KR20070092990A

KR20070092990A - 날끝 교환형 절삭 팁

Info

Publication number: KR20070092990A
Application number: KR1020077016844A
Authority: KR
Inventors: 나오야 오모리; 요시오 오카다; 미노루 이토; 스스무 오쿠노; 신야 이마무라
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2007-09-14
Also published as: WO2007046299A1; IL184454A; IL184454A0; JPWO2007046299A1; EP1938919A4; JP4739321B2; US20090003944A1; US7695222B2; EP1938919A1

Abstract

본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁(1)은, 기재(8)와 피복층을 가지며, 이 피복층은 내층과 외층을 포함하고, 이 내층은 이 외층과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하며, 이 외층은 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속, 또는 이 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되고, 그리고 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 여유면(3)측에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 경사면(2)측에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 한다.

Description

날끝 교환형 절삭 팁{INDEXABLE INSERT}

본 발명은, 날끝 교환형 절삭 팁(1회용 칩으로 부르는 경우도 있음)에 관한 것이다.

종래부터, 착탈 가능하게 공구에 부착하여 피삭재를 절삭 가공하는 날끝 교환형 절삭 팁이 알려져 있다. 이러한 날끝 교환형 절삭 팁은, 내마모성이나 인성을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 초경합금이나 서멧으로 이루어지는 기재 상에 세라믹스 등의 경질 피막을 형성하는 구성의 것이 다수 제안되어 있다.

그리고, 이러한 구성의 날끝 교환형 절삭 팁에 있어서는, 경질 피막의 조성을 변경하거나, 경질 피막의 두께를 여유면 상과 경사면 상에서 변경시키거나 함으로써 여러 특성을 향상시키는 시도가 종종 이루어지고 있다[일본 특허 공개 제2001-347403호 공보(특허 문헌 1), 일본 특허 공개 제2004-122263호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 공개 제2004-122264호 공보(특허 문헌 3), 일본 특허 공개 제2004-216488호 공보(특허 문헌 4)].

이에 대하여, 최근 상기와 같은 경질 피막의 최외층으로서 하층과는 다른 색을 갖는 층을 형성하고, 이 최외층의 변색 상태에 의해 날끝 교환형 절삭 팁의 사용 상태를 판별하고자 하는 시도가 이루어지고 있다[일본 특허 공개 제2002-144108 호 공보(특허 문헌 5)]. 그러나, 이러한 시도에 있어서는, 사용 상태를 판별하는 최외층과 피삭재가 절삭 가공시에 용착하여 피삭재의 표면 상태를 악화시키는 등의 문제가 발생하고 있었다. 그럼에도 불구하고, 이 문제를 해결하고자 하는 시도는 거의 이루어지고 있지 않다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-347403호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2004-122263호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2004-122264호 공보

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제2004-216488호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 제2002-144108호 공보

본 발명은, 전술한 바와 같은 현상에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 가능한 한 저감하고, 또한 피삭재의 표면 상태를 악화시키지 않는 날끝 교환형 절삭 팁을 제공하는 것에 있다.

본원의 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해, 절삭 가공시에 있어서의 날끝 교환형 절삭 팁과 피삭재와의 접촉 상태를 예의 연구한 바, 도 1에 도시한 바와 같이 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 날끝 능선(4)의 주변부가 피삭재(5)에 접하고, 여유면(3)이 피삭재(5)와 대면하는 반면에, 그 경사면(2)이 칩(6)측에 위치하기 때문에, 피삭재에 접하는 날끝 능선 주변부에 있어서 피복층(특히 그 최외층)에 대하여 대책을 강구하는 것이 전술한 바와 같은 용착 현상의 해결에 가장 유효하다는 지견을 얻어, 이 지견에 기초하여 연구를 거듭함으로써 드디어 본 발명을 완성시키기에 이른 것이다.

즉, 본 발명은 기재와, 이 기재 상에 형성된 피복층을 포함하는 날끝 교환형 절삭 팁으로서, 이 기재는, 적어도 하나의 여유면과 적어도 하나의 경사면을 포함하고, 이 여유면과 이 경사면은 날끝 능선을 사이에 두고 연결되며, 상기 피복층은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층과 이 내층 상에 형성된 외층을 포함하고, 이 내층은 외층과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하며, 이 외층은 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속에 의해 구성되거나, 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되고, 그리고 이 외층은 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 상기 여유면측에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 경사면측에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 기재와, 이 기재 상에 형성된 피복층을 포함하는 날끝 교환형 절삭 팁으로서, 이 기재는, 적어도 2개의 여유면과, 적어도 하나의 경사면과, 적어도 하나의 코너를 포함하고, 이 여유면과 이 경사면은 날끝 능선을 사이에 두고 연결되며, 상기 코너는 2개의 상기 여유면과 하나의 상기 경사면이 교차하는 교점이고, 상기 피복층은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층과 이 내층 상에 형성된 외층을 포함하며, 이 내층은 외층과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하고, 이 외층은 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속에 의해 구성되거나, 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되, 또한 절삭에 관여하는 상기 코너를 통과하고, 이 코너를 구성하는 2개의 상기 여유면이 이루는 각도를 상기 경사면 상에 있어서 2등분하며, 또한 상기 경사면으로부터 상기 2개의 여유면이 교차하는 능선과 연결되는 직선상에 있어서, 이 외층은, 상기 코너로부터 상기 여유면측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 코너로부터 상기 경사면측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 기재와, 이 기재 상에 형성된 피복층을 포함하는 날끝 교환형 절삭 팁으로서, 이 기재는, 적어도 하나의 여유면과 적어도 하나의 경사면을 포함하고, 이 여유면과 이 경사면은 날끝 능선을 사이에 두고 연결되며, 상기 피복층은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층과 이 내층 상에 형성된 외층을 포함하고, 이 내층은, 외층과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하며, 이 외층은, 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속에 의해 구성되거나, 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되고, 상기 내층은, 상기 날끝 능선으로부터 상기 여유면측으로 0.4 mm 미만의 거리를 두고 펼쳐진 영역과, 상기 날끝 능선으로부터 상기 경사면측으로 2 mm 미만의 거리를 두고 펼쳐진 영역에 있어서 노출되어 있으며, 이 노출부에 있어서의 내층 표면이 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층으로 구성되고, 상기 외층은, 상기 내층의 노출부로부터 상기 여유면의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역에 있어서의 평균 두께를 A ㎛로 하며, 상기 내층의 노출부로부터 상기 경사면의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁에 관한 것이다.

또한, 상기 기재는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성될 수 있다.

또한, 상기 날끝 교환형 절삭 팁은, 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 프라이스 가공용, 선삭 가공용, 메탈 톱 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용 중 어느 하나의 것으로 할 수 있다.

본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁은, 전술한 바와 같은 구성을 갖기 때문에, 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 가능한 한 저감하고, 또한 피삭재의 표면 상태를 악화시키는 것을 방지하는 것에 성공한 것이다.

도 1은 절삭 가공시에 있어서의 날끝 교환형 절삭 팁과 피삭재와의 접촉 상 태를 모식적으로 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁의 일례를 도시하는 개략적인 사시도이다.

도 3은 칩 브레이커를 갖지 않는 네거티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 4는 칩 브레이커를 갖는 네거티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 5는 칩 브레이커를 갖지 않는 포지티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 6은 칩 브레이커를 갖는 포지티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 7은 날끝 능선 근방부에 있어서 내층이 노출된 칩 브레이커를 갖지 않는 네거티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 8은 날끝 능선 근방부에 있어서 내층이 노출된 칩 브레이커를 갖는 네거티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 9는 날끝 능선 근방부에 있어서 내층이 노출된 칩 브레이커를 갖지 않는 포지티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 10은 날끝 능선 근방부에 있어서 내층이 노출된 칩 브레이커를 갖는 포지티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 11은 2개의 여유면이 이루는 각도를 2등분하는 직선(L)을 나타낸 날끝 교 환형 절삭 팁의 평면도이다.

도 12는 도 11의 직선(L)에 있어서의 개략적인 단면도이다.

도 13은 기재의 날끝 처리부의 개략적인 단면도이다.

도 14는 날끝 능선 근방부에 있어서 내층이 노출된 경우의 평균 두께의 규정 영역을 도시한 날끝 교환형 절삭 팁의 개략적인 단면도이다.

도 15는 날끝 교환형 절삭 팁의 예각 코너부 중 하나를 도시하는 개략 평면도이다.

도 16은 도 15의 선 XVI-XVI를 따라 취한 개략적인 단면도이다.

도 17은 날끝 교환형 절삭 팁의 코너부 중 하나를 도시하는 개략 평면도이다.

도 18은 날끝 교환형 절삭 팁의 다른 코너부 중 하나를 도시하는 개략 평면도이다.

도 19는 도 18의 선 XIX-XIX를 따라 취한 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 날끝 교환형 절삭 팁

2: 경사면

3: 여유면

4: 날끝 능선

5: 피삭재

6: 칩

7: 관통 구멍

8: 기재

9: 코너

11: 피복층

12: 내층

13: 외층

이하, 본 발명에 대해서 더 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시형태의 설명에서는, 도면을 이용하여 설명하고 있지만, 본원의 도면에 있어서 동일한 참조 부호를 붙인 것은, 동일 부분 또는 상당 부분을 도시하고 있다. 또한, 각 도면은 어디까지나 설명을 위한 모식적인 것으로서, 피복층의 막 두께와 기재와의 사이즈비나 코너의 알(R)의 사이즈비는 실제의 것과는 다르다.

<날끝 교환형 절삭 팁>

본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁은, 기재와, 이 기재 상에 형성된 피복층을 갖는 것이다. 그리고 본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁은 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 프라이스 가공용, 선삭 가공용, 메탈 톱 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용 및 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용의 것으로서 특히 유용하다.

또한, 본 발명은 네거티브 타입 또는 포지티브 타입 중 어느 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서도 유효하고, 또한 칩 브레이커가 형성되어 있는 것 및 형성되어 있지 않는 것 양쪽 모두에 대해서도 유효하다.

<기재>

본 발명의 기재를 구성하는 재료로서는, 이러한 날끝 교환형 절삭 팁의 기재로서 알려진 종래 공지의 것을 특별히 한정 없이 사용할 수 있고, 예컨대 초경합금(예컨대 WC기 초경합금, WC 외, Co를 포함하고, 또는 Ti, Ta, Nb 등의 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 더 첨가한 것도 포함한다), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 및 이들의 혼합체 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 등을 들 수 있다.

또한, 이들 기재는, 그 표면이 개질된 것이어도 지장없다. 예컨대 초경합금의 경우는 그 표면에 탈 β층이 형성되어 있거나, 서멧의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있어도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되어 있어도 본 발명의 효과는 나타난다.

또한, 기재의 형상은, 이러한 날끝 교환형 절삭 팁의 기재의 형상으로서 알려진 종래 공지의 것을 특별히 한정 없이 채용할 수 있다. 예컨대 기재 표면에 평행한 단면 형상으로 나타내면 마름모형, 정사각형, 삼각형, 원형, 타원형 등의 형상의 것이 포함된다.

