JPS603921B2 - 表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

表面被覆超硬合金製切削工具

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JPS603921B2
JPS603921B2 JP4276179A JP4276179A JPS603921B2 JP S603921 B2 JPS603921 B2 JP S603921B2 JP 4276179 A JP4276179 A JP 4276179A JP 4276179 A JP4276179 A JP 4276179A JP S603921 B2 JPS603921 B2 JP S603921B2
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JP
Japan
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coating layer
coated
tool
carbide tool
cemented carbide
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JP4276179A
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俊一 村井
武志 阿部
頼嗣 細谷
正実 粥川
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に強い衝撃力の加わる旋削や転肖りなど
の切削領域で、すぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示す表面
被覆超硬合金製切削工具に関するものである。
一般に、従来の表面被覆超硬合金製切削工具は、第1図
に平面図で、第2図に正面図で、さらに第3図に第1図
X−X線視拡大要部縦断面図で例示されているように、
炭化タングステン基、炭化チタン基、炭窒化チタン基、
あるし、は窒化チタン基などの超硬合金製切削工具IA
の全面に、周期律表の4a,5a、および6a族の金属
、ポロン、シリコン、並びにアルミニウムの炭化物、窒
化物、および酸イG物、さらにこれら2種以上の固溶体
からなる群から選んだ1種の単層または2種以上の多重
層からなる被覆層IBを均一な層厚で被覆したものから
なっている。
このような構造をもった表面被覆超硬合金製切削工具(
以下、被覆超硬工具と略記する)を、例えば、切削形態
止、カッターの回転毎に、工具が加熱・冷却の熱サイク
ルにさらされると共に、断続切削形態による機械的衝撃
の付加がある転削加工に使用すると、切削開始後の比較
的早い時期に、耐摩耗性にはすぐれるが、耐衝撃性およ
び耐熱傷裂性に劣る上記被覆層にクラックが発生し、こ
のように一旦クラツクが発生すると、その先端部に応力
が集中するため、急激なクラックの伝幡が起り、これが
切刃のチツピングあるいは欠損へと結びつくものであっ
た。
そこで、さらに詳しく、このクラックの発生、成長状態
を観察すると、まず、主として熱的要因による場合は、
切刃陵(ホーニング部)lcに対してほぼ直角方向に、
切刃陵よりやや離れた位置のすくい面la上にクラツク
が発生し、その後、クラツクの成長に伴って切刃陵と平
行なクラックが発生し、これが成長することによって切
刃欠損に至るものであった。また、一方機械的要因によ
る場合は、切刃陵と平行にすくい面上にクラックが発生
し、成長して切刃の欠損に至るものであり、この機械的
要因、すなわち機械的衝撃によるクラックの発生、成長
は、被覆層を有さない超硬工具に比して、特に被覆超硬
合金において著しいものであった。さらに、超硬工具を
転削加工に使用した場合に、逃げ面lbおよびすくい両
laの摩耗が著しく、しかもクレータ摩耗の発達によっ
て切刃に欠落が生じるなどの問題がいまいま発生してい
た。上記の問題は、被覆超硬工具を転削加工と同様に強
い衝撃力の加わる旋削加工に使用した場合にも発生する
ものであった。本発明者等は、上述のような観点から、
特に強い衝撃の加わる切削領域で、すぐれた耐摩耗性お
よび耐欠損性を示し、長期に亘る使用が可能な被覆超硬
工具を、工業的に安価に「かつ容易に得べく、特にその
被覆層に着目し研究を行なった結果、{a} 被覆層の
耐熱傷裂性および耐衝撃性と、その層厚には密接な関係
があるのであって、層厚が厚くなるほど耐摩耗性は向上
するようになるものの、耐熱爆裂性および耐衝撃性は劣
化するようになり、被覆層にはクラックが発生しやすく
、しかも欠けやすくなること。
{b} そこで、特に耐摩耗性が要求される逃げ面には
厚い被覆層を被覆し、一方耐熱傷製性および耐衝撃性が
必要とされるすくい面には相対的に薄い被覆層を形成し
、しかも被覆超硬工具のすくい面におけるクラック発生
部分、すなわち上記のように被覆層の存在によりクラツ
