KR20070037642A

KR20070037642A - 절삭공구

Info

Publication number: KR20070037642A
Application number: KR1020077004044A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 후카노
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-04-05
Also published as: WO2006011472A1; JPWO2006011472A1; JP4728961B2; EP1772218A1; US20090211414A1; KR101014698B1

Abstract

경질 소결체로 이루어지는 기체의 표면에, 그 기체보다 단단한 경질 피복층을 피복한 절삭공구로서, 상기 경질 피복층의 표면에 있어서의 경사면측으로부터 교차능을 포함하여 여유면측에 걸치는 절삭날 영역에 대해서 연마 가공이 실시되고, 또한 상기 연마 가공면에 크랙이 존재함과 아울러, 상기 크랙의 근방영역이 상기 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마가공되어 있는 절삭공구이며, 이것에 의해, 내마모성이 우수함과 아울러, 절삭날의 내치핑성을 향상시킨 절삭공구로 된다.

Description

절삭공구{CUTTING TOOL}

본 발명은, 표면에 경질 피복층을 피복한 절삭공구에 관한 것이다.

금속의 절삭가공 분야에서는, 그 가공조건이 해마다 엄격해져, 이것에 사용되는 절삭공구로서, 초경합금이나 서멧 등의 경질 소결체 기체의 표면에, 경질 피복층을 피복한 절삭공구가 보급되고 있다. 이러한 절삭공구에 있어서, 경질 피복층을 두껍게 하면 내마모성은 향상되지만, 절삭날의 인성이 열화된다고 하는 관계에 있는 것은 잘 알려져 있다.

이 문제를 해결하는 방법으로서, 특허문헌 1과 같이 절삭날의 경질 피복층을 호닝가공에 의해 부분적으로 얇게 하거나 제거하거나 하는 방법이 제안되어 있다. 또한 특허문헌 2에 의하면, 이 경질 피복층의 표면조도를 Rmax로 0.2㎛이하로 매끄럽게 호닝가공함으로써, 절삭날에 있어서의 경질 피복층의 국부적 손상을 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 평2-48103호 공보

특허문헌 2: 일본 특허공개 평1-16302호 공보

도 6의 (a)부분은, 종래의 절삭공구의 호닝부 표면의 일례를 나타내는 주사형 전자현미경 사진(SEM)이며, (b)부분은, 도 6의 (a)부분의 C-C라인에 있어서의 호닝부 표면의 높이를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 호닝부(30) 표면에는 크랙(31)이 존재하고 있다. 이와 같이, 실제의 경질 피복층에는, 기체나 다른 경질 피복층과의 열팽창 차 등에 기인해서 크랙이 존재하기 때문에, 상기 종래의 절삭날에 있어서의 경질 피복층을 호닝가공에 의해 단순하게 얇게 또한 평활하게 한 슬로어웨이칩이여도, 크랙이 잔존해 버린다.

최근, 절삭가공의 고능률화의 요구에 따라, 절삭조건도 과혹하게 되어 오고 있고, 특히 고속절삭이나, 황삭으로서 사용되는 중단속 절삭 등과 같은 과혹한 절삭조건에서는, 경질 피복층의 크랙 부분에 높은 응력이나 강한 충격이 집중해서 작용하고, 그 결과, 경질 피복층이 박리되거나, 절삭날에 발생하는 치핑의 발생을 억제할 수 없어, 경질 피복층이 조기에 결손된다고 하는 문제가 있었다.

또한 호닝가공에 의해 절삭날의 경질 피복층을 완전히 제거해 버리거나, 경질 피복층의 표면에 크랙이 전혀 존재하지 않게 되도록, 매우 매끄럽게 호닝가공하면, 피삭재의 용착이 심하게 되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 즉, 어느쪽의 경우에도, 공구수명이 짧아지는 경향이 있고, 공구수명에 불균형이 보여졌다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 경질 피복층을 갖는 절삭공구에 있어서, 내마모성이 우수함과 함께, 절삭날의 내치핑성을 향상시킬 수 있는 절삭공구를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기 과제에 대하여, 경질 소결체로 이루어지는 기체의 표면에, 상기 기체보다 단단한 경질 피복층을 피복한 절삭공구로서, 상기 경질 피복층의 표면에 있어서의 경사면측으로부터 교차능선을 포함해서 여유면측에 걸치는 절삭날 영역에 대하여 연마가공이 실시되고, 또한 상기 연마 가공면에 크랙이 존재함과 아울러, 상기 크랙의 근방영역이 상기 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마 가공되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 고속절삭이나 황삭으로서 사용되는 중단속 절삭과 같이, 절삭날에 큰 충격이 가해지는 가공조건에 있어서도, 경질 피복층의 절삭날 표면부에 존재하는 크랙에 응력이 집중해서 국소적인 큰 충격이 작용하는 일이 없고, 내결손성을 높일 수 있음과 아울러, 피삭재의 용착도 억제하는 효과가 있기 때문에, 높은 내마모성을 유지한 상태에서 절삭날에 발생하는 치핑을 억제할 수 있고, 그 결과, 장수명의 절삭공구로 된다.

여기에서, 상기 연마 가공면에 있어서 상기 크랙의 깊이가 2㎛이하인 것이, 크랙에 가해지는 응력집중을 효과적으로 분산할 수 있는 점에서 바람직하다.

또한 상기 크랙이 단속적으로 상기 연마 가공면에 존재하는 것이, 크랙에 가해지는 응력집중을, 보다 효과적으로 분산할 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 연마 가공면에 있어서의 산술평균 조도(Ra)가 0.05∼0.45㎛인 것이, 치핑의 억제 및 피삭재의 용착을 방지할 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 경사면에서 보았을 때의 상기 여유면으로부터 상기 경사면측 절삭날 영역의 연마 종단위치(P_A)까지의 거리를 L_A, 상기 여유면에서 보았을 때의 상기 경사면으로부터 상기 여유면측 절삭날 영역의 연마 종단위치(P_B)까지의 거리를 L_B라고 했을 때, 그 비(L_A/L_B)가 0.8∼3인 것이, 내충격성의 향상에 의한 내결손성의 향상 및 높은 내마모성의 유지의 양립을 꾀하는 점에서 바람직하다.

상기 경질 피복층이 CVD법에 의해 형성된 것임이, 부착강도가 높아지는 점에서 바람직하다.

상기 경질 피복층으로서 Al₂O₃층을 가짐과 아울러, 상기 연마 가공면에 상기 Al₂O₃층이 노출되어 있는 것이, 내용착성, 내산화성 및 내소성변형성의 향상에 의한 피삭재의 마무리면 조도를 개선할 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 Al₂O₃층의 결정구조가 α형 Al₂O₃인 것이, 절삭시의 Al₂O₃층의 안정성을 높이고, 안정된 절삭성능을 유지할 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 경질 피복층의 총막두께가 15㎛이하인 것이, 경질 피복층의 박리 등이 발생하지 않아, 내결손성과 내마모성의 밸런스가 좋고, 공구수명을 연장시킬 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 연마 가공면이 호닝부 표면을 포함하고, 상기 호닝부 표면에 존재하는 크랙의 근방영역이 상기 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마 가공되어 있는 것이, 높은 내마모성을 유지한 상태에서 절삭날에 발생하는 치핑을 확실하게 억제할 수 있는 점에서 바람직하다.

본 발명의 절삭물의 제조방법은, 본 발명의 절삭공구에 있어서의 상기 경사면과 상기 여유면의 교차능선에 형성된 절삭날을 절삭물에 접촉시켜서 절삭가공을 행하는 것이고, 이것에 의하면, 안정되고 양호한 가공면을 갖는 피삭물이 얻어진다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 고속절삭이나, 황삭으로서 사용되는 중단속 절삭과 같이 절삭날에 큰 충격이 가해지는 가공조건에 있어서도, 경질 피복층의 절삭날 표면부에 존재하는 크랙에 응력이 집중해서 국소적인 큰 충격이 가해지는 일이 없어, 내결손성을 높일 수 있다. 또한, 피삭재의 용착도 억제하는 효과가 있기 때문에, 높은 내마모성을 유지한 상태에서 절삭날에 발생하는 치핑을 억제할 수 있다. 그 결과, 장수명의 절삭공구로 되고, 또한 이 절삭공구로 절삭가공을 행하면, 안정되고 양호한 가공면을 갖는 절삭물이 얻어진다.

도 1은 본 발명의 절삭공구의 바람직한 예인 슬로어웨이칩의 일례를 나타내는 개략적인 설명도이다.

도 2의 (a)부분은, 도 1의 슬로어웨이칩에 있어서의 경질 피복층의 호닝부 표면을 나타내는 주사형 전자현미경 사진(SEM)이며, (b)부분은, 도 2의 (a)부분의 A-A라인에 있어서의 호닝부 표면의 높이를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 절삭공구의 기체의 연마공정에 있어서, (a)부분은 R호닝을 설명하기 위한 개략적인 설명도이며, (b)부분은 쳄퍼 호닝을 설명하기 위한 개략적인 설명도이다.

도 4는 본 발명에 따른 절삭공구의 경질 피복층의 연마공정을 설명하기 위한 개략적인 설명도이다.

