JP5424911B2

JP5424911B2 - 切削工具

Info

Publication number: JP5424911B2
Application number: JP2010012655A
Authority: JP
Inventors: 和範石川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-01-23
Filing date: 2010-01-23
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-01-23
Also published as: JP2011148066A

Description

本発明は、切削工具に関し、特に難削材の加工に適した切削工具に関する。

金属等の切削に用いられる切削工具は最近要求が厳しくなっており、長寿命化はもちろんのこと切削工具が使用される切削条件も高速切削や難削材の加工等の厳しい条件で使用される傾向にある。このような切削工具においては、加工条件が厳しくなるにつれて切削時に切刃が高温になり、高温になった切刃を含むコーナー部分が熱衝撃によって大きく欠損することが発生している。特に、難削材として知られる金属チタン（Ｔｉ）を加工すると、切刃先端にて発生した切屑が急激に立ち上がって排出される傾向にあるので切刃先端のみに局所的な大きな負荷と熱がかかり、切刃先端が高温になって材料の劣化が進行しやすく、また、高温になったコーナー部の切刃とそれに続く温度が上がりにくい辺部切刃との間で大きな温度差ができる結果、熱衝撃によって切刃から近い位置にクラックが発生し、これが進展してコーナー部全体が欠損して大きく損傷してしまうという問題があった。

そこで、例えば、特許文献１には、ブレーカ溝の底面に切屑が接触しないような凹部を形成することによって、切屑のブレーカ溝への接触面積を小さくして切刃近傍のみが高温となるのを防止し、サーマルクラックの発生・進行を抑制できることが記載されている。また、特許文献２では、スローアウェイチップをクランプオン方式で保持するクランプ部材に冷媒供給孔を設けるとともに、ホルダ内にこの冷媒供給孔に通じる冷媒供給管を配設して、切刃に近いところから切刃を冷却する冷媒を供給する構成が開示されている。

さらに、特許文献３では、切刃に近い位置に複数の突起が並んだ突起列を設けて、切屑が切刃からブレーカにわたってベタ当たりして切刃の温度が上昇するのを抑制する構成が開示されている。また、特許文献４では、超硬合金またはサーメットからなる本体に、切刃をなすｃＢＮ焼結体を備えたスローアウェイチップにおいて、本体のｃＢＮ焼結体の近い位置にチップブレーカを設けるとともに、少なくともブレーカの切屑当たり面にチタン化合物系のコーティング層を形成したスローアウェイチップが開示されている。なお、特許文献３および特許文献４にはチップ全体の表面にコーティング層を形成する構成が記載されている。

特開平４−２９４９１１号公報特開２００２−３４６８１０号公報特開２００９−００６４３７号公報特開平０９−２６７２０３号公報

しかしながら、特許文献１のようにブレーカ溝の底面に切屑が接触しないような凹部を形成する方法は、金属チタン（Ｔｉ）の加工のように切刃先端にて発生した切屑が急激に立ち上がって排出される形態には効果がなく、かえって切刃先端の強度低下につながって耐欠損性が低下することが多かった。また、特許文献２のように、切刃近傍に冷媒供給機構を設けた構成では、装置が複雑になって大型化することから、溝入チップのように切刃先端付近が小さいチップには適用できないとともに、クランプ部材のセットに手間がかかり作業性が悪いという問題があった。

さらに、特許文献３、４のようにブレーカ突起の表面を含むすくい面全面にコーティング層を形成するものにおいては、Ｔｉ化合物層やＡｌ_２Ｏ_３層を形成した場合、基体の熱伝導率よりもコーティング層の熱伝導率が悪くて、切刃の温度上昇を抑制することができずに工具寿命を延ばすことができなかった。

