KR20230130136A - 질화 처리된 절삭 탭 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
탭 가공 중의 날 결손이나 마모를 억제하여, 내구성이 높은 절삭 탭을 제공한다. 질화 처리 공정 P2 에 있어서, 가열하에서 분위기 가스에 포함되는 질소 원자가 절삭 탭의 공구 모재의 표면으로부터 확산된 질소 확산층이 형성된 후에, 호닝 처리 공정 P3 에 있어서, 절삭 탭의 공구 모재의 절삭날부에 연마 입자를 충돌시켜 절삭날부가 둥글게 되고, 날끝이 제거된다. 절삭날부에는 플랭크면으로부터의 확산과 레이크면으로부터의 확산에 의해 질소 확산층이 미리 두껍게 형성되고, 절삭날부의 날끝은 질소 농도 및 경도가 상대적으로 높고, 기계적으로 무르다. 이 때문에, 기계적으로 무른 날끝이 제거됨으로써, 절삭 탭의 절삭날부의 마모나 날 결손이 감소하여, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 얻어진다.
Description
본 발명은, 절삭 탭 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 질화 처리된 절삭 탭의 수명을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
예를 들어, 스트레이트 홈이 형성된 탭, 비틀림 홈이 형성된 탭, 포인트 홈이 형성된 탭, 관용 탭, 나사 절삭 밀링 커터 등의 절삭날을 갖는 절삭 탭에는, 절삭날에 마모나 날 결손이 없어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 요망되고 있다. 이와 같은 공구 성능을 갖는 절삭 탭은, 머시닝 센터와 같은 공작반의 공구 교환의 횟수를 줄여 가공 효율이 높아진다.
이에 대하여, 특허문헌 1 에서는, 테이퍼상의 물림부의 선단으로부터 완전 산부를 향함에 따라 정상부가 깎인 불완전한 산형상으로부터 완전한 산형상으로 된 물림부의 나사산이, 비틀림 홈이나 직선 홈에 의해 둘레 방향으로 분단되고, 그 분단된 나사산의 일단부, 즉 분단에 의해 형성된 일방의 단면에 비틀림 홈 또는 직선 홈을 따라 형성되는 절삭날을 갖는 절삭 탭에 있어서, 절삭 중에 절삭날에 발생하는 치핑 (절삭날에 발생하는 작은 결손) 을 억제하기 위해, 절삭날에 R 모따기를 실시하는 것이 제안되어 있다. 그러나, R 모따기가 실시된 절삭날에서는, 경도가 부족하여 절삭 탭의 내구성이 충분히 얻어지지 않는다.
이에 대하여, 특허문헌 2 에는, 절삭 탭은 아니지만, 절삭날을 갖는 공구 (브로치) 의 날 결손이나 절손을 억제하기 위해서, 절삭 방향에 있어서 서로 인접하는 절삭날 사이의 고저차 h 보다 큰 50 ㎛ 정도의 두께 d 의 표면 경화 처리 (가스 질화) 를 절삭날에 실시한 후, 후처리에 있어서 코팅되는 경질 피막의 박리를 방지하기 위해서 표면의 백층을 마이크로 블라스트 처리를 사용하여 제거하는 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 2 에 기재된 바와 같은, 가스 질화에 의한 표면 경화 처리를 실시하고, 그 표면 경화 후의 표면 전체에 마이크로 블라스트 처리를 실시한다는 공정을, 절삭 탭에 적용해도, 절삭날의 결손이 발생하기 쉬워, 절삭 탭의 내구성이 충분히 얻어지지 않았다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 절삭 탭의 절삭날의 마모나 날 결손이 적어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 얻어지는 절삭 탭을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 이상의 사정을 배경으로 하여 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 절삭 탭의 절삭날을 포함하는 단면에 부식액을 사용하여, 질소 확산층의 부식이 촉진된 상태를 금속 현미경을 사용하여 관찰하면 질소 확산층이 흑색으로 나타나고, 플랭크면 및 레이크면으로부터의 확산을 받는 절삭날부는, 다른 표층과 비교하여 질소 확산층이 두껍게 형성되어 있는 것에 주목하였다. 일반적으로 질소 확산층은, 표면으로부터 내부측일수록, 질소 농도 및 경도의 구배가 형성되는 성질이 있다. 절삭날부의 날끝에서는 다른 부분과 비교하여 질소 농도 및 경도가 높기 때문에, 날끝일수록 물러져 있는 것이 상정되는 점에서, 절삭 탭에 가스 질화에 의한 표면 경화 처리를 실시한 후, 호닝 처리를 사용하여 절삭날의 날끝부를 제거하면, 예를 들어, 호닝 처리 후에 가스 질화에 의한 표면 경화 처리를 실시한 경우와 비교하여, 절삭 탭이 현격히 높은 내구 수명을 나타내는 것을 알아내었다. 본 발명은, 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 제 1 발명이 요지로 하는 바는, 질소 확산층을 갖는 절삭 탭의 제조 방법으로서, 가열하에 있어서 분위기 가스에 포함되는 질소 원자가 상기 절삭 탭의 모재의 표면으로부터 확산된 질소 확산층을 형성하는 질화 처리 공정과, 상기 질화 처리 공정을 거친 상기 절삭 탭의 상기 모재의 절삭날부에 연마 입자를 충돌시켜 상기 절삭날부를 둥글게 하는 호닝 처리 공정을 포함하는 것에 있다.
또한, 제 2 발명이 요지로 하는 바는, 질소 확산층을 갖는 절삭 탭으로서, 상기 절삭 탭의 절삭날부에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께와 상기 절삭날부와는 상이한 다른 부분에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께의 차는, 5 ㎛ 이내인 것에 있다.
제 1 발명의 질화 처리된 절삭 탭의 제조 방법에 의하면, 가열하에 있어서 분위기 가스에 포함되는 질소 원자가 상기 절삭 탭의 모재의 표면으로부터 확산된 질소 확산층을 형성하는 질화 처리 공정과, 상기 질화 처리 공정을 거친 상기 절삭 탭의 상기 모재의 절삭날부에 연마 입자를 충돌시켜 상기 절삭날부를 둥글게 하는 호닝 처리 공정을 포함한다. 절삭날부에는 플랭크면으로부터의 확산 및 레이크면으로부터의 확산에 의해 질소 확산층이 두껍게 형성되어 있고, 절삭날부의 날끝은 질소 농도 및 경도가 상대적으로 높고, 기계적으로 무르다. 이 때문에, 그러한 기계적으로 무른 날끝이 제거됨으로써, 절삭 탭의 절삭날부의 마모나 날 결손이 감소하여, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 얻어짐과 함께, 질소 확산층의 두께가 균일화된다.
제 2 발명의 질소 확산층을 갖는 절삭 탭에 의하면, 상기 절삭 탭의 절삭날부에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께와 상기 절삭날부와는 상이한 다른 부분에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께의 차는, 5 ㎛ 이내이다. 이 때문에, 절삭날부는 질소 농도 및 경도가 그다지 높지는 않고, 기계적인 무름도 그다지 차이는 없으므로, 절삭 탭의 절삭날부의 마모나 날 결손이 감소되어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 얻어진다.
여기서, 바람직하게는, 상기 질화 처리 공정에서는, 암모니아 가스 분위기하에서 500 ℃ 이상 550 ℃ 이하의 온도로 유지된 분위기로 내에 있어서, 상기 절삭 탭의 모재의 질화 처리가 실시된다.
또한, 바람직하게는, 상기 호닝 처리 공정에서는, 압축 공기를 사용하여 상기 연마 입자를 상기 절삭날부에 대해 국소적으로 충돌시킴으로써, 상기 절삭날부의 날끝이 제거된다.
또한, 바람직하게는, 상기 호닝 처리 공정에서는, 상기 절삭날부의 날끝이 제거됨으로써, 상기 날끝부에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께가, 상기 절삭날부의 날끝을 제거 전의 상기 질소 확산층의 두께보다 감소되어, 상기 날끝부 이외의 표면에 형성되어 있는 상기 질소 확산층의 두께에 접근시킨다.
또, 바람직하게는, 상기 호닝 처리 공정에서 상기 절삭날부의 날끝이 제거된 후에 상기 절삭 탭의 표면에 형성되어 있는 상기 질소 확산층의 두께는 10 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께이고, 상기 절삭 탭의 표면 경도는 950 HV 이상 1050 HV 이하이다.
또, 바람직하게는, 상기 절삭날부의 플랭크면과 레이크면 사이의 각도는 예각이다.
도 1 은, 본 발명이 바람직하게 적용된 3 장날의 스파이럴 탭을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 도 1 의 스파이럴 탭의 물림부에 있어서의 회전 중심선에 직각인 단면을 나타내는 II-II 에서 본 단면도이다.
도 3 은, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리되기 전의 절삭날부를 확대하여 설명하는 도면이다.
도 4 는, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리되기 전의 절삭날부를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 5 는, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리된 후의 절삭날부를 확대하여 설명하는 도면이다.
도 6 은, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리된 후의 절삭날부를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 7 은, 도 1 의 스파이럴 탭의 제조 공정의 주요부를 설명하는 공정도이다.
도 8 은, 복수 종류의 스파이럴 탭을 사용하여 절삭 시험 1 을 실시한 결과를 나타내는 도표이다.
도 9 는, 도 8 의 절삭 시험 결과를 시료마다 절삭 횟수를 비교 가능하게 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 날 결손의 일례로서, 도 8 의 시료 2 의 절삭날부를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 11 은, 복수 종류의 스파이럴 탭을 사용하여 절삭 시험 2 를 실시한 결과를 나타내는 도표이다.
도 12 는, 도 11 의 절삭 시험 결과를 시료마다 절삭 횟수를 비교 가능하게 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 도 1 의 스파이럴 탭의 물림부에 있어서의 회전 중심선에 직각인 단면을 나타내는 II-II 에서 본 단면도이다.
도 3 은, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리되기 전의 절삭날부를 확대하여 설명하는 도면이다.
도 4 는, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리되기 전의 절삭날부를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 5 는, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리된 후의 절삭날부를 확대하여 설명하는 도면이다.
도 6 은, 도 1 의 스파이럴 탭에 있어서의 호닝 처리된 후의 절삭날부를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 7 은, 도 1 의 스파이럴 탭의 제조 공정의 주요부를 설명하는 공정도이다.
도 8 은, 복수 종류의 스파이럴 탭을 사용하여 절삭 시험 1 을 실시한 결과를 나타내는 도표이다.
도 9 는, 도 8 의 절삭 시험 결과를 시료마다 절삭 횟수를 비교 가능하게 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 날 결손의 일례로서, 도 8 의 시료 2 의 절삭날부를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 11 은, 복수 종류의 스파이럴 탭을 사용하여 절삭 시험 2 를 실시한 결과를 나타내는 도표이다.
도 12 는, 도 11 의 절삭 시험 결과를 시료마다 절삭 횟수를 비교 가능하게 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서 도면은 적절히 간략화 혹은 변형되어 있고, 각 부의 치수비 및 형상 등은 반드시 정확하게 그려져 있지는 않다.
실시예
도 1 은, 본 발명이 바람직하게 적용된 3 장 날의 스파이럴 탭 (10) 을 나타내는 도면이다. 도 2 는, 도 1 의 스파이럴 탭 (10) 의 물림부 (22) 의 단면으로서, 도 1 의 II-II 에서 본 단면도이다. 스파이럴 탭 (10) 은, 절삭 탭의 일례로서 예시된 것이고, 생크부 (12), 목부 (14) 및 나사부 (16) 를, 그 순서로 회전 중심선 (CL) 상에 일체로 구비하고 있다. 나사부 (16) 에는 가공해야 할 암나사에 대응하는 나사 홈 형상의 수나사가 형성되어 있음과 함께, 그 수나사를 분단하도록 회전 중심선 (CL) 둘레에 등간격으로 3 개의 비틀림 홈 (20) 이 형성되어 있다.
