JP4853613B2 - 硬質被覆層が高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップの製造方法 - Google Patents
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下部層として、炭化チタン(以下、TiCで示す)層、窒化チタン(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化チタン(以下、TiCNで示す)層、炭酸化チタン(以下、TiCOで示す)層、および炭窒酸化チタン(以下、TiCNOで示す)層のうちの1層または2層以上からなり、かつ3〜20μmの全体平均層厚を有するTi化合物層、
上部層として、1〜15μmの平均層厚を有し、かつ化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層(以下、α型Al2O3層で示す)、
で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆切削チップが知られており、この被覆切削チップが、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることは良く知られている。
さらに、上記の被覆切削チップの硬質被覆層を構成するα型Al2O3層(上部層)の表面を、切削性能を向上させる目的でウエットブラスト処理して、平滑化することも知られている。
(a)上記の従来被覆切削チップにおける硬質被覆層の上部層を構成するα型Al2O3層の表面に、ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で15〜60質量%の酸化アルミニウム(以下、Al2O3で示す)微粒を配合した研磨液を噴射して、研磨すると、前記α型Al2O3層は、準拠規格JIS・B0601−1994に基いた測定(以下の表面粗さは全てかかる準拠規格に基いた測定値を示す)で、Ra:0.3〜0.6μmの表面粗さを示すようになるが、この結果の前記α型Al2O3層の表面を、ウエットブラストにてRa:0.3〜0.6μmの表面粗さに平滑化した被覆切削チップを用いても、切削速度が350m/min.を越えた高速切削加工では切刃部におけるチッピング発生を満足に抑制することはできないこと。
反応ガス組成を、体積%で、
TiCl4:0.2〜10%、
CO2:0.1〜10%、
Ar:5〜60%、
H2:残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度:800〜1100℃、
反応雰囲気圧力:4〜70kPa(30〜525torr)、
とした条件で、0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、Tiに対する酸素の割合が原子比で1.2〜1.8、すなわち、
組成式:TiOX 、
で表わした場合、
X:原子比で1.2〜1.8、
を満足する酸化チタン層(以下、TiO X 層で示す)を蒸着形成した状態で、
上記(a)におけると同じくウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で15〜60質量%のAl2O3微粒を配合した研磨液を噴射すると、研磨材層を構成する上記TiO X 層は、前記Al2O3微粒によって粉砕微粒化し、粉砕化TiO X 微粒となって前記Al2O3微粒の共存下で研磨材として作用し、硬質被覆層の上部層を構成するα型Al2O3層の表面を研磨することになり、この結果研磨後の前記α型Al2O3層の表面は、Ra:0.2μm以下の表面粗さにまで平滑化されるようになり、この上部層であるα型Al2O3層の表面がRa:0.2μm以下の表面粗さに平滑化した被覆切削チップを用いて、高速切削加工を行った場合、350m/min.を越える切削速度でも切刃部におけるチッピング発生が防止され、前記硬質被覆層は長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上(a)〜(c)に示される研究結果を得たのである。
(1)WC基超硬合金またはTiCN基サーメットで構成され、かつ中心部に工具取り付け孔を有するチップ基体の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の全面に、
(a−1)下部層として、TiC層、TiN層、TiCN層、TiCO層、およびTiCNO層のうちの1層または2層以上からなり、かつ3〜20μmの全体平均層厚を有するTi化合物層、
(a−2)上部層として、1〜15μmの平均層厚を有するα型Al2O3層、
以上(a−1)および(a−2)で構成された硬質被覆層を化学蒸着形成し、
(2)上記硬質被覆層の上部層であるα型Al2O3層の全面に、0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:TiOX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、
X:原子比で1.2〜1.8、
を満足するTiOX層、
で構成された研磨材層を化学蒸着形成し、
(3)ついで、ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で15〜60質量%のAl2O3微粒を配合した研磨液を噴射し、
この場合工具取り付け孔周辺部の上記研磨材層を研磨せず、工具本体取り付け時における高い締め付け力の緩衝層として残した状態で、残りの研磨面における上記の研磨材層が噴射研磨材であるAl2O3微粒の噴射により粉砕微粒化してなる粉砕化TiOX微粒と、噴射研磨材としてのAl2O3微粒の共存下で、上記硬質被覆層の上部層を構成するα型Al2O3層の表面を研磨して、前記α型Al2O3層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の表面粗さを準拠規格JIS・B0601−1994に基いた測定で、Ra:0.2μm以下としてなる、硬質被覆層が高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する被覆切削チップの製造方法に特徴を有するものである。
(a)硬質被覆層
(a−1)下部層のTi化合物層
Ti化合物層は、α型Al2O3層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層が高温強度向上に寄与するほか、チップ基体とα型Al2O3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層のチップ基体に対する密着性を向上させる作用を有するが、その全体平均層厚が3μm未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その全体平均層厚が20μmを越えると、特に高熱発生を伴なう高速切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その全体平均層厚を3〜20μmと定めた。
