KR20070063576A - 날끝 교환형 절삭팁 및 그 제조 방법 - Google Patents

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나오야 오모리
요시오 오카다
미노루 이토
노리히로 다카나시
신야 이마무라
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스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 본체(8)와, 상기 본체(8) 상에 형성된 베이스층과, 상기 베이스층 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층을 갖는 날끝 교환형 절삭팁(1)으로서, 이 본체(8)는 적어도 하나의 면이 경사면(2)이 되고, 다른 적어도 하나의 면이 여유면(3)이 되는 동시에, 그 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 능선이 날끝 능선(4)이 되고, 상기 층은 상기 사용 상태 표시층과 다른 색을 나타내며, 이 사용 상태 표시층은 상기 여유면(3) 상에 있으면서 상기 날끝 능선(4)에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면 또는 부분의 상기 베이스층 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1)에 관한 것이다.

Description

날끝 교환형 절삭팁 및 그 제조 방법{EDGE REPLACEMENT TYPE CUTTING TIP AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 절삭 가공용 절삭 공구에 사용되는 날끝 교환형 절삭팁에 관한 것이다. 보다 상세하게는 드릴, 엔드밀, 밀링 가공용 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱(metal saw), 기어 절삭 공구, 리머, 탭 및 크랭크샤프트의 핀 밀링 가공용 팁 등으로서 특히 유용한 날끝 교환형 절삭팁 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
선삭 가공용 공구나 밀링 가공용 공구는, 단수 또는 복수의 날끝 교환형 절삭팁을 구비하고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이러한 날끝 교환형 절삭팁(1)은 절삭 가공시에 있어서, 피삭재(5)의 절삭칩(6)을 들어올리는 측에 존재하는 경사면(rake face)(2)과, 피삭재 자체에 대면하는 측에 존재하는 여유면(flank face)(3)을 갖고, 이 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 능선에 상당하는 부분이 날끝 능선(4)이라고 불리고, 피삭재를 절삭하는 중심적 작용점으로 되어 있다.
이러한 날끝 교환형 절삭팁은 공구 수명에 도달하면 날끝을 교환해야 한다. 이 경우, 날끝 능선이 1개뿐인 팁에서는 그 팁 자체를 교환해야 한다. 그러나, 복수개의 날끝 능선을 갖는 날끝 교환형 절삭팁은 동일한 베어링면으로 몇 회 방향을 바꾸어, 즉 미사용 날끝 능선을 절삭 위치에 설치하도록 하여, 다른 절삭 위치에서 사용할 수 있다. 경우에 따라서는 날끝 능선을 다른 베어링면에 다시 붙여 여기서 미사용 날끝 능선을 이용할 수도 있다.
그런데 절삭 작업 현장에서는, 날끝 능선을 아직 사용되지 않았음에도 날끝 교환형 절삭팁이 대체되거나 방향을 바꾸거나 하는 경우가 있다. 이것은 날끝 교환 또는 날끝 능선의 방향 전환시에 사용 종료된 날끝 능선이나 미사용 날끝 능선이 인식되지 않은 것이 원인이다. 따라서, 전술한 조작은 날끝 능선이 사용되지 않은 것인지 사용 종료된 것인지를 충분히 확인한 후에 행하여야 한다.
사용 종료된 날끝 능선을 용이하게 식별하는 방법으로서, 여유면과 경사면에 있어서 색을 달리한 날끝 교환형 절삭팁이 제안되어 있다[특허 공개 제2002-144108호 공보(특허 문헌 1)]. 구체적으로는 이 날끝 교환형 절삭팁은 본체 상에 마찰 방지 피막이라고 불리는 내마모성 베이스층을 형성하고, 여유면 상에 마모되기 쉬운 재료로 이루어지는 사용 상태 표시층을 형성한 구성을 갖고 있다.
그러나, 이러한 구성을 갖는 날끝 교환형 절삭팁에 있어서는, 날끝 능선이 사용 종료되었는지 여부의 주의를 환기하는 작용은 갖지만, 여유면 상에 형성된 사용 상태 표시층이 피삭재와 용착되기 쉽고, 이 때문에 피삭재 표면에 사용 상태 표시층이 용착되거나, 사용 상태 표시층에 피삭재가 용착되어 요철 상태가 된 날끝으로 절삭가공이 실시되기 때문에, 절삭 후의 피삭재 외관 및 표면 평활성을 해한다는 문제가 있었다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-144108호 공보
발명의 개시
본 발명은 전술한 바와 같이 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은 피삭재의 외관이나 표면 평활성을 상하게 하지 않고, 주의 환기 기능을 유효하게 나타낼 수 있는 날끝 교환형 절삭팁을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해, 절삭 가공시에 있어서 날끝 교환형 절삭팁과 피삭재와의 접촉 상태를 예의 연구한 바, 도 1에 나타낸 바와 같이 날끝 교환형 절삭팁(1)의 날끝 능선(4)이 피삭재(5)에 접하고, 그 경사면(2)이 절삭칩(6)측에 위치하는데 반면에, 여유면(3)이 피삭재(5)와 대면하고, 그 여유면(3) 상의 특정 부위에 있어서 피삭재(5)의 용착이 현저히 발생한다는 지견을 얻어, 이 지견에 기초하여 연구를 거듭 행함으로써, 드디어 본 발명을 완성시키는 것에 이르렀다.
즉, 본 발명은 본체와 상기 본체 상에 형성된 베이스층과, 상기 베이스층 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층을 갖는 날끝 교환형 절삭팁으로서, 이 본체는 적어도 하나의 면이 경사면이 되고, 다른 적어도 하나의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면이 교차하는 능선이 날끝 능선이 되며, 상기 베이스층은 상기 사용 상태 표시층과 다른 색을 나타내며, 이 사용 상태 표시층은 상기 여유면 상에 있으면서 상기 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면(全面) 또는 부분의 상기 베이스층 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁에 관한 것이다.
여기서, 상기 영역(A1) 및 상기 경사면은, 상기 베이스층이 표면에 노출되어 있으며, 또한 그 노출되어 있는 베이스층을 구성하는 적어도 일층은, 상기 영역(A1) 또는 상기 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역의 적어도 일부에서 압축 잔류 응력을 갖고 있는 것이 바람직하고, 그 압축 잔류 응력은 그 절대값이 0.1 GPa 이상의 응력인 것이 바람직하다.
또한, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 1.0＞A/B로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 날끝 교환형 절삭팁은 복수의 날끝 능선을 가질 수 있다.
또한, 상기 사용 상태 표시층은, 상기 베이스층에 비하여 마모되기 쉬운 층으로 할 수 있고, 상기 베이스층은 그 최외층이 Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 사용 상태 표시층은 그 최외층이 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 형성되거나, 또는 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 원소에 의해 구성되는 화합물에 의해 형성되는 층으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본체는 초경 합금, 서밋(cermet), 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 또는 산화알루미늄과 탄화티탄으로 이루어지는 혼합체 중 어느 하나에 의해 구성될 수 있다.
또한, 상기 날끝 교환형 절삭팁은 드릴, 엔드밀, 밀링 가공용 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 절삭 공구, 리머, 탭 및 크랭크샤프트의 핀 밀링 가공용 팁 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 본체와 상기 본체 상에 형성된 베이스층과, 상기 베이스층 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층을 갖는 날끝 교환형 절삭팁의 제조 방법으로서, 상기 본체 상에 베이스층을 형성하는 단계와, 상기 베이스층 상에 상기 베이스층과 다른 색의 사용 상태 표시층을 형성하는 단계와, 상기 본체의 여유면 상에 있으면서 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 적어도 포함하는 영역과 경사면에 대하여, 그곳에 형성되어 있는 상기 사용 상태 표시층을 제거하는 단계를 포함하는 것으로 할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 날끝 교환형 절삭팁은, 전술한 바와 같이 단수개 또는 복수개의 여유면과, 단수 또는 복수 개의 경사면을 갖고, 경사면에 형성된 층의 색(즉 베이스층의 색)과 다른 색의 사용 상태 표시층을 여유면의 특정 부위에 구비하고 있다.
이 경우, 사용 상태 표시층은 상기 베이스층과 가능한 한 큰 색채 대비를 형성하게 된다. 여유면의 특정 부위에 형성된 이 사용 상태 표시층은 날끝 교환형 절삭팁을 가능한 한 짧은 시간, 예컨대 수 초∼수 분간 절삭 작업한 후에 명료한 가공 흔적을 남기고, 적어도 부분적으로 마멸하여, 색이 다른 베이스(베이스층)가 보이게 되는 성질을 갖도록 마련된다. 가능한 실시 형태에서 사용 상태 표시층은 내마모성이 부족하고, 그뿐만 아니라 비교적 마멸되기 쉬우며, 예컨대 베이스(베이스층)에의 부착력이 약한 것이 바람직하다.
한편, 이 사용 상태 표시층은 날끝 교환형 절삭팁이 사용되면 즉시 변색되도록 되어 있는 것이라도 좋다. 또한, 이 사용 상태 표시층은 절삭칩이 부착되거나 절삭유 등이 부착됨으로써, 변색(마치 변색된듯한 외관을 부여하는 경우를 포함)되는 것이라도 좋다.
또한 그 대신에, 상기 인접하는 날끝 능선이 이미 사용된 것을 나타내기 위해, 사용 상태 표시층은 다른 형태로 색 변화하는 것으로 할 수도 있다. 예컨대, 사용 상태 표시층은 200℃를 초과하는 온도에서 날끝 능선의 근방만이 변색되는 감열성이라도 좋다. 그리고, 변색은 산화 또는 그 밖의 변화에 기초하는 것으로, 불가역적 인 것이 바람직하다. 인접하는 날끝 능선이 단시간만 사용된 경우라도, 이 날끝 능선에 인접하는 여유면의 상기 특정 부위가 적어도 단시간 소정의 온도를 초과하면, 사용 상태 표시층이 변색되고, 그것이 지속적으로 확실히 인식된다. 열의 작용에 의한 변색은, 사용 중에 피삭재와 직접 접촉하는 부위뿐만이 아니라 사용된 날끝 능선에 인접하고 있는 여유면에서도 변색되기 때문에 사용 종료된 날끝 능선을 용이하게 식별할 수 있다는 이점이 있다.
상기한 사용 상태 표시층에 가공 흔적 또는 변색이 발생하는지 여부에 의해, 날끝 교환형 절삭팁이 이미 사용되었는지, 어떤 날끝 능선이 사용되지 않은 것인지를 간단하게, 또한 용이하게 식별할 수 있다. 즉, 상기 사용 상태 표시층은 주의 환기 기능을 갖는 것이다. 이것에 의해, 날끝 교환형 절삭팁을 적절히 교환하거나 또는 그 방향을 적절히 바꿀 수 있다. 특히 이미 사용 종료된 날끝 교환형 절삭팁을 교환해야하는데 그것을 알아차리지 못하였거나, 미사용 날끝 교환형 절삭팁을 사용하지 않고서 새로운 것으로 교환하여 버리거나, 날끝 교환형 절삭팁의 방향을 바꿀 때에 이미 사용 종료된 날끝 능선을 절삭 위치로 설정해 버리거나 또는 미사용 날끝 능선을 사용하지 않고서 미사용 상태로 놓아두는 것이 회피된다. 따라서, 본 발명에 따른 날끝 교환형 절삭팁에 의해 상기 절삭 공구의 보수가 대폭 간소화된다.
그리고 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은, 이러한 주의 환기 기능을 발휘하는 것뿐만 아니라, 사용 상태 표시층이 여유면의 특정 부위에 한해서만 형성되어 있기 때문에, 종래 기술이 갖고 있었던 절삭 가공 후의 피삭재 외관 및 표면 평활성을 상하게 하는 문제를 일소하였다는 현저한 작용 효과를 갖는 것이다. 종래의 주의 환기 기능을 갖는 날끝 교환형 절삭팁은, 사용 상태 표시층이 날끝 능선 및 그 근방에 형성되어 있었기 때문에, 이것이 피삭재에 용착되고, 절삭 가공 후의 피삭재의 외관을 상하게 하며, 또한 그 표면 면조도를 열화시킨다. 그 외에도, 절삭 저항이 증가함으로써 날끝이 결손되는 경우도 있다. 이 때문에, 피삭재의 종류나 용도가 한정될뿐만 아니라, 이러한 날끝 교환형 절삭팁을 이용하여 절삭할 수 없는 경우도 있었다. 본 발명은 이러한 문제점을 모두 해결한 것이며, 그 산업상 이용성은 매우 큰 것이다.
여기서, 이러한 사용 상태 표시층은 담색으로, 예컨대 노란색 또는 노르스름한 광택(예컨대 금색)을 갖도록 형성하고, 경사면(베이스층)은 거무스름한 색으로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 경사면(베이스층)은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 이것을 포함한 피막으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 Al2O3층 위에도 아래에도 다른 층을 마련하여도 좋다.
이렇게 해서 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁을 다중으로 형성할 수 있고, 그 때 Al2O3층은 내마모층이 된다. 본 발명에서 말하는 내마모층이란, 절삭 가공 사용시에 있어서 날끝의 내마모성을 높이고, 이것에 의해 공구 수명의 연장이나 절삭 속도를 높이는 기능을 갖은 피막을 말한다.
한편, 이러한 내마모층은 또한, 보조 표면층을 유지하여도 좋다. 또한, Al2O3층 대신에, 동일하거나 또는 더욱 좋은 성질을 갖는 내마모층을 마련할 수도 있다.
본 발명에 따른 날끝 교환형 절삭팁을 제조하기 위해, 우선 본체의 전면에 대하여, 내마모층으로서 Al2O3층을 포함하는 피막을 베이스층으로서 형성한다. 그리고, 가장 위의 층으로서, 예컨대 질화물층(예컨대 TiN)을 사용 상태 표시층으로서 형성할 수 있다. 이 질화물층은 베이스층의 전면을 덮도록 형성하고 나서 경사면 및 여유면의 특정 부위로부터 제거하도록하면 좋다.
특히 사용 상태 표시층으로서 사용하는 질화물층은, 여유면 상에 있으면서 상기 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)으로부터 제거되어야 한다. 이것은 어떠한 방법으로 실시하여도 좋지만, 예컨대 기계적 제거, 보다 구체적으로는 브러시 조작, 배럴 조작 또는 블라스트 가공(샌드블라스트) 등으로 행할 수 있다.
브러시 또는 블라스트 가공 조작은 동시에 날끝 능선의 후처리도 행하게 되고, 그것에 의해 날끝 능선이 평활화된다. 이것은 피삭재에 대한 용착을 감소시켜, 날끝 교환형 절삭팁의 수명 향상에도 기여한다.
도 1은 절삭 가공시에 있어서의 날끝 교환형 절삭팁과 피삭재와의 접촉 상태를 모식적으로 도시한 개략도.
도 2는 사용 전의 본 발명에 따른 날끝 교환형 절삭팁의 일실시 형태의 개략적인 사시도.
도 3은 하나의 날끝 능선을 사용한 후의 본 발명에 따른 날끝 교환형 절삭팁의 개략적인 사시도.
