JP5447845B2 - Surface coated cutting tool - Google Patents
Surface coated cutting tool Download PDFInfo
- Publication number
- JP5447845B2 JP5447845B2 JP2010071903A JP2010071903A JP5447845B2 JP 5447845 B2 JP5447845 B2 JP 5447845B2 JP 2010071903 A JP2010071903 A JP 2010071903A JP 2010071903 A JP2010071903 A JP 2010071903A JP 5447845 B2 JP5447845 B2 JP 5447845B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- brazing
- cutting
- cbn
- hard film
- tool
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
本発明は、切刃を構成する立方晶窒化ほう素（以下、ｃＢＮで示す）基超高圧焼結材（以下、ｃＢＮ焼結材で示す）を超硬合金母材にろう付けで接合し、かつ、ｃＢＮ焼結材と超硬合金母材の表面に硬質被覆層を物理蒸着で形成した表面被覆切削工具（以下、ｃＢＮ被覆工具という）に関する。 In the present invention, a cubic boron nitride (hereinafter referred to as cBN) based ultra high pressure sintered material (hereinafter referred to as cBN sintered material) constituting a cutting blade is joined to a cemented carbide base material by brazing, In addition, the present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a cBN-coated tool) in which a hard coating layer is formed by physical vapor deposition on the surfaces of a cBN sintered material and a cemented carbide base material.
従来、鋼、鋳鉄等の鉄系被削材の切削加工には、被削材との親和性の低い工具材料として、ｃＢＮ焼結材を用いることが知られており、耐摩耗性の向上、工具寿命の改善等の観点から、工具表面に硬質被覆層を物理蒸着で形成したｃＢＮ被覆工具も良く知られている。
例えば、特許文献１に示すように、ｃＢＮ焼結材の表面に、４ａ族金属の窒化物、炭窒化物等の硬質被覆層を形成した高温耐塑性変形性、耐摩耗性、耐欠損性に優れたｃＢＮ被覆工具が知られている。
また、特許文献２に示すように、ｃＢＮ焼結材の表面に、４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ａｌ及びＳｉから選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物等からなる硬質被覆層を形成した耐摩耗性、耐欠損性に優れたｃＢＮ被覆工具も知られている。
ただ、上記従来のｃＢＮ被覆工具においては、ｃＢＮ焼結材は、通常、超硬合金母材にろう付けで接合されるが、例えば、切刃に高負荷が作用する切削条件で用いられた場合には、ろう付け部からクラックが発生し、このため工具寿命が短いという問題点があった。
また、ｃＢＮ焼結材と超硬合金母材をろう付けで接合したｃＢＮ工具において、例えば、特許文献３に示されるように、ｃＢＮ焼結材と超硬合金母材とのろう付け部の起立側面と底面の交差角を、ｃＢＮ焼結材の背面と底面の交差角よりも小さくすることにより、ろう付け部のコーナを掘り下げずにｃＢＮ焼結材の背面下側エッジ部を受け入れるぬすみ部を形成することにより、ろう付け時にｃＢＮ焼結材に亀裂、割れが発生するのを防止するようにしたｃＢＮ工具も知られている。
Conventionally, it is known to use a cBN sintered material as a tool material having a low affinity with a work material for cutting of a steel work material such as steel and cast iron, improving wear resistance, From the viewpoint of improving the tool life and the like, a cBN-coated tool in which a hard coating layer is formed on the tool surface by physical vapor deposition is also well known.
For example, as shown in
Further, as shown in
However, in the conventional cBN-coated tool described above, the cBN sintered material is usually joined to the cemented carbide base material by brazing, but, for example, when used under cutting conditions in which a high load acts on the cutting blade. However, there was a problem that a crack was generated from the brazed portion and the tool life was short.
Further, in a cBN tool in which a cBN sintered material and a cemented carbide base material are joined by brazing, for example, as shown in
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は、通常の切削条件に加えて、より厳しい条件下での切削加工がおこなわれる傾向にあるが、特に、物理蒸着で硬質膜を形成した上記従来のｃＢＮ被覆工具においては、通常条件下での切削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、これを、切刃に高負荷が作用する高速断続切削に用いた場合には、ｃＢＮ焼結材と超硬合金母材とのろう付け部にクラックが発生し、これの進展によりｃＢＮ被覆工具が破損し、そのため、比較的短寿命であり、長期の使用に亘って十分な切削性能を発揮し得ないという問題点があった。
そして、ｃＢＮ焼結材と超硬合金母材とのろう付け部に、前記特許文献３に示された改善を試みても、ろう付け時のクラック発生は防止し得るものの、切削加工時のクラック発生、亀裂の進展は抑制することができず、依然として工具寿命の延命化を図れないという問題点があった。
したがって、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮させるためには、ｃＢＮ被覆工具において、ろう付け部からのクラックの発生を防止するとともに、亀裂の進展を抑制することが大きな課題となっている。
In recent years, the use of FA for cutting machines has been remarkable. On the other hand, there are strong demands for labor saving and energy saving and further cost reduction for cutting, and as a result, cutting has become more severe in addition to normal cutting conditions. In particular, the conventional cBN coated tool in which a hard film is formed by physical vapor deposition has a particular problem when used for cutting under normal conditions. However, when this is used for high-speed intermittent cutting in which a high load acts on the cutting edge, a crack is generated in the brazed portion between the cBN sintered material and the cemented carbide base material, and this progresses to cBN. The coated tool is damaged, so that there is a problem that it has a relatively short life and cannot exhibit sufficient cutting performance over a long period of use.
