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JP2016175141A - Cutting tool with hard carbon coating - Google Patents

Cutting tool with hard carbon coating Download PDF

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JP2016175141A
JP2016175141A JP2015056145A JP2015056145A JP2016175141A JP 2016175141 A JP2016175141 A JP 2016175141A JP 2015056145 A JP2015056145 A JP 2015056145A JP 2015056145 A JP2015056145 A JP 2015056145A JP 2016175141 A JP2016175141 A JP 2016175141A
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JP
Japan
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hard carbon
cutting edge
carbon coating
tip
cutting
Prior art date
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Pending
Application number
JP2015056145A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
拓矢 久保
Takuya Kubo
拓矢 久保
正訓 高橋
Masakuni Takahashi
正訓 高橋
日向野 哲
Satoru Higano
哲 日向野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress both of decrease of sharpness and decrease in strength of a blade edge due to abrasion by making a tool angle of a cutting edge by the hard carbon coating small even while increasing a curvature radius of the tip of a base material.SOLUTION: A twist drill 1 (cutting tool with hard carbon coating) is formed with a cutting edge 10 by a rake face 21 and a flank face 22 in which the rake face 21 and the flank face 22 are formed by polishing the hard carbon coating 12. A curvature radius R1 of the tip of a base material 11 is formed in 10 μm or more and 20 μm or less. The rake face 21 is formed by polishing a portion of the base material 11 along with the hard carbon coating 12. The flank face 22 is formed by polishing only the hard carbon coating 12 without exposing the base material 11. A blade angle α of the cutting edge 10 formed by the rake face 21 and the flank face 22 is formed in 50° or more and 90° or less. A distance v from the tip working point (a) of the cutting edge 10 to the exposed part 23 of the base material 11 is formed in 12 μm or more and 35 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、材料加工に用いられるドリルやエンドミル等の切削工具であり、基材の表面に硬質炭素被膜を被覆した硬質炭素被膜付切削工具に関する。   The present invention relates to a cutting tool such as a drill or an end mill used for material processing, and relates to a cutting tool with a hard carbon coating in which a hard carbon coating is coated on the surface of a substrate.

超硬合金製の基材の表面にCVDダイヤモンド等の硬質炭素被膜を被覆した硬質炭素被膜付切削工具が産業用途で広く用いられている。このような硬質炭素被膜付切削工具は、硬質炭素被膜の厚みを増すと、刃先摩耗に起因する工具寿命が延びる反面、その硬質炭素被膜により刃先の曲率半径が大きくなる。このため、加工品質の低下や、切削抵抗の上昇により被膜が剥離しやすくなる。特に、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の穴あけ加工では、バリの発生量が増加する。
そこで、この対策として、工具刃先の硬質炭素被膜を研磨することにより、刃先をシャープに形成する方法が提案されている。
Cutting tools with a hard carbon coating in which a hard carbon coating such as CVD diamond is coated on the surface of a cemented carbide base material are widely used in industrial applications. In such a cutting tool with a hard carbon coating, when the thickness of the hard carbon coating is increased, the tool life due to wear of the blade is extended, but the curvature radius of the cutting edge is increased by the hard carbon coating. For this reason, it becomes easy to peel a coating film by the fall of processing quality, or the raise of cutting resistance. In particular, in the drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the amount of burrs increases.
Therefore, as a countermeasure, there has been proposed a method of sharply forming the cutting edge by polishing the hard carbon coating on the tool cutting edge.

例えば、特許文献1には、基材上にダイヤモンド及び/又はダイヤモンド状炭素によりなる超硬質膜を形成した後に、そのすくい面側のダイヤモンド膜を研磨加工により除去して、平滑に仕上げることが記載されている。特許文献2には、少なくとも切刃のエッジ及びエッジ近傍の逃げ面のダイヤモンド被覆層表面を研磨して、露出させることなく平滑化することが記載されている。特許文献3には、基材(超硬合金製刃物母材)の刃部にダイヤモンド膜を被覆し、刃部のすくい面側を研磨するとともに、逃げ面側のダイヤモンド膜を研磨により除去することが記載されている。
また、特許文献4では、少なくとも切れ刃の刃先の逃げ面側にダイヤモンド被覆よりも優れた面粗さとなるように研削加工を施すことが記載されている。さらに、特許文献5には、刃部に設けられたダイヤモンド被膜の表面を研磨することにより二段に屈折した先端研磨部を設け、刃部の先端部分を尖らせることが記載されている。
For example, Patent Document 1 describes that after a super-hard film made of diamond and / or diamond-like carbon is formed on a substrate, the diamond film on the rake face side is removed by polishing to finish it smoothly. Has been. Patent Document 2 describes that at least the edge of the cutting edge and the surface of the diamond coating layer on the flank near the edge are polished and smoothed without being exposed. In Patent Document 3, a diamond film is coated on the blade part of a base material (a cemented carbide base material), the rake face side of the blade part is polished, and the diamond film on the flank side is removed by polishing. Is described.
Patent Document 4 describes that at least the flank side of the cutting edge of the cutting edge is ground so that the surface roughness is superior to that of diamond coating. Furthermore, Patent Document 5 describes that a tip polishing portion refracted in two steps is provided by polishing the surface of a diamond coating provided on the blade portion, and the tip portion of the blade portion is sharpened.

