JPH1071507A - 被覆硬質合金工具 - Google Patents

被覆硬質合金工具

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JPH1071507A
JPH1071507A JP14884997A JP14884997A JPH1071507A JP H1071507 A JPH1071507 A JP H1071507A JP 14884997 A JP14884997 A JP 14884997A JP 14884997 A JP14884997 A JP 14884997A JP H1071507 A JPH1071507 A JP H1071507A
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cutting
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秀樹 森口
Akihiko Ikegaya
明彦 池ケ谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐欠損性を損なうことなく耐摩耗性を向上し
た長寿命の被覆硬質合金工具を提供する. 【解決手段】 逃げ面4とすくい面6とのつなぎ部をな
す切れ刃稜線部3に刃先処理部を有する硬質合金基材1
と、該硬質合金基材1の表面に被覆された被覆膜2とを
備える。被覆膜2の表面の切れ刃稜線部3には表面処理
部を有し、硬質合金基材1の表面において逃げ面4と刃
先処理部との境界部に形成される凸曲面の曲率半径をR
s1、被覆膜2の表面において逃げ面4と表面処理部と
の境界部に形成される凸曲面の曲率半径をRc1、刃先
処理部以外の領域の被覆膜2の平均膜厚をdとしたと
き、Rc1/(Rs1+d)<1.0となるように被覆
膜2が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被覆硬質合金工具
に関し、特に、硬質合金基材への被覆膜の膜厚を増大す
るとともに、被覆処理後の切れ刃稜線部の形状を特定す
る表面処理を施すことにより、耐欠損性を損なうことな
く耐摩耗性を向上する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、金属材料を切削する工具の材質と
しては、超硬合金(WC−Co合金もしくはWC−Co
合金にTiやTa,Nbの炭窒化物を添加した合金)が
用いられてきた。ところが近年は、切削条件が高速化し
てきた結果、超硬合金やサーメットからなる基材、ある
いはアルミナ系や窒化珪素系のセラミックスからなる基
材の表面に、CVD(Chemical Vapor Deposition) 法や
PVD(Physical VaporDeposition) 法によって種々の
材料の被覆膜を3〜15μmの厚さに被覆した硬質合金
工具の使用が増大している。その被覆膜の材質として
は、元素周期律表IVa,Va,VIa族金属およびA
lなどの、炭化物,窒化物,炭窒化物,炭酸化物,ホウ
窒化物,または酸化物、もしくはこれらの固溶体が用い
られている。また、ダイヤモンドあるいはダイヤモンド
状炭素からなる被覆膜も用いられている。
【0003】これらの被覆硬質合金工具は、硬質合金基
材をホーニング,チャンファリング,またはそれらの複
合処理により面取り加工することによって刃先形状を形
成し、それによって、破壊しやすい硬質合金の耐欠損性
を補った上で、被膜処理を行なっている。また、耐摩耗
性の向上には、被覆膜を多層化する公知の技術が存在す
る。
【0004】また、特公平5−9201号公報には、硬
質合金基材表面への被覆処理後の表面処理によって、切
れ刃稜線部の被覆膜の一部を除去することによって、刃
先強度を改善し、耐摩耗性の向上を図る技術が開示され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来の被覆硬質合金工具では、硬質合金基材の刃先処理
量を大きくすると、耐欠損性は改善されるものの耐摩耗
性が低下し、刃先処理量を小さくすると、耐摩耗性は向
上するものの耐欠損性が低下するという相反する現象に
よる問題点を十分に回避することはできていなかった。
また、特公平5−9201号公報に記載の技術において
も、被覆膜の除去の度合によって、必ずしも耐欠損性お
