양호한 절삭 작용이 발휘되지 않고, 특히 경취재를 피삭재로서 절삭 가공할 때에는, 피삭재 단부에서 이지러짐(소위 에지 칩(edge chip) 도 1 참조.)을 발생할 우려가 높아진다고 하는 문제가 있다.

또한, 경질 피막의 박리가 생기기 쉬워, 절단날 근방에서 박리가 생기고, 그 후도 절삭 가공을 계속한 경우, 박리 전후로 피삭재의 가공면에 단차가 생기거나 가공품질이 변화하거나 하는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 상술의 문제점을 해결하는 것으로, 경질 피막 피복 절삭 공구의 레이크면의 경질 피막의 막 두께를 적절히 설정함으로써, 칼끝을 원하는 예리함으로 함과 아울러, 가공 도중에서의 절단날 근방에 있어서의 피막의 박리를 억제할 수 있고, 마무리 가공에 있어서의 절삭성을 개선하여 양호한 마무리면을 얻을 수 있는 실용성이 우수한 경질 피막 피복 절삭 공구를 제공하는 것이다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 요지를 설명한다.

플랭크면(1)과 레이크면(2)과의 교차 능선부에 절단날(3)이 형성된 공구 본체(7)에 경질 피막(4)이 피복되어 이루어지는 경질 피막 피복 절삭 공구로서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 단면에서, 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 막 두께(h1) 및 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 막 두께(h2)가, 하기 두 조건을 충족하도록 구성한 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

하기

(1) 8㎛≤h1≤30㎛

(2) 0≤h2/h1≤0.5

또한, 청구항 1에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 방향에서, 상기 절단날(3)의 칼끝의 둥근 형태를 반경(R)의 원호에 근사하게 했을 때,

0.1h1≤R≤0.8h1

인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

0.1h1≤R≤15㎛

또한, 청구항 1에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 적어도 절단날(3)에 인접하는 영역에, 절단날(3)에 대하여 90°±20°의 범위 각도로 교차하는 다수의 미세한 볼록조(6)가 병설(竝設)되어 있는 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 2에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 적어도 절단날(3)에 인접하는 영역에, 절단날(3)에 대하여 90°±20°의 범위 각도로 교차하는 다수의 미세한 볼록조(6)가 병설되어 있는 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 3에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 적어도 절단날(3)에 인접하는 영역에, 절단날(3)에 대하여 90°±20°의 범위 각도로 교차하는 다수의 미세한 볼록조(6)가 병설되어 있는 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 4에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 볼록조(6)의 병설간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 5에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 볼록조(6)의 병설간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 6에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 볼록조(6)의 병설간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 4 내지 9 항 중 어느 한 항에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 볼록조(6)가 병설되어 있는 부분의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.05㎛ 이상 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 4 내지 9 항 중 어느 한 항에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 볼록조(6)는, 절단날(3) 근방의 상기 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 표면부를 레이저 조사에 의해 제거할 때에 형성된 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 10에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 볼록조(6)는, 절단날(3) 근방의 상기 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 표면부를 레이저 조사에 의해 제거할 때에 형성된 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 1 내지 9 항 중 어느 한 항에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막(4)인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 10에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막(4)인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 11에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막(4)인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 12에 기재된 경질 피막 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막(4)인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 구성했기 때문에, 마무리 가공에 있어서의 절삭성을 개선하여 양호한 마무리면을 얻을 수 있는 실용성이 우수한 경질 피막 피복 절삭 공구로 된다.

도 1은 종래 예(비교예)에 의해 절삭한 피삭재 가공면의 사진이다.
도 2는 본 실시예의 개략 설명 사시도 및 요부 확대도이다.
도 3은 본 실시예의 개략 설명 측면도이다.
도 4는 본 실시예의 레이저 조사 방법의 개략 설명도이다.
도 5는 다른 예의 개략 설명 측면도이다.
도 6은 본 실시예의 요부의 개략 설명도이다.
도 7은 비교예의 정면 사진(a) 및 측면 사진(b)이다.
도 8은 비교예의 칼끝의 둥근 형태 반경(R)의 측정 데이터(a), 칼끝측(플랭크면을 레이크면에 대하여 대략 평행한 방향)에서 본 피막 사진(b) 및 레이크면 측에서 본 피막 사진(c)이다.
도 9는 실험예의 정면 사진(a) 및 측면 사진(b)이다.
도 10은 실험예의 칼끝의 둥근 형태 반경(R)의 측정 데이터(a), 칼끝측(플랭크면을 레이크면에 대하여 대략 평행한 방향)에서 본 피막 사진(b) 및 레이크면 측에서 본 피막 사진(c)이다.
도 11은 실험예에 의해 절삭한 피삭재의 가공면의 사진이다.
도 12는 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 13은 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 14는 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 표이다.