나사부 (16) 는, 수나사의 나사산 (18) 이 축 방향에 있어서 테이퍼상으로 제거된 선단측의 물림부 (22) 와, 그 물림부 (22) 에 연속하여 형성된 완전한 형상의 나사산 (18) 을 갖는 완전산부 (24) 를 구비하고 있다. 물림부 (22) 의 나사산 및 완전산부 (24) 의 나사산과 비틀림 홈 (20) 의 능선 부분으로서, 나사산의 회전 방향 (A1) 측의 능선 부분에는, 절삭날부 (28) 가 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 비틀림 홈 (20) 은 우측 비틀림이고, 나사부 (16) 를 넘어 목부 (14) 의 대략 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 물림부 (22) 에 형성되어 있는 절삭날부 (28) 는, 오목 원호상의 레이크면 (30) 과 볼록 원호상의 플랭크면 (32) 에 협지된 영역 중의 선단부로서, 선단각 (α) 은 예각이다.
도 3 은, 질화 처리 (후술하는 질화 처리 공정 P2) 후이고 호닝 처리 (후술하는 호닝 처리 공정 P3) 전의 스파이럴 탭 (10) 의 절삭날부 (28) 의 확대 단면도이고, 도 4 는, 질화 처리 후이고 호닝 처리 전의 절삭날부 (28) 의 확대 사진이다. 또한, 도 5 는, 질화 처리 후이고 호닝 처리 후의 스파이럴 탭 (10) 의 절삭날부 (28) 의 확대 단면도이고, 도 6 은, 질화 처리 후이고 호닝 처리 후의 절삭날부 (28) 의 확대 사진이다. 또한, 도 4 및 도 6 은, 스파이럴 탭 (10) 의 단면을 부식액에 의해 부식시키고, 금속 현미경으로 확대된 확대 화상을 촬상한 사진이다. 도 4 및 도 6 에 있어서 질소 확산층 (38) 은 공구 모재 (36) 보다 부식되기 쉽고, 금속 현미경 사진에서는 상대적으로 검게 나타나 있다.
절삭날부 (28) 에서는, 예를 들어, 호닝 (R 호닝) 가공에 의한 R 모따기가 실시되어 있고, 도 5 에 나타내는 확대 단면도 및 도 6 에 나타내는 확대 사진에 나타내는 바와 같이, 연삭 등에 의한 성형 공정시에는 공구 모재 (36) 에 형성되어 있던 날카로워진 날끝 (34) 이 제거되어 있다. 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 절삭날부 (28) 에 있어서의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t1) 와, 절삭날부 (28) 와는 상이한 다른 부분 (플랭크면 (32) 이나 레이크면 (30)) 에 있어서의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t2) 의 차는 5 ㎛ 이내이다. 상기 절삭날부 (28) 에 있어서의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t1) 는, 선단각 (α) 의 반각 (α/2) 의 방향에서 측정된 값이고, 상기 플랭크면 (32) 이나 레이크면 (30) 에 있어서의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t2) 는, 플랭크면 (32) 이나 레이크면 (30) 에 직각인 방향의 값이다.
도 7 은, 스파이럴 탭 (10) 의 제조 공정의 주요부를 나타내고 있다. 탭 연삭 공정 P1 에서는, 예를 들어 고속도 공구강제의 봉상의 공구 모재 (36) 에, 나사 연삭에 의한 나사산 (18) 이 형성되고, 홈 연삭에 의해 비틀림 홈 (20) 이 형성되며, 산 제거 연삭에 의해 물림부 (22) 가 형성된다. 또한, 필요에 따라 공구 모재 (36) 에 ??칭이 실시된다.