도 5는 실시예의 시료No.7의 절삭공구에 있어서의 호닝부의 표면상태에 대해서, (a)부분은 경질 피복층의 호닝부 표면의 일례를 나타내는 주사형 전자현미경 사진(SEM)이며, (b)부분은 도 5의 (a)부분의 B-B라인에 있어서의 호닝부 표면의 높이를 나타내는 도면이다.

도 6은 종래의 절삭공구의 호닝부의 표면상태에 대해서, (a)부분은 경질 피복층의 호닝부 표면의 일례를 나타내는 주사형 전자현미경 사진(SEM)이며, (b)부분은 도 6의 (a)부분의 C-C라인에 있어서의 호닝부 표면의 높이를 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 슬로어웨이칩(칩)

2 : 기체

3 : 경사면

4 : 여유면

5 : 절삭날

6 : 경질 피복층

8 : 호닝부

9 : 크랙

10 : 연마상처

12 : 경사면측 절삭날 영역

13 : 여유면측 절삭날 영역

15 : 경사면 중앙부

16 : 여유면 중앙부

18 : 기체 호닝부

19 : 경질 피복층의 호닝부 종단

20 : 기체 호닝부 종단

본 발명의 절삭공구의 일례인 슬로어웨이칩(이하, 단지 칩으로 약기한다)에 대하여, 도면을 참조해서 상세하게 설명한다. 도 1은, 상기 슬로어웨이칩의 개략적인 설명도이다. 도 2의 (a)부분은, 상기 슬로어웨이칩에 있어서의 경질 피복층의 호닝부 표면을 나타내는 주사형 전자현미경 사진(SEM)이며, 도 2의 (b)부분은 도 2의 (a)부분의 A-A라인에 있어서의 호닝부 표면의 높이를 나타내는 도면이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 칩(1)은 대략 평판형상을 보이는 기체(2)의 경사면(3)을 이루는 주면, 및 여유면(4)을 이루는 측면과의 교차능선 부분에 절삭날(5)을 설치하고, 또한 기체(2) 표면에 경질 피복층(6)을 피복하고 있다. 또한 경사면(3)측으로부터 교차능선을 포함해서 여유면(4)측에 걸치는 절삭날(5) 영역에 걸쳐 연마가공된 호닝부(8)(연마 가공면)를 설치하고 있다.

여기에서, 본 발명에 있어서의 「연마 가공면」이라는 것은, 연마 가공된 호닝부(8) 및 경사면(3)의 표면을 의미하고 있고, 호닝부(8)는 모서리(절삭날(5))의 모따기부를 나타내고 있다. 본 발명에서는, 특히 연마 가공된 호닝부(8) 표면에 존재하는 크랙(9)의 근방영역을 소정 형상으로 연마 가공한다.

구체적으로는, 도 2의 (a), (b)부분에 나타내는 바와 같이, 호닝부(8) 표면에 크랙(9)이 존재함과 아울러, 크랙(9) 근방영역이 크랙(9)을 향해서 점차 깊어지도록, 매끄럽게 가라앉도록 연마 가공되어 있는 것이 큰 특징이다. 이러한 구성에 의해, 고속절삭이나, 황삭으로서 사용되는 중단속 절삭과 같이 절삭날(5)에 큰 충격이 가해지는 가공조건에 있어서도, 경질 피복층(6)의 절삭날(5) 표면부에 존재하는 크랙(9)에 응력이 집중하여, 국소적인 큰 충격이 가해지는 일이 없고, 내결손성을 높일 수 있다. 또한, 피삭재의 용착도 억제하는 효과가 있기 때문에, 높은 내마모성을 유지한 상태에서 절삭날(5)에 발생하는 치핑을 억제할 수 있고, 그 결과 장수명의 칩(1)으로 되는 것이다.

즉, 연마 가공면이 한결같이 균일하게 연마되는 도 6과 같은 종래의 절삭공구로는, 경질 피복층의 절삭날 표면부에 존재하는 크랙 부분에 충격이 집중해서 치핑이나 결손을 일으키기 쉬워진다.

경질 피복층(6)의 총막두께는 15㎛이하, 바람직하게는 10∼15㎛인 것이 좋다. 이것에 의해 경질 피복층(6)의 박리 등이 발생할 일이 없고, 또한 내결손성과 내마모성의 밸런스가 우수하여, 공구수명을 효율적으로 연장시킬 수 있다.

또한 도 2의 (a)부분에 나타내는 바와 같이, 경질 피복층(6)의 호닝부(8) 표면에는 연마상처(10)가 존재하는 것이, 경질 피복층(6) 내에 발생하는 잔류응력을 개방할 수 있음과 아울러, 경질 피복층(6)이 기체(2)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 내결손성을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 상기 연마상처(10)란, 줄형상인 것을 말하고, 랩핑가공 또는 브러시가공과 같이, 연마제가 경 질 피복층(6) 표면을 문지르면서 연마하는 가공에 의해 할 수 있다. 또한, 연마상처(10)는 랜덤한 방향으로 나 있는 것이 응력완화의 점에서 바람직하다.

