JPH1158106A - Diamond-coated cutting tool and its manufacture - Google Patents
Diamond-coated cutting tool and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH1158106A JPH1158106A JP23907197A JP23907197A JPH1158106A JP H1158106 A JPH1158106 A JP H1158106A JP 23907197 A JP23907197 A JP 23907197A JP 23907197 A JP23907197 A JP 23907197A JP H1158106 A JPH1158106 A JP H1158106A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- coating layer
- cemented carbide
- diamond coating
- tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、非鉄金属材料、電
子材料、光学部品などの加工に用いられる工具、特に気
相合成法による薄膜のダイヤモンドコーティング層を有
する切削工具とその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tool used for processing non-ferrous metal materials, electronic materials, optical parts, etc., and more particularly to a cutting tool having a thin diamond coating layer formed by a vapor phase synthesis method and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種加工に用いられる切削工具材料と
しては、硬度、熱伝導性外の特性により天然又は合成の
単結晶乃至多結晶ダイヤモンドが優れたものとして知ら
れている。又合成ダイヤモンドとしては、超高圧の焼結
法による焼結ダイヤモンドと、低圧の気相合成法による
ダイヤモンドコーティング層によるものとが実用されて
いる。2. Description of the Related Art As a cutting tool material used for this kind of machining, natural or synthetic single crystal or polycrystalline diamond is known to be excellent due to characteristics other than hardness and heat conductivity. As the synthetic diamond, a sintered diamond formed by an ultra-high pressure sintering method and a diamond formed by a diamond coating layer formed by a low-pressure gas phase synthesis method have been put into practical use.
【0003】上記の各種のダイヤモンドは夫々に特徴を
有するが、コストその他の面より、気相合成法によるダ
イヤモンドコーティング層によるものが最も好ましいと
されながら、生成したダイヤモンドコーティング層の接
着力や品質に不安定性があるなどの問題を残している。[0003] Each of the above-mentioned diamonds has its own characteristics, but from the viewpoint of cost and other aspects, it is most preferable to use a diamond coating layer formed by a vapor phase synthesis method. There are still problems such as instability.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドコーティ
ング層の接着力を高めるための方法や、品質や層厚を高
めるための方法は非常に沢山に提案されているが、未だ
充分とは言えない状態である。また層厚を薄くし、高品
質で平滑な表面を有するダイヤモンドコーティング層を
得るため、合成気体中に窒素を含有せしめることが特開
平7−172988号公報によって提案されている。A number of methods have been proposed for increasing the adhesion of the diamond coating layer and for improving the quality and thickness of the diamond coating layer. is there. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-172988 proposes that nitrogen be contained in a synthetic gas in order to obtain a diamond coating layer having a high quality and a smooth surface with a reduced thickness.
【0005】上記提案は、エアノズル、ウォーターノズ
ルなどにおいて、層厚の薄い即ち微粒薄膜ダイヤモンド
コーティング層が、素晴らしい効果を発揮すると言う、
優れた提案であるが、未だ充分な実用の域に達していな
い模様である。The above proposal suggests that a thin layer, that is, a fine-grained thin film diamond coating layer, has an excellent effect in air nozzles, water nozzles, and the like.
It is an excellent proposal, but it seems that it has not yet reached a practical level.
【0006】切削加工分野では超硬合金の表面にダイヤ
モンド層を10〜30μm被覆し、切削工具として実用
化されてきたが、薄膜のダイヤモンドコーティング法は
実用化されていない。超硬合金工具は切削時に激しい熱
衝撃が加わるため、超硬合金母材とコーティング層はか
なり強固に接合していることが要求されている。一般に
よく用いられるダイヤモンドコーティングの母材として
は、Si結晶が用いられ、その膜厚を薄膜から厚膜まで
自由に制御する技術はすでに公知のところであるが、超
硬合金を母材とする工具のような、厳しい環境条件で用
いられる工具におけるダイヤモンドコーティングについ
てはまだ検討が十分なされていない。とくに切削加工の
分野においては、このような微粒薄膜コーティング層は
実用されていない。これは所要のコーティング層の生成
に困難性があると共に、コーティング層に適した切削工
具形状などの問題の研究が不充分なためと思われる。[0006] In the field of cutting, a diamond layer is coated on the surface of a cemented carbide with a thickness of 10 to 30 µm, and has been put to practical use as a cutting tool. However, a diamond coating method for a thin film has not been put to practical use. Since a severe thermal shock is applied to the cemented carbide tool during cutting, it is required that the cemented carbide base material and the coating layer are bonded very firmly. As a commonly used base material for diamond coating, a Si crystal is used, and a technique for freely controlling the film thickness from a thin film to a thick film is already known. Such diamond coating on tools used under severe environmental conditions has not yet been sufficiently studied. Particularly in the field of cutting, such a fine-grained thin film coating layer has not been put to practical use. This seems to be due to the difficulty in producing the required coating layer and insufficient research on problems such as the shape of the cutting tool suitable for the coating layer.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような課
題に着目し、試作研究を重ねた結果到達したもので、そ
の特徴とするところを列記すれば次の通りである。The present invention has been achieved by focusing on the above-mentioned problems and conducting repeated trial production research. The features of the present invention are as follows.