よび耐摩耗性の双方の向上を図ることができない場合が
あるという問題があった。
【0006】本発明は、被覆硬質合金工具の刃先におい
て、硬質合金基材の形状および被覆層の形状の双方を最
適化することによって、耐欠損性を損なうことなく耐摩
耗性を改善した、長寿命の被覆硬質合金工具を提供する
ことを目的とする。
【0007】また、本発明は、耐欠損性および耐摩耗性
の双方を改善した、長寿命の被覆硬質合金工具を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の被覆硬質合金工具は、逃げ面とすくい面とのつなぎ
部をなす切れ刃稜線部に刃先処理部を有する硬質合金基
材と、該硬質合金基材の表面に被覆された被覆膜とを備
え、前記被覆膜の表面の切れ刃稜線部に表面処理部を有
している。この被覆硬質合金工具の特徴は、硬質合金基
材の表面において逃げ面と刃先処理部との境界部に形成
される凸曲面の曲率半径をRs1、前記被覆膜の表面に
おいて逃げ面と表面処理部との境界部に形成される凸曲
面の曲率半径をRc1、表面処理部以外の領域の被覆膜
の平均膜厚をdとしたとき、Rc1/(Rs1+d)<
1.0となるように被覆膜を形成したことにある。
【0009】この構造によれば、Rc1/(Rs1+
d)<1.0となるように被覆膜が形成されていること
により、耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性の向上を
図ることができる。
【0010】本発明者らが硬質合金基材および被覆層の
双方の刃先の曲率半径の関係に着目して、上記本発明の
構造を見出した経緯は、次のとおりである。
【0011】被覆硬質合金工具の耐欠損性は、被覆母材
である硬質合金基材の材質によって決まる靱性、および
被覆前の硬質合金基材の刃先処理形状によって支配され
ることはすでに知られている。通常、硬質合金基材の刃
先形状は、アルミナやZr0 2 などの酸化物を被覆した
場合、切れ刃稜線をなす角部において被覆膜厚が極大化
しやすくなる。そのため、逃げ面と表面処理された切れ
刃部との境界における被覆膜表面の曲率半径をRc1,
それに対応する硬質合金基材表面の曲率半径をRs1,
および表面処理部以外の領域の被覆膜の平均膜厚をdと
したときに、これらがRc1>Rs1+dをみたす関係
になっていることが多い。ただし、アルミナ膜のコーテ
ィング時に原料ガスとしてH2 Sを用いて、角部での膜
厚の極大化を抑制する技術を用いれば、硬質合金基材の
刃先上にRc1=Rs1+dの関係をみたすほぼ均一な
膜厚の被覆膜を形成することが可能である。
【0012】曲率半径Rc1の大小が工具としての切れ
味を決定付けるため、被覆処理を施さない場合に比較し
て、被覆処理を施した後の工具の切れ味は若干低下し、
耐摩耗性も同時に劣化する。この傾向は、被覆膜の膜厚
が増大するほど大きくなり、被覆膜厚が15μm以上に
おいて特に著しいことが判明した。
【0013】そこで、靱性を維持したまま耐摩耗性を向
上させるために、硬質合金基材の逃げ面と刃先処理され
た切れ刃部との境界における曲率半径Rs1を従来の工
具よりも大きくするとともに、従来よりも被覆膜厚が大
きくなるように被覆処理を行なって、その後に被覆膜の
表面処理を行なうことを試みた。
【0014】その際において、Rc1を小さくし、Rc
1<Rs1+dの関係を満たすような刃先形状になるよ
うに刃先処理を施すことにより、耐欠損性を損なうこと
なく、耐摩耗性の向上を図ることができることを発見し
たものである。
【0015】本発明の被覆硬質合金工具は、上記構造に
おいて、硬質合金基材の表面においてすくい面と刃先処
理部との境界部に形成される凸曲面の曲率半径をRs
2、前記被覆膜の表面においてすくい面と表面処理部と
の境界部に形成される凸曲面の曲率半径をRc2とした
ときに、さらにRc2/(Rs2+d)>1.0となる
ように被覆膜が形成されていることが好ましい。このよ
うに、Rc1/(Rs1+d)<1.0およびRc2/
(Rs2+d)>1.0の両方の関係を満たすことによ
り、耐欠損性および耐摩耗性の双方を向上することがで
きる。
【0016】また、耐欠損性および耐摩耗性の向上の効
果を一層発揮させるためには、Rc1/(Rs1+d)
が0.2以上0.8以下になるように、また、Rc2/
(Rs2+d)が2.0以上5.0以下になるように形
