KR100187564B1 - 코팅 절삭 공구의 표면 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭 공구의 표면에 내마모성 증대를 위해 코팅 처리된 코팅층의 불균일한 표면 상태를 개선하여 피가공물 절삭시 미세입자에 걸리는 응력을 분산시켜 주므로써, 공구의 내칩핑성(Chipping)과 인성을 향상시킬 수 있는 것에 관한 것으로, 절삭 공구의 표면에 금속 화합물을 코팅한 후 코팅된 최외곽의 돌출부를 평탄하게 가공 함을 특징으로 하는 코팅 절삭 공구의 표면 처리방법에 관한 기술이다.

Description

코팅 절삭 공구의 표면 처리방법

제1도는 종래의 코팅 절삭 공구의 코팅층 단면을 나타낸 상태도.

제2도는 본 발명에 따른 코팅 절삭 공구의 코팅층 단면을 나타낸 상태도.

제3도는 본 발명에 따른 코팅 절삭 공구의 내마모성 시험결과를 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명에 따른 코팅 절삭 공구의 내결손성 시험결과를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 모재 2 : 표면층

4 : 평탄면

본 발명은 코팅 절삭 공구의 표면 처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절삭 공구의 표면에 내마모성 증대를 위해 코팅처리된 코팅층의 불균일한 표면상태를 개선하여 피가공물 절삭시 미세입자에 걸리는 응력을 분산시켜 주므로써 공구의 내칩핑성(Chipping)과 인성을 향상시킬 수 있는 표면 처리에 관한 것이다.

피가공물을 절삭하기 위한 절삭 공구는 철, 강(합금강)등과 같은 초경합금을 성분으로 하고, 내마모성 및 인성을 증대시키기 위해 공구 모재표면에 각종 금속 산화물, 탄화물 등과 같은 화합물을 화학증착법(CVD), 물리증착법(PVD)등으로 코팅하고 있다.

상기 제조된 코팅막은 통상적으로 다결정 입자로 구성되어 있고, 각각의 입자들은 결정표면의 성질에 의하여 특정한 면이 우선적으로 나타나거나 일부 입자의 불균일한 성질로 인하여 제1도와 같이 모재(1) 코팅된 표면(2)의 최외곽층이 뾰족한 돌출부(3)를 갖게되는 등 거칠어지는 현상이 나타난다.

이러한 현상은 특히 막이 두꺼워 질수록 심해지고, 산화 알루미늄과 같은 세라믹 코팅에서 심하게 나타나는 등, 정도의 차이는 있으나 코팅에서 공통적으로 나타나는 현상이다. 이와 같이 거친 표면 상태를 가진 코팅 절삭 공구는 절삭시 응력이 불균일하게 걸리게되어 특히 절삭날 부위(인선부)에서 쉽게 칩핑(Chipping)이 유발되고, 동시에 하부의 코팅 층이나 모재에 까지 손상을 주어 공구의 성능을 현저히 저하시킨다.

화학증착법인 경우에 고온에서 코팅층의 입자가 성장되기 때문에 입자가 그 물질자체의 평형 상태인 모양으로 되려는 경향이 더욱 강하고, 결정 구조가 입방정형이 아닌 경우에 결정학적 면의 표면에너지 차이가 면에 따라 크기 때문에 표면이 거칠어지는 경향이 더욱 심하다.

특히 산화 알루미늄 막의 경우 알파()상이나 카파(к)상을 화학증착법으로 코팅하게 되는데, 이들 산화 알루미늄 코팅층은 내마모성이 우수하여 공구에 코팅하므로써 성능을 크게 향상시킬 수 있으나, 코팅 물질 자체의 인성이 낮고 전술한 바와 같은 거친 표면 상태로 인하여 코팅 공구의 인성 혹은 내칩핑성이 저하되어 결국 공구의 수명이 현저히 감소되는 경우가 종종 나타난다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 절삭공구 모재표면에 코팅 표층의 예 각 돌출부를 평탄되게 표면처리 함에따라, 피가공물 절삭시 종래의 뾰족한 돌출부에 따른 미세입자에 걸리는 응력을 분산시켜 주므로써 공구의 내칩핑성과 인성(충격성)을 향상시키는데 적합한 코팅 절삭 공구를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 절삭 공구의 표면에 금속 화합물을 코팅함에 있어서, 코팅후 코팅된 최외곽의 돌출부를 물리적인 방법으로 평탄하게 제거하는 방법으로 이루어진다.

제2도는 본 발명에 따른 표면층인 최외곽의 돌출부를 평탄면(4)으로한 상태를 나타낸 것이다.

이와 같은 표면 상태를 갖는 절삭 공구를 사용함에 따라 공구의 안정된 마모를 가능하게 함으로써 공구 성능이 향상될 수 있다.

본 발명에 이용되는 절삭 공구는 주철, 강 등과 같은 피삭재를 절삭 가공할 수 있는 모재 및 표면층을 갖는 성분이면 모두 적용 가능하다.

따라서 모재 및 표면층의 성분을 어느 하나에 국한하지 않는다.

즉, 본 발명은 표면 코팅층이 불규칙하게 뾰족한 돌출부를 갖는 대상에 적용하는데 요체가 있으므로, 대상의 성분에는 큰 문제가 없다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

[실시예 1]

초경합금으로된 모재위에 산화알루미늄막을 화학증착법에 의하여 약 7㎛ 코팅하여 절삭 공구를 제조하였다.

제조한 코팅절삭공구의 인선부위를 diamond paste와 연마천으로 문질러 코팅층 표면부의 뾰족한 부분을 제거하고 세척한 후 자동차 부품인 브레이크 드럼 절삭가공 시험을 하여 종래의 처리하지 않은 공구와 절삭 성능을 비교하였다.

절삭 성능은 수량에 의해 비교하였으며 다음 표에 그 결과를 나타내었다.

비교시험 결과 종래와 같이 처리하지 않은 공구는 피삭재를 4-5개 가공하였으나, 본 발명에 의한 처리를 실시한 공구는 8-10개를 가공하였다.

공구의 마모된 상태를 비교하여 보면 종래와 같이 처리하지 않은 공구는 초기 칩핑 발생이 심하였으나, 본 발명에 의한 표면 처리를 실시한 공구는 칩핑이 발생하지 않거나 발생하더라도 크기가 훨씬 작게 발생되었다.

따라서 본 발명에 의한 코팅 처리를 하므로써 공구의 수명이 현저히 향상됨을 알 수 있다.

[실시예 2]

화학증착법에 의하여 외각에상의 산화알루미늄층을 코팅하여 절삭 공구를 제조한 후, 연마재가 도포된 브러시(brush)를 사용하는 통상의 호닝(honing)방법으로 코팅 표면 및 인선부를 호닝한 후 초음파 세척을 실시하여 처리를 하지 않은 시편과 상호 비교하였다.

비교결과 처리 후의 시편 표면은 외관상으로도 광택이 나고 미려하였으며, 절삭시험 결과도 본 처리에 의하여 상당히 향상되는 결과를 보여주었다.

절삭 시험은 선반에서 주철(FC30)과 강(S45C)을 피삭재로 하여 행하였다.

제3도는 내마모성 시험 결과를 공구의 측면 마모량(flank wear)으로 나타내었으며, 제4도에 내충격성 시험 결과를 파손 시까지의 충격 회수로 나타내었다.

여기서 시편 1 및 1A, 1B, 1C, 1D는 본 발명에 의한 방법으로 코팅 후 표면 처리한 시편이고, 시편 2 및 2A, 2B, 2C, 2D는 처리하지 않은 종래의 절삭 공구 시편이다.

제3도와 제4도에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 표면 처리 방법으로 처리된 시편이 내마모성 및 내결손성이 모두 우수한 것을 보여주고 있다.

따라서 본 발명에 의한 방법으로 처리하는 것이 처리하지 않은 절삭 공구에 비하여 성능 향상되는 장점이 있음을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 절삭 공구의 표면에 금속 화합물을 코팅한 후 코팅된 최외곽의 돌출부를 평탄하게 가공함을 특징으로 하는 코팅 절삭 공구의 표면 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 절삭공구의 모재가 초경합금인 것을 특징으로 하는 코팅 절삭 공구의 표면 처리방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절삭공구의 모재표면층이 화학증착법에 의해 코팅된 산화알루미늄층인 것을 특징으로 하는 코팅 절삭 공구의 표면 처리방법.