적합하다고 생각되는 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초하여 본 발명의 작용을 나타내어 간단하게 설명한다.

절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 막 두께를 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 반 이하의 소정의 막 두께로 함으로써, 경질 피막(4)에 의한 칼끝의 둥근 형태를 억제하여 원하는 예리함으로 할 수 있고, 즉, 절단날(3)에 직각인 방향으로 이 절단날(3) 칼끝의 둥근 형태를 반경(R)의 원호에 근사하게 했을 때, 이 R을 충분히 작게 하는 것이 가능하게 되어, 에지 칩을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 경질 피막(4)은 막 두께가 얇을수록 박리하기 어렵기 때문에, 그만큼 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 박리를 억제할 수 있고, 즉, 가공 도중에서의 절단날(3) 근방의 경질 피막(4)의 박리를 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 가공면에 단차가 형성되거나 가공 도중에서 가공품질이 변화하거나 하는 것을 방지할 수 있게 된다.

실시예

본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.

본 실시예는, 플랭크면(1)과 레이크면(2)과의 교차 능선부에 절단날(3)이 형성된 공구 본체(7)에 경질 피막(4)이 피복되어 이루어지는 경질 피막 피복 절삭 공구로서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름(칼날부의 회전 지름)(D)의 0.3배(0.3D) 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 단면에서, 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 막 두께를 h1, 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 막 두께를 h2로 했을 때, 8㎛≤h1≤30㎛ 이고 0≤h2/h1≤0.5인 것이다.

본 실시예는, 도 2에 도시한 바와 같은 절삭 칩 배출 홈(5)이 공구 축선으로 평행한(공구 축선 주위에 나선 형상으로 형성되지 않음) 소위 직인(直刃)이 1매인 볼 엔드밀이고, 구체적으로는, 공구 본체(7)는 초경합금제이며, 외주에 절삭 칩 배출 홈(5)이 공구 축선에 평행하게 설치되고, 공구 본체(7)의 선단부의 플랭크면(1)과 절삭 칩 배출 홈(5)의 레이크면(2)과의 교차 능선부에 절단날(3)이 설치되어 있는 것이다. 도면 중, 부호 8은 생크부이다.

또한, 공구 본체(7)에는 다이아몬드 피막(4)이 피복되어 있다. 아울러, 다이아몬드 피막 이외의 경질 피막을 채용해도 좋다.

이 다이아몬드 피막(4)은, CVD법에 의해 똑같이 공구 본체(7)에 피복 한 후, 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 소정의 두께가 되도록 그 표면부를 레이저 조사에 의해 일부 제거하고 있다. 본 실시예에 있어서는, YVO₄ 레이저를, 소정의 이송속도 및 출력으로, 도 4에 도시한 바와 같이 레이크면(2)의 상방(레이크면(2)의 정면)으로부터 다이아몬드 피막(4)의 표면과 평행한 방향으로 이송하면서 조사함으로써, 다이아몬드 피막(4)의 일부를 제거하고 있다. 아울러, 숫돌 등으로 연삭함으로써 제거해도 좋다. 아울러, 다른 구성, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같은 직인이 2매인 볼 엔드밀에 대해서도 각 절단날(3)의 레이크면(2)을 마찬가지로 처리함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 직인으로 한정되지 않고 절삭 칩 배출 홈(5)이 공구 축선주위에 나선 형상으로 형성되는 소위 나선형 칼날 타입의 구성으로 해도 마찬가지이다.

다이아몬드 피막(4)은, 상술한 바와 같이, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 절단날(3)에 직각인 단면에서, 플랭크면(1) 측의 다이아몬드 피막(4)의 막 두께를 h1, 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)의 막 두께를 h2로 했을 때, 8㎛≤h1≤30㎛이며, 0≤h2/h1≤0.5가 되도록, 즉, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)이 플랭크면(1) 측의 다이아몬드 피막(4)보다 얇아지도록 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 제거한다. 구체적으로는, 상기 레이저 조사를 절단날(3)을 따르는 방향으로 소정간격으로 반복하고, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 소정 범위에 걸쳐서 일부 제거한다(도 6 참조).

또한, 상기 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)의 일부 제거 처리는, 다이아몬드 피막(4)을 일부 제거한 영역이 어느 정도 존재하지 않으면 본 발명의 효과를 얻을 수 없기 때문에, 적어도 절단날(3) 선단 위치로부터 공구 지름의 1/10 정도 안측에서 행한다(공구 지름의 1/10 정도의 폭에서 행한다). 본 실시예에서는 공구 지름 1㎜의 1/10인 0.1㎜의 폭을 제거하고 있다.

다이아몬드 피막(4)이 피복된 회전 절삭 공구는, 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배의 범위가 다용 된다. 따라서, 적어도 이 범위에서, h1 및 h2가 상기 설정을 만족하도록 한다.

또한, 다이아몬드 피막(4)이 피복된 회전 절삭 공구의 경우, 공구 수명은 플랭크면(1)의 막 두께(h1)에 의존한다. 그 때문에, 절단날(3)에 직각인 단면에서 보았을 때에, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 8㎛ 미만이 되면, 피막 마모의 진행이 빨라, 수명이 극단적으로 짧아지는 경향이 있고, 가공을 계속하기 어려워진다. 또한, 30㎛를 초과하면, 초경합금 모재와의 밀착성이 반드시 높지 않다고 하는 다이아몬드 피막(4)의 특성상, 공구 본체(7)와의 밀착성의 확보가 어려워, 박리 등의 리스크가 높아짐과 함께 안정적인 공구 수명을 얻기 힘들어진다.

또한, 레이크면(2)의 막 두께(h2)는 플랭크면(1)의 막 두께(h1)와의 관계에서, 칼끝의 둥근 형태의 크기를 결정하는 요인으로 되어 있다. 또한, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)이 두꺼우면 돌발적으로 박리하는 리스크가 높아지기 때문에, 0≤h2/h1≤0.5가 되도록, 즉, 레이크면(2)의 막 두께(h2)는 플랭크면(1)의 막 두께(h1)의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 절단날(3)에 직각인 방향으로, 이 절단날(3) 칼끝의 둥근 형태를 반경(R)의 원호에 근사하게 했을 때(칼끝의 R을 측정했을 때), 0.1h1≤R≤0.8h1(0.1≤R/h1≤0.8)가 되도록 설정한다.

다이아몬드 피막(4)을 피복한 칼끝의 R의 크기는, 플랭크면(1) 측의 다이아몬드 피막(4)의 두께와 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)의 두께와의 관계가 크다.

주로 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 제거하여 얇게 함으로써 얻어지는 칼끝의 R은, 칼끝의 R의 크기가 0.1 h1 미만(R/h1가 0.1 미만)에서는, 절삭시에 칼끝의 칩핑(chipping)이 발생되기 쉬워진다. 또한, 칼끝의 R이 큼으로 인해 피삭재 측의 에지 칩 등의 발생이 우려되기 때문에, 플랭크면(1) 측의 막 두께가 두꺼워짐으로써 칼끝의 R이 커져 버리는 경우는, 칼끝의 R의 크기는 0.8h1 이하(R/h1이 0.8 이하)이며, 더 바람직하게는 15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 아울러, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 완전히 제거(h2/h1=0)한 경우, 칼끝의 R의 크기는 작아져 예리한 칼끝 상태가 되기 때문에 절삭성은 향상된다. 아울러, 레이크면(2)에도 다이아몬드 피막(4)을 남김으로써 플랭크면(1) 측의 다이아몬드 피막(4)이 박리되기 어려워져, 칼끝 근방의 다이아몬드 피막(4)의 강도를 유지할 수 있다고 생각되기 때문에 남겨 두어도 좋다. 더 바람직하게는, 0≤h2/h1≤0. 2이다.

레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 상술의 방법에 의해 제거하고, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)와 레이크면(2)의 막 두께(h2)의 비 h2/h1를 바꾸었을 때의 효과를 확인한 실험 결과를 도 12에 나타낸다.

