KR20130122795A

KR20130122795A - 날끝 교환형 절삭 공구

Info

Publication number: KR20130122795A
Application number: KR1020137023939A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 히로세; 게이이치 츠다
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-11-08
Also published as: JP2012192474A; WO2012124559A1; CN103429372A; KR101540876B1; EP2687310B1; EP2687310A4; EP2687310A1; CN103429372B; JP5062541B2; TWI523955B; TW201245463A

Abstract

본 발명은, 경질상을 75 질량％~95 질량％ 포함하고, 잔부가 철족 금속을 포함하는 결합상과, 불가피적 불순물로 구성되는 서멧으로 이루어지는 날끝 교환형 절삭 공구(100)를 제공한다. 이 절삭 공구(100)의 부착 구멍(5)의 내주면(5r)으로부터 내부를 향하여, A 조직으로 이루어지는 층과 B 조직으로 이루어지는 층이 형성되고, 또한 그 B 조직으로 이루어지는 층보다 내부는 C 조직으로 이루어져 있다. 또한, 칩(100)의 날끝부(4r)에서는, 그 최외측 표면의 부분은 C 조직으로 이루어진다. 여기서, A 조직은 실질적으로 결합상으로 이루어지는 조직, B 조직은 TiCN과 결합상으로 이루어지는 조직, C 조직은 경질상과 결합상으로 이루어지는 조직이다.

Description

날끝 교환형 절삭 공구{CUTTING EDGE-REPLACEABLE CUTTING TOOL}

본 발명은 서멧(cermet)으로 이루어지는 날끝 교환형 절삭 공구에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 우수한 내마모성과 내결손성을 겸비한 날끝 교환형 절삭 공구에 관한 것이다.

금속 재료의 절삭에 이용되는 날끝 교환형 절삭 공구에는, 평면에서 보았을 때의 형상이 삼각형인 것이나, 원형인 것, 혹은 마름모형, 직사각형, 육각형 등의 다각형인 것이 있다. 도 1b에 도시하는 바와 같이, 이러한 날끝 교환형 절삭 공구(10)는, 홀더(20)에 고정한 상태로 사용된다. 또한, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 절삭 공구(10)는, 홀더(20)의 지지면에 접촉하는 접촉면(1)과, 접촉면(1)의 반대의 측에 있는 절삭면(2)과, 접촉면(1)과 절삭면(2)을 잇는 여유면(3)을 구비하며, 절삭면(1)과 여유면(3)의 경계부에 형성되는 날끝(4)에 의해 피삭재를 절삭한다. 또한, 절삭 공구(10)에는, 절삭 공구(10)를 홀더(20)에 부착하기 위한 나사가 관통되는 부착 구멍(5)이 형성되어 있다.

이러한 날끝 교환형 절삭 공구에 요구되는 특성은, 절삭 시에 절삭 공구가 마모되기 어려운 것과, 치핑이 발생하기 어려운 것, 즉 내마모성과 내결손성이 우수한 것이다. 그래서, 종래부터, 절삭 공구의 내마모성과 내결손성을 향상시키기 위한 기술이 다양하게 검토되고 있다.

예컨대, 특허문헌 1에는, 서멧으로 이루어지는 절삭 공구의 표면에 있어서, 실질적으로 철족 금속의 결합상으로 이루어지는 결합상층을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에서는, 이와 같이 절삭 공구의 표면에 결합상층을 형성함으로써, 절삭 공구의 표면 거칠기를 향상시켜, 절삭 공구의 내마모성이나 내결손성을 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-171283호 공보

그러나, 상기 특허문헌의 절삭 공구와 같이, 절삭 공구의 표면 상태를 제어하는 것만으로는 억제할 수 없는 결손도 있다. 예컨대, 특허문헌 1의 절삭 공구로 저탄소강을 절삭하는 경우, 절삭 공구의 표면 영역에 형성되는 결합상을 주체로 하는 결합상층이, 저탄소강의 주성분인 Fe와 반응하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 결합상층이 Fe와 반응하면, 절삭 공구에 용착에 의한 결손이 발생하여, 피삭재의 가공면이 거칠게 되어 버린다.

그 외에, 날끝 교환형 절삭 공구에서는, 단속 절삭 등의 가혹한 절삭 환경 하에서 홀더에 대한 절삭 공구의 부착 부분 근방에 있어서 간헐적으로 강한 응력이 작용하기 때문에, 이 부착 부분에서 미소한 치핑이 발생되거나, 부착 부분이 소성 변형되거나 한다고 하는 문제도 있다. 그렇게 되면, 절삭 공구의 날끝에 흔들림이 생겨, 피삭재의 피삭면이 거칠어지는 『채터 마크』가 생기거나, 그 날끝에 치핑 등의 손상이 발생되거나 한다. 특히, 서멧으로 이루어지는 절삭 공구는, 경도에 비해서 인성이 부족한 경향이 있어, 부착 부분에 있어서 치핑이 발생하기 쉽다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적의 하나는, 여러 절삭 환경 하에서 우수한 내마모성, 내결손성 및 내용착성을 발휘하는 서멧으로 이루어지는 날끝 교환형 절삭 공구를 제공하는 데 있다.

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구는, Ti, W, Mo 및 Cr 중 적어도 1종의 원소와, N 및 C 중 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물로 이루어지는 경질상(硬質相)을 75 질량％~95 질량％ 포함하고, 잔부가 철족 금속을 포함하는 결합상과, 불가피적 불순물로 구성되는 서멧으로 이루어지는 날끝 교환형 절삭 공구이다. 이 날끝 교환형 절삭 공구는, 이 날끝 교환형 절삭 공구를 유지하는 홀더에, 상기 절삭 공구를 부착하기 위한 부착 구멍과, 날끝을 구성하는 날끝부를 갖는다. 그리고, 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구의 부착 구멍의 내주면으로부터 내부를 향하여, A 조직으로 이루어지는 층과 B 조직으로 이루어지는 층이 형성되고, 이 B 조직으로 이루어지는 층보다 내부는 C 조직으로 이루어져 있으며, 상기 절삭 공구의 날끝부에서는, 그 최외측 표면의 부분은 C 조직으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, A 조직, B 조직 및 C 조직은, 이하와 같다.

[A 조직]…실질적으로 결합상으로 이루어지는 조직

[B 조직]…TiCN과 결합상으로 이루어지는 조직

[C 조직]…경질상과 결합상으로 이루어지는 조직

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구에 따르면, 저탄소강 등의 철계 피삭재의 절삭이나, 단속 절삭 등, 여러 절삭 환경 하에서 우수한 내마모성, 내결손성 및 내용착성을 발휘한다. 그 이유는, 이하에 나타내는 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구의 각 구성의 설명과 함께 상세히 설명한다.

<조직>

날끝 교환형 절삭 공구의 각 부를 설명하는 데 즈음해서, 우선 A 조직~B 조직을 상세히 설명한다.

≪A 조직≫

A 조직은, 실질적으로 결합상으로 이루어지는 조직으로서, 날끝 교환형 절삭 공구의 원료를 소결할 때, 그 소결 조건을 조절함으로써, 절삭 공구의 내부로부터 최외측 표면에 결합상의 성분이 배어나옴으로써 형성된다. 이와 같이, A 조직은 실질적으로 결합상으로 되어 있고, 즉 철족 금속으로 되어 있기 때문에, A 조직의 경도는, 다음에 설명하는 B 조직과 C 조직보다 낮고, A 조직의 인성은, B 조직과 C 조직보다 높다.

≪B 조직≫

B 조직은, 소결 조건을 조절함으로써 날끝 교환형 절삭 공구의 최외측 표면에 A 조직으로 이루어지는 A층을 형성하였을 때, A층의 바로 아래에 형성되는 조직으로서, 다음 단락에서 설명하는 C 조직에 있어서의 경질상의 함유 비율의 1/5배~1/1.1배의 경질상을 함유하는 조직이다. 이 때문에, B 조직의 경도는, A 조직보다 높지만 C 조직보다는 낮다. 또한, B 조직의 인성은, A 조직보다 낮지만, C 조직보다는 높다.

≪C 조직≫

C 조직은, 상기 A층과 B층을 형성하였을 때, 이들 A층과 B층보다 내부에 형성되는 조직이다. C 조직에 있어서의 경질상의 비율은, 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구 전체에 있어서의 경질상의 비율(75 질량％~95 질량％)과 거의 동일하다. 전술한 A층도 B층도, 절삭 공구의 전체에 차지하는 비율이 매우 작고, 절삭 공구의 대부분은 C 조직으로 이루어지기 때문이다.

≪정리≫

이상 설명한 각 조직의 특성을 정리하면, 다음과 같다.

(경질상의 비율)…C 조직>B 조직>A 조직(A 조직에는 실질적으로 경질상이 없음)

(경도)…C 조직>B 조직>A 조직

(인성)…A 조직>B 조직>C 조직

<각 부의 구성>

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구는, 육안으로 절삭 공구의 전체 형상을 본 경우, 도 1에 나타내는 종래의 절삭 공구(10)와 거의 동일하지만, 날끝부와 부착 구멍의 내주면의 조직에서 차이점이 인지된다. 날끝부와 내주면의 설명에 있어서는, 도 1의 (A)에 도시하는 절삭 공구의 A-A 단면도인 도 2를 참조한다.

≪날끝부≫

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)의 날끝부(4r)는, 날끝(4)을 구성하는 부분이며, 절삭 시에 피삭재에 상시 접촉하는 부분이다. 이 날끝부(4r)의 최외측 표면의 부분이 A 조직으로 이루어지면, 날끝부(4r)와 피삭재가 용착하여, 날끝부(4r)에 결손이 생긴다. A 조직은 실질적으로 결합상인 철족 금속으로 이루어지고, 이 철족 금속이 피삭재의 구성 원소와 반응하기 쉽기 때문이다. 특히, 피삭재가 철계 금속을 많이 포함하는 저탄소강인 경우, 그 반응이 현저하다. 또한, 실질적으로 결합상으로 이루어지는 A 조직은 경도가 뒤떨어지기 때문에, A 조직으로 이루어지는 날끝부(4r)는 마모되기 쉽다. 그렇게 되면, 피삭재를 정밀도 좋게 절삭할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, B 조직도, A 조직보다는 고경도이며, 피삭재와의 반응성도 낮지만, 날끝부(4r)의 조직으로서는 충분하다고는 할 수 없다. 이러한 점들로 인해, 피삭재와 상시, 직접 접촉하는 날끝부(4r)를, 용착 결손의 원인이 되는 결합상의 함유율이 높지 않으며, 충분한 경도를 구비하는 C 조직으로 구성함으로써, 날끝부(4r)의 마모, 결손 및 용착을 효과적으로 방지할 수 있다.

≪부착 구멍≫

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)의 부착 구멍(5)은, 상기 절삭 공구(100)를 홀더에 고정하는 나사가 관통하는 부분이다. 이 때문에, 절삭 시(특히, 단속 절삭 시)에는, 부착 구멍(5)의 내경부에 강한 응력이 작용한다. 이때, 부착 구멍(5)의 내경부[이하, 내주면(5r)]가 고경도이고 깨지기 쉬우면, 내주면(5r)에 결손(치핑)이 발생할 우려가 있고, 내주면(5r)이 저경도이고 견인성(堅靭性)이 있으면, 내주면(5r)에 소성 변형이 발생할 우려가 있다. 어느 경우도, 홀더에 대한 절삭 공구(100)의 착좌 안정성이 저하되어, 절삭 시에 절삭 공구(100)가 흔들려 버린다. 그래서, 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)의 내주면(5r)에는, 그 최외측 표면으로부터 내부를 향하여, A 조직으로 이루어지는 층(이하 A층)과 B 조직으로 이루어지는 층(이하 B층)을 형성한다. 이미 기술한 바와 같이, A 조직은 실질적으로 결합상으로 이루어지기 때문에 견인성이 있어, 절삭 시의 충격을 흡수하여, 내주면(5r)을 잘 이지러지기 않게 만든다. 또한, A층의 바로 아래에는 내주면(5r)의 경도를 담보하는 B층이 형성되어 있기 때문에, 절삭 시의 충격에 의해 내주면(5r)이 소성 변형하여, 홀더에 대한 절삭 공구(100)의 착좌 안정성이 저하되는 것이 억제된다. 이 B층은, 절삭 시의 충격을 흡수하여, C 조직에 전해지는 응력을 완화하는 역할도 달성한다.

상기 A층의 평균 두께는, 0.1 ㎛ 이상, 2.0 ㎛ 미만으로 하는 것이 바람직하다. A층의 평균 두께를 0.1 ㎛ 이상으로 함으로써, A층에 의해 효과적으로 절삭 시의 충격을 흡수할 수 있다. 또한, A층의 평균 두께를 2.0 ㎛ 미만으로 함으로써, 절삭 시의 충격에 의해 A층이 소성 변형할 가능성을 현저히 저감시킬 수 있다. 만약, 내주면(5r)의 A층이 소성 변형하면, 절삭 공구(100)의 가공 정밀도가 저하되어, 절삭 공구(100)의 날끝(4)이 마모되거나 결손되거나 하는 경우가 있다. 이상으로부터, A층의 보다 바람직한 평균 두께는 0.3 ㎛~1.5 ㎛이다.

상기 A층의 바로 아래에 형성되는 B층의 평균 두께는, 0.3 ㎛ 이상, 6.0 ㎛ 미만으로 하는 것이 바람직하다. B층의 평균 두께를 상기 범위로 함으로써, 이 B층과 전술한 A층에서 절삭 시의 충격을 단계적으로 흡수하여, 내주면(5r)에 균열이나 이지러짐 등이 생기는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 그 충격에 의한 내주면(5r)의 변형을 효과적으로 억제할 수도 있다.

내주면(5r)에 있어서 B층보다 내측은, C 조직으로 구성되어 있다. 이 C 조직을 갖는 부분은, 그 최외주의 면으로부터 깊이 10 ㎛의 범위에 경도의 피크가 존재하는 것이 바람직하다. C 조직으로 구성되는 부분의 깊이 10 ㎛의 범위에 경도의 피크가 존재함으로써, 그 외의 경우보다, 절삭 공구(100)의 내마모성과 내결손성을 향상시킬 수 있다. 이것은, 절삭 공구(10)의 표면 근방에 있어서의 경도를 높게 함으로써, 절삭 공구(100)의 내마모성을 향상시키면서, 그 표면 근방보다 경도가 낮은 내부 영역에서 절삭 공구(100)의 인성을 확보할 수 있기 때문이다.

표면 근방에 있어서의 구체적인 피크 경도는, 비커스 경도로 18 ㎬~22 ㎬의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 피크 경도를 18 ㎬ 이상으로 함으로써, 절삭 공구(100)의 내마모성을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 피크 경도를 22.0 ㎬ 이하로 함으로써, 표면 근방에 있어서의 경도가 지나치게 높아져, 내부 영역의 인성과의 밸런스가 붕괴되어, 절삭 공구(100)에 결손이 발생할 가능성을 저감시킬 수 있다.

≪절삭 부스러기 처리부≫

일반적으로, 날끝 교환형 절삭 공구(100)에는, 그 절삭면(2)측에 있어서 날끝부(4r)에 인접하게 마련되어, 피삭재의 절삭 부스러기를 처리하는 절삭 부스러기 처리부(2r)(소위 칩 브레이커에 상당하는 부분)가 형성되어 있다. 이 절삭 부스러기 처리부(2r)의 표면 부분에 있어서도 조직을 조절하는 것이 바람직하다. 여기서, 절삭 부스러기 처리부(2r)는, 칩 브레이커의 전체 부분이 아니라, 절삭에 관여하는 부위(특히, 절삭 부스러기와 접촉하는 부분)만을 가리킨다.

절삭 부스러기 처리부(2r)의 최외측 표면을 구성하는 조직은, 날끝부(4r)와 같은 이유에 의해, B 조직 또는 C 조직인 것이 바람직하다. 절삭 부스러기 처리부(2r)에는 절삭 시에 피삭재의 절삭 부스러기가 접촉하므로, 절삭 부스러기 처리부(2r)의 최외측 표면을 A 조직으로 한 경우, 용착 결손을 일으킬 가능성이 있기 때문이다. 또한, A 조직은, B 조직이나 C 조직과 비교하여 마모되기 쉬운 것도, 절삭 부스러기 처리부(2r)의 최외측 표면을 B 조직 또는 C 조직으로 하는 것이 바람직한 이유이다.

또한, 상기 절삭 부스러기 처리부(2r)의 최외측 표면이 A 조직이어도, 그 A 조직으로 이루어지는 A층이 0.1 ㎛ 이하이면, 특별히 문제가 되지 않는다. 절삭 부스러기 처리부(2r)의 A층이 0.1 ㎛ 이하이면, 절삭 초기의 단계에서 용착 결손이 일어나기 어렵고, 절삭을 계속해 가는 과정에서 자연스럽게 A층이 제거되어 가기 때문이다.

≪경질막≫

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)의 일 형태로서, 절삭 공구(100)의 표면에 적어도 1층의 경질막이 피복되어 있어도 좋다.

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)의 표면을 경질막에 의해 피복함으로써, 절삭 공구(100)의 인성을 유지한 채로 절삭 공구(100)의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 경질막을 마련함으로써, 절삭 공구(100)의 날끝(4)에 치핑이 발생하기 어려워지기 때문에, 이 경질층을 구비하는 절삭 공구(100)를 이용하여 피삭재를 절삭하면, 가공면 거칠기가 작고, 광택이 있는 피삭면을 얻을 수 있다. 여기서, 절삭 공구(100)에 있어서의 내주면(5r)에 있어서도 경질막이 형성되어 있어도 좋다.

경질막으로서는, 예컨대 TiAlN, TiN, AlN, TiCN 등을 이용할 수 있다. 이러한 경질막은, CVD법(화학적 증착)이나 PVD법(물리적 증착법) 등의 기상법에 의해 형성할 수 있다. 일반적으로, CVD법에서는, 피복막에 인장 응력이 부여되고, PVD법에서는, 피복막에 압축 응력이 부여된다. 절삭 공구(100)의 용도나, 재질, 피삭재의 재질이나 형상에 따라, 피복막의 형성 방법을 적절하게 선택하면 좋다. 예컨대, 절삭 공구(100)가 프라이스 가공용이면 PVD법으로 피복막을 형성하는 것이 바람직하고, 절삭 공구(100)가 선삭 가공용이면 CVD법으로 피복막을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)를 제작하기 위해서는, 우선 원료 분말을 눌러 굳힌 성형체를 제작하고, 그 성형체를 소결하는 소결 조건을 조정함으로써 베이스 팁을 제작한다. 소결 조건을 조정함으로써, 최외측 표면에 A 조직으로 이루어지는 A층이 형성되며, 이 A층의 바로 아래에 B층이 형성되고, 또한 B층보다 내부는 C 조직으로 형성된 베이스 팁을 제작할 수 있다. 그리고, 이 베이스 팁에 있어서의 날끝부(4r)가 되는 부분의 A층과 B층을 제거함으로써 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구(100)를 제작할 수 있다.

A층과 B층을 구비하는 베이스 팁은, 하기의 소결 조건에 따라 제작할 수 있다. 소결은, 실온으로부터 약 1450℃~1600℃까지 승온시키는 승온 공정과, 승온된 온도를 유지하는 유지 공정과, 유지 공정으로부터 단계적으로 실온까지 냉각하는 냉각 공정으로 이루어진다.

승온 공정은, 1300℃까지에 있어서는, 진공 분위기 하, 혹은 1 ㎩~6000 ㎩ 정도의 H₂ 분위기 하에서, 승온 속도 0.5℃/min~2.0℃/min으로 행하면 좋다. 특히, H₂ 분위기 하로 하면, 원료 분말의 환원을 촉진시킬 수 있다. 또한, 1300℃부터 유지 온도까지는 100 ㎩~3000 ㎩의 N₂ 분위기 하에서 승온 속도 0.5℃/min~1.5℃/min으로 행하면 좋다. 원료에도 따르지만 TiCN을 포함하는 경우, 1300℃ 내지 1400℃의 영역에서 탈질소 현상이 발생하기 때문에, 제작하는 절삭 공구(100) 중의 질소 농도 조정을 위해, 질소 분위기 하에서 소결하는 것이 요구된다.

유지 공정은, 100 ㎩~3000 ㎩의 N₂ 분위기 하에서 20 min~60 min 정도 행하면 좋다. 상기 범위 내에서 분위기 압력이나 온도를 크게 할수록, B층의 두께가 두꺼워지는 경향이 있다.

또한, N₂ 분위기로 소정 시간 유지한 후, 진공 분위기로 변경하여도 좋다. 이 경우,

냉각 공정은, 1000 ㎩~10000 ㎩의 Ar 분위기 하, 혹은 진공 분위기 하에서 행하면 좋다. 분위기 압력이 높을수록, 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다. 냉각 속도는 3℃/min~25℃/min으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 냉각 공정에 있어서, 소정 온도로 소정 시간 유지하여도 좋다. 그렇게 함으로써, A층의 두께를 균일화할 수 있다. 서멧의 조성에도 따르지만, 유지 온도는, 1100℃~1250℃, 유지 시간은 5 min~60 min으로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 베이스 팁의 날끝부에 있어서 A층 및 B층을 제거하는 방법을 설명한다. A층 및 B층의 제거에는, 다이아몬드 브러쉬 등으로 표면을 연마하는 브러쉬 처리나, 표면에 세립(細粒)의 미디어를 충돌시키는 블라스트 처리 등을 사용할 수 있다. 브러쉬 처리는, A층 및 B층의 제거에 시간이 걸리지만, 처리 범위를 정확하게 제어할 수 있기 때문에, 바람직하다. 한편, 블라스트 처리에는 습식과 건식이 있고, 특히 습식 블라스트 처리가 바람직하다. 습식 블라스트 처리는, 처리 범위를 비교적 정확하게 제어할 수 있기 때문에, 절삭 공구의 특정 부분에 스폿적으로 블라스트 처리를 실시할 수 있다.

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구에 따르면, 종래보다 고정밀도로 피삭재를 절삭할 수 있다.

도 1a는 날끝 교환형 절삭 공구의 개략 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 절삭 공구를 홀더에 부착한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

<실시예 1>

우선, 이하에 나타내는 조성의 원료 분말을 준비하였다.

[원료 분말]

WC…22 질량％

TiCN…50 질량％

NbC…10 질량％

Mo₂C…2 질량％

Ni…8 질량％

Co…8 질량％

상기 원료 분말을 초경도의 볼밀로 24시간 혼합하고, 그 후에 건조, 조립, 프레스 성형을 거쳐, ISO 규격·TNMG160408 형상의 팁 모양 성형체를 복수 제작하였다.

다음에, 제작한 복수의 팁 모양 성형체를 상이한 소결 조건으로 소결함으로써, A층 및 B층의 형성 상태가 상이한 복수의 베이스 팁을 제작하였다. 상기 소결은, 팁 모양 성형체를 1500℃까지 승온시키는 승온 공정, 1500℃에서 소정 시간 유지하는 유지 공정, 및 1500℃에서 1250℃까지 냉각하며, 1250℃에서 소정 시간 유지한 후, 실온까지 냉각하는 냉각 공정으로 이루어진다. 각 베이스 팁의 제작에 있어서, 승온 공정의 조건은 공통되지만, 유지 공정과 냉각 공정의 조건이 상이하다. 공통되는 승온 공정의 조건은, 탈바인더 공정 후 1300℃까지는 진공 분위기, 승온 속도 2.0℃/min이며, 1300℃~유지 온도까지는 각각 유지 공정과 동일한 분위기에서 승온 속도 1.5℃/min으로 승온하였다. 각 베이스 팁의 제작에 있어서의 유지 공정의 조건과 냉각 공정의 조건에 대해서는 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에 기재된 바와 같이, 베이스 팁(c)에 대해서는, 팁 모양 성형체를 진공 분위기, 800℃에서 미리 가소결하고, 이 가소결체의 날끝부를 브러쉬 호닝한 후, 베이스 팁(a)과 동일한 조건으로 소결·냉각함으로써 얻었다.

표 1에 나타내는 조건으로 제작한 베이스 팁의 단면을, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)으로 배율 1000배로 관찰하였다. 그 결과, 부착 구멍의 내주면을 포함하는 베이스 팁의 최외측 표면을 덮도록 A층이 형성되고, 이 A층의 바로 아래에 B층이 형성되며, 또한 B층보다 내부는 C 조직으로 형성되어 있었다. 그래서, 각 베이스 팁에 형성되는 A층 및 B층의 평균 두께를 측정하였다. 또한, 각 베이스 팁의 C 조직으로 이루어지는 부분에 대해서, 이 부분의 최외주측으로부터 깊이 방향으로 비커스 경도를 순차 측정하여, 그 최외주의 위치로부터 깊이 10 ㎛ 이내의 부분에 경도의 피크가 존재하는 것을 확인하였다. 비커스 경도는, 다이아몬드 압자(壓子)를 500 g의 하중으로 샘플 팁의 단면에 압박하는 마이크로 비커스 경도계에 의해 측정하였다. 각 층의 두께와, 피크 경도를 표 2에 나타낸다.

다음에, 베이스 팁(a~i) 중, 베이스 팁(a~c)을 이용하여, 시료 1-1~시료 1-9의 팁(100)(날끝 교환형 절삭 공구)을 제작하였다. 이들 시료는 서로, 도 2에 나타내는 날끝부(4r), 내주면(5r) 및 절삭 부스러기 처리부(2r)의 층 구성과, 각 층의 두께가 상이하다.

여기서, 날끝부(4r)에 있어서의 층 구성의 조정에 대해서는 다이아몬드 브러쉬를 이용한 브러쉬 호닝, 절삭 부스러기 처리부(2r)와 내주면(5r)에 있어서의 층 구성의 조정에 대해서는 습식 블라스트를 이용하였다. 습식 블라스트는, 알루미나 비드를 포함하는 물을, 1 ㎠당 0.3 ㎫의 압력으로 연마 대상 부위에 분사함으로써 행하였다. 시료 1-1~시료 1-9에 있어서의 각 부의 구성을 표 3에 나타낸다.

제작한 시료 1-1~1-9로, 다음에 나타내는 조건의 절삭 시험을 실시하여, 각 시료의 내마모성, 내결손성 및 내용착성을 평가하였다. 그 시험 결과도 표 3에 나타낸다.

[절삭 조건 1: 내마모성 시험]

피삭재: S45C

절삭 속도: 200 m/min

절입: 1.0 ㎜

이송: 0.2 ㎜/rev

절삭유: WET

절삭 시간: 30 min

평가 기준: 날끝부의 평균 마모량(㎜)

[절삭 시험 2: 내결손 시험]

피삭재: SCM435 4개 홈을 갖는 단차 형성 워크

절삭 속도: 230 m/min

절입: 1.0 ㎜

이송: 0.2 ㎜/rev

절삭유: WET

절삭: 30 sec의 절삭을 8회

평가 기준: 8회의 절삭 중, 팁의 어딘가에 결손이 발생한 횟수

[절삭 시험 3: 내용착 결손 시험]

피삭재: SCM415 4개 홈을 갖는 단차 형성 워크

절삭 속도: 50 m/min

절입: 1.0 ㎜

이송: 0.2 ㎜/rev

절삭유: WET

절삭: 30 sec의 절삭을 5회

평가 기준: 5회의 절삭 중, 팁의 어딘가에 결손이 발생한 횟수

[평가]

내마모성을 양호하다고 판단하는 기준은, 마모량이 0.20 ㎜ 미만, 보다 바람직하게는 0.16 ㎛ 미만이다. 또한, 내결손성 및 내용착성을 양호하다고 판단하는 기준은, 결손 횟수가 2회 이하, 보다 바람직하게는 0회인 것이다. 이 관점에서 보면, 날끝부(4r)의 표면층이 C 조직이며, 내주면(5r)의 표면층이 A 조직(A 조직의 밑에는 B조직, C 조직이 순차 형성되어 있음)인 시료 1-1~시료 1-5는, 내마모성, 내결손성 및 내용착성 모두 양호하다고 할 수 있다. 이에 비하여, 내주면(5r)의 표면층이 A 조직이 아닌 시료 1-6과 시료 1-7은, 내결손성의 면에서 시료 1-1~시료 1-5에 크게 뒤떨어진다. 또한, 날끝부(4r)가 C 조직이 아닌 시료 1-8과 시료 1-9는, 모든 내성에서 시료 1-1~시료 1-5에 크게 뒤떨어진다.

다음에, 각 내성이 양호하다는 평가를 얻은 시료 1-1~시료 1-5를 비교하면, 절삭 부스러기 처리부(2r)의 표면 상태가 내용착성에 영향을 미치는 것이 분명해졌다. 절삭 부스러기 처리부(2r)의 표면층이 A 조직인 경우, 내용착성이 약간 저하하는 것을 알 수 있었다. 단, A 조직의 두께가 0.1 ㎛ 이하이면, 절삭 부스러기 처리부(2r)가 A 조직인 영향은 거의 없는 것을 알 수 있다.

<실시예 2>

실시예 2에서는, 표 2에 나타내는 베이스 팁(a, d, e~i)을 이용하여, 내마모성, 내결손성 및 내용착성에 미치는, 내주면(5r)의 층 구성의 영향을 조사하였다.

[평가]

표 4의 결과로부터, 내주면(5r)에 있어서의 A 조직의 두께가 0.1 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 미만이며, 또한 A 조직의 바로 아래에 있는 B 조직의 두께가 0.3 ㎛ 이상 6.0 ㎛ 미만인 시료는, 매우 우수한 내마모성, 내결손성 및 내용착성을 겸비하는 것을 알 수 있었다. 이에 비하여, A 조직의 두께, 혹은 B 조직의 두께 중 어느 하나가 상기 범위로부터 벗어나는 시료(시료 2-1, 시료 2-7, 시료 2-8, 시료 2-12)는, 내마모성, 혹은 내결손성의 면에서 상기 범위를 만족시키는 시료보다 약간 뒤떨어져 있었다. 단, 이들 뒤떨어져 있는 시료이어도, 실시예 1의 시료 1-6~시료 1-9보다는 각별히 우수한 내마모성 및 내결손성을 구비하고 있다.

또한, 본 발명의 실시형태는, 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 규정하는 범위 내에서, 서멧의 조성을 변화시켜도 좋다.

본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구는, 철계 피삭재의 절삭에 적합하게 이용 가능하다. 또한, 본 발명의 날끝 교환형 절삭 공구는, 피삭재의 마무리 가공에 적합하게 이용 가능하다.

10, 100 : 날끝 교환형 절삭 공구
1 : 접촉면
2 : 절삭면 2r : 절삭 부스러기 처리부
3 : 여유면
4 : 날끝 4r : 날끝부
5 : 부착 구멍 5r : 내주면
20 : 홀더

Claims

Ti, W, Mo 및 Cr 중 적어도 1종의 원소와, N 및 C 중 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물로 이루어지는 경질상을 75 질량％~95 질량％ 포함하고, 잔부가 철족 금속을 포함하는 결합상과, 불가피적 불순물로 구성되는 서멧으로 이루어지는 날끝 교환형 절삭 공구로서,
이 날끝 교환형 절삭 공구를 유지하는 홀더에 상기 절삭 공구를 부착하기 위한 부착 구멍과,
날끝을 구성하는 날끝부
를 가지며,
실질적으로 상기 결합상으로 이루어지는 조직을 A 조직,
TiCN과 상기 결합상으로 이루어지는 조직을 B 조직,
상기 경질상과 결합상으로 이루어지는 조직을 C 조직이라고 하였을 때,
상기 부착 구멍의 내주면으로부터 내부를 향하여, A 조직으로 이루어지는 층과 B 조직으로 이루어지는 층이 형성되고, 이 B 조직으로 이루어지는 층보다 내부는 C 조직으로 이루어져 있으며,
상기 날끝부에서는, 그 최외측 표면의 부분은 C 조직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 내주면에 있어서의 A 조직으로 이루어지는 층의 평균 두께는, 0.1 ㎛ 이상, 2.0 ㎛ 미만이고,
상기 내주면에 있어서의 B 조직으로 이루어지는 층의 평균 두께는, 0.3 ㎛ 이상, 6.0 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 공구는, 그 절삭면측에 있어서 상기 날끝부에 인접하여 마련되고, 피삭재의 절삭 부스러기를 처리하는 절삭 부스러기 처리부를 가지며,
이 절삭 부스러기 처리부의 최외측 표면에는, 상기 B 조직 또는 C 조직으로 이루어지는 최외측 표면층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 공구는, 그 절삭면측에 있어서 상기 날끝부에 인접하여 마련되고, 피삭재의 절삭 부스러기를 처리하는 절삭 부스러기 처리부를 가지며,
이 절삭 부스러기 처리부의 최외측 표면에는, 상기 A 조직으로 이루어지는 최외측 표면층이 형성되어 있고, 이 최외측 표면층의 두께는 0.1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 공구에 있어서의 C 조직을 갖는 부분은, 그 최외주의 면으로부터 깊이 10 ㎛의 범위 내에 경도의 피크가 존재하고,
이 피크 경도는 비커스 경도로 18.0 ㎬ 이상 22.0 ㎬ 이하인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 공구의 절삭면, 혹은 여유면 중 적어도 일부에, 경질막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 공구.