クが発生するすくい面中央部には実質的に被覆層を存在
させないようにしてクラック発生を抑制すると、工具は
すぐれた耐摩耗性および耐欠損性をもつようになり、さ
らに例え被覆層が存在しないためにすくい面の中央部に
クレータ摩耗が発生しても、クレータ摩耗の切刃陵部へ
の成長は、切刃陵近傍に存在する被覆層によって阻止さ
れるために、クレータ摩耗の発達に伴なう切刃の欠損に
対する抵抗が著しく向上したものになること。
‘c} しかし、被覆層の層厚を20〃机を越えて厚く
すると「より一層の耐摩耗性向上効果がないにもかかわ
らず、耐欠損性の低下が著しくなることから、20りの
を越えた層厚にしてはならないこと。
【dー 超硬工具の表面に、通常の化学蒸着法、イオン
プレーテイング法、あるいはスパッタリング法などの方
法を適用して被覆層を形成するに際して、すくい面部分
に密着あるいは近接させて、被覆処理温度で変形しない
グラフアィト、酸化物、超硬質合金、窒化物系セラミッ
クス、あるいは金属などよりなる材料で製造された保護
板を設置すると、層厚が逃げ面よりすくい面の方が薄く
、かつ功刃陵よりすくい面の中央部に向って、実質的に
すくい面の中央部における層厚が零となるように漸減し
た被覆層が形成されるようになること。
なお、この場合、すくい面と保護板との間の距離を調整
することによって、すくい面における被覆層の層厚を制
御することができること。以上‘a}〜{d}に示され
る知見を得たのであること。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであり
、以下に実施例により具体的に説明する。
実施例 1 ISO使用分類P3滴鞍硬合金製切削工具(形状:SN
P432、バレルホーニング:0.03肋)IAを、第
4図に平面図で、第5図に正面図で示されるように4本
の支柱2により所定間隔をもって平行配置された基板3
とセラミックス製保護板4の間に挿入した。
この場合、前記超硬工具IAの上面(すくい面la)と
保護板4の内側面との間には0.3肋の一定間隔が存し
ていた。ついで、このようにセットした状態で表面被覆
処理炉内に装入し、炉内温度を1000℃に加熱し、ガ
ス組成がTIC14:3%、N2:37%、日2:60
%(以上容量%)からなる混合ガスを導入しながら3時
間保持して前記超硬工具IAの表面にTIN被覆層IB
を形成することによって本発明被覆超硬工具1を製造し
た。この結果得られた本発明被覆超硬工具1においては
、第8図に第3図図示と同じ個所の拡大姿部縦断面図で
示されるように、逃げ面lbには5仏のの一様な層厚の
TIN被覆層IBが形成され、またすくい面laには切
刃陵lcから2〜3柳の範囲に亘つて、層厚が2ぶれか
らlrmに漸減するTIN被覆層IBが、さらにこれよ
り1〜2柵の範囲に亘つて層厚0.1仏肌以下の室化層
が形成されており、実質的にすくい面laの中央部には
被覆層は存在しないものであった。
また、第6図に平面図で、第7図に正面図で示されるよ
うに、上記超硬工具IAの上下面をこれより小寸の基板
3と同じくセラミックス製保護板4ではさむように重ね
合せてセットする以外は、上記本発明被覆超硬工具1の
製造条件と同一の条件にて本発明被覆超硬工具2を製造
した。
この本発明被覆超硬工具2においても、逃げ面lbには
層厚5い肌のTIN被覆層が形成されており、ざらに切
刃陵から2〜3側に亘るすくい面laには層厚が1山肌
から漸減するTIN被覆層が形成され、すくい面laに
おけるその他の部分には質的に被覆層が存在しないもの
であった。
さらに、比較の目的で、保護板を使用しない以外は、上
記本発明被覆超硬工具1の製造条件と同一の条件にて比
較被覆超硬工具1を製造した。
したがって、この比較被覆超硬工具1においては、すく
い面laおよび逃げ面lbのいずれにも層厚5ム仇のT
IN被覆層が形成されていた。ついで、このように製造
した本発明被覆超硬工具1,2、および比較被覆超硬工
具1、さらに被覆処理を施さない上記超硬工具について
、被削村:SCM−4(硬さHB:280)、切削速度
:130凧′mjn、1刃当りの送り:0.2肋/刃、 切込み:3柳、 カッター:単刃、蚤:25仇舷ぐ、ラジアルレーキ;−
50、アキシヤルレーキ:一50、切削油:使用せず、 の条件で切削試験を行ない、クレータ摩耗が100仏仇
に至るまでの時間を測定し、寿命時間とした。
この結果を下表に示した。上表に示されるように、本発
明被覆超硬工具1,2は、すぐれた耐摩耗性および耐欠
損性をもつので、被覆層の層厚が均一な比較被覆超硬工
具1および被覆層を有しない超硬工具に比して著しく長
い使用寿命を示すことが明らかである。
また、使用後の上記被覆超硬工具2に対して、すくい面
には切刃陵近傍にしか実質的に被覆層が存在しないので
、逃げ面(外周部)のみに4肋の幅で研磨加工を施して
残留被覆層と、この被覆層直下の超硬工具表面部に、通
常の化学蒸着法によって被覆層を形成した場合などに存
在する腕化層(鳩C型金属間化合物)とを除去した後、
上記本発明被覆超硬工具2の製造条件と同一の条件で被
覆層を再生し、再度上記条件で切削試験を行なったとこ
ろ、上記被覆超硬工具2とほとんど変らない6び分の寿
命時間を示し、これらの結果から、きわめてコスト安く
、かつ容易に再生使用することができることがわかる。
実施例 2 ISO使用分類KI硯留嬢合金製切削工具(形状:SN
P432、バレルホーニング:0.03側)IAの上下
面を、第6図および第7図に示されるように、これより
小寸の基板3をSUS309段保護板4ではさむように
重ね合わせてセットし、真空容器内に装入した。
ついで、真空容器内の温度を400qoに加熱保持し、
ArとN2の浪合ガスを導入しながら、雰囲気圧力を2
×10‐3tonとし、ターゲットであるTi板(純度
99.99%)に靴Vの電圧を真空容器壁に対して相対
的に負となるように印加し、3時間保持することによっ
て本発明被覆超硬工具3を製造した。この結果得られた
本発明被覆超硬工具3は、逃げ面lbが層厚4.0仏の
のTIN層で被覆され、またすくい面laにおける切刃
陵から2柳の幅が層厚1ムのから漸減する層厚のTIN
層で被覆されていた。
また、比較の目的で、保護板を使用しない以外は、上記
本発明被覆超硬工具3の製造条件と同一の条件にて、す
くい面laと逃げ面lbとが層厚4.04肌の一様なT
IN被覆層で被覆された比較被覆超磯工具2を製造した
。
ついで、上記本発明被覆超硬工具3および比較被覆超硬
工具2について、被削材:FC25(硬さHB:200
)「切削速度:160の/mjn、 1刃当りの送り:0.2側/刃、 切込み:3肋、 カッター:単刃、径:25仇吻ぐ、ラジアルレ−キ:−
50、アキシヤルレーキ:一50「切削油:使用せず、 の条件で切削試験を行なったところ、本発明被覆超硬工
具3は、切削開始後6び分で、フランク摩耗量:0.4
2側の正常摩耗により寿命に達したのに対して、比較被
覆超硬工具2は、切削開始後わずか3粉ふで、熱クラッ
クの発達による欠損で寿命に達した。
また、被覆層の形成を行なわない上記KI項製超硬工具
を同一条件での切削試験に供したところ、15分後にフ
ランク摩耗が0.4仇岬こ達し、寿命となつた。
上述のように、この発明によれば、きわめてコスト安く
、かつ簡単な操作で、耐摩耗性および耐欠損性にすぐれ
、しかも使用寿命の著しく長い被覆超硬工具を製造し、
再生することができるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の表面被覆超硬合金製切削工具(被覆超硬
工具)の平面図、第2図は同正面図、第3図は第1図X
−×線視拡大要部縦断面図、第4図はこの発明の被覆超
硬工具を製造するに際しての実施例を示す平面図、第5
図は同正面図、第6図は同じく他の実施例を示す平面図
、第7図は同正面図、第8図はこの発明の被覆超硬工具
における第3図図示と同じ個所の拡大要部縦断面図であ
る。 図面において、IA・…・・被覆処理前の超硬工具、I
B・・・・・・被覆層、la・・・・・・すくい面、l
b・・・・・・逃げ面、lc…・・・切刃陵、2・・・
・・・支柱、3・・・・・・基板、4・・…・保護板。 第8図 弟l図 弟2図 第3図 第4図 第5図 第6図 発フ図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 超硬合金製切削工具の表面に周期律表の4a,5a
    、および6a族の金属、ボロン、シリコン、並びにアル
    ミニウムの炭化物、窒化物、および酸化物、さらにこれ
    らの2種以上の固溶体からなる群から選んだ1種の単層
    または2種以上の多重層からなる被覆層を20μm以下
    の層厚で被覆してなる表面被覆超硬合金製切削工具にお
    いて、すくい面における被覆層の層厚を逃げ面における
    被覆層の層厚より薄くし、かつ切刃陵よりすくい面の中
    央部に向って、実質的にすくい面の中央部における被覆
    層の層厚が零となるように被覆層の層厚を漸減させたこ
    とを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
JP4276179A 1979-04-09 1979-04-09 表面被覆超硬合金製切削工具 Expired JPS603921B2 (ja)

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JP4276179A JPS603921B2 (ja) 1979-04-09 1979-04-09 表面被覆超硬合金製切削工具

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JPS55137803A JPS55137803A (en) 1980-10-28
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