KR20080083619A

KR20080083619A - 코팅된 절삭 공구 인서트

Info

Publication number: KR20080083619A
Application number: KR1020087001292A
Authority: KR
Inventors: 리카르드 순스트룀; 마리에 페테르손; 수산네 노르그렌; 베른트 라르손
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2008-09-18
Also published as: EP1798309A3; IL188008A0; KR101326325B1; SE0502777L; EP1963544A1; IL180060A; CN1982052A; SE529856C2; CN1982052B; CN101218371A; EP1798309B1; JP2009519139A; US8043729B2; IL180060A0; EP1963544A4; KR20070064412A; EP1798309A2; US20090214306A1; US20070148497A1; JP2007160504A

Abstract

본 발명은 특히, 비 가공 표면 구역이 있거나 없는 경우에, 저합금강, 중합금강, 스테인리스 강의 건식, 습식 기계가공, 바람직하게는 밀링용으로 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 W 이 합금화된 Co 바인더 상을 갖는 WC-TaC-NbC-Co, 그리고 원주형 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 최내부층과 적어도 경사면에서 매끄러운 α-Al₂O₃ 의 상부층을 포함하는 코팅을 특징으로 한다.

Description

코팅된 절삭 공구 인서트{COATED CUTTING TOOL INSERT}

본 발명은 주조 표면, 단조 표면, 열간 또는 냉간 압연 표면 또는 예비 기계가공 표면을 갖는 저합금강, 중합금강, 및 스테인리스강의 습식 및 건식 기계가공, 바람직하게는 밀링을 위해 특히 유용한 코팅된 초경합금 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.

저합금강, 중합금강 및 스테인리스강을 초경합금 공구로 기계가공할 때, 절삭날에는 화학적 마모, 절삭 마모, 응착 마모와 같은 다른 메카니즘, 그리고 절삭 날에 따라 형성되는 크랙 (빗살무늬 크랙 (comb crack))에 의해 유발되는 날 칩핑에 따라 마모가 가해진다. 가혹한 절삭 조건 하에서, 벌크 및 날선의 파손은 흔히 발생한다.

다른 작업 재료 및 절삭 조건은 절삭 인서트의 다른 특성을 요구한다. 예컨대, 비가공 표면 영역을 갖는, 또는 다른 어려운 조건 하의 강 성분을 절삭하는 경우, 코팅된 초경합금 인서트는 인성의 탄화물 기재를 기본으로 하고, 우수한 부착성을 갖는 코팅을 가져야 한다. 저합금강 및 스테인리스강을 기계가공하는 경우에는, 응착 마모가 일반적으로 유력한 마모 유형이다. 여기서는, 일반적으로 얇은 (1 ~ 3 ㎛) CVD 또는 PVD 코팅이 사용된다.

특정 마모 유형에 대해 절삭 성능을 개선하거나 최적화하기 위한 조치가 취해질 수 있다. 그러나, 상당히 빈번한 이러한 조치는 다른 마모 특성에는 부정적인 영향을 미친다.

일부 가능한 조치의 영향은 다음과 같다.

1) 빗살무늬 크랙 형성은 바인더 상 함량을 저하시킴으로서 줄어들 수 있다. 그러나, 낮은 바인더 함량은 절삭 인서트의 인성 특성을 저하시키게 되는데, 이는 바람직하지 않다.

2) 개선된 절삭 마모는 코팅 두께를 증가시킴으로서 얻어질 수 있다. 그러나, 두꺼운 코팅은 플레이킹 (flaking) 위험을 증가시키고, 또한 응착 마모에 대한 저항성을 저하시킨다.

3) 높은 절삭 속도 및 절삭 날에 높은 온도를 유발하는 다른 조건에서의 기계가공은 많은 양의 입방 탄화물 (WC-TiC-TaC-NbC 의 고용체) 을 갖는 초경합금을 필요로 하지만, 이러한 탄화물은 빗살무늬 크랙 형성을 촉진시킨다.