도 4는 2개의 날끝 능선을 사용한 후의 본 발명에 따른 날끝 교환형 절삭팁의 개략적인 사시도.
도 5는 날끝 교환형 절삭팁의 날끝 능선부의 확대 단면도.
도 6은 사용 상태 표시층이 여유면의 전면에 형성된 날끝 교환형 절삭팁의 단면도.
도 7은 사용 상태 표시층이 경사면의 전면에 형성된 날끝 교환형 절삭팁의 단면도.
도 8은 날끝 교환형 절삭팁의 예각 코너부 중 하나를 도시한 개략적인 평면도.
도 9는 도 8의 IX-IX선의 개략적인 단면도.
도 10은 날끝 교환형 절삭팁의 코너부 중 하나를 도시한 개략적인 평면도.
도 11은 도 10의 XI-XI선의 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 날끝 교환형 절삭팁
2 : 경사면
3 : 여유면
4 : 날끝 능선
5 : 피삭재
6 : 절삭칩
7 : 관통 구멍
8 : 본체
9, 10 : 변색 구역
11 : 코팅
12 : 베이스층
13 : 사용 상태 표시층
이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태의 설명에서는 도면을 이용하여 설명하고 있지만, 본원의 도면에 있어서 동일한 참조부호를 붙인 것은 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내고 있다. 또한, 각 도면은 어디까지도 설명용의 모식적인 것으로서, 코팅의 막 두께와 본체의 크기비나 코너의 반경(R) 크기비는 실제의 것과는 다르다.
<날끝 교환형 절삭팁 및 본체>
본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은, 본체와, 상기 본체 상에 형성된 베이스층과, 상기 베이스층 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층을 갖는 것이다. 도 2에 상면이 정방형 형상으로서 형성된 날끝 교환형 절삭팁(1)이 도시되어 있다. 날끝 교환형 절삭팁(1)은 이와 같이 본체(8)를 갖는 것이고, 이 본체(8)는 예컨대 초경 합금제인 것이 바람직하다. 예컨대, 소결탄화 텅스텐 또는 그 밖의 초경 합금 재료에 의해 구성할 수 있다. 또한, 본체(8)를 세라믹 재료로 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본체를 구성하는 재료로서는, 이러한 날끝 교환형 절삭팁의 본체(기재)로서 알려진 종래 공지된 것을 특별히 한정 없이 사용할 수 있고, 예컨대 초경 합금(예컨대 WC계 초경 합금, WC 외에 Co를 포함하거나 혹은 또한 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함), 서밋(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 또는 산화알루미늄과 탄화티탄으로 이루어지는 혼합체 등을 들 수 있다. 또한, 이들의 본체(기재)는 그 표면이 개질된 것이라도 지장이 없다. 예컨대, 초경 합금의 경우는 그 표면에 탈 β층이 형성되어 있거나, 서밋의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있어도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되어 있어도 본 발명의 효과는 나타난다.
또한, 본체(8)의 형상은, 예컨대 다면체로 할 수 있다. 이 다면체는, 예컨대 도 2에 나타낸 바와 같이 적어도 바닥면, 복수의 측면 및 상면을 갖는 형상을 포함할 수 있지만, 이러한 형상에만 한정되는 것은 아니고, 모든 형상의 다면체가 포함된다. 그리고, 이 본체(8)의 상기 각 면 중 적어도 하나의 면이 후술한 경사면이 되고, 다른 적어도 하나의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면이 교차하는 능선이 날끝 능선이 된다.
또한, 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁에는, 팁 브레이커가 형성되어 있는 것과, 팁 브레이커가 형성되어 있지 않은 것 양자 모두가 포함된다. 또한, 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁에 있어서는, 날끝 교환형 절삭팁(1)을 공구에 부착하는 고정 구멍으로서 사용되는 관통 구멍(7)이 상면과 바닥면을 관통하도록 형성되어 있어도 좋다. 필요에 따라 이 고정 구멍 외에 또는 그 대신에 다른 고정 수단을 마련할 수도 있다.
이러한 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 드릴, 엔드밀, 밀링 가공용 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 절삭 공구, 리머, 탭 및 크랭크샤프트의 핀 밀링 가공용 팁으로서 특히 유용하다.
<경사면, 여유면 및 날끝 능선>
상기 본체(8)는 적어도 하나의 면이 경사면(2)이 되고, 다른 적어도 하나의 면이 여유면(3)이 되는 동시에, 그 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 능선이 날끝 능선(4)이 된다. 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁(1)은 이러한 날끝 능선(4)을 복수로 갖고 있는 것이 바람직하다. 하나의 날끝 능선의 사용 후에 있어서, 날끝 교환형 절삭팁 자체를 교환하는 수고와 시간을 저감할 수 있기 때문이다. 또한, 본원에서 경사면 및 여유면은 날끝 교환형 절삭팁의 표면에 위치하는 면뿐만 아니라, 본체의 표면이나 베이스층, 사용 상태 표시층 등의 각 층의 표면이나 내부 등에 위치하는 상당의 면을 포함하는 개념이다.
상기 날끝 능선(4)은 피삭재를 절삭하는 중심적 작용점을 구성한다. 도 2 등에서는 날끝 능선(4)은 직선 형상으로 형성되어 있지만, 이것에만 한정되는 것은 아니고, 예컨대 원주 형상의 것이나 물결 형상의 것도 포함된다. 또한, 이러한 날끝 능선은 모따기 가공 및/또는 코너의 반경(R) 부여 가공 등의 날끝 처리 가공을 실시할 수 있지만, 이러한 날끝 처리 가공 등에 의해 날끝 능선이 명료한 능선을 구성하지 않게 된 경우에는, 그와 같은 날끝 처리 가공 등이 된 경사면 및 여유면에 대하여 날끝 처리 가공 등이 되기 전의 상태를 상정하여 각각의 면을 기하학적으로 연장시킴으로써 쌍방의 면이 교차하는 능선을 가정적인 능선이라고 정하고, 그 가정적으로 결정된 능선을 날끝 능선으로 하는 것으로 한다.
또한, 도 2에 있어서는 경사면(2)은 평탄한 면으로서 도시되어 있다. 필요에 따라 경사면은 다른 구조, 예컨대 팁 브레이커 등을 갖고 있어도 좋다. 동일한 것이 여유면(3)에도 적합하다. 또한, 여유면(3)은 도 2에 있어서 평탄한 면으로서 도시되어 있지만, 필요에 따라(복수의 면 구역으로 구분함) 모따기를 하거나 또는 다른 방법으로 평탄한 면과 다른 형상이나 곡면으로 하거나, 팁 브레이커를 마련한 형상으로 할 수도 있다.
필요에 따라 날끝 능선(4)은 직선 형상과 다른 만곡 또는 굴절한 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 예컨대 날끝 능선은 전술한 바와 같이 모따기 가공 및/또는 코너의 반경(R) 부여 가공 등의 날끝 처리 가공이 실시되어 있어도 좋다.
<베이스층>
상기한 본체(8) 상에 형성되는 베이스층(12)은 후술한 사용 상태 표시층(13)과는 다른 색을 나타내는 것이다. 날끝 교환형 절삭팁(1)에 실시한 코팅(11)의 구조를 도 5에 나타낸다. 경사면(2)과 여유면(3)으로 연장되는 베이스층(12)이 코팅(11)에 포함된다. 이와 같이 본체(8)는 그 표면에 베이스층(12)이 형성되어 있으며, 이러한 베이스층(12)은 적어도 상기 경사면(2)에 형성할 수 있고, 또한 상기 경사면(2) 및 상기 여유면(3)에 형성할 수도 있다. 즉, 베이스층(12)은 본체(8)의 전면에 형성하는 것이 특히 바람직하다.
보다 구체적으로는 이러한 베이스층(12)은 후술한 사용 상태 표시층(13)과의 관계에서 영역(A1) 및 경사면(2)에 있어서 표면에 노출된 것이 된다. 즉, 사용 상태 표시층(13)이 형성되어 있지 않은 부위에 있어서는 베이스층(12)이 표면이 되는 것이다.
그리고, 이러한 베이스층(12)은 그 노출되어 있는 영역에 있어서 베이스층(12)을 구성하는 적어도 일층이 상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역의 적어도 일부에서 압축 잔류 응력을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 인성(靭性)이 부여되어 날끝의 결손을 매우 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 경사면의 절삭에 관여하는 영역이란, 날끝 교환형 절삭팁의 형상, 피삭재의 종류나 크기, 절삭 가공 양태 등에 의해 다르지만, 통상 피삭재가 접촉하는(또는 가장 가깝게 접근함) 날끝 능선으로부터 경사면측에 3 mm의 폭을 두고 연장되는 영역을 의미하는 것으로 한다.
또한, 상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역의 적어도 일부로 규정한 것은, 그와 같은 영역의 전역(全域)에서 압축 잔류 응력이 부여되는 것이 바람직하지만, 여러 가지의 사정에 의해, 그와 같은 영역의 일부에서 압축 잔류 응력이 부여되지 않은 형태를 포함하는 취지이다.
여기서, 압축 잔류 응력이란, 코팅(피복층)에 존재하는 내부 응력(고유 왜곡)의 일종으로서, 「-」(마이너스)의 수치(단위: 본 발명에서는 「GPa」를 사용함)로 표현되는 응력을 말한다. 이 때문에, 압축 잔류 응력이 크다는 개념은 상기 수치의 절대값이 커지는 것을 나타내며, 또한 압축 잔류 응력이 작다는 개념은 상기 수치의 절대값이 작아지는 것을 나타낸다. 덧붙여서, 인장 잔류 응력이란 피복층에 존재하는 내부 응력(고유 왜곡)의 일종으로서, 「+」(플러스)의 수치로 나타내는 응력을 말한다. 또한, 단순히 잔류 응력이라는 경우는 압축 잔류 응력과 인장 잔류 응력 양자 모두를 포함하는 것으로 한다.
그리고, 베이스층(12)이 갖는 상기 압축 잔류 응력은 그 절대값이 0.1 GPa 이상의 응력인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 GPa 이상, 더욱 바람직하 게는 0.5 GPa 이상의 응력이다. 그 절대값이 0.1 GPa 미만에서는 충분한 인성을 얻을 수 없는 경우가 있으며, 한편 그 절대값은 커지면 커질수록 인성 부여라는 관점에서는 바람직하지만, 그 절대값이 8 GPa를 초과하면 피복층 자체가 박리되는 경우가 있어 바람직하지 않다.
또한, 그와 같은 압축 잔류 응력을 그 영역에 있어서의 베이스층을 구성하는 적어도 일층이 갖고 있으면 좋지만, 보다 바람직하게는 적어도 베이스층의 최외층을 구성하는 층이 갖고 있는 것이 바람직하다. 내결손성 향상에 가장 기여한다고 고려되기 때문이다.
또한, 상기 잔류 응력은 어떠한 방법을 이용하여 측정하여도 좋지만, 예컨대 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin2Φ법에 의해 측정할 수 있다. 그리고 이러한 잔류 응역은 베이스층 중의 상기 압축 잔류 응력이 부여되는 영역에 포함되는 임의의 점 10점(이들의 각 점은 상기 층의 상기 영역의 응력을 대표할 수 있도록 상호 0.1 mm 이상의 거리를 두어 선택하는 것이 바람직함)의 응력을 상기 sin2Φ법에 의해 측정하고, 그 평균값을 구함으로써 측정할 수 있다.
이러한 X선을 이용한 sin2Φ법은 다결정 재료의 잔류 응력의 측정 방법으로서 널리 이용되고 있는 것이며, 예컨대 「X선 응력 측정법」(일본 재료 학회, 1981년 주식회사 요켄도 발행)의 54∼66 페이지에 상세히 설명되어 있는 방법을 이용하면 좋다.
또한, 상기 잔류 응력은 라만(Raman) 분광법을 이용한 방법을 이용함으로써 측정하는 것도 가능하다. 이러한 라만 분광법은 좁은 범위, 예컨대 스폿 직경 1 ㎛라는 국소적인 측정을 할 수 있다는 메리트를 갖고 있다. 이러한 라만 분광법을 이용한 잔류 응력의 측정은 일반적인 것이지만, 예컨대 「박막의 역학적 특성 평가 기술」(사이펙, 1992년 발행)의 264∼271 페이지에 기재한 방법을 채용할 수 있다.
또한, 상기 잔류 응력은 방사광을 이용하여 측정할 수도 있다. 이 경우, 베이스층(피복층)의 두께 방향에서 잔류 응력의 분포를 구할 수 있다는 메리트가 있다.
또한, 이러한 베이스층(12)은 공지의 화학적 증착법(CVD법), 물리적 증착법(PVD법) 또는 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있고, 그 형성 방법은 하등 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 날끝 교환형 절삭팁(1)이 드릴이나 엔드밀로서 이용되는 경우, 베이스층은 굽힘 저항력을 저하시키지 않고 형성할 수 있는 PVD법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 베이스층의 막 두께의 제어는 성막 시간에 의해 조정을 행하면 좋다.
또한, 공지의 CVD법을 이용하여 베이스층을 형성하는 경우에는, MT-CVD(medium temperature CVD)법에 의해 형성된 층을 구비하는 것이 바람직하다. 특히 이 방법에 의해 형성한 내마모성이 우수한 탄질화티탄(TiCN)층을 구비하는 것이 가장 바람직하다. 종래의 CVD법은 약 1020∼1030℃에서 성막을 행하는데 비하여, MT-CVD법은 약 850∼950℃라는 비교적 저온에서 행할 수 있기 때문에, 성막시 가열에 의한 본체의 손상을 저감할 수 있다. 따라서, MT-CVD법에 의해 형성한 층은 본체에 근접시켜 구비하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 성막시에 사용하는 가 스는 니트릴계의 가스, 특히 아세토니트릴(CH3CN)을 이용하면, 양산성이 우수하여 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 향상되는 경우가 있으며, 바람직한 경우가 있다.
한편, 베이스층(12)에 대하여 상기와 같은 압축 잔류 응력을 부여하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예컨대 베이스층(12)이 CVD법에 의해 형성되는 경우에는 그 형성 후에 있어서 그 베이스층의 압축 잔류 응력을 부여하는 영역에 대하여 블라스트법에 의한 처리를 실시함으로써 압축 잔류 응력을 부여할 수 있다. 또한, 이 블라스트법에 의해 처리하는 영역은 상기 영역[상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽의 영역]을 넘어서 보다 넓은 영역에 대하여 처리할 수도 있다. 한편, 베이스층(12)이 PVD법에 의해 형성되는 경우에는, 형성시에 있어서 이미 압축 잔류 응력이 부여된 상태가 되기 때문에 굳이 상기와 같은 처리를 실시할 필요는 없다.
