CN113195139A - 硬质皮膜包覆钻头 - Google Patents

硬质皮膜包覆钻头 Download PDF

Info

Publication number
CN113195139A
CN113195139A CN201980081669.9A CN201980081669A CN113195139A CN 113195139 A CN113195139 A CN 113195139A CN 201980081669 A CN201980081669 A CN 201980081669A CN 113195139 A CN113195139 A CN 113195139A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drill
hard film
hard
ridge
layer
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.)
Pending
Application number
CN201980081669.9A
Other languages
English (en)
Inventor
野城淳一
林谅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corporate Clubs Are Same As Vietnam
Original Assignee
Corporate Clubs Are Same As Vietnam
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corporate Clubs Are Same As Vietnam filed Critical Corporate Clubs Are Same As Vietnam
Publication of CN113195139A publication Critical patent/CN113195139A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/02—Twist drills
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2224/00—Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
    • B23B2224/08—Aluminium nitride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2224/00—Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
    • B23B2224/36—Titanium nitride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/12—Cross sectional views of the cutting edges
    • B23B2251/125—Rounded cutting edges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

在超硬合金制的钻头主体的表面包覆有硬质皮膜的硬质皮膜包覆钻头中，对于该主体在后刀面(2)与前刀面(3)的边界处设置平滑的区域(4)。将包覆的硬质皮膜的表面硬度设在维氏硬度为2000～2500HV的范围内。另外，将该区域(4)与后刀面(2)交叉的第一棱线(L1)、以及后刀面(2)与刃带(6)交叉的第二棱线(L2)的各棱线的截面加工成R形状，相对于主体的直径(D)(mm)将第一棱线(L1)为R形状的曲率半径(r1)(μm)设在由r1＝0.45×D+a1(10≤a1≤25)的数式表示的范围内。另外，将第二棱线L2为R形状的曲率半径(r2)(μm)设在由r2＝0.65×D+a2(39≤a2≤67)的数式表示的范围内。而且，关于硬质皮膜的厚度(t1)(μm)，设在由t1＝0.8×ln(D)+a3(0.7≤a3≤3.0)的关系式表示的范围内。

Description

硬质皮膜包覆钻头
技术领域
本发明涉及包覆有TiN(氮化钛)等硬质皮膜的切削工具(钻头)。
背景技术
一般而言，钻头等切削工具在超硬合金制的母材(原材料)的表面包覆有TiN等硬质皮膜的状态下被使用。
通过包覆硬质皮膜，来抑制母材在切削时的磨损推进，并防止切削工具损伤。
另外，通过使硬质皮膜除TiN(氮化钛)等之外还以任意的比例含有Cr、Si等多种多样的元素，从而能够对硬质皮膜赋予各种特性。
专利文献1及2中公开有如下内容：通过在通常的硬质皮膜的中间位置交替地多层层叠成分比率彼此不同的两种硬质皮膜，来提高硬质皮膜整体的耐磨损性、耐碎裂性。
除了硬质皮膜以外，关于切削工具的形态，通过将后刀面、前刀面设为特定的形状，也能够抑制切削工具在切削时的磨损。