그리고, 이러한 기재(8)는, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 적어도 하나의 여유면(3)과 적어도 하나의 경사면(2)을 갖는 구조를 구비한 것이고, 이 여유면(3)과 경사면(2)은 날끝 능선(4)을 사이에 두고 연결되며, 이 날끝 능선(4)이 피삭재에 대한 절삭 작용의 중심적 작용점이 된다. 보다 바람직하게는, 이러한 기 재(8)는 적어도 2개의 여유면(3)과, 적어도 하나의 경사면(2)과, 적어도 하나의 코너(9)를 갖는 구조를 구비한 것이고, 이 코너(9)는 2개의 여유면(3)과 하나의 경사면(2)이 교차하는 교점이며, 절삭 작용의 가장 중심적 작용점이 되는 경우가 많다.

또한, 본원에서 이용하는 여유면, 경사면, 날끝 능선 및 코너 등이라는 표현은, 기재의 표면부뿐만 아니라 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 최외측 표면부에 위치하는 부분이나 면과 함께, 후술하는 내층이나 외층 등의 각 층의 표면부나 내부 등에 위치하는 상당 부분도 포함하는 개념이다.

또한, 상기 날끝 능선(4)은 도 2에서는 직선형으로 형성되어 있지만 이것에만 한정되는 것이 아니라, 예컨대 원주형의 것, 파형의 것, 만곡형의 것, 또는 굴절형의 것도 포함된다. 또한 이러한 날끝 능선이나 코너에 대해서는, 모따기 가공 및/또는 코너의 알(R) 부여 가공 등의 날끝 처리 가공을 실시할 수 있지만, 이러한 날끝 처리 가공 등에 의해 날끝 능선이 명료한 능선을 구성하지 않게 되거나, 코너가 명료한 교점을 형성하지 않게 된 경우에는, 이와 같은 날끝 처리 가공 등이 된 경사면 및 여유면에 대하여 날끝 처리 가공 등이 되지 않는 상태를 예상하여 각각의 면을 기하학적으로 연장시킴으로써 쌍방의 면이 교차하는 능선이나 교점을 가정적인 능선이나 교점으로 정하여, 그 가정적으로 정해진 능선을 날끝 능선으로 하고, 가정적으로 정해진 교점을 코너로 하는 것으로 한다. 또한, 경사면과 여유면이 날끝 능선을 사이에 두고 연결된다고 하는 표현 및 날끝 능선을 갖는다고 하는 표현은, 모두 날끝 능선에 대하여 상기와 같은 날끝 처리 가공이 실시된 경우도 포함하는 것으로 한다. 또한, 2개의 여유면과 하나의 경사면이 교차하는 교점이라는 표현 및 그 교점이 코너가 된다고 하는 표현은, 모두 이 코너에 대하여 상기와 같은 날끝 처리 가공이 실시된 경우도 포함하는 것으로 한다.

또한, 도 2에 있어서는, 경사면(2)은 평탄한 면으로서 도시되어 있지만, 필요에 따라 경사면은 다른 구조, 예컨대 칩 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 구분한다) 모따기를 하고 또는 다른 방법으로 평탄한 면과 다른 형상이나 곡면으로 하거나, 칩 브레이커를 마련한 형상으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 기재에는 날끝 교환형 절삭 팁(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.

<피복층>

본 발명의 피복층(11)은, 예컨대 도 3 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 기재(8) 상에 형성되는 것으로서, 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)(도면에서는 편의적으로 1의 층으로서 나타내고 있다)과 이 내층(12) 상에 형성된 외층(13)을 포함하는 것이다. 이하, 내층(12)과 외층(13)으로 나눠 설명한다.

또한, 도 3 및 도 4는 네거티브 타입[경사면(2)과 여유면(3)이 90˚ 이상의 각도를 이뤄 교차하는 것]의 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 단면을 모식적으로 나타낸 개략적인 단면도이며, 도 3은 칩 브레이커를 갖지 않고, 도 4는 칩 브레이커를 갖 는 것이다. 도 5 및 도 6은 포지티브 타입[경사면(2)과 여유면(3)이 예각을 이뤄 교차하는 것]의 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 단면을 모식적으로 나타낸 개략적인 단면도이며, 도 5는 칩 브레이커를 갖지 않고, 도 6은 칩 브레이커를 갖는 것이다. 또한, 이러한 도 3 내지 도 6에 대하여, 도 7 내지 도 10은 후술하는 바와 같이 날끝 능선 근방부에 있어서 내층(12)이 표면에 노출되어 있는 상태를 모식적로 나타낸 개략적인 단면도이다.

<내층>

본 발명의 내층은, 상기 기재와 후술하는 외층 사이에 1 이상의 층으로서 형성되는 것이며, 날끝 교환형 절삭 팁의 내마모성이나 인성 등의 여러 특성을 향상시키는 작용을 갖는 것이다. 통상, 이 내층은 후술하는 외층과는 다른 색을 갖고 있는 것이 바람직하고, 기재의 전체면을 덮도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 이 내층은, 후술하는 외층과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 갖고 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 최상층으로서 가짐으로써, 마이크로 치핑에 기인하는 막 손상을 저감시킬 수 있어 피복층 전체의 내마모성의 향상에 이바지할뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 외층의 두께를 규정한 것과 상승적으로 작용함으로써 피삭재와의 용착 현상을 비약적으로 저감시키는 작용을 발휘하는 것이다. 외층에 접하는 내층의 최외층으로서 이와 같이 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 형성하면, 왜 피삭재의 용착 현상을 저감할 수 있는지 그 상세한 메카니즘은 해명 되어 있지 않지만, 아마도 규정된 두께를 갖는 외층이 절삭 공정 중에 임의의 타이밍으로 마모 소멸한 후에 이 알루미나와 피삭재가 접하게 되고, 이 경우 알루미나와 피삭재를 구성하는 성분 사이에서 화학 반응이 잘 생기지 않으면서, 알루미나와 피삭재와의 마찰 저항이 낮아지기 때문이라고 고려된다.

또한, 이러한 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층은, 전술한 바와 같이 우수한 작용을 가질뿐만 아니라 거무스름해진 색(정확하게는 그 자신이 흑색을 나타내는 것이 아니라 하지의 색의 영향을 받기 쉬운 것이지만, 본원에서는 단순히 흑색으로 표현하는 경우도 있다)을 나타내기 때문에, 그 위에 형성되는 후술하는 외층 사이에서 특히 현저한 콘트라스트를 형성할 수 있다고 하는 메리트도 갖게 된다.

또한, 여기서 말하는 알루미나(산화알루미늄, Al₂O₃)는, 그 결정 구조는 특별히 한정되지 않고, α-Al₂O₃, κ-Al₂O₃, γ-Al₂O₃ 또는 비정질 상태의 Al₂O₃가 포함되는 동시에, 이들이 혼재한 상태도 포함된다. 또한, "알루미나를 함유한다" 라는 것은, 그 층의 일부로서 적어도 알루미나를 함유하고 있는 것(50 질량% 이상 포함되어 있으면 알루미나를 함유하는 것으로 간주한다)을 의미하고, 잔부는 후술하는 바와 같은 화합물이나 Zr0₂, Y₂0₃(알루미나에에 Zr나 Y가 첨가되었다고 간주할 수 있다) 등에 의해 구성할 수 있으며, 또한 염소, 탄소, 붕소, 질소 등을 포함하고 있어도 좋다.

또한, 이러한 내층은, 적어도 1 이상의 층이 압축 응력을 갖고 있는 것이 바 람직하고, 또한 절삭에 관여하는 부위에 있어서 상기한 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층이 압축 응력을 갖고 있는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라, 인성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이 경우, 경사면의 압축 응력을 여유면의 압축 응력보다 크게 함으로써, 인성을 더 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

여기서, 절삭에 관여하는 부위란, 후술하는 바와 같이, 피삭재가 접촉하는(가장 가깝게 접근하는) 날끝 능선으로부터 여유면측 및 경사면측에 각각 3 mm의 폭을 두고 펼쳐진 영역(후술하는 도 12에 있어서의 선분 구역 c 및 d를 포함하는 영역)을 의미하는 것으로 한다. 또한, 이 압축 응력의 규정에 관해서는, 이 영역에 있어서 내층이 표면에 노출되어 있는 양태를 포함하는 것으로 하고, 이와 같이 노출하는 표면을 구성하는 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층이 압축 응력을 갖고 있는 양태도 포함된다.

또한, 압축 응력이란, 이러한 피복층에 존재하는 내부 응력(고유 변형)의 일종으로서, 「-」(마이너스)의 수치(단위: 본 발명에서는「GPa」를 사용한다)로 나타내는 응력을 말한다. 이 때문에 압축 응력이 크다고 하는 개념은, 상기 수치의 절대값이 커지는 것을 나타내고, 또한 압축 응력이 작다고 하는 개념은, 상기 수치의 절대값이 작아지는 것을 나타낸다. 한편, 인장 응력이란, 피복층에 존재하는 내부 응력(고유 변형)의 일종으로서, 「+」(플러스)의 수치로 나타내는 응력을 말한다. 또한, 단순히 잔류 응력이라는 경우는, 압축 응력과 인장 응력 양자 모두를 포함하는 것으로 한다.

그리고, 이러한 압축 응력은 그 절대값이 0.1 GPa 이상의 응력인 것이 바람 직하고, 보다 바람직하게는 0.2 GPa 이상, 더 바람직하게는 0.5 GPa 이상의 응력이다. 그 절대값이 0.1 GPa 미만이면, 충분한 인성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 한편 그 절대값은 커지면 커질수록 인성의 부여라는 관점에서는 바람직하지만, 그 절대값이 8 GPa를 넘으면 피복층 자체가 박리되는 경우가 있어 바람직하지 않다.

또한, 상기 잔류 응력은, X선 응력 측정 장치를 이용한 sin²Φ법에 의해 측정할 수 있다. 그리고 이러한 잔류 응력은 내층중의 압축 응력이 부여되는 영역에 포함되는 임의의 점 10점(이들 각 점은 해당 층의 해당 영역의 응력을 대표할 수 있도록 서로 0.1 mm 이상의 거리를 두고 떨어지게 선택하는 것이 바람직하다)의 응력을 이 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」(일본재료학회, 1981년 주식회사 요켄도 발행)의 54 내지 67 페이지에 상세히 설명되어 있는 방법을 이용하면 좋다.

또한, 상기 잔류 응력은, 라만 분광법을 이용한 방법을 이용함으로써 측정하는 것도 가능하다. 이러한 라만 분광법은, 좁은 범위, 예컨대 스폿 직경 1 ㎛라고 하는 국소적인 측정을 할 수 있다고 하는 메리트를 갖고 있다. 이러한 라만 분광법을 이용한 잔류 응력의 측정은, 일반적인 것이지만 예컨대 「박막의 역학적 특성 평가 기술」[사이펙(현재 리얼라이즈 이공센터로 사명 변경), 1992년 발행]의 264 내지 271 페이지에 기재한 방법을 채용할 수 있다.

또한, 상기 잔류 응력은, 방사광을 이용하여 측정할 수도 있다. 이 경우, 피복층의 두께 방향에서 잔류 응력의 분포를 요구할 수 있다고 하는 메리트가 있다.