したがって、本発明の目的は、金属チタンのような難削材の切削加工においても工具寿命を延命できる切削工具を提供することである。

本発明の切削工具は、超硬合金製の基体からなり、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃として、前記すくい面の前記切刃から近い位置に複数個の突起が並んだ突起群を設けるとともに、前記突起のみにＡｌ_２Ｏ_３層を形成したものである。

ここで、前記複数個の突起はすくい面を平面視したとき円形であることが望ましい。

また、前記Ａｌ_２Ｏ_３層の下層としてＴｉ系立方晶層を形成したものであっても良い。

さらに、先端切刃と側面切刃を具備する溝入加工用として使用するとともに、前記突起が前記先端切刃と平行に４つ並んだ構成であることが望ましい。

また、本発明の他の切削工具は、超硬合金製の基体からなり、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃として、前記すくい面の前記切刃から近い位置に複数個の突起が並んだ突起群を設けるとともに、前記突起は、前記基体の表面にＡｌ_２Ｏ_３粒子の一部が埋め込まれ一部が突出したものからなる。

この構成によれば、突起が基体とは別体の球状体にて形成されているので、前記突起が切削中に脱落してしまっても、脱落した跡が孔になって油孔の役目を果たすので切屑のベタ当たりを抑制することができる。

本発明によれば、超硬合金製の基体の切刃近傍に突起を設けるとともに突起のみにＡｌ_２Ｏ_３層を形成するか、またはＡｌ_２Ｏ_３粒子が埋め込まれた突起を形成したことから、切刃にかかる衝撃の一部を突起が受けるとともに切屑がベタ当たりにならずに切刃の温度上昇を抑制できる。また、Ａｌ_２Ｏ_３層は基体に比べて熱伝導率が悪いことから、Ａｌ_２Ｏ_３層は切屑が激しく接触する突起のみに形成して、他の部分は熱伝導性の良い超硬合金基体にて切削工具の表面を構成する。この構成により、切削によって発生した熱は効率よく放熱されて、切刃先端が熱により劣化することも防止できる。

ここで、前記複数個の突起はすくい面を平面視したとき円形であることが、突起に切屑が接触する接触面積を小さくできる点で望ましい。また、前記Ａｌ_２Ｏ_３層の下層としてＴｉ系立方晶層を形成したものであれば、被覆層全体の耐摩耗性がさらに向上する。

さらに、溝入加工、すなわち切削液や冷媒を切刃近傍まで送り込みにくい切削形態の切削工具として使用する場合であっても、本発明の効果は失われず有効に機能する。このとき、溝入加工用切削工具の形状については、突起が先端切刃と平行に４つ並んだ構成であることが、突起の耐久性と切刃の温度上昇防止とのバランスを取る点で望ましい。

なお、前記突起が基体１１の表面にＡｌ_２Ｏ_３粒子の一部が埋め込まれて一部が突出した構成からなる場合には、突起が基体とは別体の球状体にて形成されているので、前記突
起が切削中に脱落してしまっても、脱落した跡が孔になって油孔の役目を果たすので切屑のベタ当たりを抑制することができる。

溝入加工用スローアウェイチップの好適例についての概略斜視図である。図１のチップを（ａ）上方から見た概略図、（ｂ）先端方向から見た概略図である。図２（ａ）のＡ−Ａ断面図（Ａ）、Ｂ−Ｂ断面図（Ｂ）、Ｃ−Ｃ断面図（Ｃ）である。溝入加工用スローアウェイチップの他の実施態様について、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図（Ａ）、Ｂ−Ｂ断面図（Ｂ）、Ｃ−Ｃ断面図（Ｃ）である。

本発明の切削工具の好適例である溝入加工用スローアウェイチップについて、その一例についての概略斜視図である図１、図１のチップを（ａ）上方から見た概略図、（ｂ）先端方向から見た概略図である図２、図２（ａ）の（Ａ）Ａ−Ａ断面図、（Ｂ）Ｂ−Ｂ断面図、（Ｃ）Ｃ−Ｃ断面図である図３を基に説明する。