이와 같이, 베이스층(12)에 압축 잔류 응력을 부여하는 방법은 베이스층(12) 자체를 PVD법에 의해 형성하는 방법도 들 수 있지만, 베이스층(12)과 본체(8)의 밀착성을 고려하면 베이스층(12) 자체를 CVD법으로 형성하며, 블라스트법에 의한 처리에 의해 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 이러한 블라스트법에 의한 처리는 베이스층(12)을 형성한 후에 행할 수 있지만, 베이스층(12) 상에 후술한 사용 상태 표시층(13)을 형성하고, 상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역에서 이 사용 상태 표시층(13)을 제거하는 조작을 함께 행할 수도 있다. 이러한 처리 방법을 채용하면, 날끝 교환형 절삭팁의 생산 효율이 향상되기 때문에 바람직하다. 또한, 이 경우, 사용 상태 표시층(13)을 잔존시키는 부위에는 지그 등에 의해 마스킹하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 블라스트법이란, 이하의 (1)∼(3) 등의 방법에 의해, 피처리물 표면의 피막, 녹, 오염 등의 제거를 행하는 표면 처리 방법의 일종이며, 많은 산업 분야에서 이용되고 있는 것이다.
(1) 각종 연마재의 입자를 압축 공기로 피처리물의 표면에 분사한다.
(2) 각종 연마재의 입자를 회전 블레이드에 의해 피처리물 표면에 연속하여 투사한다.
(3) 각종 연마재의 입자를 함유하는 액체(물)를 고압으로 피처리물의 표면에 분사한다.
상기 각종 연마재의 입자 종류로서는, 예컨대 스틸 그리드, 스틸 쇼트, 컷 와이어, 알루미나, 글래스 비드, 규사 등이 일반적이고, 이들의 입자 종류에 의해 샌드블라스트, 쇼트블라스트, 알루미나블라스트, 글래스비드블라스트 등으로 분류되어 불리어진다.
예컨대, 샌드블라스트란 규사(가루) 등의 연마재 입자를 압축 공기 등에 의해 피처리물의 표면에 분사하는 방법을 나타내고, 쇼트블라스트란 스틸쇼트(통상은 구 형상)를 이용하는 방법을 나타낸다. 또한, 웨트블라스트란 연마재의 입자를 함유하는 액체(물)를 고압으로 피처리물 표면에 분사하는 방법을 나타낸다.
이러한 블라스트법의 구체적 조건은 이용하는 연마재 입자(지립)의 종류나 적용 방법에 의해 다르고, 예컨대 블라스트 처리용 금속계 연마재는 JIS Z0311:1996에 규정되어 있으며, 블라스트 처리용 비금속계 연마재는 JIS Z0312:1996에 규정되어 있다. 또한, 쇼트블라스트에 대해서는 JIS B6614:1998에 그 상세한 내용이 규정되어 있다. 본 발명의 블라스트법에 의한 처리 방법에서는 이들 조건이 모두 채택될 수 있다.
또한, 베이스층(12)에 압축 잔류 응력을 부여하는 방법으로는 상기와 같은 블라스트법 이외에도, 브러시법, 쇼트 피이닝법, 배럴법, 이온 주입법 등을 채용할 수도 있다.
한편, 이러한 베이스층(12)은 복수의 층을 적층하여 구성할 수도 있으며, 또한 내마모층으로서의 작용을 나타내는 것이 바람직하다. 베이스층(12)으로서는 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 원소에 의해 구성되는 화합물에 의해 형성할 수 있으며, 우수한 성능이 나타난다.
예컨대, 베이스층(12)은 그와 같은 화합물의 예인 Al2O3층이나 이것을 포함하는 층일 수 있다. 본체(8) 위에 우선 TiN층을 형성하고, 그 위에 TiCN층을 형성 하며, 이 위에 Al2O3층을 형성할 수도 있다. 이 3층 시스템은 전체로서 베이스층(12)을 구성하고, 내마모층으로서의 작용을 나타낸다.
이와 같이, 베이스층(12)이 복수의 층을 적층하여 구성되는 경우는 그 최외층이 Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층으로 구성되는 것이 특히 바람직하다. Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층은 내마모층으로서 우수한 동시에 거무스름한 색(정확히는 그 자체가 흑색을 나타내는 것은 아니고 하지의 색의 영향을 받기 쉬운 것이지만, 본원에서는 단순히 흑색으로 표현할 수도 있음)을 나타내기 때문에, 그 위에 형성되는 사용 상태 표시층 사이에서 특히 현저한 대비를 형성할 수 있기 때문이다.
그리고, 이 Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층은, 상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역에 있어서 표면에 노출되고, 그 영역의 적어도 일부에서 압축 잔류 응력을 갖는 것이 특히 바람직하다. 이것에 의해, 내결손성에 가장 관여하는 부위에 있어서 내마모성과 인성을 고도로 양립시킬 수 있기 때문이다. 이러한 점에서, 상기 영역(A1) 및 경사면의 절삭에 관여하는 영역의 전역에서 압축 잔류 응력을 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 압축 잔류 응력은 그 절대값이 0.1 GPa 이상의 응력인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 GPa 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 GPa 이상의 응력이다. 한편, 그 절대값은 커지면 커질수록 인성의 부여라는 관점에서는 바람직하지만, 그 절대값이 8 GPa를 초과하면 상기 층 자체가 박리되는 경우가 있어 바람직하지 못하다. 또한, 상기에 서 말하는 Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층을 구성하는 Al2O3은, 그 결정 구조는 특별히 한정되지 않고, α-Al2O3, κ-Al2O3, γ-Al2O3 또는 비정질 상태의 Al2O3이 포함되는 동시에, 이들이 혼재한 상태도 포함된다. 또한 Al2O3을 포함하는 층이란, 그 층의 일부로서 적어도 Al2O3을 포함하고 있는 것(50 질량% 이상 포함되어 있으면 Al2O3을 포함하는 것으로 간주함)을 의미하고, 그 잔부는 베이스층을 구성하는 다른 화합물이나 ZrO2, Y2O3(알루미나에 Zr이나 Y가 첨가되었다고 볼 수도 있음) 등에 의해 구성될 수 있으며, 또한 염소, 탄소, 붕소, 질소 등을 포함하고 있어도 좋다.
또한, 이러한 베이스층(12)을 구성하는 화합물의 구체예로서는 상기한 Al2O3 이외에(혹은 Al2O3과 함께) 사용할 수 있는 것으로서, 예컨대 TiCN, TiN, TiCNO, TiBN, ZrO2, AlN 등을 들 수 있다. 예컨대, 베이스층(12)으로서, 본체(8)의 전면에 우선 두께 수 ㎛의 TiN층을 형성하고, 그 위에 두께 수 ㎛의 TiCN층을 형성하며, 또한 그 위에 두께 수 ㎛의 Al2O3층(또는 Al2O3을 포함하는 층)을 형성한 것을 바람직한 예로서 들 수 있으며, 내마모층으로서의 작용을 나타낸다.
그리고, 또한 바람직한 예로서는 Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층의 하층으로서, Ti, 질소, 산소, 또는 붕소 중 어느 1종 이상의 원소로 이루어지는 화합물로 구성되는 층을 형성시키는 양태이다. 이러한 구성으로 함으로써, Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층과 그 하층 사이에서 특히 우수한 밀착성을 얻을 수 있으며, 또한 우수한 내마모성을 얻는 것이 가능해진다. 이러한 화합물의 보다 구체적인 예로서는 TiN, TiBN, TiBNO, TiCNO 등을 들 수 있다. 또한, 이들 이외의 바람직한 화합물로서, AlON이나 AlCNO 등의 화합물을 들 수도 있다.
이와 같이 베이스층(12)으로서 내마모층을 채용함으로써, 상기 날끝 교환형 절삭팁의 공구 수명은 비약적으로 연장된다. 이 외에도, 절삭 속도를 높이는 등의 보다 가혹한 사용 환경에도 견딜 수 있는 기능을 발휘한다는 이점을 지니며, 이것을 적어도 경사면, 또는 여유면 및 경사면 양자 모두에 형성함으로써, 이 이점을 보다 유효하게 향수할 수 있다.
이러한 베이스층(12)의 두께는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.05 ㎛ 미만이면 내마모성의 향상이 보이지 않고, 반대로 20 ㎛를 초과하여도 큰 내마모성의 개선이 확인되지 않기 때문에 경제적으로 유리하지 않다. 그러나 경제성을 무시하는 한 그 두께는 20 ㎛ 이상으로 하여도 하등 지장이 없고, 본 발명의 효과는 나타난다. 이러한 두께의 측정 방법으로서는 예컨대 날끝 교환형 절삭팁을 절단하고, 그 단면을 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다.
<사용 상태 표시층>
본 발명의 사용 상태 표시층은, 예컨대 도 2나 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 여유면 상에 있으면서 상기 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면 또는 부분의 상기 베이스층 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명자의 연구에 의하면, 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)에 있어서 피삭재의 용착이 현저하게 발생하는 것으로 판명되었다. 본 발명은 이 영역(A1) 이외의 영역(A2)의 전면 또는 부분에 사용 상태 표시층을 선택적으로 형성함으로써 피삭재의 용착을 유효하게 방지하고, 또한 절삭 가공 후의 피삭재의 외관 및 표면 평활성이 저해되는 것을 방지하면서 주의 환기 기능을 부여하였다는 우수한 효과를 발휘하는 것이다.
날끝 능선에 대한 수직 방향의 거리가 0.2 mm 미만이면 피삭재의 용착이 발생하기 때문에 상기와 같은 우수한 효과가 나타나지 않게 된다. 또한 그 거리가 3.0 mm을 초과하면, 절삭 조건 등에도 의하지만 절삭에 의한 사용 상태 표시층의 변색 효과가 충분히 나타나지 않게 되는 경우가 있다. 바람직하게는 상기 거리의 하한은 날끝 교환형 절삭팁의 두께가 2 mm∼8 mm인 경우 0.3 mm 이상이며, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이상이다. 또한, 그 상한은 날끝 교환형 절삭팁의 두께가 2 mm∼8 mm인 경우 바람직하게는 2.5 mm 미만이며, 보다 바람직하게는 2.0 mm 미만이다. 이들 거리는 이러한 범위 내에서 적절하게 날끝 교환형 절삭팁의 크기에 따라 선택하는 것이 바람직하다.
예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 코팅(11)은, 여유면(3) 상에 있으면서 상기 날끝 능선(4)에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면 또는 부분의 상기 베이스층(12) 상에 형성된 사용 상태 표시층(13)을 갖고 있다. 이러한 사용 상태 표시층은 공지의 화학적 증착법, 물리적 증착법, 진공 증착법, 도금법, 또는 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있으며, 그 형성 방법은 하등 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기에 있어서 「영역(A2)의 전면 또는 부분」으로 규정한 것은, 날끝 능선의 일부만이 절삭에 관여하는 경우에 있어서는 그 절삭에 관여하는 부분에 근접한 부분에만 사용 상태 표시층을 배치시키는 것만으로 주의 환기 기능은 달성되고, 상기 영역(A2)의 전면을 덮는 대면적을 굳이 차지하는 사용 상태 표시층을 반드시 형성시킬 필요가 없기 때문이다. 따라서, 이러한 사용 상태 표시층은 상기 영역(A2)의 전면에 대하여 형성되는 경우뿐만이 아니라, 그 일부분에만 형성되는 경우가 포함된다.
또한, 상기 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만이라는 거리는 평균값을 나타내는 것으로 한다. 왜냐하면, 공업적으로 제조하는 경우, 이 거리를 일정하게 유지하는 것[즉, 영역(A1)의 어느 부분에 있어서도 정확히 동일한 수치로 하는 것)은 곤란하기 때문이다. 여기서 상기 평균값은 상기 영역(A1)에 포함되는 임의의 영역을 선택하고, 그 영역의 단위 길이(날끝 능선에 대하여 평행 방향으로 1 mm로 함)당의 면적을 그 단위 길이로 나눈 값으로 한다.
또한, 상기 사용 상태 표시층이 형성되어 있는 부분[상기 영역(A2)]과 형성되어 있지 않은 부분[상기 영역(A1)]의 경계는, 상기 경계의 근방부를 전자 현미경으로 관찰함으로써, 단위 면적(100 ㎛×100 ㎛)에서 사용 상태 표시층이 차지하는 면적이 80% 이상이 되는 경우에 사용 상태 표시층이 형성되어 있는 것으로 간주하 는 것으로 한다.
본 실시 형태에서는, 사용 상태 표시층(13)은 노란색 또는 황동색(금색)의 외관을 나타내는 질화티탄층이다. 이에 비하여 그 하층의 베이스층(12)은 Al2O3[베이스층 중 최상층(23)]에 의해 흑색 또는 거무스름한 색이다. 또한, 이러한 사용 상태 표시층(13)은 상기 베이스층(12)에 비하여 마모되기 쉬운 층인 것이 바람직하다. 절삭 가공시에 삭제되기 쉽고, 하층의 베이스층(13)이 노출됨으로써, 그 부분이 사용되고 있는 것을 용이하게 나타낼 수 있기 때문이다. 또한, 상기한 영역(A2) 이외에 형성된 사용 상태 표시층을 제거하면, 날끝 교환형 절삭팁 자체는 용이하게 제조될 수 있다.
이와 같이 사용 상태 표시층(13)은 상기 베이스층과 다른 색을 나타내는 것이며, 상기와 같은 특정 부위에 형성함으로써, 결과적으로 여유면의 일부는 경사면 사이에서 큰 색채 대비를 형성하게 된다. 왜냐하면 경사면의 표면에는 전술한 바와 같이 통상, 내마모층으로서의 베이스층(12)이 형성되기 때문이다.
그리고, 이와 같이 사용 상태 표시층(13)이 여유면(3) 상에 있으면서 상기 날끝 능선(4)에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면 또는 부분의 상기 베이스층(12) 상에 형성됨으로써, 절삭 가공시에 있어서 이 사용 상태 표시층(13)이 피삭재에 용착되지 않고, 피삭재의 외관 및 표면 평활성을 상하게 하지 않으며, 또한 이러한 단점을 수반하지 않으며 주의 환기 기능을 나타낼 수 있다.
여기서, 이러한 사용 상태 표시층(13)은 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 형성되거나, 또는 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 1 또는 2 이상의 층이다. 이들은 모두 선명한 색채를 갖고, 공업적으로도 용이하게 제조할 수 있으므로 바람직하다.
그리고, 이러한 사용 상태 표시층은 그 최외층이 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, 또는 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 층으로 구성되는 것이 특히 바람직하다. 상기 화합물은 노란색, 핑크색, 황동색, 금색 등 특히 선명한 색을 나타내고, 의장성이 우수한 동시에 베이스층 사이에서 명료한 대비를 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 사용 상태 표시층이 일층만으로 형성되는 경우에는 그 층이 최외층이된다.
이러한 사용 상태 표시층은, 보다 구체적으로는 본 실시 형태에서 이용되고 있는 TiN 외에, 예컨대 ZrN, TiCN, TiSiCN, TiCNO, VN, Cr 등의 원소 또는 화합물 에 의해 형성할 수 있다.
