KR20050030991A - A improvement method of surface roughness of diamond coating film to cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절삭공구용 다이아몬드 코팅막의 표면조도 개선방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 비철금속인 알루미늄-실리콘합금 혹은 마그네슘합금 및 흑연재료 등의 피삭재를 가공하는데 있어 피삭재의 가공면 조도를 향상시키기 위하여 초경합금(WC-Co) 모재 위에 매우 미세한 입자크기로 구성된 다이아몬드막을 코팅시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for improving the surface roughness of a diamond coating film for cutting tools, and more particularly, in order to improve the surface roughness of a workpiece in processing a workpiece such as aluminum-silicon alloy or magnesium alloy and graphite material, which is a non-ferrous metal. WC-Co) relates to a method of coating a diamond film composed of a very fine particle size on the base material.
특히, 본 발명은 성장하는 다이아몬드의 결정크기를 혹독한 공정조건에 의하여 미세화시켜 막의 표면조도를 개선한 평활화 다이아몬드 코팅 초경합금 절삭공구의 제조방법에 관한 것으로서, 평활화 다이아몬드막은 열필라멘트 화학기상증착법(HFCVD : hot-filament chemical vapor deposition)을 이용하여 초경합금위에 다이아몬드를 코팅하는 방법에 관한 것이다. In particular, the present invention relates to a method for producing a smoothed diamond-coated cemented carbide cutting tool to improve the surface roughness of the film by miniaturizing the crystal size of the growing diamond by harsh processing conditions, wherein the smoothed diamond film is a hot filament chemical vapor deposition method (HFCVD: hot). It relates to a method of coating diamond on cemented carbide using -filament chemical vapor deposition.
일반적으로, 상업적으로 사용되는 다이아몬드 코팅 절삭공구는 고온고압법으로 소결한 소결체를 적당한 크기로 잘라 초경합금위에 용접하여 제조하는 것과, 탄소를 포함하는 혼합가스를 분해하여 여기화시켜 초경합금위에 코팅하여 제조하는 방법이 있다. 전자는 공구성능은 우수하지만, 제조공정에서 용접할 수 있는 공구의 형상 및 크기가 한정되어 있어 다양한 형상이 요구되는 3차원적인 복잡한 공구에의 적용에 한계가 있다. 이에 반하여, 기상법에 의한 코팅막은 공구성능은 다소 전자보다 열세하지만, 드릴 및 엔드밀과 같은 3차원적인 복잡형상에도 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 기상법에 의하여 성장되는 다이아몬드막은 결정입자의 조대화로 인한 높은 마찰계수(μ, >0.6)에 의해 가공시 높은 절삭온도에 의해 피삭재의 미세한 슬러지가 다이아몬드의 결정입자와 입자사이에 고착되어 공구수명 의 판단기준인 용착 혹은 치핑 및 박리에 의해 피삭재의 가공면 조도를 거칠게 하고 공구수명을 저하시키게 한다. 이러한 문제점을 개선/향상시키기 위해서는 최종적으로 마이크로결정 다이아몬드 절삭공구의 표면을 미세하게 연마하지 않으면 안 된다. 그렇지만, 형상이 복잡한 3차원 절삭공구의 인선부위를 연마하는 것은 매우 어려울 뿐만 아니라, 단순한 2차원 절삭공구에 적용할 경우에도 연마비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.In general, the diamond coating cutting tool used commercially is produced by cutting a sintered body sintered by high temperature and high pressure into an appropriate size and welding it on a cemented carbide, and by dissolving and exciting a mixed gas containing carbon and coating it on a cemented carbide. There is a way. The former is excellent in tool performance, but the shape and size of the tool that can be welded in the manufacturing process is limited, there is a limit to the application to complex three-dimensional tools that require a variety of shapes. On the other hand, the coating film by the vapor phase method is somewhat inferior to the former, but has the advantage that it can be applied to three-dimensional complex shapes such as drills and end mills. However, in the diamond film grown by the vapor phase method, due to the high coefficient of friction (μ,> 0.6) due to the coarsening of the crystal grains, the fine sludge of the workpiece is stuck between the crystal grains of the diamond and the particles due to the high cutting temperature. Welding or chipping and peeling, which is a criterion for life, roughens the surface roughness of the workpiece and reduces the tool life. In order to improve / enhance this problem, the surface of the microcrystalline diamond cutting tool must be finely polished. However, it is not only very difficult to grind the edge portion of the three-dimensional cutting tool having a complicated shape, but also has a problem that the polishing cost is high even when applied to a simple two-dimensional cutting tool.
