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技術 耐熱性及び耐溶着性に優れた表面被覆切削工具

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 鹿田信一
出願日 2010年2月23日 (10年10ヶ月経過) 出願番号 2010-036818
公開日 2011年9月8日 (9年3ヶ月経過) 公開番号 2011-173174
状態 未査定
技術分野 フライス加工 穴あけ工具 バイト、中ぐり工具、ホルダ及びタレット 物理蒸着
主要キーワード 溶着効果 M成分 密着接合 高速条件 高温切削 平削り 数値限定 高温耐酸化性
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年9月8日)のものです。
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図面 (2)

課題

Ti合金ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工硬質被覆層がすぐれた耐熱性及び耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。

解決手段

工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、組成式:(V1−γYγ)N(但し、原子比で、0.01≦γ≦0.1)を満足するVとYの複合窒化物層単層から構成するか、または、組成式:(Ti1−αAlα)Nで表されるTiとAlの複合窒化物層からなる下部層、あるいは、組成式:(Ti1−α−βAlαMβ)Nで表されるTiとAlとMの複合窒化物層からなる下部層(但し、Mは、Tiを除く周期律表4a,5a,6a族元素、Si、B、Yのうちから選ばれた1種又は2種以上の添加成分を示し、原子比で、0.45≦α≦0.75、0.01≦β≦0.25)と上記(V1−γYγ)N層からなる上部層との2層構造として構成する。

概要

背景

一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプエンドミルなどがあり、またスローアウエイチップを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローウエイエンドミル工具などが知られている。

また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、TiとAlの複合窒化物((Ti,Al)N)層、あるいは、これにさらに、Si、B、Y、Zr、V等を微量添加含有させたTiとAlを主成分とする複合窒化物(以下、これらを総称して、(Ti,Al,M)Nという)層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Tiによって高温強度具備することから、上記(Ti,Al,M)N層がすぐれた高温強度、耐欠損性耐摩耗性を示すことも知られている。

さらに、上記の従来被覆工具が、例えば、図2に概略説明図で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、装置内を、例えば、500℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Ti−Al−M合金と、アノード電極との間に、例えば、電流:90Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、2Paの反応雰囲気とし、一方、上記工具基体には、例えば、−100Vのバイアス電圧印加した条件で、工具基体表面に、(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。

概要

Ti合金ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐熱性及び耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、組成式:(V1−γYγ)N(但し、原子比で、0.01≦γ≦0.1)を満足するVとYの複合窒化物層単層から構成するか、または、組成式:(Ti1−αAlα)Nで表されるTiとAlの複合窒化物層からなる下部層、あるいは、組成式:(Ti1−α−βAlαMβ)Nで表されるTiとAlとMの複合窒化物層からなる下部層(但し、Mは、Tiを除く周期律表4a,5a,6a族元素、Si、B、Yのうちから選ばれた1種又は2種以上の添加成分を示し、原子比で、0.45≦α≦0.75、0.01≦β≦0.25)と上記(V1−γYγ)N層からなる上部層との2層構造として構成する。なし

目的

本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速条件切削した場合においてもすぐれた耐熱性及び耐溶着性を発揮する被覆工具を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタンサーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、前記硬質被覆層が、0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(V1−γYγ)N(但し、γはYの含有割合を示し、原子比で、0.01≦γ≦0.1である)を満足するVとYの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。

請求項2

炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、前記硬質被覆層が、(a)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1−αAlα)N(ここで、αはAlの含有割合を示し、原子比で、0.45≦α≦0.75である)を満足するTiとAlの複合窒化物層からなる下部層と、(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(V1−γYγ)N(但し、γはYの含有割合を示し、原子比で、0.01≦γ≦0.1である)を満足するVとYの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。

