JP2001329382A - Surface treatment method for improving chipping resistance - Google Patents
Surface treatment method for improving chipping resistanceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具や金型等
の耐チッピング性を向上させる技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for improving chipping resistance of a cutting tool, a mold, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】切削工具で金型等を加工する場合に切削
工具の刃先にチッピングが生じ易いという問題がある。
また、金型で冷間鍛造等を実施する場合に、チッピング
が生じ易いという問題がある。このチッピングは材料の
強度が低いために発生する。チッピングを防止するに
は、「材料の強度」を「材料にかかるせん断力」より大
きくすることが必要とされる。2. Description of the Related Art When a die or the like is machined with a cutting tool, there is a problem that chipping easily occurs at the cutting edge of the cutting tool.
Further, when cold forging or the like is performed in a mold, there is a problem that chipping is likely to occur. This chipping occurs because of the low strength of the material. In order to prevent chipping, it is necessary to make the “strength of the material” larger than the “shear force applied to the material”.
【０００３】例えば、切削工具に生じるチッピングを防
止する方法として、従来から以下の３つの方法が提案さ
れている。まず、「刃先の強度」を向上させる方法とし
て、（１）工具母材自体を靭性の高い材種に変更するこ
と、（２）工具形状を変更すること、が提案されてい
る。また、「刃先にかかるせん断力」を低減させる方法
として、（３）切削条件を変更すること、が提案されて
いる。しかしながら、（１）および（２）については、
工具費が増加するという問題がある。また、（３）につ
いては、加工時間が増加するという問題がある。For example, the following three methods have been conventionally proposed as methods for preventing chipping occurring in a cutting tool. First, as a method for improving the “strength of the cutting edge”, (1) changing the tool base material itself to a material having high toughness, and (2) changing the tool shape have been proposed. Further, as a method of reducing the “shearing force applied to the cutting edge”, (3) changing cutting conditions has been proposed. However, for (1) and (2),
There is a problem that tool cost increases. In the case of (3), there is a problem that the processing time increases.
【０００４】また、工具表面をＰＶＤ処理またはＣＶＤ
処理する方法が提案されている。ＰＶＤ処理では、工具
表面に密着性に優れるコーティング（例えばＴｉＡＩＮ
皮膜）を１〜５μｍ皮膜する。このＰＶＤ処理をする
と、切刃の耐磨耗性が向上して潤滑性が付与されるため
に、切刃に微小クラックが発生するのを抑制する。ただ
し、膜厚が１〜５μｍと薄いため、耐チッピング性を向
上する効果はほとんど得られない。ＣＶＤ処理では、超
硬合金の表面に、Ｔｉ系化合物被膜とＡｌ２Ｏ３を交互
に積層する。このＣＶＤ処理によると、２〜１５μｍの
多層コーティングが得られる。このＣＶＤ処理で形成さ
れる膜厚が１０μｍ以上の場合には、耐チッピング性を
向上させる効果が多少は得られるものの、その効果は非
常に不十分である。Further, the tool surface is subjected to PVD processing or CVD.
A method of processing has been proposed. In the PVD process, a coating having excellent adhesion to the tool surface (for example, TiAIN)
1) to 5 μm. By performing this PVD treatment, the wear resistance of the cutting edge is improved and lubricity is imparted, so that the occurrence of minute cracks on the cutting edge is suppressed. However, since the film thickness is as thin as 1 to 5 μm, the effect of improving the chipping resistance is hardly obtained. In the CVD process, a Ti-based compound film and Al 2 O 3 are alternately laminated on the surface of a cemented carbide. According to this CVD process, a multilayer coating of 2 to 15 μm is obtained. When the film thickness formed by the CVD process is 10 μm or more, the effect of improving the chipping resistance is somewhat obtained, but the effect is extremely insufficient.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、耐チッ
ピング性を効果的に向上させることができる方法を理論
的および実験的に詳細に検討したところ、放電加工によ
る表面処理を施すことによって耐チッピング性を効果的
に向上させることができることを見出した。The inventors of the present invention have studied in detail theoretically and experimentally a method capable of effectively improving chipping resistance. It has been found that chipping resistance can be effectively improved.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段および作用と効果】本発明
に係る耐チッピング性を向上させる表面処理方法（耐チ
ッピング性向上方法）は、硬質母材の耐チッピング性を
向上させるにあたって、被膜材料を有する電極と前記硬
質母材との間に放電を発生させて前記硬質母材の表面に
被膜層を形成する放電表面処理方法を選択することを特
徴とする。本発明によれば、硬質母材の表面に高硬度の
被膜層を充分な厚みとなるまで形成し得るので、耐チッ
ピング性を効果的に向上させることができる。従って、
本発明によると、チッピングの発生を防止しながら、切
削工具等の材質を従来のものから代える必要がなく、ま
た、切削条件を高能率なものに維持できる。The surface treatment method for improving chipping resistance according to the present invention (method for improving chipping resistance) is a method for improving the chipping resistance of a hard base material by using a coating material. The method is characterized in that a discharge surface treatment method is selected in which a discharge is generated between the electrode and the hard base material to form a coating layer on the surface of the hard base material. According to the present invention, a high-hardness coating layer can be formed on the surface of the hard base material until the coating layer has a sufficient thickness, so that chipping resistance can be effectively improved. Therefore,
According to the present invention, it is not necessary to replace the material of the cutting tool or the like with a conventional one while preventing the occurrence of chipping, and the cutting conditions can be maintained at a high efficiency.
【０００７】前記耐チッピング性向上方法においては、
前記被膜層を前記硬質母材からなる切削工具のすくい面
に形成することが好ましい。本発明によれば、切削工具
において、チッピングを発生させる要因であるせん断力
がかかるすくい面に被膜層を形成しているため、切削工
具の耐チッピング性をより効果的に向上させることがで
きる。In the method for improving chipping resistance,
It is preferable that the coating layer is formed on a rake face of a cutting tool made of the hard base material. According to the present invention, in the cutting tool, since the coating layer is formed on the rake face to which the shearing force that causes chipping is applied, the chipping resistance of the cutting tool can be more effectively improved.
【０００８】前記耐チッピング性向上方法においては、
前記被膜層を構成する前記被膜材料のヤング率を前記硬
質母材のヤング率より小さくすることが好ましい。本発
明によれば、被膜材料のヤング率を硬質母材のヤング率
より小さくしているため、被膜材料の方が硬質母材より
靭性が高くなる。従って、耐チッピング性をより効果的
に向上させることができる。In the method for improving chipping resistance,
The Young's modulus of the coating material constituting the coating layer is preferably smaller than the Young's modulus of the hard base material. According to the present invention, since the Young's modulus of the coating material is smaller than the Young's modulus of the hard base material, the coating material has higher toughness than the hard base material. Therefore, the chipping resistance can be more effectively improved.
【０００９】前記耐チッピング性向上方法においては、
前記被膜層の膜厚を１０〜３０μｍにすることが好まし
い。本発明によれば、被膜の膜厚を１０〜３０μｍとし
ているため、硬質母材にまですくい面磨耗が容易に進行
しない。従って、耐チッピング性をより一層向上させる
ことができる。In the method for improving chipping resistance,
It is preferable that the thickness of the coating layer is 10 to 30 μm. According to the present invention, since the thickness of the coating is set to 10 to 30 μm, the wear on the hard base material does not easily progress. Therefore, the chipping resistance can be further improved.
【００１０】前記耐チッピング性向上方法においては、
前記被膜層の表面から内部に向かって、前記硬質母材の
構成成分の割合が漸増する傾斜性組織に形成することが
好ましい。本発明によれば、被膜層を傾斜性組織として
いるため、応力を受けた際のひずみ量の差によって硬質
母材と被膜の間に剥離が生じにくくなる。従って、高い
耐チッピング性を長期にわたって維持できる。In the method for improving chipping resistance,
Preferably, the coating layer is formed in a gradient structure in which the ratio of the constituent components of the hard base material gradually increases from the surface toward the inside. According to the present invention, since the coating layer has a gradient structure, peeling between the hard base material and the coating hardly occurs due to a difference in the amount of strain when stress is applied. Therefore, high chipping resistance can be maintained for a long time.
【００１１】前記耐チッピング性向上方法においては、
前記硬質母材の表面に前記被膜層を形成後、ショットピ
ーニング的効果を付与する工程を実施することが好まし
い。本発明では、硬質母材の表面にショットピーニング
的効果を与えることで被膜層を形成しているため、被膜
層が圧縮応力層に形成されるので、耐チッピング性をよ
り一層に向上させることができる。In the method for improving chipping resistance,
After forming the coating layer on the surface of the hard base material, it is preferable to perform a step of giving a shot peening effect. In the present invention, since the coating layer is formed by giving a shot peening effect to the surface of the hard base material, the coating layer is formed on the compressive stress layer, so that the chipping resistance can be further improved. it can.
【００１２】前記耐チッピング性向上方法においては、
前記硬質母材を、超硬合金、サーメット、セラミック
ス、ハイスのいずれか１つとすることが好ましい。本発
明によれば、超硬合金、サーメット、セラミックス、ハ
イスで形成される切削工具、金型等の耐チッピング性を
向上させることができる。In the method for improving chipping resistance,
It is preferable that the hard base material is any one of a hard metal, a cermet, a ceramic, and a high-speed steel. Advantageous Effects of Invention According to the present invention, chipping resistance of a cutting tool, a mold, and the like formed of a cemented carbide, a cermet, a ceramic, and a high-speed steel can be improved.
【００１３】本発明の他の態様として、請求項１から７
に記載の耐チッピング性向上方法によって切削工具また
は金型の硬質母材の表面に被膜層を形成してもよい。本
発明に係る切削工具または金型によれば、請求項１から
７に記載の耐チッピング性向上方法による作用効果と同
様の作用効果を奏することができる。According to another aspect of the present invention, claims 1 to 7 are provided.
The coating layer may be formed on the surface of the cutting tool or the hard base material of the mold by the chipping resistance improving method described in (1). According to the cutting tool or the mold according to the present invention, the same function and effect as the chipping resistance improving method according to the first to seventh aspects can be obtained.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態に係る放電表面処理方法に使用する放電加工装置の
構成について図１を用いて説明する。図１は、放電表面
処理装置の構成図である。図１に示す放電表面処理装置
２０は、エンドミル（被処理材）２２、このエンドミル
２２を保持する保持装置２６、この保持装置２６をモー
タ３６に連結された回転軸３７を介して回転させるとと
もにＺ軸駆動機構３４によって矢印Ｚ方向にスライドさ
せるＺ軸駆動装置３０、前記エンドミル２２に改質層を
形成する圧粉体電極２４、この圧粉体電極２４を保持す
る電極保持装置２８等を備えている。前記エンドミル２
２と前記圧粉体電極２４は加工槽３８内に配置されてい
る。この加工槽３８内は、放電加工液４０で満たされて
いる。また、この加工槽３８は、Ｘテーブル４２および
Ｙテーブル４４上に載置され、Ｘ軸駆動機構４６および
Ｙ軸駆動機構４８によってＸ軸およびＹ軸の方向に移動
可能となっている。このため、加工槽３８内に配置され
た電極保持装置２８もＸ軸およびＹ軸方向に移動可能と
なっている。(Embodiment 1) The configuration of an electric discharge machining apparatus used for an electric discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a discharge surface treatment apparatus. The discharge surface treatment apparatus 20 shown in FIG. 1 includes an end mill (a material to be treated) 22, a holding device 26 that holds the end mill 22, and a rotation shaft 37 connected to a motor 36. A Z-axis driving device 30 that is slid in the direction of the arrow Z by a shaft driving mechanism 34, a green compact electrode 24 that forms a modified layer on the end mill 22, an electrode holding device 28 that holds the green compact electrode 24, and the like. I have. The end mill 2
2 and the green compact electrode 24 are arranged in a processing tank 38. The inside of the machining tank 38 is filled with an electric discharge machining fluid 40. The processing tank 38 is placed on an X table 42 and a Y table 44, and is movable in the directions of the X axis and the Y axis by an X axis driving mechanism 46 and a Y axis driving mechanism 48. For this reason, the electrode holding device 28 arranged in the processing tank 38 is also movable in the X-axis and Y-axis directions.
【００１５】また、図１に示す放電表面処理装置２０
は、前記エンドミル２２の刃先が前記圧粉体電極２４に
沿って動くように制御する制御装置５０、この制御装置
５０に送信するための前記エンドミル２２と前記圧粉体
電極２４との間の極間距離を検出する極間検出回路５
４、前記エンドミル２２と前記圧粉体電極２４との間に
放電を発生させる電力を供給する電源装置５６等を備え
ている。前記制御装置５０は、エンドミル２２の刃先の
長さ、刃先の軌跡移動に関する数値データを記憶するメ
モリ、ＣＰＵを備えている。The discharge surface treatment apparatus 20 shown in FIG.
A control device 50 for controlling the cutting edge of the end mill 22 to move along the green compact electrode 24, and an electrode between the end mill 22 and the green compact electrode 24 for transmitting to the control device 50. Pole detection circuit 5 for detecting inter-distance
4. A power supply device 56 for supplying electric power for generating a discharge between the end mill 22 and the green compact electrode 24 is provided. The control device 50 includes a memory for storing numerical data relating to the length of the cutting edge of the end mill 22 and the locus movement of the cutting edge, and a CPU.
【００１６】次に、以上のように構成された放電表面処
理装置２０の動作について説明する。まず、圧粉体電極
２４を固定した状態で、エンドミル２２の刃先が圧粉体
電極２４に対し所定の放電間隙となるように、エンドミ
ル２２をＺ軸駆動装置３０およびＺ軸駆動機構３４によ
ってＺ方向にスライドおよびＺ方向の軸を中心に回転さ
せることでエンドミル２２の位置を制御する。その後、
放電加工液４０中において、エンドミル２２と圧粉体電
極２４との間に電源装置５６によって電力を供給して両
者間に放電を発生させる。Next, the operation of the discharge surface treatment apparatus 20 configured as described above will be described. First, with the green compact electrode 24 fixed, the end mill 22 is moved by the Z-axis driving device 30 and the Z-axis driving mechanism 34 so that the cutting edge of the end mill 22 is at a predetermined discharge gap with respect to the green compact electrode 24. The position of the end mill 22 is controlled by sliding in the direction and rotating about the axis in the Z direction. afterwards,
In the electric discharge machining fluid 40, electric power is supplied between the end mill 22 and the green compact electrode 24 by a power supply device 56 to generate electric discharge between them.
【００１７】このとき、制御装置５０は、Ｚ軸駆動装置
３０およびＺ軸駆動機構３４に対し、エンドミル２２の
刃先を圧粉体電極２４に沿って移動させるための指令信
号（刃先の軌跡移動を指令する）を送信する。そして、
前記指令信号を受信したＺ軸駆動装置３０およびＺ軸駆
動機構３４によって、刃先が圧粉体電極２４に沿うよう
にエンドミル２２を移動させる。また、制御装置５０
は、Ｘ軸駆動機構４６、Ｙ軸駆動機構４８に対し、エン
ドミル２２と圧粉体電極２４との間の極間距離を所定値
に維持するため、極間制御信号を送信する。そして、前
記極間制御信号を受信したＸ軸駆動機構４６およびＹ軸
駆動機構４８によって、Ｘテーブル４２、Ｙテ−ブル４
４をＸおよびＹ方向に移動させることで前記エンドミル
２２と前記圧粉体電極２４との極間距離を一定に維持す
る。上記に示した放電表面処理装置２０によって、エン
ドミル２２の刃先に被膜層を形成することができる。即
ち、この放電によって圧粉体電極２４が消耗し、この圧
粉体電極２４の成分であるＴｉＣを中心とした高硬度
（２０００〜２５００ｍＨＶ）の被膜層を充分な厚みと
なるまでエンドミル２２の刃先に形成することができ
る。At this time, the control device 50 issues a command signal (moves the trajectory of the blade) of the end mill 22 to the Z-axis driving device 30 and the Z-axis driving mechanism 34 to move the blade of the end mill 22 along the green compact electrode 24. Command). And
The end mill 22 is moved by the Z-axis driving device 30 and the Z-axis driving mechanism 34 having received the command signal so that the cutting edge is along the green compact electrode 24. The control device 50
Transmits a gap control signal to the X-axis drive mechanism 46 and the Y-axis drive mechanism 48 in order to maintain the gap distance between the end mill 22 and the compact electrode 24 at a predetermined value. The X-axis drive mechanism 46 and the Y-axis drive mechanism 48 that have received the gap control signal allow the X table 42 and the Y table 4
4 is moved in the X and Y directions to maintain a constant distance between the end mill 22 and the green compact electrode 24. The coating layer can be formed on the cutting edge of the end mill 22 by the discharge surface treatment device 20 described above. That is, the green compact electrode 24 is consumed by this discharge, and the cutting edge of the end mill 22 until the coating layer of high hardness (2000 to 2500 mHV) centering on TiC which is a component of the green compact electrode 24 becomes a sufficient thickness. Can be formed.
【００１８】（実施の形態２）本発明の実施の形態に係
る放電表面処理方法によって、切削工具の刃先のすくい
面に被膜層を形成する場合について説明する。図２に切
削工具の刃先を示した図を示す。図２において６０は切
削工具、６０ａは切削工具の刃先のすくい面、６０ｂは
切削工具の刃先の逃げ面である。また、６０ｃは超硬母
材、６０ｄは被膜層である。切削工具６０のすくい面６
０ａは、すくい面６０ａに対して垂直に作用する垂直力
６２と、すくい面６０ａに対して平行に作用する摩擦力
６４との２つの力の合力で刃先にチッピングを発生させ
る直接の目安となるせん断力６６を受けている。このた
め、このせん断力を受けているすくい面６０ａに対し、
チッピングの発生を防止する対策を施す必要がある。本
発明の実施の形態に係る放電表面処理方法では、切削工
具６０の刃先のすくい面６０ａに被膜層６０ｄを形成し
ているため、チッピングの発生をより効果的に防止する
ことができる。また、切削工具６０の刃先のすくい面６
０ａのみの局部処理であれば、放電加工による処理であ
るため、数十秒から数分で表面処理をすることができ
る。(Embodiment 2) A case where a coating layer is formed on a rake face of a cutting edge of a cutting tool by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram showing the cutting edge of the cutting tool. In FIG. 2, reference numeral 60 denotes a cutting tool, 60a denotes a rake face of a cutting edge of the cutting tool, and 60b denotes a flank of a cutting edge of the cutting tool. Reference numeral 60c denotes a cemented carbide base material, and 60d denotes a coating layer. Rake face 6 of cutting tool 60
0a is a direct measure for generating chipping at the cutting edge by a combined force of a normal force 62 acting perpendicular to the rake face 60a and a friction force 64 acting parallel to the rake face 60a. Shear force 66 is received. For this reason, with respect to the rake face 60a receiving this shear force,
It is necessary to take measures to prevent the occurrence of chipping. In the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention, since the coating layer 60d is formed on the rake face 60a of the cutting edge of the cutting tool 60, the occurrence of chipping can be more effectively prevented. The rake face 6 of the cutting edge of the cutting tool 60
In the case of the local processing of only 0a, since the processing is performed by electric discharge machining, the surface processing can be performed in several tens seconds to several minutes.
【００１９】（実施の形態３）本発明の実施の形態に係
る放電表面処理方法によって、超硬母材のヤング率より
も小さいヤング率の被膜材料によって被膜層を形成する
場合について説明する。エンドミル２２とＴｉ系の圧粉
体電極２４との間の放電を発生させると、超硬母材のヤ
ング率（４５０００〜５７０００ｋｇ／ｍｍ２）よりも
小さいヤング率（３２０００〜３５０００ｋｇ／ｍ
ｍ２）のＴｉＣ（炭化チタン）を主成分とする被膜層を
エンドミル２２の刃先に形成することができる。これ
は、放電加工液４０が油であるため、放電の熱で分解し
た油の成分のＣ（炭素）と電極中のＴｉ（チタン）が熱
により化学反応を起こしてＴｉＣとなるからである。こ
のように、母材である超硬のヤング率よりも小さいヤン
グ率の被膜材料を被覆すると、耐チッピング性をより向
上させることができる。以下、母材である超硬のヤング
率よりも小さいヤング率の被膜材料を被覆すると、耐チ
ッピング性をより向上させることができる理由を説明す
る。(Embodiment 3) A case where a coating layer is formed by a coating material having a Young's modulus smaller than that of a super hard base material by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described. When a discharge is generated between the end mill 22 and the Ti-based green compact electrode 24, the Young's modulus (32000 to 35000 kg / m 2 ) is smaller than the Young's modulus (45,000 to 57000 kg / mm 2 ) of the cemented carbide base material.
m 2 ) A coating layer mainly composed of TiC (titanium carbide) can be formed on the cutting edge of the end mill 22. This is because the electric discharge machining fluid 40 is oil, and C (carbon) as a component of the oil decomposed by the heat of electric discharge and Ti (titanium) in the electrode undergo a chemical reaction due to heat to become TiC. As described above, when a coating material having a Young's modulus smaller than the superhard Young's modulus as the base material is coated, the chipping resistance can be further improved. Hereinafter, the reason why the chipping resistance can be further improved by coating with a coating material having a Young's modulus smaller than the superhard Young's modulus as the base material will be described.
【００２０】セラミックス材料に対して引張り試験を行
うと、図３に示すような応力とひずみの関係が得られ
る。横軸７２はひずみεを示し、縦軸７４は応力σを示
す。応力σを大きくしていくと、塑性変形の始まる降伏
点前で破断が生じ、８０に示す時点で脆性破壊と呼ばれ
る現象が生じる。この脆性破壊を生じにくくさせるには
靭性（図３に示す部分の面積７６：σ・ε／２）を大き
くする必要がある。なお、靭性とは、材料が破壊するの
に要する単位時間当たりの仕事である。チッピングもこ
の脆性破壊の一態様である。よって、チッピングを生じ
にくくするためには、靭性を大きくする必要がある。When a tensile test is performed on a ceramic material, a relationship between stress and strain as shown in FIG. 3 is obtained. The horizontal axis 72 shows the strain ε, and the vertical axis 74 shows the stress σ. When the stress σ is increased, a fracture occurs before the yield point at which plastic deformation starts, and a phenomenon called brittle fracture occurs at a point indicated by 80. In order to make the brittle fracture less likely to occur, it is necessary to increase the toughness (area 76 of the portion shown in FIG. 3: σ · ε / 2). In addition, toughness is work per unit time required for a material to break. Chipping is also one mode of this brittle fracture. Therefore, to reduce the occurrence of chipping, it is necessary to increase the toughness.
【００２１】被覆面と母材に加わる応力σ（荷重）は等
しい。よって、靭性（図３に示す部分の面積７６：σ・
ε／２）を大きくするためには、ひずみεを大きくする
必要がある。ここで、応力σは、σ＝Ｅ・ε（Ｅ：ヤン
グ率）で表される。よって、応力σが等しい場合には、
ヤング率Ｅが小さいほどひずみεが大きくなり、靭性が
高くなる。よって、母材のヤング率Ｅよりも被膜のヤン
グ率Ｅを小さくすれば、母材の靭性よりも被膜の靭性の
方が大きくなるため、耐チッピング性をより向上させる
ことができる。具体的には、母材である超硬のヤング率
は、４５０００〜５７０００ｋｇ／ｍｍ２であるため、
被膜材料としては、ＴｉＣの他には、例えば、ＺｒＣ
（２６０００〜３５５００ｋｇ／ｍｍ２）、ＶＣ（２７
３００〜２７６００ｋｇ／ｍｍ２）、ＮｂＣ（３４５０
０〜３４６００ｋｇ／ｍｍ２）、ＴａＣ（２９０００〜
２９１００ｋｇ／ｍｍ２）等を用いればよい。The stress σ (load) applied to the covering surface and the base material is equal. Therefore, the toughness (the area 76 of the portion shown in FIG. 3: σ ·
In order to increase ε / 2), it is necessary to increase the strain ε. Here, the stress σ is represented by σ = E · ε (E: Young's modulus). Therefore, when the stress σ is equal,
The smaller the Young's modulus E, the greater the strain ε and the higher the toughness. Therefore, if the Young's modulus E of the coating is smaller than the Young's modulus E of the base material, the toughness of the coating is larger than the toughness of the base material, so that the chipping resistance can be further improved. Specifically, since the Young's modulus of the cemented carbide as the base material is 45,000 to 57000 kg / mm 2 ,
As a coating material, in addition to TiC, for example, ZrC
(26000-35500 kg / mm 2 ), VC (27
300 to 27600 kg / mm 2 ), NbC (3450
0 to 34600 kg / mm 2 ), TaC (29900
29100 kg / mm 2 ) or the like may be used.
【００２２】（実施の形態４）本発明の実施の形態に係
る放電表面処理方法によって、被膜層を厚膜化する場合
について説明する。被膜層の厚さはパルス幅τｐに関係
しており、被膜層を厚膜化するためには、パルス幅τｐ
を長くすればよい。被膜層の厚さは、チッピングに対す
る効果を十分に得るためには、１０μｍ以上であること
が望ましい。ただし、３０μｍを超えると切削時に母材
と被膜の間の熱膨張の差が大きくなり、亀裂が生じて剥
離しやすくなるため、３０μｍ以下であることが望まし
い。(Embodiment 4) A case where a coating layer is made thicker by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described. The thickness of the coating layer is related to the pulse width τ p , and in order to increase the thickness of the coating layer, the pulse width τ p
Should be lengthened. The thickness of the coating layer is desirably 10 μm or more in order to sufficiently obtain an effect on chipping. However, if the thickness exceeds 30 μm, the difference in thermal expansion between the base material and the coating film during cutting increases, and cracks are easily generated, so that the thickness is desirably 30 μm or less.
【００２３】図４に被膜材料の弾性体モデルを示す。図
４に示すように、被膜材料８４と超硬母材８２にかかる
荷重８６（＝応力σ）が等しい場合は、σ＝Ｅ・εであ
るから、超硬母材８２よりも被膜材料８４のヤング率Ｅ
が小さいと、超硬母材８２よりも被膜材料８４のひずみ
εが大きくなる。この結果、図４に示すように、被膜材
料８４を弾性体とみなすことができる。弾性体は厚いほ
ど、被覆面上に受けた荷重８６による衝撃を被膜材料８
４で吸収することができる。また、硬質母材にまですく
い面磨耗が容易に進行しない。従って、被膜材料８４の
膜厚を厚くすると、耐チッピング性をより一層向上させ
ることができる。FIG. 4 shows an elastic body model of the coating material. As shown in FIG. 4, when the load 86 (= stress σ) applied to the coating material 84 and the cemented carbide base material 82 is equal, σ = E · ε. Young's modulus E
Is smaller, the strain ε of the coating material 84 becomes larger than that of the super hard base material 82. As a result, as shown in FIG. 4, the coating material 84 can be regarded as an elastic body. The thicker the elastic body is, the more the impact by the load 86 received on the coating surface becomes.
4 can be absorbed. In addition, the wear of the rake face on the hard base material does not easily progress. Therefore, when the film thickness of the coating material 84 is increased, the chipping resistance can be further improved.
【００２４】（実施の形態５）本発明の実施の形態に係
る放電表面処理方法によって、超硬母材に傾斜性組織の
被膜層を形成する場合について図１および図５を用いて
説明する。図５は、図２に示す切削工具の刃先の拡大図
である。図１に示す圧粉体電極２４を用いて、一定の放
電エネルギーで放電を発生させて表面処理をすると、図
５に示すように成分に傾斜性を有する被膜層６０ｄを得
ることができる。即ち、被膜層６０ｄの上面部６０ｆで
は、ほぼＴｉＣで形成され、被膜層６０ｄと超硬母材６
０ｃとの接触面６０ｅに向かうにつれてＴｉＣの量が漸
減するとともに母材の量が漸増する。このため、被膜層
６０ｄは、ＴｉＣが単独で形成されているより硬度変化
がなめらかな傾斜性組織となる。(Embodiment 5) A case where a coating layer having a gradient structure is formed on a cemented carbide base material by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an enlarged view of the cutting edge of the cutting tool shown in FIG. When a surface treatment is performed by using the green compact electrode 24 shown in FIG. 1 to generate a discharge with a constant discharge energy, a coating layer 60d having a gradient component can be obtained as shown in FIG. That is, the upper surface portion 60f of the coating layer 60d is substantially formed of TiC, and the coating layer 60d and the super hard base material 6 are formed.
The amount of TiC gradually decreases and the amount of the base material gradually increases toward the contact surface 60e with 0c. For this reason, the coating layer 60d has a gradient structure in which the hardness change is smoother than when TiC is formed alone.
【００２５】このように、本実施の形態に係る放電表面
処理方法によれば、被膜層６０ｄを傾斜性組織としてい
るため、ヤング率Ｅの差で生じる被膜層６０ｄの特性と
硬質母材６０ｃの特性が徐々に変化する。よって、ヤン
グ率Ｅの差で生じるひずみεの差が被膜層６０ｄと硬質
母材６０ｃの接触面６０ｅの付近で大きくなることはな
い。このため、応力σを受けた際のひずみεの差によっ
て硬質母材６０ｃと被膜層６０ｄの間に剥離が生じるこ
とはない。従って、被膜層６０ｄが傾斜性組織である
と、密着性、耐衝撃性が高くなり、また、熱膨張に対し
ても優れるため、チッピングが容易に発生しないように
なる。As described above, according to the discharge surface treatment method according to the present embodiment, since the coating layer 60d has a gradient structure, the characteristics of the coating layer 60d caused by the difference in Young's modulus E and the properties of the hard base material 60c The characteristics change gradually. Therefore, the difference in strain ε caused by the difference in Young's modulus E does not increase near the contact surface 60e between the coating layer 60d and the hard base material 60c. Therefore, there is no occurrence of separation between the hard base material 60c and the coating layer 60d due to the difference in the strain ε when receiving the stress σ. Therefore, when the coating layer 60d has a gradient structure, the adhesion and the impact resistance are increased, and the thermal expansion is excellent, so that chipping does not easily occur.
【００２６】（実施の形態６）本発明の実施の形態に係
る放電表面処理方法によって、被膜層を圧縮応力層に形
成する場合について説明する。電流値を限りなく０に近
い値に設定し、電圧だけ印加して処理時間を増加させる
と、ショットピーニング的効果が発生し、これによって
チッピングの発生を防止することができる。即ち、電流
値を限りなく０に近い値に設定し、電圧だけ印加して処
理時間を増加させると、母材と電極との極間には加工が
進行しない程度の小さな放電が発生する。この放電加工
時の気化爆発が生じたときの極間における圧力の衝撃に
よって、ショットピーニングにおける物理的な球状粉末
の衝撃と同様の衝撃が超硬母材に作用する。この衝撃に
よって、超硬母材の表面は加工硬化し、表面応力層が圧
縮方向に変化し、圧縮応力層が形成される。このよう
に、被膜層が圧縮応力層に形成されると、耐チッピング
性をより効果的に向上させることができる。(Embodiment 6) A case where a coating layer is formed on a compressive stress layer by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described. If the current value is set to a value close to 0 as much as possible and the processing time is increased by applying only the voltage, an effect like shot peening occurs, thereby preventing occurrence of chipping. That is, when the current value is set to a value close to 0 as much as possible and the voltage is applied to increase the processing time, a small discharge is generated between the base material and the electrode so that machining does not proceed. Due to the impact of pressure between the poles when the vaporization explosion occurs during the electric discharge machining, the same impact as that of the physical spherical powder in shot peening acts on the cemented carbide base material. Due to this impact, the surface of the carbide base material is work-hardened, the surface stress layer changes in the compression direction, and a compression stress layer is formed. Thus, when the coating layer is formed on the compressive stress layer, the chipping resistance can be more effectively improved.
【００２７】（実施の形態７）本発明の実施の形態に係
る放電表面処理方法によって表面処理を施したヘリカル
チップ（放電ＴｉＣコート）と、表面処理を施していな
いヘリカルチップ（ノーマル）について、以下の条件で
チッピングに対する試験を行った。 （条件１）切削長：約１０ｍ、回転数：７１６ｍｉｎ
−１、径切込：１ｍｍ、周速：５４．０ｍ／ｍｉｎ、Ｚ
切込：３ｍｍ、送り速度：３３７ｍｍ／ｍｉｎ、１刃送
り：０．４７ｍｍ／刃、加工機：ＮＣフライス盤、被削
材：ＳＫＤ６１、電極：ＴｉＣ焼結体電極、処理時間：
１ｍｉｎ （条件２）切削長：約１０ｍ、回転数：１１９４ｍｉｎ
−１、径切込：１ｍｍ、周速：９０．０ｍ／ｍｉｎ、Ｚ
切込：３．３ｍｍ、送り速度：５６１ｍｍ／ｍｉｎ、１
刃送り：０．４７ｍｍ／刃、加工機：ＮＣフライス盤、
被削材：ＳＫＤ６１、電極：ＴｉＣ焼結体電極、処理時
間：１ｍｉｎ この結果、条件１および条件２のいずれの場合にも、表
面処理を施していないヘリカルチップ（ノーマル）につ
いてはチッピングが発生したが、表面処理を施したヘリ
カルチップ（放電ＴｉＣコート）についてはチッピング
が発生しなかった。このように、本発明の実施の形態に
係る放電表面処理方法をヘリカルチップに適用すれば、
ヘリカルチップの耐チッピング性を向上させることがで
き、工具の長寿命化、工具費の低減を図ることができ
る。(Embodiment 7) A helical chip (discharge TiC coating) subjected to a surface treatment by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention and a helical chip (normal) not subjected to a surface treatment are described below. A test for chipping was performed under the following conditions. (Condition 1) Cutting length: about 10 m, rotation speed: 716 min
-1 , diameter cut: 1 mm, peripheral speed: 54.0 m / min, Z
Cutting depth: 3 mm, feed speed: 337 mm / min, single blade feed: 0.47 mm / blade, processing machine: NC milling machine, work material: SKD61, electrode: TiC sintered body electrode, processing time:
1min (Condition 2) Cutting length: about 10m, rotation speed: 1194min
-1 , diameter cut: 1 mm, peripheral speed: 90.0 m / min, Z
Depth of cut: 3.3 mm, feed rate: 561 mm / min, 1
Blade feed: 0.47mm / blade, processing machine: NC milling machine,
Work material: SKD61, electrode: TiC sintered body electrode, processing time: 1 min As a result, chipping occurred in the helical tip (normal) that had not been subjected to the surface treatment in any of the conditions 1 and 2. However, chipping did not occur in the surface-treated helical chip (discharge TiC coat). Thus, if the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention is applied to a helical chip,
The chipping resistance of the helical tip can be improved, and the life of the tool can be prolonged and the tool cost can be reduced.
【００２８】（実施の形態８）また、本発明の実施の形
態に係る放電表面処理方法によって表面処理を施した打
ち抜きパンチ（放電ＴｉＣコート）と、表面処理を施し
ていない打ち抜きパンチ（ノーマル）について、以下の
条件でチッピングに対する試験を行った。条件は、放電
電流：ＩＰ＝１．４、パルス幅：ＯＮ＝１．０、休止時
間：ＯＦＦ＝６．０、処理時間：端面１０ｍｉｎ、側面
１０ｍｉｎである。なお、放電加工後の面粗さを改善す
るために人手による磨きを実施している。この結果、表
面処理を施していない打ち抜きパンチ（ノーマル）につ
いては５０％の確率でチッピングが発生したが、表面処
理を施した打ち抜きパンチ（放電ＴｉＣコート）につい
てはチッピングが発生しなかった。このように、本発明
の実施の形態に係る放電表面処理方法を打ち抜きパンチ
に適用すれば、従来、打ち抜きパンチの端面にチッピン
グが発生した場合は、パンチ端面を引き下げ、パンチ長
さをシムで調整していたが、このような調整をする必要
がなくなる。(Embodiment 8) A punch (discharge TiC coat) subjected to a surface treatment by a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention and a punch (normal) not subjected to a surface treatment. A test for chipping was performed under the following conditions. The conditions are: discharge current: IP = 1.4, pulse width: ON = 1.0, rest time: OFF = 6.0, processing time: end face 10 min, side face 10 min. In addition, in order to improve the surface roughness after electric discharge machining, polishing is performed manually. As a result, chipping occurred with a probability of 50% for the punches not subjected to the surface treatment (normal), but chipping did not occur for the punches subjected to the surface treatment (discharge TiC coat). As described above, if the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention is applied to a punch, conventionally, when chipping occurs on the end face of the punch, the punch end face is pulled down and the punch length is adjusted with a shim. However, there is no need to make such adjustments.
【００２９】以上で説明した本発明の実施の形態に係る
放電表面処理方法によれば、ＰＶＤおよびＣＶＤ処理に
よる方法に比較して種々の有利な効果を得ることができ
る。例えば、ＰＶＤおよびＣＶＤ処理の場合は、被膜層
の厚さは約１５μｍが上限であるのに対し、放電加工に
よる表面処理の場合は、被膜層の厚さを３０μｍとする
ことも容易である。また、ＰＶＤおよびＣＶＤ処理に比
較して、被膜の密着性を強くすることができる。また、
ＰＶＤおよびＣＶＤ処理では、被膜層を傾斜性組織にす
ることが１回の処理では不可能であるのに対し、放電加
工による表面処理では、１回の処理で可能である。ま
た、表面処理の際の処理時間も短い（特に、すくい面の
みの局部処理の場合は、数十秒から数分程度）。また、
真空槽など特殊な装置を必要としないので面倒な洗浄も
不要であり、どの製造元の切削工具等であっても表面処
理を行うことが可能である。従って、ＰＶＤおよびＣＶ
Ｄ処理に比較して、短時間に、容易に表面処理を行うこ
とができる。According to the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention described above, various advantageous effects can be obtained as compared with the method by PVD and CVD treatment. For example, in the case of PVD and CVD processing, the upper limit of the thickness of the coating layer is about 15 μm, whereas in the case of surface treatment by electric discharge machining, the thickness of the coating layer can be easily set to 30 μm. Further, the adhesion of the coating film can be increased as compared with the PVD and CVD processes. Also,
In the PVD and CVD processes, it is impossible to make the coating layer into a gradient structure in one process, whereas in the surface treatment by electric discharge machining, it is possible in one process. In addition, the processing time for the surface treatment is short (especially, in the case of local processing of only the rake face, about several tens of seconds to several minutes). Also,
Since a special device such as a vacuum chamber is not required, troublesome cleaning is not required, and surface treatment can be performed using cutting tools of any manufacturer. Therefore, PVD and CV
The surface treatment can be easily performed in a shorter time as compared with the D treatment.
【００３０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記の実施の形態になんら限定されるも
のではなく、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変
更、改良を施した形態で実施することができる。例え
ば、本発明の実施の形態では超硬母材について説明をし
たが、母材は、サーメット、セラミックス、ハイス等で
あってもよい。即ち、従来、高速切削における耐酸化
性、耐塑性変形性、耐磨耗性、耐溶着性等にすぐれてい
ながら、脆くて、チッピングが発生しやすいという欠点
のためにあまり使用されていなかったサーメット、セラ
ミックス等に本発明を適用することでこれらの材料の適
用範囲を拡大することができる。また、本発明の実施の
形態では、切削工具として、エンドミル、ヘリカルチッ
プ、打ち抜きパンチについて説明したが、本発明は、チ
ッピングの発生し得る切削工具全般について適用するこ
とができる。また、本発明の実施の形態では、切削工具
について説明したが、本発明は、金型のチッピング防止
についても適用することができる。例えば、冷間鍛造金
型の使用時に、金型先端の成形面には非常に強い圧力が
かかるため、チッピングが生じやすいが、本発明を金型
に適用することにより、チッピングの発生を防止するこ
とができる。また、加工の種類は、大荒加工、荒加工、
中仕上加工、仕上加工等、チッピングの発生し得る加工
全般について適用することができる。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention can be variously modified and improved based on the knowledge of those skilled in the art. It can be implemented in the form described. For example, in the embodiments of the present invention, a description has been given of a cemented carbide base material. However, the base material may be cermet, ceramics, high-speed steel, or the like. That is, cermets which have been used in the past because of their excellent oxidation resistance, plastic deformation resistance, abrasion resistance, welding resistance, etc. in high-speed cutting, but are brittle and easily chipped, have been rarely used. By applying the present invention to ceramics and the like, the applicable range of these materials can be expanded. In the embodiment of the present invention, an end mill, a helical tip, and a punch have been described as cutting tools. However, the present invention can be applied to all cutting tools in which chipping can occur. Further, in the embodiment of the present invention, the cutting tool has been described, but the present invention can also be applied to prevention of chipping of a mold. For example, when a cold forging die is used, a very strong pressure is applied to the molding surface at the tip of the die, so that chipping is likely to occur, but by applying the present invention to the die, the occurrence of chipping is prevented. be able to. Also, the types of processing are large roughing, roughing,
The present invention can be applied to all types of processing in which chipping can occur, such as medium finishing and finishing.
【図１】放電表面処理装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a discharge surface treatment apparatus.
【図２】切削工具の刃先を示した図FIG. 2 is a diagram showing a cutting edge of a cutting tool;
【図３】応力とひずみの関係を示した図FIG. 3 is a diagram showing a relationship between stress and strain.
【図４】被膜材料の弾性体モデルFIG. 4 Elastic body model of coating material
【図５】切削工具の刃先の傾斜性組織を示した図FIG. 5 is a view showing a gradient structure of a cutting edge of a cutting tool.
６０…切削工具 ６０ｃ…超硬母材 ６０ｄ…被膜層 60: Cutting tool 60c: Carbide base material 60d: Coating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｐ 15/28 Ｂ２３Ｐ 15/28 Ａ Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｎ (72)発明者 渡辺 一樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 幸地 正信 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 毛呂 俊夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 後藤 昭弘 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C022 KK02 3C046 FF02 FF03 FF04 FF05 FF10 FF18 FF25 3C059 AA01 AB01 HA03 HA07 4E050 JA01 JA03 JB06 JB09 JC05 JD03 4K044 AA09 AB10 BA18 BB01 BC01 CA36 CA39 CA67 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B23P 15/28 B23P 15/28 A C04B 41/87 C04B 41/87 N (72) Inventor Kazuki Watanabe Aichi 1 Toyota Town, Toyota City Toyota Motor Corporation (72) Inventor Masanobu Kochi 1 Toyota Town Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Toshio Moro 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 3 Mitsubishi Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihiro Goto 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 3C022 KK02 3C046 FF02 FF03 FF04 FF05 FF10 FF18 FF25 3C059 AA01 AB01 HA03 HA07 4E050 JA01 JA03 JB06 JB09 JC05 JD03 4K044 AA09 AB10 BA18 BB01 BC01 CA36 CA39 CA67
Claims (8)
にあたって、被膜材料を有する電極と前記硬質母材との
間に放電を発生させて前記硬質母材の表面に被膜層を形
成する放電表面処理方法を選択することを特徴とする耐
チッピング性を向上させる表面処理方法。1. A discharge surface for generating a discharge between an electrode having a coating material and the hard base material to form a coating layer on the surface of the hard base material in improving the chipping resistance of the hard base material. A surface treatment method for improving chipping resistance, characterized by selecting a treatment method.
る切削工具のすくい面に形成することを特徴とする請求
項１に記載の耐チッピング性向上方法。2. The method for improving chipping resistance according to claim 1, wherein the coating layer is formed on a rake face of a cutting tool made of the hard base material.
ング率を前記硬質母材のヤング率より小さくすることを
特徴とする請求項１に記載の耐チッピング性向上方法。3. The method for improving chipping resistance according to claim 1, wherein the Young's modulus of the coating material constituting the coating layer is made smaller than the Young's modulus of the hard base material.
ることを特徴とする請求項１に記載の耐チッピング性向
上方法。4. The method for improving chipping resistance according to claim 1, wherein the thickness of the coating layer is set to 10 to 30 μm.
前記硬質母材の構成成分の割合が漸増する傾斜性組織に
形成することを特徴とする請求項１に記載の耐チッピン
グ性向上方法。5. From the surface of the coating layer to the inside,
The method for improving chipping resistance according to claim 1, wherein the hard matrix is formed in a gradient structure in which the ratio of the constituent components gradually increases.
後、ショットピーニング的効果を付与する工程を実施す
ることを特徴とする請求項１に記載の耐チッピング性向
上方法。6. The method for improving chipping resistance according to claim 1, wherein a step of imparting a shot peening effect is performed after forming the coating layer on the surface of the hard base material.
ト、セラミックス、ハイスのいずれか１つとすることを
特徴とする請求項１から６に記載の耐チッピング性向上
方法。7. The method for improving chipping resistance according to claim 1, wherein the hard base material is any one of a cemented carbide, a cermet, a ceramic, and a high-speed steel.
向上方法によって硬質母材の表面に被膜層が形成された
切削工具または金型。8. A cutting tool or a die having a coating layer formed on the surface of a hard base material by the method for improving chipping resistance according to claim 1.
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