4) 개선된 인성은 코발트 바인더 함량을 증가시킴으로서 얻어질 수 있다. 그러나, 높은 코발트 함량은 소성 변형에 대한 저항성을 저하시킨다.

지금까지, 모든 공구 특성을 동시에 개선하는 것은 아주 어려웠다. 따라서, 상용 초경합금 등급은 상기 마모 유형 중 하나 또는 몇 개에 대해 특정 절삭 분야에 대해 최적화되어왔다.

US 6,062,776 은 습식 또는 건식 조건에서 비가공 표면 영역이 있거나 없는 경우, 저합금강 및 중합금강을 밀링하기 위해 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서 트를 기재하고 있다. 인서트는 낮은 함량의 입방 탄화물과 높은 W 합금 바인더 상을 갖는 WC-Co 초경합금, 그리고 주상 입자를 갖는 최내부의 TiC_xN_yO_z 층, TiN 의 상부층을 갖는 κ-Al₂O₃ 층을 특징으로 한다.

US 6,406,224 은 또한 높은 절삭 속도에서, 연마 표면 영역이 있거나 없는 경우 합금강의 밀링을 위해 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 코팅된 절삭 공구 인서트는 7.1 ~ 7.9 wt% Co, 0.2 ~ 1.8 wt% 의 Ta, Nb, 및 Ti 의 입방 탄화물, 그리고 잔부가 WC 인 조성을 갖는 초경합금 본체로 이루어진다. 인서트는 주상 입자를 갖는 최내부의 TiC_xN_yO_z 층, 그리고 TiN 의 상부층을 갖는 κ-Al₂O₃ 층으로 코팅된다.

EP-A-736615 는 회주철의 건식 밀링을 위해 특히 유용한 코팅된 절삭 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 곧은 WC-Co 초경합금 기재, 그리고 주상 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 층, 그리고 미세한 입자 조직의 α-Al₂O₃ 의 상부층으로 이루어진 코팅을 특징으로 한다.

스웨덴 특허 출원 0500435-3 는 선삭, 밀링, 드릴링에 의해 또는 유사한 칩 형성 기계가공 법에 의해 금속을 기계가공 하기 위해 적합한 코팅된 절삭 공구 인서트를 기재하고 있다. 공구 인서트는 특히 단속적이고 인성이 요구되는 절삭 작업을 위해 특히 유용하다.

US 6,200,271 은 스테인리스강의 선삭에 특히 유용한 코팅된 선삭 인서트를 기재하고 있다. 인서트는 W 가 높게 합금화된 Co 바인더 상을 갖는 WC-Co 계 초경합금 기재와, 주상 입자을 갖는 최내부의 TiC_xN_yO_z 층, TiN 상부층과 미립의 κ-Al₂O₃ 내부층을 포함하는 코팅을 특징으로 한다.

본 발명자는 마켓상에서 공구 사용자들에게 수많은 실험과 폭 넓은 시험을 실시한 후, 놀랍게도 다수의 특징을 병합시키면, 바람직하게는 밀링을 위한 개선된 절삭 공구 인서트를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 병합된 특징은, 특정 초경합금 조성, 특정 WC 입도, 합금화 바인더 상, 다수의 규정된 층으로 이루어지는 내부 코팅 및 매끈한 상부 경사면의 α-Al₂O₃ 층이다.

상기 인서트는 바람직하게는 습식 및 건조 조건 모두의 작업에서의 안정적인 상태에서, 비가공 표면이 있거나 없는 경우에도, 저합금강, 및 중합금강의 절삭 성능을 개선하였다. 또한, 본 발명의 절삭 공구 인서트는 스테인리스강에도 또한 적용될 있다. 본 발명에 따른 절삭 공구는 상기된 여러 마모 유형 중 다수에 대해 종래 기술의 인서트와 비교하여 개선된 절삭 특성을 나타낸다. 특히, 빗살무늬 크랙 인성 거동이 개선된다.