上記のα型Al2O3層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、被覆切削チップの切削性能向上に寄与するが、その平均層厚が1μm未満では、所望のすぐれた切削性能を長期に亘って発揮させることができず、一方その平均層厚が15μmを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を1〜15μmと定めた。
上記の通り、研磨材層を構成するTiOX層は、ウエットブラスト時に、研磨液に噴射研磨材として配合したAl2O3微粒によって粉砕微粒化し、TiO X 微粒となって前記Al2O3微粒との共存下で研磨材として作用し、硬質被覆層の上部層を構成するα型Al2O3層の表面を研磨するが、この場合Tiに対する酸素の割合(原子比)を示すX値が、1.2未満では研磨材に要求される硬さを具備せしめることができないばかりでなく、ウエットブラスト時の粉砕化が過度に行なわれ過ぎて微粉末化し、研磨作用を満足に発揮することができなくなり、一方、同X値が1.8を越えると、硬さが高くなり過ぎて、層の粉砕微粒化が十分に行なわれず、相対的に粗い微粒となり、この場合も十分な研磨効果を発揮することができなくなることから、X値を1.2〜1.8と定めた。
また、その平均層厚を、0.5〜5μmとしたのは、その平均層厚が0.5μm未満では、ウエットブラスト時における粉砕化TiO X 微粒の割合が少な過ぎて、研磨機能を十分に発揮することができず、一方、その平均層厚が5μmを越えると、研磨液に噴射研磨材として配合したAl2O3微粒とのバランスがくずれて、相対的に多くなり過ぎ、この場合も研磨機能が急激に低下するようになり、いずれの場合もα型Al2O3層の表面をRa:0.2μm以下の表面粗さに研磨することができなくなるという理由にもとづくものである。
研磨液のAl2O3微粒には、ウエットブラスト時に研磨材層が粉砕微粒化してなる粉砕化TiO X 微粒と共存した状態で、α型Al2O3層の表面を研磨する作用があるが、その割合が水との合量に占める割合で15質量%未満でも、また60質量%を越えても研磨機能が急激に低下するようになることから、その割合を15〜60質量%と定めた。
まず、表3(表3中のl−TiCNは特開平6−8010号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつTiCN層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである)に示される条件にて、表6に示される目標層厚のTi化合物層およびα型Al2O3層を硬質被覆層の下部層および上部層として蒸着形成し(図3参照)、
ついで、表4に示される条件で研磨材層であるTiOX層を、同じく表6に示される組み合わせおよび目標層厚で蒸着形成し(図2参照)、
引き続いて、上記の研磨材層形成の被覆切削チップに、表5に示されるブラスト条件で、かつ表6に示される組み合わせでウエットブラストを施して、工具取り付け孔周辺部に研磨材層を存在させた状態で、前記α型Al2O3層(上部層)の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面を、同じく表6に示される表面粗さに研磨することにより本発明被覆切削チップ1〜13をそれぞれ製造した(図1参照)。
この結果得られた従来被覆切削チップ1〜13の硬質被覆層を構成するα型Al2O3層のウエットブラスト後の表面粗さを表7に示した。
被削材:JIS・FC250の丸棒、
切削速度:520m/min、
切り込み:2mm、
送り:0.3mm/rev、
切削時間:15分、
の条件(切削条件Aという)での鋳鉄の乾式連続高速切削試験(通常の切削速度は250m/min)、
被削材:JIS・S35Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:460m/min、
切り込み:1.5mm、
送り:0.2mm/rev、
切削時間:10分、
の条件(切削条件Bという)での炭素鋼の乾式断続高速切削試験(通常の切削速度は200m/min)、さらに、
被削材:JIS・SCM435の丸棒、
切削速度:430m/min、
切り込み:1.5mm、
送り:0.35mm/rev、
切削時間:8分、
の条件(切削条件Cという)での合金鋼の乾式連続高速切削試験(通常の切削速度は200m/min)を行い、いずれの切削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8に示した。
Claims (1)
- (1)炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成され、かつ中心部に工具取り付け孔を有するチップ基体の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の全面に、
(a−1)下部層として、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層、炭酸化チタン層、および炭窒酸化チタン層のうちの1層または2層以上からなり、かつ3〜20μmの全体平均層厚を有するTi化合物層、
(a−2)上部層として、1〜15μmの平均層厚を有し、かつ化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層、
以上(a−1)および(a−2)で構成された硬質被覆層を化学蒸着形成し、
(2)上記硬質被覆層の上部層である酸化アルミニウム層の全面に、 0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:TiOX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、原子比で、
X:1.2〜1.8、
を満足する酸化チタン層、
で構成された研磨材層を化学蒸着形成し、
(3)ついで、ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で15〜60質量%の酸化アルミニウム微粒を配合した研磨液を噴射し、
この場合工具取り付け孔周辺部の上記研磨材層を研磨せず、工具本体取り付け時における高い締め付け力の緩衝層として残した状態で、残りの研磨面における上記の研磨材層が噴射研磨材である酸化アルミニウム微粒の噴射により粉砕微粉化してなる粉砕化酸化チタン微粒と、噴射研磨材としての酸化アルミニウム微粒の共存下で、上記硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層の表面を研磨して、前記上部層である酸化アルミニウム層の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面の表面粗さを準拠規格JIS・B0601−1994に基いた測定で、Ra:0.2μm以下としたことを特徴とする、硬質被覆層が高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップの製造方法。
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