이러한 내층은, 공지의 화학적 증착법(CVD법), 물리적 증착법(PVD법, 스퍼터링법 등을 포함한다)에 의해 형성할 수 있고, 그 형성 방법은 전혀 한정되지 않는다. 예컨대, 날끝 교환형 절삭 팁이 드릴 가공용이나 엔드밀 가공용으로서 이용되는 경우, 내층은 항절력을 저하시키지 않고 형성할 수 있는 PVD법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 내층의 막 두께의 제어는, 성막 시간에 의해 조정을 행하면 좋다.

또한, 공지의 CVD법을 이용하여 내층을 형성하는 경우에는, MT-CVD(medium temperature CVD)법에 의해 형성된 층을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 그 방법에 의해 형성한 내마모성이 우수한 탄질화티탄(TiCN)층을 구비하는 것이 가장 적합하다. 종래의 CVD법은, 약 1020℃ 내지 1030℃로 성막을 행하는 반면에, MT-CVD법은 약 850℃ 내지 950℃라는 비교적 저온으로 행할 수 있기 때문에, 성막시에 가열에 의한 기재의 손상을 저감할 수 있다. 따라서, MT-CVD법에 의해 형성한 층은, 기재에 근접하게 마련되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 성막시에 사용하는 가스는 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 구조의 것으로 함으로써, 이들 피복층의 층간 밀착력이 향상되는 경우가 있어, 바람직한 경우가 있다.

한편, 이러한 내층은 1 이상의 층을 적층하여 구성되는 것이며, 각 층은 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 금속과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성할 수 있다. 또한, 내층을 구성하는 이들 화합물의 조성비(원자비)는 후술하는 외층을 구성하는 화합물의 조성비와 같은 규정으로 할 수 있기 때문에 그 상세한 것은 후술한다.

여기서, 예컨대 이러한 내층은 상기한 화합물로서 알루미나(Al₂O₃)를 포함할 수 있고, 적어도 외층과 접하는 최상층은 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층이 된다. 이러한 내층의 보다 구체적인 적층 구성의 일례를 들면, 우선 기재 상에 TiN 층을 형성하고, 그 위에 TiCN층을 형성하며, 또한 그 위에 최상층으로서 Al₂O₃층을 형성하는 양태를 들 수 있다. 이들 층은 3층 전체로서 내층을 구성하고, 내마모층으로서의 작용을 나타낸다.

또한, 이러한 내층은, 도 7 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 날끝 능선(4)으로부터 상기 여유면(3)측으로 0.4 mm 미만(바람직하게는 30 ㎛ 이상)의 거리를 두고 펼쳐진 영역 a와, 상기 날끝 능선(4)으로부터 상기 경사면(2)측으로 2 mm 미만(바람직하게는 100 ㎛ 이상)의 거리를 두고 펼쳐진 영역 b에 있어서 노출한 것으로 할 수 있고, 이 노출부에 있어서의 내층 표면이 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층으로 구성되어 있는 것이 특히 바람직하다. 이러한 영역(a, b)에 있어서 피삭재의 용착이 현저히 발생한다고 고려되고, 전술한 바와 같이 알루미나는 피삭재를 구성하는 성분 사이에서 화학 반응이 잘 생기지 않으면서, 피삭재와의 마찰 저항이 낮아지기 때문이다. 상기 거리가 상기한 규정값을 넘으면 내층 상에 형성되는 외층의 후술하는 바와 같은 색채의 변화가 충분히 나타나지 않게 되기 때문에 바람직하지 않다.

상기 거리는 여유면측에서는, 바람직하게는 0.35 mm 미만, 보다 바람직하게는 0.3 mm 미만이고, 경사면측에서는 바람직하게는 1.8 mm 미만, 보다 바람직하게는 1.5 mm 미만, 더 바람직하게는 0.5 mm 미만이다. 또한, 이 거리의 하한은 여유면(3)측에서는 30 ㎛ 이상, 경사면(2)측에서는 100 ㎛ 이상이다. 이 하한 미만이 되는 경우에는, 내층을 노출시키는 효과가 충분히 나타나지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 이와 같이 내층을 표면에 노출시키는 방법은, 종래 공지의 여러 가지의 방법을 채용할 수 있고, 그 방법은 전혀 한정되지 않는다. 예컨대, 내층 상에 후술하는 외층을 형성한 후에, 내층을 노출시키는 소정 부위의 이 외층에 대하여 블라스트 처리, 브러시 처리 또는 배럴 처리 등을 실시하는 것에 의해 이 외층을 제거함으로써 이 소정 부위의 내층을 표면에 노출시킬 수 있다.

이와 같이 피삭재를 절삭하는 중심적 부위이며, 피삭재와 접촉하는 가능성이 높은 날끝 능선 근방부에 있어서, 후술하는 바와 같은 외층이 아니라 내층인 알루 미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 표면 최상층으로서 노출시킴으로써, 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한 피삭재의 표면 상태의 악화를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 마이크로 치핑에 기인하는 막 손상을 저감시킬 수도 있고, 이들이 상승적으로 작용함으로써 피복층의 내마모성이 향상된다.

또한, 이러한 내층을 구성하는 화합물로서는, 상기한 알루미나(Al₂O₃) 이외에(또는 Al₂O₃와 함께) 사용할 수 있는 것으로서, 예컨대 TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiB₂, TiBN, TiBNO, TiCBN, ZrC, ZrO₂, HfC, HfN, TiAlN, AlCrN, CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, AlN, AlCN, ZrN, TiAlC 등을 들 수 있다.

그리고, 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층의 하층으로서 TiBN 또는 TiBNO로 이루어지는 층을 형성시키는 것이 특히 바람직하다. 하층으로서 이러한 화합물로 이루어지는 층을 형성함으로써 알루미나와의 밀착성이 매우 향상되는 동시에, 알루미나가 표면에 노출된 부분에 있어서는 이러한 하층의 색채를 알루미나층을 투과하여 인식할 수 있고, 그 부분에 있어서 알루미나가 갖는 색채(흑색)와는 다른 색채를 제공할 수 있기 때문이다.

이러한 내층의 두께(2 이상의 층으로서 형성되는 경우는 전체의 두께)는, 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.05 ㎛ 미만이면 내마모성 등의 여러 특성의 향상 작용이 충분히 나타나지 않고, 반대로 30 ㎛를 넘어도 그 이상의 여러 특성의 향상이 확인되지 않기 때문에 경제적으로 유리하지 않다. 그 러나, 경제성을 무시하는 한 그 두께는 30 ㎛ 이상으로 하여도 아무런 지장이 없이, 본 발명의 효과는 나타난다. 이러한 두께의 측정 방법으로서는, 예컨대 날끝 교환형 절삭 팁을 절단하고, 그 단면을 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다.

또한, 상기와 같이 내층이 표면에 노출되는 경우, 내층과 외층과의 경계는 이 경계의 근방부를 전자현미경 및/또는 금속현미경으로 관찰함으로써, 단위 면적(100 ㎛×100 ㎛)당 표면에 노출되는 내층의 면적이 80% 이상이 되는 경우에 내층이 표면에 노출되어 있는 것으로 간주하는 것으로 한다.

<외층>

본 발명의 외층은, 상기한 내층 상에 1 이상의 층으로서 형성되는 것으로서, 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 금속에 의해 구성되거나(2 이상의 금속에 의해 구성되는 경우는 합금이 되는 경우를 포함한다), 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성된다. 그리고, 이 외층의 두께는, 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 상기 여유면측에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 경사면측에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같이 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 상기한 바와 같이 외층의 두께를 여유면측에 비해 경사면측에 있어서 얇게 제어함으로써, 기재 상에 형성되는 피복 층과 피삭재와의 용착 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한 피삭재의 표면 상태의 악화를 효과적으로 방지한다고 하는 효과가 나타난다. 즉, 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 외층의 두께를 여유면측에 비해 경사면측에 있어서 일정값을 하회하록 얇게 형성시키면 피삭재의 용착 현상을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해지지만, 이것은 본 발명자의 연구를 통해 피삭재가 경사면측에 현저히 용착하는 것이 명백해지고, 이 때문에 피삭재가 용착할 가능성이 높은 부분의 외층 두께를 미리 가능한 한 얇게 설계함으로써 이 층의 마멸에 의한 소멸을 촉진시키고, 또한 이 층과 피삭재의 용착이 현저히 발생하기 전에 이 층을 소멸 제거해 버리려고 하는 기술적 사상에 기초하는 것이다. 그리고 전술한 바와 같이, 이러한 외층의 두께의 제어에 의해 초래되는 효과는, 내층의 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 형성시킴으로써 한층 촉진된다.

여기서, 절삭에 관여하는 부위란, 날끝 교환형 절삭 팁의 형상, 피삭재의 종류나 크기, 절삭 가공의 형태 등에 따라 다른 것이지만, 통상 피삭재가 접촉하는(가장 가깝게 접근하는) 날끝 능선으로부터 여유면측 및 경사면측에 각각 3 mm의 폭을 두고 펼쳐진 영역을 의미하는 것으로 한다. 또한, 이 영역에 있어서는 내층이 표면에 노출되어 있지 않는 것을 조건으로 한다(내층이 표면에 노출되어 있는 경우의 외층 두께에 대한 규정은 후술한다).

또한, 상기 여유면측에 있어서의 평균 두께 A ㎛ 및 상기 경사면측에 있어서의 평균 두께 B ㎛란, 각각 상기 영역 내에 있어서 서로 다른 10점의 측정 포인트에 있어서의 두께의 평균값을 의미하는 것으로 한다. 또한, 두께의 측정 방법으로 서는, 상기와 같은 측정 방법을 채용할 수 있고, 예컨대 날끝 교환형 절삭 팁을 절단하며, 그 단면을 SEM(주사형 전자현미경)을 이용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다.

상기 B/A값은, 보다 바람직하게는 B/A≤0.7, 더 바람직하게는 B/A≤0.5이다. B/A값이 0.9를 넘으면, 피삭재의 용착 현상을 효과적으로 저감시킬 수 없게 된다. 이러한 점을 감안하면, B/A값이 1 이하가 되어도 0.9를 넘으면 피삭재의 용착 현상을 저감시킬 수 없게 되지만, 이것은 이 외층의 마모에 의한 소멸까지의 시간이 길어지기 때문이 아닐까라고 고려된다. 또한, B/A값의 하한은 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 0.01 미만이 되면 경사면측의 외층 두께가 너무 얇아져, 후술하는 바와 같은 색채의 변화가 충분히 나타나지 않게 되기 때문이다.

또한, 외층에 대한 상기와 같은 두께의 제어는, 내층 상에 일단 외층을 균일한 두께로 형성한 후에, 블라스트 처리, 브러시 처리 또는 배럴 처리 등을 외층에 대하여 실시함으로써 그 두께를 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 외층의 두께를 제어하는 방법으로서는, 다른 방법, 예컨대 외층을 형성하는 경우에 직접적으로 두께를 제어하여 형성하는 방법도 채용할 수 있지만, 두께가 얇은 외층을 균일한 색채를 나타내게 직접적으로 형성하는 것은 어렵기 때문에, 전술한 바와 같이 일단 외층을 균일한 두께로 형성한 후에 블라스트 처리, 브러시 처리 또는 배럴 처리 등을 실시하는 방법을 채용하는 것이 특히 유효하다. 또한, 블라스트 처리를 행하는 경우는 경사면에 대하여 거의 수직 방향으로부터 슬러리를 분사함으로써, 효과적으로 경사면 상의 외층 두께를 얇게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러 나, 경사면에 대하여 소정의 각도를 갖는 방향으로부터 슬러리를 조사함으로써 복수의 면을 동시에 처리할 수도 있다.

