JPWO2006046462A1 - 刃先交換型切削チップおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の刃先交換型切削チップは、本体と、該本体上に形成された基層と、該基層上の部分に形成された使用状態表示層とを有するものである。図2に上面が正方形の形状として形成された刃先交換型切削チップ1が示されている。刃先交換型切削チップ1はこのように本体8を有するものであるが、この本体8はたとえば超硬合金製のものが好ましい。たとえば、焼結炭化タングステンまたはその他の超硬合金材料により構成することができる。また、本体8をセラミック材料で形成することも可能である。
上記本体8は、その少なくとも1つの面がすくい面2となり、別の少なくとも1つの面が逃げ面3となるとともに、そのすくい面2と逃げ面3とが交差する稜が刃先稜線4となる。本発明の刃先交換型切削チップ1は、このような刃先稜線4を複数有していることが好ましい。1つの刃先稜線の使用後において、刃先交換型切削チップ自体を交換する手間を低減することができるからである。なお、本願でいうすくい面および逃げ面とは、刃先交換型切削チップの表面に位置する面だけではなく、本体の表面や基層、使用状態表示層等の各層の表面や内部等に位置する相当の面をも含む概念である。
上記の本体8上に形成される基層12は、後述の使用状態表示層13とは異なった色を呈するものである。刃先交換型切削チップ1に施したコーティング11の構造を図5に示す。すくい面2と逃げ面3とに延びる基層12がコーティング11に含まれる。このように本体8は、その表面に基層12が形成されており、このような基層12は、少なくとも上記すくい面2に形成することができ、さらに上記すくい面2および上記逃げ面3に形成することもできる。すなわち、基層12は本体8の全面に形成することが特に好ましい。
(1)各種研磨材の粒子を、圧縮空気で被処理物の表面に吹き付ける。
(2)各種研磨材の粒子を、回転翼により被処理物の表面に連続して投射する。
(3)各種研磨材の粒子を含有する液体(水)を、高圧で被処理物の表面に吹き付ける。
本発明の使用状態表示層は、たとえば図2や図5に示したように、上記逃げ面上であって、かつ上記刃先稜線に対して垂直方向に0.2mm以上3.0mm未満の距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)の全面または部分の上記基層上に形成されていることを特徴としている。本発明者の研究によれば、刃先稜線に対して垂直方向に0.2mm以上3.0mm未満の距離をもって広がった領域(A1)において被削材の溶着が顕著に生じることが判明した。本発明は、この領域(A1)以外の領域(A2)の全面または部分に使用状態表示層を選択的に形成することにより被削材の溶着を有効に防止し、以って切削加工後の被削材の外観および表面平滑性が阻害されることを防止しつつ注意喚起機能を付与せしめたという優れた効果を発揮するものである。
本発明の上記領域(A1)は、被削材の溶着を阻止するために平滑なものとすることが特に好ましい。このような表面平滑性は、上記領域(A1)の表面を機械的処理、たとえば、ブラシ操作またはブラスト加工(サンドブラスト)を行なうことにより得ることができる。このような機械的処理は、通常基層上に形成された使用状態表示層を除去する場合に行なわれるが、上記領域(A1)の表面に対して独立した処理操作として行なうことも可能である。なお、上記平滑性は、このような機械的処理だけではなく、たとえば化学的処理や物理的処理によっても得ることができる。
本発明の刃先交換型切削チップの製造方法は、本体と、該本体上に形成された基層と、該基層上の部分に形成された使用状態表示層とを有する刃先交換型切削チップの製造方法であって、該本体上に基層を形成するステップと、該基層上に該基層と異なる色の使用状態表示層を形成するステップと、該本体の逃げ面上であって、かつ刃先稜線に対して垂直方向に0.2mm以上3.0mm未満の距離をもって広がった領域(A1)を少なくとも含む領域とすくい面とに対して、そこに形成されている上記使用状態表示層を除去するステップと、を含むことを特徴とするものである。これにより、極めて生産効率良く刃先交換型切削チップを製造することができる。
以上述べた刃先交換型切削チップ1は、図2に示すように未使用状態では無傷のままである逃げ面3を有する。特に逃げ面3上の刃先稜線に対して垂直方向に0.2mm以上3.0mm未満の距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)の全面または部分はなお元の使用状態表示層13の色を有し、それによって刃先稜線4が未使用であることを示す。たとえば、その領域(A2)の全面または部分がTiNでコーティングされている場合は、この領域(A2)の使用状態表示層13の部分は、未使用状態では輝く黄銅色(金色)になっている。これに対して上記領域(A1)とすくい面2とは基層12であるAl2O3からなり刃先交換型切削チップの代表的な比較的黒ずんだ色またはほぼ黒色の外観を呈する。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