아울러, 본 실시예에 있어서는, 칼끝의 R의 측정에는, 미타카코오키 가부시키가이샤(Mitakakohki.Co.,Ltd) 제품인 비접촉 삼차원 측정 장치(NH-3SP)를 사용하고, 소정의 지그로 피측정물(엔드밀)을 소정의 위치와 소정의 자세가 되도록 설치하며, 플랭크면(1)으로부터 절단날(3) 칼끝을 경유하여 레이크면(2)까지의 범위를 상기 절단날(3)에 직각인 방향으로 측정하고, 레이저에 의해 프로파일을 검출하며, 그 프로파일에 근사하는 원을 그려 칼끝의 R을 측정했다. 아울러, 피측정물을 일부 파괴(제거)하여 절단날(3)에 직각인 단면을 형성하고, 이 단면상에서 칼끝의 R을 측정해도 좋다.

〈가공 조건〉

사용 공구：다이아몬드 피막이 피복된 1매 칼날 볼 엔드밀(지름 1㎜, 날길이 0.7㎜, 생크 지름 4㎜, 전체 길이 50㎜)

피삭재：초경합금 VM-40(CIS 규격)

쿨런트：에어 블로우

공구 돌출량：15㎜

회전 속도：30,000min^-1, 이송속도：150㎜/min, 축 방향의 절삭 깊이：0.05㎜

반경 방향의 절삭 깊이：0.25㎜

가공 방법：4.3㎜×4.3㎜×깊이 0.6㎜의 사각 포켓 형상을 가공한다.

이상의 가공 조건으로, 도 12의 실험예의 조합에 대하여 실험을 행하고, 공구 수명까지의 포켓 가공 개수(수명)와, 1 포켓 가공 후의 상면 능선의 에지 칩의 크기(길이), 레이크면(2)의 피막 박리의 발생 상태에 대하여 비교를 행하였다.

플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 5㎛일 때, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 얇게 함으로써 칼끝의 R이 작아져, 에지 칩의 억제에는 효과가 있었지만 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 얇음으로써 공구 수명이 짧아 가공 가능한 포켓 수가 적은 결과가 되었다(실험예 1~4).

이에 대해, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 8㎛인 경우에서는, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 얇게 함으로써 칼끝의 R이 작아지고, 에지 칩 억제에 효과를 볼 수 있었다. 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 두꺼워짐으로써, 공구 수명까지의 포켓 가공 개수가 증가했다(실험예 5~9). 피막 제거 후의 레이크면(2)의 막 두께(h2)가 6㎛인 경우, 가공시에 레이크면(2)의 피막 박리의 영향이 가공면에 크게 나오는 결과가 되었다(실험예 9).

또한, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 15㎛인 경우에서는, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 얇게 함으로써 칼끝의 R이 작아져, 에지 칩의 억제에 효과를 볼 수 있었다. 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 두꺼워짐으로써, 공구 수명까지의 포켓 가공 개수가 증가했다. 피막 제거 후의 레이크면(2)의 막 두께(h2)가 12㎛인 경우, 에지 칩의 크기가 약간 크고, 가공 도중에 레이크면(2)의 피막 박리가 발생하여 가공면에 단차 등의 영향이 발생했다(실험예 10~13).

또한, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 19㎛인 경우에 있어서, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 8㎛로 했을 때, 칼끝의 R은 12㎛가 되었다. 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 제거하지 않은 것으로는 레이크면(2)의 막 두께(h2)는 18㎛, 칼끝의 R은 20㎛이고, 가공 평가의 결과, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 8㎛로 한 것은, 에지 칩의 크기가 10㎛이며, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 제거하지 않은 것이 38㎛였다. 레이크면(2)의 피막 박리의 가공면에의 영향에 대해서도 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 8㎛로 한 것은 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 제거하지 않은 것에 대하여 개선 경향이 되었다(실험예 14, 15).

플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 30㎛인 경우에 있어서는, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 얇게 함으로써 칼끝의 R이 작아져, 에지 칩의 억제에 효과를 볼 수 있었다(실험예 16~18). 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 큰 것으로, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)을 제거하지 않은 경우의 칼끝의 R이 크기 때문에, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 얇게 했을 때에 얻어지는 칼끝의 R의 크기가, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 얇을 때에 비해 커진다. 이 때문에 레이크면(2)의 막 두께(h2)를, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)에 대하여 0.5배로 했을 때에도 칼끝의 R이 커지고, 에지 칩의 크기와 가공시 레이크면(2)의 피막 박리의 가공면에의 영향이 다소 커졌다(실험예 18).

플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 35㎛인 경우에 있어서, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 0으로 했을 때에, 칼끝의 R은 15㎛로 할 수 있었지만, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 두껍기 때문에 다이아몬드 피막(4)의 밀착성의 문제로부터, 막 손상이 조기에 발생함으로써 에지 칩이 커져, 공구 수명까지의 포켓 가공 개수도 2개가 되었다(실험예 20).

플랭크면(1)의 막 두께(h1)가 40㎛인 경우에 있어서는, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 0으로 했을 때에 칼끝의 R은 18㎛로 되고, 가공의 초기부터 공구 손상이 진행되어 에지 칩이 커짐과 아울러, 공구 수명까지의 포켓 가공 개수도 2개가 되었다. 또한, 레이크면(2)의 막 두께(h2)를 10㎛, 20㎛, 24㎛로 남긴 경우에는, 칼끝의 R이 커서 절삭 저항을 크게 받는 문제와 다이아몬드 피막(4)의 밀착성 문제로 인해, 포켓 가공 개수가 0개로 되었다(실험예 21~24).

이상의 결과로부터 청구항 1의, 플랭크면(1)의 막 두께(h1)는 8㎛≤h1≤30㎛ 이고 레이크면(2)의 막 두께(h2)와의 관계를 0≤h2/h1≤0.5로 설정했다. 또한, 칼끝의 R에 대해서는 플랭크면(1)의 막 두께(h1)에 대하여 일정한 비율 이하로 하는 것이 바람직하고, 청구항 2에서, 0.1h1≤R≤0.8 h1로 하며, 또한 막 두께가 두꺼운 경우에 플랭크면(1)의 막 두께(h1)에 대해서의 비율만으로는 효과를 얻을 수 없는 경우가 있기 때문에 0.1h1≤R≤15㎛로 했다.

또한, 본 실시예는, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)의 절단날(3)에 인접하는 영역에, 절단날(3)에 대하여 90°±20°의 범위 각도로 교차하는 다수의 미세한 볼록조(6)가 소정의 병설간격(α)으로 병설되어 있다. 아울러, 이 볼록조(6)는, 상기 레이저 조사에 의해 생기는 홈(조사 흔적)과 서로 이웃하는 홈을 일부 중복시킴으로써 형성하는 것이다(도 2 참조). 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 절단날(3)을 통과하는 접선에 직교하는 선의 각도를 90°로 한 경우, 상기 접선에 대하여 약 90°로 교차하도록 설정하고 있다.

볼록조(6)는 레이저 조사 이외의 수단에 의하여 형성해도 좋다. 절삭시에 절삭 칩이 절단날(3)에 대하여 직각 방향으로 흐르기 때문에, 절삭 칩의 흐름을 컨트롤한 후에, 절단날(3)에 대하여 직각으로 볼록조(6)를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 볼록조(6)가 늘어선 간격에 의해서도 절삭 칩 배출성에 차이가 생기는 것을 실험으로 알 수 있었다.

도 13은 도 12중의 실험예 14의 형상으로, 볼록조(6)의 병설되는 각도 조건을 바꾸었을 때의 실험 결과를 나타낸 것이다. 절단날(3)을 통과하는 접선에 직교하는 선의 각도를 90°로 한 경우, 절삭 칩 배출성은 볼록조(6)의 상기 접선에 대한 각도가 90°±20°로 양호하고, 바람직하게는 90°±10°의 범위였다. 실험예 14에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 접선에 대하여 약 90°로 교차하도록 했다.

또한, 본 실시예에서 이 볼록조(6)의 병설간격(레이저 조사의 간격)(α)은 1㎛ 이상 30㎛ 이하로 설정되어 있다(도 2 참조). 도 14는 도 12중의 실험예 14의 형상으로, 볼록조(6)의 병설간격(α)을 바꾸었을 때의 실험 결과를 나타낸 것이다. 칼끝을 관찰한바, 칼끝의 예리함과 절삭 칩 배출성은, 병설간격(α)이 0.8㎛ 이상 40㎛ 이하로 양호했다. 이것은, 칼끝 근방의 마이크로 텍스처 효과에 의해 절삭 칩의 분산이 좋아져 안정적인 절삭이 가능하게 되었기 때문이라고 생각된다.