또한, 상기와 같은 처리를 실시함으로써, 피복층의 적어도 1층에 대하여 압축 응력을 부여할 수 있고, 또한 날끝 강도를 향상시킬 수 있다고 하는 메리트가 제공된다.

그리고, 이러한 외층은, 특히 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 절삭에 관여하는 코너(9)(도면과 같이 날끝 처리되어 있는 경우는 가정적인 코너)를 통과하며, 이 코너(9)를 구성하는 2개의 여유면이 이루는 각도를 경사면 상에 있어서 2등분하면서, 경사면(2)으로부터 상기 2개의 여유면(3)이 교차하는 능선으로 연결되는 직선(L)[도 11에서는 이 직선(L)은 경사면(2) 상에만 도시하고 있지만 2개의 여유면이 교차하는 능선(도면과 같이 날끝 처리되어 있는 경우는 알(R)의 가공부의 중간에 위치하는 부분을 가정적인 능선으로 한다)에도 연결된다] 상에 있어서, 이 코너(9)로부터 여유면(3)측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역 c에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 코너(9)로부터 경사면(2)측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역 d에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 규정함으로써, 내층의 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 채용한 것과 더불어 피삭재의 용착 현상을 더 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.

여기서, 절삭에 관여하는 코너란, 실제로 피삭재가 접촉하는(가장 가깝게 접근하는) 코너를 포함하는 동시에, 코너 근방의 날끝 능선에 피삭재가 접촉하고(가 장 가깝게 접근하고), 이 코너도 그 절삭에 관여하는 경우(예컨대, 온도가 상승하는 경우)를 포함하는 것이다. 그러나, 단순히 절삭 가공시의 피삭재의 칩이 비산하여 접촉하는 코너는 포함되지 않는다. 또한, 상기 선분 구역 c 및 d에 있어서는, 내층이 표면에 노출되어 있지 않는 것을 조건으로 한다(내층이 표면에 노출되어 있는 경우의 외층 두께에 대한 규정은 후술한다).

또한, 코너 및 능선이 날끝 처리되어 있는 경우는, 2개의 여유면이 교차하는 능선이란, 2개의 여유면를 연결하는 알(R)부의 중간을 통과하는 직선을 가정적인 능선으로 하고, 이 가정적인 능선과 가정적인 코너를 연결하는 직선을 말하는 것으로 한다(도 11 및 도 12 참조).

또한, 상기 선분 구역 c 및 d를, 상기한 바와 같이 각각 O.5 mm 이상 1 mm 이하의 범위와 규정한 것은, 이 규정 범위의 외층과 피삭재와의 용착 현상이 피삭재의 표면 상태에 가장 큰 영향을 미치는 것이 본 발명자의 연구에 의해 명백해졌기 때문이다. 그 상세한 메카니즘은 아직 해명되어 있지 않지만, 아마도 코너 부근에서 절삭되어 매우 고온이 된 피삭재의 칩이 이 규정 범위 내의 영역에 접촉할 확률이 높기 때문이 아닐까라고 추측된다.

또한, 상기 B/A값은, 보다 바람직하게는 B/A≤0.7, 더 바람직하게는 B/A≤0.5이다. B/A값이 0.9를 넘으면, 상기 유사 피삭재의 용착 현상을 효과적으로 저감시킬 수 없게 된다. 이러한 점을 감안하면, B/A값이 1 이하가 되어도 0.9를 넘으면 피삭재의 용착 현상을 저감시킬 수 없게 되지만, 이것은 상기와 같은 이유에 의한 것이라고 고려된다. 또한, B/A값의 하한은 0.01 이상으로 하는 것이 바람직 하다. 이것은 0.01 미만이 되면 경사면측의 외층 두께가 너무 얇아져, 후술하는 바와 같은 색채의 변화가 충분히 나타나지 않게 되기 때문이다.

또한, 여기서 말하는 평균 두께 A ㎛ 및 B ㎛란, 각각 상기 선분 구역 c, d에 있어서 상호 다른 10점의 측정 포인트에 있어서의 두께의 평균값를 의미하는 것으로 하고, 두께의 측정 방법으로서는, 상기와 같은 측정 방법을 채용할 수 있다. 또한, 날끝 교환형 절삭 팁에 복수의 코너가 존재하는 경우는, 절삭에 관여할 가능성이 있는 모든 코너에 대해서 상기한 B/A값의 관계가 성립되어야 한다.

또한, 이러한 외층은 도 14에 도시한 바와 같이 날끝 능선(4) 근방부에 있어서 내층(12)이 표면에 노출되어 있는 경우[즉, 날끝 능선(4)으로부터 여유면(3)측에 0.4 mm 미만의 거리를 두고 펼쳐진 영역 a와, 날끝 능선(4)으로부터 경사면(2)측에 2 mm 미만의 거리를 두고 펼쳐진 영역 b에 있어서 내층(12)이 표면에 노출되어 있고, 이 노출부에 있어서의 내층(12) 표면이 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층으로 구성되어 있는 경우], 이러한 내층(12)의 노출부로부터 여유면(3)의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역 e에 있어서의 평균 두께를 A ㎛로 하고, 내층(12)의 노출부로부터 경사면(2)의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역 f에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 것이다. 이와 같이 규정함으로써, 날끝 능선 근방부에 있어서 내층이 표면에 노출된 경우에 있어서 피삭재와의 용착 현상을 매우 유효하게 저감하는 것이 가능해진다.

여기서, 내층(12)의 노출부로부터 여유면(3)의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점이란, 내층과 외층의 경계부(이 경계는 전술한 방법에 의해 결정하는 것으로 한다)로부터 날끝 능선측과는 반대 방향(즉, 날끝 능선으로부터 멀어지는 방향)으로 0.4 mm 떨어진 지점을 의미한다. 또한 마찬가지로, 내층(12)의 노출부로부터 경사면(2)의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점이란, 내층과 외층의 경계부로부터 날끝 능선측과는 반대 방향(즉, 날끝 능선으로부터 멀어지는 방향)으로 0.4 mm 떨어진 지점을 의미한다.

또한, 상기 영역 e 및 f를, 상기와 같이 내층 노출부로부터 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역으로 규정한 것은, 날끝 능선 근방부에 있어서 전술한 바와 같이 내층이 표면에 노출되어 있는 경우에 있어서, 이 규정 범위의 외층과 피삭재와의 용착 현상이 피삭재의 표면 상태에 영향을 미치는 것이 본 발명자의 연구에 의해 명백해졌기 때문이다. 이 상세한 메카니즘은 아직 해명되어 있지 않지만, 아마도 내층의 노출부에 있어서 절삭되어 매우 고온이 된 피삭재의 칩이 이 규정 범위 내의 영역에 접촉할 확률이 높기 때문이 아닐까라고 추측된다.

또한, 상기 B/A값은, 보다 바람직하게는 B/A≤0.7, 더 바람직하게는 B/A≤0.5이다. B/A값이 0.9를 넘으면, 상기 유사 피삭재의 용착 현상을 효과적으로 저감시킬 수 없게 된다. 이러한 점을 감안하면, B/A값이 1 이하가 되어도 0.9를 넘으면 피삭재의 용착 현상을 저감시킬 수 없게 되지만, 이것은 상기와 같은 이유에 의한 것이라고 고려된다. 또한, B/A값의 하한은 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 0.01 미만이 되면 경사면측의 외층 두께가 너무 얇아져, 후술하는 바와 같은 색채의 변화가 충분히 나타나지 않게 되기 때문이다.

또한, 여기서 말하는 평균 두께 A ㎛ 및 B ㎛란, 각각 상기 영역 e, f에 있어서 상호 다른 10점의 측정 포인트에 있어서의 두께의 평균값을 의미하는 것으로 하고, 두께의 측정 방법으로서는, 상기와 같은 측정 방법을 채용할 수 있다.

이러한 외층은, 공지의 화학적 증착법, 또는 물리적 증착법(스퍼터링법을 포함한다)에 의해 형성할 수 있고, 그 형성 방법은 전혀 한정되지 않는다.

본 발명의 외층은, 상기와 같이 내층이 표면에 노출되는 경우를 제외하고 날끝 교환형 절삭 팁의 최외층이 되는 것으로서, 바람직하게는 상기 내층(의 최상층)과는 다른 색을 나타냄으로써[즉, 내층(의 최상층)과는 당연히 조성도 다름으로써], 날끝 교환형 절삭 팁(특히 날끝 능선)의 사용 상태를 판별하는 사용 상태 표시층으로서의 기능을 나타내는 것이다. 즉, 이 외층을 상기한 내층에 비해 보다 마모되기 쉬운 층으로 함으로써, 날끝 능선이 피삭재의 절삭 가공에 사용된 경우에 그 날끝 능선에 인접하는 부분에 형성된 외층이 마모하여 그 부분의 내층이 표면에 노출되거나, 또는 그 부분의 외층 자체가 변색하는 것에 의해, 그 색채의 변화를 관찰함으로써 사용된 날끝 능선을 식별하는 것이 가능해진다.

이러한 외층을 구성하는 금속 또는 화합물은, 보다 구체적으로는 예컨대 금속으로서는 Cr, Al 등을 들 수 있고, 또한 화합물로서는 TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiB₂, TiBN, TiBNO, TiCBN, ZrC, ZrO₂, HfC, HfN, TiAlN, AlCrN, CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, AlN, AlCN, ZrN, TiAlC 등을 들 수 있다. 다만, 이러한 외층으로서, Al₂O₃는 포함되지 않는다. 알루미나(Al₂O₃)는 전술한 바와 같이 내층의 최상층으로서 이것 단독 또는 이것을 포함하는 층으로서 형성되는 것이며, 또한 색채 자체도 흑색을 나타내기 때문에 사용 상태 표시층으로서 사용하기에 적합하지 않기 때문이다.

또한, 이러한 외층을 구성하는 화합물에 있어서, 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와의 조성비(원자비)는, 종래 공지와 같이 반드시 1:1로 한정되는 것이 아니라, 전자의 금속(1)에 대하여, 후자의 원소를 0.5 내지 1 정도로 할 수 있다(예컨대 TiN으로 한 경우로서 a+b=100 원자%로 하는 경우, b는 35 내지 50 원자% 정도가 된다). 또한, 후자의 원소가 복수의 원소로 구성되는 경우는, 각 원소의 원자비는 반드시 등비에 한정되는 것이 아니라, 종래 공지의 원자비를 임의로 선택할 수 있다. 따라서, 이하의 실시예 등에 있어서 이 화합물을 나타내는 경우에 특별히 단서가 없다면, 그 화합물을 구성하는 원자비는 종래 공지의 원자비를 임의로 선택할 수 있는 것으로 한다.

또한, 상기 외층이 복수의 금속(합금을 포함한다)으로 구성되는 경우, 이들 금속의 원자비는 종래 공지의 원자비를 임의로 선택할 수 있는 것으로 한다.

