JP2012245581A - Cutting insert made from surface coated titanium carbon nitride-based cermet, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インサート着脱式の各種工具に取り付けられて切削加工に用いられる炭窒化チタン基(TiCN基)サーメット製切削インサート、とりわけTiCN基サーメットからなるインサート基体に物理蒸着法(PVD法)により硬質被覆層を被覆形成した表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートおよびその製造方法に関するものであり、特に工具本体への取り付け用貫通穴を有しており、負荷の高い切削においても異常損傷が少なく、良好な仕上げ面精度が得られる表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートおよびその製造方法に関するものである。 The present invention is a titanium carbonitride-based (TiCN-based) cermet cutting insert that is attached to various types of insert detachable tools and used for cutting, and in particular, an insert substrate made of TiCN-based cermet is hardened by physical vapor deposition (PVD method). The present invention relates to a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert having a coating layer formed thereon and a method for manufacturing the same, and has a through-hole for mounting to a tool body in particular, and is excellent in that there is little abnormal damage even in high-load cutting TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert capable of obtaining a finished surface accuracy and a method for producing the same.
従来から、Tiの炭化物もしくは窒化物または炭窒化物を主成分とし、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素の炭化物もしくは窒化物または炭窒化物の1種または2種以上含有する硬質相と、NiおよびCoの内の1種または2種を主成分とする金属結合相からなるTiCN基サーメット製切削インサートが広く知られている(特許文献1,2)。このようなTiCN基サーメット製切削インサートは、通常は例えば多角形平板状のインサート本体のすくい面と逃げ面との交差稜線部に切れ刃部を形成し、かつ切削加工中に生成する切りくずをコントロールするために、すくい面にチップブレーカを形成したものが一般的である。またこのような切削インサートには、通常はその盤面を貫通する取り付け用貫通穴が形成されていて、後に改めて説明する図4の(a)あるいは図4の(b)に示すように、その取り付け用貫通穴に工具本体取り付け手段(支持具)、例えばL字形レバー、ねじ、偏心ピンなどを挿入し、工具本体に取り付けられるように構成されている。
Conventionally, Ti carbide or nitride or carbonitride is the main component, and one or more of carbides or nitrides or carbonitrides of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements in the periodic table of elements A TiCN-based cermet cutting insert made of a hard phase contained and a metal bonded phase mainly composed of one or two of Ni and Co is widely known (
ところでTiCN基サーメット製切削インサートは、焼結法によって製造するのが一般的であるが、TiCN基サーメット製切削インサートを焼結法で製造した場合、焼結体表面に、Ni、Co等の金属結合相を主体とする金属が富化された層(金属富化層)が形成されることがある。この種の金属富化層は、焼結工程において内部から金属結合層成分が表面に滲出することによって形成されることから、一般に金属シミダシ層と称されている。この種の金属シミダシ層が表面に形成されれば、焼結体表面の組織状態が不均一になるため、切削インサートとしてその耐欠損性を低下させたり、被削材との溶着を起こしてやはり切削中に欠損を発生させるという問題点があることが知られている(特許文献3〜5)。
By the way, TiCN-based cermet cutting inserts are generally manufactured by a sintering method. However, when a TiCN-based cermet cutting insert is manufactured by a sintering method, a metal such as Ni or Co is formed on the surface of the sintered body. A layer (metal-enriched layer) enriched with a metal mainly composed of a binder phase may be formed. This type of metal-enriched layer is generally referred to as a metal stagnation layer because it is formed by the metal bonding layer component leaching from the inside to the surface during the sintering process. If this kind of metal stagnation layer is formed on the surface, the structure state of the sintered body surface becomes non-uniform, so that the fracture resistance as a cutting insert is reduced, or welding with the work material is caused. It is known that there is a problem of generating defects during cutting (
一方、前述のようなTiCN基サーメットからなる切削インサート基体の表面に、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなる硬質被覆層を、物理蒸着法(PVD法)によって被覆形成した、表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートも知られている。この種の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートに関しての従来技術としては、TiCN基サーメットに限らず炭化タングステン基(WC基)超硬合金を含む技術ではあるが、例えば特許文献6に示されているものがある。 On the other hand, the surface of the cutting insert base made of TiCN-based cermet as described above is selected from IVa group element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table. A hard coating layer composed of one layer or two or more layers of a compound composed of at least one element and at least one element selected from carbon, nitrogen, oxygen, and boron is obtained by physical vapor deposition (PVD method). Also known are surface-coated TiCN-based cermet cutting inserts which are coated. For example, this type of surface-coated TiCN-based cermet cutting inserts are not limited to TiCN-based cermets but include tungsten carbide-based (WC-based) cemented carbides. There is something.
上述のような表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートは、TiCN基サーメット製の切削インサート基体の表面に、適切な硬質材料からなる硬質被覆層を被覆形成することによって、硬質被覆層が存在しない場合と比較して耐摩耗性が向上することが知られている。そしてさらに表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートの耐摩耗性を向上させることを目的として、例えば前記特許文献6の提案では、TiCN基サーメット製切削インサートの表面に、ほぼ球状の鋼、鋳造粒子、重金属粉、ガラス、コランダム、硬金属粒子、耐破壊性セラミックなどを圧縮空気により投射して、いわゆる乾式ブラスト処理を施すことにより、切削インサート上にPVD法により被覆形成される硬質被覆層内に生じる残留応力と同程度の残留応力を、切削インサートの表面近傍に付与することが提案されており、このような特許文献6の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートでは、切削インサートと硬質被覆層との間の残留応力差が小さくなることによって、従来の被覆インサートよりもさらに耐摩耗性が向上するとされている。
The surface-coated TiCN-based cermet cutting insert as described above has a case where a hard coating layer does not exist by coating a hard coating layer made of a suitable hard material on the surface of a cutting insert base made of TiCN-based cermet. It is known that the wear resistance is improved in comparison. Further, for the purpose of improving the wear resistance of the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert, for example, in the proposal of
TiCN基サーメット製切削インサートは、炭化タングステン基(WC基)超硬合金製切削インサートに比べれば、耐欠損性が低い工具材料であるとされており、そのため切れ刃部に対して高負荷が作用する切削条件下での使用は避けられ、軽負荷の切削条件下で使用されることが多かった。
しかしながら、近年、切削加工の分野では、高能率加工が求められており、切削時の切れ刃部に対する負荷は、ますます高くなる傾向にある。例えば図4の(a)に示されるようなL字形レバー、あるいは図4の(b)に示されるねじなどの支持具によって工具本体へ取り付けたTiCN基サーメット製切削インサートを、重切削、断続切削等のような切れ刃部に対して高負荷が作用する切削条件下において使用した場合には、切れ刃部からの欠損発生に加え、支持具と接触するインサート貫通穴内面の表面から亀裂や破損が生じ、比較的短時間で使用寿命にいたるのが現状である。そして、貫通穴内面からの破損が生じたような場合には、同一インサートの他の切れ刃部への交換も不可能となるため、着脱式インサートとしては致命的な問題点となる。そしてこのような問題は、TiCN基サーメットをインサート基体として、その表面にPVD法により硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートにおいても、同様に発生していた。
しかるに、前述の特許文献1〜6のいずれの提案においても、高負荷切削条件下において支持具と接触するインサート貫通穴内面の表面からの亀裂や破損の発生については、特に考慮されておらず、そのため上述のような問題の発生を回避し得なかったのが実情である。
したがって本発明は、表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートを、切れ刃部に対して高負荷が作用する切削条件下で使用した場合でも、切れ刃部の欠損の抑制はもちろんのこと、貫通穴内面からの亀裂や破損の発生、進展を抑制し、これにより長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮し得る表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートおよびその製造方法を提供することを課題としている。
TiCN-based cermet cutting inserts are considered to be tool materials with low fracture resistance compared to tungsten carbide-based (WC-based) cemented carbide cutting inserts. Therefore, it was often used under light load cutting conditions.
However, in recent years, high-efficiency machining has been demanded in the field of cutting, and the load on the cutting edge during cutting tends to be higher. For example, a TiCN-based cermet cutting insert attached to the tool body with a support such as an L-shaped lever as shown in FIG. 4A or a screw as shown in FIG. When used under cutting conditions where a high load is applied to the cutting edge such as the above, in addition to generation of defects from the cutting edge, cracks and breakage from the surface of the inner surface of the insert through hole that contacts the support At present, the service life is reached in a relatively short time. And when the breakage from the inner surface of the through hole occurs, it is impossible to replace the same insert with another cutting edge, which is a fatal problem as a detachable insert. Such a problem has also occurred in a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert in which a TiCN-based cermet is used as an insert base and a hard coating layer is formed on the surface by a PVD method.
However, in any of the proposals of
Therefore, in the present invention, even when the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert is used under cutting conditions in which a high load acts on the cutting edge part, not only the cutting edge part is suppressed, but also the inner surface of the through hole It is an object of the present invention to provide a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert that can suppress the occurrence and progress of cracks and breakage from the surface, thereby exhibiting excellent cutting performance over a long period of use, and a method for manufacturing the same. .
本発明者等は、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、およびすくい面にチップブレーカを備えたTiCN基サーメット製のインサート基体の表面に、PVD法により硬質被覆層を形成してなる表面被覆TiCN基サーメット製切削インサート(以下、表面被覆TiCNインサートという)において、ねじ、L字形レバー、偏心ピン等の支持具と接触する貫通穴内面(支持具接触面)の状態と表面被覆TiCNインサートを工具本体へ保持する力との関連を研究した結果、インサート基体の原料粉末を成形後、これを焼結してインサート基体を製造した場合、焼結体の表面の焼結肌全体に、工具性能に対して有害なサーメットの金属結合相成分であるCo、Niの1種または2種が富化した金属シミダシ層が、意図せず形成されることがあるが、特に貫通穴における支持具接触面の最表面部に、Co、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層を所定の層厚、所定の表面占有率(面積率)で積極的に形成させ、しかもその支持具接触面をPVD法による硬質被覆層で被覆せずに、焼結肌の金属シミダシ層のまま露呈させておいた場合には、高負荷が作用する切削条件においても、貫通穴の支持具接触面からの亀裂・破損の発生、進展を抑制することができ、そのため長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化を図れることを見出したのである。 The inventors have made a hard coating layer on the surface of an insert substrate made of TiCN-based cermet having a chip breaker on a through hole for mounting to a tool body, a flank surface, a honing part, a rake face, and a rake face by PVD method. In a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert (hereinafter referred to as a surface-coated TiCN insert) formed by forming a through-hole inner surface (support tool contact surface) in contact with a support tool such as a screw, L-shaped lever, or eccentric pin As a result of studying the relationship between the surface holding TiCN insert and the force to hold the insert on the tool body, when the insert base material powder is molded and then sintered, the insert base is manufactured. On the entire skin, there is a metal wrinkle layer enriched with one or two of Co and Ni, which is a metal binder phase component of cermet that is harmful to tool performance. In particular, a soft metal squeeze layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni is formed on the outermost surface portion of the support contact surface in the through hole. Actively formed with a predetermined layer thickness and a predetermined surface occupancy (area ratio), and the support contact surface is not covered with a hard coating layer by the PVD method, but exposed as a metal skin layer on the sintered skin. In this case, cracks and breakage from the contact surface of the support tool in the through hole can be suppressed and progressed even under cutting conditions where high loads are applied. They found that cutting performance was demonstrated and the tool life could be extended.
すなわち、断続切削やフライス加工等のごとく、インサートに対して極めて高い負荷が加わる切削条件下では、支持具と接触するインサート貫通穴内面(支持具接触面)にも高い負荷が生じて、その表面に亀裂や破損が生じるおそれがあるが、その支持具接触面を、軟質で靭性の高い金属シミダシ層が露呈したままの状態とすることにより、支持具接触面からの亀裂や破損の発生を防止し、工具寿命の延命化を図り得ることを見出し、本発明をなすに至ったのである。 That is, under cutting conditions in which an extremely high load is applied to the insert, such as intermittent cutting or milling, a high load is also generated on the inner surface of the insert through hole (support tool contact surface) that contacts the support tool. Although there is a risk of cracks and breakage, the support contact surface is kept exposed to the soft and tough metal squeeze layer to prevent cracks and breakage from the support contact surface. As a result, it has been found that the tool life can be extended, and the present invention has been made.
なお上記の金属シミダシ層は、TiCN基サーメットの硬質相を構成する硬質粒子を含有する二相以上から構成される層ではなく、TiCN基サーメットの結合相を構成するCo、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる軟質で靭性の高い金属シミダシ層となっていることが重要である。 Note that the above-described metal stagnation layer is not a layer composed of two or more phases containing hard particles constituting the hard phase of the TiCN-based cermet, but one or two of Co and Ni constituting the bonded phase of the TiCN-based cermet. It is important that the layer is a soft and tough metal squeeze layer composed of a substantially single phase mainly composed of seeds.
但し、焼結により貫通穴内面の最表面部に金属シミダシ層を形成した場合には、それに伴って、切削に関与する切れ刃部の逃げ面およびチップブレーカの表面にも同様に金属シミダシ層が形成されるのが通常であるが、逃げ面およびチップブレーカの表面に金属シミダシ層が形成された状態で、その表面にPVD法により硬質被覆層を被覆形成すれば、硬質層の付着強度が低くなって、高負荷の切削条件下では硬質被覆層が剥離しやすくなり、その結果、被削材の仕上げ面精度や耐欠損性の劣化を招くことになる。しかるに、金属シミダシ層が形成されているインサート基体の表面(ただし貫通穴内面の支持具接触面を除く部分)に、PVD法による硬質被覆層の形成前の段階でウエットブラスト処理を施しておけば、特に逃げ面およびチップブレーカ表面に形成された金属シミダシ層を除去することができると同時に、表面平滑化を図ることが可能となり、これにより、仕上げ面精度の向上、耐欠損性の向上を図り得ることを見出したのである。 However, when a metal squeeze layer is formed on the outermost surface part of the inner surface of the through hole by sintering, a metal squeeze layer is similarly formed on the flank of the cutting edge part involved in cutting and the surface of the chip breaker. Usually, it is formed, but if a metal cover layer is formed on the surface of the flank and chip breaker and a hard coating layer is formed on the surface by the PVD method, the adhesion strength of the hard layer is low. Thus, the hard coating layer is easily peeled off under high-load cutting conditions, and as a result, the finished surface accuracy and fracture resistance of the work material are deteriorated. However, if the surface of the insert substrate on which the metal wrinkle layer is formed (but the portion of the inner surface of the through hole excluding the support contact surface) is subjected to wet blasting before the formation of the hard coating layer by the PVD method. In particular, it is possible to remove the metal stagnation layer formed on the flank and chip breaker surface, and at the same time, it is possible to smooth the surface, thereby improving the finished surface accuracy and chipping resistance. I found out to get.
また、切れ刃部表面に金属シミダシ層が生成すれば、その金属シミダシ層の下側の領域において金属結合相成分が貧化して靭性が低下する可能性もあるが、前述のウエットブラスト処理によって、インサート基体表面の平滑化を行うと同時に、インサート基体の少なくともすくい面の表面部に圧縮残留応力を付与しておくことにより、さらに一段と耐欠損性を向上させ得ることを見出したのである。
但し、ウエットブラスト処理の効果が強すぎれば、被処理表面の表面粗さが逆に悪化し、仕上げ面精度や耐欠損性に悪影響を及ぼすため、表面粗さを一定範囲を超えないように管理することが重要である。
In addition, if a metal stagnation layer is generated on the surface of the cutting edge part, the metal binder phase component may be poor in the region below the metal stagnation layer and the toughness may be reduced. It has been found that the chipping resistance can be further improved by smoothing the surface of the insert substrate and simultaneously applying a compressive residual stress to at least the rake face of the insert substrate.
However, if the effect of wet blasting is too strong, the surface roughness of the surface to be treated will be adversely affected, and the finished surface accuracy and chipping resistance will be adversely affected. Therefore, the surface roughness should be controlled so that it does not exceed a certain range. It is important to.
以上のように、炭窒化チタン基サーメットの焼結体からなるインサート基体の表面のうち、取り付け用貫通穴内面、特に工具本体に対する取り付け手段(支持具)に接する面(支持具接触面)を、前述のような焼結肌で金属シミダシ層が露呈したままの状態とするとともに、インサート基体のそれ以外の部分、特に逃げ面およびチップブレーカの表面にウエットブラスト処理を施すことにより金属シミダシ層を除去すると同時に、その部位の表面粗さおよび残留応力を適切に調整し、さらにPVD法によりインサート基体表面に硬質被覆層を被覆形成するにあたって、前記支持具接触面には硬質被覆層が形成されないように(すなわち金属シミダシ層が露呈したままの状態となるように)することにより、仕上げ面精度を損なうことなく、耐欠損性を大幅に向上させ、特に高負荷の切削加工においても、貫通穴の支持具接触面の亀裂や破損の発生、進展を抑制し得ることを見い出し、本発明をなすに至ったのである。 As described above, among the surfaces of the insert base made of the sintered body of the titanium carbonitride-based cermet, the inner surface of the mounting through-hole, particularly the surface in contact with the mounting means (support) for the tool body (support tool contact surface), The metal stagnation layer remains exposed on the sintered skin as described above, and the metal scouring layer is removed by applying wet blasting to the rest of the insert substrate, especially the flank and chip breaker surface. At the same time, the surface roughness and residual stress of the part are appropriately adjusted, and when the hard coating layer is formed on the surface of the insert substrate by the PVD method, the hard coating layer is not formed on the support contact surface. (I.e., so that the metal wrinkle layer remains exposed). Loss of greatly improved, especially also in the cutting of high load, support the contact surfaces of the cracking and breakage of the through hole, found that it is possible to suppress the progress is of the present invention has been accomplished.
したがって本発明の基本的な形態(第1の形態)による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部およびすくい面を備え、かつ前記すくい面に、プレス成形時にその金型形状を転写することにより形成されたチップブレーカを有する炭窒化チタン基サーメットからなる焼結体で構成されたインサート基体を、物理蒸着法によって硬質被覆層により被覆してなる表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて;
前記取り付け用貫通穴の内面のうち、少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面は、前記硬質被覆層により覆われていない焼結肌で構成され、かつその支持具接触面の最表面部には、Co、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が0.1μm以上5μm以下の層厚でかつ60面積%以上の表面占有率で形成されており、一方、前記インサート基体における逃げ面およびチップブレーカの表面には上記金属シミダシ層が存在せず、かつ前記インサート基体における逃げ面およびチップブレーカの表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であることを特徴とするものである。
Accordingly, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the basic form (first form) of the present invention includes a through hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and the rake. An insert substrate composed of a sintered body made of titanium carbonitride-based cermet having a chip breaker formed by transferring the mold shape during press molding is coated on the surface with a hard coating layer by physical vapor deposition. In the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert,
Of the inner surface of the through hole for mounting, at least a support tool contact surface that comes into contact with a support tool as means for attaching to the tool body is composed of sintered skin not covered with the hard coating layer, and the support tool contact. In the outermost surface portion of the surface, a metal single layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni has a layer thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less and a surface occupation of 60 area% or more. On the other hand, the flank face of the insert base and the surface of the chip breaker do not have the metal squeeze layer, and the flank face of the insert base and the surface roughness of the chip breaker have a cutoff value. The arithmetic average roughness Ra at 0.08 mm is 0.2 μm or less.
また本発明の第2の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記貫通穴の支持具接触面における金属シミダシ層の表面占有率が、80面積%以上であることを特徴とするものである。 Moreover, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the second aspect of the present invention is the metal-striping on the support contact surface of the through hole in the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert of the first aspect. The surface occupancy of the layer is 80 area% or more.
さらに本発明の第3の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1の形態もしくは第2の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体における少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で450MPa以上であることを特徴とするものである。 Furthermore, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the third aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the first or second mode, wherein at least the rake in the insert substrate is used. The residual stress of the hard phase in the surface portion of the surface is 450 MPa or more in compression.
そしてまた本発明の第4の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第3の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体における少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で600MPa以上であることを特徴とするものである。 Further, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fourth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the third aspect, in which the surface portion of at least the rake face of the insert substrate is used. The residual stress of the hard phase is 600 MPa or more in compression.
また本発明の第5の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1〜第4の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体における刃先先端のホーニング部の表面粗さが、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面粗さより小さく形成されていることを特徴とするものである。 The surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fifth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to any one of the first to fourth embodiments, The surface roughness of the honing part at the tip of the cutting edge in the insert base is formed to be smaller than the flank of the insert base and the surface roughness of the chip breaker.
さらに本発明の第6の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1〜第5の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記インサート基体におけるホーニング部の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.1μm以下であることを特徴とするものである。 Furthermore, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixth embodiment of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to any one of the first to fifth embodiments, The surface roughness of the honing part in the insert substrate is characterized by an arithmetic average roughness Ra of 0.1 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm.
また本発明の第7の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第1〜第6の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層が、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなるものであることを特徴とするものである。 The surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventh aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to any one of the first to sixth modes, The hard coating layer is composed of at least one element selected from the group IVa element, group Va element, group VIa element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table, and carbon, nitrogen, oxygen, It is characterized by comprising one layer or two or more layers of a compound comprising at least one element selected from boron.
また本発明の第8の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第7の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層のうち、少なくとも1層は、TiAlN層によって構成されていることを特徴とするものである。 Further, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eighth embodiment of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventh embodiment, wherein at least one of the hard coating layers is , TiAlN layer is used.
また本発明の第9の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第7の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層が、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなり、かつその硬質被覆層の総膜厚が0.5〜15μmであることを特徴とするものである。 Further, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the ninth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventh aspect, wherein the hard coating layer is Ti carbide, nitrided It consists of one layer or two or more layers selected from the above-mentioned materials and carbonitrides, and the total film thickness of the hard coating layer is 0.5 to 15 μm.
また本発明の第10の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートは、前記第9の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、前記硬質被覆層として、インサート基体の側から、膜厚0.1〜1.0μmのTiN層、膜厚0.5〜5.0μmのTiCN層、および膜厚0.1〜1.0μmのTiN層がその順に被覆形成されていることを特徴とするものである。 Further, the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the tenth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the ninth aspect as the hard coating layer from the insert base side. A TiN layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm, a TiCN layer having a thickness of 0.5 to 5.0 μm, and a TiN layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm are sequentially coated. It is a feature.
さらに本発明の第11〜第20の形態は、表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法についてのものである。
すなわち先ず本発明の第11の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部およびすくい面を備え、かつ前記すくい面に、プレス成形時にその金型形状を転写することにより形成されたチップブレーカを有する炭窒化チタン基サーメットからなる焼結体で構成されたインサート基体を、物理蒸着法によって硬質被覆層により被覆してなる表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において;
Co、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が表面に形成されるようにインサート基体を焼結法により製造するインサート基体製造工程と、
前記インサート基体の表面のうち、取り付け用貫通穴における工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面を除く領域内にウエットブラスト処理を施すことにより、前記支持具接触面の表面部に金属シミダシ層を残存させたまま、逃げ面およびチップブレーカの表面から上記金属シミダシ層を除去して、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下とし、かつ少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力を圧縮で450MPa以上とするウエットブラスト工程と、
前記ウエットブラスト工程の後、インサート基体の表面のうち、前記支持具接触面を除く領域に、物理蒸着法によって硬質被覆層を形成する被覆工程、
とを有してなることを特徴とするものである。
Furthermore, the 11th-20th form of this invention is related with the manufacturing method of the surface covering titanium carbonitride based cermet cutting insert.
That is, first, a method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to an eleventh aspect of the present invention includes a through hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and the rake face is provided on the rake face. An insert substrate made of a titanium carbonitride-based cermet having a chip breaker formed by transferring the mold shape during press molding is coated with a hard coating layer by a physical vapor deposition method. In the method of manufacturing the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert;
An insert substrate manufacturing process for manufacturing an insert substrate by a sintering method so that a metal stagnation layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni is formed on the surface;
By subjecting the surface of the insert base to wet blasting within a region excluding the support contact surface that contacts the support as a means for attaching to the tool body in the mounting through hole, the surface portion of the support contact surface The surface of the flank and chip breaker is removed from the flank and chip breaker surface while leaving the metal stubble layer on the surface, and the surface roughness of the flank and chip breaker is calculated as the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. And a wet blasting process in which the residual stress of the hard phase of the surface portion of the rake face is at least 450 MPa by compression,
After the wet blasting step, a coating step of forming a hard coating layer by a physical vapor deposition method in a region excluding the support contact surface of the surface of the insert base,
It is characterized by having.
そしてまた本発明の第12の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第11の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記ウエットブラスト工程で、前記インサート基体を、軸線回りに回転可能な一対の回転軸により挟み込んで保持しつつ、前記軸線回りに回転させながら、少なくとも一つ以上のブラストガンから研磨液を噴射して、少なくとも前記支持具接触面を除くインサート基体表面に、ウエットブラスト処理を施すことを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the twelfth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eleventh aspect. Then, while holding the insert substrate sandwiched between a pair of rotating shafts rotatable around an axis, and rotating around the axis, the polishing liquid is sprayed from at least one blast gun, and at least the support is supported. The insert base surface excluding the tool contact surface is subjected to wet blasting.
そしてまた本発明の第13の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第12の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記ウエットブラスト工程で、前記インサート基体を、回転可能に挟み込む前記回転軸の軸線方向に対して、30度以上60度以下の噴射角でブラストガンから研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施すことを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the thirteenth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the twelfth aspect, wherein the wet blasting step is performed. Then, a wet blasting process is performed by injecting a polishing liquid from a blast gun at an injection angle of 30 degrees or more and 60 degrees or less with respect to an axial direction of the rotating shaft sandwiching the insert base body rotatably. Is.
そしてまた本発明の第14の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第13の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記ウエットブラスト工程で、前記噴射角を40度以上50度以下とすることを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fourteenth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the thirteenth aspect, wherein the wet blasting step is performed. And the said injection angle shall be 40 to 50 degree | times, It is characterized by the above-mentioned.
そしてまた本発明の第15の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第11〜第14の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記ウエットブラスト工程の終了後、前記被覆工程の前の段階で、インサート基体の切れ刃部の表面にホーニング加工を施すことを特徴とするものである。 And the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fifteenth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting according to any one of the eleventh to fourteenth aspects. In the insert manufacturing method, honing is performed on the surface of the cutting edge portion of the insert base body at the stage before the covering step after the wet blasting step.
そしてまた本発明の第16の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第15の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記ホーニング加工を、湿式ブラシホーニングにより施して、インサート基体の切れ刃部の表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.1μm以下とすることを特徴とするものである。 The method for manufacturing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the sixteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the fifteenth aspect, wherein the honing process is performed. The surface roughness of the cutting edge of the insert substrate is 0.1 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm.
そしてまた本発明の第17の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第11〜第16の形態のうちのいずれかの形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記被覆工程で、硬質被覆層として、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなる層を物理蒸着法により被覆形成することを特徴とするものである。 And the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventeenth aspect of the present invention is the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting according to any one of the eleventh to sixteenth aspects. In the insert manufacturing method, at least one selected from IVa group element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table as the hard coating layer in the coating step. One or more layers of a compound comprising a seed element and at least one element selected from carbon, nitrogen, oxygen, and boron are formed by physical vapor deposition. It is.
そしてまた本発明の第18の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第17の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記被覆工程で、前記硬質被覆層のうち、少なくとも1層を、TiAlN層により形成することを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the eighteenth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventeenth aspect. Among the hard coating layers, at least one layer is formed of a TiAlN layer.
そしてまた本発明の第19の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第17の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記被覆工程で、前記硬質被覆層として、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなり、かつ総膜厚が0.5〜15μmの硬質被覆層を形成することを特徴とするものである。 And the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the nineteenth aspect of the present invention is the manufacturing method of the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the seventeenth aspect, in the coating step. The hard coating layer is formed of one layer or two or more layers selected from Ti carbide, nitride and carbonitride, and has a total film thickness of 0.5 to 15 μm. It is characterized by.
そしてまた本発明の第20の形態による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法は、前記第19の形態の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法において、前記被覆工程で、前記硬質被覆層として、インサート基体の側から、膜厚0.1〜1.0μmのTiN層、膜厚0.5〜5.0μmのTiCN層、および膜厚0.1〜1.0μmのTiN層を、その順に形成することを特徴とするものである。 The method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the twentieth aspect of the present invention is the method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert according to the nineteenth aspect. As the hard coating layer, from the side of the insert substrate, a TiN layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm, a TiCN layer having a thickness of 0.5 to 5.0 μm, and a thickness of 0.1 to 1.0 μm The TiN layer is formed in that order.
本発明の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートは、工具本体への取り付け用貫通穴、逃げ面、ホーニング部、すくい面、およびすくい面にチップブレーカを備えた炭窒化チタン基サーメットからなる焼結体で構成されたインサート基体を、物理蒸着法(PVD法)によって硬質被覆層により被覆してなる表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、取り付け用貫通穴の内面のうち、少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面を、前記硬質被覆層により覆われていない焼結肌で構成し、かつその焼結肌の支持具接触面に、所定の表面占有率(面積率)、所定の層厚のCo、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる軟質で靭性の高い金属シミダシ層が形成されたままの状態としているため、高負荷での切削時においても、貫通穴の支持具接触面からの亀裂・破損の発生・進展を抑制することができる。
またここで、一般にPVD法による硬質被覆層は、基体のサーメットより硬質であるため、仮に貫通穴の支持具接触面の金属シミダシ層表面にもPVD法によって硬質被覆層を形成したとすれば、高負荷の切削時においては、やはり、支持具接触面からの亀裂・破損を生じやすくなってしまう。そしてこの場合、支持具接触面の硬質被覆層に亀裂・破損が発生すれば、そこを起点としてインサート基体まで欠陥が進展し、たとえ貫通穴内面に金属シミダシ層が所定の割合存在していたとしても、切削不能となるおそれがあるが、本発明では前述のように支持具接触面は硬質被覆層で覆わず、軟質で靭性の高い金属シミダシ層のままとしているため、このような問題の発生をも防止できる。一方、インサートの逃げ面およびチップブレーカは、ウエットブラスト処理が施されて、逃げ面、チップブレーカ表面には、金属シミダシ層が存在しない状態とされるとともに、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下とされて、表面の平滑化が図られると同時に、少なくともすくい面の表面部の硬質相に圧縮残留応力が付与されることから、その結果として、優れた耐欠損性を確保するとともに、すぐれた仕上げ面精度を長期の使用に亘って維持し得るようになる。
The surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of the present invention is a sintered body comprising a titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, a rake face, and a chip breaker on the rake face. In the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating the insert base constituted by the hard coating layer by the physical vapor deposition method (PVD method), at least the tool main body among the inner surfaces of the mounting through holes The support tool contact surface in contact with the support tool as the attachment means is constituted by a sintered skin not covered with the hard coating layer, and a predetermined surface occupancy (area ratio) is provided on the support tool contact surface of the sintered skin. ), A soft and tough metal squeeze layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni having a predetermined layer thickness is formed. Since you are the states, even at the time of cutting of a high load, it is possible to suppress the occurrence and development of a crack and breakage of the support member contacting surface of the through hole.
Further, here, since the hard coating layer by the PVD method is generally harder than the cermet of the base, if the hard coating layer is formed by the PVD method on the surface of the metal stagnation layer of the support contact surface of the through hole, At the time of high-load cutting, cracks and breakage from the support contact surface are likely to occur. In this case, if a crack or breakage occurs in the hard coating layer on the contact surface of the support, the defect progresses to the insert base from that point, and it is assumed that a predetermined amount of the metal stagnation layer exists on the inner surface of the through hole. However, in the present invention, as described above, the support contact surface is not covered with the hard coating layer, and remains a soft and tough metal stagnation layer. Can also be prevented. On the other hand, the flank and chip breaker of the insert are subjected to wet blasting so that the metal stagnation layer does not exist on the flank and chip breaker surface, and the surface roughness of the flank and chip breaker is reduced. The arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm is 0.2 μm or less, and at the same time the surface is smoothed, and at the same time, compressive residual stress is applied to the hard phase of the surface portion of the rake face. As a result, it is possible to ensure excellent fracture resistance and maintain excellent finished surface accuracy over a long period of use.
また本発明の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートの製造方法によれば、インサート基体を焼結法により製造するにあたってそのインサート基体の表面に前述のような金属シミダシ層を形成し、そのインサート基体に対し、前記支持具接触面を除く領域内にウエットブラスト処理を施すことにより、前記支持具接触面の表面に金属シミダシ層を残存させたまま、逃げ面およびチップブレーカの表面から上記金属シミダシ層を除去するとともに、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さと少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力を、それぞれ所定の範囲内に調整し、さらにインサート基体の表面のうち、前記支持具接触面を除く領域に、物理蒸着法によって硬質被覆層を形成することにより、前述のように高負荷の切削加工においても貫通穴の支持具接触面からの亀裂・破損の発生・進展を抑制することができて、耐欠損性に優れるとともに、仕上げ面精度も優れた表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートを、確実かつ安定して得ることができる。 Further, according to the method of manufacturing the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of the present invention, the metal base layer as described above is formed on the surface of the insert base when the insert base is manufactured by the sintering method, and the insert base is formed on the insert base. On the other hand, by performing wet blasting in the region excluding the support contact surface, the metal close-up layer is formed from the flank and the surface of the chip breaker with the metal close-up layer remaining on the surface of the support contact surface. In addition, the surface roughness of the flank and chip breaker and the residual stress of the hard phase at least on the surface of the rake face are adjusted within predetermined ranges, respectively, and the support contact surface of the surface of the insert base is further removed. By forming a hard coating layer in the removed area by physical vapor deposition, cutting with high load as described above In this case, a surface-coated TiCN-based cermet cutting insert that can suppress the occurrence and progress of cracks / breakage from the support contact surface of the through hole, has excellent fracture resistance, and has excellent finished surface accuracy, It can be obtained reliably and stably.
以下、本発明について、より詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明の表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートの形状の一例を図1、図2に示す。
本発明が適用されるインサート1は、従来から広く使用されているインサートと同様に、工具本体への取り付け用貫通穴8、逃げ面2、ホーニング部(切れ刃部)3、すくい面4、および着座面6を備え、かつ前記すくい面4には、金型によって形成されたチップブレーカ部5、すなわちプレス成形時の金型形状が転写されたチップブレーカ部5が形成されてなるものである。そしてまた本発明のインサートは、基本的には、Tiの炭化物あるいは窒化物もしくは炭窒化物を主成分とする硬質相とCoおよびNiのうちの1種または2種を主成分とする金属結合相からなる焼結法によって得られたTiCN基サーメット(焼結体)をインサート基体とし、そのインサート基体の表面(但し、前記取り付け用貫通穴8における支持具接触面を除く)に、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなる硬質被覆層を、物理蒸着法(PVD法)によって被覆形成したものである。そして前記貫通穴の支持具接触面が、主として焼結肌で構成され、かつその支持具接触面の最表面部には、サーメットの金属結合相成分であるCo、Niの1種または2種が富化した金属シミダシ層が形成され、しかもその貫通穴内面の支持具接触面は、前記硬質被覆層によって覆われずに、焼結肌の金属シミダシ層が露呈された状態とされている。
ここで本発明においては、貫通穴内面の支持具接触面に形成された軟質で靭性の高い金属シミダシ層を、工具本体へインサートを固定するねじ、L字形レバー、偏心ピン等の支持具との接触面において発生しやすい亀裂・破損の発生防止層として利用することにより、工具寿命の延命化を図っている。
なおここで焼結肌とは、インサート基体の製造過程において焼結したままの表面肌、すなわち、ダイヤモンド砥石などによる研削を行っていない粗面の表面肌を意味する。
An example of the shape of the surface-coated TiCN-based cermet cutting insert of the present invention is shown in FIGS.
The
Here, in the present invention, the soft and tough metal squeeze layer formed on the support contact surface of the inner surface of the through hole is connected to the support such as a screw, an L-shaped lever, and an eccentric pin for fixing the insert to the tool body. The tool life is extended by using it as an anti-cracking layer that tends to occur on the contact surface.
Here, the sintered skin means a surface skin that has been sintered in the manufacturing process of the insert substrate, that is, a rough surface skin that has not been ground with a diamond grindstone or the like.
さらに本発明が適用されるインサートについて、工具本体への取り付けの具体的態様について、図3、図4を参照して説明すると、このインサート1は、既に説明したように取り付け用貫通穴8が形成されており、その取り付け用貫通穴8に、工具本体9へ取り付けるための取り付け手段としての支持具、例えば図4の(a)に示すようなL字レバー9A、あるいは図4の(b)に示すようなねじ9B、そのほか図示しない偏心ピンなどが挿入されて、工具本体9に取り付けられる。そしてその工具本体9のL字レバー9Aやねじ9B、偏心ピンなどの支持具に、インサート1の取り付け用貫通穴8の内面の少なくとも一部の面8Aが接触することになる。このようにインサート1の取り付け用貫通穴8の内面のうち、工具本体9への取り付け手段としての支持部に接触する部分を、支持具接触面8Aと称している。
Further, with respect to the insert to which the present invention is applied, a specific mode of attachment to the tool body will be described with reference to FIGS. 3 and 4. As described above, the
なお本発明でいうインサートとしては、概略正方形、三角形、菱形、六角形、丸形等の略平板インサートや、三角形状の溝入れあるいはねじ切りインサート、刃先交換式の各種エンドミル用インサートあるいは厚みの厚い縦刃インサートなど、種々のものが利用可能であり、ネガティブ型やポジティブ型の形状に関しても特段の問題なく適用可能である。 The inserts used in the present invention include substantially flat plate inserts such as approximately square, triangle, rhombus, hexagon, and round, triangular grooving or threading inserts, inserts for various types of end mills that have a replaceable edge, or thick verticals. Various types such as blade inserts can be used, and the negative and positive shapes can be applied without any particular problem.
本発明のインサートにおいて、貫通穴の支持具接触面の最表面部に形成されるNi、Coの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層については、その表面占有率(面積率)を60%以上、好ましくは80%以上とし、またその厚みは0.1〜5μmの範囲内とする。ここで、貫通穴の支持具接触面における金属シミダシ層の表面占有率(面積率)が60%未満の場合には、支持具接触面における亀裂・破損発生防止効果が少なく、また、亀裂・破損の進展を抑制する効果も少なくなる。また貫通穴の支持具接触面の金属シミダシ層の厚さが0.1μm未満の場合には、支持具接触面に亀裂・破損が生じた場合、その進展を抑制する効果が小さく、一方、金属シミダシ層の厚さが5μmを超えれば、切れ刃部に生成する金属シミダシ層の下側の部位においてサーメット中の金属結合相成分が貧化しすぎるのに加え、その後にウエットブラスト処理を施しても逃げ面およびチップブレーカ表面に形成された金属シミダシ層が除去されにくくなる。 In the insert of the present invention, a soft metal squeeze layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Ni and Co formed on the outermost surface portion of the support contact surface of the through-hole, The surface occupancy (area ratio) is 60% or more, preferably 80% or more, and the thickness is in the range of 0.1 to 5 μm. Here, when the surface occupancy (area ratio) of the metal stagnation layer on the support contact surface of the through hole is less than 60%, the effect of preventing the occurrence of cracks and breakage on the support contact surface is small, and cracks and damage The effect of restraining the progress of is also reduced. If the thickness of the metal contact layer on the support contact surface of the through hole is less than 0.1 μm, if the support contact surface is cracked or damaged, the effect of suppressing the progress is small. If the thickness of the shimidashi layer exceeds 5 μm, the metal binder phase component in the cermet is too poor in the lower part of the metal shimidashi layer generated at the cutting edge, and then wet blasting is performed. It becomes difficult to remove the metal stripe layer formed on the flank and chip breaker surface.
なお、金属シミダシ層が形成された貫通穴の支持具接触面の表面粗さは特に限定しないが、この支持具接触面は、焼結肌であって、通常はカットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを越え0.5μm程度以下の粗面となっている。そしてこのように支持具接触面の粗さが比較的大きいことも、支持具との摩擦を大きくして支持具と支持具接触面との間の滑りの発生を防止し、高付加切削時における微小振動、異常振動の発生を防止して、支持具接触面からの亀裂、破損の発生および進展を抑制するために寄与している。 The surface roughness of the support contact surface of the through hole in which the metal squeeze layer is formed is not particularly limited, but this support contact surface is a sintered skin and is usually arithmetic at a cutoff value of 0.08 mm. The average roughness Ra is a rough surface exceeding 0.2 μm and not more than about 0.5 μm. And since the roughness of the support tool contact surface is relatively large as described above, the friction with the support tool is increased to prevent the occurrence of slipping between the support tool and the support tool contact surface. This contributes to preventing the occurrence of minute vibrations and abnormal vibrations, and suppressing the occurrence and progress of cracks and breakages from the contact surface of the support.
なおまた、金属シミダシ層における軟質金属成分の表面占有率(面積率)および層厚は、主として焼結用原料粉末の配合割合と焼結条件、とりわけ焼結のための加熱後の冷却条件に影響されるから、焼結工程においては、上記の条件を満たすような金属シミダシ層を有する焼結肌が得られるように、配合割合、焼結条件を調整する。 In addition, the surface occupancy ratio (area ratio) and layer thickness of the soft metal component in the metal wrinkle layer mainly affect the blending ratio of the raw material powder for sintering and the sintering conditions, especially the cooling conditions after heating for sintering. Therefore, in the sintering step, the blending ratio and the sintering conditions are adjusted so that a sintered skin having a metal wrinkle layer that satisfies the above conditions is obtained.
ここで、貫通穴の支持具接触面を焼結肌の金属シミダシ層で構成するべく、インサート基体の製造条件(焼結条件)および焼結原材料配合条件を調整してインサート基体を製造する場合、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面にも自ずと金属シミダシ層が形成されるのが通常である。このように逃げ面およびチップブレーカの表面に金属シミダシ層が形成された状態で、その表面にPVD法により硬質被覆層を形成すれば、既に述べたように硬質被覆層の付着強度が低くなって、高負荷の切削条件下では硬質被覆層が剥離しやすくなり、その結果、被削材の仕上げ面精度や耐欠損性の劣化を招くことになる。そこで本発明では、インサート基体の表面(但し、貫通穴の支持具接触面を除く)にウエットブラスト処理を施し、これによって、逃げ面およびチップブレーカ表面に形成された金属シミダシ層を除去し、逃げ面およびチップブレーカの表面平滑化を図ると同時に、インサート基体の少なくともすくい面の表面部に残留応力を付与することにより、仕上げ面精度の向上、耐欠損性の向上を図っている。 Here, in order to construct the support contact surface of the through hole with the metal skin layer of the sintered skin, when manufacturing the insert base by adjusting the manufacturing conditions of the insert base (sintering conditions) and the sintering raw material blending conditions, Usually, a metal wrinkle layer is naturally formed on the flank of the insert base and the surface of the chip breaker. If the hard coating layer is formed on the surface of the flank and the chip breaker in this way by the PVD method, the adhesion strength of the hard coating layer is lowered as described above. The hard coating layer easily peels off under high-load cutting conditions, and as a result, the finished surface accuracy and fracture resistance of the work material are deteriorated. Therefore, in the present invention, the surface of the insert base (excluding the support contact surface of the through hole) is subjected to wet blasting, thereby removing the metal stagnation layer formed on the flank and the chip breaker surface. The surface and the chip breaker are smoothed at the same time, and at the same time, residual stress is applied to at least the rake face of the insert substrate, thereby improving the finished surface accuracy and chipping resistance.
上述のようにウエットブラスト処理は、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカ表面金属シミダシ層の除去のみならず、インサート基体における逃げ面およびチップブレーカの平滑化にも寄与する。インサート基体の逃げ面の平滑化は、主に被削材の仕上げ面精度の改善に寄与し、またチップブレーカの表面粗さの低減は、主に耐欠損性改善に寄与するが、特にインサート基体の逃げ面、チップブレーカの表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超える粗面になれば、被削材の仕上げ精度および耐欠損性が低下する傾向を示すようになり、そこで本発明では、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下と規定している。 As described above, the wet blast treatment contributes not only to the removal of the flank of the insert base and the chip breaker surface metal stripe layer, but also to the smoothing of the flank and the chip breaker of the insert base. The smoothing of the flank of the insert substrate mainly contributes to the improvement of the finished surface accuracy of the work material, and the reduction of the surface roughness of the chip breaker mainly contributes to the improvement of fracture resistance. If the flank face and the surface roughness of the chip breaker become a rough surface with an arithmetic mean roughness Ra of 0.28 μm at a cutoff value of 0.08 mm, the finishing accuracy and fracture resistance of the work material tend to decrease. Therefore, in the present invention, the flank face of the insert base and the surface roughness of the chip breaker are defined as an arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm.
なおここで規定している逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、PVD法によって硬質被覆層を形成する前の段階のインサート基体表面(金属シミダシ層が除去された面)についての値である。PVD法によって硬質被覆層を形成してその硬質被覆層の上から表面粗さを測定した場合、その表面粗さが、被覆前のインサート基体表面よりも大きくなることがある。インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの硬質被覆層形成前の表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であれば、PVD法によって硬質被覆層を形成した後の逃げ面およびチップブレーカの表面(硬質被覆層表面)の粗さは、硬質被覆層の厚みやPVD条件によっても異なるが、通常はカットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.25μm程度以下となる。そして硬質被覆層表面の粗さRaが0.25μm程度以下であれば、被削材の仕上げ精度や耐欠損性を損なわないことが確認されている。
なお、アークイオンプレーティング法による硬質被覆層には、ドロップレットと称される粒状突起物が被覆層表面に生じることがあるが、本願におけるインサート表面の算術平均粗さRaは、ドロップレットが存在していない箇所にて測定した表面粗さである。
The flank and chip breaker surface roughness defined here are values for the surface of the insert substrate (the surface from which the metal squeeze layer has been removed) before the formation of the hard coating layer by the PVD method. When a hard coating layer is formed by the PVD method and the surface roughness is measured from above the hard coating layer, the surface roughness may be larger than the surface of the insert substrate before coating. When the flank face of the insert base and the surface roughness before forming the hard coating layer of the chip breaker are 0.2 μm or less in arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, a hard coating layer was formed by the PVD method. The roughness of the later flank and chip breaker surface (hard coating layer surface) varies depending on the thickness of the hard coating layer and the PVD conditions, but is usually an arithmetic average roughness Ra of 0.08 mm at a cutoff value of 0.08 mm. It is about 25 μm or less. And if the roughness Ra of the hard coating layer surface is about 0.25 μm or less, it has been confirmed that the finishing accuracy and fracture resistance of the work material are not impaired.
In addition, in the hard coating layer by the arc ion plating method, granular projections called droplets may occur on the surface of the coating layer, but the arithmetic average roughness Ra of the insert surface in this application is that there are droplets. It is the surface roughness measured in the part which is not.
さらに、インサートを用いての切削開始の初期段階では、切れ刃部先端のホーニング部が被削材の切削加工表面に接触して切削加工表面を形成し、その後、切れ刃部の摩耗が発達してくれば、切削加工表面に接触する領域が逃げ面側に移行するようになる。したがってインサート基体にウエットブラスト処理を施した後、インサート基体の切れ刃部先端に湿式ブラシ等によるホーニング加工を施すことにより、切れ刃部先端に形成されるホーニング部の表面粗さを他の部分より小さくすることが望ましい。具体的には、刃先先端に形成されるホーニング部の表面粗さをカットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.1μm以下にすれば、耐欠損性が更に改善され、切削初期段階での被削材に光沢のある良好な仕上げ面を形成することができる。ここで、PVD法による硬質被覆層形成後にホーニング部の表面粗さ(ホーニング部の硬質被覆層の表面粗さ)を測定した場合、その粗さは硬質被覆層を形成する前の段階の粗さよりも若干粗くなることがある。しかしながら、前述のように湿式ブラシ等によって、硬質被覆層形成前にホーニング部を加工して、その表面粗さを適切に仕上げている場合には、硬質被覆層形成後のホーニング部の表面粗さRaは、0.25μm程度以下となり、この程度であれば、上述のように切削初期の仕上げ面精度の向上や耐欠損性の十分な向上を図ることができる。
なお切れ刃部に対するホーニング加工は、後述するように、ウエットブラスト処理後に行うことが最も望ましいが、ホーニング加工後にウエットブラスト処理を行った場合でも、本発明の効果を得ることが可能である。また、ホーニング寸法が比較的小さい場合等、ウエットブラスト処理のみで所定のホーニング寸法が加工される場合は、ブラシ等によるホーニング加工を行わず、ウエットブラスト処理にホーニング加工を兼ねさせる場合もあるが、その場合も本発明の効果が得られることは言うまでもない。
Furthermore, at the initial stage of cutting using the insert, the honing part at the tip of the cutting edge contacts the cutting surface of the work material to form the cutting surface, and then the wear of the cutting edge develops. If it comes, the area | region which contacts the cutting surface will shift to the flank side. Therefore, after performing wet blasting on the insert base, the honing process using a wet brush or the like is applied to the tip of the insert base so that the surface roughness of the honing part formed at the tip of the tip is higher than other parts. It is desirable to make it smaller. Specifically, if the surface roughness of the honing portion formed at the tip of the cutting edge is 0.1 μm or less in arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, the fracture resistance is further improved, and the initial cutting stage Thus, a good glossy finished surface can be formed on the work material. Here, when the surface roughness of the honing portion (the surface roughness of the hard coating layer of the honing portion) is measured after the hard coating layer is formed by the PVD method, the roughness is determined based on the roughness before the formation of the hard coating layer. May be slightly rough. However, when the honing part is processed with a wet brush or the like before the hard coating layer is formed and the surface roughness is appropriately finished as described above, the surface roughness of the honing part after the hard coating layer is formed. Ra is about 0.25 μm or less, and if it is this level, it is possible to improve the accuracy of the finished surface at the initial stage of cutting and sufficiently improve the fracture resistance as described above.
As will be described later, the honing process for the cutting edge portion is most preferably performed after the wet blasting process. However, even when the wet blasting process is performed after the honing process, the effects of the present invention can be obtained. In addition, when a predetermined honing dimension is processed only by wet blasting, such as when the honing dimension is relatively small, honing processing by a brush or the like is not performed, and the honing process may be combined with the wet blasting process. Needless to say, the effect of the present invention can be obtained also in that case.
なお本発明において、表面粗さは、JIS B0601−1994(2001)に従い、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで測定したものとする。カットオフ値を0.08mmとしているのは、切削加工表面の品質に影響を与えるのは切削インサート表面のミクロな状態であって、焼結前の圧粉体の密度バラツキや焼結時に発生する焼結変形等に起因するインサート基体の焼結肌でのうねり現象(うねり成分)の影響を除去するためである。 In the present invention, the surface roughness is measured by arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm in accordance with JIS B0601-1994 (2001). The cut-off value of 0.08 mm is the microscopic state of the cutting insert surface that affects the quality of the cutting surface, and occurs during the density variation of the green compact before sintering and during sintering. This is for removing the influence of the undulation phenomenon (swelling component) on the sintered skin of the insert base due to the sintering deformation or the like.
さらに、前述のようにインサート基体にウエットブラスト処理を行うことによって、インサート基体における逃げ面およびチップブレーカ表面の金属シミダシ層除去と同時に、少なくともすくい面の表面部の硬質相に圧縮残留応力を付与することができ、このようにすくい面に圧縮残留応力を付与することによって、切削加工時に作用する高負荷に対する切れ刃部の耐欠損性をさらに改善することができる。ここで、すくい面の表面部の硬質相の圧縮残留応力が450MPa未満の場合には、高負荷に対する耐欠損性向上効果が少ないことから、耐欠損性を高めるため、インサート基体表面部の硬質相に付与する圧縮残留応力の値は450MPa以上、好ましくは600MPa以上とした。 Further, by performing wet blasting on the insert base as described above, a compressive residual stress is applied to the hard phase at least on the surface of the rake face simultaneously with removal of the flank and chip breaker surface on the insert base. In this way, by applying compressive residual stress to the rake face, it is possible to further improve the chipping resistance of the cutting edge portion against a high load acting during cutting. Here, when the compressive residual stress of the hard phase on the surface portion of the rake face is less than 450 MPa, the effect of improving the fracture resistance against high loads is small. The value of the compressive residual stress applied to is set to 450 MPa or more, preferably 600 MPa or more.
なお本発明でいう、インサート基体の表面部の硬質相に付与する残留応力の値とは、(株)養賢堂発行の「残留応力のX線評価」(田中啓介、鈴木賢治、秋庭義明著)の第六章冒頭(P99〜105)に記載される周知のsin2Ψ法を用いX線回折装置によって測定された値である。
さらに、sin2Ψ測定範囲に関しては、0〜0.5ないし0〜0.75間で選択される範囲において等間隔に5ないし6点、並傾法にて展開し測定した。
測定に用いたX線回折装置はスペクトリス(株)製のPANalytical
X’ Pert PRO MPDで、X線源としてはCuKα線を使用した。
残留応力測定にはNaCl型結晶構造を有する硬質相の(422)面の回折ピークを用いた。
また、測定に用いた残留応力計算ソフトウエアはX’ Pert High Score Plusで、硬質相のヤング率として475GPa、ポアソン比として0.200を使用し計算を実施した。
The value of the residual stress applied to the hard phase of the surface portion of the insert substrate in the present invention is “X-ray evaluation of residual stress” issued by Yokendo Co., Ltd. (Keisuke Tanaka, Kenji Suzuki, Yoshiaki Akiba) ) Measured by an X-ray diffractometer using the well-known sin 2 Ψ method described at the beginning of Chapter 6 (P99 to 105).
Furthermore, regarding the sin 2 Ψ measurement range, the measurement was performed by developing the parallel tilt method at 5 to 6 points at equal intervals in a range selected from 0 to 0.5 to 0 to 0.75.
The X-ray diffractometer used for the measurement was PAN alytical manufactured by Spectris Co., Ltd.
In X ′ Pert PRO MPD, CuKα ray was used as the X-ray source.
For the residual stress measurement, the diffraction peak of the (422) plane of the hard phase having an NaCl type crystal structure was used.
The residual stress calculation software used for the measurement was X ′ Pert High Score Plus, and the calculation was performed using 475 GPa as the Young's modulus of the hard phase and 0.200 as the Poisson's ratio.
さらに本発明の表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいては、炭窒化チタン基サーメットからなるインサート基体の表面のうち、少なくとも前記貫通穴の支持具接触面を除く領域に、PVD法による硬質被覆層が形成されている。このようなPVD法による硬質被覆層は、一般に基体のサーメットより硬質であるため、耐摩耗性を向上させることができる。また前述のようにウエットブラスト処理によって、Ra0.2μm以下に平滑化したインサート基体の表面にPVDを施せば、そのPVDによる硬質被覆層の表面もRa0.25μm程度以下の平滑な面となるため、優れた耐欠損性、仕上げ面精度を確保することができる。但し、既に述べたように、貫通穴の支持具接触面(金属シミダシ層が露呈した面)もがPVD法による硬質な被覆層によって覆われてしまえば、支持具接触面が硬質となるため、高負荷での切削時においては、やはり、その支持具接触面からの亀裂・破損を生じやすくなってしまう。そしてこの場合、支持具接触面の硬質被覆層に亀裂・破損が発生すれば、そこを起点としてインサート基体まで欠陥が進展し、たとえ貫通穴内面に金属シミダシ層が所定の割合存在していたとしても、切削不能となるおそれがある。そこで本発明では、支持具接触面はPVDによる硬質被覆層で覆わず、軟質な金属シミダシ層のままとしている。 Furthermore, in the surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert of the present invention, at least the region of the surface of the insert base made of titanium carbonitride-based cermet excluding the support contact surface of the through hole is hard-coated by the PVD method. A layer is formed. Such a hard coating layer formed by the PVD method is generally harder than the cermet of the substrate, and thus can improve wear resistance. If the surface of the insert substrate smoothed to Ra 0.2 μm or less by PVD as described above is subjected to PVD, the surface of the hard coating layer by PVD becomes a smooth surface of about Ra 0.25 μm or less. Excellent chipping resistance and finished surface accuracy can be secured. However, as already described, if the support tool contact surface of the through hole (the surface exposed by the metal stripe layer) is covered with a hard coating layer by the PVD method, the support tool contact surface becomes hard, At the time of cutting with a high load, cracks and breakage from the contact surface of the support are likely to occur. In this case, if a crack or breakage occurs in the hard coating layer on the contact surface of the support, the defect progresses to the insert base from that point, and it is assumed that a predetermined amount of the metal stagnation layer exists on the inner surface of the through hole. However, cutting may be impossible. Therefore, in the present invention, the support tool contact surface is not covered with a hard coating layer made of PVD, and remains a soft metal squeeze layer.
インサート基体の表面にPVD法によって形成する硬質被覆層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、Ni、Sのうちから選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、ホウ素のうちから選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなるものであればよい。
ここで、PVD法による硬質被覆層の具体的な材質は上記のところから選択すればよいが、切削インサートとしては、TiC、TiCN、TiN、TiAlN、TiAlCrN、TiAlCrSiN、TiAlNbNなどのTi系硬質被膜やAlCrNなどが特に有効であり、工具寿命を重視する場合は、少なくとも1層が、TiAlN層によって構成されていることが望ましい。このようなTiAlN層は、インサート基体に対する付着強度が大きく、耐熱性も高いため、硬質被覆層の少なくとも1層をTiAlN層とすることによって、大幅に工具寿命を延長することが可能となる。
また、被削材の仕上げ面が要求される場合は、硬質被覆層として、耐溶着性に優れたTiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなる層構成とすれば良く、この場合、硬質被覆層を構成する物質と被削材(鉄系)との親和性が低いため、切削加工中の溶着現象が発生し難く、良好な被削材仕上げ面精度を得ることができ、加工面粗さを要求されることが多い表面被覆炭窒化チタン基サーメット製インサートに特に適している。その場合、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物のうちから選ばれた1層または2層以上からなる硬質被覆層の総膜厚は0.5〜15μmを選択することが望ましい。硬質被覆層の総膜厚が0.5μm未満では、耐摩耗性能が十分ではなく、一方総膜厚が15μmを越えれば、硬質被覆層の剥離が発生しやすくなる傾向が確認されており、膜厚を適正に調整することが重要である。
上記に関してより具体的には、PVD法による硬質被覆層を複数層で形成する場合、インサート基体の側から、膜厚0.1〜1.0μmのTiN層、膜厚0.5〜5.0μmのTiCN層、および膜厚0.1〜1.0μmのTiN層を、その順に被覆形成することが望ましい。
なおここでいうPVD法としては、例えばアークイオンプレーティング法、ホロカソード法、スパッタリング法など、従来から知られている種々の物理的な蒸着法を適用することができ、特に限定されるものではない。
The hard coating layer formed on the surface of the insert substrate by the PVD method is at least one selected from IVa group element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni, and S in the periodic table And one or two or more layers of a compound comprising at least one element selected from carbon, nitrogen, oxygen and boron.
Here, the specific material of the hard coating layer by the PVD method may be selected from the above. When AlCrN or the like is particularly effective and when the tool life is important, it is desirable that at least one layer is composed of a TiAlN layer. Since such a TiAlN layer has high adhesion strength to the insert substrate and high heat resistance, it is possible to significantly extend the tool life by forming at least one of the hard coating layers as a TiAlN layer.
When a finished surface of the work material is required, the hard coating layer is composed of one layer or two or more layers selected from Ti carbide, nitride, and carbonitride having excellent welding resistance. In this case, since the affinity between the material that forms the hard coating layer and the work material (iron-based) is low, the welding phenomenon is unlikely to occur during cutting and a good work material finish It is particularly suitable for a surface-coated titanium carbonitride-based cermet insert that can obtain surface accuracy and often requires a machined surface roughness. In that case, the total film thickness of the hard coating layer composed of one layer or two or more layers selected from Ti carbide, nitride and carbonitride is preferably selected to be 0.5 to 15 μm. When the total film thickness of the hard coating layer is less than 0.5 μm, the wear resistance is not sufficient. On the other hand, when the total film thickness exceeds 15 μm, it has been confirmed that the hard coating layer tends to be peeled off. It is important to adjust the thickness appropriately.
More specifically, in the case of forming a hard coating layer by a PVD method in a plurality of layers, a TiN layer having a film thickness of 0.1 to 1.0 μm, a film thickness of 0.5 to 5.0 μm from the insert substrate side. The TiCN layer and the TiN layer having a film thickness of 0.1 to 1.0 μm are desirably coated in that order.
In addition, as PVD method here, various physical vapor deposition methods known conventionally, such as an arc ion plating method, a holo cathode method, sputtering method, etc. can be applied, and are not specifically limited. .
次に本発明による表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、基本的には、焼結法によるインサート基体製造工程と、ウエットブラスト工程と、PVD法により硬質被覆層を形成する被覆工程とからなり、また好ましくはウエットブラスト工程と被覆工程との間、もしくはインサート基体製造工程とウエットブラスト工程との間に、切れ刃部に対するホーニング加工工程を挿入する。そこで以下にこれらの各工程について説明する。
Next, the manufacturing method of the surface coating titanium carbonitride based cermet cutting insert by this invention is demonstrated.
The production method of the present invention basically comprises an insert substrate production process by a sintering method, a wet blast process, and a coating process for forming a hard coating layer by a PVD method, and preferably a wet blast process and a coating process. A honing process for the cutting edge portion is inserted between the processes, or between the insert substrate manufacturing process and the wet blast process. Accordingly, each of these steps will be described below.
インサート基体製造工程:
インサート基体製造工程は、従来の炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造における焼結体(インサート基体)の製造工程と同様であればよい。すなわち所定の配合割合で炭窒化チタン基サーメット原料粉末を配合し、サーメット基体形状にプレス成形して、得られた圧粉成形体を、所定の条件で加熱して焼結すればよい。但しこの焼結段階では、焼結体の表面に、既に述べたように、炭窒化チタン基サーメットの金属結合層成分であるCo、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が0.1μm以上5μm以下の層厚でかつ60面積%以上の表面占有率で形成されるように、原料粉末の配合割合、焼結温度、焼結雰囲気、冷却条件などを適切に調整する。なおこのようにして得られたインサート基体のすくい面には、プレス成形時の金型形状が転写されたチップブレーカが形成されている。また、インサートを工具本体へ取り付けるための着座面は、砥石による研削加工面が存在しても良いが、逃げ面は、通常は研削加工されておらず、プレス成型時の金型により形成されるものである。
Insert substrate manufacturing process:
The insert substrate manufacturing process may be the same as the manufacturing process of a sintered body (insert substrate) in manufacturing a conventional titanium carbonitride-based cermet cutting insert. That is, the titanium carbonitride-based cermet raw material powder is blended at a predetermined blending ratio, press-molded into a cermet substrate shape, and the resulting green compact is heated and sintered under predetermined conditions. However, in this sintering stage, as already described, the surface of the sintered body is a substantially single phase mainly composed of one or two kinds of Co and Ni, which are metal bonding layer components of the titanium carbonitride-based cermet. The mixing ratio of the raw material powder, the sintering temperature, the sintering atmosphere, the cooling conditions, etc. are formed so that the metal wrinkle layer made of Adjust appropriately. In addition, a chip breaker to which a die shape at the time of press molding is transferred is formed on the rake face of the insert base thus obtained. In addition, the seating surface for attaching the insert to the tool body may have a grinding surface by a grindstone, but the flank surface is not usually ground and is formed by a die during press molding. Is.
ウエットブラスト処理:
前述のようにして得られた焼結体であるインサート基体に対しては、取り付け用貫通穴内面の支持具接触面を除くインサート基体表面について、金属シミダシ層を除去するとともに、表面平滑化を図り、さらに圧縮残留応力を付与することを目的として、ウエットブラスト処理を施す。
なおインサート表面の処理手段としては、従来から、ショットピーニング(ショットブラスト)、ドライブラスト等も知られているが、比較的大きな鋼球やセラミックボールを使用するショットピーニング(ショットブラスト)は、加工エネルギーが過大であるため、インサート基体の表面や内面に粗大クラックが発生したり、また研磨能力が低い処理であるため金属シミダシ層の十分な除去を行うことができないおそれがあり、また二種の流体(粉流・気流)でインサート表面をブラストするドライブラストは、ウエットブラストに比べて加工エネルギーが小さいため、やはり金属シミダシ層の十分な除去を行うことができず、また表面平滑化、圧縮応力も十分に行なえず、さらには噴射研磨材の処理表面への食い込み・残留も生じやすい問題がある。
Wet blasting:
For the insert base, which is a sintered body obtained as described above, the metal base layer is removed and the surface smoothed on the insert base surface excluding the support contact surface on the inner surface of the mounting through hole. Further, wet blasting is performed for the purpose of imparting compressive residual stress.
Conventionally, shot peening (shot blasting), drive blasting, etc. are known as insert surface treatment means, but shot peening (shot blasting) using relatively large steel balls or ceramic balls is a processing energy. Is excessively large, which may cause coarse cracks on the surface and inner surface of the insert base, and because the polishing ability is low, the metal stagnation layer may not be sufficiently removed. Drive blast, which blasts the insert surface with (powder flow / air flow), has less processing energy than wet blasting, so it cannot sufficiently remove the metal stripe layer, and also has smooth surface and compressive stress. Insufficient operation, and more likely to cause bite / residue of sprayed abrasive on the treated surface There is a problem.
そこで本発明では、上記弊害を招くことなく、取り付け用貫通穴内面の支持具接触面を除くインサート基体表面における金属シミダシ層を、確実に除去し、さらには表面平滑化および圧縮残留応力付与のための手段として、ウエットブラスト処理を採用している。
ウエットブラスト処理を用いることにより、従来技術で生じていた製造時の粗大クラック等の表面欠陥をインサート基体に与えることなく、複雑な形状(例えば1つの面が複数の曲面の集合によって構成される形状)のインサート基体や、金型によって成型される三次元形状を持つチップブレーカ部に対しても、その形状を損なわずに、少なくとも取り付け用貫通穴内面の支持具接触面を除くインサート基体の表面部について、金属シミダシ層を確実に除去することが可能となると同時に、表面の平滑化を可能とし、さらに圧縮残留応力の付与により、切削インサートの性能をさらに飛躍的に改善することができた。
Therefore, in the present invention, without causing the above-described adverse effects, the metal stagnation layer on the surface of the insert substrate excluding the support contact surface on the inner surface of the mounting through hole is surely removed, and further for smoothing the surface and applying compressive residual stress. As a means for this, wet blasting is adopted.
By using wet blasting, a complicated shape (for example, a shape in which one surface is constituted by a set of a plurality of curved surfaces, without giving the insert substrate surface defects such as coarse cracks at the time of manufacturing that have occurred in the prior art. The surface portion of the insert substrate excluding at least the support contact surface on the inner surface of the mounting through-hole without damaging the shape of the insert breaker or the chip breaker portion having a three-dimensional shape molded by a mold. In addition, it was possible to reliably remove the metal stagnation layer, and at the same time, it was possible to smooth the surface and further improve the performance of the cutting insert by applying compressive residual stress.
ここで、ウエットブラスト処理とは、噴射研磨材を含有した液体(一般的には水)である研磨液を被処理物に噴射して、圧縮残留応力を付与したり、表面の研磨を行ったりする処理であるが、このようなウエットブラスト処理の噴射研磨材としては、硬質の微粒メディアであれば、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、樹脂系、ガラス系など種々使用可能であり、またその粒径としては、初期投入時の中心粒子径が約1〜100μm程度が望ましく、生産性と品質の両方を考慮すれば、約10〜50μm程度がより好ましい。さらに噴射条件としては、例えばメディアとしてアルミナを使用する場合には、液体(水)と混合した状態において15〜60重量%の範囲となるようにメディアを含有させて研磨液を調整し、ブラストガンに供給する圧縮空気の圧力すなわち噴射圧力を0.05〜0.5MPa、好ましくは0.1〜0.3MPaの範囲として噴射するのが望ましい。 Here, wet blasting is a process in which a polishing liquid, which is a liquid (generally water) containing a jet abrasive, is sprayed onto a workpiece to give a compressive residual stress or to polish a surface. As a spray abrasive for such wet blasting, various materials such as alumina, silicon carbide, zirconia, resin, and glass can be used as long as they are hard fine-grained media. As for, the center particle diameter at the time of initial charging is desirably about 1 to 100 μm, and about 10 to 50 μm is more preferable in consideration of both productivity and quality. Further, as an injection condition, for example, when alumina is used as a medium, a blast gun is prepared by adjusting the polishing liquid by containing the medium so that it is in the range of 15 to 60% by weight in a state mixed with the liquid (water). It is desirable to inject the compressed air supplied to the pressure, that is, the injection pressure within the range of 0.05 to 0.5 MPa, preferably 0.1 to 0.3 MPa.
またウエットブラスト処理に使用する研磨材の形状は、多角形状の砥粒が望ましい。ここで、アルミナ研磨材としては、一般に球形状のアルミナ研磨材が多く使用されているが、多角形状のアルミナ研磨材は、上記球形状のアルミナ研磨材と比べ、へき開面により形成された角張った切れ刃部を有する形状のため、研削力が大きく、金属シミダシ層を効果的に除去することができるとともに、平滑化効果も高い。これに対して研磨材が球形状の場合は、残留応力付与には適しているが、研削作用が弱く、金属シミダシ層を確実に除去するとともに所定の表面粗さにインサート表面を仕上げるためには、ウエットブラスト処理に長時間を要して生産性が悪くなるばかりでなく、ウエットブラストの過剰処理によるクラック等の欠陥が、インサート表面に生じる場合がある。 The shape of the abrasive used for wet blasting is preferably polygonal abrasive. Here, as the alumina abrasive, a spherical alumina abrasive is generally used. However, the polygonal alumina abrasive has a square shape formed by a cleavage plane as compared with the spherical alumina abrasive. Because of the shape having the cutting edge portion, the grinding force is large, the metal stripe layer can be effectively removed, and the smoothing effect is also high. On the other hand, when the abrasive is spherical, it is suitable for applying residual stress, but the grinding action is weak, and in order to remove the metal stripe layer reliably and finish the insert surface to a predetermined surface roughness. Not only does the wet blasting process take a long time, the productivity deteriorates, but also defects such as cracks due to excessive wet blasting may occur on the insert surface.
さらに、本発明におけるウエットブラスト処理の概略を、図5を参照して説明する。
図5(a)において、基体表面の全体に金属シミダシ層が形成された炭窒化チタン基サーメットからなる焼結肌のままのインサート基体10を、軸線(O)回りに回転可能な一対の回転軸12により挟み込んで保持しつつ、前記軸線回りに回転させながら、該回転軸(O)の軸線方向に対して、例えば、45度の噴射角θを有する相対向する2本のブラストガン14から前記インサート基体10の表面に研磨液Gを噴射して1個ずつウエットブラスト処理を行うことにより、少なくとも取り付け用貫通穴内面の支持具接触面を除き、インサート基体10の全面を均一に処理することができる。
Furthermore, the outline of the wet blasting process in the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 5 (a), a pair of rotating shafts capable of rotating an
ここで、回転軸12の先端には、大径の封止部12Aが形成されており、この封止部12Aが、インサート基体の取り付け用貫通穴8の開口端に当接されて、取り付け用貫通穴8の内側の面へのウエットブラスト研磨液の噴射が阻止されるため、取り付け用貫通穴8の内面、特に支持具接触面はウエットブラスト処理が行われず、焼結直後の表面状態が維持される。すなわち貫通穴の支持具接触面は、所定の表面占有率(面積率)、所定の層厚のCo、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる軟質な金属シミダシ層が形成された焼結肌が維持される。
一方、インサート基体10の逃げ面およびチップブレーカの表面からは、ウエットブラスト処理により金属シミダシ層が除去され、同時に、平滑面が形成される。ここで、研磨液の種類、噴射圧等を調整することにより、インサート基体の逃げ面およびチップブレーカの表面として、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下の条件を満たす平滑面を形成することができ、同時に上記インサート基体10の少なくともすくい面の表面部の硬質相に、450MPa以上の圧縮残留応力を付与することができる。
なお図5の(b)に示すように、回転軸Oの軸線方向に対するブラストガン14の噴射角θは、30度以上60度以下、好ましくは、40度以上50度以下であれば、インサート基体10の全面(貫通穴の支持具接触面を除く)に対して均一なウエットブラスト処理を行うことができる。また、使用するブラストガン14の本数については、図5(a)では2本の例を示しているが、加工するインサート基体の形状によって、1本または3本以上の複数のガンを用いても良い。
Here, a large-
On the other hand, from the flank of the
As shown in FIG. 5 (b), when the injection angle θ of the
また取り付け用貫通穴8の内面が、より確実にウエットブラスト処理を受けないようにするためには、図5(c)に示すように、インサート基体10とこれを挟み込む回転軸12との間に、マスキング部材18を介在させることによって、マスキング部材18でカバーされた取り付け用貫通穴8内面を、金属シミダシ層が存在する焼結肌のままに確実に維持することが可能となる。すなわち、例えばウエットブラストの回転軸12とインサート基体10の取り付け用貫通穴8を同一軸線上に配置できない場合や、複数の取り付け用貫通穴が距離を置いて配置されたインサート基体、あるいは取り付け用貫通穴の断面形状が楕円などの非円形をしたインサート基体にウエットブラスト処理を施す場合等、通常の保持方法では取り付け用貫通穴の内面にウエットブラスト処理が行われてしまうおそれがある形状のインサート基体に対しても、上述のようなマスキング部材を使用すれば、確実に貫通穴内面へのウエットブラスト処理を避けることが可能となる。
このように、上記のような構造を持つウエットブラスト処理装置を使用することによって、様々な形状やチップブレーカを有するインサート基体に対し、個々の噴射条件を適切に設定し、最適なウエットブラスト処理を施すことが可能となる。
Further, in order to prevent the inner surface of the mounting through-
In this way, by using the wet blasting apparatus having the structure as described above, the individual injection conditions are appropriately set for the insert base having various shapes and chip breakers, and the optimum wet blasting process is performed. Can be applied.
なお、例えば図3に示したように、取り付け用貫通穴8の開口端にテーパー面8Bが形成されていて、そのテーパー面8Bには取り付け支持具9A(9B)が接触しないようになっている場合、そのテーパー面8Bについては、上述のようなウエットブラスト処理が施されてもよい。すなわち、上述のように焼結肌のまま金属シミダシ層を残存させる必要があるのは、取り付け用貫通穴8の内面のうちでも、少なくとも工具本体への取り付け手段である支持具に接触する面であればよく、支持具に接触しないことが設計上確定している部分の表面については、ウエットブラスト処理を施すことが許容される。
For example, as shown in FIG. 3, a
ホーニング加工工程:
既に述べたように、ウエットブラスト処理を施した後には、PVD法により硬質被覆層を形成する前の段階で、インサート基体の刃先先端部に湿式ブラシ等によるホーニング加工を施して、刃先先端に形成されるホーニング部の表面粗さを他の部分より小さくすることが望ましい。そのホーニング加工の具体的方法は、基本的には従来の切削インサート製造における刃先先端のホーニング加工と同様であればよく、例えば弾性砥石、バレル、ブラシ等でホーニング加工すればよいが、特に湿式ブラシによるホーニングによれば、高品位な加工表面が得られ、かつ様々な形状のホーニングを比較的短時間で加工することができる。ただし、ホーニング加工後にウエットブラスト処理を行えば、ホーニング部がウエットブラスト処理により、再度加工され、その形状や大きさに変化が生じてしまい、本来の切削性能を発揮できないことがある。
そこで、本発明では、前述のようなウエットブラスト処理を施した後の段階の工程として、切れ刃部のホーニング処理(望ましくはブラシホーニング、より好ましくは湿式ブラシホーニング)を行うことが望ましい。このように切れ刃部のホーニングを、ウエットブラスト処理の後に行うことにより、優れた被削材の仕上げ面精度を長時間にわたり維持するインサートを得ることができる。また、ウエットブラスト処理の後に湿式ブラシホーニング加工を行えば、湿式ブラシホーニングの利点を生かして、表面粗さが良く、所定の形状に精度良くコントロールされたホーニング加工面を、生産性良く得ることが可能となる。
なお切れ刃部に対するホーニング加工は、ウエットブラスト処理後に行うことが最も望ましいが、ホーニング加工後にウエットブラスト処理を行った場合でも、本発明の効果を得ることが可能である。
また、加工されるホーニングの寸法が比較的小さい場合は、ウエットブラスト処理のみで所定のホーニング寸法まで加工されるため、ブラシ等によるホーニング加工を行わずにウエットブラスト処理がホーニング加工を兼ねる場合もある。その場合も、当然、本発明の効果を得られることが確認されている。
なおこのホーニング加工では、インサート基体における刃先先端に形成されるホーニング部の表面粗さをカットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.1μm以下にすることが望ましい。硬質被覆層形成前のホーニング部の表面粗さRaを適切に調整しておくことにより、硬質被覆層形成後のホーニング部の表面粗さRaを0.25μm程度以下とすることができ、この程度のホーニング部表面粗さであれば、前述のように切削初期の仕上げ面精度の向上や耐欠損性の十分な向上を図ることができる。
Honing process:
As already mentioned, after wet blasting, before the hard coating layer is formed by the PVD method, the tip of the insert base is subjected to honing with a wet brush or the like to form the tip of the tip. It is desirable to make the surface roughness of the honing part to be smaller than other parts. The specific honing method is basically the same as the honing of the cutting edge tip in conventional cutting insert manufacturing, for example, honing with an elastic grindstone, barrel, brush, etc. According to honing, a high-quality processed surface can be obtained, and various shapes of honing can be processed in a relatively short time. However, if a wet blast process is performed after the honing process, the honing part is processed again by the wet blast process, and the shape and size of the honing part may change, and the original cutting performance may not be exhibited.
Therefore, in the present invention, it is desirable to perform a honing process (preferably brush honing, more preferably wet brush honing) of the cutting edge as a step after the wet blasting process as described above. By performing honing of the cutting edge portion after wet blasting in this way, an insert that maintains excellent finished surface accuracy of the work material for a long time can be obtained. In addition, if wet brush honing is performed after wet blasting, it is possible to take advantage of wet brush honing and obtain a honing surface with good surface roughness and precisely controlled to a predetermined shape with high productivity. It becomes possible.
The honing process for the cutting edge is most preferably performed after the wet blasting process, but the effects of the present invention can be obtained even when the wet blasting process is performed after the honing process.
In addition, when the size of the honing to be processed is relatively small, the wet blasting process may also serve as the honing process without performing the honing process with a brush or the like because the honing process is performed only by the wet blasting process. . In that case, naturally, it has been confirmed that the effects of the present invention can be obtained.
In this honing process, it is desirable that the surface roughness of the honing part formed at the tip of the cutting edge of the insert base is 0.1 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. By appropriately adjusting the surface roughness Ra of the honing portion before forming the hard coating layer, the surface roughness Ra of the honing portion after forming the hard coating layer can be reduced to about 0.25 μm or less. If the surface roughness of the honing part is as described above, it is possible to improve the accuracy of the finished surface at the initial stage of cutting and sufficiently improve the fracture resistance as described above.
物理蒸着法(PVD法)による被覆工程(硬質被覆層の形成工程):
ウエットブラスト処理後、望ましくは刃先先端のホーニング加工の後に、PVD法により、インサート基体の表面のうち、少なくとも取り付け用貫通穴内面の支持具接触面を除くインサート基体表面に、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Si、Y、Mn、NiおよびSの群から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の1層または2層以上からなる硬質被膜を被覆形成する。
ここで硬質被覆層形成のためのPVD法としては、アークイオンプレーティング法、ホロカソード法、スパッタリング法などの公知の物理的な蒸着法を適用すればよい。但し本発明の場合、既に述べたように貫通穴の支持具接触面は、最終製品でも金属シミダシ層が露呈したままの焼結肌とする必要があり、したがってインサート基体にPVD法を適用する際には、貫通穴内面、あるいは少なくとも貫通穴の支持具接触面がPVDによる硬質被覆層で覆われないようにする。そのためには、例えば貫通穴、あるいは少なくとも貫通穴内側の支持具接触面を、適宜のマスキング部材によって覆った状態でPVDによる蒸着を行なえばよい。
Coating process by physical vapor deposition (PVD method) (hard coating layer forming process):
After wet blasting, preferably after honing of the cutting edge tip, PVD method is used to form at least the surface of the insert base of the insert base except the support contact surface on the inner surface of the through hole for mounting. At least one element selected from the group consisting of element, Va group element, VIa group element, Al, Si, Y, Mn, Ni and S, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron A hard film composed of one layer or two or more layers of a compound composed of an element is formed by coating.
Here, as the PVD method for forming the hard coating layer, a known physical vapor deposition method such as an arc ion plating method, a holo cathode method, or a sputtering method may be applied. However, in the case of the present invention, as described above, the support contact surface of the through-hole needs to be a sintered skin with the metal wrinkle layer exposed even in the final product. Therefore, when applying the PVD method to the insert substrate In this case, the inner surface of the through hole, or at least the support contact surface of the through hole is not covered with the PVD hard coating layer. For this purpose, vapor deposition by PVD may be performed, for example, with the through hole or at least the support contact surface inside the through hole covered with an appropriate masking member.
以下、本発明の実施例を、比較例とともに示す。なお以下の実施例は、本発明の具体的な態様、及びそれによる効果を説明するためのものであって、実施例に記載された構成、条件が本発明の技術的範囲を限定するものでないことはもちろんである。 Examples of the present invention will be described below together with comparative examples. The following examples are for explaining specific embodiments of the present invention and effects thereof, and the configurations and conditions described in the examples do not limit the technical scope of the present invention. Of course.
下記の原料配合組成を有するP30グレードTiCN基サーメットの原料粉末をプレス成型した後、下記の条件で焼結し、焼結温度、窒素雰囲気圧力、および冷却条件を調整することにより種々の厚さと表面占有率(面積率)でCo、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる軟質で靭性の高い金属シミダシ層を有するとともに、ISO・DNMG150612に規定する形状・寸法を有するTiCN基サーメットからなる焼結体(インサート基体)A〜Eを作製した。
表1に、各TiCN基サーメットからなるインサート基体A〜Eの特性を示す。なおTiCN基サーメット製インサート基体A〜Dの表面には、CoおよびNiを主成分とする実質的に単一相の金属シミダシ層が、表1に示す層厚並びに表面占有率で生成されていた。
原料配合組成:
いずれも0.5〜2mmの平均粒径を有するTiCN粉末、WC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Co粉末、Ni粉末を、それぞれ、45wt%、22wt%、3wt%、10wt%、15wt%、5wt%となるように配合し、ボールミルにて24時間湿式混合し、乾燥した。
焼結条件:
(1)常温から1200℃までを、10Pa以下の真空雰囲気中にて10℃/分の速度で昇温し、
(2)1350℃までの昇温を10Pa以下の真空雰囲気中にて、2.0℃/分の速度で昇温し、
(3)133Paの窒素雰囲気で、1350℃から所定の焼結温度(1500℃)まで1.5℃/分の速度で昇温し、続いて同じ雰囲気で焼結温度に60分間保持し、
(4)上記焼結温度から1200℃まで10Pa以下の真空雰囲気中にて、0.5〜10.0℃/分の範囲内の種々の冷却速度で冷却し、
(5)1200℃からの炉冷を90kPa以下のAr雰囲気中にて行った。
なお、切れ刃部には、砥粒を含有したナイロンブラシを使用し、すくい面側から測定した幅が0.11mm、かつ、逃げ面側から測定した幅が0.06mmのウォーターフォール型の曲面ホーニングを湿式処理で施した。
After pressing P30 grade TiCN-based cermet raw material powder having the following raw material composition, sintering is performed under the following conditions, and various thicknesses and surfaces are adjusted by adjusting the sintering temperature, nitrogen atmosphere pressure, and cooling conditions. Occupancy rate (area ratio) has a soft and tough metal squeeze layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni, and has the shape and dimensions specified in ISO / DNMG150612. Sintered bodies (insert bases) A to E made of TiCN-based cermet were prepared.
Table 1 shows the characteristics of the insert bases A to E made of each TiCN-based cermet. In addition, on the surfaces of the insert bases A to D made of TiCN-based cermet, a substantially single-phase metal stagnation layer mainly composed of Co and Ni was generated with the layer thickness and surface occupancy shown in Table 1. .
Raw material composition:
All of TiCN powder, WC powder, TaC powder, NbC powder, Co powder, and Ni powder having an average particle diameter of 0.5 to 2 mm are 45 wt%, 22 wt%, 3 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 5 wt%, respectively. %, And wet mixed in a ball mill for 24 hours and dried.
Sintering conditions:
(1) The temperature is raised from room temperature to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(2) Raise the temperature up to 1350 ° C. at a rate of 2.0 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(3) In a nitrogen atmosphere of 133 Pa, the temperature is increased from 1350 ° C. to a predetermined sintering temperature (1500 ° C.) at a rate of 1.5 ° C./minute, and then maintained at the sintering temperature for 60 minutes in the same atmosphere.
(4) In a vacuum atmosphere of 10 Pa or less from the sintering temperature to 1200 ° C., cooling at various cooling rates within a range of 0.5 to 10.0 ° C./min,
(5) Furnace cooling from 1200 ° C. was performed in an Ar atmosphere of 90 kPa or less.
In addition, a nylon brush containing abrasive grains is used for the cutting edge, and a waterfall-type curved surface having a width measured from the rake face side of 0.11 mm and a width measured from the flank face side of 0.06 mm Honing was performed by wet processing.
上記TiCN基サーメット製インサート基体B,C,Dに、中心粒子径40μmを有するアルミナを噴射研磨材とし、表2に示す噴射圧力で、図5(a)に示されるウエットブラスト処理装置を用いてウエットブラスト処理を施すことにより、本発明1〜5のインサート基体を製造した。ウエットブラスト処理では、噴射研磨材のアルミナを水と混合し研磨液中の研磨材の含有量が30重量%となるように噴射研磨液を調製した。
また、図5(a)に示されるウエットブラスト処理装置において、噴射角θは45°一定とし、一対の回転軸で挟み込んで保持した部分を除いてインサート基体全面(但し、貫通穴内面を除く)が処理されるようウエットブラストを行い、一方、インサート基体の貫通穴内面にはウエットブラスト処理を施さず、金属シミダシ層が形成された焼結肌を維持したままとした。
さらに、各インサート基体に対して、その表面に、PVD法の一種であるアークイオンプレーティング法により、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成した。但しこの蒸着被覆においては、予めインサート基体の貫通穴部分をマスキング部材により覆っておき、貫通穴の内面(支持具接触面を含む面)には、硬質被覆層が形成されないようにした。すなわち、支持具接触面を含む貫通穴の内面については、金属シミダシ層が形成された焼結肌を維持した。
Using the above-mentioned TiCN-based cermet insert bases B, C, and D with alumina having a center particle diameter of 40 μm as an injection abrasive, using the wet blasting apparatus shown in FIG. The insert substrate of the present invention 1-5 was manufactured by performing wet blasting. In the wet blast treatment, the jet polishing liquid was prepared such that the alumina of the jet polishing material was mixed with water so that the content of the polishing material in the polishing liquid was 30% by weight.
Further, in the wet blast processing apparatus shown in FIG. 5A, the injection angle θ is constant 45 °, and the entire surface of the insert substrate is excluded except for the portion sandwiched and held between the pair of rotating shafts (excluding the inner surface of the through hole). On the other hand, wet blasting was not performed on the inner surface of the through hole of the insert base, and the sintered skin on which the metal stagnation layer was formed was maintained.
Further, a hard coating layer of a single TiAlN layer having an average film thickness of 1.5 μm was vapor-deposited on the surface of each insert substrate by an arc ion plating method which is a kind of PVD method. However, in this vapor deposition coating, the through hole portion of the insert base was previously covered with a masking member so that the hard coating layer was not formed on the inner surface of the through hole (the surface including the support tool contact surface). That is, about the inner surface of the through hole including the support tool contact surface, the sintered skin on which the metal stagnation layer was formed was maintained.
以上の過程において、硬質被覆層で被覆する前の段階の本発明1〜5のインサート基体について、その貫通穴内面と逃げ面およびチップブレーカの最表面に形成された金属シミダシ層について、表面占有率(面積率)およびその層厚を電子顕微鏡を使用して測定した。
また同じく、硬質被覆層で被覆する前の段階の本発明1〜5のインサート基体の表面部の硬質相の残留応力を、インサート基体逃げ面の平坦面で前述のX線回折装置により測定した。
さらに、硬質被覆層で被覆する前の段階の本発明1〜5のインサート基体の逃げ面、チップブレーカ、およびホーニング部の表面粗さを、JIS B0601−1994(2001)にしたがい、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで測定した。なお、チップブレーカの表面粗さに関してはブレーカ底を測定した。
表2に、金属シミダシ層の表面占有率(面積率),その層厚、残留応力および表面粗さの測定値を示す。
なお、本発明1〜5のインサート基体では、すくい面がブレーカを有した曲面となっているためにX線回折測定に必要な平坦面を確保できず、すくい面の残留応力を直接測定することはできないが、本実施例1では、ウエットブラスト処理時の噴射角を45°として、基本的に逃げ面とすくい面に同様な作用が加わるように処理を行っているため、すくい面、特に逃げ面とほぼ直角に位置する切れ刃部近傍のランド部分やブレーカ底部(すくい面では切れ刃部に近いランド部分や凹状に湾曲した最も深いブレーカ底部の残留応力値が耐欠損性向上に重要である)の残留応力は、逃げ面で測定された残留応力とほぼ同等であると考えられることから、インサート基体の残留応力は、逃げ面について測定した残留応力で代表させることとした。
また表面粗さについても、ウエットブラスト処理時の噴射角を45°としたことから、チップブレーカ(ブレーカ底)の表面粗さは逃げ面の表面粗さとほぼ同等の値を示した。
In the above process, the surface occupancy ratio of the metal base layer formed on the inner surface and clearance surface of the insert hole and the outermost surface of the chip breaker of the insert substrate of the present invention 1-5 before coating with the hard coating layer (Area ratio) and its layer thickness were measured using an electron microscope.
Similarly, the residual stress of the hard phase on the surface portion of the insert substrate of the
Furthermore, according to JIS B0601-1994 (2001), the cut-off value of 0 according to JIS B0601-1994 (2001) is used for the flank, chip breaker, and surface roughness of the insert breaker of the present invention 1-5 of the present invention 1-5 before coating with a hard coating layer. It was measured by arithmetic average roughness Ra at 0.08 mm. In addition, the breaker bottom was measured regarding the surface roughness of the chip breaker.
Table 2 shows measured values of the surface occupancy ratio (area ratio), the layer thickness, the residual stress, and the surface roughness of the metal stripe layer.
In the insert bases of the
Further, regarding the surface roughness, since the spray angle at the time of wet blasting was 45 °, the surface roughness of the chip breaker (breaker bottom) was almost the same as the surface roughness of the flank.
さらに、貫通穴内面を除いてPVD法によりインサート基体の表面に硬質被覆層を形成した後の段階のインサートについて、逃げ面、チップブレーカ、ホーニング部、および貫通穴内面の表面粗さを、前記同様にして測定した結果も、表2中に併せて示す。なお、チップブレーカの表面粗さに関しては、表面被覆前のインサート基体と同様にブレーカ底を測定した。 Furthermore, with respect to the insert at the stage after forming the hard coating layer on the surface of the insert substrate by the PVD method except the inner surface of the through hole, the surface roughness of the flank, chip breaker, honing part, and inner surface of the through hole is the same as described above. The measurement results are also shown in Table 2. In addition, regarding the surface roughness of the chip breaker, the breaker bottom was measured in the same manner as the insert substrate before the surface coating.
比較のために、TiCN基サーメットA,B,C,Eからなるインサート基体に対して、表2に示すような条件で処理することで、金属シミダシ層の表面占有率(面積率)、層厚、および硬質相の残留応力、表面粗さをそれぞれ変化させ、上記本発明1〜5のインサート基体と同様な組成・形状・寸法を有する比較例1〜5のインサート基体を製造し、さらにそのインサート基体の貫通穴を除く表面に、前記と同様にPVD法としてアークイオンプレーティング法を適用して、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成した。但しこの蒸着被覆においては、予めインサート基体の貫通穴部分をマスキング部材により覆っておき、貫通穴の内面(支持具接触面を含む面)には、硬質被覆層が形成されないようにした。
さらに、本発明3と同様にして製造されたインサート基体(ウエットブラスト処理後のもの)について、支持具接触面を含む貫通穴内面も含め、インサート基体の表面の全面について、前記と同様にPVD法としてアークイオンプレーティング法を適用して、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成して、比較例6のインサートとした。すなわちこの比較例6のインサートは、貫通穴の内面にも硬質被覆層が形成された例である。
そして前記と同様な測定方法で、硬質被覆層で被覆する前の段階の各比較例1〜6のインサート基体について、金属シミダシ層の表面占有率(面積率)およびその層厚を測定し、また、硬質被覆層で被覆する前の段階の比較例1〜6のインサート基体逃げ面の平坦面における残留応力をX線回折装置により測定し、また、同じく硬質被覆層被覆前のインサート基体の逃げ面、チップブレーカ、およびホーニング部の表面粗さを、JIS B0601−1994(2001)にしたがい、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで測定した。なおチップブレーカの表面粗さに関してはブレーカ底を測定した。
表2に、それぞれの測定結果を示す。
For comparison, by processing the insert substrate made of TiCN-based cermets A, B, C, and E under the conditions shown in Table 2, the surface occupancy (area ratio) and layer thickness of the metal stripe layer The insert bases of Comparative Examples 1 to 5 having the same composition, shape, and dimensions as those of the insert bases of the first to fifth aspects of the present invention are manufactured by changing the residual stress and the surface roughness of the hard phase. A hard coating layer of a single TiAlN layer having an average thickness of 1.5 μm was deposited on the surface of the substrate excluding the through-holes by applying the arc ion plating method as the PVD method in the same manner as described above. However, in this vapor deposition coating, the through hole portion of the insert base was previously covered with a masking member so that the hard coating layer was not formed on the inner surface of the through hole (the surface including the support tool contact surface).
Further, with respect to the insert substrate (after wet blasting) manufactured in the same manner as in the
Then, the surface occupancy ratio (area ratio) and the layer thickness of the metal stagnation layer are measured for each of the insert bases of Comparative Examples 1 to 6 in the stage before coating with the hard coating layer by the same measurement method as described above. The residual stress on the flat surface of the insert base flank of Comparative Examples 1 to 6 before coating with the hard coating layer was measured with an X-ray diffractometer, and the flank of the insert base before the hard coating layer was coated. The surface roughness of the chip breaker and the honing part was measured with the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm in accordance with JIS B0601-1994 (2001). Regarding the surface roughness of the chip breaker, the bottom of the breaker was measured.
Table 2 shows the measurement results.
さらに、PVD法によりインサート基体の表面に硬質被覆層を形成した後の段階の比較例1〜6のインサートについて、逃げ面、チップブレーカ、ホーニング部、および貫通穴内面の表面粗さを、前記同様にして測定した結果も、表2中に併せて示す。 Furthermore, the surface roughness of the flank, chip breaker, honing part, and inner surface of the through hole was the same as described above for the inserts of Comparative Examples 1 to 6 at the stage after the hard coating layer was formed on the surface of the insert substrate by the PVD method. The measurement results are also shown in Table 2.
表2によれば、インサート基体の表面(逃げ面およびチップブレーカ)へのウエットブラストの噴射圧力を高めれば、圧縮残留応力を増加させる効果があるが、噴射圧力が所定範囲以上に高くなると逆に表面粗さが大になり、若干平滑性が低下する傾向にあることがわかる。
また、ナイロンブラシによるホーニングを施したホーニング部の表面粗さは0.05μm、または、0.06μmと滑らかであるが、この表面にウエットブラスト処理を施せば、やはり逆に表面粗さが大になり、平滑性が低下することが分かる。
本発明では、貫通穴内面には所定の厚さの金属シミダシ層を有し、また、ウエットブラスト処理によりインサート表面の粗さも改善され、さらに、高い圧縮残留応力が付与されている。また、焼結後のインサート表面の粗さがもともと小さいTiCN基サーメットDを使用した本発明5のウエットブラスト処理後の表面粗さは、当然のことながら大きくは改善されていない。
比較例1は、金属シミダシ層が7〜9μmと厚い層厚のTiCN基サーメットAにウエットブラスト処理を行ったため、逃げ面およびチップブレーカ表面の金属シミダシ層を完全に除去するために、0.5MPaの噴射圧力を必要とした。その結果、表面粗さの観点からみると過処理となったため、逃げ面やホーニング部の表面粗さが0.2μmを超える粗面となった。
なお比較例4は、本発明4と同様の工程で作製された後に、貫通穴内面の金属シミダシ層を除去するために、貫通穴内面だけ改めて別のインサート保持方法によりウエットブラスト処理を行ったものである。
According to Table 2, increasing the wet blast injection pressure on the insert base surface (flank and chip breaker) has the effect of increasing the compressive residual stress, but conversely when the injection pressure is higher than the predetermined range. It can be seen that the surface roughness increases and the smoothness tends to decrease slightly.
In addition, the surface roughness of the honing part subjected to honing with a nylon brush is as smooth as 0.05 μm or 0.06 μm. However, if this surface is subjected to wet blasting, the surface roughness is also increased. It turns out that smoothness falls.
In the present invention, the inner surface of the through hole has a metal stripe layer having a predetermined thickness, and the roughness of the insert surface is improved by wet blasting, and a high compressive residual stress is applied. Also, the surface roughness after wet blasting of the
In Comparative Example 1, since the wet blast treatment was performed on the TiCN-based cermet A having a thickness of 7 to 9 μm, the metal stripe layer was 0.5 MPa in order to completely remove the metal stripe layer on the flank and chip breaker surface. Required injection pressure. As a result, from the viewpoint of surface roughness, overtreatment was performed, so that the flank and the surface roughness of the honing portion became a rough surface exceeding 0.2 μm.
In Comparative Example 4, after being manufactured in the same process as in the
次に上記の各切削インサートを、いずれもバイトの先端部に図4(a)に示されるL字形レバーにて固定した状態で、以下に示す条件により切削試験を行った。
《切削試験1》湿式断続の高送りかつ高切り込み切削
被削材;JIS−S55Cの溝入り丸棒(溝は長手方向に4溝)
切削速度;200m/min.
送り;0.6mm/rev.
切り込み;5mm
上記切削試験1における切れ刃部交換までの実切削時間を評価した。
表3に、切れ刃部交換までの実切削時間とともに、切れ刃部交換の理由並びに切れ刃部交換時の切削加工表面の状況を示す。
なお、切れ刃部交換までの時間は、使用切れ刃部にチッピングや欠損等が発生するか、L字形レバーと接触する貫通穴内面から大破するなど、実切削を継続することが不能となるまでの時間とし、また、正常な切削が維持されている場合は、逃げ面摩耗幅が0.4mmに達するまでの時間とした。
Next, a cutting test was performed under the following conditions in a state where each of the cutting inserts was fixed to the tip of the cutting tool with the L-shaped lever shown in FIG.
<< Cut
Cutting speed: 200 m / min.
Feed: 0.6 mm / rev.
Cutting depth: 5mm
The actual cutting time until cutting edge replacement in the
Table 3 shows the reason for the cutting edge replacement and the state of the cutting surface during the cutting edge replacement, along with the actual cutting time until the cutting edge replacement.
The time until replacement of the cutting edge is until the cutting edge is used, such as chipping or chipping, or it is severely damaged from the inner surface of the through-hole that contacts the L-shaped lever. And when normal cutting was maintained, the time until the flank wear width reached 0.4 mm was used.
表3によれば、本発明1〜5は、貫通穴内面に所定厚さと所定表面占有率の金属シミダシ層を有しているため、湿式断続の高送りかつ高切り込みの高負荷切削を行ってもL字形レバーと接触する貫通穴内面から大破することもなく、また逃げ面やチップブレーカから金属シミダシ層も除去され表面粗さも改善されており、さらに、高い圧縮残留応力も付与されているため、使用切れ刃部も長寿命を示す結果となった。さらに、切れ刃部の表面粗さが改善されていることから、切れ刃部交換直前まで、光沢のある良好な仕上げ面を示した。
これに対して、焼結後にインサートの全周面に7〜9μmの厚い金属シミダシ層を生成した比較例1では、インサートの表面粗さが十分改善されていないことと、さらに金属シミダシ層直下の金属結合相の貧化の程度が大きいことによると考えられるが、ウエットブラストで700MPaを超える大きい圧縮残留応力が付与されているにもかかわらず比較的短時間で欠損を生じた。また、インサートの表面粗さが十分改善されていないために、仕上げ面は切削開始時より光沢のない白濁仕上げ面を示しており、切れ刃部交換の判断基準に切削加工表面の評価も入れると、切削開始直後に切削を終了しなければならない状況である。
逃げ面およびチップブレーカの金属シミダシ層が除去されていない比較例2,3では、この切れ刃部の金属シミダシ層により、十分な硬質被覆層の付着強度を得られず、切削中に被覆層剥離を生じて加工仕上げ面に白濁が発生し、その後、インサート切れ刃部の表面粗さや圧縮残留応力が十分でないことにより、使用切れ刃部の欠損に発達して短時間で切削終了となった。
貫通穴内部に金属シミダシ層のない比較例4,5は、切削初期にL字形レバーと接触する貫通穴内面から大破した。このため、継続する切削がある場合は、他の切れ刃部に交換することができなく、インサートそのものを交換する必要がある。
さらに比較例6は、貫通穴内面についてもPVD法による硬質被覆層を被覆形成したものであるが、この場合も取り付け用貫通穴内部の支持具接触面で硬質被覆層の亀裂・破損が生じ、それを起点としてインサート基体にまで欠陥が進展した結果、切削加工中にインサート自体が大破して切削中止に至った。
According to Table 3, since the
On the other hand, in Comparative Example 1 in which a thick metal stagnation layer having a thickness of 7 to 9 μm was formed on the entire circumferential surface of the insert after sintering, the surface roughness of the insert was not sufficiently improved, and further directly below the metal stagnation layer. Although it is considered that the degree of deterioration of the metal binder phase is large, the defect was generated in a relatively short time even though a large compressive residual stress exceeding 700 MPa was applied by wet blasting. In addition, since the surface roughness of the insert has not been improved sufficiently, the finished surface shows a cloudy finished surface that is less glossy than at the start of cutting, and if the evaluation of the cutting surface is also included in the criteria for replacing the cutting edge In this situation, cutting must be finished immediately after the start of cutting.
In Comparative Examples 2 and 3 in which the flank and the chip breaker metal stripe layer were not removed, the metal stripe layer at the cutting edge did not provide sufficient adhesion strength of the hard coating layer, and the coating layer was peeled off during cutting. As a result, the processing finish surface became cloudy, and the surface roughness and compressive residual stress of the insert cutting edge portion were not sufficient, so that the used cutting edge portion became defective and the cutting was completed in a short time.
In Comparative Examples 4 and 5 having no metal squeeze layer inside the through-hole, they were severely damaged from the inner surface of the through-hole in contact with the L-shaped lever in the initial stage of cutting. For this reason, when there is continuous cutting, it is not possible to replace with another cutting edge portion, and it is necessary to replace the insert itself.
Further, in Comparative Example 6, the inner surface of the through hole was coated with a hard coating layer by the PVD method, but in this case, the hard coating layer was cracked / damaged on the support contact surface inside the mounting through hole, As a result of the defect progressing to the insert base starting from that point, the insert itself was severely damaged during cutting and cutting was stopped.
下記の原料配合組成を有するP20グレードTiCN基サーメットの原料粉末をプレス成型した後、下記の条件で焼結し、ISO・CCMT120408に規定する形状・寸法を有する貫通穴を有するTiCN基サーメットからなるインサート基体(焼結体)F〜Hを作製した。表4に、このTiCN基サーメットからなるサーメット基体F〜Hの特性を示す。
TiCN基サーメットF,Gの表面には、表4に示す層厚並びに表面占有率を有するCoおよびNiを主成分とする実質的に単一相の金属シミダシ層が生成されていた。
原料配合組成:
いずれも0.5〜2mmの平均粒径を有するTiCN粉末、WC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Mo2C粉末、Co粉末、Ni粉末を、それぞれ、50wt%、15wt%、3wt%、6wt%、10wt%、8wt%、8wt%となるように配合し、ボールミルにて24時間湿式混合し、乾燥した。
焼結条件:
(1)常温から1200℃までを、10Pa以下の真空雰囲気中にて、10℃/分の速度で昇温し、
(2)1350℃までの昇温を10Pa以下の真空雰囲気中にて、2.0℃/分の速度で昇温し、
(3)200Paの窒素雰囲気で、1350℃から所定の焼結温度(1550℃)まで1.5℃/分の速度で昇温し、続いて同じ雰囲気で焼結温度に60分間保持し、
(4)上記焼結温度から1200℃まで10Pa以下の真空雰囲気中にて、2.0〜10.0℃/分の範囲内の種々の異なる冷却速度で冷却し、
(5)1200℃からの炉冷を90kPa以下のAr雰囲気中にて行った。
An insert composed of a TiCN-based cermet having a through-hole having a shape and dimensions specified in ISO / CCMT120408 after press-molding a raw material powder of a P20 grade TiCN-based cermet having the following raw material blending composition and sintered under the following conditions: Bases (sintered bodies) F to H were prepared. Table 4 shows the characteristics of the cermet substrates F to H made of this TiCN-based cermet.
On the surfaces of the TiCN-based cermets F and G, a substantially single-phase metal stagnation layer composed mainly of Co and Ni having the layer thickness and surface occupancy shown in Table 4 was formed.
Raw material composition:
All of TiCN powder, WC powder, TaC powder, NbC powder, Mo 2 C powder, Co powder, and Ni powder having an average particle diameter of 0.5 to 2 mm are 50 wt%, 15 wt%, 3 wt%, and 6 wt%, respectively. They were blended so as to be 10 wt%, 8 wt%, and 8 wt%, wet mixed in a ball mill for 24 hours, and dried.
Sintering conditions:
(1) The temperature is raised from room temperature to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(2) Raise the temperature up to 1350 ° C. at a rate of 2.0 ° C./min in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less,
(3) In a nitrogen atmosphere of 200 Pa, the temperature is increased from 1350 ° C. to a predetermined sintering temperature (1550 ° C.) at a rate of 1.5 ° C./minute, and then maintained at the sintering temperature for 60 minutes in the same atmosphere.
(4) In a vacuum atmosphere of 10 Pa or less from the sintering temperature to 1200 ° C., cooling at various different cooling rates within a range of 2.0 to 10.0 ° C./min,
(5) Furnace cooling from 1200 ° C. was performed in an Ar atmosphere of 90 kPa or less.
これらのTiCN基サーメットF〜Hからなる各インサート基体に、実施例1と同様のブラシホーニング処理及びウエットブラストを、表5に示す工程順序、処理条件で施すことにより、本発明6〜9および比較例7〜9のインサート基体を作製した。
さらにこれらのインサート基体に対して、その表面に、PVD法としてアークイオンプレーティング法により、平均膜厚1.5μmのTiAlN層単層の硬質被覆層を蒸着形成した。但しこの蒸着被覆においては、予めインサート基体の貫通穴部分をマスキング部材により覆っておき、貫通穴の内面(支持具接触面を含む面)には、硬質被覆層が形成されないようにした。
なお、ブラシホーニングによるホーニング形状は、半径0.06mmの丸ホーニングとした。
またウエットブラスト処理は、実施例1と同様に、図5(a)に示される装置を用い(但し、ブラストガンは、切れ刃部に対抗する1本のみを使用した)、貫通穴内面を除く少なくともインサートの逃げ面およびチップブレーカ表面を処理した。したがって、インサート基体の貫通穴内面にはウエットブラスト処理は施されておらず、また硬質被覆層も被覆されず、金属シミダシ層が形成された焼結肌を維持したままである。
なお、インサートの逃げ角が7度であることから、噴射角を45度とすると、逃げ面、すくい面それぞれの噴射の角度が異なることになり、すくい面の噴射の角度がより直角に近いものとなることによって、すくい面には、逃げ面で測定した残留応力と同等以上の圧縮残留応力が付与されているものと考えられる。
By applying the same brush honing treatment and wet blasting as those in Example 1 to the insert bases made of these TiCN-based cermets F to H according to the process sequence and processing conditions shown in Table 5, the
Further, a hard coating layer of a single TiAlN layer having an average film thickness of 1.5 μm was deposited on the surface of these insert substrates by an arc ion plating method as a PVD method. However, in this vapor deposition coating, the through hole portion of the insert base was previously covered with a masking member so that the hard coating layer was not formed on the inner surface of the through hole (the surface including the support tool contact surface).
The honing shape by brush honing was round honing with a radius of 0.06 mm.
In addition, the wet blasting process uses the apparatus shown in FIG. 5 (a) in the same manner as in Example 1 (however, the blast gun uses only one that opposes the cutting edge), and excludes the inner surface of the through hole. At least the flank face of the insert and the surface of the chip breaker were treated. Therefore, the inner surface of the through hole of the insert substrate is not subjected to wet blasting, and the hard coating layer is not coated, and the sintered skin on which the metal stagnation layer is formed is maintained.
In addition, since the relief angle of the insert is 7 degrees, if the injection angle is 45 degrees, the angle of ejection of the relief surface and the rake face will be different, and the angle of injection of the rake face will be closer to the right angle. Thus, it is considered that the rake face is given a compressive residual stress equal to or greater than the residual stress measured on the flank face.
本発明6〜9および比較例7〜9のインサート基体(但し硬質被覆層で被覆する前の段階のもの)について、電子顕微鏡を使用して貫通穴内面と逃げ面およびチップブレーカの最表面に形成された金属シミダシ層の厚さ、該層の表面占有率(面積率)を測定した。
また、本発明6〜9および比較例7〜9のインサート基体(硬質被覆層で被覆する前のもの)について、インサート基体表面部の硬質相の残留応力を、インサート基体逃げ面の平坦面でX線回折装置により測定した。
さらに、本発明6〜9および比較例7〜9のインサート基体(硬質被覆層で被覆する前のもの)について、逃げ面、チップブレーカ、およびホーニング部の表面粗さを、JIS B0601−1994(2001)にしたがい、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで測定した。なおチップブレーカの表面粗さに関してはブレーカ底を測定した。
表5に、これらの硬質被覆層形成前のインサート基体における金属シミダシ層の表面占有率(面積率),その層厚、残留応力および表面粗さの測定値を示す。
The insert bases of the
In addition, regarding the insert bases of the
Furthermore, the surface roughness of the flank, chip breaker, and honing part was measured according to JIS B0601-1994 (2001) for the insert bases of the present invention 6-9 and comparative examples 7-9 (before being coated with the hard coating layer). ), The average roughness Ra was measured at a cutoff value of 0.08 mm. Regarding the surface roughness of the chip breaker, the bottom of the breaker was measured.
Table 5 shows the measured values of the surface occupancy ratio (area ratio), the layer thickness, the residual stress, and the surface roughness of the metal stagnation layer in the insert substrate before the hard coating layer is formed.
さらに、貫通穴内面を除いてPVD法によりインサート基体の表面に硬質被覆層を形成した後の段階の本発明6〜9および比較例7〜9によるインサートについて、逃げ面、チップブレーカ、ホーニング部、および貫通穴内面の表面粗さを、前記同様にして測定した結果も、表5中に併せて示す。 Furthermore, for the inserts according to the present invention 6-9 and Comparative Examples 7-9 after the formation of the hard coating layer on the surface of the insert substrate by the PVD method except for the inner surface of the through hole, the flank, chip breaker, honing part, The results of measuring the surface roughness of the inner surface of the through hole in the same manner as described above are also shown in Table 5.
次に、上記の各種切削インサートを、いずれもバイトの先端部にねじにて固定した状態で、以下に示す条件により切削試験を行った。
《切削試験2》湿式断続切削
被削材;JIS−SNCM439の溝入り丸棒(溝は長手方向に6溝)
切削速度;200m/min、
送り;0.5mm/rev、
切り込み;4mm
上記切削試験2における切れ刃部交換までの実切削時間を評価した。
表6に、切れ刃部交換までの実切削時間とともに、切れ刃部交換の理由を示す。
なお、切れ刃部交換までの時間は、使用切れ刃部にチッピングや欠損等が発生するか、クランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破するなど、実切削を継続することが不能となるまでの時間とし、また、正常な切削が維持されている場合は、逃げ面摩耗幅が0.4mmに達するまでの時間とした。
《切削試験3》湿式連続切削
被削材;JIS−SUJ2の丸棒
切削速度;320m/min、
送り;0.4mm/rev、
切り込み;2mm
上記切削試験3における、切削時間0.2分後の切削開始時点の切削加工表面の観察を行った。
表6に、上記切削試験2,3における切削試験結果を示す。
Next, a cutting test was performed under the following conditions in a state where each of the various cutting inserts was fixed to the tip of the cutting tool with a screw.
<<
Cutting speed: 200 m / min,
Feed: 0.5mm / rev,
Cutting depth: 4mm
The actual cutting time until cutting edge replacement in the
Table 6 shows the reason for exchanging the cutting edge part together with the actual cutting time until the cutting edge part replacement.
Note that the time until replacement of the cutting edge is until it becomes impossible to continue actual cutting, such as chipping or chipping in the used cutting edge, or severe damage from the inner surface of the through hole that contacts the clamping screw. And when normal cutting was maintained, the time until the flank wear width reached 0.4 mm was used.
<<
Feed: 0.4mm / rev,
Cutting depth: 2mm
In the
Table 6 shows the cutting test results in the cutting tests 2 and 3.
表6によれば、本発明6〜9は、貫通穴内面に所定厚さと所定表面占有率の金属シミダシ層が露呈しているため、湿式断続の高負荷切削を行ってもクランプ用のねじ(支持具)と接触する貫通穴内面から大破することもなく、また逃げ面やチップブレーカから金属シミダシ層も除去されて表面粗さも改善されており、さらに、高い圧縮残留応力も付与されているため、使用切れ刃部も長寿命を示す結果となった。
また、本発明6,7に比較し、ホーニング部の表面粗さをさらに改善した本発明8,9は、切れ刃部交換までの実切削時間も長く、さらに良好な仕上げ面を得ることが難しいSUJ2の切削でも、光沢のある良好な仕上げ面を示す結果となった。
これに対して、逃げ面およびチップブレーカの金属シミダシ層が除去されていない比較例7では、切削中に切れ刃部の硬質被覆層の剥離が発生し、それにより切り屑や被削材の溶着しやすくなって仕上げ面が白濁を示した。また、この切り屑の溶着現象の発生とさらにインサートの表面粗さや圧縮残留応力が十分でないことにより、やはり短時間で使用切れ刃部に欠損を生じた。
貫通穴内部に金属シミダシ層が生成しているものの、その表面占有率が54面積%しかない比較例8は、貫通穴内部の金属シミダシ層の表面占有率67面積%を有する本発明例9と比較して、クランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破し、短寿命を示した。
貫通穴内部に金属シミダシ層のない比較例9は、切削初期にクランプ用のねじ(支持具)と接触する貫通穴内面から大破した。このため、比較例8,9では、継続する切削がある場合は、他の切れ刃部に交換することができず、インサートそのものを交換する必要がある。
According to Table 6, according to the present invention 6-9, the metal stripe layer having a predetermined thickness and a predetermined surface occupation ratio is exposed on the inner surface of the through hole. Because there is no major damage from the inner surface of the through-hole that comes into contact with the support), the metal wrinkle layer is removed from the flank and chip breaker, the surface roughness is improved, and high compressive residual stress is also applied. Also, the used cutting edge part showed a long service life.
In addition, the
On the other hand, in Comparative Example 7 in which the flank and the metal breaker layer of the chip breaker are not removed, peeling of the hard coating layer of the cutting edge portion occurs during cutting, thereby welding chips and work material The finished surface became cloudy. In addition, due to the occurrence of the chip welding phenomenon and the insufficient surface roughness and compressive residual stress of the insert, the used cutting edge was also damaged in a short time.
Although the metal stagnation layer is formed inside the through hole, the comparative example 8 having a surface occupancy ratio of only 54 area% is the present invention example 9 having the surface occupancy ratio of 67 area% of the metal stagnation layer inside the through hole. In comparison, it was severely damaged from the inner surface of the through-hole that was in contact with the clamping screw and showed a short life.
In Comparative Example 9 having no metal squeeze layer inside the through hole, it was severely damaged from the inner surface of the through hole in contact with the clamping screw (support) at the initial stage of cutting. For this reason, in Comparative Examples 8 and 9, when there is continuous cutting, it is not possible to replace the other cutting edge portion, and it is necessary to replace the insert itself.
以上の表1〜6に示される結果から、工具本体へのインサート取り付け用貫通穴の内面の最表面部に、所定の表面占有率(面積率)で所定の層厚の金属シミダシ層が形成されていて、しかもその金属シミダシ層が硬質被覆層で覆われていない本発明の表面被覆インサートは、これに接触する支持手段との接触面における亀裂・破損の発生を防止することができ、また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さと、すくい面表面部の硬質相の残留応力とが適切に調整されているため、高負荷が作用する切削加工において優れた耐欠損性、仕上げ面精度を示し、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が可能であることが確認された。
これに対して、工具本体へのインサート取り付け用貫通穴の内面の最表面部に、所定の表面占有率(面積率)、層厚の金属シミダシ層が形成されていない比較例のインサートでは、高負荷条件の切削加工においては、切削初期にクランプ用ねじと接触する貫通穴内面から大破し、他の切れ刃部に交換することができなくなって、インサートそのものが短時間で寿命となってしまった。
From the results shown in Tables 1 to 6 above, a metal stripe layer having a predetermined layer thickness and a predetermined surface occupancy ratio (area ratio) is formed on the outermost surface portion of the inner surface of the through hole for attaching the insert to the tool body. In addition, the surface covering insert of the present invention in which the metal stripe layer is not covered with the hard coating layer can prevent the occurrence of cracks and breakage on the contact surface with the supporting means that contacts the surface covering insert. The surface roughness of the flank face and chip breaker and the residual stress of the hard phase on the rake face surface are properly adjusted, so it has excellent chipping resistance and finished surface accuracy in high-load cutting. It was confirmed that the cutting performance was excellent over a long period of use and the tool life could be extended.
On the other hand, in the insert of the comparative example in which the metal surface layer having a predetermined surface occupancy (area ratio) and layer thickness is not formed on the outermost surface portion of the inner surface of the through hole for attaching the insert to the tool body, In cutting under load conditions, the inserts were severely damaged from the inner surface of the through hole that contacted the clamping screw at the beginning of cutting, and could not be replaced with other cutting edges. .
実施例1で用いた原料と同じ配合組成の原料粉末を用い、実施例1の表1の本発明Cと同様にして、TiCN基サーメットからなるインサート基体(焼結体)を製造した。なおこのインサート基体は、その表面に金属シミダシ層を有するものであって、その金属シミダシ層の層厚および表面占有率は、表1の本発明Cに記載したとおりである。さらにそのインサート基体に対して、表7に示す条件でウエットブラスト処理を施した(但し貫通穴の内面を除く)。また表7に示す条件でインサート基体の刃先部にホーニング加工(ブラシホーニング)を施した。
その後、インサート基体における貫通穴の内面を除く表面に、表7中に示す種々の材質および膜厚にてアークイオンプレーティング法によりPVD硬質被覆層を形成し、本発明例12〜21の表面被覆インサートを得た。なお比較例10および比較例11は、インサート基体に対してウエットブラスト処理を施さずにPVD硬質被覆層を形成した例である。
硬質被覆層を形成する前の段階のインサート基体について、逃げ面の残留応力と、逃げ面、チップブレーカ、およびホーニング部の表面粗さを前記と同様にして測定し、また硬質被覆層形成後のインサートの逃げ面、チップブレーカ、ホーニング部、および貫通穴内面の表面粗さを、前記同様に測定したので、その結果を表7中に示す。
次に、以下に示す条件により切削試験を行なってインサート性能を評価した。
《切削試験4》
被削材:JIS−SNCM439の溝入り丸棒(溝は長手方向に6溝)、
切削速度:160m/min、
送り速度:0.3mm/rev、
切込み:2mm
の湿式断続切削を行い、切れ刃交換までの実切削時間を評価した。
切れ刃交換までの時間は、使用切れ刃にチッピングや欠損等が発生するか、インサートが取り付け用貫通穴の内面から割損する等、実切削を継続することが不能となるまでの時間とし、また、正常な切削が維持されている場合は、逃げ面摩耗幅が0.2mmに達するまでの時間とした。
《切削試験5》
被削材:JIS−S45Cの丸棒、
切削速度:250m/min、
送り速度:0.15mm/rev、
切込み:1.0mm
の湿式連続切削を行い、実加工時間20分後の逃げ面摩耗幅および被削材仕上げ面の状態を評価した。
表8に、上記切削試験4における切れ刃交換までの実切削時間および切れ刃交換の理由、切削試験5における逃げ面摩耗幅と切削終了時の被削材仕上げ面の外観状態を示す。
An insert substrate (sintered body) made of a TiCN-based cermet was produced in the same manner as the present invention C in Table 1 of Example 1 using raw material powder having the same composition as the raw material used in Example 1. The insert substrate has a metal stagnation layer on the surface, and the layer thickness and surface occupancy of the metal stagnation layer are as described in the invention C in Table 1. Further, the insert substrate was subjected to wet blasting under the conditions shown in Table 7 (except for the inner surface of the through hole). Further, honing (brush honing) was performed on the cutting edge portion of the insert base under the conditions shown in Table 7.
Thereafter, a PVD hard coating layer was formed by arc ion plating with various materials and film thicknesses shown in Table 7 on the surface excluding the inner surface of the through hole in the insert substrate. An insert was obtained. Comparative Example 10 and Comparative Example 11 are examples in which a PVD hard coating layer was formed without wet blasting the insert substrate.
For the insert substrate before the formation of the hard coating layer, the residual stress of the flank and the surface roughness of the flank, chip breaker, and honing part were measured in the same manner as described above. Since the surface roughness of the insert flank, chip breaker, honing portion, and through hole inner surface was measured in the same manner as described above, the results are shown in Table 7.
Next, a cutting test was performed under the following conditions to evaluate the insert performance.
<<
Work material: JIS-SNCM439 grooved round bar (6 grooves in the longitudinal direction),
Cutting speed: 160 m / min,
Feed rate: 0.3 mm / rev,
Cutting depth: 2mm
Wet intermittent cutting was performed, and the actual cutting time until replacement of the cutting edge was evaluated.
The time until replacement of the cutting edge is the time until it becomes impossible to continue actual cutting, such as when chipping or chipping occurs on the used cutting edge or the insert breaks from the inner surface of the mounting through hole, and When normal cutting was maintained, the time until the flank wear width reached 0.2 mm was taken.
<<
Work material: JIS-S45C round bar,
Cutting speed: 250 m / min,
Feed rate: 0.15 mm / rev,
Cutting depth: 1.0mm
Wet continuous cutting was performed, and the flank wear width after 20 minutes of the actual machining time and the state of the work material finished surface were evaluated.
Table 8 shows the actual cutting time until the cutting edge replacement in the
表8に示される結果から、表8中に示しているような種々の異なる材質および膜厚の硬質被覆層のいずれでも、本発明の例では、高負荷が作用する切削加工において優れた耐欠損性、仕上げ面精度を示し、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が可能であることが確認された。なおインサート基体にウエットブラスト処理を施さなかった比較例10および比較例11では、耐欠損性が劣り、また仕上げ面の外観品質も劣ることが確認された。 From the results shown in Table 8, any of the hard coating layers having various different materials and film thicknesses as shown in Table 8 are excellent in chipping resistance in the cutting process in which a high load acts in the example of the present invention. It was confirmed that the tool life and accuracy of the finished surface were excellent, the cutting performance was excellent over a long period of use, and the tool life could be extended. In Comparative Example 10 and Comparative Example 11 in which the insert base was not wet-blasted, it was confirmed that the chipping resistance was inferior and the appearance quality of the finished surface was also inferior.
本発明によれば、切れ刃部に対して高負荷が作用する切削条件下で、優れた耐欠損性を備え、かつ、仕上げ面精度の優れた切削加工表面の形成を可能とする表面被覆TiCN基サーメット製切削インサートを提供することができるばかりか、このインサートを通常条件の切削加工に適用した場合にも、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削加工の省エネ化、低コスト化に十分満足に対応することができるものである。 According to the present invention, a surface-coated TiCN that is capable of forming a machined surface with excellent chipping resistance and excellent finish surface accuracy under cutting conditions in which a high load acts on the cutting edge. In addition to providing a cutting insert made of basic cermet, even when this insert is applied to cutting under normal conditions, it exhibits excellent cutting performance over a long period of use. It can cope with energy saving and cost reduction sufficiently satisfactorily.
1 表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサート
2 逃げ面
3 ホーニング部
4 すくい面
5 チップブレーカ部
6 工具本体への取り付け着座面
7 ランド部
8 取り付け用貫通穴
8A 支持具接触面
9 工具本体
9A 工具本体への取り付け手段としての支持具
9B 工具本体への取り付け手段としての支持具
10 インサート基体
12 回転軸
14 ブラストガン
G 研磨液
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記取り付け用貫通穴の内面のうち、少なくとも工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面は、前記硬質被覆層により覆われていない焼結肌で構成され、かつその支持具接触面の最表面部には、Co、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が0.1μm以上5μm以下の層厚でかつ60面積%以上の表面占有率で形成されており、一方、前記インサート基体における逃げ面およびチップブレーカの表面には上記金属シミダシ層が存在せず、かつ前記インサート基体における逃げ面およびチップブレーカの表面粗さが、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であることを特徴とする、炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。 Titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and having a chip breaker formed by transferring the mold shape to the rake face during press molding A surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating an insert base composed of a sintered body with a hard coating layer by physical vapor deposition;
Of the inner surface of the through hole for mounting, at least a support tool contact surface that comes into contact with a support tool as means for attaching to the tool body is composed of sintered skin not covered with the hard coating layer, and the support tool contact. In the outermost surface portion of the surface, a metal single layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni has a layer thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less and a surface occupation of 60 area% or more. On the other hand, the flank face of the insert base and the surface of the chip breaker do not have the metal squeeze layer, and the flank face of the insert base and the surface roughness of the chip breaker have a cutoff value. A cutting insert made of titanium carbonitride-based cermet, characterized by an arithmetic average roughness Ra of 0.08 mm being 0.2 μm or less.
Co、Niの1種または2種を主成分とする実質単一相からなる金属シミダシ層が表面に形成されるようにインサート基体を焼結法により製造するインサート基体製造工程と、
前記インサート基体の表面のうち、取り付け用貫通穴における工具本体への取り付け手段としての支持具に接する支持具接触面を除く領域内にウエットブラスト処理を施すことにより、前記支持具接触面の表面部に金属シミダシ層を残存させたまま、逃げ面およびチップブレーカの表面から上記金属シミダシ層を除去して、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下とし、かつ少なくともすくい面の表面部の硬質相の残留応力を圧縮で450MPa以上とするウエットブラスト工程と、
前記ウエットブラスト工程の後、インサート基体の表面のうち、前記支持具接触面を除く領域に、物理蒸着法によって硬質被覆層を形成する被覆工程、
とを有してなることを特徴とする、表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートの製造方法。 Titanium carbonitride-based cermet having a through-hole for attachment to a tool body, a flank, a honing portion, and a rake face, and having a chip breaker formed by transferring the mold shape to the rake face during press molding In a method for producing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert formed by coating an insert base composed of a sintered body with a hard coating layer by physical vapor deposition;
An insert substrate manufacturing process for manufacturing an insert substrate by a sintering method so that a metal stagnation layer composed of a substantially single phase mainly composed of one or two of Co and Ni is formed on the surface;
By subjecting the surface of the insert base to wet blasting within a region excluding the support contact surface that contacts the support as a means for attaching to the tool body in the mounting through hole, the surface portion of the support contact surface The surface of the flank and chip breaker is removed from the flank and chip breaker surface while leaving the metal stubble layer on the surface, and the surface roughness of the flank and chip breaker is calculated as the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm. And a wet blasting process in which the residual stress of the hard phase of the surface portion of the rake face is at least 450 MPa by compression,
After the wet blasting step, a coating step of forming a hard coating layer by a physical vapor deposition method in a region excluding the support contact surface of the surface of the insert base,
A method for manufacturing a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting insert.
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