실험예 14에서는, 볼록조(6)의 병설간격(α)은 10㎛로 설정되어 있다. 병설간격(α)이 1㎛ 미만에서는 볼록조(6)를 형성함에 따른 상기 효과를 기대할 수 없다. 또한, 병설간격(α)이 30㎛를 초과하면 칼끝의 R을 안정적으로 작게 하는 것이 어려워져, 칼끝의 절삭성 개선을 기대할 수 없다. 또한, 칼끝 상태는 병설간격(α)이 30㎛ 이하로 양호하다고 하는 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 이 볼록조(6)가 병설되어 있는 부분의 산술 평균 거칠기(Ra)는 0.05㎛ 이상 1㎛ 이하로 설정되어 있다.

상기 볼록조(6)를 형성한 영역의 산술 평균 거칠기(Ra)는 0.05㎛ 이상인 것이 바람직하고, 산술 평균 거칠기(Ra)가 커짐으로써 마무리면 거칠기가 악화되기 때문에 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서는, 산술 평균 거칠기(Ra)는 0.5㎛정도로 설정되어 있다. 볼록조(6)의 병설간격(α)(레이저 조사의 간격)을 좁게 함으로써, 산술 평균 거칠기(Ra)는 작게 할 수 있고, 또 간격(α)을 넓게 함으로써 산술 평균 거칠기(Ra)는 커진다. 산술 평균 거칠기(Ra)가 작아짐으로써, 칼끝이 예리하게 되고, 또한, 너무 커지면 칼끝의 예리함이 없어지는 경향으로 된다.

아울러, 본 발명은, 본 실시예와 같은 1매 칼날 볼 엔드밀로 한정되지 않고, 2매 이상의 칼날 수의 볼 엔드밀이나, 라디우스 엔드밀(radius end mill), 스퀘어 엔드밀 등에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 2매 칼날 이상의 칼날 수의 엔드밀에 대해서는, 필요한 칼끝 모두에게 적용하면 좋다.

또한, 피막은 다이아몬드 피막에 한정되지 않고, 질화물계 피막 등의 경질 피막을 채용해도 좋다.

본 실시예는 상술한 바와 같이 구성했기 때문에, 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 막 두께를 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 반 이하(1/2 이하)의 소정의 막 두께로 함으로써, 경질 피막(4)에 의한 칼끝의 둥근 형태를 억제하여 원하는 예리함으로 할 수 있고, 즉, 절단날(3)에 직각인 방향으로 이 절단날(3) 칼끝의 둥근 형태를 반경(R)의 원호에 근사하게 했을 때, 이 R을 충분히 작게 하는 것이 가능해져, 에지 칩을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 경질 피막(4)은 막 두께가 얇을수록 박리하기 어렵기 때문에, 그만큼 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 박리를 억제할 수 있고, 즉, 가공 도중에서의 절단날(3) 근방의 경질 피막(4)의 박리를 억제하는 것이 가능해지기 때문에 가공면에 단차가 형성되거나 가공 도중에 가공품질이 변화하거나 하는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 레이크면(2)의 막 두께를 제어하는 단계에서 볼록조(6)를 형성하는 처리를 실시함으로써 칼끝을 균일한 상태로 할 수 있기 때문에, 절삭 칩 배출성에도 뛰어난 것으로 된다.

따라서, 본 실시예는, 마무리 가공에 있어서의 절삭성을 개선하여 양호한 마무리면을 얻을 수 있는 실용성이 우수한 것으로 된다.

본 실시예의 효과를 뒷받침하는 실험예에 대하여 설명한다.

〈가공 조건〉

사용 공구：다이아몬드 피막이 피복된 1매 칼날 볼 엔드밀(지름 1㎜, 날길이 0.7㎜, 생크지름 4㎜, 전체 길이 50㎜)

피삭재：초경합금 VM-40(CIS 규격)

쿨런트：에어 블로우

공구 돌출량：15㎜

회전 속도：30,000min^-1, 이송속도：150㎜/min, 축 방향의 절삭 깊이：0.02㎜

반경 방향의 절삭 깊이：0.1㎜

가공 방법：피삭재의 상면에 5㎜×5㎜×깊이 0.02㎜(축 방향의 절삭 깊이 분)의 크기의 영역을 절삭 가공(다운 컷)한다.

공구의 진행 방향：피삭재의 바깥쪽으로부터 피삭재의 상면과 정면의 능선에 대하여 직각 방향으로 공구를 피삭재로 진입시킨다.

평가：상기 능선에서의 에지 칩 상태(유무)를 확인한다.