이러한 외층은, 강력한 내마모성의 개선 기능을 갖는 것이 아니면서(즉 마모하기 쉬운 층인 것이 바람직하고, 내마모성은 내층보다 뒤떨어진다), 비교적 얇은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 두께(외층이 2층 이상 적층되어 형성되는 경우는 전체 두께)는 0.05 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하이며, 더 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. 0.05 ㎛ 미만에서는, 소정 부위에 균일하게 피복하는 것이 공업적으로 어려워지며, 이 때문에 그 외관에 색 얼룩이 발생하여 외관을 해하는 경우가 있다. 또한 2 ㎛를 넘어도 사용 상태 표시층으로서의 기능에 큰 차이가 없어, 오히려 경제적으로 불리해진다. 이 두께의 측정 방법으로서는, 상기와 같은 측정 방법을 채용할 수 있다.

<실시예>

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.

<실시예 1>

2.0 질량%의 TiC, 1.2 질량%의 TaC, 1.5 질량%의 NbC, 8.0 질량%의 Co 및 잔부 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 중에서 1400℃, 1 시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측으로부터 봤을 때 0.05 mm 폭의 호닝을 실시한다)를 행함으로써, 절삭 팁 CNMG120408N-UX[스미토모전공 하드메탈(주)제]의 형상과 같은 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는, 표면에 탈 β층이 17 ㎛ 형성되어 있고, 2개의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능선으로 되어 있다)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은, 총 8개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 하나의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있다)이며, 이러한 코너는 총 8개 존재하였다(다만, 여기서 이용한 팁은, 그 형상으로부터, 상면 또는 하면으로부터 관찰한 경우에 80˚의 꼭지각을 이루는 코너를 절삭 용도로 이용하는 경우가 많고, 이 경우 코너수는 4로 고려할 수 있다).

이 기재의 전체면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 피복층으로서 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 기재의 표면측으로부터 순서대로, 0.4 ㎛의 TiN, 4.6 ㎛의 TiCN(MT-CVD법에 의해 형성), 및 2.2 ㎛의 α 알루미나(α-Al₂O₃)를 각각 내층으로서 형성하고, 이들 내층의 최상층인 α 알루미나 상에 이것과 접하도록 외층으로서 1.0 ㎛의 TiN을 형성하였다(이상의 피복층을 피복층 No.1로 한다).

이하 마찬가지로 하여, 이 피복층 No.1 대신에 하기의 표 1에 기재한 피복층 No.2 내지 7을 각각 기재의 전체면에 대하여 피복하였다.

No	피복층
No	내층	외층
1	TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.6㎛)/α-Al₂O₃(2.2㎛)	TiN(0.5㎛)
2	TiC(1.0㎛)/TiCN(MT-CVD,2.2㎛)/κ-Al₂O₃(2.6㎛)	TiCN(1.1㎛)
3	TiN(0.3㎛)/TiC(2.2㎛)/TiCN(MT-CVD,4.5㎛)/κ-Al₂O₃(1.8㎛)	TiN(0.5㎛)
4	TiN(0.4㎛)/ZrCN(3.7㎛)/ZrO₂(0.7㎛)/α-Al₂O₃(1.8㎛)	ZrN(0.5㎛)
5	TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,5.3㎛)/TiBNO(0.7㎛)/α-Al₂O₃(4.9㎛)	TiN(0.7㎛)
6	TiN(0.3㎛)/TiCN(MT-CVD,3.5㎛)/TiCN(HT-CVD,1.1㎛) /TiBN(0.2㎛)/α-Al₂O₃(3.7㎛)	TiN(0.6㎛)
7	TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.7㎛)/α-Al₂O₃(1.8㎛)	CrN(0.5㎛)

주) No.4의 피복층의 내층에 있어서, α-Al₂O₃은 Zr원소를 5 원자% 포함한다[EPMA(전자 프로브 미량 분석) 분석 결과].

상기 표 1에 있어서, 내층은 좌측의 것으로부터 순서대로 기재의 표면 상에 적층시켰다. 또한 각 층은, 피복층 No.7의 CrN층을 제외하고, 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(성막온도 1000℃)에 의해 형성하였다]. 이 CrN층은 이온 플레이팅법에 의해 형성하였다. 또한, 외층인 TiN은 금색이고, ZrN은 백금색이며, TiCN은 핑크색이고, CrN은 은색이다.

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 공지의 블라스트법[연마재 입자: 알루미나 샌드 120번(평균 입자 지름 100 ㎛), 압력: 0.3 MPa] 및/또는 브러시법(다이아몬드 브러시 사용)을 이용하여 다음 5 종류의 처리 방법 A 내지 E를 각각 실시하였다.

(처리 방법 A)

피복층에 대하여 블라스트법 및 브러시법에 의한 처리를 전혀 행하지 않았다.

(처리 방법 B)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2 내지 표 3에 기재한 평균 두께가 되도록 브러시법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 C)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2 내지 표 3에 기재한 평균 두께가 되도록 블라스트법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 D)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2 내지 표 3에 기재한 평균 두께가 되도록 브러시법에 의한 처리를 행한 후, 블라스트법에 의한 처리를 더 행하였다.

(처리 방법 E)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2 내지 표 3에 기재한 평균 두께가 되도록 블라스트법에 의한 처리를 행한 후, 브러시법에 의한 처리를 더 행하였다.

또한, 표 2 내지 표 3에 있어서의 외층 두께는, 전술한 도 12에 도시한 바와 같이 절삭에 관여하는 코너(즉, 이하의 선삭 절삭 시험을 실시한 코너)를 통과하고, 이 코너를 구성하는 2개의 여유면이 이루는 각도를 경사면 상에 있어서 2등분하면서, 경사면으로부터 2개의 여유면이 교차하는 능선으로 연결되는 직선상에 있어서, 이 코너로부터 여유면측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역 c에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 이 코너로부터 경사면측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역 d에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 하여, B/A값을 구하였다.

다만, 표 2 내지 표 3 중, 이하의 표 4에 기재한 날끝 교환형 절삭 팁에 대한 외층의 두께는, 전술한 도 14에 도시한 바와 같이 내층의 노출부(표 4 기재의 내층 노출 거리를 기준으로 하는 내층과 외층의 경계부)로부터 여유면의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역 e에 있어서의 평균 두께를 A ㎛로 하고, 같은 내층의 노출부로부터 경사면의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역 f에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 하여, B/A값을 구하였다.

이와 같이 하여, 이하의 표 2 내지 표 3에 기재한 32 종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.1 내지 No.32를 제조하였다. 표중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다.

또한, 이하의 표 4에 기재한 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서는, 각각의 날끝 능선을 따라, 이 날끝 능선으로부터 여유면측에 표 4에 기재한 거리를 두고 펼쳐진 영역 a와, 날끝 능선으로부터 경사면측에 표 4에 기재한 거리를 두고 펼쳐진 영역 b에 있어서 내층이 노출하는 것이었다. 또한, 각각의 거리는 내층과 외층의 경계를 전술한 바와 같이 전자현미경 및/또는 금속현미경에 의해 특정하고, 상기 코너를 구성하는 2개의 여유면이 이루는 각도를 경사면 상에 있어서 2등분하는 직선에 있어서, 경사면으로부터 2개의 여유면이 교차하는 능선으로 연결되는 직선상의 경사면측의 거리와 여유면측의 거리를 각각 측정하였다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.1 내지 32에 대해서, 하기 조건으로 선삭 절삭 시험을 행하고, 피삭재의 면조도와 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 또한, 40분 절삭 후에, 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 2 내지 표 3에 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, 날끝에의 피삭재의 용착량이 많을수록, 피삭재의 면조도가 악화되는 것을 나타내고, 피삭재 가공면의 상태는 경면에 가까울수록, 양호한 것을 나타내고 있다.

(선삭 절삭 시험의 조건)

피삭재: SCM415

절삭 속도: 100 m/min

이송: 0.14 mm/rev

절삭 깊이: 1.0 mm

절삭유: 없음

절삭 시간: 40분

	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	외층		B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	A ㎛	B ㎛	B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	1	1	A	1.0	1.0	1.00	0.148	5.7	많음	백탁
	2	2	A	1.5	1.5	1.00	0.135	5.4	많음	백탁
	3	3	A	0.5	0.5	1.00	0.133	5.9	많음	백탁
	4	4	A	0.5	0.5	1.00	0.118	5.7	많음	백탁
	5	5	A	0.7	0.7	1.00	0.115	5.4	많음	백탁
	6	6	A	0.6	0.6	1.00	0.114	6.0	많음	백탁
	7	7	A	0.5	0.5	1.00	0.139	6.2	많음	백탁
	8	1	B	0.9	0.9	1.00	0.132	5.3	많음	백탁
*	9	1	B	0.9	0.8	0.89	0.101	3.8	매우 적음	거의 경면
*	10	1	B	0.9	0.5	0.56	0.089	3.2	매우 적음	거의 경면
*	11	1	C	0.9	0.2	0.22	0.072	2.9	없음	경면
*	12	1	C	1.0	0.7	0.70	0.102	3.4	매우 적음	거의 경면
*	13	1	C	0.5	0.4	0.80	0.092	3.5	매우 적음	거의 경면
	14	1	C	0.4	0.6	1.50	0.133	5.1	조금 많음	거의 경면
*	15	2	B	1.2	0.9	0.75	0.098	3.8	매우 적음	거의 경면
*	16	2	C	1.0	0.5	0.50	0.084	3.6	매우 적음	거의 경면

	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	외층		B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	A ㎛	B ㎛	B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
*	17	3	B	0.4	0.2	0.50	0.089	3.5	매우 적음	거의 경면
*	18	3	C	0.4	0.2	0.50	0.092	3.6	매우 적음	거의 경면
*	19	4	B	0.4	0.3	0.75	0.081	3.9	매우 적음	거의 경면
*	20	4	C	0.4	0.3	0.75	0.080	3.8	매우 적음	거의 경면
*	21	5	B	0.6	0.2	0.33	0.073	3.4	없음	경면
*	22	5	C	0.6	0.4	0.67	0.079	3.6	매우 적음	거의 경면
*	23	6	B	0.6	0.4	0.67	0.072	3.5	매우 적음	거의 경면
*	24	6	C	0.6	0.2	0.33	0.071	3.6	매우 적음	거의 경면
*	25	7	B	0.5	0.4	0.80	0.089	3.7	매우 적음	거의 경면
*	26	7	C	0.5	0.3	0.60	0.088	3.5	매우 적음	거의 경면
*	27	2	E	0.4	0.2	0.50	0.058	2.9	없음	경면
*	28	2	D	0.4	0.2	0.50	0.049	2.6	없음	경면
*	29	2	E	0.4	0.2	0.50	0.079	3.1	매우 적음	거의 경면
*	30	6	E	0.6	0.2	0.33	0.063	3.0	없음	경면
*	31	6	D	0.6	0.2	0.33	0.055	2.7	없음	경면
*	32	6	E	0.6	0.2	0.33	0.069	2.9	매우 적음	거의 경면