【0008】切削加工におけるダイヤモンドコーティン
グの問題は種々検討、研究を重ねた結果、コート層の剥
離、エッジ部欠けが問題となり、ダイヤモンド層の摩耗
は特に大きな問題でないことを見いだした。すなわち超
硬合金の熱膨張係数とダイヤモンドの熱膨張係数の差を
少なくし、かつ刃先にかかる圧縮応力の軽減などにより
解決される。とくに刃先にかかる応力の低減ではコート
層の厚みを薄くすることは超硬合金では非常に難しい。
それは、超硬合金上では初期のダイヤモンド層はCoな
どの金属の反応によりダイヤモンド層が炭素、あるいは
アモルファスダイヤモンドに変化するため数μmのオー
ダーでは完全なダイヤモンド結晶にならない。これは図
5に示したアモルファス層から図6に示す結晶化が進行
し、20〜30μmを積むと図7の如く完全結晶とな
る。As a result of repeated investigations and studies on the problem of diamond coating in cutting work, it was found that peeling of the coating layer and chipping of the edge portion became problems, and that abrasion of the diamond layer was not a particularly serious problem. That is, the problem can be solved by reducing the difference between the coefficient of thermal expansion of the cemented carbide and the coefficient of thermal expansion of diamond and reducing the compressive stress applied to the cutting edge. In particular, it is very difficult to reduce the thickness of the coating layer with a cemented carbide in reducing the stress applied to the cutting edge.
That is, on a cemented carbide, the initial diamond layer changes to carbon or amorphous diamond due to the reaction of a metal such as Co or the like, so that a complete diamond crystal is not formed on the order of several μm. This is because the crystallization shown in FIG. 6 proceeds from the amorphous layer shown in FIG. 5, and when 20 to 30 μm is stacked, a complete crystal is formed as shown in FIG. 7.
【0009】本発明の骨子は超硬合金上にて、3μm以
下の薄膜ダイヤモンドコーティング層を形成させること
に成功したものである。とくにスローアウェイチップ、
ドリル、エンドミルなど工具刃先にかなりの熱応力がか
かる切削工具での問題を解決したことを特徴とする。The gist of the present invention is that a thin diamond coating layer having a thickness of 3 μm or less is successfully formed on a cemented carbide. Especially throwaway tips,
It is characterized by solving the problem with cutting tools, such as drills and end mills, where considerable thermal stress is applied to the tool edge.
【0010】本発明の構成は超硬合金の熱膨張係数が
5.0×10-6/℃以下であり、かつ主成分とするWC
が90重量%以上である母材を用いることにより、切削
加工時に発生するダイヤモンドコーティング層と超硬合
金層の界面の応力を少なくさせたことにある。熱膨張係
数が5.0×10-6/℃以上であれば、直ぐに膜剥離が
おきるため、実用に適さなかった。また主成分とするW
Cが90重量%以下のときは微粒の薄膜コートが出来な
かった。該超硬合金の結晶粒は1μm以下が好ましい。
また超硬合金の強度が200kg/mm2 以上が望まし
い。これ以下の強度では信頼性にかける。According to the constitution of the present invention, the cemented carbide has a coefficient of thermal expansion of not more than 5.0 × 10 −6 / ° C.
Is that the stress at the interface between the diamond coating layer and the cemented carbide layer, which is generated at the time of cutting, is reduced by using a base material having a content of 90% by weight or more. If the coefficient of thermal expansion is not less than 5.0 × 10 −6 / ° C., the film is immediately peeled off, which is not suitable for practical use. W as the main component
When C was 90% by weight or less, a fine particle thin film could not be coated. The crystal grain of the cemented carbide is preferably 1 μm or less.
Further, the strength of the cemented carbide is desirably 200 kg / mm 2 or more. If the strength is lower than this, reliability is applied.
【0011】次ぎの発明の要件はダイヤモンドコーティ
ング層の結晶が粒径3μm以下であり、かつダイヤモン
ド相のラマン分光分析の結果によるダイヤモンド合成率
(1333cm-1付近のダイヤモンドピークと1500
cm-1〜1600cm-1の黒鉛構造の非晶質ピークの比
率)が0.1以下であり、かつダイヤモンドコーティン
グ層の表面粗さがRmax3μm以下であることを特徴
とする。ダイヤモンドコーティング層の結晶粒を3μm
以下に制御すると、ダイヤモンドの膜強度が向上し、か
つダイヤモンドコーティング層の表面粗度が良くなるた
め、ダイヤモンドコーティング層と被削材との間の摩擦
係数が低減される。好ましくは、ダイヤモンドコーティ
ング層の結晶粒径を1μm以下にすると、さらに耐剥離
性が向上する。従って超微粒結晶の析出はさらに良い結
果をだす。The next requirement of the invention is that the diamond coating layer has a crystal size of 3 μm or less, and the diamond synthesis rate (the diamond peak near 1333 cm −1 and the 1500
cm amorphous ratio of the peak of the graphite structure of -1 ~1600cm -1) it is 0.1 or less, and surface roughness of the diamond coating layer is equal to or less than Rmax3myuemu. 3 μm crystal grains of diamond coating layer
When the control is performed as follows, the diamond film strength is improved and the surface roughness of the diamond coating layer is improved, so that the coefficient of friction between the diamond coating layer and the work material is reduced. Preferably, when the crystal grain size of the diamond coating layer is 1 μm or less, the peeling resistance is further improved. Therefore, precipitation of ultrafine crystals gives better results.
【0012】本発明の実施に当っては、超硬合金のWC
結晶の粒径を細かく、望ましくは1μm以下の結晶で構
成された超硬合金を用い、該WC結晶のエッジ部分に超
微粒のダイヤモンド粒を種付けすることにより、微粒ダ
イヤモンドが析出されることを見いだした。超硬合金を
ベースとするダイヤモンドコーティングにおいては、超
硬合金のWC結晶のエッジ部分から微細なダイヤモンド
結晶が析出することが明らかになった。In the practice of the present invention, the WC
By using a cemented carbide having a fine crystal grain size, desirably a crystal of 1 μm or less, and seeding ultrafine diamond grains at the edge of the WC crystal, it is found that fine diamond grains are precipitated. Was. In the diamond coating based on the cemented carbide, it was found that fine diamond crystals were precipitated from the edge of the WC crystal of the cemented carbide.