도 1 및 도 2 는 알루미나층을 위에서 본 6000X SEM 사진을 나타내는 것으로, 도 1 은 블라스팅 전, 도 2 는 블라스팅 후를 나타낸다.

도 3 은 정면 밀링 성능시험을 받을 때의 본 발명에 따른 대표적인 인서트의 마모 패턴을 나타내고 도 4 는 종래 기술에 따른 인서트의 마모 패턴을 나타낸다.

도 5 는 정면 밀링 거칠기 성능시험을 받을 때의 본 발명에 따른 대표적인 인서트의 마모 패턴을 나타내고 도 6 는 종래 기술에 따른 인서트의 마모 패턴을 나타낸다.

본 발명에 따른 절삭 공구 인서트는 W 이 합금화된 Co 바인더 상, 잘 균형잡힌 화학 조성, 및 잘 선택된 입도를 갖는 WC 를 갖는 초경합금 본체와, 주상의 TiC_xN_yO_z 내부층과 매끄러운 α-Al₂O₃ 상부층을 포함하는 코팅을 포함한다. TiN 층은 바람직하게는 인서트의 여유면에 있는 상부층이다.

본 발명에 따라서, 8.5 ~ 9.7 wt% Co, 바람직하게는 8.6 ~ 9.8 wt% Co, 가장 바람직하게는 8.7 ~ 9.3 wt% Co 와, 1.00 ~ 1.45 wt% TaC, 바람직하게는 1.18 ~ 1.28 wt% TaC, 그리고 0.10 ~ 0.50 wt% NbC, 바람직하게는 0.25 ~ 0.35 wt% NbC 그리고 잔부가 WC 인 조성을 갖는 초경합금 본체로 이루어진 코팅된 절삭 공구 인서트가 제공된다. 초경합금 본체는 소량의 다른 성분을 또한 포함할 수 있지만, 기술적 불순물에 상당하는 수준이어야 한다. 보자력은 11.7 ~ 13.3 kA/m, 바람직하게는 12.1 ~ 12.9 kA/m 의 값을 가져야 한다.

코발트 바인더 상은 발명된 초경합금 절삭 인서트에 요구되는 특성을 부여하는 특정 양의 W 와 합금화된다. 바인더 상에서 W 은 코발트의 자기 특성에 영향을 미치며, 따라서 다음처럼 CW 비에 관련될 수 있다.

CW 비 = 자기% Co / wt% Co

여기서 자기% Co 는 자성 Co 의 중량 퍼센트이며, wt% Co 는 초경합금에서 Co 의 중량 퍼센트이다.

CW 비는 합금화 정도에 따라 1 ~ 약 0.75 사이에서 변한다. CW 비가 낮아지면 바인더 상에서 W 함량이 높아지며, CW 비 = 1 은 바인더 상에서 W 의 부재에 실질적으로 대응한다.

초경합금이 0.85 ~ 1.00 미만, 바람직하게는 0.86 ~ 0.95, 가장 바람직하게는 0.88 ~ 0.93 의 CW 비를 갖는 경우, 개선된 절삭 성능이 얻어졌다.

초경합금은 또한 다른 부작용 없이, η상 (M₆C) 을 1 vol% 미만의 소량으로 함유할 수 있다. 특정 CW 비 (1 미만) 으로부터, 본 발명에 따른 초경합금 본체에 유리 흑연이 없을 수 있음을 알 수 있다.

초경합금 인서트는, 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층을 포함하는 4.1 ~ 6.9 ㎛ 의 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된다. 3 개의 층은 적어도 경사면 상에 외부층으로서 α-Al₂O₃ 층을 갖는 내부 코팅을 형성한다. 1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 상기 TiC_xN_yO_z 층은,

x + y = 1, x ≥ 0, 바람직하게는 x ＜ 0.2, 그리고 z = 0 인 조성을 가지며 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1, 바람직하게는 z = 0 인 조성을 갖는 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

x + y + z ≥ 1, 그리고 z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, 그리고 y ＜ 0,2 인 조성을 갖고, α-Al₂O₃ 층에 인접하는 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함한다.