상기의 문제점을 개선하기 위해서는 직접 초경합금 모재위에 미세한 결정크기의 입자로 증착 혹은 평탄하게 조절하는 것이 필요하다. 이러한 필요에 의해 현재까지 초경합금위에 직류, 고주파, 열필라멘트 및 마이크로파 플라즈마 등의 여러 가지 화학기상증착법에 의하여 제조하고 있지만, 실제적으로 제품화하는 과정에서 밀착력을 가지며 재현성있는 미세결정 다이아몬드 코팅 절삭공구를 제조하는 데에 많은 어려움이 산재해 있다. 이를 위해, 초기의 핵 생성단계부터 미세한 입자로 구성되는 다이아몬드막은 높은 잔류응력으로 인하여 모재와의 밀착력 저하로 공구수명의 저하를 초래하는 결과를 가져오기 때문에, 초기의 핵 생성단계에서 중간층인 마이크로결정 다이아몬드막을 적절한 두께로 합성한 후, 혹독한 조건에서 연속적으로 미세결정 다이아몬드막을 성장시킴으로서 모재와의 밀착력을 증진시키는 한편, 절삭시 발생되는 칩(chip)을 원활하게 배출할 수 있도록 다이아몬드막의 표면을 평활화하는 기술이 요구된다. 이러한 평활화 다이아몬드막에 관련하여 미국특허 제 5989511 호 및 제 5772760 호에서는, 마이크로파 플라즈마 화학 기상 증착법(MPCVD: microwave plasma chemical vapor deposition)법을 이용하여 Si기판 위에 약 15~50nm의 미세결정 다이아몬드막을 직접 코팅하는 방법을 개시하고 있고 또한, 세메콘(CemeCon)사 명의의 공개특허 WO 0060137호에서는, 코팅막의 구조가 여러층인 다층구조(multilayer structure)로서 복잡한 코팅막을 형성시키는 방법을 공개하고 있을 뿐이다.In order to improve the above problems, it is necessary to directly control the deposition or flattening of fine grain size particles directly on the cemented carbide substrate. Due to this need, it has been manufactured by various chemical vapor deposition methods such as direct current, high frequency, hot filament, and microwave plasma on cemented carbide, but it has a cohesive force and is able to manufacture reproducible microcrystalline diamond coated cutting tools. There are many difficulties in the process. To this end, the diamond film composed of fine particles from the initial nucleation step results in a decrease in the adhesion life with the base material due to the high residual stress, which leads to a decrease in tool life. After synthesizing the diamond film to an appropriate thickness, the microcrystalline diamond film is continuously grown in harsh conditions to enhance adhesion to the base material and smooth the surface of the diamond film to smoothly discharge chips generated during cutting. Skill is required. In the US Patent Nos. 5989511 and 5772760 in connection with such a smoothed diamond film, a microcrystalline diamond film of about 15 to 50 nm is directly coated on a Si substrate using microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD). In addition, Patent Publication No. WO 0060137 under the name of Semecon Co., Ltd. discloses a method of forming a complex coating film as a multilayer structure in which the coating film has several layers.
상기한 바와 같이, 절삭시 피삭재의 가공면 조도를 개선시킴과 동시에 다이아몬드 절삭공구의 수명을 향상시키기 위해서는, 초경합금 절삭공구에 밀착력을 향상시키기 위한 중간층으로 마이크로결정 다이아몬드를 증착한 후, 연속적으로 적절한 두께의 미세결정 다이아몬드막을 코팅하는 이른바 평활화 다이아몬드를 합성시키는 기술, 즉 복잡한 다층이 아니면서도 효과적으로 절삭공구로서의 성능을 발휘시킬 수 있는 다이아몬드 코팅 방법이 필요하게 된다.As described above, in order to improve the surface roughness of the workpiece during cutting and to improve the life of the diamond cutting tool, after depositing microcrystalline diamond as an intermediate layer for improving the adhesion to the cemented carbide cutting tool, successively the appropriate thickness There is a need for a technique for synthesizing so-called smoothed diamond for coating a microcrystalline diamond film, i.e., a diamond coating method capable of effectively exerting a performance as a cutting tool without a complicated multilayer.