또한, 사용 상태 표시층(13)은 강력한 내마모성의 개선 기능을 갖는 것이 아니며(즉 마모되기 쉬운 층인 것이 바람직하며), 또한 비교적 얇은 두께를 갖는다. 바람직한 두께는 0.05 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. 0.05 ㎛ 미만에서는 소정 부위에 균일하게 피복되는 것이 공업적으로 곤란해지며, 이 때문에 그 외관에 색 얼룩이 발생하여 외관을 상하게 하는 경우가 있다. 또한, 2 ㎛를 초과하여도 사용 상태 표시층으로서의 기능에 큰 차이가 없고, 도리어 경제적으로 불리해진다. 이 두께의 측정 방법으로서는 상기 베이스층과 같은 측정 방법을 채용할 수 있다.
또한, 사용 상태 표시층(13)은 압축 잔류 응력을 갖는 것으로 할 수 있다. 이것에 의해, 날끝 교환형 절삭팁의 인성 향상에 기여할 수 있다. 상기 압축 잔류 응력은 그 절대값이 0.1 GPa 이상의 응력인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 GPa 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 GPa 이상의 응력이다. 그 절대값이 0.1 GPa 미만이면 충분한 인성을 얻을 수 없는 경우가 있으며, 한편 그 절대값은 커지면 커질수록 인성 부여라는 관점에서는 바람직하지만, 그 절대값이 8 GPa를 초과하면 사용 상태 표시층 자체가 박리되는 경우가 있어 바람직하지 못하다.
<여유면 및 경사면의 면조도(Ra)>
본 발명의 상기 영역(A1)은 피삭재의 용착을 저지하기 위해 평활한 것으로 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 표면 평활성은 상기 영역(A1)의 표면을 기계적 처리, 예컨대 브러시 조작 또는 블라스트 가공(샌드블라스트)을 행함으로써 얻 을 수 있다. 이러한 기계적 처리는 통상 베이스층 상에 형성된 사용 상태 표시층을 제거하는 경우에 행해지지만, 상기 영역(A1)의 표면에 대하여 독립된 처리 조작으로서 행하는 것도 가능하다. 또한, 상기 평활성은 이러한 기계적 처리뿐만 아니라, 예컨대 화학적 처리나 물리적 처리에 의해서도 얻을 수 있다.
그리고 본 발명자의 연구에 의하면, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 1.0＞A/B라는 관계가 성립하는 경우에 특히 양호한 내피삭재 용착성이 얻어지는 것이 확인되고 있다. 보다 바람직하게는 0.8＞A/B, 더욱 바람직하게는 0.6＞A/B이다.
여기서 상기 면조도(Ra)는 표면 거칠기를 나타내는 수치의 일종이며, 중심선 평균값라고 불리는 것이다. 그 측정 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 측정 방법을 모두 채용할 수 있다. 예컨대, 접촉법(예컨대 촉침법 등)이라도 좋고 비접촉법(예컨대 레이저 현미경법 등)이라도 좋고, 또한 혹은 날끝 교환형 절삭팁의 단면을 현미경으로 직접 관찰하는 방법이라도 좋다.
<날끝 교환형 절삭팁의 제조 방법>
본 발명의 날끝 교환형 절삭팁의 제조 방법은, 본체와, 상기 본체 상에 형성된 베이스층과, 상기 베이스층 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층을 갖는 날끝 교환형 절삭팁의 제조 방법으로서, 상기 본체 상에 베이스층을 형성하는 단계와, 상기 베이스층 상에 상기 베이스층과 다른 색의 사용 상태 표시층을 형성하는 단계와, 상기 본체의 여유면 상에 있으면서 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 적어도 포함하는 영역과 경 사면과 대하여, 그곳에 형성되어 있는 상기 사용 상태 표시층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이것에 의해, 매우 생산 효율적으로 날끝 교환형 절삭팁을 제조할 수 있다.
이와 같이 사용 상태 표시층(13)은, 날끝 교환형 절삭팁(1)의 제조시에 일단 베이스층(12) 상에 형성되지만, 그 후 상기 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면으로부터 제거된다. 이것에 의해, 여유면의 일부와 경사면 사이에서 상기와 같은 큰 색채 대비를 갖는 날끝 교환형 절삭팁을 제조할 수 있다.
상기한 바와 같이 사용 상태 표시층(13)을 제거하는 방법으로서는, 화학적 방법, 물리적 방법 및 기계적 방법 모두를 채용할 수 있다. 바람직하게는, 브러시 또는 그 밖의 마멸에 의한 제거, 예컨대 샌드블라스트에 의한 제거(블라스트 가공) 등의 물리적 또는 기계적 방법을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁의 제조 방법은, 상기 영역(A1)에 대하여 평활성 처리를 실시하는 단계(상기 사용 상태 표시층을 제거하는 단계와 동시에 행해지는 경우를 포함)를 포함할 수 있다. 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 1.0＞A/B라는 관계가 성립되도록 이러한 평활성 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그 결과, 절삭 가공 후의 피삭재의 외관 및 표면 평활성을 담보하는 것이 가능해진다.
이러한 평활성 처리로서는 화학적 방법, 물리적 방법 및 기계적 방법 모두 채용할 수 있다. 바람직하게는 브러시 또는 그 밖의 마멸에 의한 방법, 예컨대 샌 드블라스트에 의한 연마(블라스트 가공) 등의 물리적 또는 기계적 방법을 채용할 수 있다.
<작용 등>
이상 설명한 날끝 교환형 절삭팁(1)은 도 2에 나타내는 바와 같이 미사용 상태에서는 흠이 없는 상태인 여유면(3)을 갖는다. 특히 여유면(3) 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면 또는 부분은 또한 원래의 사용 상태 표시층(13)의 색을 갖고, 그것에 의해 날끝 능선(4)이 사용되지 않은 것을 나타낸다. 예컨대, 그 영역(A2)의 전면 또는 부분이 TiN으로 코팅되어 있는 경우는, 이 영역(A2)의 사용 상태 표시층(13)의 부분은 미사용 상태에서는 빛나는 황동색(금색)으로 되어 있다. 이에 비하여 상기 영역(A1)과 경사면(2)은 베이스층(12)인 Al2O3으로 이루어지며 날끝 교환형 절삭팁의 대표적인 색인 비교적 거무스름한 색 또는 대략 흑색의 외관을 나타낸다.
이하의 설명을 위해, 날끝 교환형 절삭팁(1)은 절삭 공구의 공구 본체에 부착되어 있으며, 복수의 날끝 능선(4) 중 어느 하나의 날끝 능선이 유효 날끝 능선을 이루는 경우를 고려한다. 절삭 공구가 사용되면, 즉시 그 하나의 날끝 능선(4)이 피삭재(5)에 접촉되고, 피삭재(5)를 절삭 가공하기 시작한다. 특히, 그 날끝 능선(4)과 경사면(2) 구역에서는 베이스층(12)으로 인하여 날끝 교환형 절삭팁(1)의 마모는 적다.
그런데, 날끝 능선(4)에 의한 절삭이 개시되면, 이 날끝 능선(4)에 인접하는 구역[여유면(3) 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)]의 사용 상태 표시층(13)이 변색되어, 여유면(3) 중 이 영역(A2)에 비교적 큰 초기 변화가 일어난다. 변색된 구역에서는 사용 상태 표시층(13)과는 다른 색이 되며, 경우에 따라서는 이것보다 훨씬 거무스름한 베이스층(12)이 보이게 된다.
이 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이 날끝 능선(4)에 이어서 거무스름하게 변색된 변색 구역(9)이 생긴다. 이 변색 구역(9)은 즉시, 또한 용이하게 식별되며, 주의 환기 기능을 나타낸다. 이 변색은 상기한 바와 같이 베이스층(12)이 노출됨으로써 발생하는 것 외에, 열에 기인한 변화, 예컨대 산화 현상의 결과로 발생하는 것이라도 좋다.
예컨대, 도 3에 나타낸 바와 같이 이 날끝 능선(4)에 인접하는 구역[여유면(3)상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)]의 사용 상태 표시층(13)이 템퍼색을 나타냄으로써, 여기에 변색 구역(9)이 형성된다. 이것은 날끝 능선(4)에 의한 피삭재의 절삭 가공의 결과 발생하는 날끝 능선 근방의 온도 상승에 기인하는 경우도 있다.
날끝 교환형 절삭팁(1)을 장시간 사용한 후(절삭 위치를 변경시킨 후)에 여유면(3)은 도 4에 나타내는 외관을 나타내게 되지만, 최초의 수 분에 걸친 절삭 작업 후에 이미 도 3에 나타내는 외관에 도달하기 때문에, 예컨대 하나의 날끝 능 선(4)은 이미 사용되었지만, 다른 날끝 능선(4)은 아직 전혀 사용되지 않았다는 것을 취급자는 첫눈에 확인할 수 있다. 이 다른 날끝 능선(4)이 처음 사용되면, 도 4에 나타내는 외관을 나타낸다. 이 경우, 이 다른 날끝 능선(4)에 인접하는 구역[여유면(3) 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)]의 사용 상태 표시층(13)이 변색하며, 변색 구역(10)이 생김으로써 이 다른 날끝 능선(4)이 사용된 것을 나타낸다.
또한, 도 2∼4에 도시되어 있는 날끝 교환형 절삭팁(1)은, 4개의 사용 가능한 날끝 능선(4)을 갖는 1회용(throwaway) 날끝 교환형 절삭팁이다. 이 복수의 날끝 능선(4) 중 어떤 것이 이미 사용되고, 어떤 것이 아직 사용되어 있지 않은지를 사용 상태 표시층(13)의 색에 의해 첫눈에 알 수 있다. 따라서, 이러한 날끝 교환형 절삭팁을 장비한 절삭 공구의 보수는 특히 간단히 행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 날끝 교환형 절삭팁(1)에는 베이스층(12)과 사용 상태 표시층(13)으로 이루어지는 복합 코팅(11)이 실시되어 있다(도 5). 또한, 사용 상태 표시층은 단수개 또는 복수개의 여유면의 특정 부위에 형성되지만, 예컨대 ISO 규격 SNGN120408 등과 같은 일반적인 날끝 교환형 절삭팁에서는 측면이 여유면이 되고, 「세로 사용」 등으로 불리는 전자(前者) 이외의 예외적인 날끝 교환형 절삭팁에서는 상면 또는 바닥면이 여유면이 된다.
사용 상태 표시층(13)은, 인접하는 날끝 능선(4)을 짧은 시간 사용하더라도 이 사용 상태 표시층(13)에 명료한 흔적이 남고, 이 사용 상태 표시층(13)이 변색 내지는 변질된다. 이와 같이 사용 상태 표시층(13)은 매우 민감하기 때문에, 그 아래에 있는 다른 색의 층 또는 재료가 보이게 되는 경우가 있다. 이러한 식으로 사용 상태 표시층(13)의 작용에 의해, 명료한 색채 대비 또는 밝기 대비가 발생하고, 사용한 날끝 능선을 즉시 간단히 식별할 수 있다. 여유면의 특정 부위[날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)]에 이와 같이 마찰적으로 불리할지도 모르는 코팅을 실시함으로써, 피삭재의 외관 및 표면 평활성을 상하게 하는 일이 없기 때문에, 이 영역(A2)을 사용 상태 표시면으로서 이용하는 것이 특히 유리하다고 판명되었다.
<실시예>
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
87 질량%의 WC, 2.5 질량%의 TaC, 1.0 질량%의 NbC, 2.0 질량%의 TiC 및 7.5 질량%의 Co로 이루어지는 조성의 초경 합금 분말을 프레스하고, 계속하여 진공 분위기 중에서 1400℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 처리를 행함으로써, ISO형번 CNMG120408 형상의 초경 합금제 팁을 제작하고, 이것을 본체로 하였다. 이 본체는 적어도 하나의 면이 경사면이 되고, 다른 적어도 하나의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면이 교차하는 능선(단 날끝 처리 가공이 되어 있기 때문에 가정적인 능선)이 날끝 능선이 되었다. 또한, 이 본체의 표면에는 탈 β층은 형성되어 있지 않았다.
이 본체의 전면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기한 층을 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 본체의 표면측으로부터 순서대로 0.4 ㎛의 TiN, 4.8 ㎛의 TiCN(MT-CVD), 1.3 ㎛의 α 알루미나(Al2O3), 그리고 최외층으로서 0.4 ㎛의 TiN을 코팅하였다(총 막 두께 6.9 ㎛). 이 코팅(코팅 No.1로 함)에 있어서, 0.4 ㎛의 TiN(본체 표면측의 것)과 4.8 ㎛의 TiCN과 1.3 ㎛의 α알루미나(Al2O3)가 베이스층이며, 최외층의 0.4 ㎛의 TiN이 사용 상태 표시층이다.
이하 동일하게 하여, 이 코팅 No.1 대신에 하기한 표 1에 기재한 코팅 No.2∼6을 각각 본체의 전면에 대하여 피복하였다.
No 코팅
베이스층 사용상태 표시층 총 막두께
1 TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.8㎛)/α-Al2O3(1.3㎛) TiN(0.4㎛) 6.9㎛
2 TiC(0.2㎛)/TiCN(MT-CVD,2.5㎛)/κ-Al2O3(1.2㎛) TiCN(0.5㎛) 4.4㎛
3 TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.7㎛)/TiC(2.4㎛)/κ-Al2O3(1.7㎛) TiN(0.5㎛) 9.7㎛
4 TiN(0.3㎛)/ZrCN(3.2㎛)/ZrO2(0.5㎛)/α-Al2O3(1.3㎛) ZrN(0.4㎛) 5.7㎛
5 TiN(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,5.8㎛)/TiBN(0.9㎛)/α-Al2O3(5.0㎛) TiN(0.4㎛) 12.4㎛
6 TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.8㎛)/α-Al2O3(1.3㎛) Cr(0.4㎛) 6.9㎛
상기 표 1에 있어서, 베이스층은 좌측의 것으로부터 순서대로 본체의 표면 상에 적층되었다. 또한 각 층은 코팅 No.6의 Cr층을 제외하고, 모두 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 상기 Cr층은 스퍼터링법에 의해 형성하였다.
그리고 이들 코팅을 실시한 본체에 대하여, 공지의 블라스트법을 이용하여 다음 7 종류의 처리 방법 A∼G를 각각 실시하였다. 또한, 각 처리 방법에 있어서 사용 상태 표시층을 남기고자 하는 부위에는 지그를 이용하여 마스킹을 행하였다.
(처리 방법 A)
코팅에 대하여 블라스트법에 의한 처리를 행하지 않았다. 따라서, 본체의 표면은, 전면에 있어서 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내었다.
(처리 방법 B)
코팅에 대하여, 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 날끝 능선을 포함하는 여유면의 전면은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다[도 6 참조. 또한, 도 6에서는 사용 상태 표시층(3)이 경사면까지 연장되지 않고, 그 바로 앞에서 멈추고 있지만, 경사면까지 연장되도록 형성되는 경우도 본 처리 방법의 양태에 포함됨].
(처리 방법 C)
코팅에 대하여, 날끝 능선을 포함하는 여유면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 경사면은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 날끝 능선을 포함하는 여유면 전면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다[도 7 참조. 또한, 도 7에서는 사용 상태 표시층(3)이 여유면까지 연장되지 않고, 그 바로 앞에서 멈추고 있지만, 여유면까지 연장되도록 형성되는 경우도 본 처리 방법의 형태에 포함됨].