외부α-Al₂O₃ 층은 블라스팅 처리된 표면에 편평한 입자로 1.8 ~ 3.6 ㎛ 의 두께를 갖는다.

바람직한 실시예에서, 인서트는 가장 바람직하게는 CVD 법에 의해 증착된 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 으로 이루어지며, 플랭크면 상에 형성되는 0.1 ~ 1 ㎛ 의 얇은 상부 유색층을 갖는다.

본 발명은 또한, 8.5 ~ 9.7 wt% Co, 바람직하게는 8.6 ~ 9.8 wt% Co, 가장 바람직하게는 8.7 ~ 9.3 wt% Co 와, 1.00 ~ 1.45 wt% TaC, 바람직하게는 1.18 ~ 1.28 wt% TaC, 그리고 0.10 ~ 0.50 wt% NbC, 바람직하게는 0.25 ~ 0.35 wt% NbC 그리고 잔부가 WC 인 조성을 갖는 초경합금 본체로 이루어지며, 경질 구성성분 및 바인더 상을 형성하는 분말을 습식 분쇄하고, 분쇄된 혼합물을 요구되는 형상 및 크기의 본체로 압축하고 소결하는 분말 야금법으로 피복 절삭 공구 인서트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 초경합금 본체는 또한 소량의 다른 성분을 포함할 수 있지만, 기술적 불순물에 대응하는 수준이어야 한다. 분쇄 및 소결 조건은 11.7 ~ 13.3 kA/m, 바람직하게는 12.1 ~ 12.9 kA/m 의 보자력을 가지며, 또한 0.85 ~ 1.00 미만, 바람직하게는 0.86 ~ 0.95, 가장 바람직하게는 0.88 ~ 0.93 의 CW 비를 갖는 소결 구조가 얻어지도록 선택된다.

초경합금 인서트 본체는 내부 코팅을 형성하는 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층과, 적어도 경사면 상에 외부층으로서 블라스팅 처리된 α-Al₂O₃ 층을 함께 포함하는, 4.1 ~ 6.9 ㎛ 의 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된다. 1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 TiC_xN_yO_z 층은,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 반응 혼합물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 형성되고, x + y = 1, x ≥ 0, 바람직하게는 x ＜ 0.2, 그리고 z = 0 인 조성을 가지며 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN, 그리고 공지된 MTCVD 법을 이용하여 형성되고, x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1, 바람직하게는 z = 0 인 조성을 갖는 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 반응 혼합물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 형성되고, x + y + z ≥ 1, z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, y ＜ 0.2 인 조성을 가지며 α-Al₂O₃ 층에 인접하는 제 3 TiC_xN_yO_z 층,

공지된 CVD 법을 이용하여, 블라스팅 처리된 표면에 편평한 입자로 1.8 ~ 3,6 ㎛ 의 두께로 증착되는 α-Al₂O₃ 층을 포함한다.

α-Al₂O₃ 층에 인접한 제 3 TiC_xN_yO_z 층은, TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 반 응 혼합물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 형성되고, x + y + z ≥ 1, z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, y ＜ 0.2 인 조성을 갖고,

α-Al₂O₃ 층은 공지된 CVD 법을 이용하여 1.8 ~ 3,6 ㎛ 의 두께로 증착되고, 적어도 인서트의 경사면이 블라스팅 처리된다.

일 실시예에서, 블라스팅 처리 이전에 바람직하게는 CVD 법에 의해, 바람직하게는 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 으로 된 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 유색층이 α-Al₂O₃ 층의 상부에 증착된다.

다른 실시예에서, 블라스팅 처리 이후에 CVD법 또는 PVD법에 의해, 바람직하게는 CVD 법에 의해, 바람직하게는 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 으로 된 적어도 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 상부 유색층이 플랭크면에 증착된다.

