JP5312095B2

JP5312095B2 - Cutting tools

Info

Publication number: JP5312095B2
Application number: JP2009041993A
Authority: JP
Inventors: 隆司徳永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010194669A

Description

本発明は、耐溶着性と切屑排出性に優れる切削工具に関する。 The present invention relates to a cutting tool having excellent welding resistance and chip discharge.

焼結合金からなるスローアウェイチップにおいて、焼結合金の表面をブラスト加工して合金表面の性状を制御する方法が知られている。 In a throw-away tip made of a sintered alloy, a method is known in which the surface of the sintered alloy is blasted to control the properties of the alloy surface.

例えば、特許文献１〜３では、超硬合金製ドリルまたはスローアウェイチップに対して、被覆層を成膜する前の洗浄処理として、ドリルの表面をブラスト処理することが開示されている。また、特許文献４では、切刃に微小ホーニングをつけるために、磁気研磨法にてホーニング処理をすることが開示されている。 For example, Patent Documents 1 to 3 disclose blasting the surface of a drill as a cleaning process before forming a coating layer on a cemented carbide drill or a throw-away tip. Patent Document 4 discloses that a honing process is performed by a magnetic polishing method in order to apply fine honing to a cutting blade.

特表２００２―５３６１９４号公報Special Table 2002-536194 特開２００７−００７７８０号公報JP 2007-007780 A 特開平０９−２４１８２６号公報JP 09-241826 A 特開２０００−５２１０７号公報JP 2000-52107 A

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載されるブラスト処理条件では、焼結合金の表面における洗浄効果はあるものの、それ以上の効果はなかった。また、特許文献４に記載される微小ホーニングのための研磨加工条件では、切刃の微小除去はできるもののすくい面の性状を変えるものではなかった。 However, under the blasting conditions described in Patent Documents 1 to 3 above, although there was a cleaning effect on the surface of the sintered alloy, there was no further effect. In addition, the polishing conditions for fine honing described in Patent Document 4 did not change the properties of the rake face although the cutting edge could be finely removed.

本発明の目的は、焼結合金からなる切削工具のすくい面における表面性状を改良して、優れた切削性能を発揮できる切削工具を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cutting tool capable of improving the surface properties on the rake face of a cutting tool made of a sintered alloy and exhibiting excellent cutting performance.

本発明の切削工具は、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種からなる結合相と、周期表第４、５および６族金属の炭窒化物からなる硬質相と、にて構成される焼結合金からなり、前記焼結合金のすくい面側の表面に、平均粒径５μm〜１００μｍのアルミナ粒子または立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子の少なくとも１種が５〜２０面積％の割合で点在していることを特徴とする。 The cutting tool of the present invention comprises a sintered alloy composed of a binder phase composed of at least one of Co and Ni and a hard phase composed of carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. In addition, at least one kind of alumina particles or cubic boron nitride (cBN) particles having an average particle diameter of 5 μm to 100 μm is scattered at a ratio of 5 to 20% by area on the rake face side of the sintered alloy. It is characterized by.

ここで、前記点在している粒子は高さの２０〜５０％の部分が前記すくい面の表面から前記焼結合金の内部に埋め込まれ、前記高さの５０〜８０％の部分が前記すくい面の表面から突出した形態で存在している。
Here, the dotted to have particles 20 to 50% of the portion of the height is embedded in the interior of the sintered alloy from the surface of the rake face 50 to 80% of the portion of the height of the rake that exist in such a form that it protrudes from the surface of the plane.

本発明の切削工具によれば、焼結合金の表面に点在する点在粒子が切削開始時点で切削液が充分に浸透しないときに切屑がすくい面に擦れて溶着するのを抑制できる。そして、切削が進むにつれて点在粒子が脱落してその跡がボイドとなり、このボイドにて表面積が増加し切削液による冷却効果が高められる。また切削液が保持されるので切屑の流れがスムーズになる。 According to the cutting tool of the present invention, it is possible to prevent the scattered particles scattered on the surface of the sintered alloy from being rubbed and welded to the rake face when the cutting fluid does not sufficiently penetrate at the start of cutting. As the cutting proceeds, the interspersed particles fall off and the traces become voids, and the voids increase the surface area and enhance the cooling effect by the cutting fluid. Further, since the cutting fluid is retained, the flow of chips becomes smooth.