図１に示すように、溝入加工用スローアウェイチップ（以下、単にチップと称す。）１は、チップ本体２の端部上面に設けられたすくい面３と逃げ面７との交差稜線を切刃（すくい面３の先端縁および両端縁にそれぞれ設けられた先端切刃４および側面切刃５）として、すくい面３の先端切刃４から近い位置に複数個の突起１３が並んだ突起群を設けるとともに、突起１３のみにＡｌ_２Ｏ_３層１０ａを形成したものである。

なお、チップ本体２をなす基体１１は超硬合金からなる。また、先端切刃４と突起１３の先端との距離は０．１〜０．７ｍｍの範囲であることが、突起１３がブレーカとしての効果を発揮する上で望ましい。さらに、突起１３のサイズは切刃の形状や切削条件によって異なるが、例えば、刃幅３ｍｍの溝入加工用スローアウェイチップの場合、突起１３の幅が０．２〜０．６ｍｍ、高さが０．１〜０．３ｍｍのサイズで形成することが、突起１３がブレーカとしての効果を発揮する上で望ましい。

ここで、図１、２によれば、複数個の突起１３はすくい面３を平面視したときに円形であり、この形状であれば、突起に切屑が接触する接触面積を小さくできる。また、Ａｌ_２Ｏ_３層１０ａの下層としてＴｉ系立方晶層１０ｂを形成したものであれば、被覆層１０全体の耐摩耗性がさらに向上する。なお、Ａｌ_２Ｏ_３層１０ａの厚みは０．５〜３μｍ、Ｔｉ系立方晶層１０ｂの厚みは０．５〜３μｍであることが、被覆層１０がチッピングすることなく耐摩耗性を高めるために望ましい。

さらに、図１〜３のスローアウェイチップは、溝入加工、すなわち切削液や冷媒を切刃近傍まで送り込みにくい切削形態の切削工具として使用する場合であっても、本発明の効果は失われず有効に機能する。このとき、溝入加工用切削工具の形状については、図１〜３に示すように、前端切刃４と平行に突起１３が４つ並んだ構成であることが突起１３の耐久性と先端切刃４の温度上昇防止とのバランスを取る点で望ましい。

なお、本発明における突起の構成としては、上記図３の構成に限定されるものではなく、図４に示すように、基体１１の表面にＡｌ_２Ｏ_３粒子の一部が埋め込まれて一部が突出した構成の突起１４であってもよい。この場合には、突起１４が基体１１とは別体の球状体にて形成されているので、突起１４が切削中に脱落してしまっても、脱落した跡が孔になって油孔の役目を果たすので切屑のベタ当たりを抑制することができるとともに切屑の流れが円滑になって先端切刃４の温度上昇を抑制できる点で望ましい。

また、先端切刃４は、図２に示すように、両側の角部から中央部側へ向かうに従って低くなるように凹状をなしていることが、切屑の流れを中央部に固定させて安定した切屑処理ができる点で望ましい。

（製造方法）
上記図１〜３の溝入加工用スローアウェイチップを製造する方法の一例について説明する。まず、原料を調合して混合し、プレス成形によって成形体を作製し、焼成後に研削加工することによって、超硬合金製の基体を作製する。そして、下記の方法のいずれかによって突起のみにＡｌ_２Ｏ_３層を含む被覆層を形成することによって作製できる。
方法１
突起以外の基体表面をマスキングで覆ってコーティングする方法。
方法２
切削工具の全面をコーティングした後、突起をマスキングで覆って研磨加工する方法。方法３
基体の突起以外の表面にアルカリ金属成分を含む物質をコーティングしておき、このチップの全面にＡｌ_２Ｏ_３層をコーティングし、その後にブラシ加工やブラスト加工等の研磨処理をして突起以外のＡｌ_２Ｏ_３層を除去する方法。