여기에서, 호닝부(8) 표면에 있어서, 크랙(9)의 깊이가 2㎛이하인 것이, 크랙(9)에 가해지는 응력집중을 효과적으로 분산할 수 있는 점에서 바람직하다. 크랙(9)의 깊이는, 예를 들면 비접촉식의 레이저 현미경으로 측정가능하다.

또한 호닝부(8) 표면에 있어서, 크랙(9)이 단속적으로 존재하는 것이 크랙(9)에 가해지는 응력집중을, 보다 효과적으로 분산할 수 있는 점에서 바람직하다.

호닝부(8) 표면을 포함하는 연마 가공면에 있어서의 산술평균 조도(Ra)가 0.05∼0.45㎛인 것이, 치핑의 억제 및 피삭재의 용착을 방지할 수 있는 점에서 바람직하다.

또, 본 발명에 있어서의 표면조도[산술평균 조도(Ra)]의 측정에 관해서는, JIS B0601'01에 준거해서 접촉식의 표면조도계를 사용하거나, 또는 이러한 측정이 곤란할 경우에는, 비접촉식의 레이저 현미경이나 원자간력 현미경을 이용하여, 경질 피복층(3)의 최표면(5)에 있어서의 요철형상을 주사하면서 어림잡음으로써 측정할 수 있다. 이 때, 비접촉식의 레이저 현미경을 이용하여 측정할 경우에는, 측정면이 레이저 현미경에 대하여 수직이 되도록 칩을 움직이면서 측정한다. 또한 절삭날 형상 자체가 굴곡을 갖는 경우에는, 이 굴곡분을 빼고 직선 근사한 후에 표면조도를 산출한다. 이 표면조도(Ra)의 측정에 있어서, 촉침식 표면조도 측정기를 사용할 경우에는, 컷오프값:0.25mm, 기준길이:0.8mm, 주사속도:0.1mm/초로 측정한다.

또한 경사면(3)에서 보았을 때의 여유면(4)으로부터 경사면(3)측의 절삭날 영역(12)의 연마 종단위치(P_A)까지의 거리를 L_A, 여유면(4)에서 보았을 때의 경사면(3)으로부터 여유면(4)측의 절삭날 영역(13)의 연마 종단위치(P_B)까지의 거리를 L_B라고 했을 때, 그 비(L_A/L_B)가 0.8∼3, 바람직하게는 1∼2, 보다 바람직하게는 1.1∼1.5인 것이, 내충격성의 향상에 의한 내결손성의 향상 및 높은 내마모성의 유지의 양립을 꾀하는 점에서 바람직하다.

또한, 경질 피복층(6)의 최표면이 Ti계 표면층으로 이루어지고, 상기 Ti계 표면층의 절삭날(5)의 중앙부로부터 여유면(4)측의 여유면측 절삭날 영역(13)에 있어서 가장 연마되어 있고, 여유면(4)측의 여유면측 절삭날 영역(13)의 쪽이 경사면(3)측의 절삭날 영역(12)보다 평활한 것이, 경질 피복층(6) 내의 잔류응력을 저감할 수 있어서 경질 피복층(6)의 내결손성을 향상시킴과 아울러, 가공시의 절삭저항을 증대시키지 않고 피삭재의 마무리면 조도를 평활화하기 때문에 바람직하다.

상기 Ti계 표면층이 가장 연마되어 있는 부분에 있어서, 상기 Ti계 표면층의 하층에 존재하는 Al₂O₃층이 노출되어 있는 것이, 경질 피복층(6)의 내용착성, 내산화성 및 내소성변형성의 향상에 의한 피삭재의 마무리면 조도를 개선하는 점에서 바람직하다.

여기에서, 상기 노출된 Al₂O₃층으로서는, 그 결정구조가 α형 Al₂O₃층인 것이, 절삭시의 Al₂O₃층의 안정성을 높이고, 안정된 절삭특성을 유지할 수 있는 점에 서 바람직하다. 일반적으로, α형 Al₂O₃층은 성막 과정에서 조립화되는 경향이 있어서, 표면조도가 낮게 되는 경향이 있지만, 본 발명에 의하면, 이러한 α형 Al₂O₃층을 성막한 경우에도, 매끄럽게, 또한 상기 특정의 면조도로 구성된 표면상태의 절삭날(5)로서, 뛰어난 절삭성능을 발휘할 수 있다.

Al₂O₃층의 결정구조에 대해서는, 표면에 있어서의 XRD(X선 회절법) 측정으로 확인할 수 있다. 또 XRD 측정에서, α형 Al₂O₃층의 메인 피크에 대하여, 1/5이하의 피크 강도비로 κ형 Al₂O₃층의 피크가 혼재한 층이여도, 이 효과는 잃지 않는다.

또한 경사면측 절삭날 영역(12)에 계속되는 경사면 중앙부(15)에 있어서의 산술평균 조도(Ra)가, 여유면측 절삭날 영역(13)에 계속되는 여유면 중앙부(16)에 있어서의 산술평균 조도(Ra)보다 작아지도록 연마되어 있는 것이, 절삭가루의 배출성을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 또한 양면이 순차적으로 경사면(3)으로 되는 양면사용의 칩에 있어서는, 시트면에 배치되었을 때의 이면결함을 방지할 수 있다고 하는 효과도 있다.

또한, 경사면측 절삭날 영역(12)에 계속되는 경사면(3)에 있어서, 연마된 상기 Ti계 표면층이 잔존하는 것이, 광택이 있는 노르스름한 색을 보이는 아름다운 외관이 되고, 절삭날의 사용/미사용 상태를 육안으로 용이하게 확인할 수 있는 점에서 바람직하다.

또한 기체(2)에 대해서도, 경질 피복층(6)을 형성하기 전에 절삭날(교차능 선)(5)에 대하여 호닝처리(이하, 기체 호닝부(18)로 약기한다)를 실시하는 것이 바람직하다. 이 때, 여유면측 절삭날 영역(13)의 연마 종단위치(P_B)에 있어서의 경질 피복층(6)의 부착강도가, 여유면(4)의 중앙부(16)에 있어서의 부착강도보다 높은 것이 바람직하다.

이것에 의해 절삭시, 특히 절삭날 능선을 이루어 피삭재와의 스침에 기인한 경질 피복층(6)의 박리가 생기기 쉽고 미소 치핑이 발생하기 쉬운 절삭날 능선이 되는 기체 호닝부(18)의 종단(20) 부근에 있어서의 경질 피복층(6)의 부착력이 향상된다. 그리고, 절삭날(5)에 있어서의 경질 피복층(6)의 박리를 방지할 수 있고, 칩(1)의 내결손성 및 내마모성을 현저하게 향상시킬 수 있고, 그 결과, 칩(1)의 수명을 연명할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서의 부착강도란, 촉침을 경질 피복층(6) 표면에 눌러넣고, 누름 하중을 로드셀에서 확인한 상태에서, 상기 촉침을 횡으로 주사해서 시료인 경질 피복층(6) 표면을 할퀴고, 경질 피복층(6)이 박리되었을 때의 하중을 경질 피복층(6)의 박리하는 박리강도로서 측정하는, 소위 스크래치 시험으로 측정한 경질 피복층(6)의 부착강도를 가리킨다.

여기에서, 경질 피복층(6)의 부착강도의 개선은, 절삭날 능선인 기체 호닝부(18)의 종단(20) 부근에 대해서 행함으로써 효과를 발휘하지만, 이 개선은, 칩(1)의 측단위치(경사면(3))로부터의 높이(H)가 1mm까지의 범위에서 행하면 좋다. 높이(H)가 1mm를 넘는 범위에서 부착강도를 개선하는 조건은, 비용이 상승하고, 호 닝에 요하는 시간도 길어지므로 제조상 실용적이지는 않다.

또한 도 1에 의하면, 기체 호닝부(18)는 R호닝이지만, 절삭날(5)의 절삭성을 높이는 점에서 쳄퍼 호닝이어도 좋다.

또한, 기체 호닝부(18)의 종단(20) 부근에 있어서의 기체(2)와, 경질 피복층(6)의 계면의 산술평균 조도(Ra)는, 기체 호닝부의 종단(20) 부근에서의 경질 피복층(6)의 부착강도를 향상시키기 위해서, 1㎛이하, 특히 0.1∼0.5㎛인 것이 바람직하다. 또, 상기 계면의 산술평균 조도(Ra)는, 기체(2)와 경질 피복층(6)의 계면을 포함하는 임의부의 단면 SEM사진에 있어서, 상기 계면에서의 절삭날(5)의 기본형상에 근거한 굴곡을 제외한 요철의 차이를, 산술 표면조도(Ra) 산출방법에 비추어서 구한 값이다.

또, 여유면 중앙부(16)의 표면조도는, 산술평균 조도(Ra)로 0.5∼2㎛, 특히 0.6∼1.5㎛인 것이 바람직하다. 이 표면조도 산술평균 조도(Ra)는, 칩(1)의 단면에 있어서의 주사형 전자현미경(SEM) 관찰에 의해, 기체(2)와 경질 피복층(6)의 경계면을 특정하고, 이 경계면의 궤적으로부터 JIS B 0631-2001에 기초한 산술평균 조도(Ra)의 측정법으로 정량화한다. 이 표면조도(Ra)의 측정에 있어서는, 컷오프값:0.25mm, 기준길이:0.8mm에서 측정한다.

기체(2)는 초경합금, 서멧 또는 세라믹 중 어느 것이나 적응 가능하지만, 그 중에서도 경질 피복층(6)과의 부착강도의 점, 및 호닝가공시의 형상 조정이 용이한 점에서 초경합금에 대하여 가장 바람직하게 적응 가능하다.

경질 피복층(6)은 기체(2)보다 단단하고, CVD법(화학기상증착법) 또는 PVD 법(물리기상증착법)에 의해 형성된 TiC, TiCN, TiN, (TiM)N(단, M은 Al, Si, Zr 및 Cr의 군에서 선택되는 적어도 1종), Al₂O₃, 다이아몬드(PCD, DLC를 포함함) 및 cBN의 군에서 선택되는 적어도 1층 또는 이들의 복층이 적응 가능하지만, 그 중에서도 부착강도의 점에서 CVD법에 의해 형성된 경질 피복층이 가장 유효하다.

다음에 상술한 본 발명의 칩(1)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 우선, 대략 평판형상의 기체(2)를 제작하고, 기체(2)의 절삭날(5)을 이루는 부분에 호닝을 실시한다. 이 호닝으로서는, R호닝과, C호닝(쳄퍼 호닝)을 들 수 있다.

여기에서, R호닝을 실시하기 위해서는, 도 3의 (a)부분에 나타내는 바와 같이 우선, 기체(2)를 경사면(3)이 가공면으로 되도록 배치하고, 기체(2)의 여유면(4)측을 고정지그(21)로 고정한다. 이 때, 기체(2)를 고정지그(21)로부터 돌출시키는 돌출량(h)은, 종래의 절삭날(5) 바로 아래뿐만 아니라, 경사면(3)으로부터 1.1mm이상이고 칩(1)의 여유면(4)에 있어서의 약 1/3의 높이까지 돌출시킨다.

그리고, 칩(1)의 경사면(3)측에, 고무부재 내에 숫돌입자를 분산시킨 그레이드 G200이상의 숫돌(22)을 적재하고, 200∼400kPa의 압력을 가하면서 2∼10초간 숫돌(22)을 회전시키는 랩핑법에 의해, 절삭날(5)을 R형상으로 깎으면서, 동시에 그 바로 아래의 여유면(4) 부분을, 실질적으로는 삭감하지 않지만, 어루만지는 것 같이 가공한다. 이것에 의해, 어루만지는 것 같이 가공한 영역 A부분은, 형상은 바뀌지 않지만 표면상태가 변화되는 정도로 아주 조금 연마되어, 경질 피복층(6)의 부착력이 향상되도록 개선된다. 즉, 기체(2)의 프레시한 면이 노출되기 때문에, 뒤에 피복되는 경질 피복층(6)의, 이러한 부분의 부착력이 향상되고, 기체 호닝부(18)의 종단(20) 부근에 있어서의 경질 피복층(6)의 부착강도 및 칩(1)의 내결손성을 향상시킬 수 있다.

여기에서, R호닝의 연마량은, 절삭날(5)의 내마모성과 내결손성의 양립을 꾀하기 위해서, 예를 들면 경사면측에서 a=0.01∼0.2mm, 여유면측에서 b=0.005∼0.08mm정도가 바람직하다. 즉, R호닝의 연마량을 상기 범위 내로 제어함으로써, 절삭날 종단부가 지나치게 연마되지 않아, 경질 피복층(6)의 부착력을 유지할 수 있다.

한편, 절삭날에 C호닝(쳄퍼 호닝)을 실시하기 위해서는, 도 3의 (b)부분에 나타내는 바와 같이 우선, 경질 피복층(6)을 성막한 기체(2)를 고정지그(25)에 의해 특정의 각도(θ)가 되도록 배치한다. 이어서, 이 상태에서, 호닝을 실시하는 절삭날(5)을 고정지그(25)로부터 돌출시켜서, 절삭날(5)을 회전하는 숫돌(26)에 접촉시켜 연마한다. 또, 절삭날(5)의 연마량은, 절삭날(5)의 연마상태를 현미경으로 관찰하면서 제어하면 좋다.

쳄퍼 호닝에 의한 연마량은, 절삭날(5)의 절삭성과 치핑방지의 양립을 꾀하기 위해서, 예를 들면 경사면측에서 a=0.05∼0.2mm, 여유면측에서 b=0.02∼0.1mm, 호닝각도 θ=15∼30° 정도가 바람직하다.

또, 여유면측 절삭날 영역(13)의 종단위치에 있어서의 경질 피복층(6)의 부착강도를 높이기 위해서는, 호닝방법으로서 R호닝공정을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, C호닝을 실시할 경우에도, 사전에 R호닝을 실시해 두는 것이 바람직하 다.

상기 호닝을 실시한 칩에 대하여, CVD법 또는 PVD법 등의 기상합성법에 의해 경질 피복층(6)을 피착 형성한다. 그리고, 절삭날(5)부분의 경질 피복층(6)을 경사면(3)측으로부터 다시 R호닝과 마찬가지로 해서 가볍게 연마하고, 코팅 경질 피복층(6)의 최상층 두께를, 다른 부분에 대하여 얇게 하거나, 또는 제거한다.

이 때, 본 발명에 의하면, 돼지털 브러시와 같은 휘기쉬운 브러시와, 평균입경 3㎛이하, 바람직하게는 평균입경 0.5∼1.5㎛의 미립과, 평균입경 2∼3㎛의 조립의 다이아몬드 분말의 혼합분말과, 윤활유를 섞은 연마액을 이용하여, 도 4에 나타내는 바와 같이 칩(1)을 경사면(3)이 브러시(28) 표면으로부터 내부로 깊게 밀어넣어지도록 배치하고, 브러시 연마 가공한다. 이것에 의해 브러시가 칩(1)의 경사면(3)의 끝면(교차능선 부분)으로부터 여유면(4)측으로 휘면서 연마되게 되고, 브러시의 탄성력과 압입압력을 조정함으로써 경질 피복층(6)의 호닝부(8)를 상술한 표면상태로 연마 가공할 수 있다.

또한 이 방법에 의해, 경사면(3) 전체에 있어서의 경질 피복층(6)의 표면조도를 평활하게 함과 아울러, 그 연마상태를 조정하여, 경사면(3)을 광택이 있는 노르스름한 색으로 할 수 있다.

본 발명의 절삭물의 제조방법은, 상기한 본 발명의 절삭공구에 있어서의 경사면(3)과 여유면(4)의 교차능선에 형성된 절삭날(5)을 절삭물에 접촉시켜서 절삭가공을 행하는 것이다. 상기 절삭공구를 이용하여 절삭가공함으로써, 안정되고 양호한 가공면을 갖는 절삭물이 얻어진다.

또, 상기에서 설명한 실시형태에서는 연마 가공면인 호닝부(8) 및 경사면(3)의 표면 중, 호닝부(8) 표면에 존재하는 크랙(9) 근방영역을 소정의 형상으로 연마 가공하는 것에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 연마 가공된 경사면(3)의 표면에 존재하는 크랙 근방영역에도 크랙(9) 근방영역과 같은 연마 가공이 실시되어서 있어도 된다.

[실시예]

평균입경 1.5㎛의 WC입자를 Co로 결합한 초경합금으로 이루어지는 CNMG형상의 칩 기체의 표면에, 칩의 경사면측에 고무부재 내에 숫돌입자를 분산시킨 그레이드 400번(TKX) 숫돌을 적재하고, R호닝을 실시했다. 이어서, 칩(1)을 특정의 각도가 되도록 배치한 상태에서 호닝을 실시하는 절삭날(5)을 돌출시키고, 절삭날(5)을 회전하는 숫돌에 접촉시켜서 경사면측 a=0.1mm, 여유면측 b=0.04mm, 호닝각도 θ=20°가 되도록 쳄퍼 호닝을 실시했다. 또, 호닝량은 현미경으로 관찰하고, 확인했다.

다음에 상기 칩 기체에 대하여 CVD법에 의해 TiCN(8㎛)-Al₂O₃(2.5㎛)-TiN(0.5㎛)의 다층 경질 피복층을 성막하고, 이 코팅막의 절삭날의 경질 피복층을 표 1에 나타내는 가공방법으로 연마함으로써, 칩을 제작했다. 또, 시료No.1∼5에 대해서는, 브러시로 표 1에 나타내는 평균입경의 다이아몬드 숫돌입자 분말과 윤활유를 섞은 연마액을 이용하여, 칩을 표 1에 나타내는 깊이까지 밀어넣은 상태로 120초간 연마했다. 또, 표 1 중, 호닝부 표면상태에 있어서의 「선택연마」란, 크 랙의 근방영역이 상기 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마 가공되어 있는 것을 의미한다.

얻어진 칩에 대해서, 경질 피복층의 경사면측 절삭날 영역, 여유면측 절삭날 영역, 경사면 중앙부, 여유면 중앙부에 있어서의 표면조도(산술평균 조도:Ra)를 각 3개소 측정해서 평균값을 산출했다. 또, 측정에 관해서는, 비접촉식의 레이저 현미경을 사용하고, 측정면이 레이저 현미경에 대하여 수직이 되도록 칩을 움직이면서 측정했다. 또한 절삭날 형상 자체가 굴곡을 갖는 경우에는, 이 굴곡분을 빼고 직선근사한 후에 표면조도를 산출했다.

또한 금속현미경을 이용하여, 칩의 경사면에서 보았을 때의 여유면으로부터 경사면측 절삭날 영역의 연마 종단위치(P_A)까지의 거리(L_A), 여유면에서 보았을 때의 상기 경사면으로부터 여유면측 절삭날 영역의 연마 종단위치(P_B)까지의 거리(L_B)를 각각 측정하고, 그 비(L_A/L_B)를 산출했다. 또한, 절삭날에 있어서 Al₂O₃층이 노출되어 있는지의 여부를 확인하였다. 결과는 표 1에 기재했다. 또, 시료No.1∼4에 대해서는 현미경관찰에 의해 표면조도(Ra)가장 작은 부분이 가장 연마되어 있는 것을 확인했다.

또한 이하의 조건에서의 절삭시험을 행하고, 절삭날이 결손될 때까지의 충격회수를 측정했다. 결과는 표 1에 나타냈다.

(절삭조건)

절삭속도: 150m/min분

절삭깊이: 3mm

이송: 0.4mm/rev

피삭재: SCM440 4개의 홈부착

절삭상태: 건식

표 1에 나타내는 바와 같이, 연마조건에 의해, 호닝부 표면이 도 6에 나타내는 바와 같은 크랙 근방이 점차 깊어지는 상태로 연마되어 있지 않고, 한결같이 연마된 시료No.6에서는, 내결손성이 낮은 것이었다.

또한 도 5의 (a)부분은, 시료No.7의 경질 피복층의 호닝부 표면의 일례를 나타내는 주사형 전자현미경 사진(SEM)이며, (b)부분은, 도 5의 (a)부분의 B-B라인에 있어서의 호닝부 표면의 높이를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이 샌드블라스트에 의해 연마한 시료No.7에 대해서는 호닝부 표면이 전체적으로 거친 상태이며, 내결손성이 떨어지고 또한 용착도 심한 것이었다. 또한, 호닝부 표면에 있어서 크랙이 완전하게 소실된 시료No.5에서는, 용착이 심한 것이었다.

이것에 대하여 시료No.1∼4에서는, 호닝부 표면에 있어서 크랙 근방이 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마 가공되어 있어(선택연마), 내결손성 및 내용착성이 뛰어난 것이었다.

Claims

경질 소결체로 이루어지는 기체의 표면에, 상기 기체보다 단단한 경질 피복층을 피복한 절삭공구로서, 상기 경질 피복층의 표면에 있어서의 경사면측으로부터 교차능선을 포함해서 여유면측에 걸치는 절삭날 영역에 대하여 연마가공이 실시되고, 또한 상기 연마 가공면에 크랙이 존재함과 아울러, 상기 크랙의 근방영역이 상기 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 연마 가공면에 있어서 상기 크랙의 깊이가 2㎛이하인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 크랙이 단속적으로 상기 연마 가공면에 존재하는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 연마 가공면에 있어서의 산술평균 조도(Ra)가 0.05∼0.45㎛인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 경사면에서 보았을 때의 상기 여유면으로부터 상기 경 사면측 절삭날 영역의 연마 종단위치(P_A)까지의 거리를 L_A, 상기 여유면에서 보았을 때의 상기 경사면으로부터 상기 여유면측 절삭날 영역의 연마 종단위치(P_B)까지의 거리를 L_B라고 했을 때, 그 비(L_A/L_B)가 0.8∼3인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 경질 피복층이 CVD법에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 경질 피복층으로서 Al₂O₃층을 가짐과 아울러, 상기 연마 가공면에 상기 Al₂O₃층이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제7항에 있어서, 상기 Al₂O₃층의 결정구조가 α형 Al₂O₃인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 경질 피복층의 총막두께가 15㎛이하인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 있어서, 상기 연마 가공면이 호닝부 표면을 포함하고, 상기 호닝부 표면에 존재하는 크랙의 근방영역이 상기 크랙을 향해서 점차 깊어지도록 연마 가 공되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제1항에 기재된 절삭공구의 상기 경사면과 상기 여유면의 교차능선에 형성된 절삭날을 절삭물에 접촉시켜서 절삭가공을 행하는 것을 특징으로 하는 절삭물의 제조방법.