JP3543255B2 - 硬質被覆層がすぐれた密着性を示す表面被覆超硬合金製エンドミル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層が炭化タングステン基超硬合金基体（以下、単に基体と云う）に対してすぐれた密着性を有し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、被覆超硬エンドミルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、図３に一部切欠き概略正面図で示されるように、被覆超硬エンドミルが、切刃部とシャンク部からなり、基体の切刃部に、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層（以下、それぞれＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層で示す）のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ_２ Ｏ_３ 層で示す）で構成された硬質被覆層を０．５〜４．５μｍの平均層厚で蒸着した構造をもつことは良く知られるところである。
また、上記被覆超硬エンドミルが、図４に一部切欠き概略正面図で示されるように、切削加工にて所定の寸法および形状に仕上げた基体のシャンク部を支持ボックスの上面に形成した前記シャンク部の外径と同じ径を有する貫通孔に挿通して切刃部が露出した状態で直立支持し、この状態で化学蒸着装置や物理蒸着装置に装入し、前記基体の切刃部に硬質被覆層を形成することにより製造されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の切削加工は、切削加工装置の高性能化と相まって高精密化の傾向にあり、これに伴って被覆超硬エンドミルは細径化および長尺化する傾向にあるが、被覆超硬エンドミルが細径化および長尺化すればするほど、切削加工時の「たわみ」は大きくなり、この結果硬質被覆層に剥離が発生し易くなり、この硬質被覆層の剥離が原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、硬質被覆層の密着性向上を図るべく研究を行った結果、基体表面への硬質被覆層の蒸着に際して、図２に一部切欠き概略正面図で示されるように、支持ボックスの上面に形成した貫通孔の径をシャンク部の径より大きくした状態で基体を支持し、この状態で切刃部に硬質被覆層の形成を行うと、図１に一部切欠き概略正面図で示されるように、シャンク部における厚さが漸次減少した硬質被覆層が形成されるようになり、この場合前記貫通孔の径を調整することにより硬質被覆層のシャンク部における形成厚みを制御することができるが、このシャンク部への硬質被覆層の形成はＴｉ化合物層についてのみ可能で、この状態でのシャンク部へのＡｌ_２ Ｏ_３ 層の形成は不可能であり、このようにシャンク部における硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層の厚みが切刃部における厚さからシャンク部端面に向けて漸次減少した被覆超硬エンドミルは、硬質被覆層がすぐれた密着性をもつようになることから、硬質被覆層に剥離の発生なく、すぐれた切削性能を著しく長期に亘って発揮するようになるという研究結果を得たのである。
【０００５】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、切刃部とシャンク部からなる基体の表面に硬質被覆層を蒸着してなる被覆超硬エンドミルにおいて、
上記切刃部の硬質被覆層を、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層で構成すると共に、前記切刃部における硬質被覆層の平均層厚を０．５〜４．５μｍとし、
さらに上記シャンク部の硬質被覆層を上記Ｔｉ化合物層のみで構成すると共に、前記シャンク部におけるＴｉ化合物層の層厚が上記切刃部における層厚からシャンク部端面に向けて漸減してなる、硬質被覆層の密着性を向上せしめた被覆超硬エンドミルに特徴を有するものである。
【０００６】
なお、この発明の被覆超硬エンドミルにおいて、切刃部における硬質被覆層の平均層厚を０．５〜４．５μｍに限定したのは、その厚さが０．５μｍ未満では、硬質被覆層による所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方、その厚さが４．５μｍを越えると、切刃にチッピング（微小欠け）が発生し易くなり、このチッピングが原因で使用寿命が短命化するようになるという理由によるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬エンドミルを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも０．１〜１．５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３ Ｃ_２ 粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合した後、乾燥し、１ｔｏｎ／ｃｍ^２ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を０．１ｔｏｒｒの真空中、１３５０〜１５００℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、この結果の焼結体から機械加工にて、切刃部長さ：２０ｍｍ×シャンク部長さ：１３０ｍｍ×シャンク部径：６ｍｍ×切刃先端部の球面半径：３ｍｍの寸法をもった刃長の長いストレートシャンク２枚刃ボールエンドミルに仕上げることにより基体Ａ〜Ｊをそれぞれ製造した。
【０００８】
ついで、上記基体Ａ〜Ｊのそれぞれを、図２に示されるように、貫通孔の径を種々変化させた支持ボックスで支持した状態で、通常の外熱式化学蒸着装置および物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置を用い、前記基体Ａ〜Ｊの切刃部表面に、表２に示される組成および平均層厚の硬質被覆層を形成（この場合Ａｌ_２ Ｏ_３ 層以外のＴｉ化合物層は支持ボックスの貫通孔の径に応じてシャンク部にも形成されるようになる）することにより本発明被覆超硬エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、図４に示されるように、貫通孔の径をシャンク部の径と同じくした支持ボックスを用いる以外は、表２に示される通り同一の条件で、基体の切刃部に硬質被覆層を形成することにより従来被覆超硬エンドミル（以下、従来被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【０００９】
この結果得られた各種の被覆エンドミルについて、上記の通り１３０ｍｍの長さをもつシャンク部の端面から１０ｍｍの位置（以下、端部と云う）、同じく端面から７０ｍｍの位置（以下、中央部と云う）、および同端面から１２５ｍｍの位置（以下、切刃隣接部と云う）の硬質被覆層の平均層厚を測定した。これらの結果を表３に示した。
【００１０】
さらに、上記の各種被覆エンドミルを用いて、
被削材：ＳＫＤ１１（硬さ：ＨＲ Ｃ４８）、
切削速度：３７７ｍ／ｍｉｎ、
送り：４０００ｍｍ／ｍｉｎ、
軸方向切り込み：０．５ｍｍ、
切削形態：ダウンカット、
の条件で合金鋼の乾式溝加工を行い、切刃の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの加工溝長さを測定した。この測定結果を表３に合わせて示した。
【００１１】
【表１】