And, even if the improvement shown in
Therefore, in order to exhibit excellent cutting performance over a long period of use, in cBN coated tools, it is a major issue to prevent the occurrence of cracks from the brazed portion and to suppress the progress of cracks. ing.
本発明者等は、物理蒸着で硬質膜を形成したｃＢＮ被覆工具のろう付け部からのクラック発生防止、亀裂の進展抑制の観点から鋭意研究を進めたところ、次のような知見を得た。 The inventors of the present invention have made extensive studies from the viewpoint of preventing the occurrence of cracks from the brazed portion of a cBN-coated tool having a hard film formed by physical vapor deposition and suppressing the progress of cracks, and have obtained the following knowledge.
まず、本発明者等は、物理蒸着で硬質膜を形成したｃＢＮ被覆工具のろう付け部の破損は、切刃に高負荷が作用する切削時に、まず、硬質膜に発生したクラックが起点となり、これがろう付け部のろう材に伝播し、物理蒸着で形成された硬質膜とろう付け部のろう材との界面に存在する残留応力が引き金となり、ろう付け部のろう材へのクラック、亀裂が進展し、これが破損の主たる原因であることを突き止めた。
そこで、本発明者等は、ろう付け部のろう材へのクラック伝播、亀裂の進展を抑制するためには、硬質膜とろう付け部のろうとの界面における残留応力を緩和しておくことが効果的であると考え、更に検討を進めたところ、ｃＢＮ焼結材と超硬合金母材とをろう付け部で接合し、その表面に物理蒸着で硬質膜を形成した後、ろう付け部の表面に露出するろう材と接する硬質膜の一部を表面処理技術、例えば、ウエットブラストやショットピーニング処理等で除去することによって、硬質膜とろう材との界面に発生する残留応力が緩和され、その結果、高負荷が作用する切削条件下でも、ろう材中へのクラック、亀裂の進展は抑制され、工具寿命の延命化が図れることを見出したのである。
First, the inventors of the present invention have found that the breakage of the brazed part of the cBN-coated tool in which a hard film is formed by physical vapor deposition starts with cracks generated in the hard film at the time of cutting when a high load acts on the cutting edge. This propagates to the brazing material of the brazing part, and the residual stress existing at the interface between the hard film formed by physical vapor deposition and the brazing material of the brazing part triggers the cracks and cracks in the brazing material of the brazing part. Progressed and determined that this was the main cause of breakage.
Therefore, the present inventors have the effect of relaxing the residual stress at the interface between the hard film and the brazing portion in order to suppress the crack propagation to the brazing material of the brazing portion and the progress of the crack. As a result, the cBN sintered material and the cemented carbide base material were joined at the brazing part and a hard film was formed on the surface by physical vapor deposition. Then, the surface of the brazing part By removing a part of the hard film in contact with the brazing material exposed to the surface by a surface treatment technique such as wet blasting or shot peening treatment, residual stress generated at the interface between the hard film and the brazing material is alleviated. As a result, it has been found that even under cutting conditions where a high load acts, cracks in the brazing material and the progress of cracks are suppressed, and the tool life can be extended.
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体と超硬合金母材とをろう付け部のろう材で接合し、かつ、工具基体と超硬合金母材の表面に硬質膜を物理蒸着で形成した表面被覆切削工具において、
上記ろう付け部の表面に露出するろう材の全表面積をＡとし、該表面に露出するろう材のうちで硬質膜と接するろう材の全表面積をＢとした場合に、Ｂ／Ａが０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．８であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 上記硬質膜が、Ｔｉの窒化物層、Ｔｉの炭窒化物層およびＴｉとＡｌの複合窒化物層のうちの何れか一層または二層以上からなる前記（１）に記載の表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
The present invention has been made based on the above findings,
“(1) Joining a tool base made of cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material and a cemented carbide base material with a brazing material in the brazed portion, and then attaching the tool base to the surface of the cemented carbide base material In surface-coated cutting tools in which a hard film is formed by physical vapor deposition,
When the total surface area of the brazing material exposed on the surface of the brazing part is A and the total surface area of the brazing material in contact with the hard film among the brazing materials exposed on the surface is B, B / A is 0. A surface-coated cutting tool, wherein 05 ≦ B / A ≦ 0.8.
(2) The surface coating according to (1), wherein the hard film is composed of one or more of a Ti nitride layer, a Ti carbonitride layer, and a Ti and Al composite nitride layer. Cutting tools. "
It is characterized by.
以下、本発明について、図１、図２とともに説明する。 The present invention will be described below with reference to FIGS.
立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料（ｃＢＮ焼結材）：
図１において、ｃＢＮ焼結材（１）中の立方晶窒化ほう素（ｃＢＮ）は、きわめて硬質で、焼結材料中で分散相を形成し、そしてこの分散相によって耐摩耗性の向上に寄与する。
ｃＢＮ焼結材（１）中の他の構成成分、例えば、結合相等としては、周期律表ＶＩａ、Ｖａ、ＩＶａ族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種とアルミニウム化合物のセラミックス系結合材を用いることができる。
ｃＢＮ焼結材（１）のｃＢＮの組成、その他の構成成分の種類、組成については、特に制限はなく通常使用されているｃＢＮ焼結材を用いることができる。
Cubic boron nitride based ultra-high pressure sintered material (cBN sintered material):
In FIG. 1, cubic boron nitride (cBN) in the cBN sintered material (1) is extremely hard, forms a dispersed phase in the sintered material, and contributes to improvement of wear resistance by this dispersed phase. To do.
The other constituents in the sintered cBN material (1), for example, the binder phase, include nitrides, carbides, borides, oxides of the periodic table VIa, Va, IVa group elements, and solid solutions thereof. A ceramic binder of at least one selected from the above and an aluminum compound can be used.
There is no restriction | limiting in particular about the composition of cBN of a cBN sintered material (1), the kind of other component, and a composition, The cBN sintered material currently used normally can be used.
超硬合金母材：
超硬合金母材（２）としては、例えば、Ｃｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成からなるタングステンカーバイド基超硬合金を用いることができるが、通常使用されている超硬合金母材（２）であればよく、その成分、組成等について特に制限するものではない。
超硬合金母材（２）は、例えば、ＣＩＳ規格ＳＮＧＡ１２０４１２の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正方形）をもったＷＣ基超硬合金製インサートとして作製し、そのろう付け部（３）において、ろう材（４）を用いて上記ｃＢＮ焼結材をろう付け接合する。
Cemented carbide base material:
As the cemented carbide base material (2), for example, Co: 5 mass%, TaC: 5 mass%, WC: tungsten carbide based cemented carbide composed of the remaining composition can be used, but it is usually used. The cemented carbide base material (2) may be used, and the component, composition, etc. are not particularly limited.
The cemented carbide base material (2) is produced, for example, as a WC-based cemented carbide insert having the shape of CIS standard SNGA120212 (thickness: 4.76 mm × one side length: 12.7 mm square) In the brazing portion (3), the cBN sintered material is brazed and joined using the brazing material (4).
ろう材：
ろう材（４）としては、すでによく知られているろう材、例えば、重量％で、２０〜３０％Ｔｉ、２０〜３０％Ｚｒ（あるいは更に１０〜３０％Ｎｉ）を含有するＣｕ合金からなるろう材、あるいは、０．５〜２０％Ｔｉ、０．５〜２０％Ｚｒ、１０〜４０％Ｃｕを含有するＡｇ合金からなるろう材、を用いることができる。
そして、上記ｃＢＮ焼結材（１）と超硬合金母材（２）をろう材（４）を介して密着させ、真空雰囲気中、Ａｒ雰囲気中で加熱することによって、ろう付け部（３）において、上記ｃＢＮ焼結材（１）と超硬合金母材（２）をろう材（４）を介して接合する。
Brazing material:
The brazing material (4) is a brazing material that is already well known, for example, a Cu alloy containing 20 to 30% Ti, 20 to 30% Zr (or even 10 to 30% Ni) by weight%. A brazing material or a brazing material made of an Ag alloy containing 0.5 to 20% Ti, 0.5 to 20% Zr, and 10 to 40% Cu can be used.
The cBN sintered material (1) and the cemented carbide base material (2) are brought into close contact with each other through the brazing material (4), and heated in a vacuum atmosphere and an Ar atmosphere, whereby the brazing portion (3). In the above, the cBN sintered material (1) and the cemented carbide base material (2) are joined through the brazing material (4).
硬質膜の成膜：
図２に示すように、ろう付け部（３）で接合されたｃＢＮ焼結材（１）と超硬合金母材（２）の表面に、物理蒸着、例えば、アークイオンプレーティングにより硬質膜（６）をまず成膜する。
なお、ろう付け部（３）で接合されたｃＢＮ焼結材（１）と超硬合金母材（２）との間には、通常、２００μｍ以下の幅のろう材が充填され、かつ、表面に露出する接合界面（５）が形成されるが、上記で言う“ろう付け部（３）で接合されたｃＢＮ焼結材（１）と超硬合金母材（２）の表面”とは、ろう付け部（３）においてろう材（４）が表面に露出する接合界面（５）の表面をも含むものである。
硬質膜（６）としては、例えば、Ｔｉの窒化物層、Ｔｉの炭窒化物層およびＴｉとＡｌの複合窒化物層のうちの何れか一層または二層以上を設けることができるが、成膜する硬質膜の種類は上記のものに限定されるわけではなく、他のいかなる硬質膜でも構わない。
なお、ＴｉとＡｌの複合窒化物層を形成する場合、これを
組成式：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎ
で表した場合には、Ｘの値（但し、原子比）が０．６５を超えると、結晶構造の変化により膜の高温強度が低下し欠損を生じやすくなり、また、Ｘの値（但し、原子比）が０．１５未満では膜の高温硬さと耐熱性が低下し、その結果、耐摩耗性の低下がみられるようになることから、Ｘの値（但し、原子比）は０．１５〜０．６５の範囲内とすることが望ましい。
また、硬質膜（６）の層厚についても特に制限するものではないが、耐チッピング性、耐摩耗性の観点からは、１〜５μｍの層厚とすることが望ましい。
Hard film deposition:
As shown in FIG. 2, a hard film (for example, arc ion plating) is applied to the surfaces of the sintered cBN material (1) and the cemented carbide base material (2) joined by the brazing part (3). First, 6) is formed.
In addition, between the cBN sintered material (1) and the cemented carbide base material (2) joined by the brazing part (3), a brazing material having a width of 200 μm or less is usually filled, and the surface The bonding interface (5) exposed to the surface is formed, and the “surface of the cBN sintered material (1) and the cemented carbide base material (2) bonded at the brazing portion (3)” is as described above. The brazing part (3) also includes the surface of the bonding interface (5) where the brazing material (4) is exposed on the surface.
As the hard film (6), for example, one or more of a Ti nitride layer, a Ti carbonitride layer, and a composite nitride layer of Ti and Al can be provided. The type of hard film to be used is not limited to the above, and any other hard film may be used.
In the case of forming a composite nitride layer of Ti and Al, which composition formula: (Ti 1-X Al X ) N
When the value of X (however, the atomic ratio) exceeds 0.65, the high-temperature strength of the film decreases due to the change in crystal structure, and defects tend to occur, and the value of X (however, If the atomic ratio is less than 0.15, the high temperature hardness and heat resistance of the film are reduced, and as a result, a decrease in wear resistance is observed. Therefore, the value of X (however, the atomic ratio) is 0.15. It is desirable to be within the range of ~ 0.65.
Also, the layer thickness of the hard film (6) is not particularly limited, but from the viewpoint of chipping resistance and wear resistance, a layer thickness of 1 to 5 μm is desirable.
ろう材（４）と硬質膜（６）の接触面積：
この発明では、ろう材（４）と硬質膜（６）の接触面積の大小が大きな意味を持つ。
即ち、硬質膜（６）が物理蒸着で被覆されたｃＢＮ被覆工具においては、本発明の知見として既に述べたように、ろう付け部（３）のろう材（４）へのクラック伝播、亀裂の進展を抑制するためには、硬質膜（６）とろう付け部（３）のろう材（４）との界面における残留応力を緩和しておくことが効果的であり、そして、これによって、高負荷が作用する切削条件下でも、ろう材（４）中へのクラック、亀裂の進展は抑制され、工具寿命の延命化が図れるのである。
そして、硬質膜（６）とろう付け部（３）のろう材（４）との界面における残留応力の緩和は、表面処理技術、例えば、ウエットブラストやショットピーニング処理により、ろう付け部（３）の表面に露出するろう材（４）と接する硬質膜（６）の一部を除去し、ろう材（４）と硬質膜（６）の接触面積を少なくすることで実現できる。
具体的には、ろう付け部（３）の表面に露出するろう材（４）の全表面積をＡとし、また、ろう付け部（３）の表面に露出するろう材（４）のうちで硬質膜（６）と接するろう材（４）の全表面積をＢとした場合に、Ｂ／Ａの値（接触面積比に相当する）を０．０５〜０．８の範囲内とする。
Ｂ／Ａの値が０．８を超え、ろう付け部（３）の表面に露出するろう材（４）の大部分が硬質膜（６）と接する従来の接触状態の場合には、ろう材（４）と物理蒸着で成膜した硬質膜（６）との界面における残留応力が大であるために、硬質膜（６）に発生したクラックがろう材（４）へ伝播し、ろう材（４）中で亀裂が進展し、ろう付け部（３）からの破損が発生する。このような観点から、Ｂ／Ａの値はできるだけ小さい方が良く、0のとき最良といえるが、Ｂ／Ａの値が０．０５より小さいときには、表面処理条件が強すぎるためにロウ付け部以外の皮膜、例えば、切刃先端、すくい面表面に形成されている硬質被覆層も除去されることになり、ｃＢＮ被覆工具全体としての耐摩耗性が低下し、工具寿命も短いものとなるため、Ｂ／Ａの値を０．０５〜０．８の範囲とした。
Contact area between brazing material (4) and hard film (6):
In the present invention, the size of the contact area between the brazing material (4) and the hard film (6) is significant.
That is, in the cBN coated tool in which the hard film (6) is coated by physical vapor deposition, as already described as the knowledge of the present invention, crack propagation to the brazing material (4) of the brazing part (3) In order to suppress the progress, it is effective to alleviate the residual stress at the interface between the hard film (6) and the brazing material (4) of the brazing part (3). Even under cutting conditions where a load acts, cracks in the brazing material (4) and the progress of cracks are suppressed, and the tool life can be extended.
And the relaxation of the residual stress at the interface between the hard film (6) and the brazing material (4) of the brazing part (3) can be achieved by surface treatment techniques such as wet blasting or shot peening treatment. This can be realized by removing a part of the hard film (6) in contact with the brazing material (4) exposed on the surface of the solder and reducing the contact area between the brazing material (4) and the hard film (6).
Specifically, A is the total surface area of the brazing material (4) exposed on the surface of the brazing part (3), and the brazing material (4) exposed on the surface of the brazing part (3) is hard. When the total surface area of the brazing material (4) in contact with the film (6) is B, the value of B / A (corresponding to the contact area ratio) is set in the range of 0.05 to 0.8.
In the case of a conventional contact state where the value of B / A exceeds 0.8 and most of the brazing material (4) exposed on the surface of the brazing part (3) is in contact with the hard film (6), the brazing material Since the residual stress at the interface between (4) and the hard film (6) formed by physical vapor deposition is large, cracks generated in the hard film (6) propagate to the brazing material (4), and the brazing material ( 4) Cracks develop inside and breakage from the brazed part (3) occurs. From this point of view, it is better that the B / A value is as small as possible, and it is best when it is 0. However, when the B / A value is less than 0.05, the surface treatment conditions are too strong, and the brazing portion Other coatings such as the cutting edge tip and the hard coating layer formed on the surface of the rake face will also be removed, and the wear resistance of the entire cBN-coated tool will be reduced and the tool life will be shortened. The value of B / A was in the range of 0.05 to 0.8.
表面処理技術、例えば、ウエットブラストによる処理の場合には以下のような条件で行うとよい。
ブラストの噴射圧力を０．２〜０．２４ＭＰａ、噴射時間を１０〜２０ｓｅｃとし、これを３〜５回繰り返す。圧力が０．２ＭＰａ未満、時間が１０ｓｅｃ未満、あるいは繰り返し回数が２回以下だと、ブラストの効果が弱く、Ｂ／Ａが０．８より大きくなり、また、圧力が０．２４ＭＰａより大きく、時間が２０ｓｅｃより長く、繰り返し回数が６回以上だと、ブラストが強すぎるため、切刃先端、すくい面表面に形成されている硬質被覆層も除去されてしまう。
なお、ブラストに使用したスラリーは、アルミナ粒子を使用しており、粒子径が２２０〜１５００番、スラリー濃度は１５〜６０ｗｔ％である。
In the case of a surface treatment technique such as wet blasting, the following conditions may be used.
The blast injection pressure is set to 0.2 to 0.24 MPa, the injection time is set to 10 to 20 seconds, and this is repeated 3 to 5 times. If the pressure is less than 0.2 MPa, the time is less than 10 sec, or the number of repetitions is 2 times or less, the blasting effect is weak, B / A is greater than 0.8, and the pressure is greater than 0.24 MPa. Is longer than 20 sec and the number of repetitions is 6 times or more, the blasting is too strong, so that the hard coating layer formed on the tip of the cutting edge and the surface of the rake face is also removed.
In addition, the slurry used for the blasting uses alumina particles, the particle diameter is 220 to 1500, and the slurry concentration is 15 to 60 wt%.
上記のとおり、本発明のｃＢＮ被覆工具は、ｃＢＮ焼結材からなる工具基体と超硬合金母材とをろう付け部のろう材で接合し、かつ、工具基体と超硬合金母材の表面に硬質膜を物理蒸着で形成した表面被覆切削工具において、ろう付け部の表面に露出するろう材の全表面積Ａと、該表面に露出するろう材のうちで硬質膜と接するろう材の全表面積Ｂの比の値Ｂ／Ａを０．０５〜０．８にしていることから、硬質膜とろう付け部のろう材との界面における残留応力が緩和され、これによって、高負荷が作用する切削条件下でも、ろう材中へのクラック、亀裂の進展は抑制され、その結果として、工具寿命の延命化を図ることができるのである。 As described above, the cBN-coated tool of the present invention joins a tool base made of a cBN sintered material and a cemented carbide base material with a brazing material of a brazing portion, and also has a surface of the tool base and the cemented carbide base material. In the surface-coated cutting tool in which a hard film is formed by physical vapor deposition, the total surface area A of the brazing material exposed on the surface of the brazing portion and the total surface area of the brazing material in contact with the hard film among the brazing materials exposed on the surface Since the ratio value B / A of B is set to 0.05 to 0.8, the residual stress at the interface between the hard film and the brazing material of the brazing portion is relieved, and thereby, cutting with a high load acts. Even under the conditions, cracks in the brazing material and the progress of cracks are suppressed, and as a result, the tool life can be extended.
以下に、本発明の表面被覆切削工具を実施例に基づいて説明する。 Below, the surface covering cutting tool of this invention is demonstrated based on an Example.
原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＡｌＮ粉末、Ｎｉ粉末、Ａｌ粉末、Ｃｏ粉末、Ｗ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８０時間湿式混合し、乾燥した後、１２０ＭＰａの圧力で直径：５０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に６０分間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：８質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：５０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：４ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度に保持時間：０．８時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面をダイヤモンド砥石を用いて研磨し、ワイヤー放電加工装置またはダイヤモンド切断機にて一辺３ｍｍの正三角形状に分割し、さらにＣｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＣＩＳ規格ＳＮＧＡ１２０４１２の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正方形）をもったＷＣ基超硬合金製インサート本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：２６％、Ｔｉ：５％、Ｎｉ：２．５％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けし、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１３ｍｍ、角度：２５°のホーニング加工を施し、さらに仕上げ研摩を施すことによりＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２のインサート形状をもつ本発明ｃＢＮ工具基体１〜１０を製造した。
As the raw material powder, cBN powder, TiN powder, AlN powder, Ni powder, Al powder, Co powder, and W powder each having an average particle diameter in the range of 0.5 to 4 μm are prepared. The mixture is blended in the composition shown in FIG. 1, wet mixed with a ball mill for 80 hours, dried, and then pressed into a green compact having a diameter of 50 mm × thickness: 1.5 mm under a pressure of 120 MPa. The green compact is sintered in a vacuum atmosphere at a pressure of 1 Pa at a predetermined temperature within a range of 900 to 1300 ° C. for 60 minutes to obtain a presintered body for a cutting edge piece. In addition, Co: 8% by mass, WC: remaining composition, and diameter: 50 mm × thickness: 2 mm, superposed on a WC-based cemented carbide support piece with a normal super-high pressure Charged into the sintering machine and under normal conditions Force: 4 GPa, temperature: Presence at a predetermined temperature in the range of 1200-1400 ° C. Holding time: 0.8 hours under high pressure sintering, after sintering, the upper and lower surfaces are polished with a diamond grindstone, and wire electric discharge machining It is divided into equilateral triangles with a side of 3 mm by an apparatus or a diamond cutter, and further Co: 5% by mass, TaC: 5% by mass, WC: remaining composition and shape of CIS standard SNGA120212 (thickness: 4.76 mm × one side) Cu: 26%, Ti: 5%, Ni: 2.5% in the brazing part (corner part) of the WC-base cemented carbide insert body having a length of 12.7 mm square) , Ag: brazing using a brazing material of an Ag alloy having the remaining composition, and after processing the outer periphery to a predetermined dimension, the honing process is performed on the cutting edge portion with a width of 0.13 mm and an angle of 25 °. Finish polishing By applying the present invention, the present invention
ついで、上記本発明ｃＢＮ工具基体１〜１０を、物理蒸着装置の一種であるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置内に自転公転自在に支持装着し、
まず、装置内を真空排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、Ａｒガスを導入し、１．５ＰａのＡｒガス雰囲気とし、ｃＢＮ工具基体１に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、前記ｃＢＮ工具基体をＡｒガスボンバード洗浄し、
ついで、前記装置内でアークイオンプレーティングを行い、表２に示される所定の目標層厚、層種別の硬質膜を形成した。
Next, the above-described
First, while the inside of the apparatus is evacuated and kept at a vacuum of 0.5 Pa, the inside of the apparatus is heated to 500 ° C. with a heater, Ar gas is introduced to form an Ar gas atmosphere of 1.5 Pa, and the cBN tool base 1 A DC bias voltage of −100V is applied to the cBN tool substrate to clean the Ar gas bombardment,
Next, arc ion plating was performed in the apparatus to form a hard film having a predetermined target layer thickness and layer type shown in Table 2.
ついで、上記硬質膜を形成した本発明ｃＢＮ工具基体１〜１０に対して、表３に示す噴射圧力、噴射時間にてアルミナ粒子を用いたウエットブラスト処理を施し、図３に示すように、ろう付け部の表面に露出するろう材と接する硬質膜の一部を除去することにより、表４に示すＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２に規定するスローアウエイチップ形状の本発明ｃＢＮ被覆工具１〜１０（本発明１〜１０という）を作製した。
Next, the present
上記本発明１〜１０について、ろう付け部の表面に露出するろう材の全表面積Ａおよび該表面に露出するろう材のうちで硬質膜と接するろう材の全表面積Ｂを市販の画像寸法測定ソフト付デジタルマイクロスコープ、例えば、キーエンス社製の機種ＶＨＸ−１００を用いてろう材部近傍を観察し、上記面積Ａ、Ｂに該当する部分を選択して数値化することにより、Ｂ／Ａの値を算出した。
表４に、Ｂ／Ａの値を示す。
Regarding the
Table 4 shows the value of B / A.
比較のため、実施例で使用した硬質膜を形成したｃＢＮ工具基体１〜８に対して、表５に示す条件でウエットブラスト処理を施し、ろう付け部の表面に露出するろう材と接する硬質膜の一部あるいは全部を除去した表６に示す比較例ｃＢＮ被覆工具１〜６（比較例１〜８）を作製した。また、比較例１〜８についてもＢ／Ａの値を算出し、その値を表６に示す。また比較例１〜５はブラストの効果が強すぎるためにロウ付け部だけではなく、切刃先端、すくい面表面に形成されている硬質被覆層にも剥離が存在する。
さらに比較のため、実施例で使用した硬質膜を形成したｃＢＮ工具基体９，１０に対しては、ウエットブラスト処理を施さないで、これをこのまま比較例ｃＢＮ被覆工具９，１０（比較例９，１０）として用いた。なお、当然のことながら比較例９，１０では、Ｂ／Ａ＝１である。
For comparison, the
Further, for comparison, the cBN tool bases 9 and 10 on which the hard films used in the examples were formed were not subjected to the wet blasting process, and the cBN tool bases 9 and 10 (Comparative Examples 9 and 10) were used as they were. 10). Of course, in Comparative Examples 9 and 10, B / A = 1.
上記の本発明１〜１０および比較例１〜１０を用い、以下の切削条件で切削加工試験を実施した。
《切削条件１》
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒（硬さ：ＨＲＡ６０）、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ、
送り： ０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み： ０．１８ ｍｍ、
切削時間： ４ 分
の条件での、焼入れ軸受鋼の湿式高速断続切削加工試験（通常の切削速度は、１２０ｍ／ｍｉｎ）、
《切削条件２》
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒（硬さ：ＨＲＡ６０）、
切削速度： ２２０ ｍ／ｍｉｎ、
送り： ０．２０ ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み： ０．２０ ｍｍ、
切削時間： ４ 分
の条件で、高硬度クロム鋼の湿式高速断続切削加工試験（通常の切削速度は、１８０ｍ／ｍｉｎ）、
を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
上記切削条件１，２による切削加工試験の測定結果を表７に示した。なお逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに到達したときを寿命と判断し、その場合は寿命に至った切削時間（分）を示す。
Using the
<< Cutting
Work material: JIS / SUJ2 lengthwise equidistant 4 vertical grooved round bars (Hardness: H R A60),
Cutting speed: 180 m / min,
Feed: 0.25 mm / rev,
Cutting depth: 0.18 mm,
Cutting time: Wet high-speed intermittent cutting test of hardened bearing steel under the condition of 4 minutes (normal cutting speed is 120 m / min),
<< Cutting
Work material: JIS / SCM420 lengthwise
Cutting speed: 220 m / min,
Feed: 0.20 mm / rev,
Cutting depth: 0.20 mm,
Cutting time: Wet high-speed intermittent cutting test of high hardness chromium steel under the condition of 4 minutes (normal cutting speed is 180 m / min),
The flank wear width of the cutting blade was measured.
Table 7 shows the measurement results of the cutting test under the
表７に示される結果から、本発明ｃＢＮ被覆工具１〜１０は、切刃に断続的かつ繰り返しの衝撃的な高負荷が作用する高硬度鋼の高速断続切削に用いた場合でも、ろう付け部からの工具の破損を発生することはなく、長期の使用に亘って優れた切削性能を示した。
これに対して、０．０５＞Ｂ／Ａである比較例ｃＢＮ被覆工具１〜５においては、ロウ付け部だけではなく、切刃先端、すくい面表面に形成されている硬質被覆層にも剥離が存在するため、耐摩耗性の低下によって工具寿命が短く、一方、Ｂ／Ａ＞０．８である比較例ｃＢＮ被覆工具６〜１０においては、ろう材中へのクラック、亀裂の進展によって工具寿命が短いものとなっていた。
From the results shown in Table 7, the cBN-coated
On the other hand, in comparative example cBN coated
上述のように、この発明のｃＢＮ被覆工具は、高硬度鋼の高速断続切削加工用の切削工具として好適であり、切削加工装置の高性能化、並びに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が、他の各種の鋼や鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工にも勿論使用可能である。 As described above, the cBN-coated tool of the present invention is suitable as a cutting tool for high-speed intermittent cutting of high-hardness steel, improves the performance of the cutting device, and reduces the labor and energy saving of the cutting. Although it can cope with cost reduction satisfactorily, it can of course be used for cutting under normal cutting conditions such as various other steels and cast iron.
（１）ｃＢＮ焼結材
（２）超硬合金母材
（３）ろう付け部
（４）ろう材
（５）接合界面
（６）硬質膜
（７）ろう付け部の硬質膜剥離部
(1) cBN sintered material (2) Cemented carbide base material (3) Brazing part (4) Brazing material (5) Joining interface (6) Hard film (7) Hard film peeling part of brazing part
Claims (2)
上記ろう付け部の表面に露出するろう材の全表面積をＡとし、該表面に露出するろう材のうちで硬質膜と接するろう材の全表面積をＢとした場合に、Ｂ／Ａが０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．８であることを特徴とする表面被覆切削工具。 A tool base made of cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material and a cemented carbide base material are joined with a brazing filler metal, and a hard film is physically formed on the surface of the tool base and the cemented carbide base material. In surface-coated cutting tools formed by vapor deposition,
When the total surface area of the brazing material exposed on the surface of the brazing part is A and the total surface area of the brazing material in contact with the hard film among the brazing materials exposed on the surface is B, B / A is 0. A surface-coated cutting tool, wherein 05 ≦ B / A ≦ 0.8.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010071903A JP5447845B2 (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Surface coated cutting tool |
| CN201110048694.2A CN102198519B (en) | 2010-03-26 | 2011-02-25 | Surface covering cutting tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010071903A JP5447845B2 (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Surface coated cutting tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011200986A JP2011200986A (en) | 2011-10-13 |
| JP5447845B2 true JP5447845B2 (en) | 2014-03-19 |
Family
ID=44659655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010071903A Expired - Fee Related JP5447845B2 (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Surface coated cutting tool |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5447845B2 (en) |
| CN (1) | CN102198519B (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5757232B2 (en) * | 2011-12-26 | 2015-07-29 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coated cutting tool with excellent chipping resistance and wear resistance due to hard coating layer |
| JP5796778B2 (en) * | 2012-01-23 | 2015-10-21 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coated cutting tool with hard coating layer maintaining excellent heat resistance and wear resistance |
| JP6058586B2 (en) * | 2014-05-29 | 2017-01-11 | 愛三工業株式会社 | Manufacturing method of exhaust gas recirculation valve for engine |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05253705A (en) * | 1992-03-10 | 1993-10-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diamond cutting tool and manufacture thereof |
| JP2000326111A (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-28 | Mitsubishi Materials Corp | Throw away tip |
| SE525581C2 (en) * | 2002-05-08 | 2005-03-15 | Seco Tools Ab | Cutting coated with alumina made with CVD |
| US7592077B2 (en) * | 2003-06-17 | 2009-09-22 | Kennametal Inc. | Coated cutting tool with brazed-in superhard blank |
| JP4446469B2 (en) * | 2004-03-12 | 2010-04-07 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Coated cutting tool |
| SE529856C2 (en) * | 2005-12-16 | 2007-12-11 | Sandvik Intellectual Property | Coated cemented carbide inserts, ways of making this and its use for milling |
-
2010
- 2010-03-26 JP JP2010071903A patent/JP5447845B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-02-25 CN CN201110048694.2A patent/CN102198519B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102198519B (en) | 2014-12-10 |
| JP2011200986A (en) | 2011-10-13 |
| CN102198519A (en) | 2011-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5574277B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material with excellent peeling resistance | |
| JP5063831B2 (en) | Cutting tools | |
| JP5995080B2 (en) | Surface coated cutting tool made of cubic boron nitride based ultra-high pressure sintered material with excellent crack resistance | |
| JP5125646B2 (en) | Cubic boron nitride sintered tool | |
| JP2007190668A (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultrahigh pressure sintered material exhibiting excellent finished surface accuracy in high-speed machining of high hard steel over long period of time | |
| JP5235449B2 (en) | Cutting tools | |
| JP5402507B2 (en) | Surface coated cutting tool | |
| JP5686253B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material with excellent peeling resistance | |
| JP2011083876A (en) | Surface-coated cutting tool | |
| JP5447845B2 (en) | Surface coated cutting tool | |
| JP6213269B2 (en) | Surface-coated cutting tool that exhibits excellent chipping resistance over a long period of time when cutting hardened steel | |
| JP4807575B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material that exhibits excellent wear resistance in high-speed cutting of hardened steel | |
| JP4985914B2 (en) | Cutting tool made of super-high pressure sintered material with surface-coated cubic boron nitride based on excellent finish surface accuracy | |
| JP2012066341A (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high-pressure sintered material | |
| JP5686247B2 (en) | Cutting tool made of surface coated cubic boron nitride based ultra high pressure sintered material | |
| JP5471842B2 (en) | Surface coated cutting tool | |
| JP2010228088A (en) | Surface-coated cutting tool | |
| JP4883479B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material that exhibits excellent fracture resistance in high-speed intermittent cutting of high-hardness steel | |
| JP2008302439A (en) | Cutting tool made of surface coated cubic boron nitride-base very high pressure sintered material | |
| JP2010284759A (en) | Surface coated cutting tool | |
| JP5239061B2 (en) | Coated cBN sintered body tool that suppresses damage at the lateral boundary of the cutting edge | |
| JP4748445B2 (en) | Cutting tool made of super-high-pressure sintered material with surface-coated cubic boron nitride that exhibits excellent chipping resistance with a hard coating layer in intermittent cutting of high-hardness steel | |
| JP2008018506A (en) | Cutting tool made of surface coated cubic boron nitride-base very high pressure sintered material exhibiting excellent chipping resistance in high-speed intermittently cutting high-hardness steel | |
| JP6172519B2 (en) | Surface-coated cutting tool that exhibits excellent chipping resistance over a long period of time when cutting hardened steel | |
| JP4748447B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material that exhibits excellent chipping resistance in high-speed cutting of hard difficult-to-cut materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120927 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131204 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131217 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5447845 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |