JP2022545909A - 被覆切削工具を処理する方法 - Google Patents
被覆切削工具を処理する方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022545909A JP2022545909A JP2022513121A JP2022513121A JP2022545909A JP 2022545909 A JP2022545909 A JP 2022545909A JP 2022513121 A JP2022513121 A JP 2022513121A JP 2022513121 A JP2022513121 A JP 2022513121A JP 2022545909 A JP2022545909 A JP 2022545909A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lsp
- cutting tool
- layer
- base material
- laser
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002173 cutting fluid Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/356—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by shock processing
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/36—Carbonitrides
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/56—After-treatment
-
- 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
- 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
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本発明は、レーザ・ショック・ピーニング(LSP)を使用して被覆切削工具を処理する方法に関し、被覆切削工具は、母材及びコーティングからなり、母材は超硬合金又はサーメット、好ましくは超硬合金であり、コーティングはCVD層及び/又はPVD層を含む。この方法は、LSPを切削工具の少なくとも一部に施す工程を含み、LSPエネルギー密度は、0.4~1.6J/mm2の範囲内であり、LSPは、切削工具の少なくとも一部にレーザパルスを適用することを含む。【選択図】図1
Description
本発明は、サーメット又は超硬合金の母材とCVD及び/又はPVDによって作製された層を含むコーティングとを有する被覆切削工具の、レーザ・ショック・ピーニングに関する。
サーメット及び超硬合金は、金属バインダー中の硬質成分で構成される材料である。これらの材料は、高硬度、高耐摩耗性、高靱性などの特性を有する切削工具における一般的な母材である。これらの母材は、通常、例えばTiCN及びアルミナの層のCVDコーティングや、例えばTiN及びTiAlNの層でのPVDコーティングなどの耐摩耗性コーティングで被覆される。
被覆切削工具は、通常、切削におけるその寿命をさらに改善するために表面処理加工される。一般的な表面処理は、外面を滑らかにするためのブラッシング又は刃先の成形、表面を滑らかにし且つ超硬合金の表面領域又はコーティングの残留応力レベルに影響を及ぼすためのショットブラストである。
レーザ・ショック・ピーニングは、レーザを使用して表面ゾーンの特性に影響を及ぼす方法である。短時間且つ高強度のレーザパルスが表面上で走査される。各レーザパルスは、表面上に形成される局所プラズマを生成し、それにより、処理される対象物内に伝播する衝撃波が生成される。この衝撃波は、材料の表面ゾーンに影響を及ぼし、硬度、靭性の増加、及び残留応力レベルの変化が生じる。
国際公開第2018/215996号は、超硬合金の切削工具をレーザ・ショック・ピーニングで処理する方法を開示している。
サーメット又は超硬合金の母材を含む被覆切削工具を処理する改善された方法を提供することが、本発明の目的である。
これらの目的の少なくとも1つは、請求項1に記載の方法によって達成される。好ましい実施形態は、従属項に列挙されている。
本発明は、レーザ・ショック・ピーニング(LSP)を使用して被覆切削工具を処理する方法に関し、被覆切削工具は、母材とコーティングとからなり、母材は超硬合金又はサーメット、好ましくは超硬合金のものであり、コーティングはCVD層及び/又はPVD層を含み、前記方法は、切削工具の少なくとも一部にLSPを施す工程を含み、LSPエネルギー密度は、0.4~1.6J/mm2以内、好ましくは0.9~1.4J/mm2以内、より好ましくは1.1~1.3J/mm2以内である。
