JP2007296635A - Throw-away tip and method of manufacturing throw-away tip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面にコーティング層を被覆したスローアウェイチップに関し、その中でも特に、切刃にホーニングを施したスローアウェイチップに関する。 The present invention relates to a throw-away tip whose surface is coated with a coating layer, and in particular, to a throw-away tip in which a cutting blade is honed.
従来より、スローアウェイチップの切刃形状として、切刃強度を高めるために切刃先端にチャンファホーニング又はRホーニング加工を施すことが行われている。さらに、前述のホーニング加工の後、かかるスローアウェイチップの耐摩耗性を高めるために、超硬合金やサーメット母材の少なくとも切刃表面に、CVD法やPVD法等の気相合成法によってコーティング層を形成することが行われている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記従来のホーニング加工を施し、かつコーティング層を被覆したスローアウェイチップでは、切刃強度は向上するもののコーティング層の付着強度が不十分なために、特に鋳物の断続切削等の強い衝撃がかかる加工においてはホーニングの終端部分でコーティング層の剥離が生じて微小チッピングが発生してしまい、チップの寿命に限界があった。 However, in the throw-away tip that has been subjected to the conventional honing process and coated with the coating layer, although the cutting edge strength is improved, the adhesion strength of the coating layer is insufficient. In such processing, the coating layer peels off at the end portion of the honing and microchipping occurs, which limits the life of the chip.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、切刃の耐チッピング性を著しく向上しうるスローアウェイチップを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a throw-away tip that can remarkably improve the chipping resistance of a cutting blade.
本発明者らは、上記課題について検討した結果、コーティング層を成膜する前のホーニング処理方法を改良する等によって、切刃のホーニング終端領域におけるコーティング層の付着強度を高めることができる結果、切刃に発生する微小チッピングを効果的に抑制して、スローアウェイチップの耐チッピング性を向上できることを知見した。 As a result of studying the above problems, the present inventors have been able to increase the adhesion strength of the coating layer in the honing termination region of the cutting edge by improving the honing treatment method before forming the coating layer. It has been found that the chipping resistance of the throw-away tip can be improved by effectively suppressing the minute chipping generated on the blade.
すなわち、本発明のスローアウェイチップは、略平板状を呈するとともにすくい面をなす主面および逃げ面をなす側面との交差稜部分に形成された切刃を有した母材と、該母材表面に被覆されたコーティング層と、を備えたスローアウェイチップであって、
前記切刃のすくい面から逃げ面にわたってホーニングを設けるとともに、前記逃げ面のホーニング終端から前記すくい面から離間する方向に延びるホーニング下端領域における前記コーティング層の付着強度が前記逃げ面の中央部における前記コーティング層の付着強度よりも高いことを特徴とするものである。
That is, the throw-away tip of the present invention has a base material having a cutting edge formed at an intersecting ridge portion with a main surface forming a rake face and a side surface forming a flank surface, and having a substantially flat plate shape, and the surface of the base material A throw-away tip comprising a coating layer coated with
The honing is provided from the rake face to the flank face of the cutting blade, and the adhesion strength of the coating layer in the honing lower end region extending in a direction away from the rake face from the honing end of the flank face is determined at the central portion of the flank face. It is characterized by being higher than the adhesion strength of the coating layer.
ここで、前記ホーニング下端領域は、前記逃げ面のホーニング終端から前記すくい面からの高さが1mmまでの幅領域であることが望ましい。 Here, the honing lower end region is preferably a width region in which the height from the honing end of the flank to the rake surface is 1 mm.
さらに、前記ホーニングは、すくい面側のホーニング幅aが0.01〜0.2mmであり、かつ、逃げ面側のホーニング幅bが0.005〜0.08mmであることが望ましい。 Further, the honing preferably has a honing width a on the rake face side of 0.01 to 0.2 mm and a honing width b on the flank face side of 0.005 to 0.08 mm.
また、本発明のスローアウェイチップの製造方法は、略平板状を呈する母材のすくい面をなす主面および逃げ面をなす側面との交差稜部分を、固定冶具から1.1mm以上突出させた状態で、前記すくい面側からゴム部材内に砥粒を分散させたグレードG200以上の砥石を載置して2〜4kg/cm2の圧力をかけながら2〜10秒間砥石を回転させることによってRホーニングを施した後、該母材表面にコーティング層を成膜する工程とを具備することを特徴とするものである。 Further, in the method for manufacturing the throw-away tip of the present invention, the intersecting ridge portion between the main surface forming the rake face and the side surface forming the flank face of the base material having a substantially flat plate shape is projected from the fixing jig by 1.1 mm or more. In this state, by placing a grindstone of grade G200 or higher in which abrasive grains are dispersed in the rubber member from the rake face side and rotating the grindstone for 2 to 10 seconds while applying a pressure of 2 to 4 kg / cm 2 , R A step of forming a coating layer on the surface of the base material after honing.
ここで、前記コーティング層を成膜した後に、前記Rホーニングを施した部分の前記コーティング層を前記すくい面側から前記Rホーニングすることによって、前記Rホーニングを施した部分の前記コーティング層の最上層の厚みが他の部分に対して薄くする工程、または、前記コーティング層を成膜した後に、前記Rホーニングを施した部分の前記コーティング層を前記すくい面側から前記Rホーニングすることによって、前記Rホーニングを施した部分の前記コーティング層の最上層を除去する工程をさらに具備することが望ましい。 Here, after forming the coating layer, the R layer is subjected to the R honing from the rake face side to form the uppermost layer of the coating layer in the portion subjected to the R honing. Reducing the thickness of the other portion relative to the other portion, or after forming the coating layer, the R-honed portion of the R-honed portion of the coating layer is R-honed from the rake face side. It is desirable to further include a step of removing the uppermost layer of the coating layer in the portion subjected to the honing.
本発明のスローアウェイチップによれば、コーティング層を成膜する前のホーニング処理方法を改良する等によって、切刃のホーニング終端部から始まり、前記すくい面から離間する方向に延びるホーニング下端領域におけるコーティング層の付着強度を高めることができる結果、切刃に発生する微小チッピングを効果的に抑制して、スローアウェイチップの耐チッピング性を向上できる。 According to the throw-away tip of the present invention, the coating in the lower end region of the honing starting from the honing end portion of the cutting edge and extending in the direction away from the rake face by improving the honing treatment method before forming the coating layer, etc. As a result of increasing the adhesion strength of the layer, it is possible to effectively suppress minute chipping generated on the cutting edge and improve chipping resistance of the throw-away tip.
また本発明のスローアウェイチップの製造方法によれば、切刃のホーニング終端部から始まり、前記すくい面から離間する方向に延びるホーニング下端領域におけるコーティング層の付着強度を高めることにより、前記幅領域におけるコーティング層の剥離が抑制され、それにより耐チッピング性が向上したスローアウェイチップを製造することが出来る。 Further, according to the throwaway tip manufacturing method of the present invention, by increasing the adhesion strength of the coating layer in the honing lower end region starting from the honing end portion of the cutting edge and extending in the direction away from the rake face, It is possible to manufacture a throw-away tip with suppressed peeling of the coating layer and thereby improved chipping resistance.
本発明のスローアウェイチップ(以下、単にチップと略す。)について、その要部模式図である図1を基に説明する。 The throw-away tip (hereinafter simply referred to as a tip) of the present invention will be described with reference to FIG.
図1によれば、チップ1は、主面が略平板状を呈する母材2のすくい面3をなす主面および逃げ面4をなす側面との交差稜部分に切刃5を形成し、かつ母材2表面にコーティング層6を被覆し、切刃5のすくい面3から逃げ面4にわたってホーニング部8を設けてなる。
According to FIG. 1, the chip 1 has a cutting edge 5 formed at a crossing ridge portion between a main surface forming the rake face 3 and a side surface forming the flank 4 of the
本発明によれば、逃げ面3のホーニング終端から、すくい面3から離間する方向に延びるホーニング下端領域(以下、単に領域Aと略す。)におけるコーティング層6の付着強度が、逃げ面4の中央部Bにおける付着強度よりも高いことが大きな特徴であり、これによって、切削時に領域A、その中でも特にコーティング層6の剥離による微小チッピングが発生しやすい切刃稜線となるホーニング部8の終端付近でのコーティング層6の付着力を向上させてコーティング層6の剥離を防止することができることから、切刃の耐欠損性および耐摩耗性を著しく向上させることができ、チップ1の寿命を延命できる。
According to the present invention, the adhesion strength of the coating layer 6 in the honing lower end region (hereinafter, simply referred to as region A) extending in the direction away from the rake surface 3 from the honing end of the flank 3 is the center of the flank 4. It is a great feature that it is higher than the adhesion strength in the part B, and this makes it possible to use the region A, especially in the vicinity of the end of the
尚、本発明における付着強度とは、コーティング層6表面をロードセルでこすってコーティング層6の剥離する強度を測定する、いわゆるスクラッチ試験にて測定したコーティング層6の付着強度を指す。 The adhesion strength in the present invention refers to the adhesion strength of the coating layer 6 measured by a so-called scratch test in which the surface of the coating layer 6 is rubbed with a load cell and the strength at which the coating layer 6 is peeled off is measured.
ここで、コーティング層6の付着強度の改善については、切刃稜線であるホーニング部8の終端近傍について行うことで効果を発揮するが、前記領域Aにおいてホーニング終端とは反対側の端の位置はすくい面3からの高さHが1mmまでであれば、コストがかさんだりホーニング時間がかかったりすることを抑制できるためより望ましい。
Here, the improvement of the adhesion strength of the coating layer 6 is effective by performing in the vicinity of the end of the
また、本発明によれば、ホーニング部8はRホーニングのみであっても良いが、切刃5の切れ味を高める点で図1のようなチャンファホーニングであることが望ましい。
Further, according to the present invention, the
さらに、領域Aにおけるホーニング部8とコーティング層6との界面の算術平均粗さ(Ra)は、領域Aでのコーティング層6の付着強度を高めるために、1μm以下、特に0.1〜0.5μmであることが望ましい。なお、上記凹凸はホーニング部8とコーティング層6との界面を含む任意部の断面SEM写真における前記界面での凹凸の差の最大値を指す。なお、逃げ面4中央部の表面粗さは算術平均粗さ(Ra)で0.5〜2μm、特に0.6〜1.5μmであることが望ましい。
Further, the arithmetic average roughness (Ra) of the interface between the
さらに、コーティング層6の剥離を防止するとともにチップ1の耐摩耗性を抑制するために、逃げ面中央部におけるコーティング層6の総膜厚は、0.2〜20μm、特に1〜15μmであることが望ましい。 Furthermore, in order to prevent peeling of the coating layer 6 and to suppress the wear resistance of the chip 1, the total film thickness of the coating layer 6 at the center portion of the flank is 0.2 to 20 μm, particularly 1 to 15 μm. Is desirable.
一方、本発明において、母材2は、超硬合金、サーメットまたはセラミックのいずれも適応可能であるが、中でもコーティング層6との付着強度の点で超硬合金に対して最も好適に適応可能である。
On the other hand, in the present invention, the
他方、コーティング層6に関しては、CVD法またはPVD法によって形成されたTiC、TiCN、TiN、(TiM)N(ただし、MはAl、Si、Zr及びCrの群から選ばれる少なくとも1種)、Al2O3、ダイヤモンド(PCD、DLCを含む)及びcBNの群から選ばれる少なくとも1層またはこれらの複層が適応可能であるが、中でも付着強度の点でCVD法によって形成されたコーティング層が最も有効である。 On the other hand, for the coating layer 6, TiC, TiCN, TiN, (TiM) N (wherein M is at least one selected from the group of Al, Si, Zr and Cr) formed by CVD or PVD, Al At least one layer selected from the group consisting of 2 O 3 , diamond (including PCD and DLC) and cBN or a multilayer of these can be applied, but the coating layer formed by the CVD method is the most preferable in terms of adhesion strength. It is valid.
次に、上述した本発明のチップ1を製造する方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the above-described chip 1 of the present invention will be described.
まず、略平板状の母材2を作製し、母材2の切刃5をなす部分にRホーニングを施す。
First, a substantially
ここで、Rホーニングを施すには、図2(a)に示すように、まず、母材2のすくい面3が加工面となるように配置し、母材2の逃げ面4側を固定冶具11にて固定する。この時、本発明によれば、母材2を固定冶具から突き出させる突き出し量hを従来の切刃直下のみでなく、すくい面から1.1mm以上でチップ逃げ面の約1/3の高さまで突き出させることが重要であり、これと下記ホーニング条件を制御することによって、前記領域Aにおけるコーティング層の付着強度を高めることができる結果、チップの耐欠損性を向上させることができる。
Here, in order to perform R honing, as shown in FIG. 2 (a), first, the rake face 3 of the
そして、Rホーニングを施す方法としては、チップのすくい面側にゴム部材内に砥粒を分散させたグレードG200以上の砥石12を載置して2〜4kg/cm2の圧力をかけながら2〜10秒間砥石を回転させる方法によって、切刃5をR形状に削りながら、同時にその直下の逃げ面部分を実質的には削らないが撫でる様に加工することができる。これによって、撫でる様に加工した部分は極わずかに研磨されることによって表面粗さがコーティングの付着力が向上する範囲に改善されるとともに、母材のフレッシュな面が露出することから、後に被覆されたコーティング層におけるかかる部分の付着力が向上して前記領域Aにおけるコーティング層の付着強度およびチップの耐欠損性を向上させることができる。
As a method of performing R honing, a grinding
ここで、Rホーニングでの研磨量は、切刃5の耐摩耗性と耐欠損性との両立を図るために、例えば、すくい面側でa=0.01〜0.2mm、逃げ面側でb=0.005〜0.08mm程度が望ましい。すなわち、Rホーニングの研磨量が上記範囲を超えると前記領域Aが研磨されすぎてコーティング層の付着力が低下する。 Here, the amount of polishing by R honing is, for example, a = 0.01 to 0.2 mm on the rake face side and flank face side in order to achieve both wear resistance and fracture resistance of the cutting edge 5. It is desirable that b = 0.005 to 0.08 mm. That is, when the polishing amount of R honing exceeds the above range, the region A is excessively polished and the adhesion of the coating layer is reduced.
次に、所望により、切刃5の切れ味をも高めるために上記Rホーニング部に、さらにチャンファホーニングを施す。図2(b)に示すように、まず、チップ1を固定冶具15によって特定の角度θとなるように配置した状態でホーニングを施す切刃5を突き出させ、切刃5を回転する砥石16に当てて研磨する。なお、切刃5の研磨量は切刃5の研磨状態を顕微鏡で観察しながら制御すればよい。
Next, in order to enhance the sharpness of the cutting blade 5, if desired, the R honing portion is further subjected to chamfer honing. As shown in FIG. 2 (b), first, the cutting blade 5 for honing is protruded in a state in which the chip 1 is arranged at a specific angle θ by the
チャンファホーニングによる研磨量は、切刃5の切れ味とチッピング防止との両立を図るために、例えば、すくい面側でa=0.05〜0.2mm、逃げ面側でb=0.02〜0.1mm、ホーニング角θ=15〜30°程度が望ましい。 The amount of polishing by chamfer honing is, for example, a = 0.05 to 0.2 mm on the rake face side and b = 0.02 to 0 on the flank face side in order to achieve both the sharpness of the cutting edge 5 and the prevention of chipping. .1 mm and honing angle θ = about 15 to 30 ° are desirable.
そして、上記チャンファホーニングを施したチップに対してCVD法またはPVD法等の気相合成法によってコーティング層を被着形成する。 Then, a coating layer is deposited on the chip subjected to the chamfer honing by a vapor phase synthesis method such as a CVD method or a PVD method.
また、コーティング層全体の耐摩耗性および残留応力の低減による耐欠損性の向上を図るために所望によりコーティング層を成膜した後、ホーニングを施した切刃5部分のコーティング層をすくい面側から再度Rホーニングと同じようにして軽く研磨し、コーティングの最上層厚みが他の部分に対して薄くするか、または除去することが望ましい。 In addition, in order to improve the wear resistance of the entire coating layer and the fracture resistance by reducing the residual stress, after forming a coating layer as desired, the coating layer of the honed cutting blade 5 portion is applied from the rake face side. It is desirable to grind lightly again in the same way as R honing, so that the thickness of the top layer of the coating is reduced or removed relative to other parts.
[実施例]
(実施例1)平均粒径1.5μmのWC粒子をCoにて結合した超硬合金からなるCNMG形状のチップ母材の表面に、チップのすくい面側にゴム部材内に砥粒を分散させた表1に示すグレード(TKX)の砥石を載置して表1に示す条件によって表1に示すRホーニングを施した後、チップ1を特定の角度となるように配置した状態でホーニングを施す切刃5を突き出させ、切刃5を回転する砥石に当ててすくい面側a=0.1mm、逃げ面側b=0.04mm、ホーニング角度θ=20°となるようにチャンファホーニングを施した。なお、ホーニング量は顕微鏡にて観察して求めた。
[Example]
Example 1 Abrasive grains are dispersed in a rubber member on the rake face side of a chip on the surface of a CNMG-shaped chip base material made of a cemented carbide in which WC particles having an average particle diameter of 1.5 μm are bonded by Co. After placing the grade (TKX) grindstone shown in Table 1 and applying the R honing shown in Table 1 according to the conditions shown in Table 1, the honing is carried out in a state where the chip 1 is arranged at a specific angle. Chamfer honing was performed so that the cutting edge 5 was projected and the cutting edge 5 was applied to the rotating grindstone so that the rake face side a = 0.1 mm, the flank face side b = 0.04 mm, and the honing angle θ = 20 °. . The amount of honing was obtained by observing with a microscope.
次に、上記チップ母材に対してCVD法によりTiCN(8μm)−Al2O3(2.5μm)−TiN(0.5μm)の多層コーティング層を成膜し、このコーティング膜の切刃部のコーティング層をすくい面側からゴム部材内に砥粒を分散させた砥石を載置して2kg/cm2の圧力をかけながら1秒間砥石を回転させて再度研磨することによりチップを作製した。 Next, a multilayer coating layer of TiCN (8 .mu.m) -Al2 O3 (2.5 .mu.m) -TiN (0.5 .mu.m) is formed on the above-mentioned chip base material by the CVD method, and the coating layer of the cutting edge portion of this coating film A chip was prepared by placing a grindstone in which abrasive grains were dispersed in a rubber member from the rake face side and polishing again by rotating the grindstone for 1 second while applying a pressure of 2 kg / cm 2 .
得られたチップについて、ホーニング終端からの領域Aにおける付着強度と逃げ面中央部Bの付着強度をスクラッチ試験にて任意5箇所について測定し平均値を算出した。なお、逃げ面中央部Bの付着強度は、何れのチップにおいても任意5箇所の平均で62Nであった。また、以下の条件での切削試験を行い、3分間切削後のチップ切刃のチッピング状態を観察した。また、続けて同じ条件で切削試験を行い、切刃が欠損するまでの総切削時間を測定した。結果は表1に示した。切削条件切削速度:250m/min切込み :4mm送り :0.35mm/rev被削材 :FC250 4本溝つき切削状態:乾式
表1に示すとおり、チャンファホーニングのみを施した試料No.10及びRホーニング処理を施した試料においてその加工条件で領域Aにおける付着強度の向上に寄与しない条件を一つでも含んでいる試料No.6〜9では、いずれもコーティングの付着強度が低く切削中にコーティング層のチッピングが発生した。 As shown in Table 1, sample No. Sample No. 10 that includes at least one condition that does not contribute to the improvement of the adhesion strength in the region A under the processing conditions in the sample subjected to the R and Honing treatments. In all of Nos. 6 to 9, the adhesion strength of the coating was low, and chipping of the coating layer occurred during cutting.
これに対して、Rホーニング処理を施した試料のうち、その加工条件全てが前記領域Aにおける付着強度が向上する条件で加工した試料No.1〜5では、いずれもコーティングの付着強度が向上し、チップ寿命が長いものであった。 On the other hand, among the samples subjected to the R honing treatment, all of the processing conditions were sample Nos. Processed under the conditions that the adhesion strength in the region A was improved. In each of Nos. 1 to 5, the adhesion strength of the coating was improved and the chip life was long.
以上、実施例1ではRホーニング処理の後にチャンファホーニングを施した試料での切削試験結果を示したが、以下、実施例2として、チャンファホーニングを施さないRホーニング処理のみ施した試料での切削試験結果を示す。 As mentioned above, although the cutting test result in the sample which performed the chamfer honing after the R honing process was shown in Example 1, the cutting test in the sample which performed only the R honing process which does not perform a chamfer honing as Example 2 below. Results are shown.
(実施例2)実施例1の試料No.1に対してチャンファホーニングを施さない以外は試料No.1と同様にスローアウェイチップを作製し、実施例1と同じ項目について評価した結果、領域Aにおける付着強度は67N、切削試験における切刃の状態は良好、欠損に至る時間は250秒(sec)であった。 (Example 2) Sample No. Sample No. 1 except that no chamfa honing is applied to The throw-away tip was produced in the same manner as in Example 1, and the same items as in Example 1 were evaluated. Met.
それに対し、比較例として実施例1の試料No.6に対してチャンファホーニングを施さない以外は試料No.6と同様にスローアウェイチップを作製し、実施例1と同じ項目について評価した結果、領域Aにおける付着強度は62N、切削試験における切刃の状態はホーニング終端部付近にコーティングの微小剥離によるチッピングあり、欠損に至る時間は80秒(sec)であった。 On the other hand, as a comparative example, the sample No. 1 of Example 1 was used. Sample no. The throw-away tip was produced in the same manner as in Example 6, and the same items as in Example 1 were evaluated. The time to defect was 80 seconds (sec).
1 スローアウェイチップ(チップ)
2 母材
3 すくい面(主面)
4 逃げ面(側面)
5 切刃
6 コーティング層
8 ホーニング部
A ホーニング終端領域
B 逃げ面中央部
H すくい面からの高さ
h 固定冶具からのチップの突出量
11,15 固定冶具
12,16 砥石
1 Throw away tip (chip)
2 Base material 3 Rake face (main face)
4 Flank (side)
5 Cutting edge 6
Claims (6)
前記切刃のすくい面から逃げ面にわたってホーニングを設けるとともに、前記逃げ面のホーニング終端から前記すくい面から離間する方向に延びるホーニング下端領域における前記コーティング層の付着強度が前記逃げ面の中央部における前記コーティング層の付着強度よりも高いことを特徴とするスローアウェイチップ。 A base material having a substantially flat plate shape and having a cutting edge formed at a crossing ridge portion between a main surface forming a rake face and a side surface forming a flank; and a coating layer coated on the surface of the base material. A throw-away chip,
The honing is provided from the rake face to the flank face of the cutting blade, and the adhesion strength of the coating layer in the honing lower end region extending in a direction away from the rake face from the honing end of the flank face is determined at the central portion of the flank face. A throw-away tip characterized by being higher than the adhesion strength of the coating layer.
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