【0013】またあらかじめ超微粒のダイヤモンド粒を
種付けしておくと、該生成の初期から完全なダイヤモン
ドが合成されることを見いだした。すなわちコーティン
グ初期から微粒でかつ完全結晶のダイヤモンド(図7)
が生成されるので、薄膜で強度の強い気相合成ダイヤモ
ンドが得られる。It has also been found that if ultrafine diamond grains are seeded in advance, perfect diamonds are synthesized from the beginning of the formation. In other words, fine and perfectly crystalline diamond from the beginning of coating (Fig. 7)
Is produced, so that a vapor-phase synthetic diamond having a thin and strong strength can be obtained.
【0014】さらに超硬合金とダイヤモンドの界面の接
着強度を向上させるためには、コーティング前処理とし
ての熱処理即ち還元性雰囲気である水素、CH4 ,CO
などのガス、あるいは還元雰囲気が形成される有機物な
どの溶液、固形物などの存在下で加熱されることが良い
結果を得る。In order to further improve the adhesive strength at the interface between the cemented carbide and diamond, heat treatment as a pretreatment for coating, that is, hydrogen, CH 4 , CO
Good results are obtained when heating is performed in the presence of a gas such as, or a solution such as an organic substance or a solid substance that forms a reducing atmosphere.
【0015】上記熱処理は、超硬合金基材表面の結合金
属、特にCoの含有量を減少せしめる効果があり、その
効果を上げるには処理雰囲気中に炭素元素を存在せしめ
ておくことが好ましい。The heat treatment has the effect of reducing the content of the binding metal, particularly Co, on the surface of the cemented carbide substrate, and it is preferable to have a carbon element in the treatment atmosphere in order to increase the effect.
【0016】切削工具としては、工具の刃部のみが超硬
合金で形成されているか、又は工具全体が一体の超硬合
金で形成されている回転切削工具、旋削工具乃至はスロ
ーアウェイチップのようなその一部となるものである。As the cutting tool, a rotary cutting tool, a turning tool or a throw-away tip, in which only the blade portion of the tool is formed of a cemented carbide or the entire tool is formed of an integral cemented carbide. It is a part of it.
【0017】スローアウェイ(TA)チップの場合、前
記構成を具備した多角形の超硬合金薄板の少なくとも切
刃面上に、前記構成を具備したダイヤモンドコーティン
グ層を設ければ何のような形状でもよいが、その多角形
状を次のような形に特定すれば、総型TAチップとして
用いることが出来る。In the case of a throw-away (TA) chip, any shape can be used as long as a diamond coating layer having the above configuration is provided on at least the cutting edge surface of a polygonal cemented carbide thin plate having the above configuration. It is good, but if the polygonal shape is specified as follows, it can be used as a complete TA chip.
【0018】即ち多角形の少なくとも二つ以上の辺上
に、各辺の一部を切欠いて、その切欠き縁により凹状の
総型刃を形成する。この多角形を正方形、正三角形など
の正多角形とし、切欠き縁を各辺の夫々対称位置に対称
形状に形成すれば、更に効果的に使用することが出来
る。That is, a part of each side is cut out on at least two or more sides of the polygon, and the cutout edge forms a concave mold blade. If this polygon is a regular polygon such as a square or an equilateral triangle, and the notched edges are formed in symmetrical positions at symmetrical positions on each side, it can be used more effectively.
【0019】上記のような形状を備えた総型TAチップ
の場合、切削条件によっては超硬合金並びにダイヤモン
ドコーティング層の構成は、必ずしも前記した要件を具
備していなくても、使用可能と思われる。In the case of a full-type TA tip having the above-described shape, it is considered that the configuration of the cemented carbide and the diamond coating layer can be used depending on the cutting conditions, even if the above requirements are not necessarily satisfied. .
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施状態を次の
実施例の項で説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described in the following embodiments.
【0021】[0021]
(実施例1)図1(イ)及び(ロ)は工具全体が一体の
超硬合金1よりなるエンドミルの実施例の正面図及び側
面図で、工具長Aは45mm、刃径Bは5mmで、4枚
刃の刃長Cは20mmである。なお超硬合金1の材質は
JISK10(WC−6%Co)で、刃長C(切れ刃構
成部)の部分は次の製造法により全面がハッチングで示
すようにダイヤモンドコーティング層2の薄膜で被われ
ている。この薄膜は刃先部分3(切れ刃)のみに設けて
もよいが、製作上も使用上もむしろ刃長C全体に設けた
方が有利なことが多いので、実施例はそれによった。(Embodiment 1) FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a front view and a side view of an embodiment of an end mill in which the entire tool is made of an integral cemented carbide 1. The tool length A is 45 mm, the blade diameter B is 5 mm. The blade length C of the four blades is 20 mm. The material of the cemented carbide 1 is JISK10 (WC-6% Co), and the portion of the blade length C (cutting edge component) is covered with a thin film of the diamond coating layer 2 as shown by hatching by the following manufacturing method. Have been done. Although this thin film may be provided only on the cutting edge portion 3 (cutting edge), it is often more advantageous to provide it over the entire blade length C in terms of manufacturing and use.