請求項3

炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、前記硬質被覆層が、(a)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1−α−βAlαMβ)N(ここで、Mは、Tiを除く周期律表4a,5a,6a族元素、Si、B、Yのうちから選ばれた1種又は2種以上の添加成分を示し、また、αはAlの含有割合、βはMの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.45≦α≦0.75、0.01≦β≦0.25である)を満足するTiとAlの複合窒化物層からなる下部層と、(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(V1−γYγ)N(但し、γはYの含有割合を示し、原子比で、0.01≦γ≦0.1である)を満足するVとYの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。

技術分野

0001

本発明は、表面被覆切削工具(以下、被覆工具という)に関し、さらに詳しくは、例えば、Ti合金ステンレス鋼などの難削材を、高熱発生を伴うとともに切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速条件切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性耐溶着性を発揮する被覆工具に関するものである。

背景技術

0002

一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプエンドミルなどがあり、またスローアウエイチップを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローウエイエンドミル工具などが知られている。

0003

また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、TiとAlの複合窒化物((Ti,Al)N)層、あるいは、これにさらに、Si、B、Y、Zr、V等を微量添加含有させたTiとAlを主成分とする複合窒化物(以下、これらを総称して、(Ti,Al,M)Nという)層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Tiによって高温強度具備することから、上記(Ti,Al,M)N層がすぐれた高温強度、耐欠損性耐摩耗性を示すことも知られている。

0004

さらに、上記の従来被覆工具が、例えば、図2に概略説明図で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、装置内を、例えば、500℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Ti−Al−M合金と、アノード電極との間に、例えば、電流:90Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、2Paの反応雰囲気とし、一方、上記工具基体には、例えば、−100Vのバイアス電圧印加した条件で、工具基体表面に、(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。

先行技術

0005

特許第2644710号明細書
特許第2793773号明細書
特許第2793696号明細書
特開平8−199338号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところが、近年の切削加工装置FA化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを、Ti合金、ステンレス鋼などの被削材の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部に局部的に高負荷がかかる高速条件で切削した場合には、切削時の発熱によって被削材および切粉は高温に加熱されて粘性が増大し、これに伴って硬質被覆層表面に対する溶着性が一段と増すようになり、この結果切刃部におけるチッピング微少欠け)の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

0007

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速条件で切削した場合においてもすぐれた耐熱性及び耐溶着性を発揮する被覆工具を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特にTi合金、ステンレス鋼などの軟削材の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性とすぐれた耐溶着性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、工具基体の表面に、Vとの合量に占めるYの含有割合が1〜10原子%となるようにY成分を含有させたVとYの複合窒化物層(以下、(V,Y)N層で示す)を硬質被覆層として形成した場合には、軟削材の高速切削加工において、この被覆工具はすぐれた耐溶着性を発揮することを見出したのである。
さらに、本発明者等は、工具基体の表面に、上記従来被覆工具の硬質被覆層である(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層を下部層として0.5〜5μmの平均層厚で形成し、これの上に、Vとの合量に占めるYの含有割合が1〜10原子%となるようにY成分を含有させた上記(V,Y)N層を上部層として形成すると、下部層である(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層は、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を示し、また、上部層である(V,Y)N層はすぐれた耐溶着性を示すが、特に、上部層の(V,Y)N層中に含有されるY成分によって、(V,Y)N層の耐熱性が向上することから、高熱発生を伴う切削加工においても、(V,Y)N層のすぐれた耐溶着性は維持され、したがって、難削材の高速切削加工において、切刃部が高温になったとしても被削材との耐溶着性にすぐれ、その結果、切刃部におけるチッピング(微少欠け)の発生が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮されるという新規な知見を得て、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。