特開平7‐60509号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-60509 特開平3‐190605号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-190605 特開平3‐67602号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-67602 特許第3477182号公報Japanese Patent No. 3477182 特許第5597327号公報Japanese Patent No. 5597327

しかし、特許文献1から3に記載の方法では、逃げ面とすくい面のダイヤモンド膜の全体を一様に薄く研磨するため、ダイヤモンド膜の加工体積が大きくなり、加工時間がかかることが問題である。また、ダイヤモンド膜が薄い場合には、刃先を十分にシャープ化するための研磨代を確保することができないため、研磨前の状態で厚膜に形成する必要があり、生産効率が低下することも問題となる。
一方、特許文献4又は5の方法では、刃先のみを局所的にシャープ化するために、加工時間や生産効率は問題とならないが、刃先の角度が鈍角化する。このため、切削初期においては刃先の曲率半径が小さく切れ味が良いものの、刃先の摩耗に伴う刃先の曲率半径の増加量が大きいため、シャープ化した効果がすぐに失われることが問題である。
そこで、基材の刃先の曲率半径を小さくしておき、硬質炭素被膜をシャープ化しても鋭利な刃先の角度が得られるようにすることで、これらの問題を解決しようとすることが考えられるが、基材の刃先の曲率半径を小さくした場合には刃先の靱性が低下するため、刃先が破損しやすくなる。
However, in the methods described in Patent Documents 1 to 3, since the entire diamond film on the flank face and the rake face is uniformly and thinly polished, the processing volume of the diamond film becomes large and the processing time is long. . In addition, when the diamond film is thin, it is not possible to secure a polishing allowance for sufficiently sharpening the cutting edge, so it is necessary to form a thick film in the state before polishing, which may reduce the production efficiency. It becomes a problem.
On the other hand, in the method of Patent Document 4 or 5, since only the cutting edge is locally sharpened, the processing time and production efficiency are not a problem, but the angle of the cutting edge becomes obtuse. For this reason, although the curvature radius of the cutting edge is small and sharpness is good at the initial stage of cutting, there is a problem that the sharpened effect is lost immediately because the amount of increase in the curvature radius of the cutting edge due to the wear of the cutting edge is large.
Therefore, it is conceivable to try to solve these problems by reducing the radius of curvature of the cutting edge of the base material so that a sharp cutting edge angle can be obtained even if the hard carbon coating is sharpened. When the curvature radius of the cutting edge of the base material is reduced, the toughness of the cutting edge is lowered, so that the cutting edge is easily damaged.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基材の先端の曲率半径を大きくしながらも、硬質炭素被膜による切刃部の刃物角を小さく形成でき、摩耗による切れ味の低下と刃先強度の低下との両方を抑制することができる硬質炭素被膜付切削工具を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and while the radius of curvature of the tip of the base material is increased, the blade angle of the cutting edge portion by the hard carbon coating can be reduced, and the sharpness is reduced due to wear. An object of the present invention is to provide a cutting tool with a hard carbon coating that can suppress both the reduction of the cutting edge strength and the cutting edge strength.

本発明は、基材の表面に硬質炭素被膜がコーティングされた硬質炭素被膜付切削工具であって、前記硬質炭素被膜を研磨することにより、すくい面と逃げ面とを形成して、前記すくい面と前記逃げ面とにより切刃部が形成されており、前記基材の先端の曲率半径が10μm以上20μm以下に形成され、前記すくい面は、前記硬質炭素被膜とともに前記基材の一部を研磨することにより形成され、前記逃げ面は、前記基材を露出することなく前記硬質炭素被膜のみを研磨することにより形成され、前記すくい面と前記逃げ面とがなす前記切刃部の刃物角が50°以上90°以下に形成され、前記切刃部の先端作用点から前記基材の露出部までの距離が12μm以上35μm以下に形成されている。   The present invention is a cutting tool with a hard carbon film, wherein the surface of the substrate is coated with a hard carbon film, the rake face and the flank are formed by polishing the hard carbon film, the rake surface A cutting edge is formed by the flank and the curvature radius of the tip of the substrate is 10 μm or more and 20 μm or less, and the rake surface polishes part of the substrate together with the hard carbon coating The flank is formed by polishing only the hard carbon film without exposing the base material, and the blade angle of the cutting edge portion formed by the rake face and the flank is It is formed at 50 ° or more and 90 ° or less, and the distance from the tip action point of the cutting blade portion to the exposed portion of the base material is formed at 12 μm or more and 35 μm or less.

基材の表面に一様にコーティングされた硬質炭素被膜に対して、基材の一部を露出させるまで研磨し、すくい面を形成することにより、基材の先端の曲率半径を大きくしても、切刃部の刃物角を小さく形成でき、切刃部の先端(切刃)を尖らせることができる。これにより、被削材の加工時における切削抵抗を小さくすることができるので、切れ味が向上し、加工品質を向上させることができる。さらに、切刃部近傍の基体を一部露出させることにより、硬質炭素被膜の残留応力が緩和され、その結果、切削時の硬質炭素被膜の剥離発生が低減されるので、工具寿命が向上する効果が得られる。
また、被削材の加工時においては、切刃部の摩耗が徐々に進行することにより、切刃部の先端が丸くなり、その曲率半径が徐々に大きくなるが、切刃部の先端は、逃げ面とすくい面とにより刃物角が小さく形成されているので、切刃部の先端の硬質炭素被膜の摩耗に伴う切刃部先端の曲率半径の増加率を小さく抑えることができる。さらに、基材については、曲率半径を大きく形成しており、剛性が高められている。このため、切刃部の欠損や、基材ごと切刃部が欠損することを防止することができる。
また、すくい面に比べて逃げ面は、被削材の加工時において、切刃部の先端作用点から離れた位置においても被削材と接触する。このため、逃げ面は、被削材との摺動により摩耗しやすい。そこで、本発明の硬質炭素被膜付切削工具においては、すくい面については基材を露出させるまで加工を行うが、逃げ面については硬質炭素被膜により被覆された状態を確保することにしている。
このように、本発明の硬質炭素被膜付切削工具においては、硬質炭素被膜を基材の一部を露出させるまで研磨して、すくい面を形成することにより、基材の先端の曲率半径を大きく形成しながら、硬質炭素被膜による切刃部の刃物角を小さく形成することができるので、摩耗による切れ味の低下と刃先強度の低下との両方を抑制することができ、良好な切れ味を持続でき、工具の高寿命化を図ることができる。
Even if the curvature radius of the tip of the substrate is increased by polishing the hard carbon film uniformly coated on the surface of the substrate until the part of the substrate is exposed to form a rake face. The blade angle of the cutting edge can be made small, and the tip (cutting edge) of the cutting edge can be sharpened. Thereby, since cutting resistance at the time of processing of a work material can be made small, sharpness improves and processing quality can be improved. Furthermore, by exposing a part of the substrate near the cutting edge, the residual stress of the hard carbon coating is relieved, and as a result, the occurrence of peeling of the hard carbon coating during cutting is reduced, thereby improving the tool life. Is obtained.
In addition, when the work material is processed, wear of the cutting edge gradually progresses, so that the tip of the cutting edge becomes round and the radius of curvature gradually increases. Since the blade angle is formed small by the flank and the rake face, the rate of increase in the radius of curvature at the tip of the cutting edge due to wear of the hard carbon coating at the tip of the cutting edge can be kept small. Furthermore, about the base material, the curvature radius is formed large and the rigidity is improved. For this reason, it is possible to prevent the cutting edge part from being lost and the cutting edge part from being damaged together with the base material.
In addition, the flank compared to the rake face is in contact with the work material even at a position away from the tip action point of the cutting edge during machining of the work material. For this reason, the flank is easily worn by sliding with the work material. Therefore, in the cutting tool with a hard carbon coating of the present invention, the rake face is processed until the base material is exposed, but the flank face is ensured to be covered with the hard carbon coating.
Thus, in the cutting tool with a hard carbon coating of the present invention, the hard carbon coating is polished until a part of the substrate is exposed to form a rake face, thereby increasing the curvature radius of the tip of the substrate. While forming, since the blade angle of the cutting edge portion by the hard carbon coating can be formed small, it is possible to suppress both the reduction of the sharpness due to wear and the reduction of the strength of the blade edge, it is possible to maintain a good sharpness, Long tool life can be achieved.

本発明の硬質炭素被膜付切削工具において、前記切刃部の先端は、前記すくい面と前記逃げ面との間を接続する円弧状のコーナー部を形成しても良い。
切刃部の先端を、円弧状に丸めて形成しておくことにより、刃先のチッピングや欠損を防止することができる。
In the cutting tool with a hard carbon coating according to the present invention, the tip of the cutting edge part may form an arcuate corner part that connects between the rake face and the flank face.
By cutting the tip of the cutting edge part into a circular arc shape, chipping and chipping of the cutting edge can be prevented.

本発明の硬質炭素被膜付切削工具において、前記切刃部の先端に、面取り部が設けられるとよい。
面取り部(チャンファ)を設けておくことにより、刃先のチッピングや欠損を防止することができる。
In the cutting tool with a hard carbon coating according to the present invention, a chamfered portion may be provided at the tip of the cutting edge portion.
By providing a chamfered portion (chamfer), chipping and chipping of the blade edge can be prevented.

本発明の硬質炭素被膜付切削工具において、前記硬質炭素被膜の膜厚は、10μm以上25μm以下に設けられる。
硬質炭素膜が10μm未満では、研磨代が少なく、逃げ面を露出させないことと刃物角を小さくすることとの両立が難しいことや、研磨後のコーナー付近の膜の体積が小さいために工具寿命が短くなること等の問題がある。一方、硬質炭素被膜が25μmを超える場合には、結晶粒が粗大化するために硬質炭素被膜の剥離が発生しやすくなることや、成膜時間を要することなどの問題がある。
In the cutting tool with a hard carbon coating of the present invention, the thickness of the hard carbon coating is 10 μm or more and 25 μm or less.
If the hard carbon film is less than 10 μm, there is little polishing allowance, it is difficult to achieve both the exposure of the flank face and the reduction of the blade angle, and the tool life is small due to the small volume of the film near the corner after polishing. There are problems such as shortening. On the other hand, when the hard carbon film exceeds 25 μm, there is a problem that the hard carbon film is likely to be peeled off because the crystal grains become coarse, and a film formation time is required.

本発明によれば、硬質炭素被膜を基材の一部を露出させるまで研磨してすくい面を形成することにより、基材の先端の曲率半径を大きく形成しながら、硬質炭素被膜による切刃部の刃物角を小さく形成することができるので、摩耗による切れ味の低下と刃先強度の低下との両方を抑制することができる。   According to the present invention, the hard carbon coating is polished until a part of the base material is exposed to form a rake face, thereby forming a cutting radius by the hard carbon coating while forming a large radius of curvature at the tip of the base material. Therefore, it is possible to suppress both a reduction in sharpness and a reduction in blade edge strength due to wear.

本発明に係るツイストドリルの工具先端部の概略図である。It is the schematic of the tool front-end | tip part of the twist drill which concerns on this invention. 図1に示す二点鎖線で囲われたツイストドリルの切刃部の先端の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the front-end | tip of the cutting blade part of the twist drill enclosed with the dashed-two dotted line shown in FIG. 図1に示す二点鎖線で囲われたツイストドリルの切刃部の先端の要部断面図であり、(a)が被削材の加工前、(b)が被削材の加工により刃先が摩耗した状態、(c)が(b)の状態よりもさらに刃先の摩耗が進行した状態を示す。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main portion of a tip of a twist drill surrounded by an alternate long and two short dashes line shown in FIG. 1, (a) before machining the workpiece and (b) cutting the workpiece by machining the workpiece. The worn state, (c) shows a state in which the wear of the cutting edge has progressed further than the state of (b). 本発明のその他の実施形態を説明する図であり、(a)〜(b)は、いずれもツイストドリルの切刃部の先端の要部断面図である。It is a figure explaining other embodiment of this invention, (a)-(b) are all principal part sectional drawings of the front-end | tip of the cutting blade part of a twist drill.

以下、本発明に係る硬質炭素被膜付切削工具の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の硬質炭素被膜付切削工具は、図1に示すように、軸線回りに回転される工具先端部2を有し、その工具先端部2の外周に、一対の切刃部10が周方向に180°離間した位置に配置され、切刃部10よりも内側に二条のねじれ溝20を有する2枚刃のツイストドリル1である。
Hereinafter, embodiments of a cutting tool with a hard carbon coating according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the cutting tool with a hard carbon coating according to the present embodiment has a tool tip 2 that is rotated around an axis, and a pair of cutting edges 10 are provided around the tool tip 2. This is a two-blade twist drill 1 that is disposed at a position that is 180 ° apart in the direction and that has two twisted grooves 20 inside the cutting edge portion 10.

そして、このツイストドリル1の工具先端部2には、図2に示すように、基材11の表面に硬質炭素被膜12がコーティングされている。基材11には、超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質材料を好適に用いることができる。また、硬質炭素被膜12には、多結晶ダイヤモンド膜や非晶質炭素膜(ダイヤモンドライクカーボン(DLC))、テトラヘデラルアモルファスカーボン(TAC)等の高硬度炭素膜を用いることができる。そして、硬質炭素被膜12の好ましい膜厚は、膜剥離の防止と耐摩耗性の観点から、10μm以上25μmとされる。   The tool tip 2 of the twist drill 1 is coated with a hard carbon film 12 on the surface of the base material 11 as shown in FIG. A hard material such as cemented carbide, cermet, and high speed steel can be suitably used for the base material 11. The hard carbon film 12 may be a high-hardness carbon film such as a polycrystalline diamond film, an amorphous carbon film (diamond-like carbon (DLC)), or tetrahedral amorphous carbon (TAC). And the preferable film thickness of the hard carbon film 12 shall be 10 micrometers or more and 25 micrometers from a viewpoint of prevention of film | membrane peeling and abrasion resistance.

本実施形態のツイストドリル1は、超硬合金からなる基材11の表面に、多結晶ダイヤモンド膜からなる硬質炭素被膜12をコーティングしたものであり、基材11の表面に、硬質炭素被膜12が15μm程度の略一定の膜厚で、すなわち一様にコーティングされるものである。   The twist drill 1 of the present embodiment is obtained by coating the surface of a base material 11 made of a cemented carbide with a hard carbon coating 12 made of a polycrystalline diamond film, and the hard carbon coating 12 is formed on the surface of the base material 11. The film is coated with a substantially constant film thickness of about 15 μm, that is, uniformly.

なお、基材11への硬質炭素被膜12のコーティングは、例えばマイクロ波プラズマCVD法や、ホットフィラメントCVD法、高周波プラズマCVD法等の公知の方法を好適に用いることができるが、イオンビーム法等の他のコーティング法を適用することもできる。   In addition, for the coating of the hard carbon film 12 on the base material 11, for example, a known method such as a microwave plasma CVD method, a hot filament CVD method, a high frequency plasma CVD method, or the like can be suitably used. Other coating methods can also be applied.

このように、硬質炭素被膜12をコーティングしたツイストドリル1の切刃部10では、図2に破線で示すように、基材11の周りには硬質炭素被膜12が一定の膜厚で被覆される。このため、硬質炭素被膜12をコーティングした切刃部10の先端の曲率半径R2は、基材11の先端の曲率半径R1よりも、硬質炭素被膜12の膜厚分だけ大きくなる。そして、このように基材11の表面にコーティングされた硬質炭素被膜12を研磨することにより、すくい面21と逃げ面22とを形成して、すくい面21と逃げ面22とにより切刃部10が形成されている。   As described above, in the cutting edge portion 10 of the twist drill 1 coated with the hard carbon coating 12, the hard carbon coating 12 is coated around the base material 11 with a constant film thickness as shown by a broken line in FIG. . For this reason, the curvature radius R2 of the tip of the cutting edge portion 10 coated with the hard carbon coating 12 is larger than the curvature radius R1 of the tip of the substrate 11 by the film thickness of the hard carbon coating 12. Then, by polishing the hard carbon film 12 coated on the surface of the base material 11 in this way, the rake face 21 and the flank face 22 are formed, and the rake face 21 and the flank face 22 form the cutting edge portion 10. Is formed.

基材11の先端の曲率半径R1は、10μm以上20μm以下に形成されており、すくい面21は、硬質炭素被膜12とともに基材11の一部を研磨することにより形成され、逃げ面22は、基材11を露出することなく硬質炭素被膜12のみを研磨することにより形成されている。また、これらすくい面21と逃げ面22とがなす切刃部10の刃物角αは、50°以上90°以下に形成され(ツイストドリルの場合は肩部付近の値)、切刃部10の先端作用点aから基材11の露出部23までの距離vが12μm以上35μm以下に形成されている。
なお、すくい面21及び逃げ面22の研磨は、弾性砥石、ブラシ、サンドブラスト等の機械研磨の他、レーザ加工やイオンビームによる加工等の手段を用いることができる。
The curvature radius R1 of the tip of the substrate 11 is formed to be 10 μm or more and 20 μm or less, the rake surface 21 is formed by polishing a part of the substrate 11 together with the hard carbon coating 12, and the flank 22 is It is formed by polishing only the hard carbon film 12 without exposing the substrate 11. In addition, the blade angle α of the cutting edge portion 10 formed by the rake face 21 and the flank face 22 is formed to be 50 ° or more and 90 ° or less (in the case of a twist drill, a value near the shoulder portion). The distance v from the tip action point a to the exposed portion 23 of the substrate 11 is formed to be 12 μm or more and 35 μm or less.
The rake face 21 and the flank face 22 can be polished by mechanical polishing such as an elastic grindstone, brush, sand blast, or other means such as laser processing or ion beam processing.

このように、ツイストドリル1のすくい面21にあっては硬質炭素被膜12とともに基材11の一部を研磨し、逃げ面22にあっては硬質炭素被膜12のみを研磨することにより、切刃部10の刃物角αは、図2に実線で示すように、尖った断面形状に設けられている。   In this way, a part of the base material 11 is polished together with the hard carbon coating 12 on the rake face 21 of the twist drill 1, and only the hard carbon coating 12 is polished on the flank 22, thereby cutting the cutting edge. The blade angle α of the portion 10 is provided in a sharp cross-sectional shape as shown by a solid line in FIG.

このように構成されるツイストドリル1においては、基材11の表面に一様にコーティングされた硬質炭素被膜12に対し、基材11の一部を露出させるまで研磨してすくい面21を形成することにより、基材11の先端の曲率半径R1を大きくしても、切刃部10の刃物角αを小さく形成でき、切刃部10の先端(切刃)を尖らせることができる。これにより、被削材加工時の切削抵抗を小さくすることができるので、切れ味が向上し、加工品質を向上させることができる。さらに、被削材加工時の切削抵抗を小さくすることにより、硬質炭素被膜12の剥離を防止できるので、工具寿命の向上を図ることができる。   In the twist drill 1 configured as described above, a rake face 21 is formed by polishing the hard carbon film 12 uniformly coated on the surface of the base material 11 until a part of the base material 11 is exposed. Thereby, even if the curvature radius R1 of the front-end | tip of the base material 11 is enlarged, the cutter angle (alpha) of the cutting-blade part 10 can be formed small, and the front-end | tip (cutting-blade) of the cutting-blade part 10 can be sharpened. Thereby, since cutting resistance at the time of work material processing can be made small, sharpness can improve and processing quality can be improved. Furthermore, by reducing the cutting resistance during machining of the work material, it is possible to prevent the hard carbon coating 12 from being peeled off, so that the tool life can be improved.

また、被削材の加工時においては、切刃部の摩耗が徐々に進行することにより、図3(a)に示す切削前の切刃部10の先端が尖った状態から、図3(b)や(c)に示すように、切刃部10の先端が摩耗して丸くなり、その曲率半径R3が徐々に大きくなる。ところが、切刃部10の先端は、研磨により形成したすくい面21と逃げ面22とにより刃物角αが予め小さく形成されているので、切刃部10の先端の硬質炭素被膜12の摩耗に伴う切刃部10先端の曲率半径R3の増加率を小さく抑えることができる。さらに、基材11については、曲率半径R1を大きく形成しており、剛性が高められている。このため、切刃部10の欠損や、基材11ごと切刃部10が欠損することを防止することができる。   Further, at the time of processing the work material, the wear of the cutting edge portion gradually proceeds, so that the tip of the cutting edge portion 10 before cutting shown in FIG. ) And (c), the tip of the cutting edge 10 is worn and rounded, and its radius of curvature R3 gradually increases. However, the tip of the cutting edge portion 10 is formed with the rake face 21 and the flank face 22 formed by polishing so that the blade angle α is previously reduced. The increase rate of the radius of curvature R3 at the tip of the cutting edge portion 10 can be kept small. Furthermore, about the base material 11, the curvature radius R1 is formed large, and rigidity is improved. For this reason, it is possible to prevent the cutting edge portion 10 from being lost and the cutting edge portion 10 from being lost together with the base material 11.

また、すくい面21に比べて逃げ面22は、被削材の加工時において、切刃部10の先端作用点から離れた位置においても被削材と接触する。このため、逃げ面22は、被削材との摺動により摩耗しやすい。この点、ツイストドリル1においては、すくい面21については基材11を露出させるまで加工を行うが、逃げ面22については硬質炭素被膜12により被覆された状態を確保することにしている。   Further, the flank 22 is in contact with the work material even at a position away from the tip action point of the cutting edge portion 10 when the work material is processed, compared to the rake face 21. For this reason, the flank 22 is easily worn by sliding with the work material. In this respect, in the twist drill 1, the rake face 21 is processed until the base material 11 is exposed, but the flank face 22 is ensured to be covered with the hard carbon film 12.

このように、ツイストドリル1においては、硬質炭素被膜12を基材11の一部を露出させるまで研磨して、すくい面21を形成することにより、基材11の先端の曲率半径R1を大きく形成しながら、硬質炭素被膜12による切刃部10の刃物角αを小さく形成することができるので、摩耗による切れ味の低下と切刃強度の低下との両方を抑制することができる。したがって、被削材の加工において良好な切れ味を持続でき、工具の高寿命化を図ることができる。
なお、本実施形態のように、CVD法により多結晶ダイヤモンド膜をコーティングし、本発明を適用したドリルは、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の穴あけ加工に好適に用いることができる。
As described above, in the twist drill 1, the hard carbon coating 12 is polished until a part of the base material 11 is exposed to form the rake face 21, thereby forming a large curvature radius R <b> 1 at the tip of the base material 11. However, since the blade angle α of the cutting edge portion 10 by the hard carbon coating 12 can be formed small, it is possible to suppress both the reduction in sharpness and the reduction in cutting edge strength due to wear. Therefore, a good sharpness can be maintained in the machining of the work material, and the tool life can be increased.
In addition, the drill which coated the polycrystalline diamond film | membrane by CVD method and applied this invention like this embodiment can be used suitably for the drilling process of carbon fiber reinforced plastics (CFRP).

なお、上記実施形態のツイストドリル1では、図2に示すように、すくい面21と逃げ面22とを研磨する際に、切刃部10の先端の硬質炭素被膜12を除去して、先端を尖らせた形状としていたが、図4(a)に示すツイストドリルの切刃部10Aのように、切刃部10Aの先端に、すくい面21と逃げ面22との間を接続する円弧状のコーナー部24を形成することとしてもよい。また、図4(b)に示すツイストドリルの切刃部10Bのように、すくい面21と逃げ面22とを研磨する際に、切刃部10Bの先端の硬質炭素被膜12については、コーティング時の表面形状を残して研磨を行うことにより、コーナー部25を形成することとしてもよい。これら図4(a),(b)に示すように、切刃部10A,10Bの先端を、円弧状に丸めて形成した場合には、刃先のチッピングや欠損を防止する効果を高めることができる。
また、刃先のチッピングや欠損を防止する効果を得るために、図4(b)に示すツイストドリルの切刃部10Cのように、切刃部10Cの先端に面取り部26(チャンファ)を設ける構成とすることも効果的である。
In the twist drill 1 of the above embodiment, as shown in FIG. 2, when the rake face 21 and the flank face 22 are polished, the hard carbon coating 12 at the tip of the cutting edge portion 10 is removed to remove the tip. Although it has a sharp shape, an arc shape connecting the rake face 21 and the flank face 22 to the tip of the cutting edge part 10A like a cutting edge part 10A of a twist drill shown in FIG. The corner portion 24 may be formed. Further, when the rake face 21 and the flank face 22 are polished like the cutting edge part 10B of the twist drill shown in FIG. 4B, the hard carbon film 12 at the tip of the cutting edge part 10B is not coated. The corner portion 25 may be formed by polishing while leaving the surface shape. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), when the tips of the cutting edge portions 10A and 10B are formed by rounding in an arc shape, the effect of preventing chipping and chipping of the cutting edge can be enhanced. .
Further, in order to obtain an effect of preventing chipping or chipping of the blade edge, a configuration in which a chamfered portion 26 (chamfer) is provided at the tip of the cutting blade portion 10C as in the cutting blade portion 10C of a twist drill shown in FIG. 4B. Is also effective.

上記において説明した本発明に係るツイストドリルについて、その効果を確認するために実験を行った。
ツイストドリルの各試料は、超硬合金からなる基材の表面に、マイクロ波プラズマCVD法により多結晶シリコンのダイヤモンド膜からなる硬質炭素被膜を15μmの膜厚でコーティングした後、フェムト秒レーザを用いたレーザ加工によりすくい面と逃げ面とを形成することにより製作した。また、各試料の切刃部の形状は、表1に示すとおりである。なお、表1の曲率半径R1、刃物角α、距離vは、図2に示すとおり、切刃部に係る部位の寸法値である。そして、距離vは、刃先に直角方向に沿って測定した。また、各試料の直径は、φ10mmであり、逃げ角は10°、ねじれ角は15°である。各試料は、それぞれ10個ずつ(N=10)製作し、表1には、10個の寸法値の平均値を記載した。
An experiment was performed to confirm the effect of the twist drill according to the present invention described above.
For each twist drill sample, a hard carbon film made of a polycrystalline silicon diamond film is coated on the surface of a base material made of cemented carbide by a microwave plasma CVD method to a thickness of 15 μm, and then a femtosecond laser is used. The rake face and flank face were formed by laser processing. The shape of the cutting edge portion of each sample is as shown in Table 1. In addition, the curvature radius R1, the blade angle α, and the distance v in Table 1 are the dimension values of the portion related to the cutting edge as shown in FIG. The distance v was measured along the direction perpendicular to the cutting edge. Each sample has a diameter of 10 mm, a clearance angle of 10 °, and a twist angle of 15 °. Ten samples (N = 10) were prepared for each sample, and Table 1 lists the average values of the ten dimensional values.

なお、実施例1,2は、すくい面を、硬質炭素被膜とともに基材の一部を研磨することにより形成し、逃げ面を、基材を露出することなく硬質炭素被膜のみを研磨することにより形成したものである。また、比較例1,2は、すくい面と逃げ面とを、いずれも基材を露出することなく硬質炭素被膜のみを研磨することにより形成したものである。このため、比較例1,2においては、表1において、距離vを「―」と記載した。   In Examples 1 and 2, the rake face is formed by polishing a part of the substrate together with the hard carbon film, and the flank is formed by polishing only the hard carbon film without exposing the substrate. Formed. In Comparative Examples 1 and 2, both the rake face and the flank face are formed by polishing only the hard carbon film without exposing the base material. For this reason, in Comparative Examples 1 and 2, the distance v is described as “−” in Table 1.

Figure 2016175141
Figure 2016175141

そして、製作した各試料を用いて、板厚10mmの炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製の被削材の表面に穴あけ(貫通孔)加工を行い、10穴加工する毎に被削材の加工面の状態を顕微鏡で観察し、切断面にバリが発生した時点、又は図1に示す肩部の折損やダイヤモンド膜の剥離が発生した時点を工具寿命として評価を行った。なお、最大200穴の加工で試験終了とした。また、この工具寿命時の切刃部の状態を、顕微鏡により観察した。
なお、表1の「加工穴数」については、上述したように、ぞれぞれ10個ずつある各試料のうちの、最も多く穴あけ加工を行えた試料の結果、すなわち最大加工穴数を記載した。
切削速度:100m/min
1刃当たりの工具送り量:0.07mm/tooth
Then, using each of the manufactured samples, drilling (through hole) processing is performed on the surface of a work piece made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) having a plate thickness of 10 mm. This state was observed with a microscope, and the time when burrs were generated on the cut surface, or the time when shoulder breakage or peeling of the diamond film shown in FIG. 1 occurred was evaluated as the tool life. Note that the test was completed after processing a maximum of 200 holes. Moreover, the state of the cutting edge part at the time of this tool life was observed with the microscope.
In addition, as described above, “the number of processed holes” in Table 1 describes the result of the sample that has been drilled the most out of 10 samples each, that is, the maximum number of processed holes. did.
Cutting speed: 100 m / min
Tool feed amount per tooth: 0.07mm / tooth

表1の結果から明らかなように、実施例1,2については、10個ある試料のすべてにおいて200穴の加工を行うことができたが、比較例1,2については、200穴の加工に至らずに寿命に達する結果となった。すなわち、寿命に達するまでの加工穴数は、本発明を適用した実施例1,2が、従来形態である比較例1,2を上回る結果が得られた。
そして、実施例1,2では、安定した穴加工ができ、その穴品質もバリの発生がほとんど見られない良好なものだった。一方、これらの実施例1,2に対し、比較例1では、ドリルの肩部が幅1mm程度の大きさで基体ごと折損する状況が発生する結果となった。また、比較例2では、バリの発生量が相対的に多く、すべてのドリルでバリが発生することにより、200穴の加工に至ることなく寿命となった。さらに、比較例2においては、試験後の刃先観察では、幅数十〜数百μm程度幅での局所的なダイヤモンド膜の剥離が見られた。
As is clear from the results of Table 1, in Examples 1 and 2, 200 holes could be processed in all 10 samples, but in Comparative Examples 1 and 2, 200 holes were processed. The result reached the end of life. In other words, the number of processed holes until the end of the service life was higher in the first and second embodiments to which the present invention was applied than in the first and second comparative examples.
In Examples 1 and 2, stable drilling was possible, and the hole quality was good with almost no burrs. On the other hand, in comparison with Examples 1 and 2, Comparative Example 1 resulted in a situation in which the shoulder portion of the drill was broken about 1 mm in width and the base was broken. Further, in Comparative Example 2, the amount of burrs generated was relatively large, and burrs were generated in all drills, resulting in a lifetime without reaching 200 holes. Further, in Comparative Example 2, in the observation of the blade edge after the test, local peeling of the diamond film with a width of about several tens to several hundreds of μm was observed.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ツイストドリルについて説明を行ったが、本発明の硬質炭素被膜付切削工具はこれに限定されるものではなく、例えばエンドミルやリーマ等の回転工具に適用が可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above embodiment, the twist drill has been described. However, the cutting tool with a hard carbon coating of the present invention is not limited to this, and can be applied to a rotary tool such as an end mill or a reamer.

1 ツイストドリル(硬質炭素被膜付切削工具)
2 工具先端部
10,10A,10B,10C 切刃部
11 基材
12 硬質炭素被膜
20 ねじれ溝
21 すくい面
22 逃げ面
23 露出部
24,25 コーナー部
26 面取り部
30 肩部
α 刃物角
1 Twist drill (cutting tool with hard carbon coating)
2 Tool tip 10, 10A, 10B, 10C Cutting edge 11 Base 12 Hard carbon coating 20 Torsion groove 21 Rake face 22 Relief face 23 Exposed parts 24, 25 Corner part 26 Chamfering part 30 Shoulder α Blade angle

Claims (4)

基材の表面に硬質炭素被膜がコーティングされた硬質炭素被膜付切削工具であって、
前記硬質炭素被膜を研磨することにより、すくい面と逃げ面とを形成して、前記すくい面と前記逃げ面とにより切刃部が形成されており、
前記基材の先端の曲率半径が10μm以上20μm以下に形成され、
前記すくい面は、前記硬質炭素被膜とともに前記基材の一部を研磨することにより形成され、
前記逃げ面は、前記基材を露出することなく前記硬質炭素被膜のみを研磨することにより形成され、
前記すくい面と前記逃げ面とがなす前記切刃部の刃物角が50°以上90°以下に形成され、
前記切刃部の先端作用点から前記基材の露出部までの距離が12μm以上35μm以下に形成されている硬質炭素被膜付切削工具。
A cutting tool with a hard carbon coating in which a hard carbon coating is coated on the surface of a substrate,
By polishing the hard carbon film, a rake face and a flank face are formed, and a cutting edge part is formed by the rake face and the flank face,
The radius of curvature of the tip of the substrate is formed to be 10 μm or more and 20 μm or less,
The rake face is formed by polishing a part of the substrate together with the hard carbon film,
The flank is formed by polishing only the hard carbon film without exposing the substrate,
The blade angle of the cutting edge portion formed by the rake face and the flank face is formed to be 50 ° or more and 90 ° or less,
A cutting tool with a hard carbon coating, wherein the distance from the tip action point of the cutting edge part to the exposed part of the substrate is 12 μm or more and 35 μm or less.
前記切刃部の先端は、前記すくい面と前記逃げ面との間を接続する円弧状のコーナー部により形成される請求項1に記載の硬質炭素被膜付切削工具。   2. The cutting tool with a hard carbon coating according to claim 1, wherein a tip end of the cutting edge portion is formed by an arc-shaped corner portion that connects between the rake face and the flank face. 前記切刃部の先端に、面取り部が設けられる請求項1に記載の硬質炭素被膜付切削工具。   The cutting tool with a hard carbon coating according to claim 1, wherein a chamfered portion is provided at a tip of the cutting edge portion. 前記硬質炭素被膜の膜厚は、10μm以上25μm以下に設けられる請求項1から3のいずれか一項に記載の硬質炭素被膜付切削工具。   4. The cutting tool with a hard carbon coating according to claim 1, wherein the hard carbon coating has a thickness of 10 μm or more and 25 μm or less. 5.
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