이어서, 질화 처리 공정 P2 에서는, 예를 들어, 암모니아 가스 분위기하에서 500 ℃ 이상 550 ℃ 이하의 온도를 유지한 분위기로 내에서, 가스 질화를 실시함으로써, 도 3 에 나타내는 확대 단면도 및 도 4 에 나타내는 확대 사진과 같이, 공구 모재 (36) 의 표면에 질소 확산층 (38) 이 예를 들어 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 정도의 두께로 형성된다. 이 질소 확산층 (38) 이 형성된 공구 모재 (36) 의 표면 경도는 예를 들어 950 HV 이상 1050 HV 이하 (JIS Z 2244 : 2009) 이다. 이 비커스 경도 HV 의 측정에서는, 0.3 Kgf 의 압입 하중을 사용하였다.
그리고, 호닝 처리 공정 P3 에서는, Al2O3, SiC 등의 연마 입자가 압축 공기와 함께 노즐 (N) 로부터 질화 처리된 절삭날부 (28) 의 선단 즉 날끝 (34) 을 향하여 국소적으로 분사되고, 날끝 (34) 이 제거되어 절삭날부 (28) 의 선단이 둥글어진다. 이로써, 절삭날부 (28) 의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t1) 는 플랭크면 (32) 이나 레이크면 (30) 등의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t2) 와의 차가 5 ㎛ 이내가 된다. 즉, 호닝 가공이 실시된다. 도 5 에 나타내는 확대 단면도 및 도 6 에 나타내는 확대 사진은, 이 상태를 나타내고 있다. 상기 노즐 (N) 의 방향은, 날끝 (34) 의 선단각 (α) 의 반각 (α/2) 방향이 바람직하다.
〔절삭 시험 1〕
본 발명자들은, 스파이럴 탭 (10) 과 동일한 재질 및 형상이지만 표면 처리 및 호닝 가공이 상이한 시료 1 부터 시료 6 을 표 2 에 나타내는 바와 같이 제조하고, 각 2 개에 대해, 이하의 표 1 에 나타내는 절삭 시험 조건하에서 절삭 (암나사 가공) 을 실시하고, 100 구멍마다 공구 (시료) 를 관찰하여 손상 상태를 파악하고, 평가하였다. 또한, 결손 유무 또는 마모 대소의 상태로부터, 계속 사용이 곤란하다고 판단한 시점에서 수명이라고 판단하고, 그때의 가공수 (가공 구멍수) 의 값을 기록하였다.
도 8 은, 절삭 시험 1 의 시험 결과를 나타내고, 도 9 는 도 8 의 시험 결과에 나타낸 가공수를 시료마다 대비 가능하게 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10 은, 날 결손의 일례인 시료 2 의 절삭날부 (28) 를 확대하여 나타내는 금속 현미경 사진이다.
도 8 및 도 9 에 있어서, 시료 1 은, 가장 일반적인 스파이럴 탭의 사양으로 종래부터 사용되고 있는 것이고, 호닝 가공 및 질화 처리는 실시되어 있지 않다. 이 시료 1 에서는, 날끝 (34) 에 미소한 날 파손이 발생하여 그것을 기점으로 한 마모가 커졌다. 1 개째의 수명 (가공수) 은 700, 2 개째의 수명 (가공수) 은 600 이었다.
시료 2 는, 시료 1 의 내마모성을 높이기 위해서 질화 처리 공정 P2 와 동일한 질화 처리가 실시된 것이다. 이 시료 2 는, 내마모성을 발휘하기 전에 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 의 절손, 날 결손이 발생하였으므로, 시료 1 보다 대폭 짧은 수명이 되었다.
시료 3 은, 시료 1 의 날 파손의 대책으로서, 호닝 가공이 실시된 것이다. 이 시료 3 에 의하면, 날 파손은 것은 억제되지만, 호닝 가공에 의해 신품시부터 초기 마모가 발생하게 되기 때문에, 시료 1 보다 마모가 커지므로, 내구성이 떨어진다.
