KR20090068174A

KR20090068174A - 코팅된 절삭 공구 및 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20090068174A
Application number: KR1020080130543A
Authority: KR
Inventors: 토릴 뮈르트베이트
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US8124222B2; EP2072637B1; US20090162153A1; IL195963A0; JP2009154287A; EP2072637A2; EP2072637A3

Abstract

본 발명은 적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템 사이에 위치되는 층간 금속층을 포함하는 코팅이 제공된, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방 붕소질화물 또는 고속도강의 기재를 포함하는 코팅된 절삭 공구에 관한 것으로, 상기 층간 금속층은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 중 1 이상에서 선택된 금속 원소를 적어도 60 at% 로 포함하며, 적어도 2 개 이상의 상기 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물, 또는 그 조합물 중 하나 이상이며, 적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 두께는 층간 금속층의 두께의 3 ~ 200 배이다. 층간 금속층과 교대로 있는 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 수는 적어도 3 개이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 절삭 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 절삭 공구는 증가된 공구 수명을 갖는다.

Description

코팅된 절삭 공구 및 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법{COATED CUTTING TOOL AND A METHOD OF MAKING A COATED CUTTING TOOL}

본 발명은 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템 사이에 개재된 1 이상의 층간 금속층을 포함하는 코팅된 절삭 공구에 관한 것이다. 본 발명에 따른 절삭 공구는 증가된 인성으로 인해 더 우수한 공구 수명을 보이므로, 하중 변화를 견디는 우수한 능력을 보여준다. 더욱이, 본 발명은 날선에 따른 스폴링의 위험 없이 두꺼운 PVD 코팅의 증착을 용이하게 하며, 따라서 더 우수한 내플랭크마모성을 갖는 두꺼운 코팅이 증착될 수 있다. 코팅의 더 높은 인성 거동으로 날카롭거나 연마된 날에서도 적절한 두께의 코팅이 용이하게 된다.

일반적으로, 절삭 공구의 표면에 코팅이 증착되면 공구의 수명은 상당히 연장된다. 오늘날 대부분의 절삭 공구는 Ti(C,N), TiN, (Ti,Al)N, (Ti,Si)N, (Al,Cr)N 또는 Al₂O₃ 와 같은 PVD 또는 CVD 코팅으로 코팅된다. PVD 코팅은 CVD 코팅에 비해, 예컨대 하중의 변화를 견디는 더 우수한 능력을 부여하는 증착된 상태에서의 압축 응력과 더 미립의 코팅 같은 몇 가지 매력적인 특성을 갖는다. 그러나, 일반적으로 두꺼운 PVD 코팅은, 통상 날선 주위에 자생적으로 또는 기계가공 중에, 스폴링 (spalling), 프릿터링 (frittering), 소위 날선 스폴링 및 플레이킹 (flaking) 을 발생시킬 수 있기 때문에, PVD 코팅은 매우 얇게 형성되어야 한다.

스폴링 발생 이전에, 공구에 증착될 수 있는 코팅의 최대 두께는 날 반경 ( ER) 에 따라 결정된다. 작은 ER 을 갖는 예리한 날, 그리고 연마된 날은 특히 날 선에 따라 스폴링 및 플레이킹이 발생하는 경향이 있으므로 통상 얇은 코팅이 증착된다. 그러나, 대부분의 경우 더 두꺼운 코팅은 더 우수한 내마모성으로 인해 공구 수명을 증가시키기 때문에, 날선이 손상되지 않는다면 조금 더 두꺼운 코팅이 바람직하다.

PVD 기술로 금속층을 증착하는 것은 또한 PVD 공정에서 확립된 기술이다. 나머지 코팅을 증착하기 전에, 기재의 표면에 직접 금속층을 증착하는 것이 일부 경우에는 코팅의 접착을 강화할 수 있는 것으로 공지되어 있다.

비금속층 사이에 금속층을 증착하려는 몇몇 시도가 실시되어왔다.

US2002/0102400 A 는 교대로 있는 금속층 및 세라믹층을 포함하는 내마모성 코팅을 기재하고 있다. 코팅은 낮은 미세 거칠기를 갖는 미세한 입자의 표면을 갖는다. 코팅은 강, 티타늄, 또는 TiC 와 같은 탄화물, 바람직하게는 강으로 된 기재에 바람직하게 증착된다. 기재는 치과 도구, 수술 도구 또는 절삭 공구의 형태인 것이 바람직하다. 예컨대, 강으로 된 치과 치석제거기에 코팅이 제공된다.

본 발명의 목적은 예리한 기하학적 형상과 연마된 날에서도, 스폴링, 프릿터링, 소위 날선 스폴링 및 플레이킹의 경향이 없어, 증가된 공구 수명을 갖는 공구를 얻을 수 있는 PVD 코팅을 갖는 코팅된 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 날선 스폴링, 프릿터링, 플레이킹 등의 위험이 없어, 증가된 공구 수명을 갖는 공구를 얻을 수 있는, 예리한 비코팅 날 반경 (ER) 및 두꺼운 PVD 코팅을 갖는 코팅된 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 개선된 내플랭크마모성을 갖는 코팅된 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기된 이점을 갖는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

놀랍게도, 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템 사이에 개재된 층간 금속층을 포함하는 코팅된 절삭 공구를 제공하여, 상기 목적이 달성될 수 있는 것이 발견되었다.

본 발명은 적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템 사이에 위치되는 층간 금속층을 포함하는 코팅이 제공된, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방 붕소질화물 또는 고속도강의 기재를 포함하는 코팅된 절삭 공구에 관한 것으로,

- 상기 층간 금속층은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 중 1 이상에서 선택된 금속 원소를 적어도 60 at% 로 포함하며,

- 적어도 2 개의 상기 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물, 또는 그 조합물 중 하나 이상이다.

적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 두께는 층간 금속층의 두께의 3 ~ 200 배이다. 층간 금속층과 교대로 있는 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 수는 적어도 3 개, 바람직하게는 3 ~ 20 개, 더 바람직하게는 3 ~ 15 개, 가장 바람직하게는 3 ~ 8 개이다.

여기서 층간 금속층은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 중 1 이상으로부터 선택된 금속 원소를, 적어도 60 at%, 바람직하게는 적어도 70 at%, 더욱 바람직하게는 적어도 80 at%, 가장 바람직하게는 적어도 90 at% 로 포함하는 층을 의미한다.

층간 금속층은 또한, 층의 연성에 크게 영향을 주지 않는 기술적 불순물에 대응하는 수준의 적은 양으로 다른 원소를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 층간 금속층은 순수 금속층으로, 그 금속은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta, Zr, 바람직하게는 Ti, Mo, Cr, Al, V, Ta, Zr, 가장 바람직하게는 Ti, Al, Zr, Cr, 또는 그 혼합물 중에서 선택되며, 이러한 원소 중 하나는 순수 금속층의 적어도 50 at% 를 구성한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 층간 금속층은 부화학량론의 세라믹, 바람직하게는 질화물, 산화물, 탄화물 또는 붕소화물, 더 바람직하게는 질화물 MeN 이며, 여기서 Me 는 상기된 바와 같이 순수 층간 금속층의 경우에 포함되는 1 이상의 금속일 수 있는 금속이다. 금속 원소의 양은 부화학량론적 세라믹의 적어도 60 at%, 바람직하게는 적어도 70 at%, 더욱 바람직하게는 적어도 80 at%, 가장 바람직하게는 적어도 90 at% 이다.

층간 금속층의 평균 두께는 5 ㎚ ~ 500 ㎚, 바람직하게는 10 ㎚ ~ 200 ㎚, 가장 바람직하게는 20 ㎚ ~ 70 ㎚ 이다.

여기서 주어진 모든 두께는 타겟으로부터 직접봤을 때 적절히 편평한 표면에서 실시된 측정치를 말한다. 증착시 스틱 (stick) 에 장착되는 인서트에 있어서, 이는 두께가 플랭크면의 중간에서 측정된 것을 의미한다. 예컨대, 드릴 또는 엔드 밀의 표면과 같은 불규칙한 표면에 있어서, 여기서 주어진 두께는 임의의 적절히 편평한 평면 또는, 비교적 큰 곡률을 가지며 임의의 날 또는 코너로부터 떨어진 표면에서 측정된 두께를 말한다. 예컨대, 드릴에서 측정은 외주에서 실시되며, 엔드 밀에서 측정은 플랭크면에서 실시된다.

비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물 또는 그 조합과 같이, 절삭 공구에 적합한 임의의 조성을 가질 수 있다. 바람직하게는 코팅은, (Al,Ti)N, TiN, (Al,Cr)N, CrN, ZrN, Ti(B,N), TiB₂, (Zr,Al)N, (Ti,X)N, 그리고 Al, Zr 및 Cr 중 1 이상의 산화물, 더 바람직하게는 (Al,Ti)N, Ti(B,N), (Ti,X)N 중 1 이상, 가장 바람직하게는 (Al,Ti)N 을 갖는 1 이상의 층을 포함하며, 여기서 X 는 Si, Ta, V, Y, Cr, Nb, Zr 중 하나 이상이다.

본 발명에 따라서 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 절삭 공구를 코팅하는 기술에서 일반적인 임의의 코팅 구조를 가질 수 있다.

층간 금속층이 개재되는 적어도 2 개의 층 또는 층 시스템은 구조 및 조성에 대하여 서로 같거나 다를 수 있다. 여기서 층 시스템은 층간 금속층의 증착이 개재되지 않고 서로의 상하로 증착되는 적어도 2 개의 층을 의미한다. 이러한 층 시스템의 일 예는 적어도 5 개의 개별적인 층을 포함하는 다층 구조이다. 그러나, 이러한 다층 구조는 최대 수천 개의 개별적인 층을 포함할 수 있다.

비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 평균 두께는 0.3 ~ 5 ㎛, 바람직하게는 0.3 ~ 2 ㎛, 가장 바람직하게는 0.4 ~ 1.5 ㎛ 일 수 있다.

비금속층 또는 비금속층 시스템은 층간 금속층 보다 상당히 두꺼우며, 비금속층 또는 비금속층 시스템의 두께는 바람직하게는 층간 금속층의 두께의 3 ~ 200 배, 더 바람직하게는 5 ~ 150 배, 가장 바람직하게는 10 ~ 100 배이다.

금속, 및 비금속층 또는 층 시스템을 포함하는 전체 코팅의 두께는 0.6 ~ 15 ㎛, 바람직하게는 1 ~ 10 ㎛, 가장 바람직하게는 2 ~ 9 ㎛ 일 수 있다.

본 발명에 적합한 기재는 바람직하게는 절삭 공구 인서트 또는 드릴, 엔드 밀 등과 같은 둥근 형태의 공구이다. 기재는 바람직하게는, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방 붕소질화물 또는 고속도강 중 임의의 하나로 제조될 수 있으며, 더 바람직하게는 초경합금으로 제조된다. 여기서 초경합금은 주로 텅스텐 탄화물과 바인더 상으로서 코발트를 포함하는 기재를 의미한다. 기재는 기재에 대한 양호한 접착성을 보장하기 위해, 기재에 직접 증착되는 내부층으로 예비코팅될 수 있으며, 이 내부층은 순수 금속 및/또는 질화물, 바람직하게는 Ti 및/또는 TiN 을 포함하며, 그 두께는 0.02 ~ 0.5 ㎛, 바람직하게는 0.05 ~ 0.1 ㎛ 이다.

인서트의 날은 통상, 날 반경 (ER) 으로 불리는 호 형상을 나타낸다. ER 은 절삭날에 수직하게 절단된 인서트의 폴리싱된 단면으로부터 측정될 수 있다. ER 은 인서트 지지면에 평행한 선을 그리고, 이 선에 수직하는 다른 선을 그려 규정된다. 인서트의 형상이 이러한 직선들에 접하거나 또는 벗어나는 두 점은 기준점 (RP1, RP2) 으로 불린다. 2 개의 기준점으로부터, 처음 두 개의 선에 평행하게 다른 두 선 (L1, L2) 을 그린다. 기준점을 통과하는 2 개의 선의 교차점은 중심 (C) 으로 불린다. 0, 22.5, 45, 67.5, 및 90 도에서 중심으로부터 날까지의 거리 (R1, R2, R3, R4, R5) 를 측정하고, 평균을 계산해서 ER이 부여된다. 그 절차가 도 1 에 도시되어 있다. 날이 레이크면에서 랜드를 가지는 경우, 또는 날이 예컨대 솔리드 드릴 또는 엔드 밀의 경우와 같이 연마되는 경우, ER 은 두 연마면 사이의 또는 연마면과 플랭크면 사이의 이등분선에 놓인 중심을 갖는, 그리고 최소 제곱법을 이용하여 호에 맞춰진 원의 반경으로서 규정된다.

본 발명의 일 실시예에서, 코팅의 두께는 날 반경 (ER) 의 적어도 10 %, 바람직하게는 15 % 초과, 가장 바람직하게는 20 % 초과이며, 또한 45 % 미만, 바람직하게는 40 % 미만, 가장 바람직하게는 35 % 미만이다.

본 발명의 일 실시예에서, 기재는 35 ㎛ 미만의 비코팅 ER 을 갖는 절삭 공구 인서트이며, 코팅의 두께는 6 ~ 11 ㎛ 이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 기재는 20 ㎛ 미만의 비코팅 ER 을 갖는 절삭 공구 인서트이며, 코팅의 두께는 4 ~ 7 ㎛ 이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 기재는 15 ㎛ 미만의 비코팅 ER 을 갖는 드릴 또는 엔드 밀이며, 코팅의 두께는 2 ~ 5 ㎛ 이다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 (Ti,Al)N 이며 0.5 ~ 2 ㎛ 의 두께를 갖고, 얇은 층간 금속층은 Ti로 되어 있으며, 바람직하게는 20 ~ 50 ㎚ 의 두께를 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 층간 금속층은 Ti 및 Al의 합금이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 층간 금속층은 Al 및 Cr의 합금이다.

본 발명은 또한 상기된 바에 따르는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은 기재를 제공하는 것과, 상기 기재를 코팅 공정으로 코팅하는 것을 포함하며, 상기 코팅 공정은

a) 적어도 하나의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템을 증착하는 단계,

b) 적어도 하나의 층간 금속층을 증착하는 단계,

c) 상기 층간 금속층 위에 적어도 하나의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템을 증착하는 단계를 포함하며,

단계 b) 와 c) 는 요구되는 총 코팅 두께가 얻어질 때까지, 적어도 1 회 반복되고, 바람직하게는 1 ~ 14 회, 더 바람직하게는 1 ~ 9 회, 가장 바람직하게는 1 ~ 7 회 반복된다.

여기서 층간 금속층은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 중 1 이상으 로부터 선택된 금속 원소를, 적어도 60 at%, 바람직하게는 적어도 70 at%, 더욱 바람직하게는 적어도 80 at%, 가장 바람직하게는 적어도 90 at% 로 포함하는 층을 의미한다.

층간 금속층은 바람직하게는, 반응성 가스로부터 예컨대 He, Ar, Kr, Xe 또는 그 가스의 조합물과 같은 불활성 가스로 분위기를 변화시켜 기능층과 동일한 일련의 코팅 과정 내에서 증착된다.

본 발명의 일 실시예에서, 층간 금속층은 순수 금속층으로, 그 금속은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta, Zr, 바람직하게는 Ti, Mo, Cr, Al, V, Ta, Zr, 가장 바람직하게는 Ti, Al, Zr, Cr, 또는 그 혼합물 중에서 선택되며, 이러한 원소 중 하나는 순수 층간 금속층의 적어도 50 at% 를 구성한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 층간 금속층은 부화학량론의 세라믹, 바람직하게는 질화물, 산화물, 탄화물 또는 붕소화물, 더 바람직하게는 질화물 MeN 이며, 여기서 Me 는 상기된 바와 같이 순수 층간 금속층의 경우에 포함되는 1 이상의 금속 또는 그 혼합물일 수 있는 금속이다. 금속 원소의 양은 부화학량론적 세라믹의 적어도 60 at%, 바람직하게는 적어도 70 at%, 더욱 바람직하게는 적어도 80 at%, 가장 바람직하게는 적어도 90 at% 이다.

층간 금속층의 평균 두께는 바람직하게는 5 ㎚ ~ 500 ㎚, 더 바람직하게는 10 ㎚ ~ 200 ㎚, 가장 바람직하게는 20 ㎚ ~ 70 ㎚ 이다.

본 발명에 따라서 증착되는 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 절삭 공구를 코팅하는 기술에서 일반적인 임의의 코팅 구조를 가질 수 있다. 층간 금속층이 개재되는 적어도 2 개의 층 또는 층 시스템은 구조 및 조성에 대하여 서로 같거나 다를 수 있다.

금속, 및 비금속층 또는 층 시스템을 포함하는 전체 코팅의 두께는 0.5 ~ 15 ㎛, 바람직하게는 1 ~ 10 ㎛, 가장 바람직하게는 2 ~ 9 ㎛ 일 수 있다.

본 발명에 적합한 기재는 바람직하게는 절삭 공구 인서트 또는 드릴, 엔드 밀 등과 같은 둥근 형태의 공구이다. 기재는 바람직하게는, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방 붕소질화물 또는 고속도강 중 임의의 하나로 제조될 수 있으며, 더 바람직하게는 초경합금으로 제조된다. 기재는 기재에 대한 양호한 접착성을 보 장하기 위해, 기재에 직접 증착되는 내부층으로 예비코팅될 수 있으며, 이 내부층은 순수 금속 및/또는 질화물, 바람직하게는 Ti 및/또는 TiN 을 포함하며, 상기 층은 0.02 ~ 0.5 ㎛, 바람직하게는 0.05 ~ 0.1 ㎛ 이고, 층의 나머지와 동일한 코팅 공정 내에서 증착된다.

본 발명의 방법에서는 절삭 공구를 코팅할 때 일반적으로 사용되는 임의의 PVD 기술이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 음극 아크 증발 또는 마그네트론 스퍼터링이 사용되지만, HIPIMS (high power impulse magnetron sputtering) 과 같은 최신 기술이 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 코팅을 "PVD 코팅"이라고 하더라도, 코팅은 또한, 통상의 CVD 코팅 보다 PVD 코팅에 더 가까운 특성을 갖는 코팅을 발생시키는 예컨대 PECVD 기술 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 로 증착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 증착된 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 (Ti,Al)N 이며 0.5 ~ 2 ㎛ 의 두께를 갖고, 증착된 얇은 층간 금속층은 Ti로 되어 있으며, 바람직하게는 20 ~ 70 ㎚ 의 두께를 갖는다.

실시예 1

2 개의 다른 R290-12T308M-KM, 및 R390-11T0308M-PM 형을 갖는 초경합금 밀링 인서트가 사용되었으며, 여기서 인서트 A 는 종래 기술에 따라 플랭크측에서 측정했을 때 6 ㎛ 의 두께의 균질한 Ti₀ _.33Al₀ _.67N 코팅으로 코팅되었다. 그 코팅은 N₂분위기에서 음극 아크 증발에 의해 증착되었으며, 그 인서트는 3 폴드 회전 기재 테이블에 장착되었다. (Ti,Al)N 코팅이 2 쌍의 Ti₀ _.33Al₀ _.67 타겟으로부터 증착되었다.

본 발명에 따라 인서트 B 가 코팅되었다. 증착 조건은 특정 두께로 Ti_0.33Al_0.67N 층을 증착시킨 후 증착이 중단되었고, 반응기 챔버는 Ar 으로 충진되고, 한 쌍의 Ti 타겟이 점화되고, 얇은 약 30 ㎚ 의 Ti 금속층이 증착되었다는 점을 제외하고는 인서트 A 와 동일하였다. 그 후 반응기는 N₂ 가스로 충진되었고, 새로운 Ti₀ _.33Al₀ _.67N 층이 증착되었다. Ti 층 및 Ti₀ _.33Al₀ _.67N 층을 증착하는 이러한 단계는 6 ㎛ 의 총 코팅 두께가 얻어질 때까지 7 회 반복되었다. Ti₀ _.33Al₀ _.67N 층의 평균 두께는 1 ㎛ 이었다.

실시예 2 ~ 5 에 대한 설명

이하의 표현/용어는 금속 절삭시 일반적으로 사용되는 것으로 이하에 설명되어 있다.

V_C (m/min): 절삭 속도 (분당 미터)

f_Z (㎜/이): 이송량 (이 (tooth) 당 밀리미터)

z (개수): 커터의 이의 수

a_e (㎜): 반경방향 절삭 깊이 (밀리미터)

a_p(㎜): 축방향 절삭 깊이 (밀리미터)

D (㎜): 커터의 직경 (밀리미터)

실시예 2

R390-11T0308M-PM 형이며, 20 ㎛ 의 ER 을 갖는 실시예 1 의 인서트가 비교되었다. 인서트는 경화강의 숄더 밀링으로 시험되었다.

작업물 재료: 경화강, Sverker 21, HRc = 59

V_C = 60 m/min

f_Z = 0.12 ㎜/이

a_e : 1 ㎜

a_p: 4 ㎜

z : 1

D : 32 ㎜

비고: 건식 조건

공구 수명 기준은 0.2 ㎜ 를 초과하는 플랭크 마모, 0.3 ㎜ 을 초과하는 프릿터링, 또는 임의의 날의 슬라이스 (slice) 파손 또는 날 파괴였다.

인서트 A (종래 기술) 에는 날선 스폴링이 발생했고, 날의 코팅 두께는 날로부터 떨어진 플랭크면 두께의 약 반으로, 단지 2 ~ 2.5 ㎛ 이었다. 인서트 B (본 발명) 에는 날선 스폴링이 발생하지 않았고, 날의 코팅 두께는 플랭크면 두께 보다 조금 더 두껍거나 6.5 ㎛ 이었다.

인서트 A (종래 기술) 는 이 작업에서 19 분간 지속되는 반면, 인서트 B (본 발명) 는 25 분간 지속되었다. 공구 수명을 증가시키는 마모 타입의 결정적인 차이점은 더 적은 프릿팅이었다.

실시예 3

R290-12T308M-KM 형이며 30 ㎛ 의 비코팅 날 반경을 갖는 실시예 1 의 인서트 A (종래 기술) 와 인서트 B (본 발명) 가 밀링 작업으로 시험되고 비교되었다.

작업물 재료: CGI (compacted graphite iron) 신터캐스트

V_C= 300 m/min

f_Z = 0.15 ㎜/이

a_e = 50 ㎜

a_p= 3 ㎜

z = 3

D = 63 ㎜

비고: 건식 조건

공구 수명 기준은 3 개의 날의 평균으로서 0.3 ㎜ 초과의 플랭크 마모, 0.4 ㎜ 을 초과하는 프릿터링, 또는 임의의 날의 슬라이스 파손 또는 날 파괴였다.

인서트 A (종래 기술) 는 이 적용에서 9 분 동안 지속되는 반면, 인서트 B (본 발명) 는 19 분간 지속되었다. 공구 수명을 증가시키는 마모 타입의 결정적인 차이점은 더 적은 프릿팅이었다.

실시예 4

R390-11T0308M-PM 형이며 ER = 35 ㎛ 인 실시예 1 의 인서트 A (종래 기술) 와 인서트 B (본 발명) 가 다음의 절삭 조건으로 밀링 작업으로 시험되었다.

작업물 재료: 저합금강, SS2244

V_C = 150 m/min, 200 m/min

f_Z = 0.15 ㎜/이

a_e = 25 ㎜

a_p= 3 ㎜

z = 2

D = 25 ㎜

냉각: 유제

공구 수명 기준은 0.2 ㎜ 를 초과하는 플랭크 마모 또는 0.3 ㎜ 를 초과하는 프릿팅이었다.

인서트 A (종래 기술) 는 이 적용에서 30 분간 지속되는 반면, 인서트 B (본 발명) 는 39 분간 지속되었다.

증가된 V_C = 200 m/min 으로, 인서트 A (종래 기술) 는 20 분간 지속되는 반면, 인서트 B (본 발명) 는 37 분간 지속되었다.

공구 수명을 증가시키기 위한 마모 타입의 결정적인 차이점은 더 적은 플랭크 마모와 함께 더 적은 날선의 칩핑이었다. 흥미롭게도, 인서트 B (본 발명) 는 느리고 꾸준한 마모 증가를 보이는 반면, 인서트 A (종래 기술) 는 더 파국적인 실패를 겪었다.

실시예 5

작업물 재료: 경화강, Sverker 21, HRc = 59

V_C = 40 m/min

f_Z = 0.12 ㎜/이

a_e = 2 ㎜

a_p= 4 ㎜

z = 1

D = 32 ㎜

비고: 냉각제: 유제

인서트 A (종래 기술) 는 이 적용에서 10.5 분간 지속되는 반면, 인서트 B (본 발명) 는 14 분간 지속되었다.

공구 수명을 증가시키기 위한 마모 타입의 결정적인 차이점은 더 적은 플랭크 마모와 함께 더 적은 날선의 칩핑이었다.

도 1 은 인서트의 날의 폴리싱된 단면을 나타낸다. 지지면에 각각 평행하고 수직인 2 개의 선이 도시되어 있다. 이러한 2 개의 선으로부터 2 개의 기준점을 알 수 있고, 이로부터 중심을 알 수 있다. ER 은 5 개의 다른 각도에서 중심으로부터 날까지의 평균 거리로서 규정되어 있다.

Claims

적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템 사이에 위치되는 층간 금속층을 포함하는 코팅이 제공되며, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방 붕소질화물 또는 고속도강의 기재를 포함하는 코팅된 절삭 공구에 있어서,

- 상기 층간 금속층은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 중 1 이상에서 선택된 금속 원소를 적어도 60 at% 로 포함하며,

- 적어도 2 개의 상기 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물, 또는 그 조합물 중 하나 이상이며,

적어도 2 개의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 두께는 층간 금속층의 두께의 3 ~ 200 배이고, 층간 금속층과 교대로 있는 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 수는 적어도 3 개인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 조성물은 (Al,Ti)N, TiN, (Al,Cr)N, CrN, ZrN, Ti(B,N), TiB₂, (Zr,Al)N, (Ti,X)N, 그리고 Al, Zr 및 Cr 중 1 이상의 산화물 중 하나 이상이며, 상기 X 는 Si, Ta, V, Y, Cr, Nb 및 Zr 중 하나일 수 있는 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 층간 금속층은 순수 금속층이며, 그 금속은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 또는 임의의 그 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅의 두께는 기재의 비코팅 날 반경 (ER) 의 10 % 이상 45 % 미만인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층간 금속층의 두께는 5 ~ 500 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅의 총 두께는 0.5 ~ 15 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구.
초경합금, 서멧, 세라믹, 입방 붕소질화물 또는 고속도강의 기재를 제공하는 것과, 상기 기재를 코팅 공정으로 코팅하는 것을 포함하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법에 있어서, 상기 코팅 공정은

a) 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물 또는 그 조합물을 포함하는 적어도 하나의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템을 증착하는 단계,

b) Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 중 1 이상에서 선택된 금속 원소를 적어도 60 at% 로 포함하는 적어도 하나의 층간 금속층을 증착하는 단계,

c) 상기 층간 금속층 상에, 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물 또는 그 조합물을 포함하는 적어도 하나의 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템을 증착하는 단계를 포함하며,

단계 b) 와 c) 는 적어도 1 회 반복되고, 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 두께는 층간 금속층의 두께의 3 ~ 200 배이고, 층간 금속층과 교대로 있는 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템의 수는 적어도 3 개인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 코팅은 PVD 기술로 증착되는 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 증착된 상기 코팅의 두께는 기재의 비코팅 날 반경 (ER) 의 10 % 이상 45 % 미만인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 증착된 비금속 기능층 또는 비금속 기능층 시스템은 (Al,Ti)N, TiN, (Al,Cr)N, CrN, ZrN, Ti(B,N), TiB₂, (Zr,Al)N, (Ti,X)N, 그리고 Al, Zr 및 Cr 중 1 이상의 산화물 중 하나 이상이며, 여기서 X 는 Si, Ta, V, Y, Cr, Nb 및 Zr 중 하나일 수 있는 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 증착된 층간 금속층은 순수 금속층이며, 그 금속은 Ti, Mo, Al, Cr, V, Y, Nb, W, Ta 및 Zr 또는 임의의 그 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층간 금속층의 두께는 5 ~ 500 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법.