날끝 교환형 절삭팁 No.	내층 노출 거리
날끝 교환형 절삭팁 No.	영역 a (㎛)	영역 b (㎛)
11	320	1810
21	42	125
27	32	135
28	54	248
29	24	82
30	36	144
31	63	228
32	22	80

표 2 내지 표 3으로부터 명백한 바와 같이, 상기한 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구하는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 양호한 여유면 마모량을 나타내는 동시에 날끝에 피삭재가 용착되지 않고, 절삭 후의 피삭재의 상태도 경면에 가까운 것으로 피삭재의 면조도도 우수한 것이었다. 또한, 참고로서 날끝 교환형 절삭 팁 No.28과 No.32에 대해서, 블라스트법에 의해 표면 전체면의 외층을 제거한 후, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 여유면 마모량이나 피삭재의 가공면의 상태는 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁의 결과와 같은 결과를 얻을 수 있었지만, 절삭 시험에 사용한 코너의 식별이 어려웠다. 또한, 이것과는 달리 참고로서 날끝 교환형 절삭 팁 No.28에 대해서, 피복층 No.2의 κ-Al₂O₃(2.6 ㎛) 대신에 TiC(2.6 ㎛)를 형성하는 것 이외는 모두 마찬가지로 하여 날끝 교환형 절삭 팁을 제조하고, 또한 날끝 교환형 절삭 팁 No.32에 대해서, 피복층 No.6의α-Al₂O₃(3.7 ㎛)를 형성하지 않는 것을 제외한 것 외에는 모두 마찬가지로 하여 날끝 교환형 절삭 팁을 제조한(피복층 형성 후의 처리는 No.28 및 32와 각각 동일한 처리를 행하였다) 것에 대해서, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 모두 절삭 시간 20분에서 여유면 마모량이 0.2 mm 이상이 되고, 내마모성이 뒤떨어지는 것이었다.

한편 또한, 상기한 날끝 교환형 절삭 팁 No.5, No.6, No.22, No.24, No.31 및 No.32의 내층의 최상층인 알루미나(α-Al₂O₃)층에 대해서 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은, 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너의 근방인 도 15의 스폿 S(스폿 사이즈: 직경 0.5 mm)로 도시되는 영역(이 영역은, 도 15의 선 XVI-XVI를 따라 취한 단면인 도 16에 도시되어 있는 바와 같이 칩 브레이커를 구성하는 경사각 16˚의 경사 평탄면의 일부이다)에 대하여 도 16의 화살표로 도시한 수직 방향(경사 평탄면에 대한다)으로부터 측정하였다(구체적 측정 방법은, 전술한 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin²Φ법을 채용하였다). 또한, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

그리고, 이 측정 결과, 각 날끝 교환형 절삭 팁의 잔류 응력은 이하와 같았다.

날끝 교환형 절삭 팁 No.5: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.6: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.22: -1.1 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.24: -0.8 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.31: -1.6 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.32: -0.9 GPa

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.5, No.6, No.22, No.24, No.31 및 No.32에 대해서, 이하의 조건에 의한 단속 절삭 시험을 행하여 날끝의 결손율을 측정하였다(이 결손율은, 20개의 절삭 날에 대해서 시험을 실시하고, 날끝 결손이 생기는 코너수를 20개의 절삭 날에 대한 백분율로 나타낸 것이다).

(단속 절삭 시험의 조건)

피삭재: SCM435(4개의 홈이 형성된 둥근 막대)

절삭 속도: 100 m/min

절삭 깊이: 2 mm

이송: 0.4 mm/rev.

절삭유: 없음

절삭 시간: 1 분

이들 결과를 이하에 나타낸다. 이 결손율이 낮은 것일수록, 인성(내결손성)이 우수한 것을 나타내고 있다.

날끝 교환형 절삭 팁 No.5: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.6: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.22: 50%

날끝 교환형 절삭 팁 No.24: 40%

날끝 교환형 절삭 팁 No.31: 20%

날끝 교환형 절삭 팁 No.32: 30%

상기한 결과로부터 명백한 바와 같이, 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 내층의 최상층인 알루미나층이 압축 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 가능한 한 저감하며, 또한 피삭재의 표면 상태를 악화시키는 것을 매우 유효하게 방지할 수 있는 것이었다. 또한, 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 절삭에 사용한 코너의 식별을 매우 용이하게 행할 수 있는 것이었다. 또한, 본 실시예는 칩 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭 팁의 경우에 대해서 나타내었지만, 이하의 실시예에서 진술하는 바와 같이 칩 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서도 유효하다.

<실시예 2>

0.5 질량%의 TiC, 0.4 질량%의 TaC, 0.2 질량%의 NbC, 5.0 질량%의 Co 및 잔부 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 중에서 1450℃, 1 시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측으로부터 봤을 때 0.05 mm 폭의 호닝을 실시한다)를 행함으로써, JIS B4120(1998개정) 규정의 절삭 팁 CNMA120408의 형상과 같은 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는, 칩 브레이커를 갖지 않는 동시에 표면에 탈 β층이 형성되어 있지 않고, 2개의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능선으로 되어 있다)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은, 총 8개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 하나의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있다)이며, 이러한 코너는 총 8개 존재하였다(다만, 여기서 이용한 팁은, 그 형상으로부터, 상면 또는 하면으로부터 관찰한 경우에 80˚의 꼭지각을 이루는 코너를 절삭 용도로 이용하는 경우가 많고, 이 경우 코너수는 4라고 고려할 수 있다).

계속해서 이하의 표 5에 기재한 바와 같이, 이 기재의 전체면에 대하여 실시예 1과 같은 피복층을 각각 형성하였다(즉, 표 5에 있어서의 피복층 No.는 실시예 1의 피복층 번호를 나타낸다).

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 실시예 1과 동일한 5 종류의 처리 방법 A 내지 E를 각각 실시하였다. 또한, 표 5에 있어서의 외층 두께 및 B/A값은 실시예 1과 마찬가지로 하여 구한 것이다.

이와 같이 하여, 표 5에 기재한 20 종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.33 내지 No.52를 제조하였다. 표 중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다. 또한, 이하의 표 6에 기재한 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서는, 상기 표 4의 것과 마찬가지로 내층이 노출되는 것이었다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.33 내지 52에 대해서, 하기 조건으로 선삭 절삭 시험을 행하고, 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 또한, 10 분 절삭 후, 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 5에 나타낸다.

(선삭 절삭 시험의 조건)

피삭재: FCD450

절삭 속도: 200 m/min

이송: 0.35 mm/rev.

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 있음

절삭 시간: 10분

	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	외층		B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	A ㎛	B ㎛	B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	33	1	A	1.0	1.0	1.00	0.213	많음	백탁
	34	2	A	1.5	1.5	1.00	0.228	많음	백탁
	35	4	A	0.5	0.5	1.00	0.221	많음	백탁
	36	5	A	0.7	0.7	1.00	0.195	많음	백탁
	37	6	A	0.6	0.6	1.00	0.187	많음	백탁
	38	1	C	0.9	0.9	1.00	0.200	많음	백탁
*	39	1	B	0.9	0.7	0.78	0.154	매우 적음	광택 있음
*	40	1	C	0.8	0.4	0.50	0.148	매우 적음	광택 있음
*	41	2	B	1.0	0.8	0.80	0.161	매우 적음	광택 있음
*	42	2	C	1.1	0.6	0.66	0.158	매우 적음	광택 있음
*	43	4	B	0.4	0.2	0.50	0.164	매우 적음	광택 있음
*	44	4	C	0.4	0.1	0.25	0.163	없음	광택 대
*	45	5	B	0.4	0.2	0.50	0.143	매우 적음	광택 있음
*	46	5	C	0.4	0.3	0.75	0.145	매우 적음	광택 있음
*	47	5	D	0.4	0.2	0.50	0.132	매우 적음	광택 있음
*	48	5	E	0.5	0.2	0.40	0.130	없음	광택 대
*	49	6	B	0.5	0.3	0.60	0.140	매우 적음	광택 있음
*	50	6	C	0.5	0.2	0.40	0.137	매우 적음	광택 있음
*	51	6	D	0.5	0.2	0.40	0.132	없음	광택 대
*	52	6	E	0.5	0.3	0.60	0.138	매우 적음	광택 있음

날끝 교환형 절삭팁 No.	내층 노출 거리
날끝 교환형 절삭팁 No.	영역 a (㎛)	영역 b (㎛)
44	34	118
48	52	254
51	84	448

표 5로부터 명백한 바와 같이, 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구하는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 양호한 여유면 마모량을 나타내는 동시에 날끝에 피삭재가 용착하지 않고, 절삭 후의 피삭재의 상태도 양호한 광택을 갖는 것(표 중 「광택 대」라는 표기는 「광택 있음」이라는 표기보다 더 양호한 광택 상태를 나타낸다)이 었다. 또한, 참고로서, 날끝 교환형 절삭 팁 No.48과 No.51에 대해서, 블라스트법에 의해 표면 전체면의 외층을 제거한 후, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 여유면 마모량이나 피삭재의 가공면의 상태는 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁의 결과와 같은 결과를 얻을 수 있었지만, 절삭 시험에 사용한 코너의 식별이 어려웠다. 또한, 이와는 달리 참고로서 날끝 교환형 절삭 팁 No.48과 No.51에 대해서, 각각 피복층 No.5의 α-Al₂O₃(4.9 ㎛) 및 피복층 No.6의 α-Al₂O₃(3.7 ㎛)를 형성하지 않는 것을 제외하고는 모두 마찬가지로 하여 날끝 교환형 절삭 팁을 제조한(피복층 형성 후의 처리는 No.48 및 51과 각각 동일한 처리를 행하였다) 것에 대해서, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 모두 절삭 시간 5 분에서 여유면 마모량이 0.3 mm 이상이 되고, 내마모성이 뒤떨어지는 것이었다.

한편 또한, 상기한 날끝 교환형 절삭 팁 No.33, No.34, No.40 및 No.42의 내층의 최상층인 알루미나(α-Al₂O₃ 또는 κ-Al₂O₃)층에 대해서 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은, 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너의 근방인 도 17의 스폿 T(스폿 사이즈: 직경 0.5 mm)로 나타나는 영역을 측정하였다(구체적 측정 방법은, 전술한 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin²Φ법을 채용하였다). 또한, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

그리고, 이 측정의 결과, 각 날끝 교환형 절삭 팁의 잔류 응력은 이하와 같았다.

날끝 교환형 절삭 팁 No.33: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.34: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.40: -1.3 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.42: -2.0 GPa

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.33, No.34, No.40 및 No.42에 대해서, 이하의 조건에 의한 단속 절삭 시험을 행하여 날끝의 결손율을 측정하였다(이 결손율은, 20개의 절삭 날에 대해서 시험을 실시하고, 날끝 결손이 생기는 코너수를 20개의 절삭 날에 대한 백분율로 나타낸 것이다).

(단속 절삭 시험의 조건)

피삭재: S50C 각재

절삭 속도: 120 m/min

절삭 깊이: 2 mm

이송: 0.4 mm/rev.

절삭유: 없음

절삭 시간: 30초

이들의 결과를 이하에 나타낸다. 이 결손율이 낮은 것일수록, 인성(내결손성)이 우수한 것을 나타내고 있다.