87質量%のWC、2.5質量%のTaC、1.0質量%のNbC、2.0質量%のTiCおよび7.5質量%のCoからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1400℃、1時間焼結し、その後平坦研磨処理および刃先処理を行なうことにより、ISO型番CNMG120408の形状の超硬合金製チップを作製し、これを本体とした。この本体は、その少なくとも1つの面がすくい面となり、別の少なくとも1つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とが交差する稜(ただし刃先処理加工がされているので仮定的な稜)が刃先稜線となるものであった。なお、この本体の表面には、脱β層は形成されていなかった。
コーティングに対してブラスト法による処理を行なわなかった。したがって、本体の表面は、全面において使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はTiNの色である金色)を呈した。
コーティングに対して、すくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、刃先稜線を含む逃げ面の全面は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はTiNの色である金色)を呈し、すくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図6参照。なお、図6では使用状態表示層3がすくい面に回り込むことなくその手前で止まっているが、すくい面まで回り込むように形成される場合も本処理方法の態様に含まれる)。
コーティングに対して、刃先稜線を含む逃げ面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、すくい面は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はTiNの色である金色)を呈し、刃先稜線を含む逃げ面全面は基層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図7参照。なお、図7では使用状態表示層3が逃げ面に回り込むことなくその手前で止まっているが、逃げ面まで回り込むように形成される場合も本処理方法の態様に含まれる)。
コーティングに対して、逃げ面上の刃先稜線に対して垂直方向に0.5〜0.8mmの距離をもって広がった領域(A1)とすくい面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線に対して垂直方向に0.5〜0.8mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上の刃先稜線に対して垂直方向に0.5〜0.8mmの距離をもって広がった領域(A1)とすくい面(刃先稜線を含む)とは基層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図5)。なお、上記距離0.5〜0.8mmは平均値を示すものであるが、この平均値をこのように範囲をもって表示したのは、マスキングはできる限り高精度に行なったがブラストの回り込み等によりその距離を一定に保つことは困難であり誤差を排除できなかったためである。
コーティングに対して、逃げ面上の刃先稜線に対して垂直方向に0.2〜0.5mmの距離をもって広がった領域(A1)とすくい面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線に対して垂直方向に0.2〜0.5mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上の刃先稜線に対して垂直方向に0.2〜0.5mmの距離をもって広がった領域(A1)とすくい面(刃先稜線を含む)とは基層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した。なお、上記距離に対して0.2〜0.5mmと範囲をもって表示したのは、上記処理方法Dと同じ理由による。
コーティングに対して、逃げ面上の刃先稜線に対して垂直方向に0.4〜2.8mmの距離をもって広がった領域(A1)とすくい面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線に対して垂直方向に0.4〜2.8mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上の刃先稜線に対して垂直方向に0.4〜2.8mmの距離をもって広がった領域(A1)とすくい面(刃先稜線を含む)とは基層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した。なお、上記距離に対して0.4〜2.8mmと範囲をもって表示したのは、上記処理方法Dと同じ理由による。
コーティングに対して、本体表面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、本体表面の全面(すくい面および逃げ面の両面)は基層の色(たとえばコーティングNo.1の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した。
被削材:SCM415
切削速度:110m/min
送り:0.14mm/rev.
切込み:1.0mm
切削油:無し
切削時間:40分
刃先交換型切削チップの本体の形状をISO型番SPGN120408とすることを除き、他は実施例1と同様にして本体を得た。
被削材:FC250
切削速度:160m/min
送り:0.28mm/rev.