(처리 방법 D)
코팅에 대하여, 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.5∼0.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.5∼0.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.5∼0.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면(날끝 능선을 포함)은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 5). 또한, 상기 거리 0.5∼0.8 mm는 평균값을 나타내는 것이지만, 이 평균값을 이와 같은 범위를 두고 표시한 것은, 마스킹은 가능한 한 고정밀도로 행하였지만 블라스트의 확산 등에 의해 그 거리를 일정하게 유지하는 것은 곤란하며 오차를 배제할 수 없기 때문이다.
(처리 방법 E)
코팅에 대하여, 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2∼0.5 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2∼0.5 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.2∼0.5 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면(날끝 능선을 포함)은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다. 또한, 상기 거리에 대하여 0.2∼0.5 mm의 범위를 두고 표시한 것은 상기 처리 방법 D와 동일한 이유에 의한다.
(처리 방법 F)
코팅에 대하여, 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.4∼2.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.4∼2.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 여유면 상의 날끝 능선에 대하여 수직 방향으로 0.4∼2.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)과 경사면(날끝 능선을 포함)은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다. 또한, 상기 거리에 대하여 0.4∼2.8 mm의 범위를 두고 표시한 것은 상기 처리 방법 D와 동일한 이유에 의한다.
(처리 방법 G)
코팅에 대하여, 본체 표면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 본체 표면의 전면(경사면 및 여유면 양자 모두)은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.1의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다.
이러한 식으로, 이하의 표 2 및 표 3에 기재한 42 종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.1∼No.42를 제조하였다. No.4, 5, 6, 11, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26, 27, 32, 33, 34, 39, 40 및 41이 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.1∼42에 대해서, 하기 조건으로 선삭 절삭 시험을 행하여 피삭재의 면조도와 날끝 교환형 절삭팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 그 결과를 이하의 표 2 및 표 3에 나타낸다. 피삭재의 면조도(Rz)는 작은 수치인 것일수록 평활성이 양호한 것을 나타내고, 여유면 마모량은 작은 수치인 것일수록 내마모성이 우수한 것을 나타내고 있다.
(선삭 절삭 시험의 조건)
피삭재 : SCM415
절삭 속도 : 110 m/min
이송 : 0.14 mm/rev.
절삭 깊이 : 1.0 mm
절삭유 : 없음
절삭 시간 : 40분
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
1 1 A 0.121 5.6 많음 백탁 용이
2 1 B 0.122 5.2 많음 백탁 용이
3 1 C 0.116 2.9 (주1) (주2) 용이
* 4 1 D 0.112 2.2 없음 경면에 가까움 용이
* 5 1 E 0.113 2.5 없음 경면에 가까움 용이
* 6 1 F 0.112 2.1 없음 경면에 가까움 용이
7 1 G 0.114 2.2 없음 경면에 가까움 곤란
8 2 A 0.153 5.4 많음 백탁 용이
9 2 B 0.150 4.8 많음 백탁 용이
10 2 C 0.140 3.0 (주1) (주2) 용이
* 11 2 D 0.137 2.5 없음 경면에 가까움 용이
* 12 2 E 0.136 2.8 없음 경면에 가까움 용이
* 13 2 F 0.136 2.7 없음 경면에 가까움 용이
14 2 G 0.137 2.6 없음 경면에 가까움 곤란
15 3 A 0.124 5.9 많음 백탁 용이
16 3 B 0.113 5.0 많음 백탁 용이
17 3 C 0.099 3.2 (주1) (주2) 용이
* 18 3 D 0.094 2.9 없음 경면에 가까움 용이
* 19 3 E 0.093 2.8 없음 경면에 가까움 용이
* 20 3 F 0.093 2.7 없음 경면에 가까움 용이
21 3 G 0.094 2.6 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
22 4 A 0.124 5.5 많음 백탁 용이
23 4 B 0.111 5.2 많음 백탁 용이
24 4 C 0.093 2.9 (주1) (주2) 용이
* 25 4 D 0.083 2.4 없음 경면에 가까움 용이
* 26 4 E 0.079 2.4 없음 경면에 가까움 용이
* 27 4 F 0.080 2.3 없음 경면에 가까움 용이
28 4 G 0.080 2.4 없음 경면에 가까움 곤란
29 5 A 0.103 5.5 많음 백탁 용이
30 5 B 0.095 4.9 많음 백탁 용이
31 5 C 0.061 2.5 (주1) (주2) 용이
* 32 5 D 0.054 2.0 없음 경면에 가까움 용이
* 33 5 E 0.053 2.1 없음 경면에 가까움 용이
* 34 5 F 0.055 2.0 없음 경면에 가까움 용이
35 5 G 0.054 2.0 없음 경면에 가까움 곤란
36 6 A 0.124 5.8 많음 백탁 용이
37 6 B 0.121 5.4 많음 백탁 용이
38 3 C 0.117 2.6 (주1) (주2) 용이
* 39 6 D 0.111 2.1 없음 경면에 가까움 용이
* 40 6 E 0.112 2.3 없음 경면에 가까움 용이
* 41 6 F 0.113 2.2 없음 경면에 가까움 용이
42 6 G 0.112 2.1 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
표 2 및 표 3 중 「*」의 표시를 붙인 것이 본 발명의 실시예이다. 또한, 베이스층의 최외층은 코팅의 종류에 상관없이 모두 흑색이고, 사용 상태 표시층은 TiN과 ZrN이 금색이며, TiCN은 핑크색이고, Cr은 은색이다.
표 2 및 표 3으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁 No.4, 5, 6, 11, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26, 27, 32, 33, 34, 39, 40 및 41은 날끝 능선의 사용 상태의 판별이 용이하고, 주의 환기 기능이 매우 우수한 것이며, 또한 날끝에 피삭재가 용착되지 않고, 절삭 후의 피삭재 상태도 경면에 가까운 것이며 피삭재의 면조도도 우수한 것이었다. 또한, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 이들 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭팁에서는 모두 0.8＞A/B였다(측정 방법은 후술한 No.4에 대한 것과 동일하게 함).
이에 비하여, 날끝 교환형 절삭팁 No.1, 2, 8, 9, 15, 16, 22, 23, 29, 30, 36 및 37은, 날끝 능선 사용 상태의 판별은 가능하지만, 날끝에 피삭재가 다량으로 용착되고, 또한 절삭 후의 피삭재는 백탁되며, 피삭재의 면조도도 열악하였다. 또한, 날끝 교환형 절삭팁 No.3, 10, 17, 24, 31 및 38은 상기 날끝 교환형 절삭팁 No.1, 2, 8, 9, 15, 16, 22, 23, 29, 30, 36 및 37과 비교하면 상당 정도 피삭재의 용착량은 저감되어 있었지만, 경사면에 있어서 약간의 용착이 있었다. 날끝 교환형 절삭팁 No.7, 14, 21, 28, 35 및 42는 절삭 후의 피삭재 상태는 양호하지만, 날끝 능선의 사용 상태의 판별이 곤란하며, 주의 환기 기능을 갖지 않는 것이었다.
이상의 결과, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁이 각 비교예의 날끝 교환형 절삭팁에 비하여, 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하다. 또한, 본 실시예는, 팁 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭팁의 경우에 대해 나타내었지만, 팁 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭팁에 대해서도 유효하다.
한편, 상기에서 제조한 날끝 교환형 절삭팁 No.4와 동일한 제조 방법에 있어서, 상기 영역(A1)에 대하여 블라스트 정도를 바꾸어 블라스트법에 의한 처리를 실시하고, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)와 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 표 4의 것으로 하는 본 발명의 날끝 교환형 절삭팁 No.4-2, No.4-3 및 No.4-4를 제조하였다. 또한, 면조도(Ra)는 레이저 현미경에 의해 측정하였다. 측정 개소는 상기 영역(A1)에 대해서는 날끝 능선으로부터의 거리가 영역(A1)의 폭의 1/2이 되는 지점[즉, 영역(A1)의 중앙부]으로 하고, 상기 영역(A2)에 대해서는 날끝 능선으로부터의 거리가 여유면 폭의 1/2이 되는 지점[즉, 영역(A2)의 중앙부]으로 하며, 측정 거리는 100 ㎛로 하였다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.4, No.4-2, No.4-3 및 No.4-4에 대해서 상기와 동일 조건에 의한 선삭 절삭 시험을 행하고, 피삭재의 면조도(Rz)를 상기와 같이 하여 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
날끝 교환형 절삭팁 No. 면조도 Ra A/B 피삭재의 면조도(Rz)
영역(A1) A㎛ 영역(A2) B㎛
4 0.19 0.31 0.61 2.2
4-2 0.31 0.32 0.99 2.5
4-3 0.26 0.31 0.84 2.0
4-4 0.08 0.28 0.29 1.7
표 4로부터 명백한 바와 같이, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, A/B의 값이 작아질수록 피삭재의 면조도(Rz)는 양호한 것이 되었다.
이들 결과로부터, 날끝 교환형 절삭팁에 있어서 피삭재와의 사이에서 용착 현상을 억제하고, 피삭재의 외관이 저해되는 것을 방지하기 위해서는, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 1.0＞A/B로 하는 것이 유효하며, 이 A/B값을 더욱 작게 하고, 0.8＞A/B, 또한 0.6＞A/B로 하는 것이 보다 유효하다.
<실시예 2>
날끝 교환형 절삭팁의 본체 형상을 ISO 형번 SPGN120408로 하는 것을 제외하고, 다른 것은 실시예 1과 동일하게 하여 본체를 얻었다.
이 본체의 전면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 본체의 표면측으로부터 순서대로 0.4 ㎛의 TiN, 2.9 ㎛의 TiCN(MT-CVD), 1.2 ㎛의 α알루미나(Al2O3), 그리고 최외층으로서 0.5 ㎛의 TiN을 코팅하였다(총 막 두께 5.0 ㎛). 이 코팅(코팅 No.7로 함)에 있어서, 0.4 ㎛의 TiN(본체 표면측의 것)과 2.9 ㎛의 TiCN과 1.2 ㎛의 α알루미나(Al2O3)가 베이스층(흑색)이며, 최외층의 0.5 ㎛의 TiN이 사용 상태 표시층(금색)이다.
이하, 동일하게 하여, 이 코팅 No.7 대신에 하기의 표 5에 기재한 코팅 No.8∼12를 각각 본체의 전면에 대하여 피복하였다.
No 코팅
베이스층 사용상태 표시층 총 막두께
7 TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,2.9㎛)/α-Al2O3(1.2㎛) TiN(0.5㎛) 5.0㎛
8 TiC(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,3.5㎛)/TiBN(0.8㎛)/κ-Al2O3(1.2㎛) TiN(0.4㎛) 6.2㎛
9 TiN(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,4.9㎛)/ZrO2(1.0㎛) TiN(0.4㎛) 6.6㎛
10 TiAlN(2.5㎛)/α-Al2O3(1.3㎛) TiN(0.4㎛) 4.2㎛
11 CrAlN(3.1㎛)/κ-Al2O3(1.1㎛) TiCN(0.3㎛) 4.5㎛
12 TiN(0.3㎛)/TiAlN(3.8㎛) TiCN(0.5㎛) 4.6㎛
상기 표 5에 있어서, 베이스층은 좌측의 것으로부터 순서대로 본체의 표면 상에 적층되었다. 또한 코팅 No.8∼9는 코팅 No.7과 동일하게 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 코팅 No.10∼12에 대해서는 공지의 PVD법에 의해 형성하였다.
그리고, 이 코팅을 실시한 본체의 각각 대하여, 실시예 1과 동일한 처리 방법 A∼G를 각각 실시함으로써, 이하의 표 6 및 표 7에 기재한 42 종류의 날끝 교환형 절삭팁 No.43∼No.84를 제조하였다. No.46, 47, 48, 53, 54, 55, 60, 61, 62, 67, 68, 69, 74, 75, 76, 81, 82 및 83이 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.43∼84에 대해서, 하기 조건으로 밀링 절삭 시험을 행하고, 피삭재의 면조도와 날끝 교환형 절삭팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 그 결과를 이하의 표 6 및 표 7에 나타낸다. 피삭재의 면조도(Rz)는 작은 수치인 것일수록 평활성이 양호한 것을 나타내고, 여유면 마모량은 작은 수치인 것일수록 내마모성이 우수한 것을 나타내고 있다. 또한, 이 밀링 절삭 시험은 커터로서 DPG4160R(스미토모 덴코오 하드메탈 주식회사 제조)을 이용하고, 이 커터에 날끝 교환형 절삭팁을 1장만 부착하여 행하였다. 이 때문에, 커터 1 회전당의 이송과, 1 날당의 이송은 일치하였다.
(밀링 절삭 시험의 조건)
피삭재 : FC250
절삭 속도 : 160 m/min
이송 : 0.28 mm/rev.
절결 : 1.O mm
절삭유 : 없음
절삭 거리 : 12 m
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
43 7 A 0.103 9.6 많음 백탁 용이
44 7 B 0.095 9.0 많음 백탁 용이
45 7 C 0.079 6.1 (주1) (주2) 용이
* 46 7 D 0.071 5.8 없음 경면에 가까움 용이
* 47 7 E 0.072 5.6 없음 경면에 가까움 용이
* 48 7 F 0.070 5.4 없음 경면에 가까움 용이
49 7 G 0.072 5.4 없음 경면에 가까움 곤란
50 8 A 0.145 9.4 많음 백탁 용이
51 8 B 0.141 8.5 많음 백탁 용이
52 8 C 0.101 5.9 (주1) (주2) 용이
* 53 8 D 0.093 5.5 없음 경면에 가까움 용이
* 54 8 E 0.092 5.4 없음 경면에 가까움 용이
* 55 8 F 0.094 5.1 없음 경면에 가까움 용이
56 8 G 0.093 5.0 없음 경면에 가까움 곤란
57 9 A 0.114 9.7 많음 백탁 용이
58 9 B 0.110 9.2 많음 백탁 용이
59 9 C 0.081 6.6 (주1) (주2) 용이
* 60 9 D 0.075 6.1 없음 경면에 가까움 용이
* 61 9 E 0.075 6.0 없음 경면에 가까움 용이
* 62 9 F 0.074 5.7 없음 경면에 가까움 용이
63 9 G 0.074 5.8 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
64 10 A 0.087 7.0 많음 백탁 용이
65 10 B 0.081 6.7 많음 백탁 용이
66 10 C 0.059 3.7 (주1) (주2) 용이
* 67 10 D 0.051 3.1 없음 경면에 가까움 용이
* 68 10 E 0.051 3.0 없음 경면에 가까움 용이
* 69 10 F 0.050 2.8 없음 경면에 가까움 용이
70 10 G 0.049 2.8 없음 경면에 가까움 곤란
71 11 A 0.091 7.3 많음 백탁 용이
72 11 B 0.086 6.9 많음 백탁 용이
73 11 C 0.064 3.9 (주1) (주2) 용이
* 74 11 D 0.058 3.4 없음 경면에 가까움 용이
* 75 11 E 0.058 3.4 없음 경면에 가까움 용이
* 76 11 F 0.057 3.1 없음 경면에 가까움 용이
77 11 G 0.058 3.1 없음 경면에 가까움 곤란
78 12 A 0.093 8.5 많음 백탁 용이
79 12 B 0.090 8.2 많음 백탁 용이
80 12 C 0.075 4.5 (주1) (주2) 용이
* 81 12 D 0.064 4.0 없음 경면에 가까움 용이
* 82 12 E 0.063 4.1 없음 경면에 가까움 용이
* 83 12 F 0.064 3.8 없음 경면에 가까움 용이
84 12 G 0.063 3.9 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
표 6 및 표 7 중 「*」의 표시를 붙인 것이 본 발명의 실시예이다. 또한, 베이스층의 최외층은 코팅의 종류에 상관없이 모두 흑색이고, 사용 상태 표시층은 TiN이 금색이며, TiCN은 핑크색이다.
표 6 및 표 7로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁 No.46, 47, 48, 53, 54, 55, 60, 61, 62, 67, 68, 69, 74, 75, 76, 81, 82 및 83은 날끝 능선 사용 상태의 판별이 용이하고, 주의 환기 기능이 매우 우수하며, 또한 날끝에 피삭재가 용착되지 않고, 절삭 후의 피삭재의 상태도 경면에 가까운 것이며, 피삭재의 면조도도 우수한 것이었다. 또한, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 이들 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭팁에서는 모두 0.8＞A/B였다(측정 방법은 실시예 1과 동일하게 함).
이에 비하여, 날끝 교환형 절삭팁 No.43, 44, 50, 51, 57, 58, 64, 65, 71, 72, 78 및 79는 날끝 능선의 사용 상태의 판별은 가능하지만, 날끝에 피삭재가 다량으로 용착되고, 또한 절삭 후의 피삭재는 백탁되며, 피삭재의 면조도도 열악하였다. 또한, 날끝 교환형 절삭팁 No.45, 52, 59, 66, 73 및 80은 상기 날끝 교환형 절삭팁 No.43, 44, 50, 51, 57, 58, 64, 65, 71, 72, 78 및 79와 비교하면 상당 정도 피삭재의 용착량은 저감되어 있었지만, 경사면에 있어서 약간의 용착이 있었다. 날끝 교환형 절삭팁 No.49, 56, 63, 70, 77 및 84는 절삭 후의 피삭재 상태는 양호하지만, 날끝 능선의 사용 상태의 판별이 곤란하며, 주의 환기 기능을 갖지 않는 것이었다.
이상의 결과, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁이 각 비교예의 날끝 교환형 절삭팁에 비하여, 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하다.
<실시예 3>
89.5 질량%의 WC, 2.0 질량%의 TiC, 1.5 질량%의 TaC 및 7.0 질량%의 Co로 이루어지는 조성의 초경 합금 분말을 프레스하고, 계속하여 진공 분위기 중에서 1400℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측에서 보아 0.05 mm 폭의 호닝을 실시함)를 행함으로써, 절삭팁 CNMG120408N-UX(스미토모 덴코오 하드메탈 주식회사 제조)의 형상과 동일 형상의 초경 합금 제조 팁을 제작하여, 이것을 본체로 하였다. 이 본체는 표면에 탈 β층이 13 ㎛ 형성되어 있으며, 2개의 면이 경사면이 되고, 4개의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기한 바와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능선으로 되어 있음)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 합계 8개 존재하였다.
이 본체의 전면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 본체의 표면측으로부터 순서대로 0.3 ㎛의 TiN, 4.0 ㎛의 TiCN(MT-CVD법에 의해 형성), 2.4 ㎛의 α알루미나(α-Al2O3) 그리고 최외층으로서 0.3 ㎛의 TiN을 코팅하였다. 이 코팅(코팅 No.13으로 함)에 있어서, 0.3 ㎛의 TiN(본체 표면측의 것)과 4.0 ㎛의 TiCN과 2.4 ㎛의 α알루미나(α-Al2O3)가 베이스층 이며, 최외층의 0.3 ㎛의 TiN이 사용 상태 표시층이다.
이하 동일하게 하여, 이 코팅 No.13 대신에 하기한 표 8에 기재한 코팅 No.14∼17을 각각 본체의 전면에 대하여 피복하였다.
No 코팅
베이스층 사용상태 표시층
13 TiN(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,4.0㎛)/α-Al2O3(2.4㎛) TiN(0.3㎛)
14 TiC(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,2.6㎛)/TiN(0.5㎛)/κ-Al2O3(2.0㎛) TiCN(0.4㎛)
15 TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.5㎛)/TiC(2.2㎛)/κ-Al2O3(1.8㎛) TiN(0.5㎛)
16 TiN(0.5㎛)/TiCN(MT-CVD,2.9㎛)/TiCN(HT-CVD,1.2㎛)/ TiBN(0.4㎛)/α-Al2O3(3.4㎛) TiN(0.4㎛)
17 TiN(0.5㎛)/TiCN(MT-CVD,4.7㎛)/TiCNO(0.3㎛)/α-Al2O3(1.8㎛) TiN(0.6㎛)
상기 표 8에 있어서, 베이스층은 좌측의 것으로부터 순서대로 본체의 표면 상에 적층되었다. 또한 각 층은 모두 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다[MT-CVD의 표시가 있는 것은 MT-CVD법(성막 온도 900℃)에 의해 형성하고, HT-CVD의 표시가 있는 것은 HT-CVD법(성막 온도 1000℃)에 의해 형성함].
그리고 이들 코팅을 실시한 본체에 대하여, 공지의 블라스트법[연마재 입자: 알루미나샌드 120번(평균 입자 지름 100 ㎛), 압력: 0.3 MPa]을 이용하여 다음 6 종류의 처리 방법 H∼M을 각각 실시하였다. 또한, 각 처리 방법에 있어서 사용 상태 표시층을 남기고자 하는 부위에는 지그를 이용하여 마스킹을 행하였다.
(처리 방법 H)
코팅에 대하여, 블라스트법에 의한 처리를 행하지 않았다. 따라서, 본체의 표면은, 전면에 있어서 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내었다.
(처리 방법 I)
코팅에 대하여, 날끝 능선을 포함하는 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 날끝 능선을 포함하는 여유면의 전면은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다[도 6 참조. 또한, 도 6에서는 사용 상태 표시층(13)이 경사면(2)까지 연장되지 않고, 그 바로 앞에서 멈추고 있지만, 경사면(2)까지 연장되도록 형성되는 경우도 본 처리 방법의 형태에 포함됨].
(처리 방법 J)
코팅에 대하여, 날끝 능선을 포함하는 여유면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 경사면은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 날끝 능선을 포함하는 여유면 전면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 7 참조. 또한, 도 7에서는 사용 상태 표시층(13)이 여유면(3)까지 연장되지 않고, 그 바로 앞에서 멈추고 있지만, 여유면(3)까지 연장되도록 형성되는 경우도 본 처리 방법의 형태에 포함됨).
(처리 방법 K)
코팅에 대하여, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.4∼0.9 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선으로부터 0.4∼0.9 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내며, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.4∼0.9 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 5). 또한, 상기 거리 0.4∼0.9 mm는 평균값을 나타내는 것이지만, 이 평균값을 이와 같은 범위를 두고 표시한 것은, 마스킹은 가능한 한 고정밀도로 행하였지만 블라스트의 확장 등에 의해 그 거리를 일정하게 유지하는 것은 곤란하여 오차를 배제할 수 없기 때문이다. 덧붙여서, 도 8은 본 실시예의 날끝 교환형 절삭팁의 예각 코너부의 하나를 나타내는 개략적인 평면도이지만, 이 도 8의 화살표 x로 나타낸 부위의 지면의 이면측 수직 방향으로 연장되는 부위(즉 예각 코너부를 2등분한 여유면측의 중앙 부위, 이하 R/2 부위라고 함)에 있어서 상기 영역(A1)의 거리는 0.6 mm였다. 또한, 이러한 R/2 부위는 코너마다 복수 개소 존재하지만, 그 모든 R/2 부위에 있어서 상기 영역(A1)의 거리가 각각 완전히 동일해지는 것이 아니고, 상기한 수치는 그 중 하나의 R/2 부위의 수치를 나타내는 것이다(이하의 처리 방법 L, Q, R에 있어서 동일한 의미를 나타냄).
(처리 방법 L)
코팅에 대하여, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.3∼1.0 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선으로부터 0.3∼1.0 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내며, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.3∼1.0 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 5). 또한, 상기 거리 0.3∼1.0 mm는 평균값을 나타내는 것이지만, 이 평균값을 이와 같은 범위를 두고 표시한 것은 상기 처리 방법(K)과 동일한 이유에 의한다. 덧붙여서, R/2 부위에 있어서의 상기 영역(A1)의 거리는 0.5 mm였다.
(처리 방법 M)
코팅에 대하여, 본체 표면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 본체 표면의 전면(경사면 및 여유면 양자 모두)은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.13의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다.
이러한 식으로, 이하의 표 9∼표 10에 기재한 30 종류의 날끝 교환형 절삭팁 No.101∼No.130을 제조하였다. No.104, 105, 110, 111, 116, 117, 122, 123, 128 및 129가 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.101∼130에 대해서, 하기 조건으로 연속 선삭 절삭 시험을 행하고, 피삭재의 면조도와 날끝 교환형 절삭팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 또한, 1분 절삭 후(실시예 1 및 2에 있어서는 절삭 시험 종료 후의 상태를 관찰 내지 측정하였지만 본 실시예에서는 절삭 개시 1분 후의 상태를 관찰함)의 피삭재의 날끝으로의 용착 상태, 피삭재 가공면의 상태 및 날끝 능선의 사용 상태의 식별성을 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 9∼표 10에 나타낸다. 또한, 피삭재의 면조도(Rz;JIS B0601:2001)는 작은 수치인 것일수록 평활성이 양호한 것을 나타내고, 여유면 마모량은 작은 수치인 것일수록 내마모성이 우수한 것을 나타내고 있다. 또한, 피삭재의 날끝으로의 용착량이 많을수록 피삭재의 면조도가 악화되는 것을 나타내고, 피삭재 가공면의 상태는 경면에 가까울수록 양호한 것을 나타내고 있다.
(연속 선삭 절삭 시험의 조건)
피삭재: SCM 435 둥근 막대
절삭 속도: 200 m/min
이송: 0.21 mm/rev.
절삭 깊이: 2.0 mm
절삭유: 있음(수용성유)
절삭 시간: 20분
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 잔류 응력 GPa 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
101 13 H 0.2 0.161 5.3 많음 백탁 용이
102 13 I -0.2 0.159 5.4 많음 백탁 용이
103 13 J 0.3 0.130 3.1 (주1) (주2) 용이
* 104 13 K -0.3 0.104 2.1 없음 경면에 가까움 용이
* 105 13 L -0.4 0.103 2.0 없음 경면에 가까움 용이
106 13 M -0.3 0.104 2.1 없음 경면에 가까움 곤란
107 14 H 0.3 0.158 5.7 많음 백탁 용이
108 14 I -0.3 0.154 5.5 많음 백탁 용이
109 14 J 0.2 0.132 3.2 (주1) (주2) 용이
* 110 14 K -1.3 0.111 2.0 없음 경면에 가까움 용이
* 111 14 L -1.5 0.113 2.1 없음 경면에 가까움 용이
112 14 M -1.8 0.112 2.1 없음 경면에 가까움 곤란
113 15 H 0.3 0.139 6.2 많음 백탁 용이
114 15 I -0.2 0.137 6.0 많음 백탁 용이
115 15 J 0.2 0.086 3.8 (주1) (주2) 용이
* 116 15 K -1.3 0.082 2.5 없음 경면에 가까움 용이
* 117 15 L -1.5 0.083 2.6 없음 경면에 가까움 용이
118 15 M -1.9 0.083 2.5 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 잔류 응력 GPa 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
119 16 H 0.2 0.148 5.7 많음 백탁 용이
120 16 I -0.2 0.146 5.6 많음 백탁 용이
121 16 J 0.1 0.121 3.0 (주1) (주2) 용이
* 122 16 K -0.4 0.098 2.1 없음 경면에 가까움 용이
* 123 16 L -0.4 0.096 2.2 없음 경면에 가까움 용이
124 16 M -0.3 0.096 2.2 없음 경면에 가까움 곤란
125 17 H 0.2 0.091 5.8 많음 백탁 용이
126 17 I -0.2 0.098 5.7 많음 백탁 용이
127 17 J 0.2 0.087 3.2 (주1) (주2) 용이
* 128 17 K -1.5 0.051 2.3 없음 경면에 가까움 용이
* 129 17 L -1.7 0.053 2.3 없음 경면에 가까움 용이
130 17 M -2.2 0.052 2.2 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
표 9∼표 10 중 「*」의 표시를 붙인 것이 본 발명의 실시예이다. 또한, 베이스층의 최외층은 코팅의 종류에 상관없이 모두 흑색이며, 사용 상태 표시층은 TiN이 금색이고, TiCN은 핑크색이다. 또한, 잔류 응력은 도 8의 스폿 B(스폿 사이즈: 직경 0.5 mm)로 도시되는 영역(상기 영역은 코너에 근접하는 영역으로서, 도 8의 IX-IX 단면인 도 9에서 도시되어 있는 바와 같이 팁 브레이커를 구성하는 경사각 16°의 경사 평탄면의 일부임)에 대하여 도 9의 화살표로 나타낸 수직 방향(경사 평탄면에 대함)으로부터 측정한 것이다(구체적 측정 방법은 전술한 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin2Φ법을 채용함). 또한, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 영역이며, 실시예(처리 방법 K 및 L)는 모두 그 영역에 있어서 베이스층이 표면에 노출되어 있고, 그 베이스층 최상층의 잔류 응력을 측정한 것이다. 이에 비하여, 각 비교예의 것은 각각 해당하는 최외층의 잔류 응력을 측정한 것이다. 또한, 이 측정 영역은 각 코너마다 동등 영역이 존재하지만, 그 중 임의의 하나의 것을 선택하여 측정하였다.
표 9∼표 10으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁은, 날끝 능선 사용 상태의 식별이 용이하고, 주의 환기 기능이 매우 우수한 것이며, 또한 날끝에 피삭재가 용착되는 경우도 없고, 절삭 후 피삭재의 상태도 경면에 가까운 것이며, 피삭재의 면조도에도 우수한 것이었다.
이에 비하여, 날끝 교환형 절삭팁 No.101, 102, 107, 108, 113, 114, 119, 120, 125 및 126은 날끝 능선의 사용 상태의 식별은 가능하지만, 날끝에 피삭재가 다량으로 용착되고, 또한 절삭 후의 피삭재는 백탁되며, 피삭재의 면조도도 열악하였다. 또한, 날끝 교환형 절삭팁 No.103, 109, 115, 121 및 127은 상기 날끝 교환형 절삭팁 No.101, 102, 107, 108, 113, 114, 119, 120, 125 및 126과 비교하면 상당 정도 피삭재의 용착량은 저감되어 있었지만, 경사면에 있어서 약간의 용착이 있었다. 날끝 교환형 절삭팁 No.106, 112, 118, 124 및 130은 절삭 후의 피삭재의 상태는 양호하지만, 날끝 능선의 사용 상태의 판별이 곤란하며, 주의 환기 기능을 갖지 않는 것이었다.
한편, 상기에서 제조한 날끝 교환형 절삭팁 No.104와 동일한 제조 방법에 있어서, 상기 영역(A1) 및 경사면에 대하여 블라스트의 처리 조건[처리 시간 및 워크(날끝 교환형 절삭팁)와 노즐과의 거리]을 바꿈으로써 다른 블라스트법에 의한 처리를 실시하거나, 혹은 블라스트법 대신에 브러시법(#800의 SiC 브러시 사용)에 의한 처리를 실시함으로써, No.104-2∼No.104-7의 날끝 교환형 절삭팁을 얻었다. 즉, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.104 및 No.104-2∼No.104-7은 상기 영역(A1) 및 경사면에 있어서 다른 잔류 응력을 갖고 있다. 또한, 이 잔류 응력은, 경사면에 있어서는 상기 도 8의 스폿 B와 동일 영역을 동일하게 하여 측정하였다. 또한, 영역(A1)의 잔류 응력에 대해서는 처리 폭(날끝 능선으로부터의 거리)이 0.5 mm 이상이 되는 지점을 10개소 선택하고, 직경 0.5 mm의 스폿 사이즈로 그 최외층(즉 베이스층의 최상층인 α-Al2O3층)에 대해서 측정하여 그 평균값을 구함으로써 산출하였다.
또한, 동일하게 하여 날끝 교환형 절삭팁 No.123에 대해서도 상기 영역(A1) 및 경사면에 있어서 다른 잔류 응력을 부여하였고, 이하의 표 11에 나타내는 날끝 교환형 절삭팁(No.123-2∼No.123-7)을 얻었다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁(No.104와 No.123을 포함) 및 비교용 날끝 교환형 절삭팁 No.101 및 No.119에 대해서(이들의 No.101, 104, 119, 123에 대해서도 상기한 No.104-2 등과 동일하게 하여 잔류 응력을 측정함), 상기와 동일 조건에 의한 연속 선삭 절삭 시험을 행하고 여유면 마모량을 측정하는 동시에, 이하의 조건에 의한 단속 선삭 절삭 시험을 행하여 날끝의 결손률을 측정하였다(이 결손률은 20개의 날끝에 대해서 시험을 실시하고, 날끝 결손이 발생하고 있는 코너 수를 20개의 날끝에 대한 백분률로 나타낸 것임). 이들의 결과를 이하의 표 11에 나타낸다. 이 결손률이 낮은 것일수록 인성(내결손성)이 우수한 것을 나타내고 있다.
(단속 선삭 절삭 시험의 조건)
피삭재: SCM440(4개 홈을 갖는 둥근 막대)
절삭 속도: 120 m/min
절삭 깊이: 2.0 mm
이송: 0.40 mm/rev.
절삭유: 없음
절삭 시간: 1분
날끝 교환형 절삭팁 No. 블라스트법 /브러시법 (주 1) 영역(A1)의 잔류응력 (GPa) 경사면의 잔류응력 (GPa) 여유면 마모량 (㎜) 날끝 결손률 (%)
101 H 0.2 0.2 0.161 90
* 104 블라스트법 -0.3 -0.3 0.104 30
* 104-2 블라스트법 0.0 0.1 0.105 65
* 104-3 블라스트법 -0.2 -1.4 0.103 20
* 104-4 블라스트법 -1.4 -1.8 0.103 10
* 104-5 블라스트법 -2.1 -2.4 0.102 5
* 104-6 브러시법 0.1 0.1 0.100 65
* 104-7 브러시법 -0.1 -0.2 0.096 40
119 H 0.2 0.2 0.148 100
* 123 블라스트법 -0.4 -0.4 0.096 55
* 123-2 블라스트법 0.0 0.0 0.095 80
* 123-3 블라스트법 -0.2 -1.4 0.094 45
* 123-4 블라스트법 -1.4 -1.8 0.094 35
* 123-5 블라스트법 -2.1 -2.4 0.092 15
* 123-6 브러시법 0.1 0.1 0.090 75
* 123-7 브러시법 -0.1 -0.2 0.089 50
(주 1)
영역(A1) 및 경사면에 대하여 잔류 응력을 부여할 때에, 블라스트법을 채용하였는지 브러시법을 채용하였는지의 구별을 나타낸다.
H라는 표기는 어떤 처리도 행하지 않은 것(즉 처리 방법 H)을 나타낸다.
단, No.1O4-7과 No.123-7은 브러시법으로 사용 상태 표시층을 제거한 후, 블라스트법에 의해 압축 응력을 부여하였다.
또한, 좌측란의 「*」는 실시예인 것을 나타낸다.
표 11로부터 명백한 바와 같이, 상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역의 적어도 일부에 있어서, 베이스층을 구성하는 적어도 일층이 압축 잔류 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나는 것을 알 수 있다. 게다가, 이 압축 잔류 응력이 커질수록 보다 우수한 인성이 나타나는 동시에, 상기 영역(A1) 및 경사면의 절삭에 관여하는 영역 양자 모두에 있어서 압축 잔류 응력이 부여되는 경우에도 보다 우수한 인성이 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 표 11 중 「*」의 표시를 붙인 것이 실시예이지만, 각 실시예의 것은 날끝에 피삭재가 용착되는 경우도 없고, 또한 피삭재 표면도 양호한 광택을 나타내는 것에 비하여, 각 비교예는 피삭재의 날끝으로의 용착이 현저하며, 피삭재 가공면도 전혀 광택을 갖지 않았다. 덧붙여서, 각 비교예의 잔류 응력은 상기 측정 영역에 존재하는 최외층인 사용 상태 표시층의 잔류 응력을 나타내고 있다.
또한, 날끝 교환형 절삭팁 No.104-2, 104-6, 123-2, 123-6은 여유면 마모량의 저감, 피삭재의 용착 방지 혹은 피삭재 가공면의 광택 향상에는 효과를 가졌지만, 인성을 대폭 개선할 수는 없었다. 즉, 날끝 교환형 절삭팁의 날끝 인성의 향상은 피삭재의 용착을 방지하는 것에 의해서도 어느 정도의 효과를 얻는 것은 가능하지만, 상기와 같이 날끝의 특정 부위에 압축 잔류 응력을 부여함으로써 날끝의 인성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것이 명백해졌다.
이상의 결과, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁이, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭팁에 비하여 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하다. 또한, 본 실시예는 팁 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭팁의 경우에 대해 나타내었지만, 팁 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭팁에 대해서도 유효하다.
<실시예 4>
91.5 질량%의 WC, 0.3 질량%의 TaC, 0.2 질량%의 Cr3C2 및 8.0 질량%의 Co로 이루어지는 조성의 초경 합금 분말을 프레스하고, 계속하여 진공 분위기 중에서 1400℃, 1시간 소결하며, 그 후 날끝 능선부에 대하여 SiC 브러시 호닝 처리에 의해 날끝 처리[경사면과 여유면과의 교차부에 대하여 약 0.05 mm의 반경(R)을 부여한 것]를 함으로써, 절삭팁 SEMT13T3AGSN-G(스미토모 덴코오 하드메탈 주식회사 제조)의 형상과 동일 형상의 초경 합금 제조 팁을 제작하고, 이것을 본체로 하였다. 이 본체는 표면에 탈 β층이 형성되어 있지 않으며, 하나의 면이 경사면이 되고, 4개의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기한 바와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능선로 되어 있음)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 합계 4개 존재하였다.
이 본체의 전면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 본체의 표면측으로부터 순서대로 0.4 ㎛의 TiN, 3.0 ㎛의 TiCN(MT-CVD법에 의해 형성), 2.1 ㎛의 α알루미나(α-Al2O3) 그리고 최외층으로서 0.3 ㎛의 TiN을 코팅하였다. 이 코팅(코팅 No.18로 함)에 있어서, 0.4 ㎛의 TiN(본체 표면측의 것)과 3.0 ㎛의 TiCN과 2.1 ㎛의 α알루미나(α-Al2O3)가 베이스층(흑색)이며, 최외층의 0.3 ㎛의 TiN이 사용 상태 표시층(금색)이다.
이하 동일하게 하여, 이 코팅 No.18 대신에 하기의 표 12에 기재한 코팅 No.19∼22를 각각 본체의 전면에 대하여 피복하였다.
No 코팅
베이스층 사용상태 표시층
18 TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,3.0㎛)/α-Al2O3(2.1㎛) TiN(0.3㎛)
19 TiC(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,1.9㎛)/TiN(0.4㎛)/κ-Al2O3(1.5㎛) TiCN(0.3㎛)
20 TiN(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,2.0㎛)/TiC(0.9㎛)/α-Al2O3(1.9㎛) TiN(0.5㎛)
21 TiN(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,2.2㎛)/TiCN(HT-CVD,1.0㎛)/ TiBN(0.3㎛)/κ-Al2O3(2.2㎛) TiN(0.3㎛)
22 TiN(0.5㎛)/TiCN(MT-CVD,2.1㎛)/TiCNO(0.2㎛)/α-Al2O3(2.0㎛) TiN(0.6㎛)
상기 표 12에 있어서, 베이스층은 좌측의 것으로부터 순서대로 본체의 표면 상에 적층되었다. 또한, 코팅 No.19∼22는 코팅 No.18과 동일하게 모두 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다.
그리고 이들 코팅을 실시한 본체에 대하여, 공지의 블라스트법[연마재 입자: 알루미나샌드 120번(평균 입자 지름 100 ㎛), 압력: 0.3 MPa]을 이용하여 다음 6 종류의 처리 방법 N∼S를 각각 실시하였다. 또한, 각 처리 방법에 있어서 사용 상태 표시층을 남기고자 하는 부위에는 지그를 이용하여 마스킹을 행하였다.
(처리 방법 N)
코팅에 대하여 블라스트법에 의한 처리를 행하지 않았다. 따라서, 본체의 표면은 전면에 있어서 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내었다.
(처리 방법 O)
코팅에 대하여, 날끝 능선을 포함하는 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 날끝 능선을 포함하는 여유면의 전면은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 6 참조). 또한, 도 6에서는 사용 상태 표시층(13)이 경사면(2)까지 연장되지 않고, 그 바로 앞에서 멈추고 있지만, 경사면(2)까지 연장되도록 형성되는 경우도 본 처리 방법의 형태에 포함됨).
(처리 방법 P)
코팅에 대하여, 날끝 능선을 포함하는 여유면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 경사면은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 날끝 능선을 포함하는 여유면 전면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다[도 7 참조. 또한, 도 7에서는 사용 상태 표시층(13)이 여유면(3)까지 연장되지 않고, 그 바로 앞에서 멈추고 있지만, 여유면(3)까지 연장되도록 형성되는 경우도 본 처리 방법의 형태에 포함됨].
(처리 방법 Q)
코팅에 대하여, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.4∼0.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선으로부터 0.4∼0.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.4∼0.8 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 5). 또한, 상기 거리 0.4∼0.8 mm는 평균값을 나타내는 것이지만, 이 평균값을 이와 같은 범위를 두고 표시한 것은 상기 처리 방법(K)과 동일한 이유에 의한다. 덧붙여서, R/2 부위에 있어서의 상기 영역(A1)의 거리는 0.5 mm였다.
(처리 방법 R)
코팅에 대하여, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.3∼1.2 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 여유면 상에 있으면서 날끝 능선으로부터 0.3∼1.2 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)은 사용 상태 표시층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 TiN의 색인 금색)을 나타내고, 여유면 상에 있고 날끝 능선으로부터 0.3∼1.2 mm의 거리를 두고 연장되는 영역(A1) 및 경사면은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다(도 5). 또한, 상기 거리 0.3∼1.2 mm는 평균값을 나타내는 것이지만, 이 평균값을 이와 같은 범위를 두고 표시한 것은 상기 처리 방법 K와 동일한 이유에 의한다. 덧붙여서, R/2 부위에 있어서의 상기 영역(A1)의 거리는 0.6 mm였다.
(처리 방법 S)
코팅에 대하여, 본체 표면 전면의 사용 상태 표시층을 블라스트법에 의해 제거하였다. 따라서, 본체 표면의 전면(경사면 및 여유면 양자 모두)은 베이스층의 색(예컨대 코팅 No.18의 경우는 Al2O3의 색인 흑색)을 나타내었다.
이러한 식으로, 이하의 표 13 및 표 14에 기재한 30 종류의 날끝 교환형 절삭팁 No.131∼No.160을 제조하였다. No.134, 135, 140, 141, 146, 147, 152, 153, 158 및 159가 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.131∼160에 대해서, 하기 조건으로 밀링 절삭 시험을 행하고, 피삭재의 면조도와 날끝 교환형 절삭팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 또한, O.1 m 절삭 후의 피삭재의 날끝으로의 용착 상태, 피삭재 가공면의 상태 및 날끝 능선의 사용 상태의 식별성을 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 13 및 표 14에 나타낸다. 피삭재의 면조도(Rz;JIS B0601 : 2001)는 작은 수치인 것일수록 평활성이 양호한 것을 나타내고, 여유면 마모량은 작은 수치인 것일수록 내마모성이 우수한 것을 나타내고 있다. 또한, 피삭재의 날끝으로의 용착량이 많을수록 피삭재의 면조도가 악화되는 것을 나타내고, 피삭재 가공면의 상태는 경면에 가까울수록 양호한 것을 나타내고 있다.
(밀링 절삭 시험의 조건)
피삭재: SKD11 블록재
절삭 속도: 150 m/min
이송: 0.16 mm/rev.
절삭 깊이: 2.0 mm
절삭유: 없음
절삭 길이: 1 m
커터: WGC4160R(스미토모 덴코오 하드메탈 주식회사 제조)
상기 커터에의 날끝 교환형 절삭팁의 부착 수는 1장으로 하였다.
