JP4232198B2 - 非鉄材料の高速切削加工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の製造方法 - Google Patents
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(a) 図1(a)および(b)にそれぞれ概略平面図および概略正面図で示される通り、側壁外周に沿って所定間隔毎に複数の電磁コイル2を設け、一方側壁内周に沿っては同じくヒーター3を設け、かつ前記電磁コイルの横方向中央部には装置内に貫通して原料ガス導入口1をそれぞれ設けたプラズマCVD装置を用い、前記電磁コイルにより磁場9を形成して、超硬基体6の装着部における磁束密度を50〜300G(ガウス)とし(この場合前記磁束密度によって水素含有量が変化する)、かつ前記原料ガス導入口1よりの原料ガスをアセチレンだけとすると共に、その流量を150〜250cc/mの範囲内の一定量とする以外は、上記の従来プラズマCVD装置でのDLC被膜蒸着条件と同じ条件で、同じく水素含有量が10〜15原子%のDLC被膜を形成すると、この結果のDLC被膜は、水素含有量が同じ10〜15原子%であるにもかかわらず、25〜35GPaの相対的に高い硬さを有するようになること。
(b) 上記(a)のDLC被膜を0.6〜1.5μmの平均層厚で蒸着形成してなる被覆超硬工具においては、前記DLC被膜が、水素を従来DLC被膜と同じ10〜15原子%を含有するので、十分な強度を有し、かつ表面粗さで30nm以下のすぐれた表面平滑性を保持することから、すぐれた耐チッピング性を発揮し、しかも18〜22GPaの硬さを有する前記従来DLC被膜に比して相対的に高い25〜35GPaの硬さを有するので、一段とすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上(a)および(b)に示される研究結果を得たのである。
前記回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置にリング状に配置された複数の支持体のそれぞれに前記超硬基体を装着し、前記ヒーターで装置内を加熱し、前記回転テーブル上で自転しながら回転する前記超硬基体にバイアス電圧を印加し、さらに装置内に初期プラズマを発生させた状態で、原料ガスとしてアセチレンだけを150〜250cc/mの範囲内の一定の流量で導入して、これを分解・プラズマ化し、一方前記電磁コイルには電流を印加して、前記超硬基体の設置部に磁束密度が50〜300G(ガウス)の磁場を形成することにより、
水素含有量:10〜15原子%、
硬さ:25〜35GPa、
表面粗さ:30nm以下、
平均層厚:0.6〜1.5μm、
の特性を有するDLC被膜を前記超硬基体表面に形成してなる、非鉄材料の高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具の製造方法に特徴を有するものである。
すなわち、一般にDLC被膜の具備する強度と硬さは水素含有量によって変化し、水素含有量が10原子%未満になると、磁場成膜によって35GPaを越えた高硬度をもつようになるが、強度および表面粗さが低下し、Ra:30nm以下の表面粗さを確保することができず、切削加工時にチッピング(微少欠け)が発生し易くなり、一方水素含有量が15原子%を越えると、硬さが急激に低下し、磁場成膜によっても25GPa以上の高硬度を確保することができず、摩耗が急激に進行するようになることから、水素含有量を10〜15原子%と定め、磁場成膜によって同じ水素含有量でも硬さの一段と高いDLC被膜を形成するものである。
また、DLC被膜の平均層厚が0.6μm未満では、所望の耐摩耗性を長期に亘って確保することができず、一方その平均層厚が1.6μmを越えると、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を1〜10μmと定めた。
さらに、上記DLC被膜の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定(縦断面測定)したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚(5点測定の平均値)を示した。
被削材:JIS・A5052(組成は、質量%で、Si:0.25%、Fe:0.4%、Cu:0.1%、Mg:2.8%、Cr:0.35%、Alおよび不純物:残り)の丸棒、
切削速度:1000m/min.、
切り込み:8mm、
送り:0.4mm/rev.、
切削時間:90分、
の条件でのAl合金の乾式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は600m/min.)、
被削材:JIS・ADC12(組成は、質量%で、Cu:2.5%、Si:10.2%、Alおよび不純物:残り)の丸棒、
切削速度:1000m/min.、
切り込み:8mm、
送り:0.4mm/rev.、
切削時間:30分、
の条件でのAl合金の乾式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は600m/min.)、さらに、
被削材:JIS・C2100(組成は、質量%で、Zn:5.3%、Cuおよび不純物:残り)の丸棒、
切削速度:800m/min.、
切り込み:4mm、
送り:0.4mm/rev.、
切削時間:90分、
の条件でのCu合金の乾式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は300m/min.)を行なった。いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表2に示した。
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・A2024(組成は、質量%で、Cu:4.2%、Mn:0.6%、Mg:1.5%、Alおよび不純物:残り)の板材、
切削速度:300m/min.、
切り込み(溝深さ):12mm、
テーブル送り:1000mm/分、