成することが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて説明する。
【0018】まず、図1を参照して、逃げ面4とすくい
面6とのつなぎ部をなす切れ刃稜線部3を刃先処理した
硬質合金基材1表面に被覆膜2を被覆処理した後、さら
に表面処理を施して、被覆膜2の表面の切れ刃稜線部3
に表面処理部を形成することにより、図1に示す断面形
状を有する被覆硬質合金工具が形成される。
【0019】このようにして形成された、図1に示す被
覆硬質合金工具においては、硬質合金基材1表面におい
て逃げ面4と刃先処理部との境界部に形成される凸曲面
の曲率半径をRs1、被覆膜2の表面において逃げ面4
と表面処理部との境界部に形成される凸曲面の曲率半径
をRc1、表面処理部以外の領域の被覆膜2の平均膜厚
をdとしたとき、Rc1/(Rs1+d)<1.0およ
びRc2/(Rs2+d)>1.0の関係を満たすよう
に、硬質合金基材1の刃先処理部および被覆膜2表面の
表面処理部が形成されている。
【0020】このように、Rc1/(Rs1+d)<
1.0およびRc2/(Rs2+d)>1.0の両方の
関係を満たすことによって、耐欠損性および耐摩耗性の
双方を向上することができる。また、少なくともRc1
/(Rs1+d)<1.0のみの関係を満たすことによ
っても、耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性を向上す
ることができる。
【0021】これらの不等式によって表わされる関係
は、図2に示されたスローアウエイチップ7の切れ刃3
のノーズR部8の切れ刃のすべてにわたって成り立つよ
うに形成されていることが好ましいが、その一部におい
て成り立つ場合であっても、ある程度の効果が発揮され
る。
【0022】なお、曲率半径Rc1の値は、次のように
して測定される。まず、被覆膜2を表面処理した被覆硬
質合金工具を切れ刃に対して垂直な断面で切断後、その
切断面を樹脂に埋め込む。これに平面研削と鏡面研摩を
施した後、エッチングし、その後さらに、必要に応じて
金蒸着を行なう。次に、そのようにして形成された試料
の切れ刃稜線部付近を、光学顕微鏡によって、1500
倍の倍率で撮影する。次に、撮影された写真を画像処理
装置に取り込み、その画像上で、逃げ面側の被覆膜の未
処理部と表面処理部との境界部を起点(O点)とし、こ
のO点から被覆膜の表面上をすくい面側へ5μm離れた
点(A点)、および、O点から被覆膜の表面上を逃げ面
側へ5μm離れた点(B点)を決定する。このようにし
て決定したO点,A点およびB点の(x,y)座標をも
とに、これらの3点を通る円の半径を計算することによ
り、曲率半径Rc1の値が求められる。曲率半径Rc
2,Rs1,Rs2についても、同様の方法によって求
められる。
【0023】被覆膜2の表面処理の方法としては、ダイ
ヤモンドやSiCなどの硬質物質を含有したブラシや弾
性砥石などによる処理方法が適しているが、これらの方
法に限定されるものではない。ブラシや砥石の回転スピ
ード,硬さ,工具のすくい面に対する処理角度など、あ
るいは砥石の加圧力,切削油の有無などによって、表面
処理後の刃先形状が左右される。そのため、所望の刃先
形状を得るためには、これらの条件を適正に設定するこ
とが必要となる。
【0024】硬質合金基材1の材質としては、超硬合金
のほか、サーメットやセラミック(たとえば窒化珪素や
繊維強化セラミック(FRC))を用いることができ、
これらの材料が傾斜(gradient)組成を有していてもよ
い。傾斜組成材料としては、表面に強靱層やセラミック
層を有するタイプのものが利用できる。被覆層2を構成
する材料としては、元素の周期律表のIVa,Va,V
Ia族金属(すなわちTi,Zr,Hf;V,Nb,T
a;Cr,Mo,W)またはAl等の、炭化物,窒化
物,炭窒化物,炭酸化物,ホウ窒化物または酸化物、あ
るいはそれらの固溶体があげられる。また、被覆層2の
材質として、ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素等も用
いられる。被覆層2は、CVD法やPVD法等により形
成される。
【0025】本実施例の被覆硬質合金工具においては、
硬質合金基材の被覆膜の平均膜厚が15μm以上であ
り、かつ、表面処理によって薄膜化された切れ刃稜線部
での膜厚をdxとしたとき、dx/dが0.2以上0.