0009

本発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
「(1)炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタンサーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(V1−γYγ)N(但し、γはYの含有割合を示し、原子比で、0.01≦γ≦0.1である)を満足するVとYの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。
(2) 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
(a)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−αAlα)N(ここで、αはAlの含有割合を示し、原子比で、0.45≦α≦0.75である)を満足するTiとAlの複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(V1−γYγ)N(但し、γはYの含有割合を示し、原子比で、0.01≦γ≦0.1である)を満足するVとYの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
(3) 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
(a)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−α−βAlαMβ)N(ここで、Mは、Tiを除く周期律表4a,5a,6a族元素、Si、B、Yのうちから選ばれた1種又は2種以上の添加成分を示し、また、αはAlの含有割合、βはMの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.45≦α≦0.75、0.01≦β≦0.25である)を満足するTiとAlの複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(V1−γYγ)N(但し、γはYの含有割合を示し、原子比で、0.01≦γ≦0.1である)を満足するVとYの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。

0010

つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、上記の通りに数値限定した理由を説明する。

0011

(a)下部層を構成する(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層の組成および平均層厚:
下部層を構成する(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層の構成成分であるAl成分には硬質被覆層における高温硬さを向上させ、同Ti成分には高温強度を向上させる作用があり、さらに、M成分のうちの、Tiを除く周期律表4a,5a,6a族の元素、Si、B、には硬質被覆層の耐摩耗性を向上させる作用があり、また、Yには硬質被覆層の高温耐酸化性を向上させる作用があるが、Alの割合を示すα値がTiとの合量あるいはTiとMの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.45未満になると、所定の高温硬さを確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方Alの割合を示すα値が同0.75を越えると、相対的にTiの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる高温強度を確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になり、さらに、M成分の含有割合を示すβ値がTiとの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.01未満では、M成分を含有させたことによる耐摩耗性、高温耐酸化性等の特性向上が期待できず、一方同β値が0.25を超えると、高温強度に低下傾向が現れるようになることから、α値を0.45〜0.75、β値を0.01〜0.25と定めた。

0012

また、その平均層厚が0.5μm未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その平均層厚が5μmを越えると、上記の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を0.5〜5μmと定めた。

0013

(b)単層あるいは上部層を構成する(V,Y)N層の組成
単層あるいは(Ti,Al)N層,(Ti,Al,M)N層の上部層を構成するVとYの複合窒化物((V,Y)N)層は、所定の高温硬さ、高温強度、耐溶着性を有するとともに、その構成成分であるY成分によって、すぐれた耐熱性を備えるようになり、そのため、高温切削条件下でも低摩擦係数が維持され、すぐれた耐溶着性を発揮するようになるが、Yの含有割合を示すγ値がVとの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.01未満になると、耐熱性を確保することができないために耐溶着効果を期待することはできず、一方、Yの割合を示すγ値が同0.10を越えると、相対的にVの含有割合が減少し、難削材の高速切削加工で必要とされる高温強度を確保することができないばかりか、耐溶着性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、γ値を0.01〜0.10(原子比、以下同じ)と定めた。

0014

そして、(V,Y)N層の平均層厚が0.5μm未満では、自身のもつすぐれた耐熱性、耐溶着性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が5μmを越えると、難削材の高速切削加工では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を0.5〜5μmと定めた。

0015

そして、上記(Ti,Al)N層、(Ti,Al,M)N層、(V,Y)N層は、例えば、図1に概略説明図で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレーティング装置に基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、500℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のV−Y合金からなるカソード電極(蒸発源)を配置し、また、必要に応じて、所定組成のTi−Al合金からなるカソード電極(蒸発源)あるいは所定組成のTi−Al−M合金からなるカソード電極(蒸発源)を配置し、アノード電極と上記のカソード電極(蒸発源)との間に、例えば、電流:90Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、2Paの反応雰囲気とし、一方、上記基体には、例えば、−100Vのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、(V,Y)N層からなる単層、上記(Ti,Al)層からなる下部層と(V,Y)N層からなる上部層の2層、あるいは、上記(Ti,Al,M)層からなる下部層と(V,Y)N層からなる上部層の2層を蒸着することにより本発明の硬質被覆層を蒸着形成することができる。

発明の効果

0016

本発明の被覆工具によれば、単層の(V,Y)N層からなる硬質被覆層は優れた耐熱性と耐溶着性を備え、(Ti,Al)N層からなる下部層と(V,Y)N層からなる上部層の2層構造の硬質被覆層は、これに加えてさらにすぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を有し、また、(Ti,Al,M)N層からなる下部層と(V,Y)N層からなる上部層の2層構造の硬質被覆層は、これらに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有することから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度等に加え、すぐれた耐溶着性を備えたものとなり、その結果、特にTi合金、ステンレス鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた耐溶着性を示し、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。

図面の簡単な説明

0017

本発明被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略正面図である。
比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた従来のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。

0018

つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。

0019

原料粉末として、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末TiC粉末、ZrC粉末VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、100MPa の圧力で圧粉体プレス成形し、この圧粉体を6Paの真空中、温度:1400℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、ISO規格・CNMG120408のチップ形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A−1〜A−10を形成した。

0020

また、原料粉末として、いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(質量比で、TiC/TiN=50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末、およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を、表2に示される配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、100MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を2kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、ISO規格・CNMG120408のチップ形状をもったTiCN基サーメット製の工具基体B−1〜B−6を形成した。

0021

(a)ついで、上記の工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図1に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極(蒸発源)を配置し、その一方には、カソード電極(蒸発源)として所定組成の上部層形成用のV−Y合金を配置し、その他方には、カソード電極(蒸発源)として所定組成の下部層形成用のTi−Al合金あるいはTi−Al−M合金を配置し、
(b)まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
(c)次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して4Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記V−Y合金、Ti−Al合金あるいはTi−Al−M合金のいずれかとアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表3、表4に示される目標組成目標層厚の単層としての(V,Y)N層、または、下部層としての(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層を0.5〜5μmの平均層厚で蒸着形成した後、前記カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
(d)引き続いて装置内雰囲気を2Paの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極(蒸発源)であるV−Y合金電極とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させて、表3、表4に示される目標層厚の(V,Y)N層からなる上部層を蒸着形成し、
上記(a)〜(d)により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜39をそれぞれ製造した。

0022

また、比較の目的で、これら工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極(蒸発源)として所定組成のTi−Al合金あるいはTi−Al−M合金を装着し、まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極のTi−Al合金あるいはTi−Al−M合金とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面を前記Ti−Al合金あるいはTi−Al−M合金でボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して3Paの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−100Vに下げて、前記所定組成の各カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6のそれぞれの表面に、表5、表6に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ(以下、比較被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。

0023

つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆チップ1〜39および比較被覆チップ1〜16について、
被削材:JIS・SUS304(HB180)の丸棒
切削速度: 140m/min.、
切り込み: 2.0mm、
送り: 0.3mm/rev.、
切削時間: 10分、
の条件(切削条件A)でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、120m/min.、0.3mm/rev.)、
被削材:Ti−6Al−4V合金(HB250)の丸棒、
切削速度: 60m/min.、
切り込み: 2.0mm、
送り: 0.2mm/rev.、
切削時間: 10分、
の条件(切削条件B)でのTi合金の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、40m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材:JIS・S45C(HB200)の丸棒、
切削速度: 180m/min.、
切り込み: 2.0mm、
送り: 0.3mm/rev.、
切削時間: 10分、
の条件(切削条件C)での炭素鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、150m/min.、0.3mm/rev.)、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表7、表8に示した。

0024

0025

0026

0027

0028

0029

0030

0031

0032

実施例1と同様、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末、およびCo粉末からなる原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、100MPa の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を6Paの真空中、温度:1400℃に1時間保持の条件で焼結し、直径が13mmの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが10mm×22mmの寸法、並びにねじれ角30度の4枚刃スクエア形状をもったWC基超硬合金製の工具基体(エンドミル)A−1〜A−10をそれぞれ製造した。

0033

ついで、これらの工具基体(エンドミル)A−1〜A−10の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表10に示される目標組成および目標層厚の(V,Y)N層、(Ti,Al)N層、(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)1〜27をそれぞれ製造した。

0034

また、比較の目的で、上記の工具基体(エンドミル)A−1〜A−10の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表10に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル(以下、比較被覆エンドミルと云う)1〜10をそれぞれ製造した。

0035

つぎに、上記本発明被覆エンドミル1〜27および比較被覆エンドミル1〜10について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB180)の板材
切削速度: 140m/min.、
溝深さ(切り込み): 5mm、
テーブル送り: 300mm/分、
の条件(切削条件D)でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、120m/min.、300mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V合金(HB250)の板材、
切削速度: 75m/min.、
溝深さ(切り込み): 5mm、
テーブル送り: 80mm/分、
の条件(切削条件E)でのTi合金の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、50m/min.、80mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB200)の板材、
切削速度: 250m/min.、
溝深さ(切り込み): 5mm、
テーブル送り: 700mm/分、
の条件(切削条件F)での炭素鋼の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、200m/min.、700mm/分)、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表9、表10にそれぞれ示した。

0036

0037

0038

上記の実施例2で製造した直径が13mmの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ8mm×22mmの寸法、並びにねじれ角30度の2枚刃形状をもったWC基超硬合金製の工具基体(ドリル)A−1〜A−10をそれぞれ製造した。

0039

ついで、これらの工具基体(ドリル)A−1〜A−10の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表11に示される目標組成および目標層厚の(V,Y)N層、(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル(以下、本発明被覆ドリルと云う)1〜27をそれぞれ製造した。

0040

また、比較の目的で、上記の工具基体(ドリル)A−1〜A−10の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表12に示される目標組成および目標層厚を有する(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル(以下、比較被覆ドリルと云う)1〜10をそれぞれ製造した。

0041

つぎに、上記本発明被覆ドリル1〜27および比較被覆ドリル1〜10について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB180)の板材、
切削速度: 100m/min.、
送り: 0.2mm/rev、
穴深さ: 8mm、
の条件(切削条件G)でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、80m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V合金(HB250)の板材、
切削速度: 60m/min.、
送り: 0.15mm/rev、
穴深さ: 8mm、
の条件(切削条件H)でのTi合金の湿式高速穴あけ切削加工試験((通常の切削速度および送りは、それぞれ、40/min.、0.15mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB200)の板材、
切削速度: 130m/min.、
送り: 0.25mm/rev、
穴深さ: 8mm、
の条件(切削条件I)での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、110m/min.、0.25mm/rev.)、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験(水溶性切削油使用)でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表11、表12にそれぞれ示した。

0042

0043

0044

この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ1〜39、本発明被覆エンドミル1〜27、および本発明被覆ドリル1〜27の硬質被覆層を構成する単層の(V,Y)N層、あるいは、下部層である(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)と上部層である(V,Y)N層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ1〜16、比較被覆エンドミル1〜10、および比較被覆ドリル1〜10の(Ti,Al,M)N層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散X線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。

0045

また、上記の硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値(5ヶ所の平均値)を示した。

実施例

0046

表7〜12に示される結果から、本発明被覆工具は、(V,Y)N層単層からなる硬質被覆層であっても(V,Y)N層が耐熱性、耐溶着性に優れていること、また、2層構造の硬質被覆層を形成する場合、下部層である(Ti,Al)N層が工具基体表面に強固に密着接合した状態で、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を備え、あるいは、下部層である(Ti,Al,M)N層は、これらに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有することによって、Ti合金、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工でも、切粉との間のすぐれた耐溶着性が確保されていることによって、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層として、(V,Y)N層を備えず、硬質被覆層が(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層で構成されている比較被覆工具においては、いずれも前記難削材の高速切削加工では、被削材(難削材)および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなるために、切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

0047

上述のように、この発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、特にTi合金、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性と耐溶着性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のFA化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

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