切込み:1.0mm
切削油:無し
切削距離:12m
89.5質量%のWC、2.0質量%のTiC、1.5質量%のTaCおよび7.0質量%のCoからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1400℃、1時間焼結し、その後平坦研磨処理および刃先稜線に対してSiCブラシによる刃先処理(すくい面側から見て0.05mm幅のホーニングを施す)を行なうことにより、切削チップCNMG120408N−UX(住友電工ハードメタル(株)製)の形状と同形状の超硬合金製チップを作製し、これを本体とした。この本体は、表面に脱β層が13μm形成されており、2つの面がすくい面となり、4つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とは刃先稜線(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な稜となっている)を挟んで繋がるものであった。刃先稜線は、計8つ存在した。
コーティングに対してブラスト法による処理を行なわなかった。したがって、本体の表面は、全面において使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はTiNの色である金色)を呈した。
コーティングに対して、刃先稜線を含むすくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、刃先稜線を含む逃げ面の全面は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はTiNの色である金色)を呈し、すくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図6参照。なお、図6では使用状態表示層13がすくい面2に回り込むことなくその手前で止まっているが、すくい面2まで回り込むように形成される場合も本処理方法の態様に含まれる)。
コーティングに対して、刃先稜線を含む逃げ面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、すくい面は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はTiNの色である金色)を呈し、刃先稜線を含む逃げ面全面は基層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図7参照。なお、図7では使用状態表示層13が逃げ面3に回り込むことなくその手前で止まっているが、逃げ面3まで回り込むように形成される場合も本処理方法の態様に含まれる)。
コーティングに対して、逃げ面上であって、刃先稜線から0.4〜0.9mmの距離をもって広がった領域(A1)、およびすくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線から0.4〜0.9mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上であって、刃先稜線から0.4〜0.9mmの距離をもって広がった領域(A1)およびすくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図5)。なお、上記距離0.4〜0.9mmは平均値を示すものであるが、この平均値をこのように範囲をもって表示したのは、マスキングはできる限り高精度に行なったがブラストの回り込み等によりその距離を一定に保つことは困難であり誤差を排除できなかったためである。因みに、図8は本実施例の刃先交換型切削チップの鋭角コーナー部の1つを示す概略平面図であるが、この図8の矢印xで示した部位の紙面の裏側鉛直方向に延びる部位(すなわち鋭角コーナー部を2等分した逃げ面側の中央部位、以下R/2部位という)における上記領域(A1)の距離は0.6mmであった。なお、このようなR/2部位はコーナー毎に複数存在するが、その全てのR/2部位において上記領域(A1)の距離が各々完全に同一となるものではなく、上記の数値はそのうちの一つのR/2部位の数値を示すものである(以下の処理方法L、Q、Rにおいて同様の意味を示す)。
コーティングに対して、逃げ面上であって、刃先稜線から0.3〜1.0mmの距離をもって広がった領域(A1)、およびすくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線から0.3〜1.0mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上であって、刃先稜線から0.3〜1.0mmの距離をもって広がった領域(A1)およびすくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図5)。なお、上記距離0.3〜1.0mmは平均値を示すものであるが、この平均値をこのように範囲をもって表示したのは、上記処理方法Kと同じ理由による。因みに、R/2部位における上記領域(A1)の距離は0.5mmであった。
コーティングに対して、本体表面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、本体表面の全面(すくい面および逃げ面の両面)は基層の色(たとえばコーティングNo.13の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した。
被削材:SCM435丸棒
切削速度:200m/min
送り:0.21mm/rev.
切込み:2.0mm
切削油:有り(水溶性油)
切削時間:20分
被削材:SCM440(4本溝入り丸棒)
切削速度:120m/min
切込み:2.0mm
送り:0.40mm/rev.
切削油:無し
切削時間:1分
91.5質量%のWC、0.3質量%のTaC、0.2質量%のCr3C2および8.0質量%のCoからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1400℃、1時間焼結し、その後刃先稜線部に対してSiCブラシホーニング処理により刃先処理(すくい面と逃げ面との交差部に対して半径が約0.05mmのアール(R)を付与したもの)をすることにより、切削チップSEMT13T3AGSN−G(住友電工ハードメタル(株)製)の形状と同形状の超硬合金製チップを作製し、これを本体とした。この本体は、表面に脱β層が形成されておらず、1つの面がすくい面となり、4つの面が逃げ面となるとともに、そのすくい面と逃げ面とは刃先稜線(上記の通り刃先処理がされているので仮定的な稜となっている)を挟んで繋がるものであった。刃先稜線は、計4つ存在した。
コーティングに対してブラスト法による処理を行なわなかった。したがって、本体の表面は、全面において使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はTiNの色である金色)を呈した。
コーティングに対して、刃先稜線を含むすくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、刃先稜線を含む逃げ面の全面は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はTiNの色である金色)を呈し、すくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図6参照。なお、図6では使用状態表示層13がすくい面2に回り込むことなくその手前で止まっているが、すくい面2まで回り込むように形成される場合も本処理方法の態様に含まれる)。
コーティングに対して、刃先稜線を含む逃げ面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、すくい面は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はTiNの色である金色)を呈し、刃先稜線を含む逃げ面全面は基層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図7参照。なお、図7では使用状態表示層13が逃げ面3に回り込むことなくその手前で止まっているが、逃げ面3まで回り込むように形成される場合も本処理方法の態様に含まれる)。
コーティングに対して、逃げ面上であって、刃先稜線から0.4〜0.8mmの距離をもって広がった領域(A1)、およびすくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線から0.4〜0.8mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上であって、刃先稜線から0.4〜0.8mmの距離をもって広がった領域(A1)およびすくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図5)。なお、上記距離0.4〜0.8mmは平均値を示すものであるが、この平均値をこのように範囲をもって表示したのは、上記処理方法Kと同じ理由による。因みに、R/2部位における上記領域(A1)の距離は0.5mmであった。
コーティングに対して、逃げ面上であって、刃先稜線から0.3〜1.2mmの距離をもって広がった領域(A1)、およびすくい面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、逃げ面上であって、かつ刃先稜線から0.3〜1.2mmの距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)は使用状態表示層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はTiNの色である金色)を呈し、逃げ面上であって、刃先稜線から0.3〜1.2mmの距離をもって広がった領域(A1)およびすくい面は基層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した(図5)。なお、上記距離0.3〜1.2mmは平均値を示すものであるが、この平均値をこのように範囲をもって表示したのは、上記処理方法Kと同じ理由による。因みに、R/2部位における上記領域(A1)の距離は0.6mmであった。
コーティングに対して、本体表面全面の使用状態表示層をブラスト法により除去した。したがって、本体表面の全面(すくい面および逃げ面の両面)は基層の色(たとえばコーティングNo.18の場合はAl2O3の色である黒色)を呈した。
被削材:SKD11ブロック材
切削速度:150m/min
送り:0.16mm/rev.