상기에서, 언급한 바와 같이 용접형의 다이아몬드 소결체를 초경합금 절삭공구위에 적용하는 것은, 3차원 복잡형상에 따른 소결/용접 및 연마비용 등의 많은 문제점을 지니고 있으며, 기상법에 의하여 증착되는 마이크로결정 다이아몬드막은 거친/평활하지 않는 표면특성에 의하여 다이아몬드의 입자사이에 피삭재의 미세한 슬러지에 의한 용착현상으로 피삭재의 가공 정밀도를 떨어뜨리게 한다.As mentioned above, the application of the welded diamond sintered body on the cemented carbide cutting tool has many problems such as the sintering / welding and polishing cost according to the three-dimensional complex shape, and the microcrystalline diamond film deposited by the vapor phase method Due to the rough / non-smooth surface characteristic, the workability of the workpiece is degraded due to the deposition of fine workpiece sludge between the diamond particles.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복잡한 형상에도 적용가능하며, 피삭재의 미세한 슬러지와의 용착을 억제할 수 있도록 종래의 다이아몬드막의 표면조도를 개선한 평활화 다이아몬드 코팅 절삭공구의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. 본 발명은 열필라멘트CVD법을 적용한 것으로서 중간층과 그 위에 다이아몬드 결정입자의 크기가 약 30~100㎚로 구성되는 미세결정 다이아몬드막의 복합구조로 합성하며, XRD(X-ray diffractometer) 및 Visible(514.5㎚) Raman분광법 및 SEM(scanning electron microscopy)을 이용하여 다이아몬드임을 확인하였다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is applicable to complex shapes, and a method for producing a smoothed diamond-coated cutting tool having improved surface roughness of a conventional diamond film so as to suppress welding of the workpiece with fine sludge. The purpose is to provide. The present invention is applied to the filament CVD method, synthesized in the composite structure of the intermediate layer and the microcrystalline diamond film consisting of about 30 ~ 100nm size of diamond crystal particles thereon, XRD (X-ray diffractometer) and Visible (514.5nm) ) Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM) confirmed that the diamond.
본 발명을 통하여 제조되는 절삭공구는 알루미늄-실리콘, 황동과 같은 융점이 낮은 비철금속 및 흑연, 목재 등을 절삭하는데 있어 피삭재의 가공면 조도를 개선시키고 공구수명을 향상시킴으로써 특히 가공 정밀도를 요구하는 자동차산업을 비롯하여 반도체, 전자산업분야에서 유용하게 사용할 수 있다.The cutting tool manufactured through the present invention is particularly suitable for the automotive industry, which requires machining precision by improving the surface roughness of the workpiece and improving tool life in cutting non-ferrous metals such as aluminum-silicon and brass and graphite, wood, etc. It can be usefully used in the semiconductor, electronics industry.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 표면조도를 개선한 평활화 다이아몬드 절삭공구의 제조방법과 그 특징에 관한 것으로서, 열필라멘트CVD법을 이용하여 다이아몬드 결정입자의 크기가 1~10㎛인 마이크로결정 다이아몬드막을 중간층으로 코팅하여, 연속적으로 그 위에 다이아몬드 결정입자의 크기가 약 30~100㎚의 미세결정 다이아몬드막을 코팅하여 표면조도를 개선한다.The present invention relates to a method for producing a smoothed diamond cutting tool with improved surface roughness to solve the above problems and its characteristics, the microcrystal having a size of diamond crystal grains of 1 ~ 10㎛ using the hot filament CVD method The diamond film is coated with an intermediate layer, and the surface of the surface is improved by coating a microcrystalline diamond film having a size of about 30-100 nm of diamond crystal particles thereon.
구체적으로는, 전처리에 의하여 Co를 제거한 초경합금(WC-Co) 모재위에 다이아몬드 결정입자의 크기가 1~10㎛인 마이크로결정 다이아몬드막(microcrystalline diamond film)을 중간층으로 코팅한 후, 그 위에 약 30~100㎚의 미세결정 다이아몬드막(fine-crystalline diamond film)을 증착하여 다이아몬드막의 표면을 공정중에 평활화시킨 것이다. 이러한 단계적인 코팅방법에 의하여 얻어진 평활화 다이아몬드는 모재와의 밀착력을 유지하는 한편, 표면조도를 개선시켜 적용함으로서 절삭공구의 내마모성 증대와 낮은 마찰계수에 의한 윤활 효과로 인해 공구수명을 향상시키는 것이 가능하다.Specifically, a microcrystalline diamond film having a size of diamond crystal grains of 1 to 10 μm is coated on the cemented carbide (WC-Co) base material after Co treatment with an intermediate layer, and then about 30 to A 100 nm fine crystalline diamond film was deposited to smooth the surface of the diamond film during the process. The smoothed diamond obtained by this step coating method can maintain the adhesion with the base material and improve the surface roughness, thereby improving the tool life due to the increased wear resistance of the cutting tool and the lubrication effect due to the low friction coefficient. .
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 WC-Co계 초경합금을 모재로하여 전처리한 후 탄성계수가 높은 마이크로결정 다이아몬드막을 중간층으로 코팅하고, 연속 공정으로 마찰계수가 낮은 미세결정 다이아몬드막을 코팅함을 특징으로 하는 절삭공구용 다이아몬드 코팅막을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention is pretreated with a WC-Co-based cemented carbide as a base material and then coated with a microcrystalline diamond film having a high modulus of elasticity as an intermediate layer. It provides a diamond coating film for cutting tools characterized in that the coating.
여기에서 상기 중간층 코팅은 메탄(CH4)-수소(H2)의 혼합가스 분위기에서 행하며, 수소량에 대한 메탄량의 비율은 0.2~1, 가스압 10~30Torr에서 행하고, 상기 미세결정 다이아몬드막 코팅은 수소량에 대한 메탄량의 비율이 3~10, 가스압 50~100Torr에서 행함이 바람직하다. 상기 중간층은 마이크로결정 다이아몬드로서 1% 이하의 메탄과 99% 이상의 수소분위기에서 성장된 것으로, 여기서 수소함량이 높은 이유는 비다이아몬드상을 에칭하여 순수한 다이아몬드 결정이 성장할 수 있도록 하여 주기 때문이다.Here, the intermediate layer coating is performed in a mixed gas atmosphere of methane (CH 4 ) -hydrogen (H 2 ), and the ratio of the amount of methane to the amount of hydrogen is 0.2-1, at a gas pressure of 10-30 Torr, and the microcrystalline diamond film coating The ratio of the amount of methane to the amount of silver is preferably 3 to 10 and a gas pressure of 50 to 100 Torr. The intermediate layer is microcrystalline diamond, grown in 1% or less of methane and 99% or more of hydrogen atmosphere, because the high hydrogen content allows the growth of pure diamond crystals by etching the non-diamond phase.
또한, 상기 중간층(a)에 대한 미세결정 다이아몬드막(b)의 두께 비율(b/a)은 2.0~4.0으로 함이 바람직하고 여기서, 상기 중간층의 두께는 3.0~6.0㎛이고, 상기 미세결정 다이아몬드막 두께는 8~15㎛임이 되게 함이 바람직하다.In addition, the thickness ratio (b / a) of the microcrystalline diamond film (b) to the intermediate layer (a) is preferably 2.0 to 4.0, wherein the thickness of the intermediate layer is 3.0 to 6.0㎛, the microcrystalline diamond It is preferable to make the film thickness into 8-15 micrometers.
또한, 상기 중간층의 마이크로 결정 입자는 1~10㎛이고, 상기 미세결정 다이아몬드막 결정입자는 30~100㎚로 함이 좋고, 상기 미세결정 다이아몬드막의 표면조도는 Rmax = 10~100㎚이 되게 함이 좋다.In addition, the microcrystalline particles of the intermediate layer is 1 ~ 10㎛, the microcrystalline diamond film crystal grains may be 30 ~ 100nm, the surface roughness of the microcrystalline diamond film is to be Rmax = 10 ~ 100nm good.
이하에 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 초경합금을 모재로 이용하여 화학적인 방법에 의하여 전처리를 실시한 후, 연속적으로 공정조건을 달리하여 평활화 다이아몬드막을 제조한다. 모재로서 사용되는 초경합금의 WC 입자크기는 약 0.5~5㎛범위이며, Co량은 6wt%이하로 고정한다. 본 발명의 가장 큰 특징은, 중간층으로서 모재보다 탄성계수가 크며 다이아몬드의 입자크기가 약 1~10㎛인 마이크로결정 다이아몬드를 주상정구조(columnar structure)의 적절한 두께로 증착하여 모재와의 밀착력을 향상시키며, 연속적으로 공정조건을 달리하여 마이크로결정 다이아몬드막 위에 약 30~100nm의 결정크기의 동질상(homogeneous phase)을 가진 미세결정 다이아몬드를 증착시켜, 다이아몬드 입자의 표면적을 증가시켜 입자간의 결합력 향상과 표면조도 개선에 의한 공구수명의 향상을 도모시킨다. 또한, 평활화 다이아몬드막은 미세한 결정입자로 구성되어 있기 때문에 마찰계수가 매우 낮은 윤활특성을 나타낸다. 즉, 모재와 접하고 있는 마이크로결정 다이아몬드막의 높은 탄성계수로 박막의 크랙(crack)현상을 방지하며, 미세결정 다이아몬드막의 낮은 마찰계수로 인해 윤활효과를 얻을 수 있으므로 종래의 마이크로결정 다이아몬드 절삭공구보다 공구수명을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, after pretreatment by a chemical method using a cemented carbide as a base material, a smoothed diamond film is manufactured by continuously changing process conditions. The cemented carbide used as the base material has a WC particle size in the range of about 0.5 to 5 μm and a Co content of 6 wt% or less. The greatest feature of the present invention is that as an intermediate layer, microcrystalline diamond having a larger elastic modulus than the base material and having a diamond grain size of about 1 to 10 μm is deposited to an appropriate thickness of a columnar structure to improve adhesion to the base material. By successively varying the process conditions, microcrystalline diamond having a homogeneous phase of about 30 to 100 nm in size is deposited on the microcrystalline diamond film, thereby increasing the surface area of the diamond particles to improve the bonding strength between the particles and the surface. The tool life is improved by improving the roughness. In addition, since the smoothed diamond film is composed of fine crystal grains, the friction coefficient exhibits very low lubrication characteristics. That is, the high elastic modulus of the microcrystalline diamond film in contact with the base material prevents cracking of the thin film, and the lubrication effect can be obtained due to the low coefficient of friction of the microcrystalline diamond film. Therefore, the tool life is longer than that of the conventional microcrystalline diamond cutting tool. Can improve.
본 발명에서 중간층은 메탄(CH4)-수소(H2)의 혼합가스분위기에서 수소량에 대한 메탄량의 비율 0.2~1, 가스압 10~30Torr에서 실시하며, 미세결정 다이아몬드 코팅은 수소량에 대한 메탄량의 비율 3~10, 가스압 50~100Torr에서 실시한다.In the present invention, the intermediate layer is carried out at a ratio of 0.2 to 1 methane and a gas pressure of 10 to 30 Torr in a mixed gas atmosphere of methane (CH 4 ) -hydrogen (H 2 ), and the microcrystalline diamond coating is applied to the amount of hydrogen. It is carried out at a ratio of 3 to 10 methane and a gas pressure of 50 to 100 Torr.
본 발명의 중간층의 두께는 3~6㎛이고, 미세결정 다이아몬드막의 두께는 8~15㎛이다. 즉, 중간층에 대한 미세결정 다이아몬드막의 두께비율은 약 2.0~4.0로 하는 것이 바람직하다. 평활화 다이아몬드의 전체 막두께는 약 11~18㎛로 한다. 또한, 마이크로결정과 미세결정 다이아몬드막의 결정입자 크기는 각각 약 1~10㎛과 30~100㎚로 한다.The thickness of the intermediate | middle layer of this invention is 3-6 micrometers, and the thickness of a microcrystalline diamond film is 8-15 micrometers. That is, the thickness ratio of the microcrystalline diamond film to the intermediate layer is preferably about 2.0 to 4.0. The total film thickness of the smoothed diamond is about 11-18 micrometers. In addition, the crystal grain size of the microcrystal and the microcrystalline diamond film is about 1 to 10 mu m and 30 to 100 nm, respectively.
또한, 상기 단계적 증착조건에서 얻어진 막을 Visible Raman분광법에 의한 비다이아몬드 성분 분석결과, 약 1144와 1483㎝-1에서 C-H의 sp2결합구조, 1333㎝-1결합구조에서 다이아몬드의 sp3결합구조 및 약 1350 ~ 1364㎝-1부근에서 disorder(D band)와 1540~1550㎝-1 부근에서 흑연(G band)의 sp2결합구조를 가진다. 또한, 결정면의 유무를 확인하기 위하여 X선회절(XRD)에 의한 분석결과, 약 43.98°( 2θ)에서 (111)면의 peak가 검출되어 미세구조의 다이아몬드임을 확인하였다.In addition, as a result of non-diamond component analysis by Visible Raman spectroscopy, the film obtained under the step deposition conditions showed sp 2 bonding structure of CH at about 1144 and 1483 cm -1 , sp 3 bonding structure of diamond at 1333 cm -1 and 1350 has a structure of sp 2 bonded graphite (G band) at about ~ 1364㎝ and 1540 disorder (D band) in the vicinity of -1 ~ 1550㎝ -1. In addition, as a result of analysis by X-ray diffraction (XRD) to confirm the presence of the crystal surface, the peak of the (111) plane was detected at about 43.98 ° (2θ) to confirm that the diamond of the microstructure.
비교 실시예Comparative Example
하기의 표1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 샘플은 3가지로 준비하였다. 이들 샘플의 제조방법은 다음과 같다.As shown in Table 1 below, three samples of the present invention were prepared. The preparation method of these samples is as follows.
먼저, 표1에 나타낸 바와 같이, 중간층은 수소량에 대한 메탄량의 비율을 0.2~1, 가스압을 10~30Torr에서, 미세결정 다이아몬드막은 수소량에 대한 메탄량의 비율을 3~10, 가스압을 50~100Torr로 변화시켜 동일조건에서 증착하였다. 모재로서는 밀링용의 형번 SPCN1203EDR을 사용하였다. 또한, 피삭재는 알루미늄합금의 일종인 AC8A로서 Si함량이 약 11~13%이며, 경도와 용융점이 매우 낮아 절삭시 가공온도에 의하여 인선부와의 용착현상이 매우 두드러지는 문제를 가지고 있기 때문에 공구수명을 판단하는데 양호한 적절한 가공물이다. 실제적으로 코팅하지 않은 초경합금으로 절삭할 경우, 초기 단계에 절삭팁의 인선부는 용착에 의한 치핑 및 박리 현상이 발생하여 피삭재의 면조도를 매우 거칠게 한다. 그렇지만, 본 발명에 의한 평활화 다이아몬드 절삭공구는 이러한 용착현상을 가능한 한 억제하여 피삭재의 면조도를 개선시켰다. 하기의 (A)와 같은 절삭조건에서 절삭성능 평가한 결과에 대하여 표2에 나타내었다.First, as shown in Table 1, the intermediate layer has a ratio of methane to hydrogen content of 0.2 to 1 and a gas pressure of 10 to 30 Torr, and the microcrystalline diamond film has a ratio of methane to hydrogen content of 3 to 10 and a gas pressure. It was changed to 50 ~ 100 Torr and deposited under the same conditions. As the base material, model number SPCN1203EDR for milling was used. In addition, the workpiece is AC8A, a kind of aluminum alloy, which has a Si content of about 11 to 13%, and its hardness and melting point are very low, so that the welding phenomenon with the edge part is very noticeable due to the processing temperature during cutting. It is a good appropriate workpiece to judge. In the case of cutting with practically uncoated cemented carbide, the cutting edge of the cutting tip at the initial stage generates chipping and peeling phenomenon due to welding, which roughens the surface roughness of the workpiece. However, the smoothing diamond cutting tool according to the present invention suppresses this welding phenomenon as much as possible to improve the surface roughness of the workpiece. Table 2 shows the results of evaluating the cutting performance under the cutting conditions as shown in (A) below.
(A) 내마모시험(건식가공)(A) Abrasion resistance test (dry processing)
-피삭재 : AC8A(11~13%Si, 120㎜×200㎜×300㎜)Workpiece: AC8A (11 ~ 13% Si, 120mm × 200mm × 300mm)
-절삭속도 : 800(m/min)Cutting speed: 800 (m / min)
-이송량 : 0.15(㎜/rev)Feeding amount: 0.15 (㎜ / rev)
-절입량 : 2(mm)Depth of cut: 2 (mm)
-절삭거리 : 1, 50, 100(pass, cutting distance(mm): 1pass=300mm)Cutting distance: 1, 50, 100 (pass, cutting distance (mm): 1pass = 300mm)
-절삭팁 형상 : SPCN1203EDRCutting Tip Shape: SPCN1203EDR
공구평가는 1, 50, 100pass후 인선부 주위에서 용착 및 박리여부를 확인하고 표면조도(Rmax)를 측정하였으며, 그 결과를 표2에 나타내었다. 본 발명에 의해 제조된 평활화 다이아몬드 절삭공구가 비교 샘플대비 우수한 절삭성능을 나타내고 있다.Tool evaluation was carried out after 1, 50, 100 pass to confirm the welding and peeling around the edge, and measured the surface roughness (Rmax), the results are shown in Table 2. The smoothed diamond cutting tool produced by the present invention shows excellent cutting performance compared to the comparative sample.
표 1.Table 1.
표 2.Table 2.
상기에서, 다이아몬드 코팅박막 두께가 증가할수록 항절강도가 낮아지므로 즉, 박막두께가 증가할수록 압축응력에서의 인장응력으로 바뀌면서 초기 크랙으로 인해 브리틀한 박막이 형성되고, 또 막내의 스트레스 때문에 전체 박막두께가 한정된다. 여기서 중간층은 모재와의 밀착력을 강화하면서 인장응력이 발생하지 않는 막두께의 범위를 가져야 하며, 미세결정 다이아몬드층의 박막 두께는 중간층의 박막두께를 제외한 두께 범위를 가져야 하므로 본 발명의 코팅 두께 및 시간이 정해진다.In the above, as the thickness of the diamond-coated thin film increases, the tensile strength decreases, that is, as the thin film thickness increases, the brittle thin film is formed due to the initial crack as the tensile stress changes in the compressive stress, and the entire thin film due to the stress in the film. The thickness is limited. In this case, the intermediate layer should have a thickness range in which tensile stress does not occur while enhancing adhesion with the base material, and the thickness of the thin film of the microcrystalline diamond layer should have a thickness range excluding the thickness of the intermediate layer. This is decided.
상기에서 설명한 바와 같이, 혹독한 단계적인 공정조건에서 중간층의 두께를 약 3~6㎛의 범위로 하고 결정입자의 크기를 약 1~10㎛로 코팅한 후, 미세결정 다이아몬드막의 두께를 약 8~15㎛의 범위로 하고 결정입자의 크기를 약 30~100㎚로 증착하여 종래의 마이크로결정 다이아몬드 절삭공구보다 공구수명 및 표면조도를 향상/개선하는 것이 가능하였다. 즉, 중간층에 대한 미세결정 다이아몬드막의 두께비율을 약 2.0~4.0로 증착하는 것이 성능평가에서 우수한 절삭특성을 나타내었다. 종래의 피삭재의 가공면 조도가 거칠어서 고가공정도/고품질의 생산품을 제조하기가 어려웠던 점과 절삭공구 자체의 표면조도가 거칠어서 원활하지 못한 칩 배출에 의한 절삭저항이 커서 공구수명이 단축되는 점등의 문제점을 해결하는 것이 가능하다.As described above, in the severe stepwise process conditions, the thickness of the intermediate layer is in the range of about 3 to 6 μm, and the crystal grains are coated in about 1 to 10 μm, and then the thickness of the microcrystalline diamond film is about 8 to 15. It was possible to improve the tool life and surface roughness over the conventional microcrystalline diamond cutting tool by depositing the size of the crystal grains in the range of 탆 and about 30 to 100 nm. That is, depositing a thickness ratio of the microcrystalline diamond film to the intermediate layer at about 2.0 to 4.0 showed excellent cutting characteristics in performance evaluation. It is difficult to manufacture high-quality process / high quality products due to the roughness of the surface of the conventional workpiece and the cutting resistance due to unsatisfactory chip discharge due to the roughness of the surface of the cutting tool itself. It is possible to solve the problem.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역 내에서 본 발명에 대하여 다양하게 변경 및 수정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above through the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can understand that the present invention can be variously changed and modified within the spirit and scope of the invention described in the claims below. There will be.
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