ここで、前記点在する粒子の高さの２０〜５０％の部分は前記すくい面の表面から前記焼結合金の内部に埋め込まれ、高さの５０〜８０％の部分は前記すくい面の表面から突出した形態で存在している。このような点在する粒子は、切削開始直後には、耐摩耗性を向上させ、その後所望の時間で脱粒してすくい面における切削液との接触面積を増加させることができる。
Here, 20 to 50% of the height of the scattered particles is embedded in the sintered alloy from the surface of the rake face, and 50 to 80% of the height is the surface of the rake face. It exists in the form which protruded from . Such interspersed particles, after start of cutting straight, improved wear resistance, Ru can be followed by the desired time increasing the contact area between the cutting fluid on the rake face and shedding.

本発明の切削工具の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the cutting tool of this invention. 図１の切削工具においてすくい面を含む断面についての模式図である。It is a schematic diagram about the cross section containing a rake face in the cutting tool of FIG.

本発明の切削工具について、その一例についての概略斜視図である図１、図１の切削工具のすくい面を含む断面についての模式図である図２を基に説明する。 The cutting tool of this invention is demonstrated based on FIG. 1 which is a schematic perspective view about the example, and FIG. 2 which is a schematic diagram about the cross section containing the rake face of the cutting tool of FIG.

図１の切削工具１は、略平板状で、主面がすくい面２と着座面（図示せず）を、側面が逃げ面４を、すくい面２と逃げ面４との交差稜線部が切刃５をなす。また、切削工具１は、図２に示すように、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種からなる結合相と、周期表第４、５および６族金属の炭窒化物からなる硬質相と、にて構成される焼結合金６からなる。そして、焼結合金６のすくい面２側の表面には、平均粒径５μm〜１００μｍのアルミナ粒子または立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子の少なくとも１種の点在粒子７が５〜２０面積％の割合で点在している。 The cutting tool 1 in FIG. 1 has a substantially flat plate shape, the main surface cuts the rake face 2 and the seating surface (not shown), the side face cuts the flank face 4, and the cross ridge line part between the rake face 2 and the flank face 4 cuts. Make a blade 5. Further, as shown in FIG. 2, the cutting tool 1 is composed of a binder phase composed of at least one of Co and Ni and a hard phase composed of carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. It consists of the sintered alloy 6 made. The surface of the sintered alloy 6 on the rake face 2 side contains 5 to 20 area% of at least one kind of interspersed particles 7 of alumina particles or cubic boron nitride (cBN) particles having an average particle size of 5 μm to 100 μm. Interspersed in proportion.

上記構成によって、焼結合金６の表面に点在する点在粒子７が切削中には脱落してボイド８となり、このボイド８にて切削液が保持されるので切屑の流れがスムーズになる。また、切削を開始した時点では焼結合金６の表面に点在する点在粒子７によって焼結合金６の表面の全面に切屑が擦れることを防止できるので、焼結合金６の表面に溶着が発生することを抑制して、切削工具１のすくい面２の性能が劣化することを防止できる。 With the above configuration, the scattered particles 7 scattered on the surface of the sintered alloy 6 drop off during the cutting and become voids 8, and the cutting fluid is held by the voids 8, so that the flow of chips becomes smooth. Further, when cutting is started, the scattered particles 7 scattered on the surface of the sintered alloy 6 can prevent scraping of the entire surface of the sintered alloy 6, so that the surface of the sintered alloy 6 is welded. Generation | occurrence | production can be suppressed and it can prevent that the performance of the rake face 2 of the cutting tool 1 deteriorates.