날끝 교환형 절삭 팁 No.33: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.34: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.40: 45%

날끝 교환형 절삭 팁 No.42: 20%

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 가능한 한 저감하며, 또한 피삭재의 표면 상태를 악화시키는 것을 매우 유효하게 방지할 수 있는 것이었다. 또한, 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은 절삭에 사용한 코너의 식별을 매우 용이하게 할 수 있는 것이었다.

<실시예 3>

1.5 질량%의 TaC, 10.0 질량%의 Co 및 잔부 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 중에서 1400℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측으로부터 봤을 때 0.05 mm 폭의 호닝을 실시한다)를 행함으로써, 절삭 팁 SEMT13T3AGSN-G[스미토모전공하드메탈(주)제]의 형상과 같은 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 했다. 이 기재는 표면에 탈 β층을 갖지 않고, 하나의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능선으로 되어 있다)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 총 4개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 하나의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있다)이며, 이러한 코너는 총 4개 존재하였다.

이 기재의 전체면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 피복층으로서 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 기재의 표면으로부터 순서대로, 0.4 ㎛의 TiN, 2.0 ㎛의 TiCN(MT-CVD법에 의해 형성), 및 2.1 ㎛의 α 알루미나(α-Al₂O₃)를 각각 내층으로서 형성하고, 이들 내층의 최상층인 α 알루미나 상에 이것과 접하도록 외층으로서 0.6 ㎛의 TiN을 형성하였다(이상의 피복층을 피복층 No.8로 한다).

이하 마찬가지로 하여, 이 피복층 No.8 대신에 하기의 표 7에 기재한 피복층 No.9 내지 13을 각각 기재의 전체면에 대하여 피복하였다.

No	피복층
No	내층	외층
8	TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,2.0㎛)/α-Al₂O₃(2.1㎛)	TiN(0.6㎛)
9	TiC(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,3.2㎛)/TiBN(0.5㎛)/κ-Al₂O₃(1.2㎛)	TiN(0.7㎛)
10	TiN(0.4㎛)/TiCN(MT-CVD,4.6㎛)/κ-Al₂O₃(1.0㎛)	TiN(0.7㎛)
11	TiAlN(2.2㎛)/α-Al₂O₃(1.8㎛)	TiN(1.3㎛)
12	CrAlN(3.0㎛)/κ-Al₂O₃(1.2㎛)	TiCN(0.6㎛)
13	TiN(0.3㎛)/α-Al₂O₃(3.2㎛)	TiCN(0.6㎛)

상기 표 7에 있어서, 내층은 좌측의 것으로부터 순서대로 기재의 표면 상에 적층시켰다. 또한 피복층 No.8 내지 10은 피복층 No.7과 같이 모두 공지의 열 CVD법에 의해 형성하였다. 피복층 No.11 내지 13은 공지의 PVD법에 의해 형성하였다.

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 실시예 1과 동일한 5 종류의 처리 방법 A 내지 E를 각각 실시하였다.

이와 같이 하여, 이하의 표 8 내지 표 9에 기재한 25 종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.53 내지 No.77을 제조하였다. 표 중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다. 또한, 표 8 내지 표 9에 있어서의 외층 두께 및 B/A값은 실시예 1과 마찬가지로 하여 구한 것이다. 또한, 이하의 표 10에 기재한 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서는, 실시예 1의 표 4의 것과 마찬가지로 내층이 노출되는 것이었다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.53 내지 77에 대해서, 하기 조건으로 프라이스 절삭 시험을 행하고, 피삭재의 면조도와 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 또한, 프라이스 절삭 후, 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 8 내지 표 9에 나타낸다.

(프라이스 절삭 시험의 조건)

피삭재: SCM435

절삭 속도: 235 m/min

이송: 0.25 mm/날

절삭 깊이: 2.0 mm

절삭유: 있음

절삭 거리: 10 m

커터: WGC4100R[스미토모전공하드메탈(주)제]

상기 커터에의 날끝 교환형 절삭 팁의 부착 수는 1개로 하였다.

	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	외층		B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	A ㎛	B ㎛	B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	53	8	A	0.6	0.6	1.00	0.198	7.2	많음	백탁
	54	9	A	0.7	0.7	1.00	0.212	6.8	많음	백탁
	55	10	A	0.7	0.7	1.00	0.189	6.5	많음	백탁
	56	11	A	1.3	1.3	1.00	0.224	6.4	많음	백탁
	57	12	A	0.6	0.6	1.00	0.219	6.6	많음	백탁
	58	13	A	0.6	0.6	1.00	0.248	6.8	많음	백탁
*	59	8	C	0.5	0.3	0.60	0.132	4.2	매우 적음	거의 경면
*	60	8	B	0.5	0.4	0.80	0.129	4.3	매우 적음	거의 경면
	61	9	C	0.2	0.6	3.00	0.189	6.7	조금 많음	거의 경면
*	62	9	C	0.5	0.1	0.20	0.135	4.0	매우 적음	거의 경면
*	63	10	C	0.9	0.5	0.56	0.144	4.1	매우 적음	거의 경면
*	64	10	B	0.8	0.2	0.25	0.140	3.8	없음	경면
	65	11	C	1.2	1.1	0.92	0.161	6.4	매우 적음	거의 경면

	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	외층		B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	A ㎛	B ㎛	B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	피삭재 면조도 Rz (㎛)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
*	66	11	C	1.0	0.6	0.60	0.148	4.0	매우 적음	거의 경면
*	67	11	B	1.0	0.4	0.40	0.147	3.9	매우 적음	거의 경면
*	68	12	C	0.5	0.3	0.60	0.146	3.8	매우 적음	거의 경면
*	69	12	B	0.4	0.2	0.50	0.137	3.3	없음	경면
*	70	13	C	0.5	0.4	0.80	0.154	3.6	매우 적음	거의 경면
*	71	13	B	0.4	0.3	0.75	0.156	3.6	매우 적음	거의 경면
*	72	9	E	0.5	0.3	0.80	0.119	3.2	없음	경면
*	73	9	D	0.5	0.4	0.80	0.118	3.1	없음	경면
*	74	9	E	0.5	0.2	0.40	0.129	3.9	매우 적음	거의 경면
*	75	11	E	1.0	0.6	0.60	0.125	3.2	없음	경면
*	76	11	D	1.0	0.8	0.80	0.124	3.1	없음	경면
*	77	11	E	0.9	0.2	0.22	0.139	3.8	매우 적음	거의 경면

날끝 교환형 절삭팁 No.	내층 노출 거리
날끝 교환형 절삭팁 No.	영역 a (㎛)	영역 b (㎛)
64	38	133
69	64	454
72	68	225
73	75	188
74	21	68
75	84	304
76	24	48

표 8 내지 표 9로부터 명백한 바와 같이, 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구하는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 양호한 여유면 마모량을 나타내는 동시에 날끝에 피삭재가 용착하지 않고, 절삭 후의 피삭재의 상태도 경면에 가까운 것이며 피삭재의 면조도도 우수한 것이었다. 또한 참고로서, 날끝 교환형 절삭 팁 No.53과 No.54에 대해서, 블라스트법에 의해 표면 전체면의 외층을 제거한 후, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 여유면 마모량이나 피삭재의 가공면의 상태는 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁의 결과와 같은 결과를 얻을 수 있었지만, 절삭 시험에 사용한 코너의 식별이 어려웠다. 또한, 이것과는 달리 참고로서 날끝 교환형 절삭 팁 No.53과 No.54에 대해서, 각각 피복층 No.8의α-Al₂O₃(2.1 ㎛) 및 피복층 No.9의 κ-Al₂O₃(1.2 ㎛)를 형성하지 않는 것을 제외하고는 모두 마찬가지로 하여 날끝 교환형 절삭 팁을 제조한(피복층 형성 후의 처리는 No.53 및 54와 각각 동일한 처리를 행하였다) 것에 대해서, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 모두 절삭 거리 5 m에서 여유면 마모량이 0.4 mm 이상이 되어, 내마모성이 뒤떨어지는 것이었다.

한편 또한, 상기한 날끝 교환형 절삭 팁 No.53, No.54, No.59, No.62, No.72, No.73 및 No.74의 내층의 최상층인 알루미나(α-Al₂O₃ 또는 κ-Al₂O₃)층에 대해서 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은, 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너의 근방인 도 18의 스폿 U(스폿 사이즈: 직경 0.5 mm)로 나타나는 영역(이 영역은 도 18의 선 XIX-XIX를 따라 취한 단면인 도 19에 도시되어 있는 칩 브레이커를 구성하는 경사각 20˚의 경사 평탄면의 일부이다)에 대해서 도 19의 화살표로 도시한 수직 방향(경사 평탄면에 대한다)으로부터 측정하였다(구체적 측정 방법은, 전술한 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin²Φ법을 채용하였다). 또한, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

날끝 교환형 절삭 팁 No.53: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.54: 0.1 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.59: -0.5 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.62: -0.9 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.72: -1.4 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.73: -0.7 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.74: -0.8 GPa

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.53, No.54, No.59, No.62, No.72, No.73 및 No.74에 대해서, 이하의 조건에 의한 단속 절삭 시험을 행하여 날끝의 결손율을 측정하였다(이 결손율은, 20개의 절삭 날에 대해서 시험을 실시하고, 날끝 결손이 생기는 코너수를 20개의 절삭 날에 대한 백분률로 나타낸 것이다).

(단속 절삭 시험의 조건)

피삭재: SCM435(블록재 3개 중첩)

절삭 속도: 174 m/min

절삭 깊이: 2 mm

이송: 0.4 mm/날

절삭유: 없음

절삭 길이: 1 m

날끝 교환형 절삭 팁 No.53: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.54: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.59: 45%

날끝 교환형 절삭 팁 No.62: 50%

날끝 교환형 절삭 팁 No.72: 20%

날끝 교환형 절삭 팁 No.73: 30%

날끝 교환형 절삭 팁 No.74: 35%

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 가능한 한 저감하며, 또한 피삭재의 표면 상태를 악화시키는 것을 매우 유효하게 방지할 수 있는 것이었다. 또한, 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은 절삭에 사용한 코너의 식별을 매우 용이하게 할 수 있는 것이었다. 또한, 본 실시예는 칩 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭 팁의 경우에 대해서 나타냈지만, 이하의 실시예에서 진술하는 바와 같이 칩 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서도 유효하다.

<실시예 4>

0.3 질량%의 TaC, 0.3 질량%의 Cr₃C₂, 7.0 질량%의 Co 및 잔부 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 중에서 1450℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측으로부터 봤을 때 0.05 mm 폭-25˚의 호닝을 실시하는, 도 13 참조)를 행함으로써, JIS B4120(1998개정) 규정의 절삭 팁 SPGN120408의 형상과 같은 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는, 칩 브레이커를 갖지 않는 동시에 표면에 탈 β층이 형성되어 있지 않고, 하나의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되는 동시에, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능선으로 되어 있다)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은, 총 4개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 하나의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있다)이며, 이러한 코너는 총 4개 존재하였다.

계속해서 이하의 표 11에 기재한 바와 같이, 이 기재의 전체면에 대하여 실시예 3과 같은 피복층을 각각 형성하였다(즉, 표 11에 있어서의 피복층 No.는 실시예 3의 피복층 No.를 나타낸다).