驚くべきことに、LSPエネルギー密度を0.4~1.6J/mm2以内、好ましくは0.9~1.4J/mm2以内に設定してレーザ・ショック・ピーニングを実施すれば、切削工具の性能に最適であることが分かった。LSPエネルギー密度が低すぎる場合、LSPからの衝撃が低すぎて、改善されたエッジライン靭性又は耐摩耗性をもたらすことができない。LSPエネルギー密度が高すぎると、表面領域の応力が低下し、それによってエッジラインの耐チッピング性が低下するリスクが高くなる。
本発明の一実施形態では、LSPは、切削工具の少なくとも一部にレーザパルスを適用することを含み、レーザ・パルス・エネルギー密度は、0.04~1.0J/mm2、好ましくは0.04~0.5J/mm2、より好ましくは0.04~0.1J/mm2、さらにより好ましくは0.05~0.07J/mm2である。
本発明の一実施形態では、LSPを施す前に、黒い塗料又は黒いテープが被覆切削工具に施用される。黒い塗料又は黒いテープを使用する利点は、厚みの減少又は外観の変化なしに下のコーティングを維持できることである。
本発明の一実施形態では、コーティングは、TiN、TiCN、TiC、TiB2、ZrCN、TiAlN又はTiSiNのうち一つ又は複数の外層を含む。これらの層は、塗料やテープの代わりに吸収層として用いることができる。これらの層の利点は、CVD又はPVDコーティングの一部として蒸着させることができ、したがって、黒いテープ又は黒い塗料をあてがうといった余分な工程を省くことができることである。さらなる利点は、これらの層を使用すると、母材の表面領域においてより高レベルの残留応力を誘発し、LSPの効果がより顕著に見えることである。
本発明の一実施形態では、外層の厚みは、好ましくは2~5μmである。外層の厚みが薄くなると、その下の耐摩耗層の厚みがLSP中に減少する。厚みが5μmを超える場合、母材内の誘導残留応力はより小さく、したがってLSPによる工具寿命の向上はあまり顕著にならない。
本発明の一実施形態では、被覆切削工具は、母材と外層との間に位置するAl2O3の層をさらに含む。このAl2O3の層は、好ましくはα-Al2O3層である。これは、非常に耐摩耗性の層であるという点で有利である。
本発明の一実施形態では、被覆切削工具は、母材と外層との間に位置するTiCNの層をさらに含む。
本発明の一実施形態では、被覆切削工具は、母材と外層との間に位置するTiAlNの層をさらに含む。
本発明の一実施形態では、コーティングの総厚は、2~20μmである。本発明の一実施形態では、コーティングの総厚は、2~10μmである。
本発明の一実施形態では、切削工具はすくい面と逃げ面とそれらの間の刃先とを含み、刃先の一部及びすくい面の少なくとも一部にLSPが施される。
本発明の一実施形態では、LSP工程の後に、ブラスト、研磨及び/又はブラッシング工程、好ましくはショットブラストなどのブラスト工程が続く。ブラスト、研磨及びブラッシングによる利点は、切削工具の表面をこれらの技術のいずれかによって仕上げることができ、それによって切削工具の切削性能を向上させることができることである。ショットブラストは、コーティングの表面の粗さ及び残留応力レベルの両方に影響を及ぼすことができるので、コーティングの表面の粗さの低下及び引張応力レベルの低下又はより高い圧縮応力レベルを達成することができ、それによって切削工具の寿命を延ばすことができる、という点で有利である。
本発明の一実施形態では、切削工具はすくい面と逃げ面とそれらの間の刃先とを含み、切削工具の刃先の一部並びにすくい面及び/又は逃げ面の一部にのみLSPが施され、前記領域の幅(b)は刃先から最大5mmであり、好ましくは前記領域の幅(b)は刃先から1~5mmである。少なくとも切断に関与する領域にLSPを施すことが有利である。エッジからすくい面への広がり部分(extension)は、適用時に少なくとも切削深さapでなければならない。
本発明の一実施形態では、LSPは、切削工具の刃先全体に沿って施される。
本発明の一実施形態では、LSPは、切削工具のすくい面全体に施される。
本発明の一実施形態では、LSPは、切削工具のすくい面全体、刃先全体、及び逃げ面全体にも施される。
本発明の一実施形態では、LSP工程中のレーザの波長は、1,000~1,100nm以内、好ましくは1,050nm~1,070nm以内、より好ましくは約1,064nmである。
本発明の一実施形態では、LSP工程中のレーザの周波数は、150,000~250,000Hz以内、好ましくは約200,000Hzである。
本発明の一実施形態では、LSP工程中のレーザのパルス持続時間は、0.005~0.02ns以内、好ましくは約0.01~0.02nsである。
本発明の一実施形態では、LSP工程中のレーザの平均効果は、13~16W以内、好ましくは約15Wである。
本発明の一実施形態では、LSP工程中のレーザのスポットサイズは、0.03~0.05mm以内、好ましくは約0.04mmである。
本発明の一実施形態では、LSP工程中のレーザのピークパワー密度は、3~7GW/mm2以内、好ましくは約6GW/mm2である。このレベルのピークパワー密度は、周波数、パルス長、レーザの効果、又はスポットサイズのいずれかを変更することによって変えることができる。ピークパワー密度が3~7GW/mm2以内であると、得られるピーク圧力が高くなって切削工具の寿命が向上する、という利点がある。
本発明の一実施形態では、LSPは、被覆切削工具が水中に浸漬されたときに被覆切削工具に対して施される。
本発明のさらに他の目的及び特徴は、添付の図面と併せて考察される以下の実施例から明らかになるであろう。
定義
「切削工具」とは、本明細書では、インサート、エンドミル、又はドリルなどの金属切削用途のための切削工具を意味する。適用分野は、例えば、旋削加工、フライス加工又は穿孔加工などがあり得る。
「切削工具」とは、本明細書では、インサート、エンドミル、又はドリルなどの金属切削用途のための切削工具を意味する。適用分野は、例えば、旋削加工、フライス加工又は穿孔加工などがあり得る。
「超硬合金」とは、本明細書では、少なくとも50重量%のWC、場合によっては超硬合金の製造技術分野で一般的な他の硬質成分、並びに好ましくはFe、Co及びNiのうち一つ又は複数から選択される金属バインダー相を含む材料を意味する。
「サーメット」とは、本明細書では、硬質成分が、炭窒化チタン、炭化チタン及び窒化チタンのうち一つ又は複数である硬質成分と金属バインダー相とを含む材料を意味する。サーメット中の金属バインダー相は、好ましくはFe、Co及びNiのうち一つ又は複数から選択され、好ましくはCoである。サーメットの技術分野で一般的な他の硬質成分は、Ti、Ta、Nb、Zr、V及びCrの炭化物、窒化物又は炭窒化物から選択される。サーメット材料は、遊離六方晶WCを含まない。炭窒化チタンに基づくサーメット材料は、今日の最も一般的なサーメット材料である。
「LSPエネルギー密度」は、本明細書では、切削工具のLSP処理される部分又は領域に施される平均エネルギー密度を指す。パルスオーバーラップの増加又はレーザ・パルス・エネルギー密度の増加は、LSPエネルギー密度の増加をもたらす。
「レーザ・パルス・エネルギー密度」は、本明細書では、1つの単一レーザパルスの平均エネルギー密度を示す。パルス持続時間の増加又は効果の増加は、レーザ・パルス・エネルギー密度の増加をもたらす。
「ショットブラスト」は、本明細書では、砥粒を使用するプロセスを指し、典型的には、研磨摩耗によって処理表面から物質が除去される。ショットブラストは、切削工具の分野において周知であり、例えば、切削工具上のコーティングに残留応力を生じさせることが知られている。
ここで、本発明の例示的な実施形態をより詳細に開示し、比較実施形態と比較する。被覆切削工具(インサート)を準備し、切削試験で分析及び評価した。
母材
粉砕用のISO型R390-11T308M-PMの超硬合金母材を製造した(図1参照)。
粉砕用のISO型R390-11T308M-PMの超硬合金母材を製造した(図1参照)。
2つの異なる超硬合金組成物を製造した。母材Aは、約13.50重量%Co、0.57重量%Cr及び残部WCの組成を有する粉末混合物から製造された。母材Bは、約9.14重量%のCo、1.15重量%Ta、0.27重量%Nb、0.05重量%Ti及び残部WCの組成を有する粉末混合物から製造された。粉末混合物を粉砕し、乾燥させ、グリーン体にプレスし、1,450°Cで焼結して焼結超硬合金母材を形成した。
コーティング
CVDコーティングを2つの超硬合金組成物上に蒸着させた。CVDコーティングは、厚み0.5μmの内側のTiN層、続く厚み3.5μmの耐摩耗性TiCN層、及びその上の厚み3μmの耐摩耗性α-Al2O3層から構成された。その後、外側のTiN層を2μmの厚みで蒸着させた。総コーティング厚は約9μmであった。
CVDコーティングを2つの超硬合金組成物上に蒸着させた。CVDコーティングは、厚み0.5μmの内側のTiN層、続く厚み3.5μmの耐摩耗性TiCN層、及びその上の厚み3μmの耐摩耗性α-Al2O3層から構成された。その後、外側のTiN層を2μmの厚みで蒸着させた。総コーティング厚は約9μmであった。
LSP処理
被覆切削工具のエッジにも広がるすくい面の領域に、LSPを施した。切削工具の刃先から垂直に測定したこの領域の幅bは約3mmであった。主刃先に沿った広がり部分aは約6mm、及び補助刃先に沿った広がり部分cは約3mmであった。図2のLSPの領域の概略図を参照されたい。
被覆切削工具のエッジにも広がるすくい面の領域に、LSPを施した。切削工具の刃先から垂直に測定したこの領域の幅bは約3mmであった。主刃先に沿った広がり部分aは約6mm、及び補助刃先に沿った広がり部分cは約3mmであった。図2のLSPの領域の概略図を参照されたい。
表面上に6mmの水がある状態でLSPプロセスを施した。LSPプロセス中、切削工具を水に浸した。
LSP中のレーザの設定は以下の通りであった。
波長:1,064nm
周波数:200kHz
パルス持続時間:0.01ns
パルス直径、d:0.04mm
レーザパワー:14.8W
ピークパワー密度:5.89GW/mm2
波長:1,064nm
周波数:200kHz
パルス持続時間:0.01ns
パルス直径、d:0.04mm
レーザパワー:14.8W
ピークパワー密度:5.89GW/mm2
レーザ・パルス・エネルギー密度は0.059J/mm2であり、以下のように計算した。
レーザ・パルス・エネルギー密度[J/mm2]=レーザ・パルス・エネルギー/パルス面積
レーザ・パルス・エネルギー[J]=レーザパワー/周波数
パルス面積[mm2]=πd2/4
レーザ・パルス・エネルギー密度[J/mm2]=レーザ・パルス・エネルギー/パルス面積
レーザ・パルス・エネルギー[J]=レーザパワー/周波数
パルス面積[mm2]=πd2/4
LSPエネルギー密度は、パルス距離、すなわちパルスステップ長xを変更してパルスオーバーラップを変化させることによって、つまりパルス距離を小さくしてパルスオーバーラップを大きくすることによって、より高いLSPエネルギー密度をもたらすようにして、調整される。レーザ・パルス・オーバーラップは、パルスステップ長x及びパルス直径dに関する。
レーザ・パルス・オーバーラップ=d-x/d
レーザ・パルス・オーバーラップ=d-x/d
試料のLSPエネルギー密度を表1に示す。
LSPエネルギー密度[J/mm2]=レーザ・パルス・エネルギー×1mm2当たりのパルス数
1mm2当たりのパルス数=1/x2
LSPエネルギー密度[J/mm2]=レーザ・パルス・エネルギー×1mm2当たりのパルス数
1mm2当たりのパルス数=1/x2
ショット・ブラスト・プロセス
LSPに続いて、切削工具をショットブラストにかけて外側のTiN層を除去した。ショットブラストの時間をわずかに調整して、LSPで処理されたすくい面の領域からすべてのTiNを除去した。ショットブラストは、アルミナ研磨材及び2.1バールの空気圧で行った。また、試料A0及びB0をショットブラスト処理にかけた。
LSPに続いて、切削工具をショットブラストにかけて外側のTiN層を除去した。ショットブラストの時間をわずかに調整して、LSPで処理されたすくい面の領域からすべてのTiNを除去した。ショットブラストは、アルミナ研磨材及び2.1バールの空気圧で行った。また、試料A0及びB0をショットブラスト処理にかけた。
切削性能1
次に、母材Aを有するインサートを、以下のパラメータでフライス加工で試験した。
被削材:Dievar未硬化、PL129 200x200x100、MC P3.0.Z.AN、CMC03.11、
チャージ:M10205
vc=200m/分
fz=0.15mm
ae=12mm
ap=3.0
z=1
カットの長さ=12mm
切削液は使用しなかった。
インサートタイプR390-11T308M-PM
次に、母材Aを有するインサートを、以下のパラメータでフライス加工で試験した。
被削材:Dievar未硬化、PL129 200x200x100、MC P3.0.Z.AN、CMC03.11、
チャージ:M10205
vc=200m/分
fz=0.15mm
ae=12mm
ap=3.0
z=1
カットの長さ=12mm
切削液は使用しなかった。
インサートタイプR390-11T308M-PM
工具寿命の判定基準は、エッジライン少なくとも0.5mmのチッピングとした。工具寿命は、この判定基準を達成するためのカットエントランスの平均回数として提示される。平均工具寿命を表2に示しており、工具寿命は平均切削回数であり、8並列切削試験の平均である。
切削性能2
次いで、母材Bを有するインサートを、以下のパラメータでフライス加工で試験した。
被削材:Dievar未硬化、PL129 200x200x100、MC P3.0.Z.AN、CMC03.11、
チャージ:M10205
vc=160m/分
fz=0.2mm
ae=12mm
ap=3.0
z=1
カットの長さ=12mm
切削液は使用しなかった。
インサートタイプR390-11T308M-PM
次いで、母材Bを有するインサートを、以下のパラメータでフライス加工で試験した。
被削材:Dievar未硬化、PL129 200x200x100、MC P3.0.Z.AN、CMC03.11、
チャージ:M10205
vc=160m/分
fz=0.2mm
ae=12mm
ap=3.0
z=1
カットの長さ=12mm
切削液は使用しなかった。
インサートタイプR390-11T308M-PM
工具寿命の判定基準は、エッジライン少なくとも0.5mmのチッピングとした。工具寿命は、この判定基準を達成するためのカットエントランスの平均回数として提示される。平均工具寿命を表3に示しており、工具寿命は平均切削回数であり、8並列切削試験の平均である。
本発明を様々な例示的な実施形態に関連して説明したが、本発明は開示された例示的な実施形態に限定されるものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲内の様々な修正及び均等な構成を網羅することが意図されていることを理解されたい。さらに、本発明の任意の開示された形態又は実施形態は、設計選択の一般的な事項として、任意の他の開示若しくは記載若しくは示唆された形態又は実施形態に組み込まれてもよいことが認識されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲によって示されるようにのみ限定されることが意図されている。
Claims (15)
- レーザ・ショック・ピーニング(LSP)を使用して被覆切削工具(1)を処理する方法であって、被覆切削工具は母材及びコーティングからなり、母材は超硬合金又はサーメット、好ましくは超硬合金のものであり、コーティングはCVD層及び/又はPVD層を含み、前記方法は、切削工具(1)の少なくとも一部にLSPを施す工程を含み、LSPエネルギー密度は、0.4~1.6J/mm2以内、好ましくは0.9~1.4J/mm2以内、より好ましくは1.1~1.3J/mm2以内である方法。
- LSPが切削工具の少なくとも一部にレーザパルスを適用することを含み、レーザ・パルス・エネルギー密度が0.04~1.0J/mm2、好ましくは0.04~0.1J/mm2、より好ましくは0.05~0.07J/mm2である、請求項1に記載の方法。
- LSP工程中のレーザの波長が、1,000~1,100nm、好ましくは1,050~1,070nmである、請求項1又は2に記載の方法。
- LSPを施す前に、黒い塗料又は黒いテープが被覆切削工具(1)に施用される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- コーティングが、TiN、TiCN、TiC、TiB2、ZrCN、TiAlN又はTiSiNのうち一つ又は複数の外層を含み、外層の厚みが、好ましくは2~20μm、より好ましくは2~5μmである、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 被覆切削工具(1)が、母材と外層との間に位置するAl2O3の層をさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 被覆切削工具(1)が、母材と外層との間に位置するTiCNの層をさらに含む、請求項5又は6に記載の方法。
- 被覆切削工具(1)が、母材と外層との間に位置するTiAlNの層をさらに含む、請求項5から7のいずれか一項に記載の方法。
- コーティングの総厚が2~20μmである、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 切削工具(1)が、すくい面(2)と逃げ面とそれらの間の刃先(3)とを含み、刃先(3)の一部及びすくい面(2)の少なくとも一部にLSPが施される、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- LSP工程の後に、ブラスト、研磨、及び/又はブラッシング工程、好ましくはショットブラストなどのブラスト工程が続く、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 切削工具(1)が、すくい面(2)と逃げ面とそれらの間の刃先(3)とを含み、切削工具(1)の刃先(3)の一部並びにすくい面(2)及び/又は逃げ面(4)の一部にのみLSPが施され、前記領域の幅(b)がエッジから最大5mmであり、好ましくは前記領域の幅(b)が刃先(3)から1~5mmである、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- LSP工程中のレーザの周波数が、150,000~250,000Hz以内、好ましくは約200,000Hzである、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- LSP工程中のレーザの平均効果が、13~16W以内、好ましくは約15Wである、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- LSP工程中のレーザのピークパワー密度が、3~7GW/mm2以内、好ましくは約6GW/mm2である、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19194612 | 2019-08-30 | ||
EP19194612.8 | 2019-08-30 | ||
PCT/EP2020/073911 WO2021037947A1 (en) | 2019-08-30 | 2020-08-27 | A method of treating a coated cutting tool |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022545909A true JP2022545909A (ja) | 2022-11-01 |
Family
ID=67810468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022513121A Pending JP2022545909A (ja) | 2019-08-30 | 2020-08-27 | 被覆切削工具を処理する方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220298644A1 (ja) |
EP (1) | EP4022110B1 (ja) |
JP (1) | JP2022545909A (ja) |
KR (1) | KR20220054294A (ja) |
CN (1) | CN114222643A (ja) |
WO (1) | WO2021037947A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2023007066A (ja) * | 2021-07-01 | 2023-01-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 切削工具の製造方法およびレーザピーニング処理装置 |
CN114834834A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-08-02 | 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 | 一种包括金刚石耐磨层的叶片及其制备方法、螺旋输送机 |
CN116815134A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-09-29 | 南通大学 | 一种pvd涂层界面异质激光冲击元素离渗调控方法 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030060306A1 (en) * | 2001-01-11 | 2003-03-27 | Darin Aldrich | Laser surface modified golf club heads |
US6558485B2 (en) * | 2001-08-13 | 2003-05-06 | General Electric Company | Laser shock peening with an explosive coating |
US20060254681A1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-16 | Mannava Seetha R | Bare metal laser shock peening |
SE529856C2 (sv) * | 2005-12-16 | 2007-12-11 | Sandvik Intellectual Property | Belagt hårdmetallskär, sätt att tillverka detta samt dess användning för fräsning |
JP5185032B2 (ja) * | 2007-09-14 | 2013-04-17 | 住友電気工業株式会社 | 切削工具 |
US8561707B2 (en) * | 2009-08-18 | 2013-10-22 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Ultra-low friction coatings for drill stem assemblies |
US20130052479A1 (en) * | 2011-08-30 | 2013-02-28 | Venkatarama K. Seetharaman | Laser shock peening of airfoils |
CN102352512B (zh) * | 2011-10-26 | 2013-07-17 | 江苏大学 | 一种采用脉冲激光制备高附着力金刚石涂层的方法 |
JP2013107143A (ja) * | 2011-11-17 | 2013-06-06 | Osg Corp | 工具および工具の製造方法 |
KR20130094893A (ko) * | 2012-02-17 | 2013-08-27 | 한국기계연구원 | 극초단 펄스 레이저를 이용한 유연 능동형 유기 자체 발광 소자의 비열 리페어 방법 및 장치 |
JP6324990B2 (ja) * | 2012-12-21 | 2018-05-16 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | 被覆切削工具及びその製造方法 |
CN103060528A (zh) * | 2013-01-14 | 2013-04-24 | 温州大学 | 一种激光复合强化工艺 |
CN103614541B (zh) * | 2013-10-31 | 2015-08-19 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 针对工件表面的激光冲击强化装置及激光冲击强化处理方法 |
CN107484420A (zh) * | 2015-04-08 | 2017-12-15 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于快速扩散的表面层及其生产方法 |
CN105200226A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-30 | 江苏大学 | 一种提高金属材料疲劳寿命的方法 |
CN106269998B (zh) * | 2016-08-26 | 2018-01-23 | 广东工业大学 | 焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法和装置 |
NL2018981B1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-12-07 | Univ Johannesburg Witwatersrand | Method and system for improving the surface fracture toughness of brittle materials, and a cutting tool produced by such method |
CN109750242A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-05-14 | 江苏大学 | 激光冲击强化结合磁控溅射提升镁合金抗腐蚀性能的方法 |
-
2020
- 2020-08-27 US US17/638,366 patent/US20220298644A1/en active Pending
- 2020-08-27 WO PCT/EP2020/073911 patent/WO2021037947A1/en unknown
- 2020-08-27 CN CN202080057203.8A patent/CN114222643A/zh active Pending
- 2020-08-27 EP EP20760866.2A patent/EP4022110B1/en active Active
- 2020-08-27 JP JP2022513121A patent/JP2022545909A/ja active Pending
- 2020-08-27 KR KR1020227004790A patent/KR20220054294A/ko unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220298644A1 (en) | 2022-09-22 |
CN114222643A (zh) | 2022-03-22 |
EP4022110B1 (en) | 2023-07-12 |
WO2021037947A1 (en) | 2021-03-04 |
KR20220054294A (ko) | 2022-05-02 |
EP4022110A1 (en) | 2022-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2022545909A (ja) | 被覆切削工具を処理する方法 | |
JP5670661B2 (ja) | 被覆された切削工具インサート | |
JP4739235B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
CN101090789B (zh) | 表面被覆切削工具 | |
US6884497B2 (en) | PVD-coated cutting tool insert | |
US7431747B2 (en) | Cutting tool and method of reducing the width of wear mark on a cutting tool | |
EP2935647B1 (en) | Coated cutting tool and method for manufacturing the same | |
KR20060132507A (ko) | 코팅된 절삭 공구 인서트 | |
CN108883469B (zh) | 硬质合金体的表面硬化 | |
JP5482602B2 (ja) | 炭化タングステン基超硬合金製切削インサートおよびその製造方法 | |
EP2935653B1 (en) | Coated cutting tool and method for manufacturing the same | |
US10570521B2 (en) | Multilayer structured coatings for cutting tools | |
CN101456272A (zh) | 涂覆切削刀片 | |
JP3622846B2 (ja) | 粘質材用ミーリング工具 | |
CN102883840A (zh) | 表面被覆切削工具 | |
JP6191520B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
US20230033516A1 (en) | Coated cutting tool | |
Sheikh-Ahmad et al. | Tool coatings for wood machining: Problems and prospects | |
JPH0892685A (ja) | 高靭性被覆焼結合金 | |
JP4456729B2 (ja) | 被覆切削工具 | |
JP2000212743A (ja) | 耐剥離性に優れた表面被覆焼結合金およびその製法 | |
JP5625867B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP7463772B2 (ja) | 切削工具 | |
JP2011031319A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JPH10147867A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230628 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240430 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240507 |