【0022】WC層の結晶粒径が0.5μm、結合層の
Co含有量が4重量%、熱膨張係数が4.5×10-6/
℃の超硬合金基材に機械加工を施して、図1におけるダ
イヤモンドコーティング層2のないエンドミル基体を作
成した。この基体を本出願人が国際公開番号WO94/
13852公報で示したような熱処理、即ち基体を熱フ
ィラメントCVD装置に装入して、H2 −1%CH4 の
雰囲気で基体温度約900℃、1時間程度以上保持し
た。The crystal grain size of the WC layer is 0.5 μm, the Co content of the bonding layer is 4% by weight, and the coefficient of thermal expansion is 4.5 × 10 −6 /
1C was machined to produce an end mill substrate without the diamond coating layer 2 in FIG. This substrate was applied by the applicant to International Publication No. WO94 /
Heat treatment as described in JP 13852, that is, the substrate was charged into a hot filament CVD apparatus, and the substrate temperature was maintained at about 900 ° C. for about one hour or more in an atmosphere of H 2 -1% CH 4 .
【0023】この熱処理により、超硬合金表面上へのダ
イヤモンド結晶の析出がしやすくなり、接着力が向上す
るが、熱処理による析出物や煤が超硬合金表面上に残存
する場合は、これを除去してWC結晶が該表面に良くで
るようにしておく必要がある。This heat treatment facilitates the precipitation of diamond crystals on the surface of the cemented carbide and improves the adhesive strength. However, if precipitates or soot remain on the surface of the cemented carbide, It is necessary to remove the WC crystal so that the WC crystal comes out on the surface.
【0024】上記析出物や煤の除去は、CVD装置内雰
囲気をH2 に置換して加熱除去するか、又は同装置より
取出して洗浄やエッチングを施すなどして行うことが出
来る。何れにしても、次の超微粒ダイヤモンドの種付け
や、CVD装置によるダイヤモンドコーティング層の生
成には、除去された表面の表面粗さをRmax1μm程
度以下としておくことが好ましく、本実施例においては
加熱によって除去した。The above-mentioned precipitates and soot can be removed by replacing the atmosphere in the CVD apparatus with H 2 and removing it by heating, or by taking out the apparatus and washing and etching it. In any case, the surface roughness of the removed surface is preferably set to about Rmax 1 μm or less for the seeding of the next ultrafine diamond or the generation of the diamond coating layer by the CVD apparatus. Removed.
【0025】上記除去したエンドミル基体をよく洗浄し
て、切り刃形成面上に0〜1/8μm程度以下の超砥粒
ダイヤモンドを分散種付けした。上記除去した切り刃形
成面は、結合金属が少なく、硬質相粒子間の間隔が狭く
て、微小な亀裂が生じており、手作業による分散種付け
に好影響を与えているようであった。なおこの超微粒ダ
イヤモンドとして不純物を減少して親水性を高めたもの
を使用した超微粒ダイヤモンドコロイド溶液によれば、
水中における均一な分散種付けが行なえることが、牧田
寛氏(徳島大学・NEW DIAMOND.1996.
Vol,12No.3)によって報じられており、これ
によることも可能と考えられる。The end mill substrate thus removed was thoroughly washed, and super abrasive grains of about 0 to 1/8 μm or less were dispersed and seeded on the cutting edge forming surface. The removed cutting edge forming surface had a small amount of bonding metal, a small interval between hard phase particles, and small cracks, which seemed to have a favorable effect on dispersion seeding by hand. According to the ultra-fine diamond colloid solution using the ultra-fine diamond with reduced impurities and increased hydrophilicity,
The ability to perform uniform dispersion seeding in water is described by Mr. Hiroshi Makita (New Diamond. Tokushima University, 1996.
Vol, 12No. 3), and it is considered that this is also possible.
【0026】上記熱処理並びに生成物を除去したエンド
ミル基材を、切れ刃側を上にして前記熱フィラメントC
VD装置内に直立して装入し、下記条件で切れ刃部の全
長にわたってダイヤモンドコーティング層を形成した。 雰囲気 H2 −1%CH4 圧力 100Torr 温度 フィラメント温度 2180℃ 基材温度 850℃ 反応時間 5時間The end mill base material from which the heat treatment and the products have been removed is placed on the hot filament C with the cutting edge side up.
The diamond coating layer was placed upright in the VD apparatus and a diamond coating layer was formed over the entire length of the cutting edge under the following conditions. Atmosphere H 2 -1% CH 4 Pressure 100 Torr Temperature Filament temperature 2180 ° C Base material temperature 850 ° C Reaction time 5 hours
【0027】上記のように種付けしないで行なう従来の
反応時間に比べ、1/2程度以下にしたことにより、ダ
イヤモンドの粒成長が抑制されて、粒径が1μm以下で
厚みは5μmまでの、緻密な高品質の微粒ダイヤモンド
コーティング層2を基材表面と強い接着力で得ることが
できた。By reducing the reaction time to about 1/2 or less of the conventional reaction time performed without seeding as described above, the grain growth of diamond is suppressed, and the density of the diamond is 1 μm or less and the thickness is 5 μm or less. A high quality fine diamond coating layer 2 was obtained with strong adhesion to the substrate surface.
【0028】このダイヤモンドコーティング層2をラマ
ン分光分析により測定したところ、図7に示すような、
1333cm-1付近のダイヤモンドピークのみでダイヤ
モンド相と同定することができた。またダイヤモンドコ
ーティング層2の表面の粗さはRmax1μm以下であ
った。なお、上記ダイヤモンド相のダイヤモンド合成率
(1333cm-1付近のダイヤモンドピークと1500
〜1600cm-1の黒鉛構造の非晶質ピークの比率)
は、0.1以下が必要である。When this diamond coating layer 2 was measured by Raman spectroscopy, as shown in FIG.