すなわち、点在粒子７の平均粒径が１００μｍよりも大きいと、切削を開始した直後に点在粒子７が脱落してしまう。容易に製造できることを考慮すると、点在粒子７の平均粒径は５μm〜１００μｍであることが望ましい。また、点在粒子７の存在割合が５面積％より少ないと点在粒子７の効果が乏しく、点在粒子７の存在割合が２０面積％を超えると点在粒子が脱粒した際に自身を研磨して切削工具１の摩耗量が増加する不具合が無視できなくなる。 That is, when the average particle diameter of the interspersed particles 7 is larger than 100 μm, the interspersed particles 7 fall off immediately after the cutting is started. Considering that it can be easily manufactured, it is desirable that the average particle diameter of the interspersed particles 7 is 5 μm to 100 μm. Further, when the ratio of the scattered particles 7 is less than 5 area%, the effect of the scattered particles 7 is poor, and when the ratio of the scattered particles 7 exceeds 20 area%, the scattered particles are degrown and polished themselves. Thus, the problem that the amount of wear of the cutting tool 1 increases cannot be ignored.

ここで、点在粒子７は高さの２０〜５０％の部分（高さｔｉ）がすくい面２の表面から焼結合金６の内部に埋め込まれ、高さの５０〜８０％の部分（高さｔｏ）がすくい面２の表面から突出した形態で存在していることが、切削開始直後には点在粒子７によってすくい面２の全面に切屑が擦れることを防止できた後、点在粒子７は所望の時間で脱粒してすくい面２における切削液の保持力を高めることができる。
Here, the scattered particles 7 are embedded in the sintered alloy 6 from the surface of the rake face 2 at a portion of 20 to 50% in height (height ti), and a portion of 50 to 80% in height (high Is present in a form protruding from the surface of the rake face 2, after the start of cutting, the scattered particles 7 can prevent the chips from being rubbed over the entire surface of the rake face 2, and then the scattered particles. 7 Ru can increase the retention of the cutting fluid in the rake face 2 and shedding at the desired time.

なお、本発明においては、焼結合金６として、超硬合金またはサーメットが好適に使用可能であるが、いずれもすくい面２の表面に所定の大きさのボイドが存在すること、加えて表面に結合相の染み出しがあることが望ましい。これによって、後述するブラスト処理によって焼結合金６のすくい面２の表面に所定の大きさ、比率の点在粒子７を存在させることができる。 In the present invention, cemented carbide or cermet can be suitably used as the sintered alloy 6, but any of them has voids of a predetermined size on the surface of the rake face 2, in addition to the surface. It is desirable that the binder phase oozes out. Thereby, the scattered particles 7 having a predetermined size and ratio can be made to exist on the surface of the rake face 2 of the sintered alloy 6 by blasting described later.

また、焼結合金６を構成する硬質相の平均結晶粒径は１μｍ以下、特に０．５〜０．９μｍ、さらに０．７〜０．９μｍであることが、すくい面２の表面にボイド８が存在してもさほど耐摩耗性が低下せず切削工具１の耐摩耗性が維持できる点で望ましい。また、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種からなる結合相は総量が１０〜２０重量％の割合で含有されることが、すくい面２の表面にボイド８が存在してもさほど耐欠損性が低下せず切削工具１の耐欠損性が維持できる点で望ましい。 The average crystal grain size of the hard phase constituting the sintered alloy 6 is 1 μm or less, particularly 0.5 to 0.9 μm, and more preferably 0.7 to 0.9 μm. This is desirable in that the wear resistance of the cutting tool 1 can be maintained without decreasing the wear resistance. Further, the binder phase composed of at least one of Co and Ni is contained in a total amount of 10 to 20% by weight, and even if voids 8 are present on the surface of the rake face 2, the fracture resistance is greatly reduced. It is desirable in that the chipping resistance of the cutting tool 1 can be maintained.

（製造方法）
本発明の焼結合金２からなる切削工具１を製造する方法について、焼結合金２としてＴｉ基サーメット（以下、サーメットと略す。）を用いた場合について説明する。まず原料粉末として、硬質相形成成分として、平均粒径は０．５〜２μｍのＴｉＣＮ粉末と、他の周期表第４、５および６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の粉末、および平均粒径が０．３〜４μｍのＮｉおよびＣｏの少なくとも１種の粉末を所定の割合で添加する。 (Production method)
A method of manufacturing the cutting tool 1 made of the sintered alloy 2 of the present invention will be described in the case where a Ti-based cermet (hereinafter abbreviated as cermet) is used as the sintered alloy 2. First, as raw material powder, the hard phase forming component is selected from the group of TiCN powder having an average particle size of 0.5 to 2 μm, and other Group 4, 5 and 6 group metal carbides, nitrides, and carbonitrides. At least one powder, and at least one powder of Ni and Co having an average particle size of 0.3 to 4 μm are added in a predetermined ratio.

そしてこれらの秤量された粉末をボールミルなどによって混合した後、プレス成形、押出成形、射出成形などの公知の成形手法によって所定の切削工具形状に成形した後、焼成する。 These weighed powders are mixed by a ball mill or the like, then formed into a predetermined cutting tool shape by a known forming method such as press molding, extrusion molding or injection molding, and then fired.

焼成にあたっては、１００Ｐａ以下の真空中で１２５０℃までの昇温速度Ｒ_１を５〜１５℃／分で昇温し、１２５０〜１４００℃までの昇温速度Ｒ_２を２〜５℃／分で昇温し、１４００℃で昇温速度を切り替えて１４００℃から１５２０〜１５８０℃の焼成温度までは１〜７℃／分で昇温し、焼成温度に到達した後で不活性ガスを８００Ｐａ〜２０００Ｐａ導入した雰囲気で０．５〜１．５時間の保持を行った後に冷却するパターンとする。この焼成によって、サーメットの表面に所定の大きさ、比率のボイドが形成されるとともに、結合相の主成分であるＣｏおよびＮｉの少なくとも１種を主成分とする溶出相が染み出す。 In firing, the temperature rise rate R ₁ up to 1250 ° C. is raised at 5 to 15 ° C./min in a vacuum of 100 Pa or less, and the temperature rise rate R ₂ up to 1250 to 1400 ° C. is ₂ to 5 ° C./min. The temperature is raised and the rate of temperature rise is switched at 1400 ° C. to raise the firing temperature from 1400 ° C. to 1520 to 1580 ° C. at a rate of 1 to 7 ° C./min. The pattern is cooled after holding for 0.5 to 1.5 hours in the introduced atmosphere. By this firing, voids having a predetermined size and ratio are formed on the surface of the cermet, and an elution phase containing at least one of Co and Ni as the main components of the binder phase oozes out.

そして、上記の方法によって作製されたサーメットに対して、すくい面側からブラスト加工を行う。このとき、サーメットの表面に点在粒子として埋め込まれるようにするために、ブラスト加工の条件はブラストの砥粒として、アルミナ粒子またはｃＢＮ粒子の少なくとも１種の点在粒子を構成する成分の粉末と炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金や炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を主成分とするＴｉ基サーメット等の焼結合金粉砕粉末を混合したものを用いる。砥粒の平均粒径は点在粒子構成成分の粒子が０．０５〜０．３ｍｍ、焼結合金粉砕粉末が０．０５〜０．３ｍｍであることが望ましい。そして、噴霧圧力１．５ＭＰａ〜３．０ＭＰａ、望ましくは２．０ＭＰａ〜２．５ＭＰａで、噴霧時間５〜６０秒の条件でブラスト加工を行う。さらに、この表面研磨加工に併せて、または別途切刃にホーニング加工を施して、本発明の切削工具を作製することができる。
And the cermet produced by said method is blasted from the rake face side. At this time, in order to be embedded as scattered particles on the surface of the cermet, the blasting condition is that the powder of the component constituting at least one kind of scattered particles of alumina particles or cBN particles is used as blasting abrasive grains. A mixture of pulverized sintered alloy powder such as cemented carbide containing tungsten carbide (WC) as a main component and Ti-based cermet containing titanium carbonitride (TiCN) as a main component is used. The average grain size of the abrasive grains is desirably 0.05 to 0.3 mm for the particles of the dispersed particles and 0.05 to 0.3 mm for the sintered alloy pulverized powder. Then, blasting is performed under a spraying pressure of 1.5 MPa to 3.0 MPa, desirably 2.0 MPa to 2.5 MPa, and a spraying time of 5 to 60 seconds. Further, the cutting tool of the present invention can be manufactured by performing honing on the cutting blade in combination with the surface polishing or separately.

原料粉末として、平均粒径０．５μｍのＴｉＣＮ粉末と、いずれも平均粒径が０．５〜２μｍのＴｉＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＷＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＭｏＣ粉末、ＭｎＣＯ_３粉末、および平均粒径が２μｍのＣｏ粉末、Ｎｉ粉末またはＣｏとＮｉとの合金粉末を用い、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで湿式混合粉砕した。なお、上記平均粒径はマイクロトラック法で測定したものである。 As the raw material powder, TiCN powder having an average particle size of 0.5 μm, TiN powder having an average particle size of 0.5 to 2 μm, TaC powder, NbC powder, WC powder, ZrC powder, VC powder, MoC powder, MnCO ₃ These raw material powders were blended in the blending composition shown in Table 1 using powder and Co powder, Ni powder or Co and Ni alloy powder having an average particle diameter of 2 μm, and wet mixed and pulverized by a ball mill. The average particle diameter is measured by the microtrack method.

次に、上記混合粉末を用いて、成形圧９８ＭＰａでＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状にプレス成形し、この成形体を１００Ｐａ以下の真空中で１２５０℃まで１２．５℃／分で昇温し、１２５０〜１４００℃までを表１に示す昇温速度Ｒ_２で昇温し１４００℃から焼成温度までは５／分で昇温し、表１の焼成温度に到達した後で１時間の保持を行い、その後冷却する焼成パターンで焼成して、ＣＮＭＧ１２０４０８形状のサーメットを作製した。次に、得られたサーメットに対して、表２に示す加工条件により各試料を形成し切削工具とした。 Next, the above mixed powder was press-molded into a chip shape of ISO standard CNMG120408 at a molding pressure of 98 MPa, and this molded body was heated to 1250 ° C. in a vacuum of 100 Pa or less at 12.5 ° C./min. Up to 1400 ° C. at a heating rate R ₂ shown in Table 1 and from 1400 ° C. to the firing temperature, the temperature was increased at 5 / min. After reaching the firing temperature in Table 1, holding for 1 hour, Thereafter, firing was performed with a firing pattern to be cooled to produce a cermet having a shape of CNMG120408. Next, with respect to the obtained cermet, each sample was formed on the processing conditions shown in Table 2, and it was set as the cutting tool.

得られた切削工具に対して、すくい面の表面について１０００倍で顕微鏡観察を行い、組織観察を行った。いずれも硬質相の平均粒径は１μｍ以下であった。また、表２に点在粒子の存在状態を示した。なお、点在粒子のサイズ測定については、１００×１００μｍの観察領域２箇所を画像解析にて測定し、その平均値を算出した。 With respect to the obtained cutting tool, the surface of the rake face was observed with a microscope at 1000 times, and the structure was observed. In all cases, the average particle size of the hard phase was 1 μm or less. Table 2 shows the state of the presence of scattered particles. In addition, about the size measurement of the dotted particle, two observation regions of 100 × 100 μm were measured by image analysis, and the average value was calculated.

次に、得られた試料について以下の条件で切削性能を評価した。
被削材：ＳＮＣＮ４３９
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．０ｍｍ
切削環境：湿式
評価項目：切削開始２０分の時点で切刃を観察して溶着の有無を確認するとともに、摩耗量が０．１５ｍｍに到達するまでの時間を評価した。
結果は表２に示した。 Next, the cutting performance of the obtained sample was evaluated under the following conditions.
Work material: SNCN439
Cutting speed: 300 m / min
Feed: 0.15mm / rev
Cutting depth: 1.0mm
Cutting environment: Wet evaluation item: The cutting edge was observed at 20 minutes from the start of cutting to confirm the presence or absence of welding, and the time until the amount of wear reached 0.15 mm was evaluated.
The results are shown in Table 2.

表１、２から明らかなように、従来の焼結合金粉砕粉末を混合せずにブラスト加工を行い焼結合金の表面に点在粒子が存在しない試料Ｎｏ．７、およびブラシ加工を行った試料Ｎｏ．６では、焼結合金の表面が変質して摩耗の進行が速かった。また、焼成後の焼結合金の表面にボイドや結合相の染み出しがなく、ブラスト加工によっても焼結合金の表面に点在粒子が存在しない試料Ｎｏ．４、または焼成温度が高すぎて焼結合金の表面状態が粗くなり、点在粒子の存在比率が２０面積％を超えてしまった試料Ｎｏ．５では、切削直後から切刃に溶着が見られ切削時間が短くなった。また、試料Ｎｏ．５においては切刃に欠損も見られた。また、ブラストに使用した砥粒の粒径が粗すぎて点在粒子の平均粒径が１００μｍを超えてしまった試料Ｎｏ．８では、切削試験においては摩耗の進行が速かった。 As can be seen from Tables 1 and 2, the sample No. 1 was blasted without mixing the conventional sintered alloy pulverized powder and no interspersed particles were present on the surface of the sintered alloy. 7 and the sample No. In No. 6, the surface of the sintered alloy was altered and the progress of wear was fast. Further, sample No. No. in which no voids or binder phase oozes out on the surface of the sintered alloy after firing, and no scattered particles exist on the surface of the sintered alloy by blasting. 4, or the firing temperature is too high, the surface state of the sintered alloy becomes rough, and the existence ratio of scattered particles exceeds 20 area%. In No. 5, welding was observed on the cutting edge immediately after cutting, and the cutting time was shortened. Sample No. In No. 5, the cutting blade was also missing. The average particle diameter of scattered particle diameter of the abrasive grains used in blasting is too coarse is exceeded a 100μm sample No. In No. 8, the progress of wear was fast in the cutting test.

これに対して、本発明に従い、すくい面の表面に平均粒径１００μｍ以下の点在粒子が５〜２０面積％の比率で存在している試料Ｎｏ．１〜３では、いずれも溶着もなく切屑の流れが良くて切削時間が長いものであった。 On the other hand, according to the present invention, sample No. 1 in which scattered particles having an average particle diameter of 100 μm or less are present on the surface of the rake face in a ratio of 5 to 20 area%. In Nos. 1-3, there was no welding and the flow of chips was good and the cutting time was long.

１切削工具
２すくい面
４逃げ面
５切刃
６焼結合金
７点在粒子
８ボイド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting tool 2 Rake face 4 Relief face 5 Cutting edge 6 Sintered alloy 7 Dotted particle 8 Void

Claims

ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種からなる結合相と、周期表第４、５および６族金属の炭窒化物からなる硬質相と、にて構成される焼結合金からなる切削工具であって、
前記焼結合金のすくい面側の表面に、平均粒径５〜１００μｍのアルミナ粒子または立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子の少なくとも１種が５〜２０面積％の割合で点在しているとともに、
前記点在している粒子の高さの２０〜５０％の部分は前記すくい面の表面から前記焼結合金の内部に埋め込まれ、前記高さの５０〜８０％の部分は前記すくい面の表面から突出した形態で存在していることを特徴とする切削工具。 A cutting tool composed of a sintered alloy composed of a binder phase composed of at least one of Co and Ni and a hard phase composed of a carbonitride of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table,
At least one kind of alumina particles or cubic boron nitride (cBN) particles having an average particle diameter of 5 to 100 μm is scattered on the surface on the rake face side of the sintered alloy at a ratio of 5 to 20 area% ,
A portion of 20 to 50% of the height of the scattered particles is embedded in the sintered alloy from the surface of the rake face, and a portion of 50 to 80% of the height is the surface of the rake face. A cutting tool characterized in that it exists in a form protruding from .