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 잔류 응력 GPa 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
131 18 N 0.2 0.224 3.4 많음 백탁 용이
132 18 O -0.3 0.219 3.3 많음 백탁 용이
133 18 P 0.2 0.194 2.6 (주1) (주2) 용이
* 134 18 Q -0.4 0.123 1.9 없음 경면에 가까움 용이
* 135 18 R -0.5 0.121 1.8 없음 경면에 가까움 용이
136 18 S -0.4 0.122 1.9 없음 경면에 가까움 곤란
137 19 N 0.2 0.220 3.5 많음 백탁 용이
138 19 O -0.3 0.216 3.4 많음 백탁 용이
139 19 P 0.1 0.189 2.6 (주1) (주2) 용이
* 140 19 Q -1.4 0.122 1.9 없음 경면에 가까움 용이
* 141 19 R -1.6 0.120 1.9 없음 경면에 가까움 용이
142 19 S -1.7 0.121 1.8 없음 경면에 가까움 곤란
143 20 N 0.2 0.203 3.6 많음 백탁 용이
144 20 O -0.1 0.201 3.5 많음 백탁 용이
145 20 P 0.2 0.196 2.5 (주1) (주2) 용이
* 146 20 Q -1.5 0.110 1.8 없음 경면에 가까움 용이
* 147 20 R -1.6 0.109 1.9 없음 경면에 가까움 용이
148 20 S -2.0 0.112 1.9 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
날끝 교환형 절삭팁 No. 코팅 No. 처리 방법 잔류 응력 GPa 여유면 마모량 (㎜) 피삭재 면조도 Rz (㎛) 피삭재의 날끝으로의 용착 상태 피삭재 가공면의 상태 날끝의 사용 상태의 판별
149 21 N 0.2 0.228 3.6 많음 백탁 용이
150 21 O -0.1 0.216 3.5 많음 백탁 용이
151 21 P 0.2 0.188 2.6 (주1) (주2) 용이
* 152 21 Q -0.3 0.123 1.9 없음 경면에 가까움 용이
* 153 21 R -0.5 0.121 1.8 없음 경면에 가까움 용이
154 21 S -0.5 0.122 1.8 없음 경면에 가까움 곤란
155 22 N 0.2 0.202 3.7 많음 백탁 용이
156 22 O -0.1 0.198 3.6 많음 백탁 용이
157 22 P 0.2 0.194 2.4 (주1) (주2) 용이
* 158 22 Q -1.6 0.105 1.9 없음 경면에 가까움 용이
* 159 22 R -1.7 0.104 1.9 없음 경면에 가까움 용이
160 22 S -2.1 0.106 1.8 없음 경면에 가까움 곤란
(주 1) 경사면에 약간 용착
(주 2) 대략 경면에 가까움
표 13∼표 14 중 「*」의 표시를 붙인 것이 본 발명의 실시예이다. 또한, 베이스층의 최외층은 코팅의 종류에 상관없이 모두 흑색이고, 사용 상태 표시층은 TiN이 금색이며, TiCN은 핑크색이다. 또한, 잔류 응력은 도 10의 스폿 C(스폿 사이즈: 직경 0.5 mm)로 도시되는 영역(상기 영역은 코너에 근접하는 영역으로서, 도 10의 XI-M 단면인 도 11에 도시되어 있는 팁 브레이커를 구성하는 경사각 20°의 경사 평탄면의 일부)에 대하여 도 11의 화살표로 나타낸 수직 방향(경사 평탄면에 대한)으로부터 측정한 것이다(구체적 측정 방법은 전술한 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin2Φ법을 채용하였음). 또한, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 영역이며, 실시예의 것(처리 방법 Q 및 R)은 모두 그 영역에서 베이스층이 표면에 노출되어 있고, 그 베이스층의 최상층의 잔류 응력을 측정한 것이다. 이에 비하여, 각 비교예는 각각 해당하는 최외층의 잔류 응력을 측정한 것이다. 또한, 이 측정 영역은 각 코너마다 동등 영역이 존재하지만, 그 중 임의의 하나의 것을 선택하여 측정하였다.
표 13∼표 14로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁은 날끝 능선의 사용 상태의 식별이 용이하고 주의 환기 기능이 매우 우수한 것이며, 또한 날끝에 피삭재가 용착되는 경우도 없고, 절삭 후의 피삭재의 상태도 경면에 가까운 것이며 피삭재의 면조도에도 우수하였다.
이에 비하여, 날끝 교환형 절삭팁 No.131, 132, 137, 138, 143, 144, 149, 150, 155 및 156은 날끝 능선의 사용 상태의 식별은 가능하지만, 날끝에 피삭재가 다량으로 용착되고, 또한 절삭 후의 피삭재는 백탁되며, 피삭재의 면조도도 열악하였다. 또한, 날끝 교환형 절삭팁 No.133, 139, 145, 151 및 157은 상기 날끝 교환형 절삭팁 No.131, 132, 137, 138, 143, 144, 149, 150, 155 및 156과 비교하면 상당 정도 피삭재의 용착량은 저감되어 있었지만, 경사면에 있어서 약간의 용착이 있었다. 날끝 교환형 절삭팁 No.136, 142, 148, 154 및 160은 절삭 후의 피삭재의 상태는 양호하지만, 날끝 능선의 사용 상태의 판별이 곤란하며, 주의 환기 기능을 갖지 않는 것이었다.
한편, 상기에서 제조한 날끝 교환형 절삭팁 No.152와 동일한 제조 방법에 있어서, 상기 영역(A1) 및 경사면에 대하여 블라스트의 처리 조건[처리 시간 및 워크(날끝 교환형 절삭팁)와 노즐과의 거리]를 바꿈으로써 다른 블라스트법에 의한 처리를 실시하거나, 혹은 블라스트법 대신에 브러시법(#800의 SiC 브러시 사용)에 의한 처리를 실시함으로써, No.152-2∼No.152-7의 날끝 교환형 절삭팁을 얻었다. 즉, 이들 날끝 교환형 절삭팁 No.152 및 No.152-2∼No.152-7은 상기 영역(A1) 및 경사면에 있어서 다른 잔류 응력을 갖고 있다. 또한, 이 잔류 응력은 경사면에 있어서는 상기 도 10의 스폿 C와 동일 영역을 동일하게 하여 측정하였다. 또한, 영역(A1)의 잔류 응력에 대해서는 처리 폭(날끝 능선으로부터의 거리)이 0.5 mm 이상이 되는 지점을 10 개소 선택하고, 직경 0.5 mm의 스폿 사이즈로 그 최외층(즉 베이스층의 최상층인 κ-Al2O3층)에 대해서 측정하여 그 평균값을 구함으로써 산출하였다.
또한, 동일하게 하여, 날끝 교환형 절삭팁 No.159에 대해서도 상기 영역(A1)및 경사면에 있어서 다른 잔류 응력을 부여하였다, 이하의 표 15에 나타내는 날끝 교환형 절삭팁(No.159-2∼No.159-7)을 얻었다.
그리고, 이들 날끝 교환형 절삭팁(No.152와 No.159를 포함) 및 비교용 날끝 교환형 절삭팁 No.149 및 No.155에 대해서(이들의 No.149, 152, 155, 159에 대해서도 상기한 No.152-2 등과 동일하게 하여 잔류 응력을 측정함), 상기와 동일 조건에 의한 밀링 절삭 시험(내마모성에 관한 것)을 행하여 여유면 마모량을 측정하는 동시에, 이하의 조건에 의한 밀링 절삭 시험(인성에 관한 것)을 행하여 날끝의 결손률을 측정하였다(이 결손률은 20개의 날끝에 대해서 시험을 실시하고, 날끝 결손이 발생하고 있는 코너 수를 20개의 날끝에 대한 백분률로 나타낸 것임). 이들의 결과를 이하의 표 15에 나타낸다. 이 결손률이 낮은 것일수록 인성(내결손성)이 우수한 것을 나타내고 있다.
(밀링 절삭 시험의 조건) … 인성에 관한 것
피삭재: SCM435(블록재 3장 겹침)
절삭 속도: 170 m/min
절삭 깊이: 2.0 mm
이송: 0.40 mm/rev.
절삭유: 없음
절삭 거리: 0.5 m
커터: WGC4160R(스미토모 덴코오 주식회사 제조)
상기 커터에의 날끝 교환형 절삭팁의 부착수는 1장으로 하였다.
날끝 교환형 절삭팁 No. 블라스트법 /브러시법 (주 1) 영역(A1)의 잔류응력 (GPa) 경사면의 잔류응력 (GPa) 여유면 마모량 (㎜) 날끝 결손률 (%)
149 H 0.2 0.2 0.220 95
* 152 블라스트법 -0.2 -0.3 0.123 35
* 152-2 블라스트법 0.1 0.0 0.122 60
* 152-3 블라스트법 -0.3 -1.5 0.123 25
* 152-4 블라스트법 -1.3 -1.7 0.121 10
* 152-5 블라스트법 -2.2 -2.5 0.120 5
* 152-6 브러시법 0.1 0.2 0.121 60
* 152-7 브러시법 -0.2 -0.2 0.118 35
155 H 0.2 0.2 0.202 100
* 159 블라스트법 -0.3 -0.3 0.104 60
* 159-2 블라스트법 0.0 0.0 0.103 85
* 159-3 블라스트법 -0.4 -1.6 0.105 45
* 159-4 블라스트법 -1.5 -1.9 0.103 30
* 159-5 블라스트법 -2.1 -2.6 0.101 10
* 159-6 브러시법 0.1 0.2 0.100 70
* 159-7 브러시법 -0.1 -0.2 0.099 45
(주 1)
영역(A1) 및 경사면에 대하여 잔류 응력을 부여할 때에, 블라스트법을 채용하였는지 브러시법을 채용하였는지의 구별을 나타낸다.
N이라는 표기는 어떤 처리도 행하지 않은 것(즉 처리 방법 N)을 나타낸다.
단, No.152-7과 No.159-7은 브러시법으로 사용 상태 표시층을 제거한 후, 블라스트법에 의해 압축 응력을 부여하였다.
또한, 좌측란의 「*」는 실시예인 것을 나타낸다.
표 15로부터 명백한 바와 같이, 상기 영역(A1) 또는 경사면의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역의 적어도 일부에 있어서, 베이스층을 구성하는 적어도 일층이 압축 잔류 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나는 것을 알 수 있다. 게다가, 이 압축 잔류 응력이 커질수록 보다 우수한 인성이 나타나는 동시에, 상기 영역(A1) 및 경사면의 절삭에 관여하는 영역 양자 모두에 압축 잔류 응력이 부여되는 경우에도 보다 우수한 인성이 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 표 15 중 「*」의 표시를 붙인 것이 실시예이지만, 각 실시예는 날끝에 피삭재가 용착되는 경우도 없고, 또한 피삭재 표면도 양호한 광택을 나타내는 것에 대하여, 각 비교예는 피삭재의 날끝으로의 용착이 현저하며, 피삭재 가공면도 전혀 광택을 갖고 있지 않았다. 덧붙여서, 각 비교예의 잔류 응력은 상기 측정 영역에 존재하는 최외층인 사용 상태 표시층의 잔류 응력을 나타내고 있다.
또한, 날끝 교환형 절삭팁 No.152-2, 152-6, 159-2, 159-6은 여유면 마모량의 저감, 피삭재의 용착 방지 혹은 피삭재 가공면의 광택 향상에는 효과를 갖지만, 인성을 대폭 개선할 수는 없었다. 즉, 날끝 교환형 절삭팁의 날끝 인성의 향상은 피삭재의 용착을 방지하는 것에 의해서도 어느 정도의 효과를 얻는 것은 가능하지만, 상기와 같이 날끝의 특정 부위에 압축 잔류 응력을 부여함으로써 날끝의 인성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것이 명백해졌다.
이상의 결과, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭팁이 각 비교예의 날끝 교환형 절삭팁에 비하여, 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하다. 또한, 본 실시예는 팁 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭팁의 경우에 대해 나타내었지만, 팁 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭팁에 대해서도 유효하다.
또한, 상기한 각 실시예는 선삭 가공용 및 밀링 가공용의 날끝 교환형 절삭팁에 대해 나타내었지만, 드릴 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 엔드밀 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 금속 톱 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 기어 절삭 공구 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 리머 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 탭 가공용 날끝 교환형 절삭팁 또는 크랭크샤프트의 핀 밀링 가공용 날끝 교환형 절삭팁 등에 대해서도 물론 적용할 수 있으며, 본 발명의 효과는 나타난다.
이번에 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구 범위에 의해 나타내고, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명의 날끝 교환형 절삭팁은 전술한 바의 구성을 가짐으로써, 피삭재의 외관이나 표면 평활성을 상하게 하지 않고, 주의 환기 기능을 유효하게 나타낼 수 있다.

Claims (11)

  1. 본체(8)와, 상기 본체(8) 상에 형성된 베이스층(12)과, 상기 베이스층(12) 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층(13)을 갖는 날끝 교환형 절삭팁(1)으로서,
    상기 본체(8)는 적어도 하나의 면이 경사면(2)이 되고, 다른 적어도 하나의 면이 여유면(3)이 되는 동시에, 그 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 능선이 날끝 능선(4)이 되며,
    상기 베이스층(12)은 상기 사용 상태 표시층(13)과 다른 색을 나타내고,
    상기 사용 상태 표시층(13)은, 상기 여유면(3) 상에 있으면서 상기 날끝 능선(4)에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 제외한 영역(A2)의 전면 또는 부분의 상기 베이스층(12) 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영역(A1) 및 상기 경사면(2)은 상기 베이스층(12)이 표면에 노출되어 있으며, 그 노출되어 있는 상기 베이스층(12)을 구성하는 적어도 일층은 상기 영역(A1) 또는 상기 경사면(2)의 절삭에 관여하는 영역 중 적어도 한쪽 영역의 적어도 일부에서 압축 잔류 응력을 갖는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압축 잔류 응력은 그 절대값이 0.1 GPa 이상의 응력 인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영역(A1)의 면조도(Ra)를 A ㎛, 상기 영역(A2)의 면조도(Ra)를 B ㎛로 한 경우, 1.0＞A/B가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  5. 제1항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭팁(1)은 복수의 날끝 능선(4)을 갖는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사용 상태 표시층(13)은 상기 베이스층(12)에 비하여, 마모되기 쉬운 층인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  7. 제1항에 있어서, 상기 베이스층(12)은 그 최외층이 Al2O3층 또는 Al2O3을 포함하는 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  8. 제1항에 있어서, 상기 사용 상태 표시층(13)은 그 최외층이 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 형성되거나, 또는 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 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  9. 제1항에 있어서, 상기 본체(8)는 초경 합금, 서밋(cermet), 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 또는 산화알루미늄과 탄화티탄으로 이루어지는 혼합체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  10. 제1항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭팁(1)은 드릴, 엔드밀, 밀링 가공용 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱(metal saw), 기어 절삭 공구, 리머, 탭 또는 크랭크샤프트의 핀 밀링 가공용 팁 중 어느 하나인 것인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
  11. 본체(8)와, 상기 본체(8) 상에 형성된 베이스층(12)과, 상기 베이스층(12) 상의 부분에 형성된 사용 상태 표시층(13)을 갖는 날끝 교환형 절삭팁(1)의 제조 방법으로서,
    상기 본체(8) 상에 베이스층(12)을 형성하는 단계와,
    상기 베이스층(12) 상에 상기 베이스층(12)과 다른 색의 사용 상태 표시 층(13)을 형성하는 단계와,
    상기 본체(8)의 여유면(3) 상에 있으면서 날끝 능선(4)에 대하여 수직 방향으로 0.2 mm 이상 3.0 mm 미만의 거리를 두고 연장되는 영역(A1)을 적어도 포함하는 영역과 경사면(2)에 형성되어 있는 상기 사용 상태 표시층(13)을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁(1)의 제조 방법.
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