另外，通过在刀尖设置倒角面(倒棱)，能够防止切削时的碎裂。
而且，无论有无倒角面，都能够通过对刀尖的边缘部进行微小的R倒角加工，来防止边缘部的碎裂、膜剥离。
在专利文献3以及4中公开有如下内容：除了在切削工具的切削刃设置珩磨面(倒角面)之外，还在与后刀面、外周角之间的边界部分处在预定的范围内进行R倒角加工，由此来抑制切削工具的磨损。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6222675号公报
专利文献2：日本专利第4967505号公报
专利文献3：日本特开2014-18883号公报
专利文献4：国际公开第2016/043098号手册
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，当在切削工具的表面包覆硬质皮膜时，存在无论该切削工具的大小(直径)如何均使刀尖边缘部的R倒角的曲率半径的大小一致的问题。
在以一般的切削条件进行开孔加工的情况下，由于随着切削工具(钻头)直径增大，切削时产生于钻头的切削阻力增加，作用于刀尖的力增加，所以刀尖容易产生碎裂。
因此，需要随着工具直径的大小而增大倒角量(宽度)。
出于相同的理由，为了防止因切削时的外力导致的刀尖的边缘部处的膜破坏(硬质皮膜的自破坏)，需要增大边缘部的曲率半径。
例如，在曲率半径相对于切削工具的直径小的情况下，如图19所示，在以往的切削工具100的切削刃附近(后刀面102与前刀面103的边界部分)设置倒角面104，在此基础上包覆硬质皮膜，在进行开孔加工的情况下，从后刀面102与倒角面104的棱线、前缘107的一部分开始发生硬质皮膜的破坏。
有时切削工具的碎裂等损伤、后刀面的磨损以这些部位为起点发展，直至变成缺损c1～c3(参照图20)。
相反地，当刀尖的边缘部处的R倒角的曲率半径相对于切削工具的直径大时，相对于切削条件而言R倒角的曲率半径过大，开孔加工时产生的切削阻力增加。
其结果，钻头变钝，加工品质会降低。除此之外，切削工具也无法耐受加工时产生的阻力，容易发生切削工具的断裂。
因此，本发明的课题在于，提供一种硬质皮膜包覆钻头，其根据包覆的硬质皮膜的特性，通过使相对于形成钻头的切削刃的棱线的R倒角以及硬质皮膜的硬度最优化，来抑制刀尖的边缘部处的膜破坏，以提高母材(钻头主体)与硬质皮膜的密合性。
用于解决技术问题的方案
为了解决前述的技术问题，本发明人对硬质皮膜的特性与钻头主体的关系进行了深入研究，结果获得了以下见解。
即，刀尖的边缘部处的硬质皮膜的自破坏起因于硬质皮膜的残留应力，残留应力与膜的厚度和硬度有较大关系。
因此，在将高硬度的硬质皮膜(例如维氏硬度超过2500HV)涂覆于钻头的主体的情况下，需要相对于钻头主体的直径的变化来最优化硬质皮膜的厚度，从而防止硬质皮膜的自破坏。
在此，举出在以往的钻头中硬质皮膜自破坏的情况下的代表性的方式并在图21及图22示出。
如图21所示，硬质皮膜自破坏情况下的第一方式有如下方式，硬质皮膜以第一棱线L151、第二棱线L152以及第三棱线L153交叉的部位为中心剥离(剥离部分MH1)，第一棱线L151作为钻头150的后刀面152与倒角面154的边界，第二棱线L152作为刃带156的边界，第三棱线L153作为倒角面154与刃带156的边界。
如图22所示，作为第二方式存在如下方式，硬质皮膜从第一棱线L161、第二棱线L162以及第三棱线L163交叉的部位起沿着第一棱线L161剥离(剥离部分MH2)，第一棱线L161作为钻头160的后刀面162与倒角面164的边界，第二棱线L162作为刃带166的边界，第三棱线L163作为倒角面164与刃带166的边界。
如这些所述，在作为面与面交叉的角部的棱线上，硬质皮膜的残留应力容易集中，硬质皮膜变厚则应力也变大，因此与其他部位相比更容易优先发生自破坏。
不限于这些第一以及第二方式，还存在皮膜在任一棱线上或棱线交叉的部位以连续或不连续的方式发生自破坏的情况。
也就是说，若将高硬度的硬质皮膜对钻头的主体包覆所需以上，则由于产生在母材与硬质皮膜之间的残留应力的差，从而成为导致硬质皮膜发生自破坏从而母材露出且磨损发展的原因。
因此，在包覆硬质皮膜的情况下，需要选择与切削工具的直径对应的膜厚。
另外，一般而言，硬质皮膜的硬度越高，则切削工具的耐磨损性提高越多，但是，相反地高硬度的硬质皮膜也成为导致自破坏的一个原因，此外，如果膜厚度变厚，则相应地自破坏的可能性也进一步提高。
因此，若要将具有一定厚度的硬质皮膜包覆于母材(钻头主体)，在抑制硬质皮膜的自破坏的目的下，需要将硬质皮膜的硬度相对地调整为低硬度(2500HV以下)，并将钻头的主体设为最优的形状。
因此，本发明在超硬合金制的钻头的主体的表面包覆有硬质皮膜的硬质皮膜包覆钻头中，在该主体，在后刀面与前刀面交叉的部位设置平滑的区域(平滑面)。
并且，将该平滑面与后刀面交叉的第一棱线以及后刀面与刃带交叉的第二棱线这两条棱线中的每一条棱线在剖视观察下加工为R形状(R倒角加工)。
在该情况下，包覆于钻头的主体的硬质皮膜的硬度在维氏硬度为2000～2500HV的范围内。
关于R倒角加工的大小，在将钻头主体的直径设为D(单位为mm)的情况下，将第一棱线的曲率半径r1(单位为μm)设在由r1＝0.45×D+a1(10≤a1≤25)的关系式表示的范围内。
并且，将第二棱线的曲率半径r2(单位为μm)设在由r2＝0.65×D+a2(39≤a2≤67)的关系式表示的范围内。
另外，当将钻头主体的直径设为D(单位为mm)时，包覆于超硬合金制的钻头主体的表面的硬质皮膜的厚度t1(单位为μm)设在由t1＝0.8×ln(D)+a3(0.7≤a3≤3.0)的关系式表示的范围内。
需要说明的是，此处的“ln”是指基数为e的自然对数。
硬质皮膜的构成按照距钻头的主体侧由近及远的顺序大致设为第一层、第二层、第三层。关于膜组成，第一层设为以含有Al和Ti的氮化物(AlTiN)为主成分的硬质皮膜。
第二层设为由组成不同的两种硬质皮膜交替层叠而成的混合层。
第三层设为以含有Ti和Si的氮化物(TiSiN)为主成分的硬质皮膜。
而且，形成该第二层的两种硬质皮膜设为以含有Ti、Al以及Si的氮化物(AlTiSiN)为主成分的第一中间硬质皮膜、以及以含有Ti、Al、Cr以及Si的氮化物(AlTiSiCN)为主成分的第二中间硬质皮膜。
发明的效果
本发明的硬质皮膜包覆钻头根据钻头主体的直径，分别使相对于形成该切削刃的形状的特定的棱线的R倒角及包覆的硬质皮膜的硬度和厚度达到最优化，提高了硬质皮膜包覆钻头的母材与硬质皮膜的密合性。
由此，无论硬质皮膜包覆钻头的直径如何，都能够防止刀尖边缘部处的硬质皮膜的自破坏，并且能够延长工具寿命。
附图说明
图1为本发明的硬质皮膜包覆钻头的主体1的主视图。
图2为本发明的硬质皮膜包覆钻头的主体1的俯视图。
图3为图1所示的钻头主体1的A部放大图。
图4为图2所示的钻头主体1的X-X线剖视图。
图5为钻头主体1的第二棱线L2附近的示意图。
图6为钻头主体1的第三棱线L3附近的示意图。
图7为钻头50中的硬质皮膜10的示意性剖视图。
图8为图7所示的硬质皮膜10的B部放大图。
图9为实施例1的比较品1(钻头110)的示意性放大图(前刀面侧)。
图10为实施例1的比较品2(钻头120)的示意性放大图(前刀面侧)。
图11为实施例1中的比较品3(钻头130)的示意性放大图(前刀面侧)。
图12为实施例1中的发明品1(钻头200)的示意性放大图(前刀面侧)。
图13为实施例1的比较品4(钻头140)的示意性放大图(前刀面侧)。
图14为实施例1的比较品1(钻头110)的示意性放大图(后刀面侧)。
图15为实施例1的比较品2(钻头120)的示意性放大图(后刀面侧)。
图16为实施例1的比较品3(钻头130)的示意性放大图(后刀面侧)。
图17为实施例1的发明品1(钻头200)的示意性放大图(后刀面侧)。
图18为实施例1的比较品4(钻头140)的示意性放大图(后刀面侧)。
图19为以往钻头100的切削刃附近的放大示意图。
图20为示出以往钻头100的缺损状态的放大示意图。
图21为示出以往钻头150的硬质皮膜的自破坏MH1的状态(第一方式)的放大示意图。
图22为示出以往钻头160的硬质皮膜的自破坏MH2的状态(第二方式)的放大示意图。
附图标记说明
1钻头的主体；2后刀面；3前刀面；4平滑的区域(平滑面)；5切削刃；6刃带；10硬质皮膜；10A硬质皮膜的第一层(最下层)；10B硬质皮膜的第二层(中间层)；10C硬质皮膜的第三层(最上层)；10B1第一中间硬质皮膜；10B2第二中间硬质皮膜；50硬质皮膜包覆钻头；D钻头主体的直径；L1第一棱线；L2第二棱线；L3第三棱线；r1第一棱线的曲率半径；r2第二棱线的曲率半径；r3第三棱线的曲率半径；t1硬质皮膜的厚度。
具体实施方式
以下利用附图对本发明的硬质皮膜包覆钻头的实施方式进行说明。
以图1示出作为本发明一实施方式的硬质皮膜包覆钻头的主体1的主视图，以图2示出其俯视图。
另外，以图3示出图1中的A部放大图，以图4示出图2中的X-X线剖视图。
如图1及图3所示，在本发明的超硬合金制的钻头的主体1(直径ΦD)的后刀面2与前刀面3之间，存在从钻头的主体1的中心侧朝向外周侧且具有平滑的面的区域(平滑面)4。
该区域4通过加工切削刃5的前端部分而形成，被称作珩磨面或倒角面，跨后刀面2和前刀面3两面而连续地连接(相接)。
此处，“钻头的主体(钻头主体)”是指相对于包覆了TiN等硬质皮膜的最终的钻头的形态，包覆硬质皮膜前阶段的钻头的原材料自身的状态。
因此，在本申请中分别对“钻头主体”和在该钻头主体的表面包覆有硬质皮膜的最终形态的“硬质皮膜包覆钻头”进行区分。
另外，钻头的主体1中的特定的棱线在剖视观察下被以预定的曲率半径进行R加工(R倒角)。
该“特定的棱线”是指如图3所示，区域4与后刀面2交叉的第一棱线L1、后刀面2与刃带6交叉的第二棱线L2、刃带6与区域4交叉的第三棱线L3。
在图4中示出钻头主体的第一棱线L1附近(X-X线剖视图)。
另外，在图5中示出钻头主体1的第二棱线L2附近的示意图，在图6示出钻头主体1的第三棱线L3附近的示意图。
如图4～图6所示，这些第一～第三棱线L1～L3分别被加工成R形状(R倒角加工)。
关于该R加工的大小，在如图1以及图2所示在将钻头的主体1的直径设为D(mm)的情况下，设由r1＝0.45×D+a1(10≤a1≤25)的数学式(以下称为“式1”)表示的范围以作为第一棱线L1的曲率半径r1(μm)。
而且，第二棱线L2的曲率半径r2(μm)设为由r2＝0.65×D+a2(39≤a2≤67)的数学式(以下称为“式2”)表示的范围。
需要说明的是，关于由区域4和刃带6形成的第三棱线L3的曲率半径r3优选为25μm以上且50μm以下的范围。
接下来，使用附图对包覆于前述的钻头主体的表面上的硬质皮膜进行说明。
在图7中示出硬质皮膜包覆钻头50的整个硬质皮膜10的示意性剖视图，在图8中示出图7所示的硬质皮膜10的B部放大图。
如图7所示，包覆于硬质皮膜包覆钻头50的表面的硬质皮膜10从钻头主体1侧开始依次层叠有相当于最下层的第一层10A、相当于中间层的第二层10B、相当于最上层的第三层10C。
另外，硬质皮膜10的表面硬度在维氏硬度为2000～2500HV的范围内，在将钻头的主体1的直径设为D(mm)时，硬质皮膜10的厚度t1(μm)为由t1＝0.8×ln(D)+a3(0.7≤a3≤3.0)的数学式(以下称为“式3”)表示的范围。
在硬质皮膜10中作为最下层的第一层10A是包覆于距钻头的主体1最近的位置处的硬质皮膜，其组成主要由含有Al和Ti的氮化物(AlTiN)形成。
另外，在硬质皮膜10中作为最上层的第三层10C是层叠在第一层10A及第二层10B之上且包覆于距钻头的主体1最远的位置处的硬质皮膜，其化学成分为含有Ti和Si的氮化物(TiSiN)。
在硬质皮膜10中相当于中间层的第二层10B是层叠在第一层10A与第三层10C之间的硬质皮膜，是组成不同的两种硬质皮膜交替层叠而成的混合层。
形成第二层10B的两种硬质皮膜是以含有Ti、Al以及Si的氮化物(TiAlSiN)为化学成分的第一中间硬质皮膜10B1、和以含有Ti、Al、Cr以及Si的氮化物(TiAlCrSiN)为化学成分的第二中间硬质皮膜10B2。
如果将该第一中间硬质皮膜10B1和第二中间硬质皮膜10B2分别层叠一层的状态设为一组(一循环)，则将形成第二层10B的混合层设为将这两种硬质皮膜10B1、10B2在15组以上且60组以下的范围内层叠而成的层，其厚度在0.5μm以上且5.0μm以下的范围内。
实施例1
由于进行了使用本发明所涉及的钻头(以下称为“发明品”)以及以往的钻头(以下称为“比较品”)这两种钻头的切削加工试验，并且确认了钻头主体的第一～第三棱线的曲率半径与工具寿命的关系，故而对其试验结果进行说明。
均在对发明品及比较品的超硬合金制的钻头主体以各种大小实施R倒角加工之后，包覆硬质皮膜。
将发明品以及比较品设为以下共同的规格，钻头主体的直径：6mm、钻头的槽长度：42mm、钻头长度：82mm。
发明品1～3及比较品1～4中的第一～第三棱线的曲率半径r1～r3(R倒角的大小)、硬质皮膜的厚度及硬度如表1所示。
以发明品1～3为代表在图12中示出对发明品1(钻头200)进行R倒角后(硬质皮膜包覆前)的从前刀面侧观察到的形态，同样地在图17中示出从后刀面侧观察到的形态。
另外，在图9～11和图13中分别示出对比较品1～4(钻头110～140)进行R倒角后(硬质皮膜包覆前)的从前刀面侧观察到的形态，同样地在图14～16和图18中分别示出从后刀面侧观察到的形态。
需要说明的是，将比较品1设为仅对钻头的主体的前缘(图9所示的棱线117)进行R加工并包覆已有的硬质皮膜(硬度超过2500HV)而得的产品。此外，使用三维测量仪来测量发明品1～3以及比较品1～4的第一～第三棱线的曲率半径r1～r3的大小。
并且，使用显微维氏硬度测量仪测量硬质皮膜的硬度，并根据需要进行了基于JISZ2244“曲面中的硬度试验”的校正。
[表1]
Figure BDA0003108378430000101
如图9～图18所示，在切削加工试验中使用的钻头的发明品1的钻头200的后刀面202、前刀面203、区域204、刃带206、前缘207分别相当于作为比较品1～4的钻头110～140的后刀面112～142、前刀面113～143、区域114～144、刃带116～146、前缘117～147。
另外，发明品1的钻头200的第一棱线L201、第二棱线L202、第三棱线L203分别相当于比较品1～4的钻头110～140的第一棱线L111～141、第二棱线L112～142、第三棱线L113～143。
包覆的硬质皮膜在发明品和比较品中均从钻头主体起依次层叠有如下的硬质皮膜：将最下层(第一层)设为AlTiN(原子比率为Al：Ti＝60：40)的硬质皮膜，将中间层(第二层)设为由被设为TiAlSiN(原子比率为Ti：Al：Si＝62.5：30：7.5)的第一中间硬质皮膜和被设为TiAlCrSiN(原子比率为Ti：Al：Cr：Si＝42.5：35：15：7.5)的第二中间层构成的混合层，将最上层(第三层)设为TiSiN(原子比率为Ti：Si＝85：15)的硬质皮膜。
需要说明的是，本切削试验在以下的条件下进行，均在发明品及比较品中确认有切削刃、外周角等的缺损的时刻结束切削试验，并分别对到试验结束为止的总切削长度(单位：m)进行比较。
·钻头的转速：5300rev/min
·钻头的进给速度：795mm/min
·钻头的切削速度：100m/min
·钻头的进给量：0.150mm/rev
·被切削材料：碳钢S50C(0.5％C)
·加工方式：深度为30mm的盲孔
·冷却条件：利用水溶性切削油的外部供给
对切削加工试验的结果进行说明。
首先，比较品1在从开始孔加工起的总切削长度为43m的时刻外周角部缺损，同样地，在比较品2的总切削长度为60m、比较品3的总切削长度为94m、比较品4的总切削长度为103m的时刻外周角部缺损，并在该时刻结束切削加工。
与此相对，由于发明品1在从开始孔加工起总切削长度为140m的时刻外周角部缺损，同样地，在发明品2的总切削长度为156m、发明品3的总切削长度为134m的时刻外周角部缺损，因此在该时刻结束切削加工。
当在本实施例中使用的钻头主体的直径为6mm时，代入上述式1～式3而得的第一及第二棱线的曲率半径r1、r2及硬质皮膜的厚度t1为r1＝12.7～27.7μm、r2＝42.7～70.9μm、t1＝2.13～4.43μm。
比较品1～3的第一棱线或第二棱线的曲率半径中的任一个比前述的范围小，比较品4的第一和第二棱线的曲率半径均超出了前述的范围。
另外，比较品4的硬质皮膜的厚度也超出了前述范围。
根据以上的试验结果，相对于比较品1～4，发明品1～3的总切削长度均增加至1.3倍以上，并能够延长工具的寿命。
认为其原因在于，发明品1～3的第一和第二棱线的曲率半径r1、r2及硬质皮膜的厚度t1均在上述式1～式3的范围内。
实施例2
接着，进行使用了发明品与比较品这两种钻头的切削加工试验，由于确认出硬质皮膜的厚度以及硬度与工具寿命的关系，故而对其试验结果进行说明。
与实施例1一样，对发明品和比较品的超硬合金制的钻头主体以各种大小实施R倒角加工，然后包覆硬质皮膜。
将发明品和比较品设为以下共同的规格，钻头主体的直径：2mm、钻头的槽长度：15mm、钻头长度：49mm。
发明品11、12以及比较品11～13中的第一～第三棱线的曲率半径r1～r3(R倒角的大小)、硬质皮膜的厚度及硬度如表2所示。与实施例1的情况同样地，使用三维测量仪对发明品11、12、比较品11～13的第一～第三棱线的曲率半径r1～r3的大小进行测量。
使用显微维氏硬度测量仪测量硬质皮膜的硬度，并根据需要进行基于JIS Z2244“曲面中的硬度试验”的校正。
另外，将包覆于钻头主体的硬质皮膜的化学成分设为与实施例1相同的化学成分。
[表2]
Figure BDA0003108378430000131
切削试验在以下的条件下进行，均在发明品和比较品中确认到切削刃、外周角等的缺陷的时刻结束切削试验，并分别对直到试验结束为止的总切削长度(单位：m)进行比较。
需要说明的是，关于比较品11和12，虽然在钻头主体包覆有硬质皮膜时在硬质皮膜的一部分中确认到图22所示的方式的膜的自破坏，但比较品11和12这两个钻头在该状态下进行了切削试验。
·钻头的转速：12739rev/min
·钻头的进给速度：637mm/min
·钻头的切削速度：80m/min
·钻头的进给量：0.05mm/rev
·被切削材料：碳钢S50C(0.5％C)
·加工方式：深度10mm的盲孔
·冷却条件：利用水溶性切削油的外部供给
对切削加工试验的结果进行说明。
首先，比较品11在从开始孔加工起的总切削长度为35m的时刻外周角部缺损，在比较品12的总切削长度为47m的时刻外周角部缺损，在比较品13的总切削长度为59m的时刻外周角部缺损，并在该时刻结束切削加工。
与此相对，发明品11在从开始孔加工起总切削长度为94m的时刻外周角部缺损，同样地，在发明品12的总切削长度为82m的时刻外周角部缺损，并在该时刻结束切削加工。
当在该实施例中使用的钻头主体的直径为2mm时，代入前述式1～式3而得的第一和第二棱线的曲率半径r1、r2及硬质皮膜的厚度t1为r1＝10.9～25.9μm、r2＝40.3～68.3μm、t1＝1.25～3.55μm。
比较品11的硬质皮膜的厚度超过前述范围，比较品12的硬质皮膜的硬度与现有的硬度相同，超过了2500HV。
因此，如前所述，发现了比较品11和12在试验前硬质皮膜的一部分发生自破坏，所以该试验中的总切削长度与发明品相比为较差的结果。
另外，由于比较品13的第一棱线的曲率半径超出前述范围，硬质皮膜相对于钻头母材的密合度降低，因此，同样地，该试验中的总切削长度与发明品相比为较差的结果。
从以上的试验结果来看，相对于比较品11～13，发明品11和12均使切削长度增加至1.3倍以上，从而能够延长工具的寿命。
认为其原因在于，除了发明品11、12的第一和第二棱线的曲率半径在前述的式1和式2的范围内以外，硬质皮膜的硬度在2000～2500HV的范围内，硬质皮膜的厚度也在前述式3的范围内。
产业上的可利用性
本发明所涉及的硬质皮膜包覆钻头由于钻头母材与硬质皮膜的密合性优异，因此在切削工具的领域中，能够有助于切削质量的提高和工具寿命的长寿命化。

Claims (5)

1.一种硬质皮膜包覆钻头，其特征在于，
所述硬质皮膜包覆钻头至少在具有两个以上的切削刃、后刀面、前刀面以及刃带的超硬合金制的钻头主体的表面包覆有硬质皮膜，在所述钻头主体设置有与所述后刀面及所述前刀面邻接的平滑的区域，
所述硬质皮膜的表面硬度在维氏硬度为2000～2500HV的范围内，
所述平滑的区域与所述后刀面交叉的第一棱线、所述后刀面与所述刃带交叉的第二棱线的各棱线在剖视观察下形成为R形状，在将所述钻头主体的直径设为D(单位：mm)的情况下，所述第一棱线的R形状的曲率半径r1(单位：μm)由
r1＝0.45×D+a1(10≤a1≤25)的关系式表示，
所述第二棱线的R形状的曲率半径r2(单位：μm)由
r2＝0.65×D+a2(39≤a2≤67)的关系式表示。
2.根据权利要求1所述的硬质皮膜包覆钻头，其特征在于，
所述硬质皮膜的厚度t1(单位：μm)由
t1＝0.8×ln(D)+a3(0.7≤a3≤3.0)的关系式表示。
3.根据权利要求1或2所述的硬质皮膜包覆钻头，其特征在于，
所述第一棱线的R形状的曲率半径r1在15～35μm的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的硬质皮膜包覆钻头，其特征在于，
所述硬质皮膜按照距所述钻头主体侧由近及远的顺序层叠有第一层、第二层及第三层，所述第一层由以含有Al和Ti的氮化物为主成分的硬质皮膜构成，所述第二层由组成不同的两种硬质皮膜交替层叠而成，所述第三层由以含有Ti和Si的氮化物为主成分的硬质皮膜构成。
5.根据权利要求4所述的硬质皮膜包覆钻头，其特征在于，
所述第二层由第一中间硬质皮膜和第二中间硬质皮膜构成，所述第一中间硬质皮膜以含有Ti、Al以及Si的氮化物为主成分，所述第二中间硬质皮膜以含有Ti、Al、Cr以及Si的氮化物为主成分。
CN201980081669.9A 2018-10-11 2019-10-08 硬质皮膜包覆钻头 Pending CN113195139A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-192830 2018-10-11
JP2018192830 2018-10-11
PCT/JP2019/039597 WO2020075698A1 (ja) 2018-10-11 2019-10-08 硬質皮膜被覆ドリル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113195139A true CN113195139A (zh) 2021-07-30

Family

ID=70163962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980081669.9A Pending CN113195139A (zh) 2018-10-11 2019-10-08 硬质皮膜包覆钻头

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210291279A1 (zh)
JP (2) JP7256947B2 (zh)
CN (1) CN113195139A (zh)
WO (1) WO2020075698A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2024004075A1 (zh) * 2022-06-29 2024-01-04

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002172510A (ja) * 2000-12-11 2002-06-18 Mmc Kobelco Tool Kk 極小径ドリル及びその製造方法
JP2002254211A (ja) * 2001-02-28 2002-09-10 Mitsubishi Materials Corp 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2006307323A (ja) * 2005-03-31 2006-11-09 Hitachi Tool Engineering Ltd 硬質皮膜被覆部材
US20080166588A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-10 Sandvik Intellectual Property Ab Multilayered coated cutting tool
US20100215452A1 (en) * 2007-10-26 2010-08-26 Masaaki Jindai Twist drill
WO2012063515A1 (ja) * 2010-11-10 2012-05-18 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具
JP2014018883A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Hitachi Tool Engineering Ltd ドリル及びドリルの刃先部の製造方法
CN104588705A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 佑能工具株式会社 硬质覆膜包覆切削工具
CN104960276A (zh) * 2015-07-01 2015-10-07 苏州阿诺精密切削技术股份有限公司 用于门铰链加工的表面涂层及钻头
CN106103793A (zh) * 2015-01-14 2016-11-09 住友电工硬质合金株式会社 硬质覆膜、切削工具以及硬质覆膜的制造方法
CN106573317A (zh) * 2014-09-19 2017-04-19 住友电工硬质合金株式会社 钻头

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4983079A (en) * 1987-12-14 1991-01-08 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Twist drill
US5230593A (en) * 1987-12-14 1993-07-27 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Twist drill
DE19511828C5 (de) * 1995-03-30 2012-05-10 Jörg Gühring Rotierendes Zerspanungswerkzeug
DE29601653U1 (de) * 1995-03-30 1996-08-01 Gühring, Jörg, Dr., 72458 Albstadt Schneidwerkzeug
GB9606370D0 (en) * 1996-03-26 1996-06-05 Dormer Tools Sheffield Ltd Improvements in or relating to twist drills
JP3439993B2 (ja) * 1998-07-22 2003-08-25 株式会社不二越 マグネトロンスパッタ装置
US6315504B1 (en) * 1998-10-27 2001-11-13 Nachi-Fujikoshi Corporation Twist Drill
US7348074B2 (en) 2005-04-01 2008-03-25 Oc Oerlikon Balzers Ag Multilayer hard coating for tools
WO2014002948A1 (ja) * 2012-06-29 2014-01-03 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具
JP2014069258A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Nachi Fujikoshi Corp 硬質皮膜被覆切削工具
JP6255925B2 (ja) * 2013-11-12 2018-01-10 三菱マテリアル株式会社 ドリル
JP6163141B2 (ja) * 2014-07-01 2017-07-12 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜
JP6489412B2 (ja) 2014-11-18 2019-03-27 和田山精機株式会社 硬質皮膜層、及び冷間塑性加工用金型
WO2017175803A1 (ja) * 2016-04-07 2017-10-12 株式会社タンガロイ 被覆切削工具
CN111587157B (zh) * 2018-03-07 2023-06-20 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆切削工具及其制造方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002172510A (ja) * 2000-12-11 2002-06-18 Mmc Kobelco Tool Kk 極小径ドリル及びその製造方法
JP2002254211A (ja) * 2001-02-28 2002-09-10 Mitsubishi Materials Corp 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2006307323A (ja) * 2005-03-31 2006-11-09 Hitachi Tool Engineering Ltd 硬質皮膜被覆部材
US20080166588A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-10 Sandvik Intellectual Property Ab Multilayered coated cutting tool
US20100215452A1 (en) * 2007-10-26 2010-08-26 Masaaki Jindai Twist drill
WO2012063515A1 (ja) * 2010-11-10 2012-05-18 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具
JP2014018883A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Hitachi Tool Engineering Ltd ドリル及びドリルの刃先部の製造方法
CN104588705A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 佑能工具株式会社 硬质覆膜包覆切削工具
CN106573317A (zh) * 2014-09-19 2017-04-19 住友电工硬质合金株式会社 钻头
CN106103793A (zh) * 2015-01-14 2016-11-09 住友电工硬质合金株式会社 硬质覆膜、切削工具以及硬质覆膜的制造方法
CN104960276A (zh) * 2015-07-01 2015-10-07 苏州阿诺精密切削技术股份有限公司 用于门铰链加工的表面涂层及钻头

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张济忠、胡平、杨思泽等编著: "现代薄膜技术", vol. 1, 31 January 2009, 北京：冶金工业出版社, pages: 382 - 383 *
金烨堂;王进;马大衍;柳琪;王旭;: "硬质合金刀条AlCrN硬质膜性能的研究", 精密成形工程, no. 04, 10 July 2018 (2018-07-10), pages 144 - 149 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20210291279A1 (en) 2021-09-23
JPWO2020075698A1 (ja) 2021-10-07
JP7256947B2 (ja) 2023-04-13
JP7274090B2 (ja) 2023-05-16
JP2022119891A (ja) 2022-08-17
WO2020075698A1 (ja) 2020-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1939328B1 (en) Multilayered coated cutting tool
JP6404906B2 (ja) 切削工具
JP6344481B2 (ja) 多刃ボールエンドミル
EP3205431A1 (en) Radius end mill
US10357832B2 (en) Drill and method for manufacturing machined product using same
WO2012023325A1 (ja) スローアウェイチップ
WO2017085975A1 (ja) 刃先交換式回転切削工具及びインサート
JP4975395B2 (ja) ボールエンドミル
JP7274090B2 (ja) 硬質皮膜被覆ドリル
JP4919298B2 (ja) 高送り加工用刃先交換式回転工具
WO2017138170A1 (ja) 刃先交換式回転切削工具及びインサート
US11364557B2 (en) Drill
JPH07299634A (ja) エンドミル
JP6086180B1 (ja) 刃先交換式回転切削工具及びインサート
WO2012053090A1 (ja) ３枚刃ドリル
JPS6322922B2 (zh)
JP4878808B2 (ja) 刃先交換型切削チップ
JP2022045081A (ja) 高硬度材用スカイビングカッタ
JP5343522B2 (ja) 切削加工方法
JP4704580B2 (ja) Ｍｇ系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法
JP2005081511A (ja) 被覆切削工具
JPH10237629A (ja) 切削工具用硬質複合被膜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination