WO2011105420A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2011105420A1
WO2011105420A1 PCT/JP2011/053960 JP2011053960W WO2011105420A1 WO 2011105420 A1 WO2011105420 A1 WO 2011105420A1 JP 2011053960 W JP2011053960 W JP 2011053960W WO 2011105420 A1 WO2011105420 A1 WO 2011105420A1
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WO
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cutting edge
layer
cutting
outermost layer
cutting tool
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PCT/JP2011/053960
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剛 深野
栄仁 谷渕
晃 李
隼人 久保
山崎　剛
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, a cutting tool that exhibits excellent wear resistance when processing gray cast iron.
  • a coated cemented carbide with a coating layer formed on the surface of a substrate such as cemented carbide or cermet to improve wear resistance, slidability, and fracture resistance is widely used.
  • Patent Document 1 after forming a TiN or TiCN lower layer and an Al 2 O 3 upper layer with a thickness of 3 to 30 ⁇ m on the surface of a cemented carbide substrate, an outermost surface underlayer of a TiO V layer is formed.
  • a cutting tool in which a hard coating layer having a structure in which 0.1 to 3 ⁇ m and a TiCNO (O is oxygen diffused from the outermost base layer) layer is stacked in the order of 0.05 to 2 ⁇ m is disclosed. It is described that a work material with high viscosity such as mild steel has a low affinity for chips and is excellent in welding resistance.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose a method of smoothing the surface of the coating layer by polishing the surface of the coating layer after forming a coating layer similar to the above configuration.
  • Patent Document 1 Although the welding resistance to chips is improved on the rake face, the progress of wear on the flank face cannot be suppressed, and when the gray cast iron is cut, a TiO V layer is formed by impact. There is a problem that the outermost surface underlayer and the TiCNO layer are broken and lost.
  • the surface layer such as the TiO x layer or the TiCNO layer existing on the surface of the coating layer is polished. There was a problem that it was worn out and the effect of the surface layer was lost.
  • an object is to provide a cutting tool capable of obtaining good wear resistance when machining gray cast iron.
  • the thickness of the outermost layer at the central portion of the flank is 0.01 to 0.1 ⁇ m and the surface roughness (Ra) is 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the surface roughness (Ra) of the outermost layer at the center portion of the flank is rougher than the surface roughness (Ra) of the outermost layer at the rake face.
  • the thickness of the outermost layer at the tip of the cutting edge may be thinner than the thickness of the outermost layer at the flank center portion, or the outermost layer may not exist at the tip of the cutting edge.
  • a negative type in which a coating layer is formed on the surface of a cemented carbide substrate,
  • the cutting edge formed at the crossing ridge line portion between the upper surface and the side surface is formed with a plurality of sets of the main cutting edge, the auxiliary cutting edge, and the wiping edge as one set, and the land portion is located at a position following the cutting edge of the rake face.
  • the secondary cutting edge land portion following the secondary cutting edge may be inclined so as to approach the lower surface as it goes toward the center of the upper surface.
  • the cutting blade may be formed with a honing of 0.05 to 0.09 mm when viewed on the rake face side.
  • the honing may be made smaller in the order of the main cutting edge, the secondary cutting edge, and the wiping edge.
  • the main cutting edge land portion is inclined so as to approach the lower surface toward the central portion of the upper surface, and the inclination angle of the sub cutting edge land portion is a main cutting edge corresponding to the main cutting edge. It may be larger than the angle of the blade land portion.
  • angle difference between the inclination angle of the main cutting edge land portion and the inclination angle of the sub cutting edge land portion may be 3 to 10 °.
  • the wiping blade may be formed so as to protrude from the main cutting edge, and the sub cutting edge may be inclined so as to approach the lower surface from the wiping edge toward the main cutting edge.
  • a curved first corner cutting edge is provided between the main cutting edge and the sub cutting edge
  • a curved second corner cutting edge is provided between the sub cutting edge and the wiping edge. You may have.
  • the radius of curvature of the first corner cutting edge may be larger than the radius of curvature of the second corner cutting edge.
  • Ti (C x N y O z ) a (x + y + z 1, 0 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 0.6, 0.2, which is the outermost layer of the coating layer.
  • the insert 1 of FIG. 1 consists of plate shape and a substantially square shape (CNMA / CNMG).
  • the thickness in the flank center part 3a of the outermost layer 14 is smaller than the surface roughness (Ra).
  • the TiCNO layer or the TiCO layer, which is the outermost layer 14 is formed extremely thin on the uneven surface, the outermost layer 14 is stably present without being easily worn away or peeled off, as shown in FIG.
  • Si, Mn, Al, Cr, Mo, etc. which are the components of gray cast iron, can be converted into oxides to promote the formation of belag, and the wear resistance can be improved in the machining of gray cast iron.
  • the effect of generating the belarg is particularly significant at the stage where the outermost layer 14 is rubbed vigorously by the work material before the outermost layer 14 is removed by cutting. The outermost layer 14 is worn during cutting and does not exist as a continuous coating layer. However, the improvement of the cutting performance due to the effect of the belag is continued in the portion where the outermost layer remains.
  • the outermost layer 14 has a thickness of 0.01 to 0.1 ⁇ m and a surface roughness (Ra) of 0.1 to 0.5 ⁇ m at the flank central portion 3a. It is desirable in terms of enhancing the resistance and chipping resistance. Further, the ratio of the thickness / surface roughness (Ra) of the outermost layer 14 in the flank center portion 3a is preferably 0.2 to 0.3 from the viewpoint of improving the wear resistance due to the effect of forming a belag.
  • the surface roughness (Ra) of the outermost layer 14 at the flank center portion 3a is rougher than the surface roughness (Ra) of the outermost layer 14 at the rake face top surface (upper surface) part 2a. It is desirable in that the chip discharging property can be enhanced and the generation of the belag on the flank 3 is promoted. In addition, in the rake face 2, even if the surface roughness is small, it is in a state in which belag is likely to be generated due to contact of chips.
  • the thickness of the outermost layer 14 at the cutting edge 4 may be thinner than the thickness of the outermost layer 14 at the flank central portion 3a, or the outermost layer 14 may not be present at the cutting edge 4.
  • the frequency of film breakage due to the cutting edge 4, that is, the portion subjected to honing processing or the outermost layer 14 near the land portion is reduced. There is an effect of doing.
  • Al 2 O 3 layer 12 formed below the outermost layer 14 (base 6) will be described. It is desirable Al 2 O 3 crystals constituting the the Al 2 O 3 layer 12 is ⁇ -type crystal structure and an average crystal width as viewed from a direction perpendicular to the surface of the substrate 6 is 0.05 ⁇ 0.7 [mu] m It is desirable from the viewpoint of wear resistance.
  • a TiN layer 7 is formed as a first layer and a TiCN layer 8-10 is formed as a second layer immediately above the substrate 6.
  • MT-TiCN layers 8 and 9 made of columnar crystals formed at a relatively low film formation temperature of 780 to 900 ° C.
  • the so-called HT-TiCN layer 10 formed at a high film formation temperature of 950 to 1100 ° C. is sequentially formed.
  • the MT-TiCN layers 8 and 9 are a fine MT-TiCN layer composed of fine columnar crystals having an average crystal width of less than 0.5 ⁇ m and a coarse columnar shape having a relatively large average crystal width of 0.5 to 2 ⁇ m. It is desirable to be composed of a laminate with a coarse MT-TiCN layer 9 made of crystals. Thereby, the adhesive force with the Al 2 O 3 layer 12 is increased, and peeling and chipping of the coating layer can be suppressed.
  • the upper part or the whole of the HT-TiCN layer 10 is oxidized in the film forming process, so that Ti atoms are 40 to 55 atomic%, oxygen (O) is 15 to 25 atomic%, and carbon (C) is 25 to 25%. It is desirable that the intermediate layer 11 having a thickness of 0.05 to 0.5 ⁇ m is formed by changing to a TiCNO layer of 40 atomic% and the balance being nitrogen (N). As a result, the ⁇ -type Al 2 O 3 layer 12 made of Al 2 O 3 crystals having an ⁇ -type crystal structure with an average particle size of 0.05 to 0.7 ⁇ m can be more easily produced.
  • each layer and the properties of the crystals constituting each layer should be measured by observing an electron micrograph (scanning electron microscope (SEM) photograph or transmission electron microscope (TEM) photograph) in the cross section of the insert 1. Is possible.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the base 6 of the insert 1 is a hard material composed of tungsten carbide (WC) and, if desired, at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table.
  • the base 6 is preferably made of cemented carbide or cermet in terms of fracture resistance and wear resistance.
  • the substrate 6 may be made of a metal such as carbon steel, high-speed steel, or alloy steel.
  • the insert 100 includes a substantially polygonal plate-like main body.
  • the main body has a rake face 120 on the upper surface, a seating surface 130 on the lower surface, and a flank 140 on the side surface.
  • a cutting edge 150 is formed at the intersection of the rake face 120 and the flank face 140.
  • an attachment screw contact portion 180 that penetrates the main body portion from the rake face 120 toward the seating surface 130 is formed.
  • the insert 100 is a negative type insert in which both the rake face 120 and the seating face 130 can be used as rake faces.
  • the flank face 140 forms 90 ° with the rake face 120 and the seating face 130.
  • the flank 140 may be provided with a flank angle so that the angle formed by the flank 140, the rake face 120, and the seating surface 130 is smaller than 90 °, and the flank 140 may be a concave curved surface.
  • the shape of the main body may be a shape normally used for inserts by those skilled in the art, such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and an octagon, in plan view, and the number of cutting edges that can be used as the number of corners increases. Increases, the contact area of the seating surface increases, and the binding force of the insert 100 is improved. On the other hand, as the number of corners increases, the length of one side becomes shorter, so it becomes impossible to handle large cuts in small-diameter inserts, so the balance needs to be adjusted.
  • a substantially pentagonal shape having five long sides is used. That is, the insert 100 is an insert with 10 corners.
  • the cutting blade 150 includes a main cutting blade 151, a wiping blade 152, and a secondary cutting blade 153 disposed between the main cutting blade 151 and the wiping blade 152. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, a first corner cutting edge 154 is formed between the main cutting edge 151 and the sub cutting edge 153, and the sub cutting edge 153, the counter cutting edge 152, A second corner cutting edge 155 is formed between the two.
  • the main cutting edge 151 is a blade that plays the role of generating chips by first contacting the work material during cutting, and is a portion that collides with the black skin existing on the surface of the gray cast iron. .
  • the main cutting edge 151 is configured to be the longest of the cutting edges 150 (151 to 155), and is linear as shown in plan views of FIGS. 3 and 4A of the present embodiment. It may be curved or arcuate. Further, as shown in a side view of FIG. 4B, the main cutting edge 151 is inclined toward the seating surface 130 as it is away from the adjacent auxiliary cutting edge 153, and the holder is mounted on the rotation center axis of the holder when the holder is mounted. On the other hand, it has an axial rake.
  • the main cutting edge 151 is concave toward the seating surface 130 as shown in a side view of FIG. 4B, and from the side in contact with the auxiliary cutting edge 153 when a straight line connecting both ends thereof is drawn.
  • a straight line is formed so as to incline toward the seating surface 130 toward the end side in contact with the wiping blade 152.
  • a nick groove that divides the main cutting edge 151 from the viewpoint of reducing cutting resistance may be provided.
  • a breaker groove 170 positioned corresponding to the main cutting edge 151 may be formed on the rake face 120.
  • the wiping blade 152 is formed mainly for the purpose of improving the finished surface roughness of the work material.
  • the wiper blade 152 is linear as shown in the plan views of FIGS. 3 and 4A, and as it approaches the auxiliary cutting blade 153 as shown in the side view of FIG. It is inclined to the opposite side).
  • the secondary cutting edge 153 is a cutting edge having a larger outer cutting edge angle than the main cutting edge 151.
  • the main cutting edge 151 reduces cutting resistance of the main cutting edge 151 or suppresses damage to the main cutting edge 151. It is arranged for the purpose of assisting the cutting with the blade 151.
  • the secondary cutting edge 153 is preferably inclined downward from the wiping blade 152 toward the main cutting edge 151, whereby the secondary cutting edge 153 is inserted into the insert. It has a positive axial rake with 100 attached to the holder.
  • the sub cutting edge 153 is located between the main cutting edge 151 and the wiping blade 152, but may have a plurality of sub cutting edges.
  • the outer peripheral cutting edge angle represented by the angle formed between the line L parallel to the rotation center axis of the holder 191 of the main cutting edge 151 and each cutting edge is the main cutting edge.
  • the outer peripheral cutting edge angle ⁇ of the blade 151 is set to 0 ° to 60 °
  • the outer peripheral cutting blade angle ⁇ of the auxiliary cutting blade 153 is set to 60 ° to 80 °.
  • the “outer peripheral cutting edge angle” refers to the inclination angle of the cutting edge with respect to the rotation center axis S of the holder 191 when the insert 100 is attached to the holder 191.
  • the outer peripheral cutting edge angle ⁇ of the auxiliary cutting edge 153 is set to be larger than twice the outer peripheral cutting edge angle ⁇ of the main cutting edge 151. Is preferred.
  • the ratio of the length of the main cutting edge 151 and the auxiliary cutting edge 153 is set to be 2: 1 to 10: 1, preferably 2: 1 to 6: 1. Further, it is desirable that the ratio of the length of the wiping blade 152 and the sub cutting blade 153 is set to be 1: 1 to 6: 1.
  • the first corner cutting edge 154 and the second corner cutting edge 155 are both curved in plan view, and the curvature radius of the first corner cutting edge 154 is larger than the curvature radius of the second corner cutting edge 155. It is formed to become. Thereby, the big fluctuation
  • the first corner cutting edge 154 and the second corner cutting edge 155 may be linear.
  • a land portion 160 is formed on the rake face 120 along the cutting edge 150. That is, as shown in FIG. 5, land portions 161 to 65 are formed corresponding to the cutting edges 151 to 155, respectively. Specifically, a main cutting edge land portion 161 which is a land portion corresponding to the main cutting edge 151, a wiping edge land portion 162 which is a land portion corresponding to the wiping edge 152, and a secondary cutting edge A secondary cutting edge land portion 163 that is a land portion corresponding to the blade 153, a first corner cutting edge land portion 164 that is a land portion corresponding to the first corner cutting edge 154, and a second corner cutting edge.
  • a second corner cutting blade land portion 165 that is a land portion corresponding to the blade 155 is formed.
  • the width of the main cutting edge land portion 161 and the sub cutting edge land portion It is preferable to set the ratio of the width of 163 to 1: 0.7 to 1: 1.3, and the ratio of the width of the main cutting edge land portion 161 to the width of the sub cutting edge land portion 163 is approximately. It may be the same (about 1: 1).
  • the auxiliary cutting edge land portion 163 is formed with an inclination angle ⁇ 1.
  • the land portions 161, 162, 164, and 165 other than the auxiliary cutting edge land portion 163 may be flat, or may be inclined in a downward direction or in one direction upward. .
  • the main cutting edge land portion 161 is preferably as the inclination angle ⁇ 2 that is inclined downward toward the center portion of the rake face 120 is larger in terms of reducing cutting resistance. In terms of reinforcing the main cutting edge 151, it is preferable that the inclination angle is small, and the main cutting edge 151 is adjusted in a balanced manner.
  • the secondary cutting edge land portion 163 is preferably formed to have an inclination angle larger than that of the primary cutting edge land portion 161, and can maintain a good balance of the cutting force between the primary cutting edge 151 and the secondary cutting edge 153. Generation of vibration (chatter phenomenon) during cutting can be suppressed. Specifically, as shown in FIG.
  • the inclination angle of the secondary cutting edge land portion 163 with reference to a line L1 passing through the secondary cutting edge 153 and orthogonal to the center axis (not shown) of the insert 100 is ⁇ 1
  • the main cutting When the inclination angle of the main cutting edge land portion 161 with reference to the line L2 that passes through the blade 151 and is orthogonal to the center axis of the insert 100 is ⁇ 2, ⁇ 1 and ⁇ 2 have a relationship of ⁇ 1> ⁇ 2.
  • the difference between ⁇ 1 and ⁇ 2 is preferably 3 ° to 10 °.
  • the main cutting edge land portion 161 and the sub cutting edge land portion 163 are connected by a first corner cutting edge land portion 164.
  • the inclination angle of the first corner cutting edge land portion 164 with reference to a line L3 (not shown) passing through the first corner cutting edge 154 and orthogonal to the central axis of the insert 100 is determined from the sub cutting edge land portion 163 to the main cutting edge land. It forms so that it may become small as it goes to the part 161. As a result, the chips are discharged stably without being irregularly deformed or divided.
  • the first corner cutting edge land portion 164 is formed so as to rise from the auxiliary cutting edge land portion 163 toward the main cutting edge land portion 161 in a cross-sectional view.
  • the cutting edge 150 is formed with a honing of 0.05 to 0.09 mm when viewed on the rake face side, which suppresses chipping of the cutting edge 150 and improves the surface quality of the cut surface. Desirable in terms of (smooth the surface).
  • the honing is reduced in the order of the main cutting edge 151, the sub cutting edge 153, and the wiping edge 152, so that in the rough machining of gray cast iron, a deteriorated layer (so-called black skin) existing on the surface of gray cast iron is removed. Even the main cutting edge 151 to be cut is not damaged, and the surface quality of the cutting surface can be improved in the wiping blade 152 that forms the cutting surface.
  • Desirable ranges of honing in each cutting edge are 0.04 to 0.13 mm, particularly 0.06 to 0.09 mm for the main cutting edge 151 and 0.03 to 0.12 mm for the auxiliary cutting edge 153 when viewed on the rake face side.
  • 0.05 to 0.07 mm, and the wiping blade 152 is 0.02 to 0.09 mm, particularly 0.03 to 0.05 mm.
  • the material constituting the above-mentioned insert consists of a structure in which a coating layer having a total thickness of 9 to 25 ⁇ m is formed on the surface of the cemented carbide substrate.
  • the TiCN layer, Al 2 O 3 layer, and Ti (C x N y O z ) a (x + y + z 1, 0 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 0.6, 0.2 ⁇ z ⁇ 0.8, 1.0 ⁇ a ⁇ 1.7).
  • each layer is 5.0 to 12.0 ⁇ m for the TiCN layer, 3.0 to 12.0 ⁇ m for the Al 2 O 3 layer, and the surface layer Ti (C x N y O z ) a layer.
  • the Al 2 O 3 layer is preferably composed of ⁇ -type crystals.
  • the cutting tool 190 (rolling tool) of the present embodiment has a plurality of insert pockets 192 formed at the outer peripheral tip of the holder 191, and each outer peripheral position in each insert pocket 192.
  • An insert 100 is attached.
  • the insert 100 is arranged such that the main cutting edge 151 is positioned on the outermost periphery with the upper surface (rake surface) 120 facing the front side in the rotation direction, and the mounting screw 194 is inserted into the mounting screw contact portion 180 (screw hole).
  • the mounting screw 194 is attached to the holder 191 by being screwed into a female screw formed on the mounting surface 193 of the holder 191.
  • cutting is performed by the cutting blades 150 (151 to 155) of the insert 100.
  • the insert 100 has a negative axial rake ⁇ of about 6 ° and is attached to the holder 191.
  • the main cutting edge 151 and the sub cutting edge 153 are inclined downward as they are separated from the sweeping blade 152, and have a positive axial rake with respect to the rotation center axis S of the holder 191.
  • the main cutting edge 151 and the auxiliary cutting edge 153 may have a negative axial rake instead of a positive axial rake.
  • metal powder, carbon powder, etc. are appropriately added to and mixed with inorganic powders such as metal carbides, nitrides, carbonitrides, and oxides that can be formed by firing the hard alloy described above, press molding, cast molding, A predetermined tool shape is formed by a known forming method such as extrusion molding or cold isostatic pressing. Thereafter, the obtained molded body is fired in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere to produce the substrate 6 made of the hard alloy described above. Then, polishing or honing of the cutting edge portion is performed on the surface of the base as desired.
  • inorganic powders such as metal carbides, nitrides, carbonitrides, and oxides that can be formed by firing the hard alloy described above, press molding, cast molding, A predetermined tool shape is formed by a known forming method such as extrusion molding or cold isostatic pressing. Thereafter, the obtained molded body is fired in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere to produce the substrate 6 made of the hard alloy described above.
  • a coating layer is formed on the surface of the obtained substrate 6 by chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • a TiN layer is formed as a first layer directly on the substrate.
  • the mixed gas composition contains titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas in a proportion of 0.5 to 10% by volume and nitrogen (N 2 ) gas in a proportion of 10 to 60% by volume, with the remainder being hydrogen.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • N 2 nitrogen
  • the film is formed at a film formation temperature of 800 to 940 ° C. (in the chamber) and a pressure of 8 to 50 kPa.
  • the TiCN layer is composed of three layers of an MT-TiCN layer of a fine columnar crystal layer having a small average crystal width, a coarse columnar crystal layer having a larger average crystal width than this layer, and an HT-TiCN layer. The film forming conditions for this will be described.
  • the deposition conditions of the fine columnar crystal layer in the MT-TiCN layer are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.5 to 10% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is 10 to 60% by volume, acetonitrile (CH 3 CN) gas in a proportion of 0.1 to 0.4% by volume, and the remaining gas mixture is hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature is 780 to 900 ° C., and the pressure is 5 to 25 kPa. .
  • the deposition conditions of the coarse columnar crystal layer in the MT-TiCN layer are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.5 to 4.0 volume%, nitrogen (N 2 ) gas is 0 to 40 volume%, acetonitrile Using a mixed gas containing (CH 3 CN) gas in a proportion of 0.4 to 2.0% by volume, and the remainder consisting of hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature is 780 to 900 ° C., and the pressure is 5 to 25 kPa.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • N 2 nitrogen
  • acetonitrile a mixed gas containing (CH 3 CN) gas in a proportion of 0.4 to 2.0% by volume, and the remainder consisting of hydrogen (H 2 ) gas
  • the film forming conditions of the HT-TiCN layer are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.1 to 3% by volume, methane (CH 4 ) gas is 0.1 to 10% by volume, and nitrogen (N 2 ) gas is 0%. Film formation is performed using a mixed gas containing hydrogen (H 2 ) gas at a rate of ⁇ 15% by volume, a film forming temperature of 950 to 1100 ° C., and a pressure of 5 to 40 kPa. Then, the inside of the chamber is 950 to 1100 ° C.
  • titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 1 to 5% by volume
  • methane (CH 4 ) gas is 4 to 10% by volume
  • nitrogen (N 2 ) gas is supplied.
  • a mixed gas consisting of 10 to 30% by volume, carbon monoxide (CO) gas of 4 to 8% by volume, and the remainder of hydrogen (H 2 ) gas was prepared and introduced into the reaction chamber for 10 to 60 minutes to form a film.
  • carbon dioxide (CO 2 ) gas in a volume percentage of 0.5 to 4.0% by volume and a mixed gas consisting of nitrogen (N 2 ) gas is prepared and introduced into the reaction chamber to form a film.
  • CO 2 carbon dioxide
  • N 2 nitrogen
  • a mixed gas consisting of carbon dioxide (CO 2 ) gas of 0.5 to 10% by volume and the balance of nitrogen (N 2 ) gas is put into the reaction chamber for 10 to 60 minutes.
  • CO 2 carbon dioxide
  • N 2 nitrogen
  • an intermediate layer is formed while changing to a TiCNO layer. Note that the intermediate layer can be formed without passing the mixed gas containing CO 2 gas, but in order to make the crystals constituting the ⁇ -type Al 2 O 3 layer fine, CO 2 It is desirable to go through a process of flowing a mixed gas containing gas.
  • a mixed gas consisting of 0.3 to 4.0% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) gas in volume% and the remaining nitrogen (N 2 ) gas is prepared and introduced into the reaction chamber, and the film formation temperature is adjusted.
  • the surface roughness of the coating layer surface is roughened by introducing it into the reaction chamber at 1000 to 1100 ° C. and 5 to 40 kPa for 5 to 30 minutes.
  • an ⁇ -type Al 2 O 3 layer is formed.
  • the film formation conditions for the ⁇ -type Al 2 O 3 layer were 0.5 to 5.0% by volume of aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas, 0.5 to 3.5% by volume of hydrogen chloride (HCl) gas, A mixed gas consisting of carbon dioxide (CO 2 ) gas of 0.5 to 5.0% by volume, hydrogen sulfide (H 2 S) gas of 0 to 0.5% by volume, and the remainder of hydrogen (H 2 ) gas is contained in the chamber. It is desirable to form the film at a film forming temperature of 950 to 1100 ° C. and a pressure of 5 to 10 kPa.
  • an outermost layer is formed on the ⁇ -type Al 2 O 3 layer. It contains 1 to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 4 to 10% by volume of methane (CH 4 ) gas, and 0 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, with the remainder being hydrogen (H 2 )
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • CH 4 methane
  • N 2 nitrogen
  • a mixed gas consisting of gas is introduced into the reaction chamber, the chamber temperature is set to 960 to 1100 ° C., the pressure is set to 10 to 85 kPa, and the film formation time is set to 1 to 10 minutes to form a film thickness.
  • a mixed gas composed of carbon dioxide (CO 2 ) gas at 0.5 to 4.0% by volume and the remaining nitrogen (N 2 ) gas at a volume% is adjusted and introduced into the reaction chamber.
  • the outermost layer is formed while the HT-TiCN layer is oxidized and changed into the TiCNO layer by introducing the film into the reaction chamber at 950 to 1100 ° C. and 5 to 40 kPa for 5 to 30 minutes.
  • the ratio of oxygen to Ti is adjusted by the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) gas and the oxidation time.
  • At least the cutting edge portion, preferably the cutting edge portion and the rake face of the surface of the coating layer formed as desired is polished.
  • the cutting edge part and the rake face are processed smoothly, suppressing welding of the work material, and a cutting tool having further excellent fracture resistance is obtained.
  • a metal cobalt (Co) powder with an average particle diameter of 1.2 ⁇ m is added to and mixed with tungsten carbide (WC) powder with an average particle diameter of 1.5 ⁇ m at a ratio of 6% by mass, and the cutting tool shape ( CNMG120412).
  • the obtained compact was subjected to a binder removal treatment and fired at 1400 ° C. for 1 hour in a vacuum of 0.5 to 100 Pa to produce a cemented carbide.
  • the cutting edge processing was performed on the rake face side by brush processing on the manufactured cemented carbide.
  • the obtained tool was observed with a scanning electron microscope, and the shape, average particle diameter (or average crystal width), and thickness of the crystals constituting each layer were estimated. The results are shown in Table 2.
  • the main component is tungsten carbide (WC) powder having an average particle diameter of 1.0 ⁇ m, 8.5% by mass of metallic cobalt (Co) powder having an average particle diameter of 1.2 ⁇ m, and tantalum carbide (TaC) having an average particle diameter of 1.1 ⁇ m.
  • Niobium carbide (NbC) powder with 0.8% by mass of powder and average particle size of 1.0 ⁇ m is added and mixed at a rate of 0.1% by mass, and the insert shape (model number) shown in FIGS. : PNMU1205ANER-GM), followed by binder removal treatment and firing in a vacuum of 0.01 Pa at 1450 ° C. for 1 hour to produce a cemented carbide.
  • the rake face surface of each sample was polished by blasting, brushing or the like. Furthermore, the cutting edge processing (honing) of the magnitude
  • the obtained tool was observed with a scanning electron microscope, and the shape, average particle diameter (or average crystal width), and thickness of the crystals constituting each layer were estimated. The results are shown in Table 5.

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Abstract

【課題】　摩耗の進行を遅延させて耐摩耗性に優れる切削工具を提供する。 【解決手段】　基体６の表面に被覆層（７、８、９、１０、１１、１２、１４）を多層に形成しており、被覆層の最表層１４がＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層からなるとともに逃げ面中央部３ａにおける最表層１４の厚みが最表層１４の表面粗さ（Ｒａ）よりも小さい切削工具であり、最表層１４が被削材と接触することによってベラーグを生成させて、摩耗の進行を抑制する。

Description

切削工具
　本発明は、例えば、ねずみ鋳鉄を加工する際に優れた耐摩耗性を発揮する切削工具に関する。
　切削工具として、超硬合金やサーメット等の基体の表面に被覆層を成膜して、耐摩耗性、摺動性、耐欠損性を向上させたコーティング超硬合金が広く使われている。
　例えば、特許文献１では、超硬合金基体の表面に、ＴｉＮやＴｉＣＮの下部層とＡｌ２Ｏ３層の上部層を３～３０μｍ厚みで成膜した後、ＴｉＯＶ層の最表面下地層を０．１～３μｍと、ＴｉＣＮＯ（Ｏは前記最表面下地層から拡散した酸素）層を０．０５～２μｍとの順に積層した構成の硬質被覆層を形成した切削工具が開示され、ステンレス鋼や軟鋼などの粘性の高い被削材の切粉に対する親和性が低くて、耐溶着性に優れていることが記載されている。
　また、特許文献２や特許文献３では、上記構成に類似する被覆層を成膜した後で、被覆層の表面を研磨加工して被覆層の表面を滑らかにする方法が開示されている。
　さらに、特許文献４では、ＴｉＢＯＮ層のような被覆層を具備するコーティング工具を用いるとともに、高濃度の酸素を含むガスを加工部に供給して切削加工を行うことにより、工具の刃先と加工物との間にベラーグ等の酸化物を生成させて、この生成した酸化物が保護膜として作用する結果、工具摩耗が低減できることが開示されている。
特開２００１－０７１２０３号公報 特開２００８－０５５５８１号公報 特開２００６－２９７５８５号公報 特開２００４－２７６２２８号公報
　しかしながら、特許文献１の構成では、すくい面においては切粉に対する耐溶着性が向上するものの逃げ面における摩耗の進行は抑制できず、また、ねずみ鋳鉄を切削加工した場合には衝撃によってＴｉＯＶ層の最表面下地層とＴｉＣＮＯ層が破壊欠損してしまうという問題があった。
　また、特許文献２、３のように被覆層を成膜した後で被覆層の表面を研磨する方法では、被覆層の表面に存在していたＴｉＯｘ層やＴｉＣＮＯ層等の表面層が研磨によって摩滅してしまい、表面層の効果が失われてしまうという問題があった。
　さらに、特許文献４のように高酸素濃度のガスを吹き付けながら切削加工する方法では、被覆層の表面に酸化物の生成を促すことはできるものの、被覆層の内部も酸化されて酸化摩耗が進行してしまい、被覆層の耐摩耗性は必ずしも改善されるわけではなかった。
　本発明では、例えば、ねずみ鋳鉄を切削加工する際に良好な耐摩耗性が得られる切削工具を提供することを目的とする。
　本発明の切削工具は、基体の表面に被覆層を多層に形成しており、該被覆層の最表層がＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層からなるとともに、逃げ面中央部における前記最表層の厚みが該最表層の表面粗さ（Ｒａ）よりも小さいものである。
　ここで、上記構成において、前記逃げ面中央部における前記最表層の厚みが０．０１～０．１μｍであり、表面粗さ（Ｒａ）が０．１～０．５μｍであることが望ましい。
　また、前記逃げ面中央部における前記最表層の表面粗さ（Ｒａ）がすくい面における前記最表層の表面粗さ（Ｒａ）よりも粗いことが望ましい。
　さらに、切刃先端における前記最表層の厚みが前記逃げ面中央部における前記最表層の厚みよりも薄いか、または前記切刃先端において前記最表層が存在しないものであってもよい。
　また、上記切削工具の好適な構成としては、超硬合金基体の表面に被覆層を形成したネガティブ型で、
　前記被覆層は総厚み９～２５μｍで、基体側からＴｉＣＮ層、Ａｌ２Ｏ３層、および表面層のＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）を具備しており、
　上面と側面との交差稜線部に形成される切刃が、主切刃、副切刃、さらい刃を１セットとして複数セット形成されているとともに、すくい面の前記切刃に続く位置にランド部が形成され、
　前記副切刃に続く副切刃ランド部は、前記上面の中央部に向かうにしたがって下面に近づくように傾斜しているものであってもよい。
　ここで、前記切刃には、すくい面側で見て０．０５～０．０９ｍｍのホーニングが形成されていてもよい。
　また、前記ホーニングが、主切刃、副切刃、さらい刃の順に小さくなっていてもよい。
　さらに、前記主切刃ランド部は、前記上面の中央部に向かうにしたがって下面に近づくように傾斜しているとともに、前記副切刃ランド部の傾斜角度は、前記主切刃に対応する主切刃ランド部の角度に比べて大きくてもよい。
　また、前記主切刃ランド部の傾斜角と前記副切刃ランド部の傾斜角との角度差が３～１０°であってもよい。
　さらに、前記さらい刃が前記主切刃よりも突出して形成されて、前記副切刃は前記さらい刃から前記主切刃に向かって前記下面に近づくように傾斜していてもよい。
　また、前記主切刃と前記副切刃との間に曲線状の第１のコーナ切刃を有し、前記副切刃と前記さらい刃との間に曲線状の第２のコーナ切刃を有してもよい。
　さらに、平面視において、前記第１のコーナ切刃の曲率半径は前記第２のコーナ切刃の曲率半径に比べて大きくてもよい。
　本発明の切削工具によれば、被覆層の最表層であるＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層が凹凸のある表面に極薄く形成されるので、最表層が簡単に摩滅や剥離することなく、安定して存在する。そして、Ｔｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層はねずみ鋳鉄の構成成分であるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ等が酸化物となってベラーグを生成することを促し、このベラーグ（ｂｅｌａｇ：酸化物系保護層）は被覆層を保護して耐摩耗性を向上させる効果があるので、上記最表層の存在によってねずみ鋳鉄の切削加工において耐摩耗性が向上する。
本発明の切削工具の第１の好適例であるインサートの一例について、（ａ）概略斜視図、（ｂ）要部拡大断面図である。 本発明の切削工具を用いて、ねずみ鋳鉄を切削した際のノーズ切刃近周辺の摩耗状態を示す写真である。 本発明の第２の好適な実施形態に係るインサートを示す全体斜視図である。 （ａ）は、図３に示すインサートの上面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 図４（ａ）に示すインサートの部分拡大図である。 （ａ）は、図５のＡ－Ａ線概略断面図であり、（ｂ）は、図５のＢ－Ｂ線概略断面図である。 図３～７のインサートをホルダに装着した切削工具を示す側面図である。 図７に示す切削工具の部分拡大図である。
　本発明の切削工具の第１の好適例であるインサートの一例について、図１の概略斜視図および要部拡大断面図を基に説明する。
  図１のインサート１は、すくい面２と逃げ面３との交差稜線部が切刃４を構成しているとともに、基体６の表面に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちの１層以上と、α型結晶構造のＡｌ２Ｏ３層（以下、単にＡｌ２Ｏ３層と略す。）１２と、Ｔｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層からなる最表層１４とが順に積層された被覆層が形成されている。なお、図１のインサート１は、板状で主面が概略正方形形状（ＣＮＭＡ／ＣＮＭＧ）からなる。
　そして、最表層１４の逃げ面中央部３ａにおける厚みが表面粗さ（Ｒａ）よりも小さい構成となっている。この構成により、最表層１４であるＴｉＣＮＯ層またはＴｉＣＯ層が凹凸のある表面に極薄く形成されるので、最表層１４が簡単に摩滅や剥離することなく安定して存在するとともに、図２に示すように、ねずみ鋳鉄の構成成分であるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ等が酸化物となってベラーグを生成することを促し、ねずみ鋳鉄の切削加工において耐摩耗性を向上させることができる。ベラーグ生成の効果は、最表層１４が切削により除去される前の最表層１４が被削材によって激しく擦られる段階で特に効果が大きい。なお、最表層１４は切削時に摩耗して連続した被覆層として存在しない状態となるが、最表層が残存する部分についてはベラーグ生成の効果による切削性能の向上については継続する。
　ここで、逃げ面中央部３ａにおける最表層１４の厚みが０．０１～０．１μｍであり、表面粗さ（Ｒａ）が０．１～０．５μｍであることが、最表層１４の耐摩耗性および耐チッピング性を高める点で望ましい。また、逃げ面中央部３ａにおける最表層１４の厚み／表面粗さ（Ｒａ）の比率は０．２～０．３であることが、ベラーグの生成効果による耐摩耗性向上の点で望ましい。
　また、逃げ面中央部３ａにおける最表層１４の表面粗さ（Ｒａ）がすくい面頂面（最上面）部２ａにおける最表層１４の表面粗さ（Ｒａ）よりも粗いことが、すくい面２における切屑排出性を高めることができるとともに、逃げ面３におけるベラーグの生成を促進する点で望ましい。なお、すくい面２においては、表面粗さが小さくても切屑が接触することによりベラーグが生成しやすい状態にある。
　さらに、切刃４における最表層１４の厚みが逃げ面中央部３ａにおける最表層１４の厚みよりも薄いか、または切刃４において最表層１４が存在しないものであってもよく、かかる構成であれば、鋳鉄加工特有の湯口の切削などの衝撃がかかる不連続切削において、切刃4つまりホーニング加工を施されている部分やランド部付近の最表層１４に起因する膜の破壊が起こる頻度を低減するという効果がある。
　なお、Ｔｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層は白紫色から灰紫色を示すため、インサート１の表面が有色となりインサート１を使用したときに最表層１４が摩耗して使用済みかどうかの判別がつきやすく、また、摩耗の進行を容易に確認できる。
　次に、最表層１４の下（基体６）側に形成されるＡｌ２Ｏ３層１２について説明する。Ａｌ２Ｏ３層１２を構成するＡｌ２Ｏ３結晶はα型結晶構造であることが望ましく、かつ基体6の表面に対して垂直な方向から見た平均結晶幅が０．０５～０．７μｍであることが、耐摩耗性の点で望ましいものである。
　また、Ａｌ２Ｏ３層１２の基体６側に形成される被覆層は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＣＯ、ＴｉＮＯの群から選ばれる１層以上が好適に用いられ、耐摩耗性および耐欠損性が向上する。本実施態様によれば、具体的な構成として、基体６の直上には第１層としてＴｉＮ層７が形成され、第２層としてＴｉＣＮ層８－１０が形成されている。ＴｉＣＮ層８－１０としては、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを原料として含み成膜温度が７８０～９００℃と比較的低温で成膜した柱状結晶からなる、いわゆるＭＴ－ＴｉＣＮ層８，９と、成膜温度が９５０～１１００℃と高温で成膜した、いわゆるＨＴ－ＴｉＣＮ層１０とが順に成膜された構成であることが望ましい。さらに、ＭＴ－ＴｉＣＮ層８，９は、平均結晶幅が０．５μｍ未満と微細な微細柱状結晶からなる微細ＭＴ－ＴｉＣＮ層と８、平均結晶幅が０．５～２μｍと比較的大きい粗大柱状結晶からなる粗大ＭＴ－ＴｉＣＮ層９との積層からなることが望ましい。これによって、Ａｌ２Ｏ３層１２との密着力が高まり、被覆層の剥離やチッピングを抑えることができる。
　また、ＨＴ－ＴｉＣＮ層１０の上部または全部は、成膜工程で酸化されて、Ｔｉ原子を４０～５５原子％と、酸素（Ｏ）を１５～２５原子％と、炭素（Ｃ）を２５～４０原子％と、残部が窒素（Ｎ）とのＴｉＣＮＯ層に変化して、厚み０．０５～０．５μｍの中間層１１を形成していることが望ましい。これによって、平均粒径０．０５～０．７μｍのα型結晶構造のＡｌ２Ｏ３結晶からなるα型Ａｌ２Ｏ３層１２をより容易に作製することができる。
　なお、各層の厚みおよび各層を構成する結晶の性状は、インサート１の断面における電子顕微鏡写真（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真）を観察することにより、測定することが可能である。
　一方、インサート１の基体６は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種と、からなる硬質相を、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金やＴｉ基サーメット、またはＳｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等のセラミックスのいずれかが好適に使用できる。中でも、インサート１を切削工具として用いる場合には、基体６は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点で望ましい。また、用途によっては、基体６は炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属からなるものであっても良い。
　（第２の実施態様）
　本発明の切削工具の第２の好適例について、図３～図７のインサート、および図８、９のこのインサートをホルダに装着した切削工具の概略図を参照して詳細に説明する。図３に示すように、インサート１００は、略多角形板状の本体部を備えている。
　本体部は、上面のすくい面１２０と、下面の着座面１３０と、側面の逃げ面１４０と、を有している。すくい面１２０と逃げ面１４０との交線部には、切刃１５０が形成されている。本体部の中央には、すくい面１２０から着座面１３０に向かって本体部を貫通する取付ねじ当接部１８０が形成されている。
　インサート１００は、すくい面１２０および着座面１３０の両面をそれぞれすくい面として使用可能なネガティブ型のインサートであり、基本的に、逃げ面１４０はすくい面１２０および着座面１３０とは９０°をなすが、逃げ面１４０に逃げ角が付与されて、逃げ面１４０とすくい面１２０および着座面１３０とのなす角が９０°より小さくて、逃げ面１４０が凹曲面をなしていても良い。
　本体部の形状は、平面視において、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の当業者が通常インサートに使用する形状であればよく、角数が増えるほど使用できる切刃の数が増えるとともに、着座面の接地面積が増してインサート１００の拘束力が向上する。反面、角数が増えると、一辺の長さが短くなることから小径のインサートにおいては大きな切込みに対応できなくなってしまうため、そのバランスを調整する必要がある。本実施形態では、５つの長辺を有する略五角形の形状が用いられている。つまり、インサート１００は１０コーナ使いのインサートである。
　切刃１５０は、主切刃１５１と、さらい刃１５２と、主切刃１５１とさらい刃１５２との間に配置される副切刃１５３とを有する。さらに、本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、主切刃１５１と副切刃１５３との間に第１コーナ切刃１５４が形成され、副切刃１５３とさらい刃１５２との間に第２コーナ切刃１５５が形成されている。
　主切刃１５１は、切削時、最初に被削材に接触して切屑を生成させる役割を果たす刃であり、ねずみ鋳鉄を切削する際にはその表面に存在する黒皮に衝突する部分である。主切刃１５１は、切刃１５０（１５１～１５５）のうちで最も長くなるように構成されるとともに、本実施形態の図３および図４（ａ）の平面視に示すように直線状であってもよく、曲線状（円弧状）であってもよい。また、主切刃１５１は、図４（ｂ）の側面視に示すように、隣り合う副切刃１５３から離れるにしたがって着座面１３０側に傾斜しており、ホルダ装着時にホルダの回転中心軸に対してアキシャルレーキがつく。また、主切刃１５１は、図４（ｂ）の側面視に示すように着座面１３０に向かって凹状であるとともに、その両端を結ぶ直線を引いたときに、副切刃１５３と接する側からさらい刃１５２に接する端部側に向かって直線が着座面１３０側に傾斜するように形成されている。なお、主切刃１５１の途中には、切削抵抗の低減の観点から主切刃１５１を分断するようなニック（溝部）を設けてもよい。さらに、図５等に示すように、すくい面１２０上には主切刃１５１に対応して位置するブレーカ溝１７０が形成されていてもよい。
　さらい刃１５２は被削材の仕上げ面粗度向上を主目的として形成される。さらい刃１５２は、図３および図４（ａ）の平面視図に示すように直線状であり、図４（ｂ）の側面視に示すように副切刃１５３に近づくにしたがって上方（着座面側の反対側）に傾斜している。
　副切刃１５３は、主切刃１５１より外周切刃角の大きい切刃であり、例えば、主切刃１５１の切削抵抗を低減したり主切刃１５１の損傷を抑制したりする等の主切刃１５１による切削を補助する目的で配置される。副切刃１５３は、図４（ｂ）の側面視に示すように、さらい刃１５２から主切刃１５１に向かうにしたがって下方に傾斜していることが好ましく、これによって、副切刃１５３はインサート１００をホルダに取り付けた状態で正のアキシャルレーキを有する。なお、副切刃１５３は主切刃１５１とさらい刃１５２との間に位置するが、複数の副切刃を有してもよい。
　また、図４（ａ）の平面視に示すように、主切刃１５１のホルダ１９１の回転中心軸に平行な線Ｌと各切刃のなす角度で表される外周切刃角は、主切刃１５１の外周切刃角αが０°～６０°、副切刃１５３の外周切刃角βが６０°～８０°で設定される。なお、「外周切刃角」とは、インサート１００をホルダ１９１に取付けた場合に、ホルダ１９１の回転中心軸Ｓに対する切刃の傾斜角をいう。また、例えば、切刃１５０の損傷・欠損を考慮すると、副切刃１５３の外周切刃角βが主切刃１５１の外周切刃角αに対して２倍を超える大きさに設定されることが好ましい。
　ここで、例えば、主切刃１５１と副切刃１５３との長さの割合は、２：１～１０：１、好ましくは２：１～６：１となるように設定される。また、さらい刃１５２と副切刃１５３との長さの割合は、１：１～６：１となるように設定されることが望ましい。
　また、第１コーナ切刃１５４および第２コーナ切刃１５５は、平面視において、いずれも曲線状であり、第１コーナ切刃１５４の曲率半径が、第２コーナ切刃１５５の曲率半径より大きくなるように形成されている。これにより、主切刃１５１および副切刃１５３からそれぞれ生成される切屑間の厚みの大幅な変動が抑制され、切屑の形状のコントロールが可能になる。なお、第１コーナ切刃１５４および第２コーナ切刃１５５を、直線状にしてもよい。
　すくい面１２０には、図３および図４（ａ）に示すように、切刃１５０に沿ってランド部１６０が形成されている。すなわち、図５に示すように各切刃１５１～１５５に対応してランド部１６１～６５が形成されている。具体的には、主切刃１５１に対応して位置するランド部である主切刃ランド部１６１と、さらい刃１５２に対応して位置するランド部であるさらい刃ランド部１６２と、そして副切刃１５３に対応して位置するランド部である副切刃ランド部１６３と、第１コーナ切刃１５４に対応して位置するランド部である第１コーナ切刃ランド部１６４と、第２コーナ切刃１５５に対応して位置するランド部である第２コーナ切刃ランド部１６５と、が形成されている。各ランド部１６１～６５のそれぞれの幅については、各切刃１５１～１５５から生成される切屑の大きさ（厚み）をコントロールする観点から、主切刃ランド部１６１の幅と副切刃ランド部１６３の幅との割合が１：０．７～１：１．３となるように設定することが好ましく、主切刃ランド部１６１の幅と副切刃ランド部１６３の幅との割合が略同一（１：１程度）であってもよい。
　なお、本実施態様では、図６に示すように、主切刃ランド部１６１の幅Ｗ６１と、副切刃ランド部１６３の幅Ｗ６３とがＷ６１＝Ｗ６３の関係を有する。ランド部１６１～６５の幅はそれぞれ略一定であることがより好ましい。また、図６（ｂ）に示すように、副切刃ランド部１６３が矢印ａ方向に示すすくい面１２０の中央部に向かうにしたがって下方に傾斜しており、切削時の切削抵抗を低減させることができて切削時の背分力を低減することができることから、切削時の振動が抑制されて良好な仕上げ面を得ることができる。
　また、本実施形態においては、後述するように、副切刃ランド部１６３は傾斜角θ１を有して形成されている。副切刃ランド部１６３以外のランド部１６１、１６２、１６４、および１６５については、平坦であってもよく、あるいは下方に向かう方向か、又は上方に向かう方向の一方向に傾斜していてもよい。
　なお、主切刃ランド部１６１は、図６（ａ）に示すように、切削抵抗の低減の点で、すくい面１２０の中央部に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜角θ２が大きいほど好ましいが、主切刃１５１の補強の点では傾斜角が小さいことが好ましく、バランスをとって調整される。
　副切刃ランド部１６３は、好ましくは主切刃ランド部１６１より傾斜角が大きくなるように形成され、主切刃１５１と副切刃１５３との切削力のバランスを良好に保つことができ、切削時に振動（びびり現象）が生じるのを抑制することができる。具体的には、図６に示すように、副切刃１５３を通りインサート１００の中心軸（不図示）に直交する線Ｌ１を基準にした副切刃ランド部１６３の傾斜角をθ１、主切刃１５１を通りインサート１００の中心軸に直交する線Ｌ２を基準にした主切刃ランド部１６１の傾斜角をθ２としたとき、θ１およびθ２は、θ１＞θ２の関係を有している。θ１とθ２との差は３°～１０°であることが好ましい。
　主切刃ランド部１６１および副切刃ランド部１６３は、第１コーナ切刃ランド部１６４により接続されている。第１コーナ切刃１５４を通りインサート１００の中心軸に直交する線Ｌ３（不図示）を基準にした第１コーナ切刃ランド部１６４の傾斜角は、副切刃ランド部１６３から主切刃ランド部１６１に向かうにしたがって小さくなるように形成されている。これによって、切屑が不規則に変形、分断等されることなく、安定して排出される。具体的には、断面視において、第１コーナ切刃ランド部１６４は、副切刃ランド部１６３から主切刃ランド部１６１に向かうにしたがって立ち上がるように形成されている。
　ここで、切刃１５０には、すくい面側で見て０．０５～０．０９ｍｍのホーニングが形成されていることが、切刃１５０の欠損を抑制する点および切削加工面の面品位を高める（面を滑らかにする）点で望ましい。このとき、ホーニングは、主切刃１５１、副切刃１５３、さらい刃１５２の順に小さくなっていることによって、ねずみ鋳鉄の荒加工において、ねずみ鋳鉄の表面に存在する変質層（いわゆる黒皮）を切削する主切刃１５１においても欠損することがなく、かつ切削加工面を作るさらい刃１５２においては切削加工面の面品位を高めることができる。各切刃におけるホーニングの望ましい範囲は、すくい面側で見て主切刃１５１が０．０４～０．１３ｍｍ、特に０．０６～０．０９ｍｍ、副切刃１５３が０．０３～０．１２ｍｍ、特に０．０５～０．０７ｍｍ、さらい刃１５２が０．０２～０．０９ｍｍ、特に０．０３～０．０５ｍｍである。
　ここで、上述したインサートを構成する素材としては、超硬合金基体の表面に総厚み９～２５μｍの被覆層を形成した構成からなり、第１の実施態様と同じく、基体側からＴｉＣＮ層、Ａｌ２Ｏ３層、および表面層のＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）を具備した構成からなる。各層の望ましい厚みは、ＴｉＣＮ層の望ましい範囲は５．０～１２．０μｍ、Ａｌ２Ｏ３層の望ましい範囲は３．０～１２．０μｍ、表面層Ｔｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ層の望ましい範囲は０．０１～０．２μｍである。これによって、切刃にサーマルクラックが発生してチッピングしやすいねずみ鋳鉄の高速フライス切削加工においても、本発明のインサートではサーマルクラックの発生および進行が遅くて、被覆層の耐チッピング性および耐摩耗性が良好であることから、寿命の長い切削工具となる。また、表面層Ｔｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ層はねずみ鋳鉄の切削加工においてベラーグを生成するので、被覆層表面における耐溶着性もよく優れた切削性能を発揮する。なお、Ａｌ２Ｏ３層はα型結晶から構成されることが望ましい。
　次に、上記インサートをホルダに装着した実施形態について、図７および図８を参照して詳細に説明する。図７に示すように、本実施形態の切削工具１９０（転削工具）は、ホルダ１９１の外周先端部には複数のインサートポケット１９２が形成されており、各インサートポケット１９２内の各々の外周位置にインサート１００が取り付けられている。インサート１００は、回転方向の前側に上面（すくい面）１２０を向けて最外周に主切刃１５１が位置するように配置されて、取付ねじ当接部１８０（ねじ穴）に取付ねじ１９４を挿入し、取付ねじ１９４をホルダ１９１の取付面１９３に形成した雌ねじに螺合することにより、ホルダ１９１に装着される。そして、ホルダ１９１を回転させることによって、インサート１００の切刃１５０（１５１～１５５）により切削が行われる。
　また、図８（ｂ）の側面視に示すように、インサート１００は、６°程度の負のアキシャルレーキγを有してホルダ１９１に装着されている。また、主切刃１５１および副切刃１５３は、さらい刃１５２から離れるにしたがって下方に傾斜しており、ホルダ１９１の回転中心軸Ｓに対して、正のアキシャルレーキを有している。なお、主切刃１５１および副切刃１５３は、正のアキシャルレーキではなく負のアキシャルレーキを有していてもよい。
　（製造方法）
　また、本実施形態のインサートの製造方法の一実施形態について説明する。
  まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形する。その後、得られた成形体を真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって上述した硬質合金からなる基体６を作製する。そして、上記基体の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。
　次に、得られた基体６の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層を形成する。
まず、基体の直上に第１層としてＴｉＮ層を形成する。ＴｉＮ層の成膜条件としては、混合ガス組成として四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０～６０体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を８００～９４０℃（チャンバ内）、圧力を８～５０ｋＰａにて成膜される。
　次に、第２層としてＴｉＣＮ層を形成する。ここでは、ＴｉＣＮ層が、平均結晶幅が小さい微細柱状結晶層と、この層よりも平均結晶幅が大きい粗柱状結晶層とのＭＴ－ＴｉＣＮ層と、ＨＴ－ＴｉＣＮ層との３層にて構成する場合の成膜条件について説明する。
　ＭＴ－ＴｉＣＮ層のうちの微細柱状結晶層の成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０～６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．１～０．４体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を７８０～９００℃、圧力を５～２５ｋＰａとする。ＭＴ－ＴｉＣＮ層のうちの粗柱状結晶層の成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５～４．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０～４０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．４～２．０体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を７８０～９００℃、圧力を５～２５ｋＰａとする。
　ＨＴ－ＴｉＣＮ層の成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１～３体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０～１５体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を９５０～１１００℃、圧力を５～４０ｋＰａとして成膜する。そして、チャンバ内を９５０～１１００℃、５～４０ｋＰａとし、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１～５体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを４～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０～３０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを４～８体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に１０～６０分導入して成膜した後、続いて体積％で二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５～４．０体積％、残りが窒素（Ｎ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、成膜温度を９５０～１１００℃、５～４０ｋＰａにて、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５～１０体積％、残りが窒素（Ｎ２）ガスからなる混合ガスを反応チャンバ内に１０～６０分導入することによって、ＨＴ－ＴｉＣＮ層を酸化させてＴｉＣＮＯ層に変化させながら中間層を成膜する。なお、このＣＯ２ガスを含む混合ガスを流す工程を経ることなく中間層を形成することもできるが、α型Ａｌ２Ｏ３層を構成する結晶を微細なものとするためには、ＣＯ２ガスを含む混合ガスを流す工程を経ることが望ましい。
　続いて体積％で二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．３～４．０体積％、残りが窒素（Ｎ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、成膜温度を１０００～１１００℃、５～４０ｋＰａにて、反応チャンバ内に５～３０分導入することによって、被覆層表面の表面粗さを粗くする。そして、引き続き、α型Ａｌ２Ｏ３層を形成する。α型Ａｌ２Ｏ３層の成膜条件としては、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを０．５～５．０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５～３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５～５．０体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０～０．５体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９５０～１１００℃、圧力を５～１０ｋＰａとして成膜することが望ましい。
　さらに、α型Ａｌ２Ｏ３層の上層に最表層を形成する。四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１～１０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを４～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０～６０体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを反応チャンバ内に導入し、チャンバの温度を９６０～１１００℃、圧力を１０～８５ｋＰａとして、成膜時間を1分～１０分の間で成膜することで膜厚みを調整した後、続いて体積％で二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５～４．０体積％、残りが窒素（Ｎ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、成膜温度を９５０～１１００℃、５～４０ｋＰａにて、反応チャンバ内に５～３０分導入することによって、ＨＴ－ＴｉＣＮ層を酸化させてＴｉＣＮＯ層に変化させながら最表層を成膜する。Ｔｉに対する酸素の比率は、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの濃度や酸化時間により調整する。
　そして、所望により形成した被覆層の表面の少なくとも切刃部、望ましくは切刃部とすくい面を研磨加工する。この研磨加工により、切刃部およびすくい面が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた切削工具となる。
　平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０４１２）に成形した。得られた成形体について、脱バインダ処理を施し、０．５～１００Ｐａの真空中、１４００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金に対して、ブラシ加工にてすくい面側について刃先処理（Ｒホーニング）を施した。
　次に、上記超硬合金に対して、ＣＶＤ法により各種の被覆層を表１に示す成膜条件、および表２に示す層構成にて形成した。そして、被覆層の表面をすくい面側から３０秒間ブラシ加工して試料Ｎｏ．Ｉ－１～Ｉ－８の表面被覆切削工具を作製した。
　得られた工具について、走査型電子顕微鏡観察を行い、各層を構成する結晶の形状、平均粒径（または平均結晶幅）、厚みを見積もった。結果は表２に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　次に、このインサートを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に示した。
切削方法：端面加工
被削材　：ＦＣ２５０
切削速度：４５０ｍ／分
送り　　：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：３．０ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：フランク摩耗が０．３ｍｍ以上となる時間（表中、工具寿命と記載。）とそのときの切刃の状態
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１～３に示される結果から、最表層の厚みが被覆層の表面粗さよりも厚い試料Ｎｏ．Ｉ－５および最表層がＴｉＯ２層である試料Ｎｏ．Ｉ－６では最表層が早期に剥離して、ベラーグの生成効果があまり見られなかった。また、最表層がＡｌ２Ｏ３層の試料Ｎｏ．Ｉ－７でも溶着が激しく、工具寿命が短く、これに対し、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．Ｉ－１～Ｉ－４では、ベラーグの生成効果によって耐摩耗性が向上する傾向にあった。
　平均粒径１．０μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を主成分として、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を８．５質量％、平均粒径１．１μｍの炭化タンタル（ＴａＣ）粉末を０．８質量％、平均粒径１．０μｍの炭化ニオブ（ＮｂＣ）粉末を０．１質量％の割合で添加し混合して、プレス成形により図３～６の形状のインサート形状（型番：ＰＮＭＵ１２０５ＡＮＥＲ－ＧＭ）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１４５０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。また、各試料のすくい面表面をブラスト加工、ブラシ加工等によって研磨加工した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて表４に示す大きさの刃先処理（ホーニング）を施した。ホーニングの測定方法としては投影機にてすくい面で測定を行った。
　次に、上記超硬合金に対して、ＣＶＤ法により各種の被覆層を表４に示す成膜条件、および表５に示す層構成にて形成した。そして、被覆層の表面をすくい面側から３０秒間ブラシ加工して試料Ｎｏ．II－１～８の表面被覆切削工具を作製した。
　得られた工具について、走査型電子顕微鏡観察を行い、各層を構成する結晶の形状、平均粒径（または平均結晶幅）、厚みを見積もった。結果は表５に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　そして、この切削工具を用いて下記の条件により、断続切削試験を行い、耐欠損性を評価した。結果は表６に示した。
評価方法：表面フライス切削加工
被削材：　ＦＣ２５０（４穴）
切削速度：　３００ｍ／ｍｉｎ
切込み：　１．５ｍｍ
送り：　０．３ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
切削状態　：　乾式
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表４～６に示される結果から、最表層がＴｉＮ層からなる試料Ｎｏ．II－５では最表層が早期にチッピングが発生し、最表層の厚みが被覆層の表面粗さと同じ試料Ｎｏ．II－６では熱クラックが発生して欠損が発生し、最表層がＡｌ２Ｏ３層の試料Ｎｏ．II－７でも溶着が激しくて工具寿命が短く、最表層がＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ層のａが１よりも小さい試料Ｎｏ．II－８では最表層が早期にフレーキングが発生してベラーグの生成効果があまり見られなかった。
　これに対し、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．II－１～４では、被覆層の耐摩耗性が高く、かつベラーグの生成効果によって耐摩耗性がさらに向上する傾向にあった。
１、１００　　　インサート
２　　　すくい面
　２ａ　　すくい面頂面部
３　　　逃げ面
　３ａ　　逃げ面中央部
４　　　切刃
６　　　基体
７　　　ＴｉＮ層
８、９　　　ＭＴ－ＴｉＣＮ層
１０　　ＨＴ－ＴｉＣＮ層
１１　　中間層
１２　　Ａｌ２Ｏ３層
１４　　最表層
１００　インサート
１２０　すくい面として機能する上面
１３０　着座面として機能する下面
１４０　逃げ面として機能する側面
１５０　切刃
　１５１　主切刃
　１５２　さらい刃
　１５３　副切刃
　１５４　第１コーナ切刃
　１５５　第２コーナ切刃
　α　　主切刃１５１の外周切刃角
　β　　副切刃１５３の外周切刃角
１６０　　ランド部
　１６１　主切刃ランド部
　１６２　さらい刃ランド部
　１６３　副切刃ランド部
　１６４　第１コーナ切刃ランド部
　１６５　第２コーナ切刃ランド部
　Ｌ１　副切刃１５３を通りインサート１００の中心軸に直交する線
　Ｌ２　主切刃１５１を通りインサート１００の中心軸に直交する線
　θ１　副切刃ランド部１６３の傾斜角
　θ２　主切刃ランド部１６１の傾斜角
１７０　　ブレーカ溝
１８０　　取付ねじ当接部
１９０　切削工具（転削工具）
１９１　ホルダ
１９２　インサートポケット
１９３　取付面
１９４　取付ねじ

Claims (12)

  1. 　基体の表面に被覆層を多層に形成しており、該被覆層の最表層がＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）層からなるとともに、逃げ面中央部における前記最表層の厚みが該最表層の表面粗さ（Ｒａ）よりも小さい切削工具。
  2. 　前記逃げ面中央部における前記最表層の厚みが０．０１～０．１μｍであり、表面粗さ（Ｒａ）が０．１～０．５μｍである請求項１記載の切削工具。
  3. 　前記逃げ面中央部における前記最表層の表面粗さ（Ｒａ）がすくい面における前記最表層の表面粗さ（Ｒａ）よりも粗い請求項２記載の切削工具。
  4. 　切刃先端における前記最表層の厚みが前記逃げ面中央部における前記最表層の厚みよりも薄いか、または前記切刃先端において前記最表層が存在しない請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
  5. 　超硬合金基体の表面に被覆層を形成したネガティブ型で、
    　前記被覆層は総厚み９～２５μｍで、基体側からＴｉＣＮ層、Ａｌ２Ｏ３層、および表面層のＴｉ（ＣｘＮｙＯｚ）ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６、０．２≦ｚ≦０．８、１．０≦ａ≦１．７）を具備しており、
    　上面と側面との交差稜線部に形成される切刃が、主切刃、副切刃、さらい刃を１セットとして複数セット形成されているとともに、すくい面の前記切刃に続く位置にランド部が形成され、
    　前記副切刃に続く副切刃ランド部は、前記上面の中央部に向かうにしたがって下面に近づくように傾斜している請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。
  6. 　前記切刃には、すくい面側で見て０．０５～０．０９ｍｍのホーニングが形成されている請求項５に記載の切削工具。
  7. 　前記ホーニングが、主切刃、副切刃、さらい刃の順に小さくなっている請求項６に記載の切削工具。
  8. 　前記主切刃ランド部は、前記上面の中央部に向かうにしたがって下面に近づくように傾斜しているとともに、前記副切刃ランド部の傾斜角度は、前記主切刃に対応する主切刃ランド部の角度に比べて大きい請求項５乃至７のいずれかに記載の切削工具。
  9. 　前記主切刃ランド部の傾斜角と前記副切刃ランド部の傾斜角との角度差が３～１０°である請求項８に記載の切削工具。
  10. 　前記さらい刃が前記主切刃よりも突出して形成されて、前記副切刃は前記さらい刃から前記主切刃に向かって前記下面に近づくように傾斜している請求項５乃至９のいずれかに記載の切削工具。
  11. 　前記主切刃と前記副切刃との間に曲線状の第１のコーナ切刃を有し、前記副切刃と前記さらい刃との間に曲線状の第２のコーナ切刃を有する請求項５乃至１０のいずれかに記載の切削工具。
  12. 　平面視において、前記第１のコーナ切刃の曲率半径は前記第２のコーナ切刃の曲率半径に比べて大きい請求項１１に記載の切削工具。
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