8以下になるように形成されている。
【0026】被覆膜2の厚さが一定の従来の場合におい
て、その厚さが15μmを超えると、被覆膜2の表面の
Rc1が増大して切れ味が低下する。それに対し、刃先
処理を施していない領域である逃げ面4における被覆膜
2の平均膜厚をd、表面処理により薄膜化された切れ刃
稜線部3での最も薄い部分での膜厚をdxとしたとき
の、dx/dが0.2〜0.8の範囲に入るように形成
することにより、従来実用化されていなかった、被覆膜
2の薄膜化されていない部分の厚さが15μm以上の工
具の切れ味を向上させることができるとともに、耐摩耗
性が改善される。その結果、被覆膜2の膜厚が20μm
〜50μmの被覆硬質合金工具の実用化を図ることがで
きる。
【0027】ここで、dx/dの値を0.2以上に設定
したのは、この値が0.2未満であると被覆膜2の摩耗
による硬質合金基材1が露出するまでの時間が極端に短
くなって耐摩耗性が低下し、0.8を越える値に設定し
たとしても耐欠損性の大幅な向上が認められないためで
ある。
【0028】また、硬質合金基材1の2つの曲率半径の
比Rs2/Rs1が、0.7以上1.3以下になるよう
に形成されることが好ましい。このように、Rs2/R
s1を0.7〜1.3の範囲に形成すると、硬質合金基
材1の切れ刃稜線部3に働く切削抵抗の応力集中が緩和
される。このような刃先手法としては、遠心バレルや振
動バレルなどによる研摩法が好ましい。これらの刃先処
理法は、硬質合金基材1の表面性状を平滑(Rmax
0.3μm以下)にする工業的手段として有効である。
ここでRs2/Rs1の比が0.7未満では耐摩耗性が
低下し、1.3を越えると耐欠損性が低下する。
【0029】また、被覆膜2表面の2つの曲率半径の比
Rc2/Rc1が、2.0以上50以下になるように形
成されることが好ましい。このように、Rc2/Rc1
が2.0〜50の範囲になるように形成すると、耐摩耗
性と耐欠損性とのバランスが非常によくなる。Rc2/
Rc1が2.0未満では耐摩耗性が劣化し、50を越え
ると耐欠損性が低下する。
【0030】被覆膜2の表面における刃先処理部は、図
1に示すように、そのすくい面側の幅をa、逃げ面側の
幅をbとしたとき、これらの比a/bが1.5以上4.
0以下になるように形成されることが好ましい。a/b
の比が1.5未満になると、耐摩耗性の改善効果が小さ
く、4.0を越えると耐欠損性が低下する。
【0031】被覆膜2は、好ましくは、少なくとも酸化
物セラミック層を含む多層構造を有し、該酸化物セラミ
ック層の少なくとも1層の厚みの一部が、切れ刃稜線部
全領域に渡って残存するように表面処理が施されている
ことが好ましい。たとえば、図6(a)に示すように、
4層からなる被覆層2のうちの1層のみが酸化物セラミ
ック層2aからなる被覆硬質合金の場合、被覆膜2の刃
先処理を施した後において、酸化物セラミック層2aが
図6(b)に示すようにその厚みの一部が刃先処理部全
域に残存していれば、良好な耐摩耗性を発揮するが、酸
化物セラミック層2aが、図6(c)に示すように刃先
処理部の一部においてでも取り除かれていると、耐摩耗
性が劣化することがある。
【0032】より具体的には、高速高能率切削時の切削
温度の上昇による図3に示す位置のクレータ摩耗9の発
生が、酸化物セラミック層2aが切れ刃稜線部3に存在
していることによって大幅に抑制される。特に、上述の
比a/bが1.5〜4の範囲にあるときには、表面処理
によってすくい面6側の被覆膜の除去量が大きくなり、
クレータ摩耗9の発生しやすい領域と切屑10の接触面
とが重なるため、酸化物セラミック層を残存させてクレ
ータ摩耗9を低減することが極めて有効である。
【0033】本実施の形態の被覆硬質合金工具は、被覆
膜2の表面処理部の少なくとも一部における増加表面積
比率が0.1%以上1.3%以下になるように設定され
ている。表面処理後の切れ刃稜線部3における増加表面
積比率を0.1〜1.3%とすることにより、耐欠損性
および耐摩耗性の双方を向上することに加えて、被覆膜
の耐剥離性を向上させることができる。被覆膜2の耐剥
離性は、表面処理後の表面が鏡面に近いほど向上する
が、増加表面積比率が0.1未満になるように処理する
ことは工業的に難しく、また、増加表面積比率が1.3