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 실시예 1과 동일한 5 종류의 처리 방법 A 내지 E를 각각 실시하였다. 또한, 표 11에 있어서의 외층 두께 및 B/A값은 실시예 1과 마찬가지로 하여 구한 것이다.

이와 같이 하여, 표 11에 기재한 22 종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.78 내지 No.99를 제조하였다. 표중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이며, 그 이외의 것은 비교예이다. 또한, 이하의 표 12에 기재한 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서는, 실시예 1의 표 4의 것과 마찬가지로 내층이 노출되는 것이었다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.78 내지 99에 대해서, 하기 조건으로 프라이스 절삭 시험을 행하고, 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량을 측정하였다. 또한, 프라이스 절삭 후, 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 11에 나타낸다.

(프라이스 절삭 시험의 조건)

피삭재: FC250

절삭 속도: 200 m/min

이송: 0.30 mm/날

절삭 깊이: 2.0 mm

절삭유: 없음

절삭 거리: 10 m

커터: DPG4100R[스미토모전공하드메탈(주)제]

	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	외층		B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	절 삭 팁 No.	피 복 층 No.	처 리 방 법	A ㎛	B ㎛	B/A 값	여유면 마모량 (㎜)	날끝에의 피삭재의 용착상태	피삭재 가공면의 상태
	78	8	A	0.6	0.6	1.00	0.246	많음	백탁
	79	9	A	0.7	0.7	1.00	0.240	많음	백탁
	80	10	A	0.7	0.7	1.00	0.225	많음	백탁
	81	11	A	1.3	1.3	1.00	0.253	많음	백탁
	82	12	A	0.6	0.6	1.00	0.238	많음	백탁
	83	13	A	0.6	0.6	1.00	0.264	많음	백탁
*	84	8	B	0.5	0.2	0.40	0.165	매우 적음	광택 있음
*	85	8	C	0.5	0.3	0.60	0.161	매우 적음	광택 있음
*	86	9	B	0.5	0.2	0.40	0.141	없음	광택 대
*	87	9	C	0.4	0.2	0.50	0.165	매우 적음	광택 있음
*	88	9	B	0.4	0.3	0.75	0.168	매우 적음	광택 있음
*	89	10	C	0.5	0.2	0.40	0.135	없음	광택 대
*	90	10	B	0.6	0.3	0.50	0.158	매우 적음	광택 있음
*	91	10	C	0.5	0.2	0.40	0.187	매우 적음	광택 있음
*	92	10	D	0.4	0.2	0.50	0.159	매우 적음	광택 있음
*	93	11	E	1.0	0.6	0.60	0.160	없음	광택 대
*	94	11	B	0.9	0.3	0.33	0.172	매우 적음	광택 있음
*	95	11	C	0.8	0.4	0.50	0.177	매우 적음	광택 있음
*	96	12	B	0.5	0.2	0.40	0.162	없음	광택 대
*	97	12	C	0.5	0.3	0.60	0.179	매우 적음	광택 있음
*	98	13	B	0.4	0.2	0.50	0.188	매우 적음	광택 있음
*	99	13	C	0.5	0.3	0.60	0.186	매우 적음	광택 있음

날끝 교환형 절삭팁 No.	내층 노출 거리
날끝 교환형 절삭팁 No.	영역 a (㎛)	영역 b (㎛)
86	390	1950
89	62	211
93	77	240
96	88	159

표 11로부터 명백한 바와 같이, 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구하는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 양호한 여유면 마모량을 나타내는 동시에 날끝에 피삭재가 용착하지 않고, 절삭 후의 피삭재의 상태도 광택이 우수한 것이었다. 또한, 참고로서 날끝 교환형 절삭 팁 No.89와 No.93에 대해서, 블라스트법에 의해 표면 전체면의 외층을 제거한 후, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 여유면 마모량이나 피삭재의 가공면의 상태는 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁의 결과와 같은 결과를 얻을 수 있었지만, 절삭 시험에 사용한 코너의 식별이 어려웠다. 또한, 이것과는 달리 참고로서 날끝 교환형 절삭 팁 No.89와 No.93에 대해서, 각각 피복층 No.10의 κ-Al₂O₃(1.0 ㎛) 및 피복층 No.11의α-Al₂O₃(1.8 ㎛)를 형성하지 않는 것을 제외한 것 외에는 모두 마찬가지로 하여 날끝 교환형 절삭 팁을 제조한(피복층 형성 후의 처리는 No.89 및 93과 각각 동일한 처리를 행하였다) 것에 대해서, 상기와 동일한 절삭 시험을 행한 바, 모두 절삭 거리 3 m에서 여유면 마모량이 0.3 mm 이상이 되고, 내마모성이 뒤떨어지는 것이었다.

한편 또한, 상기한 날끝 교환형 절삭 팁 No.78, No.80, No.85 및 No.87의 내층의 최상층인 알루미나(α-Al₂O₃ 또는 κ-Al₂O₃)층에 대해서 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은, 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너의 근방인 도 17의 스폿 T(스폿 사이즈: 직경 0.5 mm)로 나타나는 영역을 측정하였다(구체적 측정 방법은, 전술한 X선 응력 측정 장치를 이용한 sin²Φ법을 채용하였다). 또한, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

날끝 교환형 절삭 팁 No.78: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.80: 0.2 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.85: -1.6 GPa

날끝 교환형 절삭 팁 No.87: -2.4 GPa

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.78, No.80, No.85 및 No.87에 대해서, 이하의 조건에 의한 단속 절삭 시험을 행하여 날끝의 결손율을 측정하였다(이 결손율은 20개의 절삭 날에 대해서 시험을 실시하고, 날끝 결손이 생기는 코너수를 20개의 절삭 날에 대한 백분율로 나타낸 것이다).

(단속 절삭 시험의 조건)

피삭재: FC250(블록재 3장 중첩)

절삭 속도: 180 m/min

절삭 깊이: 2 mm

이송: 0.45 mm/날

절삭유: 없음

절삭 길이: 1 m

날끝 교환형 절삭 팁 No.78: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.80: 100%

날끝 교환형 절삭 팁 No.85: 25%

날끝 교환형 절삭 팁 No.87: 15%

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비해 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 기재 상에 형성되는 피복층과 피삭재와의 용착 현상을 가능한 한 저감하며, 또한 피삭재의 표면 상태를 악화시키는 것을 매우 유효하게 방지할 수 있는 것이었다. 또한, 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은 절삭에 사용한 코너의 식별을 매우 용이하게 행할 수 있는 것이었다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정되어 있다.

이번 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아닌 것으로니라고 고려되야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

기재(8)와, 이 기재(8) 상에 형성된 피복층(11)을 포함하는 날끝 교환형 절삭 팁(1)으로서,

상기 기재(8)는, 적어도 하나의 여유면(3)과 적어도 하나의 경사면(2)을 포함하고,

상기 여유면(3)과 이 경사면(2)은 날끝 능선(4)을 사이에 두고 연결되며,

상기 피복층(11)은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)과 이 내층(12) 상에 형성된 외층(13)을 포함하고,

상기 내층(12)은, 상기 외층(13)과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하며,

상기 외층(13)은, 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속에 의해 구성되거나, 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되고, 그리고

상기 외층(13)은, 절삭에 관여하는 부위에 있어서, 상기 여유면(3)측에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 경사면(2)측에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 기재(8)는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방 정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭팁.
제1항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 팁(1)은 드릴 가공, 엔드밀 가공, 프라이스 가공, 선삭 가공용, 메탈 톱 가공, 기어 절삭 공구 가공, 리머 가공, 탭 가공, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공 중 어느 하나를 위한 것인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
기재(8)와, 이 기재(8) 상에 형성된 피복층(11)을 포함하는 날끝 교환형 절삭 팁(1)으로서,

상기 기재(8)는, 적어도 2개의 여유면(3)과, 적어도 하나의 경사면(2)과, 적어도 하나의 코너(9)를 포함하고,

상기 여유면(3)과 상기 경사면(2)은 날끝 능선(4)을 사이에 두고 연결되며,

상기 코너(9)는, 2개의 상기 여유면(3)과 하나의 상기 경사면(2)이 교차하는 교점이고,

상기 피복층(11)은, 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)과 이 내층(12) 상에 형성된 외층(13)을 포함하며,

상기 내층(12)은, 상기 외층(13)과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하고,

상기 외층(13)은, 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속에 의해 구성되거나, 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되며, 그리고

절삭에 관여하는 상기 코너(9)를 통과하고, 이 코너(9)를 구성하는 2개의 상기 여유면(3)이 이루는 각도를 상기 경사면(2) 상에 있어서 2등분하고, 그리고 상기 경사면(2)으로부터 상기 2개의 여유면(3)이 교차하는 능선에 연결되는 직선 상에 있어서, 상기 외층(13)은, 상기 코너(9)로부터 상기 여유면(3)측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역에 있어서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 코너(9)로부터 상기 경사면(2)측으로 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 되는 선분 구역에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제4항에 있어서, 상기 기재(8)는, 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제4항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 팁(1)은 드릴 가공, 엔드밀 가공, 프라이스 가공, 선삭 가공, 메탈 톱 가공, 기어 절삭 공구 가공, 리머 가공, 탭 가공, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공 중 어느 하나를 위한 것인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 팁(1).
기재(8)와, 이 기재(8) 상에 형성된 피복층(11)을 포함하는 날끝 교환형 절삭 팁(1)으로서,

상기 기재(8)는, 적어도 하나의 여유면(3)과, 적어도 하나의 경사면(2)을 포함하고,

상기 여유면(3)과 상기 경사면(2)은 날끝 능선을 사이에 두고 연결되며,

상기 피복층(11)은, 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)과 이 내층(12) 상에 형성된 외층(13)을 포함하고,

상기 내층(12)은, 상기 외층(13)과 접하는 최상층으로서 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층을 포함하며,

상기 외층(13)은, 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속에 의해 구성되거나, 또는 적어도 1종의 상기 금속과 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 형성되는 화합물에 의해 구성되고,

상기 내층(12)은, 상기 날끝 능선(4)으로부터 상기 여유면(3)측으로 0.4 mm 미만의 거리를 두고 펼쳐진 영역과, 상기 날끝 능선(4)으로부터 상기 경사면(2)측으로 2 mm 미만의 거리를 두고 펼쳐진 영역에 있어서 노출되어 있으며, 이 노출부에 있어서의 내층(12)의 표면이 알루미나층 또는 알루미나를 함유하는 층으로 구성되고,

상기 외층(13)은, 상기 내층(12)의 노출부로부터 상기 여유면(3)의 중심 방 향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역에 있어서의 평균 두께를 A ㎛로 하며, 상기 내층(12)의 노출부로부터 상기 경사면(2)의 중심 방향으로 0.4 mm 떨어진 지점보다 0.2 mm의 폭을 더 두고 펼쳐진 영역에 있어서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁).
제7항에 있어서, 상기 기재(8)는, 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제7항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 팁(1)은, 드릴 가공, 엔드밀 가공, 프라이스 가공, 선삭 가공, 메탈 톱 가공, 기어 절삭 공구 가공, 리머 가공, 탭 가공, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공 중 어느 하나를 위한 것인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.