이상의 가공 조건으로, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)에 상기 레이저 조사 처리를 실시하지 않은 비교예와, 상기 레이저 조사 처리를 실시한 실험예로 각각 피삭재를 가공하고, 가공 후의 피삭재 상태를 비교했다.

도 7이 비교예, 도 9가 실험예의 각 정면 사진(a) 및 측면 사진(b)이다. 또한, 도 8이 비교예, 도 10이 실험예의 각 칼날 끝의 둥근 형태의 반경(R)의 측정 데이터(a), 칼끝 측에서 본 피막 사진(b) 및 레이크면 측에서 본 피막 사진(c)이다.

비교예의 칼끝의 R은, 칼날 직각 방향(절단날에 직각인 방향)이고 대략 20.8㎛이며, 실험예의 칼끝의 R은, 대략 13.3㎛였다.

도 1이 비교예의 피삭재 가공 후의 사진, 도 11이 실험예의 피삭재 가공 후의 사진이며, 이들의 비교로부터, 레이크면(2) 측의 다이아몬드 피막(4)이 소정의 막 두께로 되는 일부 제거 처리를 행하고, 칼끝의 R의 작아진 상태에서 절삭을 행하면, 가공 초기부터 에지 칩의 발생이 없어, 양호한 가공면을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

1. 플랭크면 　2. 레이크면
3　절단날 　4. 경질 피막
6. 볼록조 7. 공구 본체

Claims

플랭크면(1)과 레이크면(2)과의 교차 능선부에 절단날(3)이 형성된 공구 본체(7)에 경질 피막(4)이 피복되어 이루어지는 경질 피막 피복 절삭 공구로서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 단면에서, 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 막 두께(h1) 및 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막의 막 두께(h2)가, 하기 1의 두 조건을 충족하도록 구성하고, 또한 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 방향에서, 상기 절단날(3)의 칼끝의 둥근 형태를 반경(R)의 원호에 근사하게 했을 때, 하기 2의 조건을 충족하도록 구성한 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
하기 1
(1) 8㎛≤h1≤30㎛
(2) 0≤h2/h1≤0.5
하기 2
0.1h1≤R≤0.8h1
플랭크면(1)과 레이크면(2)과의 교차 능선부에 절단날(3)이 형성된 공구 본체(7)에 경질 피막(4)이 피복되어 이루어지는 경질 피막 피복 절삭 공구로서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 단면에서, 플랭크면(1) 측의 경질 피막(4)의 막 두께(h1) 및 절단날(3) 근방의 레이크면(2) 측의 경질 피막의 막 두께(h2)가, 하기 1의 두 조건을 충족하도록 구성하고, 또한 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의 절단날(3)에 직각인 방향에서, 상기 절단날(3)의 칼끝의 둥근 형태를 반경(R)의 원호에 근사하게 했을 때, 하기 2의 조건을 충족하도록 구성한 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
하기 1
(1) 8㎛≤h1≤30㎛
(2) 0≤h2/h1≤0.5
하기 2
0.1h1≤R≤15㎛
제 1 항에 있어서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 레이크면 측의 경질 피막(4)의 적어도 절단날(3)에 인접하는 영역에, 절단날(3)에 대하여 90°±20°의 범위 각도로 교차하는 다수의 미세한 볼록조가(6) 병설되어 있는 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 2 항에 있어서, 공구 선단으로부터 축 방향으로 공구 지름의 0.3배 이하의 범위에서의, 레이크면 측의 경질 피막(4)의 적어도 절단날(3)에 인접하는 영역에, 절단날(3)에 대하여 90°±20°의 범위 각도로 교차하는 다수의 미세한 볼록조가(6) 병설되어 있는 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 3 항에 있어서, 상기 볼록조(6)의 병설간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 볼록조(6)의 병설간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록조(6)가 병설되어 있는 부분의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.05㎛ 이상 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록조(6)는, 절단날(3) 근방의 상기 레이크면(2) 측의 경질 피막(4)의 표면부를 레이저 조사에 의해 제거할 때에 형성된 것인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 7 항에 있어서, 상기 볼록조(6)는, 절단날(3) 근방의 상기 레이크면(2) 측의 경질 피막의 표면부를 레이저 조사에 의해 제거할 때에 형성된 것인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 7 항에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 8 항에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
제 9 항에 있어서, 상기 경질 피막(4)은 다이아몬드 피막인 것을 특징으로 하는 경질 피막 피복 절삭 공구.
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