시료 6 은, 시료 5 와 마찬가지로, 호닝 가공 및 질화 처리가 실시되어 있기는 하지만, 시료 5 와 비교하여, 질화 처리가 호닝 가공 후에 실시되어 있는 점에서, 상이하다. 이 시료 6 에서는, 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 이 제거되어 있지만, 날끝 (34) 이 제거된 후에 질화 처리가 실시되어 있으므로, 절삭날부 (28) 의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t1) 가 다른 플랭크면 (32) 이나 레이크면 (30) 의 두께 (t2) 와 비교하여 크고, 절삭날부 (28) 의 표면에서는, 질소 농도 및 경도가 높아 무르므로, 결손의 억제 효과는 한정적이다. 질소 농도 및 경도는, 표면으로부터 지수 함수적으로 변화하기 때문에, 비교적 근소한 질소 확산층 (38) 의 두께의 차여도, 영향이 큰 것으로 추정된다.
이에 반하여, 질화 처리가 호닝 가공 전에 실시되어 있는 시료 4 및 시료 5 는, 900 회의 가공 후라도 절삭날부 (28) 의 손상이 없고, 마모도 적은 점에서 가공의 계속이 가능하다고 판단되어, 그 900 회에서 절삭 시험이 종료되었다. 이것은, 질소 농도 및 경도가 상대적으로 높고 기계적으로 무른 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 이, 질화 처리 후의 호닝 가공에 의해 제거되어 있는 점에서, 질소 확산층 (38) 이 균일화되어 있으므로, 절삭 탭 (10) 의 절삭날부 (28) 에 마모나 날 결손이 없어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있게 되었다고 추정된다.
〔절삭 시험 2〕
다음으로, 본 발명자들은 스파이럴 탭 (10) 과 동일한 재질 및 형상이고, 전술한 질화 처리 및 호닝 가공을 실시함과 함께, 공구 모재 (36) 표면의 (절삭날부 (28) 와는 상이한 다른 부분에 있어서의) 질소 확산층 (38) 의 두께 (t2) 와 절삭날부 (28) 표면의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t1) 의 차 (Δt) (= │t1 - t2│) 를 변화시킨 시료 A, 시료 B, 시료 C, 시료 D, 시료 E 를 표 3 에 나타낸 바와 같이 제조하였다. 그리고, 각 2 개의 시료에 대해, 상기 표 1 에 나타내는 절삭 시험 조건하에서 절삭 (암나사 가공) 을 실시하고, 100 구멍마다 공구 (시료) 를 관찰하여 손상 상태를 파악하고, 평가하였다. 또한, 결손 유무 또는 마모 대소의 상태로부터, 계속 사용이 곤란하다고 판단한 시점에서 수명이라고 판단하고, 그때의 가공수 (가공 구멍수) 의 값을 기록하였다. 또한, 표 3 의「두께의 차」 항목은, t1 - t2 를 나타내고 있다.
도 11 은, 절삭 시험 2 의 결과를 나타내고 있다. 도 12 는, 도 11 의 시험 결과에 나타낸 가공수를 시료마다 대비 가능하게 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12 에 있어서, 시료 1 은, 가장 일반적인 스파이럴 탭의 사양으로 종래부터 사용되고 있는 것이고, 호닝 가공 및 질화 처리는 실시되어 있지 않다. 이 시료 1 에서는, 날끝 (34) 에 미소한 날 파손이 발생하여 그것을 기점으로 한 마모가 커졌다. 1 개째의 수명 (가공수) 은 700, 2 개째의 수명 (가공수) 은 600 이었다.
시료 2 는, 시료 1 의 내마모성을 높이기 위해서 질화 처리 공정 P2 와 동일한 질화 처리가 실시된 것이고, 두께 (t1) 와 두께 (t2) 의 차 (Δt) 는 13 ㎛ 이다. 이 시료 2 는, 내마모성을 발휘하기 전에 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 의 날 결손, 절손이 발생하였으므로, 시료 1 보다 대폭 짧은 수명이 되었다.
시료 A 는, 시료 2 에, 후처리로서 호닝 가공이 가볍게 실시되어 있고, 그 결과, 두께 (t1) 와 두께 (t2) 의 차 (Δt) 는 9 ㎛ 이다. 이 시료 A 는, 후처리로서의 호닝 가공이 불충분하기 때문에, 절손이나 날 결손이 발생하였다.
시료 B 및 시료 C 는, 시료 2 에, 후처리인 호닝 가공 (호닝 처리 공정 P3) 이 적절히 실시되어 있고, 두께 (t1) 와 두께 (t2) 의 차 (Δt) 는 각각 5 ㎛ 및 1 ㎛ 이다. 시료 B 및 시료 C 는, 900 회의 가공 후라도 절삭날부 (28) 의 손상이 없고, 마모도 적은 점에서 가공의 계속이 가능하다고 판단되고, 그 900 회에서 절삭 시험이 종료되었다.
시료 D 는, 시료 2 에, 후처리인 호닝 가공이 약간 과잉으로 실시되어 있으며, 그 결과 두께 (t1) 와 두께 (t2) 의 차 (Δt) 는 5 ㎛ (t1 - t2 = -5 ㎛) 이다. 이 시료 D 는, 900 회의 가공 후에는 절삭날부 (28) 의 손상은 없지만, 마모는 큰 점에서 그 이상의 가공의 계속이 불가능하다고 판단되었지만, 시료 1 보다는 내마모성이 우수하였다. 이것은, 질소 농도 및 경도가 상대적으로 높고 기계적으로 무른 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 이 질화 처리 후의 호닝 가공에 의해 제거되어 있고, 두께 (t1) 와 두께 (t2) 의 차 (Δt) (절대값) 가 5 ㎛ 이내인 점에서, 질소 확산층 (38) 이 균일화되어 있으므로, 절삭 탭의 절삭날부 (28) 에 마모나 날 결손이 없어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있게 되었다고 추정된다.
시료 E 는, 시료 2 에, 후처리인 호닝 가공이 과잉으로 실시되어 있으며, 그 결과, 두께 (t1) 와 두께 (t2) 의 차 (Δt) 는 9 ㎛ (t1 - t2 = -9 ㎛) 이다. 이 시료 D 에서는, 내마모성이 불충분하고, 시료 1 과 마찬가지로 700 회를 초과하면 마모가 과대해졌다.
상기 서술한 바와 같이, 본 실시예의 스파이럴 탭 (절삭 탭) (10) 의 제조 방법에 의하면, 질화 처리 공정 P2 에 있어서, 가열하에 있어서 분위기 가스에 포함되는 질소 원자가 절삭 탭의 공구 모재 (36) 의 표면으로부터 확산된 질소 확산층 (38) 이 형성된 후에, 호닝 처리 공정 P3 에 있어서, 절삭 탭의 공구 모재 (36) 의 절삭날부 (28) 에 연마 입자를 충돌시켜 절삭날부 (28) 가 둥글어져, 날끝 (34) 이 제거된다. 절삭날부 (28) 에는 플랭크면 (32) 으로부터의 확산과 레이크면 (30) 으로부터의 확산에 의해 질소 확산층 (38) 이 미리 두껍게 형성되고, 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 은 질소 농도 및 경도가 상대적으로 높고, 기계적으로 무르다. 이 때문에, 그러한 기계적으로 무른 날끝 (34) 이 제거됨으로써, 절삭 탭의 절삭날부 (28) 에 있어서의 마모나 날 결손이 감소되어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 얻어짐과 함께, 질소 확산층 (38) 의 두께가 균일화된다.
또한, 본 실시예의 스파이럴 탭 (절삭 탭) (10) 에 의하면, 스파이럴 탭 (10) 의 절삭날부 (28) 에 있어서의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t1) 와 절삭날부 (28) 와는 상이한 다른 부분 (플랭크면 (32) 이나 레이크면 (30)) 에 있어서의 질소 확산층 (38) 의 두께 (t2) 의 차 (Δt) (절대값) 는 5 ㎛ 이내이다. 이 때문에, 절삭날부 (28) 는 질소 농도 및 경도가 그다지 높지는 않고, 기계적인 무름도 그다지 차이는 없으므로, 스파이럴 탭 (10) 의 절삭날부 (28) 에 있어서의 마모나 날 결손이 감소되어, 양호한 절삭성을 장기로 유지할 수 있는 공구 성능이 얻어진다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 그 밖의 양태에 있어서도 적용된다.