Only the diamond peak near 1333 cm -1 could be identified as a diamond phase. The surface roughness of the diamond coating layer 2 was Rmax 1 μm or less. The diamond synthesis rate of the diamond phase (the diamond peak near 1333 cm −1 and the
Ratio of amorphous peak of graphite structure of 11600 cm −1 )
Needs to be 0.1 or less.
【0029】このように、基材表面と強い接着力を持っ
た緻密で高品質の薄膜によるダイヤモンドコーティング
層によって構成された切れ刃によれば、例えば従来焼結
ダイヤモンド切れ刃によって高Si−Al合金の切削を
行なった場合、刃先のチッピングよりRmax1μmの
切削面を得ることはできず、また従来の気相合成法によ
るダイヤモンドコーティング層においては、膜厚が10
μm乃至30μm程度となり、鋭い刃先構成の形成は困
難で、かつ熱歪による剥離を生じたが、これらの問題を
一挙に解消することができる。As described above, according to the cutting edge constituted by the diamond coating layer formed of a dense and high-quality thin film having a strong adhesive force to the substrate surface, for example, a conventional sintered diamond cutting edge can be used to form a high Si--Al alloy. When cutting is performed, it is not possible to obtain a cut surface of Rmax 1 μm from chipping of the cutting edge.
Although it is about μm to 30 μm, it is difficult to form a sharp cutting edge configuration, and peeling due to thermal strain has occurred. However, these problems can be solved at once.
【0030】図2の斜視図で示すように、上記ダイヤモ
ンドコーティングエンドミル1′により、JIS記号A
DC12のSi−11wt%、Cu−2.5wt%残A
lよりなるAl合金ブロック4に切削加工を行って、同
ドリルによるスパイラルコンプレッサーの溝加工(取代
0.1mm)の疑似テストを行った。図中矢印は該エン
ドミル1′の回転方向並びに進行方向を示す。As shown in the perspective view of FIG. 2, the JIS symbol A
DC-12 Si-11wt%, Cu-2.5wt% residual A
1 was subjected to a cutting process, and a pseudo test of groove processing (amount of removal: 0.1 mm) of the spiral compressor by the same drill was performed. The arrows in the figure indicate the direction of rotation and the direction of travel of the end mill 1 '.
【0031】なお上記疑似テストの条件及び結果は図3
及び図4に示す通りであるが、図中Adはアクシャルデ
プス、Rd=ラジアルデプスを示し、表中の黒丸は同形
の超硬合金エンドミル、黒三角は同形の従来の標準ダイ
ヤモンドコーティング(CVDによる柱状結晶などの1
5μm程度の膜厚)エンドミル、黒四角は上記実施例1
のエンドミルによるものを示す。The conditions and results of the pseudo test are shown in FIG.
4 and FIG. 4, where Ad indicates axial depth and Rd = radial depth, black circles in the table indicate the same shape of cemented carbide end mills, and black triangles indicate the same standard conventional diamond coating (by CVD). 1 such as columnar crystals
The end mill and the black square are the same as those in the first embodiment.
Shown by end mill.
【0032】図3により了解できるように、実施例によ
るものは従来の超硬合金切れ刃によるものに比し、逃げ
面摩耗幅が安定して遥かに少なく、又図4によって了解
されるように、ワークの切削面の表面粗さは従来の超硬
合金切れ刃は勿論、標準ダイヤモンドコーティングエン
ドミルよりも良好である。As can be understood from FIG. 3, the one according to the embodiment has a much smaller flank wear width than the conventional one with the cemented carbide cutting edge, and as can be understood from FIG. The surface roughness of the cut surface of the workpiece is better than that of a conventional cemented carbide cutting edge as well as that of a standard diamond coated end mill.
【0033】(実施例2)図8(イ)及び(ロ)はダイ
ヤモンドコーティングスローアウェイ(TA)チップの
平面図及び側面図で、図9はその切れ刃先部3の展開図
である。当TAチップは、実施例1と同質の超硬合金基
材を用いて図面通りに形成した超硬合金TAチップ5
に、ダイヤモンドコーティング層2の形成下限ライン6
即ち厚みDの略中間に当る点線より刃先側に実施例1と
同様な方法により同様のダイヤモンドコーティング層2
を形成した。(Embodiment 2) FIGS. 8 (a) and 8 (b) are a plan view and a side view of a diamond-coated indexable insert (TA) chip, and FIG. This TA chip is a cemented carbide TA chip 5 formed as shown using a cemented carbide substrate of the same quality as in Example 1.
The lower limit line 6 for forming the diamond coating layer 2
That is, a diamond coating layer 2 similar to that of Example 1
Was formed.
【0034】このダイヤモンドコーティング層2の形成
方法並びにその品質、厚み、表面粗さは、実施例1と同
様にしたが、ダイヤモンドコーティング層2を設ける部
分は、TAチップの殆ど全周面上でも、切れ刃先部3の
みでもよい。The method of forming the diamond coating layer 2 and the quality, thickness and surface roughness thereof were the same as those of the first embodiment, but the portion where the diamond coating layer 2 was provided could be formed on almost the entire peripheral surface of the TA chip. Only the cutting edge 3 may be used.
【0035】当実施例の一辺の長さEは6mmで、厚み
Dは2.38mmである。各辺のすくい面の交わるコー
ナーには0.2mmのRを設け、各辺の中央には幅Fが
2.3mm、深さGが0.5mm傾斜角Hが90°の凹
状総形刃7を形成した。この凹状総形刃7の1番角Iは
16°で、その幅Kは0.2mm、2番角Lは16°で
ある。The length E of one side of this embodiment is 6 mm, and the thickness D is 2.38 mm. A 0.2 mm radius is provided at a corner where the rake face of each side intersects, and a concave shaped blade 7 having a width F of 2.3 mm, a depth G of 0.5 mm and an inclination angle H of 90 ° is provided at the center of each side. Was formed. The first corner I of the concave shaped blade 7 is 16 °, the width K is 0.2 mm, and the second corner L is 16 °.