なお、基体１１にＡｌ_２Ｏ_３層１０ａおよびＴｉ系立方晶層１０ｂの被覆層１０を成膜する方法としては、化学蒸着（ＣＶＤ）法またはイオンプレーティング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。

また、上記図１、２、４に記載された他の実施態様についての溝入加工用スローアウェイチップを製造する方法の一例について説明する。まず、原料を調合して混合する。そして、プレス成形によって成形体を作製した後、成形体に対して、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ等の球状のＡｌ_２Ｏ_３粒子を所定の位置に埋め込むか、または成形する際に球状のＡｌ_２Ｏ_３粒子を所定の位置に配置した状態でプレス成形することにより、所定の位置にＡｌ_２Ｏ_３粒子が埋め込まれた成形体を得る。この成形体を焼成し、その後所望により研削加工することによって、Ａｌ_２Ｏ_３粒子が埋め込まれたスローアウェイチップを作製できる。

ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末およびＶＣ粉末を混合し、これにバインダとしてパラフィンを添加、造粒して平均粒径１００μｍの造粒粉末を調整した。次に、図１の溝入加工用スローアウェイチップ（チップの厚み（成形体部の高さ）ｔ_１＝４．３ｍｍ、刃幅＝３．０ｍｍ、先端切刃逃げ角β_１＝４．５°、側面切刃逃げ角β_２＝６°、先端切刃の角部におけるすくい角α_１＝６．０°、先端切刃の中央部におけるすくい角α_２＝１４．５°）を成形できる金型を用いてプレス成形にて成形体を得た。この成形体を脱バインダ処理して真空焼成して研削加工およびホーニング加工を行った後、表１に示す工程を経て表１に示す突起を形成したスローアウェイチップを作製した（試料Ｎｏ．１〜８）。なお、突起の直径が０．５ｍｍ以下の試料については図１〜３のように突起を先端切刃に対して並列に４個並べた形態とし、突起の直径が０．５ｍｍを超える試料については突起を先端切刃に対して並列に２個並べた形態とした。

次に、得られたサーメット製の切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表１に併記した。
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ
切削速度：６０ｍ／分
送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍの片削り切削
切削状態：湿式（水溶性切削液使用）
評価方法：欠損するまで（継続加工不可になるまで）の時間（最大８５分まで切削）

表１より、突起列を形成しない試料Ｎｏ．８では、切削時間５分でコーナーＲ全体が欠損するような損傷が発生してしまった。また、チップの全面に被覆層を形成した試料Ｎｏ．７では放熱性が低下して切削時間７分で突発欠損した。

これに対して、突起列を形成した試料Ｎｏ．１〜６では、いずれも突発欠損が発生しにくく工具寿命が長くなった。

１溝入加工用スローアウェイチップ（チップ）
２チップ本体
３すくい面
４先端切刃
５側面切刃
７逃げ面
７ａ前逃げ面
７ｂ横逃げ面
８着座面
１０被覆層
１０ａＡｌ_２Ｏ_３層
１０ｂＴｉ系立方晶層
１１基体
１３、１４突起

Claims

超硬合金製の基体からなり、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃として、前記すくい面の前記切刃から近い位置に複数個の突起が並んだ突起群を設けるとともに、前記突起のみにＡｌ_２Ｏ_３層を形成した切削工具。
前記複数個の突起はすくい面を平面視したとき円形である請求項１記載の切削工具。
前記Ａｌ_２Ｏ_３層の下層としてＴｉ系立方晶層を形成したものである請求項１または２記載の切削工具。
先端切刃と側面切刃を具備する溝入加工用として使用され、前記突起が前記先端切刃と平行に４つ並んだ構成である請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
超硬合金製の基体からなり、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃として、前記すくい面の前記切刃から近い位置に複数個の突起が並んだ突起群を設けるとともに、前記突起が基体１１の表面にＡｌ_２Ｏ_３粒子の一部が埋め込まれて一部が突出したものである切削工具。