の条件でのAl合金の乾式高速溝加工試験(通常の切削速度は150m/min.)、本発明被覆超硬エンドミル4〜6および従来被覆超硬エンドミル4〜6については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・AC4B(組成は、質量%で、Cu:2.9%、Si:8.5%、Alおよび不純物:残り)の板材、
切削速度:300m/min.、
切り込み(溝深さ):10mm、
テーブル送り:2000mm/分、
の条件でのAl合金の乾式高速溝加工試験(通常の切削速度は150m/min.)、本発明被覆超硬エンドミル7,8および従来被覆超硬エンドミル7,8については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・C1020(純度:99.98質量%の純銅)の板材、
切削速度:160m/min.、
切り込み(溝深さ):30mm、
テーブル送り:1000mm/分、
の条件での純銅の乾式高速溝加工試験(通常の切削速度は80m/min.)、をそれぞれ行い、いずれの溝加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表4に示した。
また、表4には、DLC被膜の上記実施例1におけると同一の条件で測定した水素含有量、硬さ、および表面粗さを示しが、この測定結果は上記超硬基体(エンドミル)B−1〜B−8の試験片を用い、これの表面に同一の条件で形成したDLC被膜の示す値である。
さらに、上記DLC被膜の厚さに関しても、走査型電子顕微鏡による測定(縦断面測定)で、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚(5点測定の平均値)を示すことが確認された。
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・AC4B(組成は、質量%で、Cu:2.9%、Si:8.5%、Alおよび不純物:残り)の板材、
切削速度:200m/min.、
送り:0.6mm/rev、
穴深さ:10mm、
の条件でのAl合金の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は80m/min.)、本発明被覆超硬ドリル4〜6および比較被覆超硬ドリル4〜6については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・C2100((組成は、質量%で、Zn:4.9%、Cuおよび不純物:残り)の板材、
切削速度:300m/min.、
送り:0.6mm/rev、
穴深さ:16mm、
の条件でのCu合金の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は90m/min.)、本発明被覆超硬ドリル7,8および比較被覆超硬ドリル7,8については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・A5052(組成は、質量%で、Si:0.25%、Fe:0.4%、Cu:0.1%、Mg:2.8%、Cr:0.35%、Alおよび不純物:残り)の板材、
切削速度:220m/min.、
送り:0.7mm/rev、
穴深さ:40mm、
の条件でのAl合金の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は100m/min.)、をそれぞれ行い、いずれの湿式穴あけ切削加工試験(水溶性切削油使用)でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.2mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表5に示した。
また、表5には、DLC被膜の上記実施例1におけると同一の条件で測定した水素含有量、硬さ、および表面粗さを示しが、この測定結果は上記超硬基体(ドリル)C−1〜C−8の試験片を用い、これの表面に同一の条件で形成したDLC被膜の示す値である。
さらに、上記DLC被膜の厚さに関しても、走査型電子顕微鏡による測定(縦断面測定)で、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚(5点測定の平均値)を示すことが確認された。
上述のように、この発明の方法によれば、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の被削材の切削加工を、高速切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を製造することができるものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
2 電磁コイル
3 ヒ―ター
4 排気口
5 回転テーブル
6 超硬基体
7 バイアス電源
8 支持体
9 磁場
Claims (1)
- 装置側壁外周に沿って所定間隔毎に複数の電磁コイルを設け、一方装置側壁内周に沿っては前記電磁コイルと対をなしてヒーターを設け、かつ前記電磁コイルの横方向中央部には装置内に貫通して原料ガス導入口をそれぞれ設けると共に、装置内中央部に炭化タングステン基超硬合金で構成された超硬基体の装着用回転テーブルを設けたプラズマCVD装置を用い、
前記回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置にリング状に配置された複数の支持体のそれぞれに前記超硬基体を装着し、前記ヒーターで装置内を加熱し、前記回転テーブル上で自転しながら回転する前記超硬基体にバイアス電圧を印加し、さらに装置内に初期プラズマを発生させた状態で、原料ガスとしてアセチレンだけを150〜250cc/mの範囲内の一定の流量で導入して、これを分解・プラズマ化し、一方前記電磁コイルには電流を印加して、前記超硬基体の設置部に磁束密度が50〜300G(ガウス)の磁場を形成することにより、
水素含有量:10〜15原子%、
硬さ:25〜35GPa、
表面粗さ:30nm以下、
平均層厚:0.6〜1.5μm、
の特性を有するダイヤモンド状炭素被膜を前記超硬基体表面に形成してなる、非鉄材料の高速切削加工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の製造方法。
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