【００１２】
【表２】

【００１３】
【表３】

【００１４】
【発明の効果】
表３に示される結果から、本発明被覆エンドミル１〜１０は、いずれも硬質被覆層に剥離の発生はなく、正常摩耗を示し、すぐれた切削性能を発揮し、長い加工溝長さを示すのに対して、従来被覆エンドミル１〜１０は、いずれも硬質被覆層に剥離が発生し、これ原因で相対的に短い加工溝長さしか示さないことが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬エンドミルは、硬質被覆層の密着性向上は著しく、したがってこれの細径化および長尺化にも十分満足に対応することができ、切削加工の高精密化に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明被覆超硬エンドミルの一部切欠き概略正面図である。
【図２】本発明被覆超硬エンドミルの硬質被覆層形成態様を示す一部切欠き概略正面図である。
【図３】従来被覆超硬エンドミルの一部切欠き概略正面図である。
【図４】従来被覆超硬エンドミルの硬質被覆層形成態様を示す一部切欠き概略正面図である。

Claims (1)

1. 切刃部とシャンク部からなる炭化タングステン基超硬合金基体の表面に硬質被覆層を蒸着してなる表面被覆超硬合金製エンドミルにおいて、
   上記切刃部の硬質被覆層を、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、窒酸化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、酸化アルミニウム層で構成すると共に、前記切刃部における硬質被覆層の平均層厚を０．５〜４．５μｍとし、
   さらに上記シャンク部の硬質被覆層を上記Ｔｉ化合物層のみで構成すると共に、前記シャンク部におけるＴｉ化合物層の層厚が上記切刃部における層厚からシャンク部端面に向けて漸減すること、
   を特徴とする硬質被覆層がすぐれた密着性を示す表面被覆超硬合金製エンドミル。

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