を越えると耐剥離性の大幅な向上を得ることができな
い。被覆膜2の耐剥離性の向上により、刃先処理部にお
ける硬質合金基材表面が切削中に露出する度合いが抑制
されるため、被削材の刃先処理部への溶着現象も抑制さ
れ、その結果として工具の耐欠損性をさらに向上するこ
とができる。
【0034】ここで増加表面積比率とは、図4(a)に
示すように測定視野面積をSm、測定部の表面積をSa
としたときに、(Sa/Sm−1)×100%という数
式により定量化される数値である。すなわち、測定視野
面積領域内を全くの鏡面とした場合の表面積に対して、
測定視野面積領域の表面凹凸面積の増加率を表わしたも
のである。この数値で表面積を定量化した理由は、Rm
ax、Raなどの従来の粗さ指標が高さ方向の面粗さ性
状しか表現できなかったのに対して、この数値では水平
方向の面粗さをも含めた3次元の面粗さに関する情報を
定量化できるからである。
【0035】測定部の表面積Saは、図4(b)に黒点
で示す位置の座標を、矢印M方向にサンプリングして求
めた上で、測定部の表面上のサンプリング点x11,x1
2,x21, ……を頂点とした三角形の面積s11,s12,
……の和として計算される。
【0036】
【実施例】以下、本発明の効果を検証した実施例を示
す。
【0037】実施例1 型番SNMG120408形状のISO−P20級スロ
ーアウエイチップの切れ刃稜線部でのRs1が60μ
m、Rs2が90μmとなるように刃先処理し、下層か
ら順に0.5μmTiN/7μmTiCN/2μmAl
23 /0.5μmTiNの4層からなるセラミック被
膜(d=10μm)を約1000℃の温度でCVD法に
よってコーティングした。なお、アルミナ膜被覆時には
2 Sガスを原料として用い、エッジ部でのアルミナ膜
の極大化を防いでおり、平坦部とエッジ部とで膜厚の差
がほとんどない被覆膜を得ることができた。
【0038】次に、この被覆スローアウエイチップを♯
400のダイヤモンド砥粒を付着させたナイロン製ブラ
シでスローアウエイチップに対するすくい角を変化させ
て、表1に示すようにRc1およびRc2の異なるスロ
ーアウエイチップを用意した。次に、これらの試料を用
いて、図5に横断面を示すように、外周に4つの溝12
を設けた高炭素鋼SCM435材からなる被削材11を
次の条件で断続切削し、各試料の耐欠損性を評価すると
ともに、低炭素鋼SCM415材からなる丸棒の被削材
を用いて、次の条件で耐摩耗性を評価した。
【0039】耐欠損性テスト1 切削速度 100m/min 送り 0.2〜0.4mm/rev 切り込み 2mm 切削油 なし 使用ホルダ PSUNR2525−43 寿命時間は、切削開始から欠け発生時点までの時間と
し、各試料における4コーナーの平均寿命時間を当該試
料の寿命時間とした。
【0040】耐摩耗性テスト1 切削速度 300m/min 送り 0.3mm/rev 切り込み 1.5mm 切削時間 30分 切削油 あり その結果を下記の表1に示している。
【0041】
【表1】
【0042】表1の結果からわかるように、表面処理を
施していない比較品1−1および表面処理を施したもの
の本発明の範囲に入らない比較品1−2に比べて、Rc
1をRs1+dよりも小さくした発明品1−1〜1−6
は、耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性が向上してい
ることがわかる。中でも、Rc1/(Rs+d)が0.
2〜0.8の範囲内にある発明品1−3〜1−5は、特
に優れた耐摩耗性を示している。
【0043】実施例2 ISO−P20級のサーメット系スローアウエイチップ
を基材とし、その表面に厚さd=10〜22μmの被覆
膜を被覆処理した試料を形成し、この試料に、実施例1
と同一のダイヤモンドブラシを用いて、Rc2,Rs
2,Rc1,Rs1の値が異なる比較品2−1,発明品
2−1〜2−7を用意した。そのテスト結果を下記の表
に示す。
【0044】
【表2】
【0045】表2に示す結果からわかるように、本発明
の範囲から外れる比較品2−1に比べて、発明品2−1
〜2−7は優れた耐欠損性および耐摩耗性を示した。中
でも、Rc2/(Rs2+d)を1.0よりも大きくし
た発明品2−2〜2−7は、特に優れた切削特性を示
し、とりわけ、Rc2/(Rs2+d)が2.0〜5.
0の範囲内にある発明品2−4〜2−6が優れた切削性
能を発揮した。
【0046】実施例3 実施例1で用意した比較品1−1と同じRs1(=60
μm),Rs2(=90μm)の硬質合金基材に、下記
の表3に示す中間層のTiCN膜の膜厚のみが実施例1
と異なり、その他は実施例1と同一の被覆膜をコーティ
ングし、実施例1と同様にダイヤモンドブラシで表面処
理し、Rc1,Rc2を発明品1−4と同一の40μ
m,90μmとした発明品3−1〜3−4に対し、実施
例1と同様の耐摩耗性テストを行なった。その結果を表
4に示す。
【0047】
【表3】
【0048】
【表4】
【0049】表4の結果から、被覆膜の膜厚dが15μ
mよりも厚い発明品3−2〜3−4における切削性能向
上の度合が特に大きいことがわかる。
【0050】次に、発明品3−3(Rs1=60μm,
Rs2=90μm,d=22μm)を用いて、ブラシの
スローアウエイチップに対するすくい角を−10°に
し、表面処理時間を変えることによって切れ刃稜線部で
の膜厚が異なる発明品4−1〜4−6を用意した。ま
た、全く表面処理を施さない試料を比較品4−2とし
た。さらに、ブラシのスローアウエイチップに対するす
くい角を30°に設定して表面処理を施した、本発明の
範囲から外れる比較品4−1を用意した。なお、このよ
うにして得られた発明品4−1〜4−6のRc1はそれ
ぞれ40μm,42μm,45μm,47μm,48μ
mおよび50μmであって、いずれも40〜50μmの
範囲内のものであり、比較品4−1のRc1は100μ
mのものを用意した。また、発明品4−1〜4−6のR
c2はそれぞれ70μm,75μm,80μm,83μ
m,86μmおよび90μmであって、いずれも70〜
90μmの範囲内のものであり、比較品4−1のRc2
は90μmであった。
【0051】これらの比較品および発明品についての切
削テスト結果を下記の表5に示す。
【0052】
【表5】
【0053】表5に示すテスト結果からわかるように、
比較品4−2の表面処理を施さない試料が耐欠損性テス
トにおいて初期チッピングを発生したのに対して、発明
品4−1〜4−6は大幅に切削可能時間が延びている。
また、耐摩耗性テストの結果から、発明品4−6を除い
て、耐摩耗性が向上していることがわかる。以上の結果
を総合すると、dx/d=0.2〜0.8の範囲にある
発明品4−2〜4−5の切削性能が特に優れていること
がわかる。中でも、dx/d=0.2〜0.6の範囲に
ある発明品4−3〜4−5は、特に優れた耐欠損性を示
している。
【0054】実施例4 型番SNMG120408形状のISO−K10級基材
の切れ刃稜線部でのRs1が30μm、Rs2が30μ
mとなるように表面処理を施したスローアウエイチップ
に、実施例1と同様のセラミック膜(d=10μm)を
被覆後、表面処理を施し、Rc1,Rc2の異なる比較
品5−1,5−2、発明品5−1〜5−5を用意した。
これらのスローアウエイチップを用いて、FCD450
製被削材11を次の条件で切削し、各試料の耐欠損性を
評価するとともに、FCD700製被削材11を用いて
次の条件で耐摩耗性を評価した。なお、これたのテスト
においてダクタイル鋳鉄を使用したのは、K10級基材
を採用したためである。
【0055】耐欠損性テスト2 切削速度 150m/min 送り 0.2〜0.4mm/rev 切り込み 2mm 切削油 あり 寿命時間は、切削開始から欠け発生時点までの時間と
し、各試料における4コーナーの平均寿命時間を当該試
料の寿命時間とした。
【0056】耐摩耗性テスト2 切削速度 200m/min 送り 0.3mm/rev 切り込み 1.5mm 切削時間 10分 切削油 あり これらの切削テストの結果を下記の表6に示す。
【0057】
【表6】
【0058】表6に示す結果からわかるように、発明品
5−1〜5−5は、比較品5−1および5−2と比較し
て、耐欠損性および耐摩耗性ともに優れ、中でもRc2
/Rc1が2.0〜50の範囲にある発明品5−2〜5
−4は、特に優れた切削性能を示すことがわかる。
【0059】実施例5 実施例3で用意した発明品3−2と同一基材、同一被覆
層を有する、表面処理を施していない比較品6−1(R
s1=60μm,Rs2=90μm,d=16μm)
を、♯400のSiC砥粒の付着した弾性砥石を用い
て、回転数、硬さ、加圧力を選んで、下記の表7に示す
比較品6−2、発明品6−1〜6−5を用意した。実施
例1と同じ切削テストを行ない、その結果を下記の表7
に示す。
【0060】
【表7】
【0061】表7の結果からわかるように、発明品6−
1〜6−5は、比較品6−1および6−2に比べて優れ
た切削性能を示している。中でもa/bが1.5〜4.
0の範囲にある発明品6−2〜6−4は、特に優れた切
削性能を示している。
【0062】実施例6 実施例5で用意した発明品6−1〜6−5と評価品6−
1とを、切削温度の上昇しやすい高炭素鋼SCM435
からなる丸棒の被削材を用いて、下記条件で切削テスト
を行なった。
【0063】耐摩耗テスト3 切削速度 180m/min 送り 0.3mm/rev 切り込み 1.5mm 切削時間 10分 切削油 なし この試験の結果、下記の表8に示すように、比較品6−
1は摩耗量は大きいものの、10分間切削できたのに対
し、発明品6−3〜6−5は切削途中で火花が発生し、
切削を継続することが不能となった。その原因は、被覆
後の表面処理によって切れ刃稜線部のアルミナ膜が除去
されたためと推定される。
【0064】そこで、被覆膜を下層から順に0.5μm
TiN/2μmAl23 /13μmTiCN/0.5
μmTiNの4層(総膜厚d=16μm)とし、アルミ
ナ膜を下層に被覆して表面処理後のアルミナ膜が切れ刃
稜線部に残る構造とした被覆膜を、発明品6−1〜6−
5と同一組成、同一Rs1、Rs2(Rs1=60μ
m,Rs2=90μm)の基材へコーティングし、発明
品6−4と同一のRc1、Rc2、a、b(Rc1=4
5μm,Rc2=120μm,a=0.26mm,b=
0.07mm)となるように表面処理を施した発明品7
−1を用意した。そして、上記の耐摩耗性テスト3を行
なった結果、下記の表8に示す優れた耐摩耗性を示すこ
とがわかった。
【0065】
【表8】
【0066】表8に示す結果から、本発明の表面処理の
際、表面処理後も切れ刃稜線部に酸化物被膜の残存する
被膜構造を持つスローアウエイチップが、切削温度の上
昇しやすい高炭素鋼の高速切削において特に優れた切削
性能を示すことがわかる。
【0067】実施例7 ♯800および1200のSiC砥粒の付着した弾性砥
石を用いて、表面処理を行っていない比較品1−1を表
面処理した発明品8−1〜8−5を用意した。なお、こ
れらのスローアウエイチップのRs1,Rs2,Rc
1,Rc2,a,b,dは、それぞれ60μm,90μ
m,40μm,90μm,0.15mm,0.08m
m,10μmであり、発明品1−4とほぼ同一である。
次に、実施例1で用いた発明品1−4(切れ刃稜線部の
増加表面積比率1.5%)の試料と発明品8−1〜8−
5の(増加表面積比率0.2〜1.3%)および比較品
1−1(増加表面積比率2.4%)の試料を比較する。
増加表面積比率の測定は、株式会社エリオニクス(Elion
ix) 製ERA8000型測定器を用い、測定倍率は、硬
質合金基材の表面のうねりを排除して微細な凹凸を測定
するため5000倍とし、測定視野内の水平方向および
垂直方向のサンプリング数をそれぞれ280点および2
10点とした。
【0068】これらのスローアウエイチップを用いて、
溶着の発生しやすい金型鋼SKD61からなる、図5に
示す横断面形状を有する被削材11を次の条件で断続切
削し、各試料の耐剥離性を評価した。
【0069】耐剥離テスト1 切削速度 100m/min 送り 0.15mm/rev 切り込み 1.5mm 切削油 なし このテストにおいては、切削開始から、試料の刃先に被
削材が溶着して被膜剥離が発生するまでを寿命時間とし
た。そのテスト結果を下記の表9に示す。
【0070】
【表9】
【0071】表9に示すテスト結果から、増加表面積比
率が0.1〜1.3%の範囲にあるスローアウエイチッ
プは、耐剥離性能が優れていることがわかる。中でも、
増加表面積比率が0.2〜1.0%の範囲にある発明品
8−1,8−2,8−4,8−5は、特に優れた耐剥離
性を示している。
【0072】以上開示された本発明の実施の形態および
実施例は、すべての点で例示であって制限的なものでは
ないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の
説明では、特許請求の範囲によって示され、特許請求の
範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む
ことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の被覆硬質合金工具の刃先稜線部におけ
る、硬質合金基材の刃先処理部の形態と、被覆膜の表面
処理部の形態とを示す断面図である。
【図2】本発明の効果を検証するために用いたスローア
ウエイチップの形態を示す斜視図である。
【図3】切削テストの際に、切り屑とスローアウエイチ
ップのすくい面との接触面に発生するクレータ摩耗を説
明するための図である。
【図4】(a)は増加表面積比率の定義を説明するため
のの模式的斜視図、(b)はサンプリングによって測定
部の表面積を求める手法を説明するための図である。
【図5】耐欠損性テストにおける断続切削に用いられる
被削材の横断面形状を示す断面図である。
【図6】(a)は、4層の被覆膜を被覆した被覆硬質合
金工具の、被覆膜を表面処理する前の状態の断面図、
(b)は、被覆膜を表面処理した後に酸化物セラミック
層が切れ刃稜線部全域に残存した状態の断面図、(c)
は、被覆膜を表面処理した後に、刃先稜線部の一部にお
いて酸化物セラミック層が除去された状態の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 硬質合金基材 2 被覆膜 3 切れ刃稜線部 4 逃げ面 6 すくい面

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逃げ面とすくい面とのつなぎ部をなす切
    れ刃稜線部に刃先処理部を有する硬質合金基材と、該硬
    質合金基材の表面に被覆された被覆膜とを備え、前記被
    覆膜の表面の切れ刃稜線部に表面処理部を有する被覆硬
    質合金工具であって、 前記硬質合金基材の表面において逃げ面と刃先処理部と
    の境界部に形成される凸曲面の曲率半径をRs1、前記
    被覆膜の表面において逃げ面と前記表面処理部との境界
    部に形成される凸曲面の曲率半径をRc1、表面処理部
    以外の領域の被覆膜の平均膜厚をdとしたとき、Rc1
    /(Rs1+d)<1.0となるように被覆膜を形成し
    たことを特徴とする被覆硬質合金工具。
  2. 【請求項2】 前記硬質合金基材の表面においてすくい
    面と刃先処理部との境界部に形成される凸曲面の曲率半
    径をRs2、前記被覆膜の表面においてすくい面と表面
    処理部との境界部に形成される凸曲面の曲率半径をRc
    2としたときに、さらにRc2/(Rs2+d)>1.
    0となるように被覆膜が形成された、請求項1記載の被
    覆硬質合金工具。
  3. 【請求項3】 Rc1/(Rs1+d)が0.2以上
    0.8以下になるように形成された、請求項1記載の被
    覆硬質合金工具。
  4. 【請求項4】 Rc2/(Rs2+d)が2.0以上
    5.0以下になるように形成された、請求項2記載の被
    覆硬質合金工具。
  5. 【請求項5】 前記硬質合金基材の被覆膜の最も薄い部
    分の膜厚が15μm以上であり、かつ、表面処理によっ
    て薄膜化された切れ刃稜線部での膜厚をdxとしたと
    き、dx/dが0.2以上0.8以下になるように形成
    された、請求項1記載の被覆硬質合金工具。
  6. 【請求項6】 Rs2/Rs1が0.7以上1.3以下
    になるように形成された、請求項1記載の被覆硬質合金
    工具。
  7. 【請求項7】 Rc2/Rc1が2.0以上50以下に
    なるように形成された、請求項1記載の被覆硬質合金工
    具。
  8. 【請求項8】 被覆膜表面における刃先処理部のすくい
    面側の幅をa、逃げ面側の幅をbとしたとき、これらの
    比a/bが1.5以上4.0以下になるように形成され
    た、請求項1記載の被覆硬質合金工具。
  9. 【請求項9】 前記被覆膜が多層構造を有し、そのうち
    少なくとも1層が酸化物セラミック層からなり、該酸化
    物セラミック層の少なくとも1層の厚みの一部が切れ刃
    稜線部全領域に渡って残存するように表面処理が施され
    たことを特徴とする、請求項1記載の被覆硬質合金工
    具。
  10. 【請求項10】 前記被覆膜の表面の表面処理部の少な
    くとも一部における増加表面積比率が0.1%以上1.
    3%以下である、請求項1記載の被覆硬質合金工具。
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