切込み:2.0mm
切削油:無し
切削長:1m
カッター:WGC4160R(住友電工ハードメタル(株)製)
上記カッターへの刃先交換型切削チップの取り付け数は1枚とした
被削材:SCM435(ブロック材3枚重ね)
切削速度:170m/min
切込み:2.0mm
送り:0.40mm/rev.
切削油:無し
切削距離:0.5m
カッター:WGC4160R(住友電工ハードメタル(株)製)
上記カッターへの刃先交換型切削チップの取り付け数は1枚とした
Claims (11)
- 本体(8)と、該本体(8)上に形成された基層(12)と、該基層(12)上の部分に形成された使用状態表示層(13)とを有する刃先交換型切削チップ(1)であって、
前記本体(8)は、その少なくとも1つの面がすくい面(2)となり、別の少なくとも1つの面が逃げ面(3)となるとともに、そのすくい面(2)と逃げ面(3)とが交差する稜が刃先稜線(4)となり、
前記基層(12)は、前記使用状態表示層(13)と異なった色を呈し、
前記使用状態表示層(13)は、前記逃げ面(3)上であって、かつ前記刃先稜線(4)に対して垂直方向に0.2mm以上3.0mm未満の距離をもって広がった領域(A1)を除く領域(A2)の全面または部分の前記基層(12)上に形成されていることを特徴とする刃先交換型切削チップ(1)。 - 前記領域(A1)および前記すくい面(2)は、前記基層(12)が表面に露出しており、かつその露出している前記基層(12)を構成する少なくとも一層は、前記領域(A1)または前記すくい面(3)の切削に関与する領域の少なくとも一方の領域の少なくとも一部において圧縮残留応力を有していることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記圧縮残留応力は、その絶対値が0.1GPa以上の応力であることを特徴とする請求項2記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記領域(A1)の面粗度RaをAμm、前記領域(A2)の面粗度RaをBμmとした場合、1.0>A/Bとなることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記刃先交換型切削チップ(1)は、複数の刃先稜線(4)を有することを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記使用状態表示層(13)は、前記基層(12)に比し、摩耗し易い層であることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記基層(12)は、その最外層がAl2O3層またはAl2O3を含む層で構成されることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記使用状態表示層(13)は、その最外層が元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、CoおよびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属(元素)またはその金属を含む合金によって形成されるか、または元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、AlおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とにより構成される化合物によって形成される層で構成されることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記本体(8)は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸化アルミニウムと炭化チタンとからなる混合体のいずれかにより構成されることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 前記刃先交換型切削チップ(1)は、ドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の刃先交換型切削チップ(1)。
- 本体(8)と、該本体(8)上に形成された基層(12)と、該基層(12)上の部分に形成された使用状態表示層(13)とを有する刃先交換型切削チップ(1)の製造方法であって、
前記本体(8)上に基層(12)を形成するステップと、
前記基層(12)上に前記基層(12)と異なる色の使用状態表示層(13)を形成するステップと、
前記本体(8)の逃げ面(3)上であって、かつ刃先稜線(4)に対して垂直方向に0.2mm以上3.0mm未満の距離をもって広がった領域(A1)を少なくとも含む領域とすくい面(2)とに対して、そこに形成されている前記使用状態表示層(13)を除去するステップと、を含むことを特徴とする刃先交換型切削チップ(1)の製造方法。
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