본 발명은 또한, 하기에 따르는 절삭 속도 및 이송 속도로 주조 표면 (skin), 단조 표면, 고온 또는 냉간 압연 표면 또는 예비 기계가공 표면과 같은 비가공 표면을 갖는 저합금강, 중합금강, 및 스테인리스강의 습식 및 건식 기계가공, 바람직하게는 밀링을 위해 상기된 바에 따르는 인서트가 사용되는 용도에 관한 것이다.

90 °진입각을 갖는 밀링:

절삭 속도: 25 ~ 400 m/min, 바람직하게는 150 ~ 300 m/min, 및 이송 속도: 0.04 ~ 0.4 ㎜/치부 (tooth)

정면 밀링 (45 ~ 75 °진입각):

절삭 속도: 25 ~ 400 m/min, 바람직하게는 150 ~ 300 m/min, 및 이송 속도: 0.05 ~ 0.7 ㎜/치부

높은 이송 속도와 둥근 인서트가 적용되는 밀링:

절삭 속도: 25 ~ 500 m/min, 및 이송 속도: 0.30 ~ 3.0 ㎜/치부, 바람직하게는 0.3 ~ 1.8 ㎜/치부.

예 1 (본 발명)

다음의 유형, R390-11T308M-PM, R390-170408M-PM, R245-12T3M-PM, R300-1648M-PH 및 R300-1240M-PH 이며, 9.1 wt% Co, 1.25 wt% TaC, 0.28 wt% NbC 그리고 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 약 1.7 ㎛ 의 WC 입자 크기에 대응하는 12.5 kA/m 의 보자력 및 0.91 의 CW 비를 가지는 (포에스터 인스트루먼트 사 (Foerster Instruments Inc.) 의 "FOERSTER KOERZIMAT CS 1.096" 으로 측정됨), 초경합금 밀링 인서트가 있다. 인서트는 다음과 같이 코팅되었다.

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 반응 혼합물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 약 x = 0.05, y = 0.95 및 z = 0 인 조성을 갖는 0.5 ㎛ 의 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN 을 갖는 공지된 MTCVD 법을 이용하여, 약 x = 0.55, y = 0.45 및 z = 0 인 조성을 갖는 1.7 ㎛ 의 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

0.5 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 의 제 3 결합층 (이 제 3 층의 입자는 침상이며 약 x = 0.5, y = 0 및 z = 0.5 인 조성을 갖는다),

2.5 ㎛ 의α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층, 그리고 마지막으로 공지된 CVD 법에 의해 약 0.3 ㎛ 의 TiN 상부 층이 증착되었다. XRD 측정으로 Al₂O₃ 층은 100% α상으로 이루어진 것을 확인했다.

코팅 사이클 후, 인서트의 상부측 (경사면) 은 Al₂O₃ 그릿 (grit) 및 물로 이루어진 슬러리로 강한 습식 블라스팅을 받았다. 블라스팅 처리로 경사면 위의 상부 TiN 층을 제거하여 대부분의 입자가 편평한 매끄러운 α-Al₂O₃ 를 노출시켰다. 도 1 및 도 2 는 알루미나층을 위에서 본 6000X SEM 이미지를 나타내며, 도 1 은 블라스팅 전의 알루미나층, 도 2 는 본 발명에 따른 대부분의 입자가 편평하게 되는 블라스팅 후를 나타낸다.

예 2 (종래 기술)

다음의 유형, R390-11T308M-PM, R390-170408M-PM, R245-12T3M-PM, R300-1648M-PH 및 R300-1240M-PH 이며, 9.1 wt% Co, 1.25 wt% TaC, 0.28 wt% NbC 그리고 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 약 1.7 ㎛ 의 WC 입자 크기에 대응하는 12.3 kA/m 의 보자력 및 0.92 의 CW 비를 가지는 (포에스터 인스트루먼트 사 (Foerster Instruments Inc.) 의 "FOERSTER KOERZIMAT CS 1.096" 으로 측정됨), 초경합금 밀링 인서트가 있다. 인서트는 다음과 같이 코팅되었다.

0.5 ㎛ 의 등축의 제 1 TiC_xN_y 층 (약 x = 0.95 및 y = 0.05 에 상당하는 높은 질소 함량을 가짐), 그 다음으로, 850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN 을 갖는 MTCVD 법을 이용하여, 주상 입자의 4 ㎛ 의 TiCN 층이 코팅되었다. 동일한 코팅 싸이클 동안, 다음 단계에서, 1.0 ㎛ 의 두께의 Al₂O₃ 층이 EP-A-523 021 에 기재된 바와 같이, 970 ℃ 의 온도 및 0.4 % 농도의 H₂S 도펀트 (dopant) 를 이용하여 증착되었다. 얇은 0.3 ㎛ 의 TiN 층이 공지된 CVD 법에 따라 상부에 증착되었다. XRD 측정 결과 Al₂O₃ 층이 100% κ 상으로 이루어진 것으로 나타났다.

예 3

예 1 및 예 2 와 다른 유형의 인서트가 절삭 시험에서 비교되었다.

작업 1 : 정면 밀링, 코로밀 (Coromill) 245 - 80 ㎜

작업물 : 시험편

재료 : SS2541 (P20), 300HB, 중합금강 (medium alloyed steel)

절삭 속도 : 280 m/min

이송 속도/치부 : 0.24 ㎜/치부

절삭 깊이 : 2 ㎜

인서트 유형 : R245-12T3M-PM

주 : 한 개의 인서트, 습식, 밀링 커터의 퇴거시 심한 칩부하로 인해 우수한 인성이 요구됨.

공구 수명은 절삭날 선의 칩핑 및 파손으로 평가되었다. 개선된 절삭날 선의 인성으로 인해 빗살무늬 크랙이 더 적었고, 더 높은 안전성 및 더 나은 표면 마무리가 얻어졌다.

결과 : 절삭 8 분 후에 마모

본 발명 A : 도 3 참조

종래 기술 B : 도 4 참조

작업 2 : 윤곽 밀링 (Profile milling), 코로밀 200-2 inch

작업물 : 트림 스틸 (trim steel)

재료 : SS2260 (A2), 250HB, 고합금강 (high alloyed steel)

절삭 속도 : 446 m/min

이송 속도/치부 : 0.9 ㎜/치부

절삭 깊이 : 0.9 ㎜

인서트 유형 : RCKT 130400-PH

주 : 커터에 5 개의 인서트가 있는, 건식.

공구 수명은 플랭크 마모 및 절삭날 선의 칩핑으로 평가되었다. 더 나은 내마모성과 절삭날 선의 인성의 조합으로 공구 수명이 상당히 증가되었다.

결과 : 공구 수명 (완성된 부품)

본 발명 A : 14

종래 기술 B : 11

작업 3 : 나선형 보간법에 의한 밀링 (Milling with helical interpolation), 코로밀 390 - 63 ㎜

작업물 : 엔진 플레이트

재료 : 저합금강 (low alloy steel)

절삭 속도 : 290 m/min

이송 속도/치부 : 0.21 ㎜/치부

절삭 깊이 : 3 ~ 4.5 ㎜

인서트 유형 : R390-170408M-PM

주 : 건식, 5 개의 인서트, 인성이 요구되는 작업.

공구 수명은 칩핑으로 평가되었다. 더 나은 절삭날 선의 안전성에 의해, 마모 거동이 더 예측 가능하게 되었다.

결과 : 공구 수명 (분)

본 발명 A : 93

종래 기술 B : 28

작업 4 : 정면 밀링-러핑 (Face milling-roughing), 코로밀 245 - 100 ㎜

작업물 : 다이 지지대

재료 : 고합금강, 200HB

절삭 속도 : 176 m/min

이송 속도/치부 : 0.33 ㎜/치부

절삭 깊이 : 2 ~ 3 ㎜

인서트 유형 : R245-12T3M-PH

주 : 건식, 7 개의 인서트.

공구 수명은 절삭날 선의 칩핑으로 평가되었다. 개선된 결과로 무인 기계가공시에 더 나은 신뢰성이 얻어진다.

결과 : 절삭 90 분 후의 마모

본 발명 A : 도 5 참조

종래 기술 B : 도 6 참조

작업 5 : 정면 밀링, R245 - 100㎜

작업물 : 90°흡진기 (damper)

재료 : SS2225-23 주조 저합금강 270HB, 불균일한 경도

절삭 속도 : 180 m/min

이송 속도/치부 : 0.2 ㎜/치부

절삭 깊이 : 0 ~ 5 ㎜

인서트 유형 : R245-12T3M-PH

주 : 건식, 7 개의 인서트, 인성 모래 개재물.

공구 수명은 칩핑으로 평가되었다. 더 나은 절삭날 선의 인성은 공구의 수명을 증가시킨다.

결과 : 공구 수명 (분)

본 발명 A : 39

종래 기술 B : 31

절삭 시험 결과, 예 1 의 인서트가 예 2 에 따른 종래 기술의 인서트보다 우수한 것이 명백하다.

Claims

습식 또는 건식 조건에서 초경합금 본체 및 코팅을 포함하는, 미가공 표면이 있거나 없는 경우의, 저합금강, 중합금강, 스테인리스강의 기계 가공을 위한 절삭 공구 밀링 인서트로서,

상기 초경합금 본체는 8.5 ~ 9.7 wt% Co, 바람직하게는 8.6 ~ 9.8 wt% Co, 가장 바람직하게는 8.7 ~ 9.3 wt% Co 와, 1.00 ~ 1.45 wt% TaC, 바람직하게는 1.18 ~ 1.28 wt% TaC 그리고 0.10 ~ 0.50 wt% NbC, 바람직하게는 0.25 ~ 0.35 wt% NbC 그리고 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 11.7 ~ 13.3 kA/m, 바람직하게는 12.1 ~ 12.9 kA/m 의 보자력을 가지며, 0.85 ~ 1 미만, 바람직하게는 0.86 ~ 0.95, 가장 바람직하게는 0.88 ~ 0.93 의 CW 비를 가지며,

상기 인서트는, 총 두께가 1.9 ~ 3.6 ㎛ 이며 그 중 하나가 초경합금에 인접한 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층, 및 적어도 경사면 상에 외부층인 블라스팅 처리된 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 4.1 ~ 6.9 ㎛ 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅되며, 1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 상기 TiC_xN_yO_z 층은,

x + y = 1, x ≥ 0, 바람직하게는 x ＜ 0.2, 그리고 z = 0 인 조성을 갖가지며 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1, 바람직하게는 z = 0 인 조성을 갖는 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

x + y + z ≥ 1, z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, y ＜ 0,2 인 조성을 가지며, α-Al₂O₃ 층에 인접하는 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함하며, 그리고

상기 α-Al₂O₃ 층은 블라스팅 처리된 표면에 편평한 입자를 가지며 또한 1.8 ~ 3.6 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
제 1 항에 있어서, 초경합금은 8.6 ~ 9.5 wt% Co 및 1.00 ~ 1.45 wt% TaC 및 0.10 ~ 0.50 wt% NbC 의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
제 1 항에 있어서, 플랭크면에 0.1 ~ 1 ㎛ 의 상부 유색층을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
제 3 항에 있어서, 상기 유색층은 CVD 법 또는 PVD 법, 바람직하게는 CVD 법에 의해 증착된 TiN, TiCN, TiC, ZrN 및/또는 HfN 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 밀링 인서트.
경질 구성성분 및 바인더 상을 형성하는 분말을 습식 분쇄하고, 분쇄된 혼합물을 요구되는 형상 및 크기의 본체로 압축하고 소결하는 분말 야금법에 의해, 초경합금 본체 및 코팅을 포함하는 절삭 인서트를 제조하는 방법으로서,

상기 초경합금 본체는 8.5 ~ 9.7 wt% Co, 바람직하게는 8.6 ~ 9.8 wt% Co, 가장 바람직하게는 8.7 ~ 9.3 wt% Co 와, 1.00 ~ 1.45 wt% TaC, 바람직하게는 1.18 ~ 1.28 wt% TaC, 및 0.10 ~ 0.50 wt% NbC, 바람직하게는 0.25 ~ 0.35 wt% NbC 그리고 잔부가 WC 인 조성을 가지며, 11.7 ~ 13.3 kA/m, 바람직하게는 12.1 ~ 12.9 kA/m 의 보자력을 가지며, 0.85 ~ 1 미만, 바람직하게는 0.86 ~ 0.95, 가장 바람직하게는 0.88 ~ 0.93 의 CW 비를 가지며, 상기 본체는 내부 코팅을 형성하는 3 개 이상의 TiC_xN_yO_z 층과, 적어도 경사면 상에 외부층인 α-Al₂O₃ 층 함께 포함하는 4.1 ~ 6.9 ㎛ 두께의 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅되며, 1.9 ~ 3.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 상기 TiC_xN_yO_z 층은,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 반응 혼합물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 형성되고, x + y = 1, x ≥ 0, 바람직하게는 x ＜ 0.2, 그리고 z = 0 인 조성을 가지며 초경합금에 인접한 제 1 TiC_xN_yO_z 층,

850 ~ 885 ℃ 의 온도, 탄소/질소 공급원으로서 CH₃CN 을 갖는 공지된 MTCVD 법을 이용하여 형성되고, x ＞ 0.4, y ＞ 0.4, 그리고 0 ≤ z ＜ 0.1, 바람직하게는 z = 0 인 조성을 갖는 제 2 TiC_xN_yO_z 층,

TiCl₄, H₂ 및 N₂ 로 이루어지는 반응 혼합물을 이용하는 공지된 CVD 법을 이용하여 형성되고, x + y + z ≥ 1, z ＞ 0, 바람직하게는 z ＞ 0.2, x + y + z = 1, y ＜ 0.2 인 조성을 가지며 α-Al₂O₃ 층에 인접하는 제 3 TiC_xN_yO_z 층을 포함하 며, 그리고

상기 α-Al₂O₃ 층은 공지된 CVD 법을 이용하여 1.8 ~ 3,6 ㎛ 의 두께로 증착되고, 적어도 경사면에서 인서트를 블라스팅 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 블라스팅 처리 이전에 바람직하게는 CVD 법에 의해, 바람직하게는 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 으로 이루어진 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 유색층을 α-Al₂O₃ 층의 상부에 증착시키는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 블라스팅 처리 이후에 바람직하게는 CVD 법에 의해, 바람직하게는 TiN, TiCN, TiC, ZrN 또는 HfN 으로 이루어진 추가의 0.1 ~ 1 ㎛ 의 상부 유색층을 플랭크면에 증착시키는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
하기에 따르는 절삭 속도 및 이송 속도로 안정한 조건 하에서, 주조 표면, 단조 표면, 열간 또는 냉간 압연 표면 또는 예비 기계가공 표면을 갖는 저합금강, 중합금강, 및 스테인리스강의 습식 및 건식 밀링을 위해 사용되는 제 1 항 내지 제 4 항에 따른 인서트의 용도.

- 25 ~ 400 m/min, 바람직하게는 150 ~ 300 m/min 의 절삭 속도 및 0.04 ~ 0.4 ㎜/치부의 이송 속도로 90 °진입각을 갖는 밀링, 또는

- 25 ~ 400 m/min, 바람직하게는 150 ~ 300 m/min 의 절삭 속도 및 0.05 ~ 0.7 ㎜/치부의 이송 속도로 45 ~ 75 °진입각을 갖는 정면 밀링, 또는

- 25 ~ 500 m/min, 바람직하게는 150 ~ 400 m/min 의 절삭 속도 및 0.30 ~ 3.0 ㎜/치부, 바람직하게는 0.3 ~ 1.8 ㎜/치부의 높은 이송 속도와 둥근 인서트가 적용되는 밀링.