【0036】上記実施例TAチップをクランプ式バイト
シャンクに取付けて総形切削試験を行ったところ、前記
実施例1と同傾向の結果を得ることが出来た。The above example TA was attached to a clamp-type cutting tool shank, and a full-form cutting test was performed. As a result, the same results as in Example 1 were obtained.
【0037】これは従来の粗粒や柱状乃至ダイヤモンド
ライクカーボンの含まれた10μm乃至30μm程度の
厚みによるダイヤモンドコーティング層によったエンド
ミル切れ刃先では、シャープな総形切削が困難であった
ものが、本5μm程度以下の高品質のダイヤモンドコー
ティング層によるシャープな切れ刃先により、これが可
能となったものと思われる。因みに刃先部分3の拡大顕
微鏡写真を図10に、同部分の逃げ面の拡大顕微鏡写真
を図11により示す。This is because the conventional end mill cutting edge made of a diamond coating layer having a thickness of about 10 μm to 30 μm containing coarse grains or columnar or diamond-like carbon makes it difficult to sharply form the entire shape. It seems that this was made possible by the sharp cutting edge of the high quality diamond coating layer of about 5 μm or less. Incidentally, an enlarged micrograph of the cutting edge portion 3 is shown in FIG. 10, and an enlarged micrograph of the flank of the same is shown in FIG.
【0038】(実施例3)本実施例は図12に示すよう
に実施例2の正方形に対し正三角形のTAチップ形状と
し、凹状総形刃7も、中央部に設けず片寄った対称位置
に設けた例である。一辺の長さEは16.5mm、厚み
Dは3.18mm、切れ刃の幅Fは2.3mm、傾斜角
Hは90°、1番角Iは11°、2番角Lは20°であ
る。この切削試験の結果も良好であった。(Embodiment 3) In this embodiment, as shown in FIG. 12, the shape of the square of Embodiment 2 is made a regular triangular TA chip shape, and the concave shaped blade 7 is not provided at the center portion but in a symmetrical position offset. This is an example in which the information is provided. The length E of one side is 16.5 mm, the thickness D is 3.18 mm, the width F of the cutting edge is 2.3 mm, the inclination angle H is 90 °, the first angle I is 11 °, and the second angle L is 20 °. is there. The results of this cutting test were also good.
【0039】このようにTAチップに凹状の総形刃を多
角形の各辺に設けることにより、単一刃に比し、設けた
刃数だけチップの寿命を倍増することができる。従って
切削の品質と共その効率を飛躍的に向上させることがで
きる。なお実施例においては、正多角形の各辺の中央部
又は対称位置に総形刃を設けるものについて示し、この
形が製作上及び使用上最も効果的であるが、必要によっ
ては辺のいくつかを残して、2辺以上に中央部や対称位
置以外の位置に設けてもよい。By providing the TA chip with concave shaped blades on each side of the polygon, the life of the chip can be doubled by the number of blades provided, as compared with a single blade. Therefore, the quality of the cutting and the efficiency thereof can be remarkably improved. Note that, in the embodiment, a case in which a full-shaped blade is provided at the center or a symmetric position of each side of a regular polygon is shown, and this shape is most effective in production and use, but if necessary, some of the sides may be used. May be provided at two or more sides at a position other than the center or the symmetric position.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上各項において述べたように、本発明
によればアルミニウム合金等の非鉄金属材料、電子材
料、光学部品の精密で表面粗さの小さい切削が可能であ
り、寿命も長い。またTAチップとして用いる時は総形
切削を極めて効率的に行うことが出来る。As described above, according to the present invention, non-ferrous metal materials such as aluminum alloys, electronic materials, and optical parts can be cut with high precision and low surface roughness, and the life is long. In addition, when used as a TA chip, the entire shape can be cut very efficiently.
【図1】(イ)及び(ロ)は、実施例1のエンドミルの
正面図及び側面図である。FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a front view and a side view of an end mill according to a first embodiment.
【図2】実施例1のエンドミルによる疑似テストを行う
方法を説明する斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining a method of performing a pseudo test using the end mill according to the first embodiment.
【図3】疑似テストの条件及びその結果を示す図表であ
る。FIG. 3 is a table showing conditions and results of a pseudo test.
【図4】図3と同様の図表である。FIG. 4 is a chart similar to FIG.
【図5】ダイヤモンド層のラマン分光分析結果を示す図
表で、アモルファス層が現れている。FIG. 5 is a chart showing the results of Raman spectroscopic analysis of a diamond layer, in which an amorphous layer appears.
【図6】ダイヤモンド層のラマン分光分析結果を示す図
表で、アモルファス層中にダイヤモンドの結晶化が進ん
でいることが現れている。FIG. 6 is a chart showing the results of Raman spectroscopic analysis of the diamond layer, showing that the crystallization of diamond is progressing in the amorphous layer.
【図7】ダイヤモンド層のラマン分光分析結果を示す図
表で、全面がダイヤモンド結晶のみであることが現れて
いる。FIG. 7 is a chart showing the results of Raman spectroscopic analysis of the diamond layer, which shows that the entire surface is made of only diamond crystals.
【図8】(イ)及び(ロ)は実施例2のTAチップの平
面図及び側面図である。FIGS. 8A and 8B are a plan view and a side view of a TA chip according to a second embodiment.
【図9】実施例2の刃先部を説明する展開図である。FIG. 9 is a development view illustrating a blade edge portion according to the second embodiment.
【図10】実施例2の刃先部分の組織を示す拡大顕微鏡
写真である。FIG. 10 is an enlarged micrograph showing the structure of the cutting edge portion of Example 2.
【図11】図7の刃先部分の逃げ面の組織を示す拡大顕
微鏡写真である。FIG. 11 is an enlarged micrograph showing the structure of the flank of the cutting edge portion in FIG. 7;
【図12】実施例3のTAチップを示す(イ)正面図、
(ロ)前面図、(ハ)一部側面図である。FIG. 12A is a front view showing a TA chip according to a third embodiment;
(B) Front view, (c) Partial side view.
1 一体の超硬合金 1′ ダイヤモンドコーティングエンドミル 2 ダイヤモンドコーティング層 3 刃先部分 4 Al合金ブロック 5 超硬合金TAチップ 6 ダイヤモンドコーティング層2の形成下限ライン 7 凹状総形刃 A 工具長 B 刃径 C 刃長 D TAチップの厚み E TAチップの一辺の長さ R コーナーのR F 辺より切欠いた刃の幅 G 辺より切欠いた刃の長さ H 辺に切欠いた刃の傾斜角 I 凹状総形刃の1番角 K Iの幅 L 凹状総形刃の2番角 Ad アクシャルデプス Rd ラジアルデプス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Integral cemented carbide 1 'Diamond coating end mill 2 Diamond coating layer 3 Cutting edge part 4 Al alloy block 5 Cemented carbide TA chip 6 Lower limit line of diamond coating layer 2 formation 7 Concave shaped blade A Tool length B Blade diameter C blade Length D Thickness of TA tip E Length of one side of TA tip R Width of blade notched from R F side of corner G Length of blade notched from side G Inclination angle of blade notched on side I I of concave shaped blade 1st corner KI width L 2nd corner of concave shaped blade Ad Axial depth Rd Radial depth
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉武 理人 大阪府堺市鳳北町2丁80番地 大阪ダイヤ モンド工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Rihito Yoshitake 2-80 Hokita-cho, Sakai-shi, Osaka Osaka Diamond Co., Ltd.
Claims (5)
金で構成されているか、又は工具全体が一体の超硬合金
で構成されている工具において、切れ刃が、超硬合金基
材の所要表面上に気相合成法によって生成されたダイヤ
モンドコーティング層によって形成され、かつ該超硬合
金基材並びに、ダイヤモンドコーティング層は下記A、
B及びCの総べてを具備していることを特徴とするダイ
ヤモンドコーティング切削工具。 A.超硬合金基材は熱膨張係数が5.0×10-6/℃以
下であり、かつ主成分とするWCを90重量%以上含有
している。 B.ダイヤモンドコーティング層は、ダイヤモンド相の
結晶の粒径が3μm以下であり、かつラマン分光分析の
結果によるダイヤモンド合成率(1333cm-1付近の
ダイヤモンドピークと1500cm-1〜1600cm-1
の黒鉛構造の非晶質ピークの比率)が、0.1以下であ
る。 C.ダイヤモンドコーティング層の表面粗さは、Rma
x3μm以下である。1. A tool in which only a part of a tool forming a blade portion is made of a cemented carbide, or a tool in which the entire tool is made of an integral cemented carbide, wherein a cutting edge is a cemented carbide base. Formed on the required surface of the material by a diamond coating layer produced by a vapor phase synthesis method, and the cemented carbide substrate and the diamond coating layer are the following A,
A diamond-coated cutting tool comprising all of B and C. A. The cemented carbide substrate has a coefficient of thermal expansion of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less and contains 90% by weight or more of WC as a main component. B. Diamond coating layer, the grain size of the crystals of diamond phase does not exceed 3μm or less, and the diamond synthesis rate by the results of Raman spectroscopic analysis (1333 cm -1 vicinity of the diamond peak and 1500cm -1 ~1600cm -1
(A ratio of the amorphous peak of the graphite structure) is 0.1 or less. C. The surface roughness of the diamond coating layer is Rma
x3 μm or less.
μm以下で、抗折力強度が200kg/mm2 以上であ
り、ダイヤモンドコーティング層の厚みは5μm以下で
あることを特徴とする請求項1記載の工具。2. The cemented carbide material has a WC layer having a crystal grain size of 1
2. The tool according to claim 1, wherein the transverse rupture strength is 200 kg / mm 2 or more and the thickness of the diamond coating layer is 5 μm or less.
がエンドミル又はドリルであり、該エンドミル又はドリ
ルのダイヤモンドコーティング層は下記A又はBの何れ
かに形成されてなることを特徴とする請求項1又は請求
項2記載の工具。 A.切れ刃構成部全体にのみダイヤモンドコーティング
層が形成されている。 B.切れ刃構成部中の切れ刃のみにダイヤモンドコーテ
ィング層が形成されている。3. A tool formed entirely of a one-piece cemented carbide is an end mill or a drill, and the diamond coating layer of the end mill or the drill is formed on any of the following A or B: A tool according to claim 1 or claim 2. A. The diamond coating layer is formed only on the entire cutting edge component. B. The diamond coating layer is formed only on the cutting edge in the cutting edge component.
が、スローアウェイチップであることを特徴とする請求
項1又は請求項2記載の工具。4. The tool according to claim 1, wherein the tool entirely formed of a one-piece cemented carbide is a throw-away tip.