예를 들어, 전술한 실시예의 절삭 탭 (스파이럴 탭 (10)) 에는, 비틀림 홈 (20) 이 형성되어 있었지만, 홈의 형상은 스트레이트 홈 혹은 스파이럴 포인트 홈이어도 상관없다. 또, 본 발명의 절삭 탭은, 스트레이트 홈이 형성된 탭, 스파이럴 홈이 형성된 탭, 나사 절삭 밀링 커터 등이어도 되고, 절삭날을 갖는 회전 절삭 공구이면 된다.
또한, 전술한 실시예의 절삭 탭 (스파이럴 탭 (10)) 은 3 장 날로 구성되어 있었지만, 날 수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 절삭 탭은, 예를 들어 고속도 공구강이나 초경합금강 등의 다양한 공구 재료 (공구 모재 (36)) 를 사용하여 구성할 수 있고, 필요에 따라, AlCrN 등의 경질 피막을 질소 확산층 (38) 상에 피착시킬 수도 있다.
또, 전술한 실시예의 질화 처리 공정 P2 에서는 가스 질화가 실시되고 있었지만, 가스 질화 외에, 가스 연질화, 이온 질화, 염욕 질화, 플라즈마 질화 등이 사용되어도 된다.
또, 전술한 실시예의 호닝 처리 공정 P3 에서는, 절삭날부 (28) 에 지립을 사용한 블라스트 처리를 국소적으로 실시함으로써 절삭날부 (28) 의 날끝 (34) 을 제거하고 있었지만, 유리 비드를 사용한 블라스트 처리를 실시해도 되고, 스틸 볼 등 다른 재료를 사용한 블라스트 처리를 실행해도 상관없다.
또한, 호닝 처리 공정 P3 에서는, 연마 입자를 압축 공기와 함께 분사시켜도 되지만, 액체와 함께 분사시켜도 되고, 연마편과 함께 배럴조 내에서 배럴 연마를 실시해도 된다. 배럴 연마는 국소적인 연마는 아니지만, 절삭 탭 (10) 이 날카로워진 날끝 (34) 이 우선적으로 제거된다. 또한, 연마 입자는, Al2O3, SiC 등의 지립이어도 되지만, 유리 입자, 강구 등이 사용되어도 된다.
또한, 상술한 것은 어디까지나 일 실시형태이고, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 다양한 변경, 개량을 가한 양태로 실시할 수 있다.
10 : 스파이럴 탭 (절삭 탭)
28 : 절삭날부
30 : 레이크면 (절삭날부와는 상이한 다른 부분)
32 : 플랭크면 (절삭날부와는 상이한 다른 부분)
36 : 공구 모재 (모재)
38 : 질소 확산층
Δt : 차
28 : 절삭날부
30 : 레이크면 (절삭날부와는 상이한 다른 부분)
32 : 플랭크면 (절삭날부와는 상이한 다른 부분)
36 : 공구 모재 (모재)
38 : 질소 확산층
Δt : 차
Claims (2)
- 질소 확산층을 갖는 절삭 탭의 제조 방법으로서,
가열하에 있어서 분위기 가스에 포함되는 질소 원자가 상기 절삭 탭의 모재의 표면으로부터 확산된 질소 확산층을 형성하는 질화 처리 공정과,
상기 질화 처리 공정을 거친 상기 절삭 탭의 상기 모재의 절삭날부에 연마 입자를 충돌시켜 상기 절삭날부를 둥글게 하는 호닝 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화 처리된 절삭 탭의 제조 방법. - 질소 확산층을 갖는 절삭 탭으로서,
상기 절삭 탭의 절삭날부에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께와 상기 절삭날부와는 상이한 다른 부분에 있어서의 상기 질소 확산층의 두께의 차는, 5 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 질화 처리된 절삭 탭.
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