JP6344011B2 - Cutting tools - Google Patents
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Description
本発明は、cBN焼結体である工具基材上に、硬質被覆膜が形成された切削工具に関するものである。 The present invention relates to a cutting tool in which a hard coating film is formed on a tool substrate that is a cBN sintered body.
従来、cBN(立方晶窒化ホウ素)焼結体からなる工具基材の表面に、硬質被覆膜を形成して耐摩耗性を高めた切削工具が知られている。
cBNは、高硬度であり、耐熱性が高く、鉄系金属との反応性が低いという、切削工具に適した特徴を有する。このため、cBN焼結体の工具基材を備えた切削工具によれば、例えば鉄系難削材の加工において、加工能率の向上や生産費用の低減などの効果が得られる。
Conventionally, a cutting tool in which a hard coating film is formed on the surface of a tool base made of a cBN (cubic boron nitride) sintered body to improve wear resistance is known.
cBN has characteristics suitable for cutting tools such as high hardness, high heat resistance, and low reactivity with ferrous metals. For this reason, according to the cutting tool provided with the tool base material of cBN sintered compact, effects, such as improvement of processing efficiency and reduction of production cost, are obtained, for example in processing of iron system difficult-to-cut material.
例えば下記特許文献1〜3には、この種の切削工具が開示されている。
特許文献1には、cBNが高含有された工具基材が開示されている。
特許文献2には、cBN基材と硬質被覆膜の間に、金属(Cr、V、Zr)からなる中間層を設けた切削工具が開示されている。すなわち、cBNは絶縁物質であり帯電しにくく、硬質被覆膜との付着強度を十分に確保することが難しいため、これを改善する目的で金属の中間層を設けている。
特許文献3には、硬質被覆膜の内部に応力差を設けた切削工具が開示されている。この硬質被覆膜の内部応力(圧縮残留応力)は、膜の表面から基材側へ向けて変化させられており、これにより、耐摩耗性と靱性とを両立させようとするものである。
For example, the following Patent Documents 1 to 3 disclose this type of cutting tool.
Patent Document 1 discloses a tool base material containing a high content of cBN.
しかしながら、上記従来の切削工具では、下記の課題を有していた。
すなわち、特許文献1では、工具基材に対する硬質被覆膜の付着強度が十分に得られにくい。これは、上述したようにcBNが非導電性物質(絶縁物質)であることに起因する。一般に、cBN焼結体からなる工具基材は、超硬合金からなる工具基材に比べて、硬質被覆膜の付着強度が劣る。特に、工具基材のcBN含有率が高くなるほど、工具基材の表面に硬質被覆膜が付着しづらくなる。
However, the conventional cutting tool has the following problems.
That is, in Patent Document 1, it is difficult to sufficiently obtain the adhesion strength of the hard coating film to the tool substrate. This is because cBN is a non-conductive substance (insulating substance) as described above. Generally, a tool base material made of a cBN sintered body is inferior in adhesion strength of a hard coating film compared to a tool base material made of a cemented carbide. In particular, as the cBN content of the tool substrate increases, the hard coating film is less likely to adhere to the surface of the tool substrate.
また特許文献2では、工具基材と硬質被覆膜との間に金属からなる中間層を設けているが、金属は耐摩耗性に劣るため、摩耗しやすい。また、硬質被覆膜と金属層の熱膨張係数差が大きくなりやすく、硬質被覆膜が剥離しやすい。
Moreover, in
また特許文献3では、硬質被覆膜を安定して成膜することが難しい。すなわち、硬質被覆膜の内部応力を膜の表面から基材側へ向けて変化させるには、硬質被覆膜の成膜中に、バイアス電圧等の成膜条件を変更する必要がある。しかしながら、成膜条件を変更しつつ成膜することは、結晶成長や結晶性を不均一にさせる(多結晶膜の粒径の制御に影響し、ミスマッチが生じる)おそれがある。このため、硬質被覆膜の性能が安定せず、膜の品質が不安定になりやすい。
In
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、金属からなる中間層を設けることなく、硬質被覆膜の工具基材に対する付着強度を向上できるとともに、硬質被覆膜の品質を安定化できる切削工具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can improve the adhesion strength of the hard coating film to the tool substrate without providing an intermediate layer made of metal, and the quality of the hard coating film. It aims at providing the cutting tool which can stabilize.
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明の切削工具は、cBN焼結体である工具基材と、前記工具基材の表面に積層されて形成された付着強化膜と硬質被覆膜と、を備え、前記付着強化膜は、少なくともTi又はAlを含む窒化物からなり、前記硬質被覆膜は、前記付着強化膜の表面に成膜されており、少なくともTi又はAlを含む窒化物からなり、前記工具基材の表面に、前記付着強化膜と前記硬質被覆膜が一層ずつそれぞれ形成され、又は交互に複数層積層して形成され、前記付着強化膜は、圧縮残留応力が一定に設定され、前記硬質被覆膜は、圧縮残留応力が一定に設定され、前記硬質被覆膜の圧縮残留応力が、前記付着強化膜の圧縮残留応力よりも高いことを特徴とする。
In order to solve such problems and achieve the above object, the present invention proposes the following means.
That is, the cutting tool of the present invention includes a tool base material that is a cBN sintered body, an adhesion reinforcing film formed by being laminated on the surface of the tool base material, and a hard coating film. The hard coating film is formed on the surface of the adhesion reinforcing film, and is formed of a nitride containing at least Ti or Al, and is formed on the surface of the tool base material. The adhesion reinforcing film and the hard coating film are formed one layer at a time, or are formed by alternately laminating a plurality of layers, and the adhesion reinforcing film is set to have a constant compressive residual stress. The compressive residual stress is set constant, and the compressive residual stress of the hard coating film is higher than the compressive residual stress of the adhesion strengthening film.
本発明の切削工具によれば、硬質被覆膜の圧縮残留応力が付着強化膜の圧縮残留応力よりも高いので、下記の効果を奏する。
すなわち、圧縮残留応力が高く設定された硬質被覆膜により、工具の耐摩耗性が向上する。また、付着強化膜は、圧縮残留応力が低く設定されるので、工具基材に対する硬質被覆膜の付着強度を向上させる作用効果が得られる。さらに付着強化膜は、工具基材と硬質被覆膜の間において靱性のある緩衝層として作用する。従って、硬質被覆膜の剥離が顕著に防止される。
According to the cutting tool of the present invention, since the compressive residual stress of the hard coating film is higher than the compressive residual stress of the adhesion reinforcing film, the following effects can be obtained.
That is, the wear resistance of the tool is improved by the hard coating film having a high compressive residual stress. In addition, since the adhesion strengthening film is set to have a low compressive residual stress, the effect of improving the adhesion strength of the hard coating film to the tool substrate can be obtained. Furthermore, the adhesion enhancing film acts as a tough buffer layer between the tool substrate and the hard coating film. Therefore, peeling of the hard coating film is remarkably prevented.
また付着強化膜は、上述した付着強度向上の効果を奏しつつも、いわゆる金属層ではない。従って、付着強化膜自体の耐摩耗性が確保される。また、付着強化膜と硬質被覆膜の熱膨張係数差を小さく抑えることが容易であり、硬質被覆膜の剥離を防止する効果が安定的に得られる。 Further, the adhesion reinforcing film is not a so-called metal layer while exhibiting the above-described effect of improving the adhesion strength. Therefore, the wear resistance of the adhesion reinforcing film itself is ensured. Moreover, it is easy to suppress the difference in thermal expansion coefficient between the adhesion reinforcing film and the hard coating film, and the effect of preventing the peeling of the hard coating film can be stably obtained.
また本発明では、硬質被覆膜を成膜するにあたって、膜の内部の圧縮残留応力を一定に設定することができる。つまり、硬質被覆膜の成膜中に、バイアス電圧等の成膜条件を変更しないで成膜できる。このため、硬質被覆膜の結晶成長や結晶性を均一化でき、粒径の制御を精度よく行うことが可能である。
従って、高性能で工具寿命の長い、品質の安定した製品(切削工具)を、継続的に(安定的に)得ることができる。
In the present invention, when the hard coating film is formed, the compressive residual stress inside the film can be set constant. That is, the film formation can be performed without changing the film formation conditions such as the bias voltage during the formation of the hard coating film. For this reason, the crystal growth and crystallinity of the hard coating film can be made uniform, and the particle size can be controlled with high accuracy.
Therefore, a product (cutting tool) with high performance and long tool life and stable quality can be obtained continuously (stably).
以上より、本発明によれば、金属からなる中間層を設けることなく、硬質被覆膜の工具基材に対する付着強度を向上できるとともに、硬質被覆膜の品質を安定化できるのである。 As described above, according to the present invention, the adhesion strength of the hard coating film to the tool substrate can be improved and the quality of the hard coating film can be stabilized without providing an intermediate layer made of metal.
また、前記硬質被覆膜は、圧縮残留応力が一定に設定される。 The front Symbol hard coating is compressive residual stress Ru is set to a constant.
硬質被覆膜を成膜するときに、バイアス電圧等の成膜条件を変更する必要がない。従って、硬質被覆膜の品質を安定化できる。 When forming the hard substance coating film, it is not necessary to change the film formation conditions of the bias voltage or the like. Therefore, the quality of the hard coating film can be stabilized.
また、前記付着強化膜は、圧縮残留応力が一定に設定される。 The front Symbol adhesion reinforcing layer is compressive residual stress Ru is set to a constant.
付着強化膜を成膜するときに、バイアス電圧等の成膜条件を変更する必要がない。従って、付着強化膜の品質を安定化できる。 When the formation of the attached adhesive reinforced membrane, there is no need to change the conditions for forming the bias voltage, and the like. Therefore, the quality of the adhesion enhancing film can be stabilized.
また、本発明の切削工具において、前記硬質被覆膜と前記付着強化膜が、同一の材料成分からなることとしてもよい。 In the cutting tool of the present invention, the hard coating film and the adhesion reinforcing film may be made of the same material component.
この場合、硬質被覆膜と付着強化膜の成膜処理を共通化しやすくなるので、安価に効率よく成膜することが可能になる。 In this case, since it becomes easy to make the film-forming process of a hard coating film and an adhesion reinforcement film common, it becomes possible to form a film efficiently at low cost.
また、本発明の切削工具において、前記硬質被覆膜と前記付着強化膜が、異なる材料成分からなることとしてもよい。 In the cutting tool of the present invention, the hard coating film and the adhesion reinforcing film may be made of different material components.
この場合、様々な材料を組み合わせることができるので、硬質被覆膜と付着強化膜の成膜の自由度が大きくなる。
また、本発明の切削工具において、前記付着強化膜は、(Al 1−X Ti X )N(X値は原子比)、TiSiN、及びAlCrNのいずれかであることとしてもよい。
また、本発明の切削工具において、前記硬質被覆膜は、(Al 1−Y−Z Ti Y Si Z )N(Y値、Z値は原子比)、(Al 1−X Ti X )N(X値は原子比)、TiSiN、及びAlCrNのいずれかであることとしてもよい。
In this case, since various materials can be combined, the degree of freedom in forming the hard coating film and the adhesion reinforcing film is increased.
In the cutting tool of the present invention, the adhesion reinforcing film may be any one of (Al 1-X Ti X ) N (X value is an atomic ratio), TiSiN, and AlCrN.
Further, in the cutting tool of the present invention, the hard coating film, (Al 1-Y-Z Ti Y Si Z) N (Y value, Z value atom ratio), (Al 1-X Ti X) N ( The X value may be any of atomic ratio), TiSiN, and AlCrN.
本発明の切削工具によれば、金属からなる中間層を設けることなく、硬質被覆膜の工具基材に対する付着強度を向上できるとともに、硬質被覆膜の品質を安定化できる。 According to the cutting tool of the present invention, the adhesion strength of the hard coating film to the tool substrate can be improved and the quality of the hard coating film can be stabilized without providing an intermediate layer made of metal.
以下、本発明の一実施形態に係る切削工具1について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る切削工具1の要部(硬質被覆体3近傍)を示す縦断面図である。
切削工具1は、例えば、炭素鋼等の金属材料からなる被削材に穴開け加工を行うドリル、正面削り加工や肩削り加工等を行うエンドミル、及び、周面加工や端面加工等を行うバイト等である。或いは、例えばフライスカッター等の刃先交換式切削工具において、ホルダに着脱可能に装着される切削インサート(切削工具1)であってもよい。
切削工具1は、少なくとも工具基材2における被削材との接触箇所(つまり切れ刃や該切れ刃領域を含む刃部)に、表面被覆が施された表面被覆切削工具である。
Hereinafter, a cutting tool 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part (near the hard covering 3) of a cutting tool 1 according to an embodiment of the present invention.
The cutting tool 1 includes, for example, a drill that drills a workpiece made of a metal material such as carbon steel, an end mill that performs face machining or shoulder machining, and a bit that performs circumferential machining or end machining. Etc. Alternatively, for example, a cutting insert (cutting tool 1) that is detachably attached to a holder in a cutting edge exchangeable cutting tool such as a milling cutter may be used.
The cutting tool 1 is a surface-coated cutting tool in which a surface coating is applied to at least a contact portion of the
図1に示すように、切削工具1は、cBN(cubic boron nitride、立方晶窒化ホウ素)焼結体である工具基材2と、工具基材2の表面2aに形成された硬質被覆体3と、を備える。
As shown in FIG. 1, a cutting tool 1 includes a
工具基材2は、cBNを20体積%以上有するcBN焼結体からなる。また工具基材2は、バインダーがセラミックス及び金属からなる。
The
硬質被覆体3は、付着強化膜11と硬質耐熱被膜(硬質被覆膜)12が積層されて形成されている。硬質被覆体3は、工具基材2の表面2aに、付着強化膜11と硬質耐熱被膜12が一層ずつそれぞれ成膜されて形成されている。
The
付着強化膜11は、工具基材2の表面2aに直接成膜されており、例えば0.5〜10μmの平均膜厚を有している。付着強化膜11は、工具基材2と硬質耐熱被膜12の間に設けられる。
付着強化膜11は、少なくともTi又はAlを含む炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物のいずれかからなる。付着強化膜11は、いわゆる金属層ではない。具体的には、付着強化膜11は、例えばAl60Ti40Nや、Ti50Al50N等からなる。
付着強化膜11は、例えば、上記以外の(Al1−XTiX)N(X値は原子比)や、TiSiN、AlCrN等であってもよい。
The adhesion reinforcing film 11 is directly formed on the
The adhesion reinforcing film 11 is made of any one of carbide, nitride, carbonitride, and oxide containing at least Ti or Al. The adhesion reinforcing film 11 is not a so-called metal layer. Specifically, the adhesion reinforcing film 11 is made of, for example, Al 60 Ti 40 N, Ti 50 Al 50 N, or the like.
The adhesion strengthening film 11 may be, for example, (Al 1-X Ti X ) N (X value is an atomic ratio) other than the above, TiSiN, AlCrN, or the like.
硬質耐熱被膜(硬質被覆膜)12は、付着強化膜11の表面に成膜されており、例えば0.5〜10μmの平均膜厚を有している。硬質耐熱被膜12は、切削工具1の外部に露出して、被削材に接触する。
硬質耐熱被膜12は、少なくともTi又はAlを含む炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物のいずれかからなる。硬質耐熱被膜12は、いわゆる金属層ではない。具体的には、硬質耐熱被膜12は、例えばAl54Ti41Si5Nや、Ti50Al50N等からなる。
硬質耐熱被膜12は、例えば、上記以外の(Al1−Y−ZTiYSiZ)N(Y値、Z値は原子比)、(Al1−XTiX)N(X値は原子比)や、TiSiN、AlCrN等であってもよい。
The hard heat-resistant film (hard coating film) 12 is formed on the surface of the adhesion reinforcing film 11 and has an average film thickness of, for example, 0.5 to 10 μm. The hard heat-
The hard heat-
Hard
硬質耐熱被膜12と付着強化膜11は、同一の材料成分からなることとしてもよい。或いは、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11は、異なる材料成分からなることとしてもよい。
The hard heat
付着強化膜11と硬質耐熱被膜12は、いずれも膜の内部に圧縮応力が残留するように成膜される。付着強化膜11と硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力(内部応力)は、互いに異なる大きさに設定される。
Both the adhesion reinforcing film 11 and the hard heat-
そして、硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力が、付着強化膜11の圧縮残留応力よりも高くなっている。具体的には、硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力と付着強化膜11の圧縮残留応力とが、1GPa以上の応力差を有するように、付着強化膜11の圧縮残留応力に対して硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力が高く設定される。
The compressive residual stress of the hard heat
付着強化膜11の圧縮残留応力と硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力は、それぞれ一定になるように設定される。
言い換えれば、付着強化膜11と硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力は、膜厚方向(工具基材2の表面2aから硬質耐熱被膜12の表面に向かう方向)において、それぞれ変化しない。つまり、膜厚方向において、圧縮残留応力が徐々に変化することはない。
付着強化膜11と硬質耐熱被膜12は、圧縮残留応力がそれぞれ一定となるように成膜されるので、安定した膜となる。また、成膜が容易となるので、膜の品質が良好になる。
The compressive residual stress of the adhesion strengthening film 11 and the compressive residual stress of the hard heat
In other words, the compressive residual stresses of the adhesion reinforcing film 11 and the hard heat
The adhesion strengthening film 11 and the hard heat-
硬質被覆体3は、例えば以下の手順で工具基材2の表面2aに成膜される。
アークイオンプレーティング装置を用い、その炉内に工具基材2を配設し、炉内をヒータ等の加熱手段により500〜600℃程度の温度に加熱する。
そして、所定組成のAl−Ti合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100〜200Aの条件でアーク放電を発生させる。同時に、反応ガスとして窒素ガス(N2)を炉内に導入して圧力:2.5〜10.0Paの反応雰囲気とし、工具基材2にバイアス電圧:−10〜−50Vを印加する。尚、成膜中にバイアス電圧は変化させない。
これにより、工具基材2の表面2aに、(Al,Ti)Nからなる付着強化膜11を蒸着形成する。
The
Using the arc ion plating apparatus, the
Then, arc discharge is generated under the condition of current: 100 to 200 A between the cathode electrode (evaporation source) on which the Al—Ti alloy having a predetermined composition is set and the anode electrode. At the same time, nitrogen gas (N 2 ) is introduced as a reaction gas into the furnace to form a reaction atmosphere at a pressure of 2.5 to 10.0 Pa, and a bias voltage of −10 to −50 V is applied to the
As a result, the adhesion reinforcing film 11 made of (Al, Ti) N is deposited on the
次いで、所定組成のAl−Ti合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100〜200Aの条件でアーク放電を発生させる。同時に、反応ガスとして窒素ガス(N2)を炉内に導入して圧力:2.5〜10.0Paの反応雰囲気とし、工具基材2にバイアス電圧:−30〜−100Vを印加する。それ以外の条件については、上述の付着強化膜11の成膜条件と同じとする。尚、成膜中にバイアス電圧は変化させない。
これにより、付着強化膜11の表面に、(Al,Ti)Nからなる硬質耐熱被膜12を蒸着形成する。
Next, arc discharge is generated under the condition of current: 100 to 200 A between the cathode electrode (evaporation source) on which the Al—Ti alloy having a predetermined composition is set and the anode electrode. At the same time, nitrogen gas (N 2 ) is introduced as a reaction gas into the furnace to form a reaction atmosphere at a pressure of 2.5 to 10.0 Pa, and a bias voltage of −30 to −100 V is applied to the
As a result, a hard heat-
尚、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の平均膜厚については、装置の稼働時間等により制御可能である。例えば、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の平均膜厚を、それぞれ1μmにすることができる。この場合、硬質被覆体3の膜厚は2μmであり、硬質耐熱被膜12の平均膜厚と付着強化膜11の平均膜厚とは、互いに略同一である。或いは、硬質耐熱被膜12の平均膜厚を2.0μmとし、付着強化膜11の平均膜厚を0.5μmとして、硬質耐熱被膜12の平均膜厚が付着強化膜11の平均膜厚よりも厚くなるようにしてもよい。
In addition, about the average film thickness of the hard heat
以上説明したように、切削工具1は、cBN焼結体である工具基材2と、工具基材2の表面2aに成膜される付着強化膜11と、付着強化膜11の表面に成膜される硬質耐熱被膜12と、を備える。硬質耐熱被膜12と付着強化膜11は、それぞれ、少なくともTi又はAlを含む炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物のいずれかからなる。
そして、硬質耐熱被膜12の圧縮残留応力が付着強化膜11の圧縮残留応力よりも高くなるように設定される。
As described above, the cutting tool 1 is formed on the
The compressive residual stress of the hard heat
このため、本実施形態の切削工具1によれば、圧縮残留応力が高く設定された硬質耐熱被膜12により、工具の耐摩耗性が向上する。また、付着強化膜11は、圧縮残留応力が低く設定されるので、工具基材2に対する硬質耐熱被膜12の付着強度を向上させる作用効果が得られる。さらに付着強化膜11は、工具基材2と硬質耐熱被膜12の間において靱性のある緩衝層として作用する。従って、硬質耐熱被膜12の剥離が顕著に防止される。
For this reason, according to the cutting tool 1 of the present embodiment, the wear resistance of the tool is improved by the hard heat
また付着強化膜11は、上述した付着強度向上の効果を奏しつつも、いわゆる金属層ではない。従って、付着強化膜11自体の耐摩耗性が確保される。また、付着強化膜11と硬質耐熱被膜12の熱膨張係数差を小さく抑えることが容易であり、硬質耐熱被膜12の剥離を防止する効果が安定的に得られる。
Further, the adhesion reinforcing film 11 is not a so-called metal layer while exhibiting the above-described effect of improving the adhesion strength. Therefore, the wear resistance of the adhesion reinforcing film 11 itself is ensured. Moreover, it is easy to suppress the difference in thermal expansion coefficient between the adhesion reinforcing film 11 and the hard heat
以上より、本実施形態によれば、金属からなる中間層を設けることなく、硬質耐熱被膜12の工具基材2に対する付着強度を向上できるとともに、硬質耐熱被膜12の品質(ひいては硬質耐熱被膜12及び付着強化膜11を含む硬質被覆体3全体の品質)を、顕著に安定化できるのである。
As described above, according to the present embodiment, the adhesion strength of the hard heat-
また本実施形態では、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11を成膜するにあたって、各膜の内部の圧縮残留応力を、それぞれ一定に設定している。つまり、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の各成膜中に、バイアス電圧等の成膜条件を変更することなく、それぞれ成膜している。このため、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の結晶成長や結晶性を均一化でき、粒径の制御を精度よく行うことが可能になる。つまり、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の品質を、それぞれ安定化できる。
従って、高性能で工具寿命の長い、品質の安定した製品(切削工具1)を、継続的に(安定的に)得ることができる。
In the present embodiment, when the hard heat
Therefore, a product (cutting tool 1) with high performance and long tool life and stable quality can be obtained continuously (stably).
また、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11が、同一の材料成分からなる場合には、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の成膜処理を共通化しやすくなるので、安価に効率よく成膜することが可能になる。
また、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11が、異なる材料成分からなる場合には、様々な材料を組み合わせることができるので、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の成膜の自由度が大きくなる。
Further, when the hard heat
Further, when the hard heat
尚、上述した効果は、炭素鋼を被削材に用いた場合は勿論のこと、被削材として炭素鋼以外の材料を用いた場合にも、硬質被覆体3の摩耗や剥離を確実に抑制することができ、工具寿命を延長できる。
例えば、ドリル(切削工具1)のマージン部分を硬質被覆体3により被覆した場合は、被削材として炭素鋼以外の材料を用いる際には勿論のこと、被削材に炭素鋼を用いる際においても、マージン摩耗を顕著に抑制することができ、工具寿命が延長される。
In addition, the above-mentioned effect reliably suppresses wear and peeling of the
For example, when the margin part of a drill (cutting tool 1) is covered with the
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、前述の実施形態では、硬質被覆体3が、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11を一層ずつ積層して形成された構成について説明したが、これに限定されるものではない。
すなわち、硬質被覆体3が、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11を交互に複数層積層して形成されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
That is, the
また、硬質被覆体3とは別個に、硬質被覆体3の表面に、硬質耐熱被膜12や付着強化膜11よりも薄い層厚の外観装飾用の有色層(化粧層)を設けてもよい。
In addition to the
また、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の膜厚や内部応力(圧縮残留応力)の差は、前述の実施形態で説明したものに限定されず、適宜変更することができる。
また、硬質耐熱被膜12と付着強化膜11の各材料成分についても、前述の実施形態で説明した一例に限定されるものではない。
Further, the difference in film thickness and internal stress (compressive residual stress) between the hard heat
In addition, the material components of the hard heat
その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及び尚書き等で説明した各構成(構成要素)を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 In addition, in the range which does not deviate from the meaning of this invention, you may combine each structure (component) demonstrated by the above-mentioned embodiment, a modified example, a note, etc., addition of a structure, omission, substitution, others It can be changed. Further, the present invention is not limited by the above-described embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to this embodiment.
[耐剥離性確認試験]
本発明の実施例1〜3として、前述した実施形態の切削工具1(バイト)を用いて鉄鋼部材(被削材)の切削を行った。また、比較例1〜5として、以下の工具を用いて、切削工具1(実施例1〜3)と同一条件で鉄鋼部材の切削を行った。
そして、硬質被覆体3に剥離が生じるまでの時間(加工時間)を比較した。
[Peeling resistance confirmation test]
As Examples 1 to 3 of the present invention, a steel member (workpiece) was cut using the cutting tool 1 (bite) of the above-described embodiment. Moreover, as comparative examples 1-5, the steel member was cut on the same conditions as the cutting tool 1 (Examples 1-3) using the following tools.
And the time until peeling occurred in the hard covering 3 (processing time) was compared.
<切削工具>
工具基材2については、すべて前述の実施形態で説明したcBN焼結体である。硬質被覆体3については、下記の通りである。
[実施例1]
硬質被覆体3
付着強化膜11:Ti50Al50N (圧縮残留応力:低い)
硬質耐熱被膜12:Ti50Al50N (圧縮残留応力:高い)
[実施例2]
硬質被覆体3
付着強化膜11:Al60Ti40N (圧縮残留応力:低い)
硬質耐熱被膜12:Al54Ti41Si5N (圧縮残留応力:高い)
[実施例3]
硬質被覆体3
付着強化膜11:Al70Cr30N (圧縮残留応力:低い)
硬質耐熱被膜12:Ti95Si5N (圧縮残留応力:高い)
[比較例1]
硬質被覆体
付着強化膜:なし
硬質耐熱被膜:Ti50Al50N (圧縮残留応力:低い)
[比較例2]
硬質被覆体
付着強化膜:なし
硬質耐熱被膜:Ti50Al50N (圧縮残留応力:高い)
[比較例3]
硬質被覆体
付着強化膜:Ti50Al50N (圧縮残留応力:高い)
硬質耐熱被膜:Ti50Al50N (圧縮残留応力:低い)
[比較例4]
硬質被覆体
付着強化膜:なし
硬質耐熱被膜:Al54Ti41Si5N (圧縮残留応力:高い)
[比較例5]
硬質被覆体
付着強化膜:なし
硬質耐熱被膜:Ti95Si5N (圧縮残留応力:高い)
<Cutting tools>
All the
[Example 1]
Adhesion strengthening film 11: Ti 50 Al 50 N (compressive residual stress: low)
Hard heat-resistant coating 12: Ti 50 Al 50 N (Compressive residual stress: high)
[Example 2]
Adhesion strengthening film 11: Al 60 Ti 40 N (compressive residual stress: low)
Hard heat-resistant coating 12: Al 54 Ti 41 Si 5 N (Compressive residual stress: high)
[Example 3]
Adhesion strengthening film 11: Al 70 Cr 30 N (compressive residual stress: low)
Hard heat-resistant coating 12: Ti 95 Si 5 N (compressive residual stress: high)
[Comparative Example 1]
Hard coating Adhesion strengthening film: None Hard heat-resistant coating: Ti 50 Al 50 N (Compressive residual stress: low)
[Comparative Example 2]
Hard coating Adhesion strengthening film: None Hard heat-resistant coating: Ti 50 Al 50 N (Compressive residual stress: high)
[Comparative Example 3]
Hard coating adhesion strengthening film: Ti 50 Al 50 N (Compressive residual stress: high)
Hard heat-resistant coating: Ti 50 Al 50 N (compressive residual stress: low)
[Comparative Example 4]
Hard coating Adhesion strengthening film: None Hard heat resistant coating: Al 54 Ti 41 Si 5 N (Compressive residual stress: high)
[Comparative Example 5]
Hard coating Adhesion strengthening film: None Hard heat-resistant coating: Ti 95 Si 5 N (Compressive residual stress: high)
<切削対象・切削条件>
被削材:SCr420(硬さ:HRC60)
切削速度:150m/min
送り:0.2mm/rev
切り込み:0.2mm
切削形態:乾式
切削時間:20min
切削方法:外周旋削(丸棒の連続加工)
<Cutting object and cutting conditions>
Work material: SCr420 (Hardness: HRC60)
Cutting speed: 150 m / min
Feed: 0.2mm / rev
Cutting depth: 0.2mm
Cutting form: Dry Cutting time: 20 min
Cutting method: peripheral turning (continuous machining of round bars)
<結果>
図2は、実施例1〜3及び比較例1〜5における硬質被覆体3の耐剥離性確認試験の結果を示すグラフである。グラフの縦軸は、硬質被覆体3に剥離が生じるまでの時間(連続加工時間)を表す。
<Result>
FIG. 2 is a graph showing the results of a peel resistance confirmation test of the hard
図2に示すように、比較例1〜5では、いずれも加工時間が10分程度になると、硬質被覆体に剥離が発生した。
これに対して、実施例1〜3では、加工時間が16分を過ぎても硬質被覆体3に剥離が発生せず、中でも実施例1、2は、加工時間が20分に達しても、硬質被覆体3に剥離は発生せず、さらに切削加工を続行することができる状態にあった。
このように、本発明の切削工具1(実施例1〜3)によれば、比較例1〜5よりも大幅に工具寿命が延長(確保)されることがわかった。
As shown in FIG. 2, in Comparative Examples 1 to 5, peeling occurred in the hard coating when the processing time was about 10 minutes.
On the other hand, in Examples 1-3, peeling does not occur in the
Thus, according to the cutting tool 1 (Examples 1-3) of this invention, it turned out that tool life is extended (secured) significantly compared with Comparative Examples 1-5.
[逃げ面摩耗量確認試験A]
次に、上述した耐剥離性確認試験に用いた本発明の実施例1と同仕様の切削工具1を用意して、本試験の実施例1とし、従来の比較例としては上述した比較例3と同仕様のものを用いて、鉄鋼部材の切削を行い、逃げ面の摩耗量の推移を比較した。
[Flank wear amount confirmation test A]
Next, a cutting tool 1 having the same specifications as that of Example 1 of the present invention used in the above-described peel resistance confirmation test is prepared as Example 1 of this test, and Comparative Example 3 described above as a conventional comparative example. The steel parts were cut using the same specifications as the above, and the changes in the amount of wear on the flank were compared.
<切削対象・切削条件>
被削材:SCr420(硬さ:HRC60)
切削速度:180m/min
送り:0.15mm/rev
切り込み:0.2mm
切削形態:乾式
切削時間:30min
切削方法:外周旋削(丸棒の連続加工)
<Cutting object and cutting conditions>
Work material: SCr420 (Hardness: HRC60)
Cutting speed: 180 m / min
Feed: 0.15mm / rev
Cutting depth: 0.2mm
Cutting form: Dry Cutting time: 30 min
Cutting method: peripheral turning (continuous machining of round bars)
<結果>
この試験の結果を、図3のグラフに示す。グラフの縦軸は、逃げ面の摩耗量を表す。グラフの横軸は、切削時間(連続加工時間)を表す。
<Result>
The results of this test are shown in the graph of FIG. The vertical axis of the graph represents the amount of wear on the flank. The horizontal axis of the graph represents the cutting time (continuous processing time).
図3に示すように、比較例3では、加工時間が増えるに従って逃げ面の摩耗量が徐々に増加し、加工時間が13分になったときに硬質被覆体が剥離して、逃げ面の摩耗量が急激に増加した。
これに対して、実施例1では、加工時間が15分を過ぎ、20分を過ぎ、さらに30分を超えても、硬質被覆体3が剥離することなく、逃げ面の摩耗量は微増する程度であった。そして、さらに切削加工を続行することができる状態にあった。
このように、本発明の切削工具1(実施例1)によれば、比較例3よりも大幅に工具寿命が延長されることがわかった。
As shown in FIG. 3, in Comparative Example 3, the amount of wear on the flank gradually increases as the machining time increases, and when the machining time reaches 13 minutes, the hard covering peels off and wears on the flank. The amount increased rapidly.
On the other hand, in Example 1, even when the processing time exceeds 15 minutes, exceeds 20 minutes, and further exceeds 30 minutes, the
Thus, according to the cutting tool 1 (Example 1) of this invention, it turned out that a tool life is extended significantly compared with the comparative example 3. FIG.
[逃げ面摩耗量確認試験B]
次に、上述した耐剥離性確認試験に用いた本発明の実施例1と同仕様の切削工具1を用意して、本試験の実施例1とし、従来の比較例としては上述した比較例3と同仕様のものを用いて、鉄鋼部材の切削を行い、逃げ面の摩耗量の推移を比較した。
尚、この試験では、上述した逃げ面摩耗量確認試験Aとは異なり、被削材(丸棒)に8本の溝を設けて断続加工を行った。
[Flank wear amount confirmation test B]
Next, a cutting tool 1 having the same specifications as that of Example 1 of the present invention used in the above-described peel resistance confirmation test is prepared as Example 1 of this test, and Comparative Example 3 described above as a conventional comparative example. The steel parts were cut using the same specifications as the above, and the changes in the amount of wear on the flank were compared.
In this test, unlike the above-described flank wear amount confirmation test A, the work material (round bar) was provided with eight grooves to perform intermittent processing.
<切削対象・切削条件>
被削材:SCM415(硬さ:HRC60)
切削速度:150m/min
送り:0.2mm/rev
切り込み:0.2mm
切削形態:乾式
切削時間:10min
切削方法:外周旋削(8本の溝を設けた丸棒の断続加工)
<Cutting object and cutting conditions>
Work material: SCM415 (Hardness: HRC60)
Cutting speed: 150 m / min
Feed: 0.2mm / rev
Cutting depth: 0.2mm
Cutting form: Dry Cutting time: 10 min
Cutting method: peripheral turning (intermittent machining of a round bar with 8 grooves)
<結果>
この試験の結果を、図4のグラフに示す。グラフの縦軸は、逃げ面の摩耗量を表す。グラフの横軸は、切削時間(断続加工時間(つまり被削材の外周に断続的に切り込む加工を連続して行った時間))を表す。
<Result>
The results of this test are shown in the graph of FIG. The vertical axis of the graph represents the amount of wear on the flank. The horizontal axis of the graph represents the cutting time (intermittent processing time (that is, the time during which cutting is intermittently performed on the outer periphery of the work material)).
図4に示すように、比較例3では、加工時間が増えるに従って逃げ面の摩耗量が徐々に増加し、加工時間が6分になったときに硬質被覆体が剥離して、逃げ面の摩耗量が急激に増加した。
これに対して、実施例1では、加工時間が10分を超えても、硬質被覆体3が剥離することなく、逃げ面の摩耗量は微増する程度であった。そして、さらに切削加工を続行することができる状態にあった。
このように、本発明の切削工具1(実施例1)によれば、比較例3よりも大幅に工具寿命が延長されることがわかった。
As shown in FIG. 4, in Comparative Example 3, the amount of wear on the flank gradually increases as the machining time increases, and when the machining time reaches 6 minutes, the hard covering peels off and wears on the flank. The amount increased rapidly.
On the other hand, in Example 1, even when the processing time exceeded 10 minutes, the
Thus, according to the cutting tool 1 (Example 1) of this invention, it turned out that a tool life is extended significantly compared with the comparative example 3. FIG.
1 切削工具
2 工具基材
3 硬質被覆体
11 付着強化膜
12 硬質耐熱被膜(硬質被覆膜)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記工具基材の表面に積層されて形成された付着強化膜と硬質被覆膜と、を備え、
前記付着強化膜は、少なくともTi又はAlを含む窒化物からなり、
前記硬質被覆膜は、前記付着強化膜の表面に成膜されており、少なくともTi又はAlを含む窒化物からなり、
前記工具基材の表面に、前記付着強化膜と前記硬質被覆膜が一層ずつそれぞれ形成され、又は交互に複数層積層して形成され、
前記付着強化膜は、圧縮残留応力が一定に設定され、
前記硬質被覆膜は、圧縮残留応力が一定に設定され、
前記硬質被覆膜の圧縮残留応力が、前記付着強化膜の圧縮残留応力よりも高いことを特徴とする切削工具。 a tool substrate which is a cBN sintered body;
An adhesion reinforcing film formed on the surface of the tool base material and a hard coating film,
The adhesion reinforcing film is made of a nitride containing at least Ti or Al,
The hard coating film is formed on the surface of the adhesion reinforcing film, and is made of a nitride containing at least Ti or Al,
On the surface of the tool base, the adhesion reinforcing film and the hard coating film are each formed one by one, or are formed by alternately laminating a plurality of layers,
The adhesion reinforcing film is set to have a constant compressive residual stress,
The hard coating film is set to have a constant compressive residual stress,
A cutting tool, wherein the compressive residual stress of the hard coating film is higher than the compressive residual stress of the adhesion reinforcing film.
前記硬質被覆膜と前記付着強化膜が、同一の材料成分からなることを特徴とする切削工具。 The cutting tool according to claim 1,
The cutting tool, wherein the hard coating film and the adhesion reinforcing film are made of the same material component.
前記硬質被覆膜と前記付着強化膜が、異なる材料成分からなることを特徴とする切削工具。 The cutting tool according to claim 1 ,
The cutting tool, wherein the hard coating film and the adhesion reinforcing film are made of different material components.
前記付着強化膜は、(Al1−XTiX)N(X値は原子比)、TiSiN、及びAlCrNのいずれかであることを特徴とする切削工具。 The cutting tool according to any one of claims 1 to 3,
The adhesion reinforcing layer is a cutting tool, characterized in that (Al 1-X Ti X) N (X value atomic ratio), is either TiSiN, and AlCrN.
前記硬質被覆膜は、(Al1−Y−ZTiYSiZ)N(Y値、Z値は原子比)、(Al1−XTiX)N(X値は原子比)、TiSiN、及びAlCrNのいずれかであることを特徴とする切削工具。 The cutting tool according to any one of claims 1 to 4,
The hard coating film includes (Al 1-YZ Ti Y Si Z ) N (Y value, Z value is an atomic ratio), (Al 1-X Ti X ) N (X value is an atomic ratio), TiSiN, And a cutting tool characterized by being any one of AlCrN.
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