雰囲気中で熱処理する工程と、該基材のダイヤモンドコ
ーティング層を形成すべき部分に超微粒ダイヤモンドを
種付けする工程を経た超硬合金基材を、気相合成装置に
挿入し、上記種付け周面上にダイヤモンド結晶の結晶粒
径が3μm以下で、層厚が3μm以下のダイヤモンドコ
ーティング層を形成することを特徴とするダイヤモンド
コーティング切削工具の製造方法。5. A cemented carbide comprising a step of heat-treating a cemented carbide substrate in a reducing atmosphere such as carbon or hydrogen, and a step of seeding ultra-fine diamond in a portion of the substrate on which a diamond coating layer is to be formed. Inserting the alloy base material into a vapor phase synthesizing apparatus, and forming a diamond coating layer having a crystal grain diameter of 3 μm or less and a layer thickness of 3 μm or less on the seeding peripheral surface by diamond coating. Tool manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23907197A JP3690626B2 (en) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | Diamond coating drill, end mill and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23907197A JP3690626B2 (en) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | Diamond coating drill, end mill and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1158106A true JPH1158106A (en) | 1999-03-02 |
JP3690626B2 JP3690626B2 (en) | 2005-08-31 |
Family
ID=17039426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23907197A Expired - Fee Related JP3690626B2 (en) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | Diamond coating drill, end mill and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3690626B2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7883775B2 (en) | 2003-07-31 | 2011-02-08 | A.L.M.T. Corp. | Diamond film coated tool and process for producing the same |
WO2011018917A1 (en) | 2009-08-11 | 2011-02-17 | 住友電気工業株式会社 | Diamond-coated tool |
US8007909B2 (en) * | 2004-04-19 | 2011-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Carbon film |
JP2012161910A (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-30 | Nivarox-Far Sa | Complex pierced micromechanical part |
JP2014079853A (en) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Mitsubishi Materials Corp | Diamond-coated hard metal drill |
WO2015046573A1 (en) | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 京セラ株式会社 | Cutting tool and method for manufacturing cut product using same |
JPWO2018092187A1 (en) * | 2016-11-15 | 2019-10-10 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tools |
-
1997
- 1997-08-19 JP JP23907197A patent/JP3690626B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7883775B2 (en) | 2003-07-31 | 2011-02-08 | A.L.M.T. Corp. | Diamond film coated tool and process for producing the same |
US8007909B2 (en) * | 2004-04-19 | 2011-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Carbon film |
US8501276B2 (en) | 2004-04-19 | 2013-08-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Carbon film |
WO2011018917A1 (en) | 2009-08-11 | 2011-02-17 | 住友電気工業株式会社 | Diamond-coated tool |
US9302327B2 (en) | 2009-08-11 | 2016-04-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond coated tool |
US9731355B2 (en) | 2009-08-11 | 2017-08-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond coated tool |
JP2012161910A (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-30 | Nivarox-Far Sa | Complex pierced micromechanical part |
JP2014079853A (en) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Mitsubishi Materials Corp | Diamond-coated hard metal drill |
WO2015046573A1 (en) | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 京セラ株式会社 | Cutting tool and method for manufacturing cut product using same |
US10081065B2 (en) | 2013-09-30 | 2018-09-25 | Kyocera Corporation | Cutting tool and method for manufacturing cut product using same |
KR20180122754A (en) | 2013-09-30 | 2018-11-13 | 쿄세라 코포레이션 | Cutting tool and method for manufacturing cut product using same |
JPWO2018092187A1 (en) * | 2016-11-15 | 2019-10-10 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tools |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3690626B2 (en) | 2005-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0500253B2 (en) | Diamond- or diamond-like carbon coated hard materials | |
KR101065572B1 (en) | Diamond Membrane Cloth Tool and Manufacturing Method Thereof | |
RU2111846C1 (en) | Diamond-plated tool and method of its manufacture | |
EP0503822B2 (en) | A diamond- and/or diamond-like carbon-coated hard material | |
CN1134470A (en) | Coated cutting insert | |
KR20000034774A (en) | Diamond coated cutting tool and its manufacturing method | |
JPH01153228A (en) | Vapor phase composite method for producing diamond tool | |
JPH02106210A (en) | Twisted edge polycrystalline diamond tool and its manufacturing method | |
JPH10310494A (en) | Production of cemented carbide member with diamond coating film | |
EP0504424B1 (en) | Hard material clad with diamond, throwaway chip, and method of making said material and chip | |
US20210016364A1 (en) | Ultra-fine nanocrystalline diamond precision cutting tool and manufacturing method therefor | |
JPH1158106A (en) | Diamond-coated cutting tool and its manufacture | |
WO2000060137A1 (en) | Diamond-coated tool and process for producing thereof | |
JPH0621360B2 (en) | Diamond-coated sintered bond excellent in peel resistance and method for producing the same | |
JP3013448B2 (en) | Polycrystalline diamond cutting tool and its manufacturing method | |
JPH0711375A (en) | Cemented carbide, hard carbon film-coated cemented carbide, production of cemented carbide and tool applying the same cemented carbide | |
JP2964669B2 (en) | Boron nitride coated hard material | |
JP2557560B2 (en) | Polycrystalline diamond cutting tool and manufacturing method thereof | |
JPH10287491A (en) | Diamond-coated hard member having regulated surface roughness | |
JPH0713298B2 (en) | Diamond coated cutting tools | |
JP2595203B2 (en) | High adhesion diamond coated sintered alloy and method for producing the same | |
JPH11347805A (en) | Diamond coated tool member and manufacture thereof | |
JP3235206B2 (en) | Diamond cutting tool and manufacturing method thereof | |
JPH0354180A (en) | Production of diamond-coated sintered material | |
JPH05148089A (en) | Diamond film for cutting tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040624 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041129 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050607 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050609 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080624 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090624 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100624 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110624 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120624 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130624 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130624 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |