(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体への取り付け用貫通穴を有する炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、上記貫通穴が主として焼結肌で構成され、かつ、上記貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍを超えており、一方、上記インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、ウエットブラスト処理により、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、さらに、上記インサート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炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
【請求項２】
上記貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．３μｍ以上である請求項１に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
【請求項３】
上記インサートの表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で６００ＭＰａ以上である請求項１または２に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
【請求項４】
上記インサートの刃先先端のホーニング部の表面粗さが、インサート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請求項１乃至３のいずれか一項に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
【請求項５】
上記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以下である請求項４に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
【請求項６】
工具本体への取り付け用貫通穴を有する炭窒化チタン基サーメット製切削インサートを製造する方法において、上記貫通穴が主として焼結肌で構成され、かつ、上記貫通穴内面の表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍを超える炭窒化チタン基サーメット製切削インサート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上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により研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施すことにより、上記貫通穴内面は上記表面粗さを維持したままで、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、上記インサート表面部の硬質相の残留応力を圧縮で４５０ＭＰａ以上とす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の製造方法。
【請求項７】
上記インサートを回転可能に挟み込む上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請求項６に記載の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。
【請求項８】
上記噴射角が４０度以上５０度以下である請求項７に記載の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。
【請求項９】
上記インサートにウエットブラスト処理を施した後、上記インサートの刃先先端部にホーニング加工を施す請求項６乃至８のいずれか一項に記載の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。
【請求項１０】
上記ホーニング加工を、湿式ブラシホーニングで施す請求項９に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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およびその製造方法に関するものであり、特に、負荷の高い切削加工で優れた耐欠損性および優れた仕上げ面精度を示す、工具本体への取り付け用貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｔｉの炭化物あるいは窒化物あるいは炭窒化物を主成分とし、元素周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族の炭化物あるいは窒化物あるいは炭窒化物を１種または２種以上含有する硬質相とＣｏおよびＮｉ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）。
また、切削抵抗を低減したり、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、図１に示されるようなチップブレーカを有する切削インサートも広く知られており、図２に示されるような工具本体への取り付け用貫通穴を有する切削インサートを、ねじ、Ｌ字形レバーあるいは偏心ピンなどで工具本体へクランプすることも、その取り扱いが簡便であるため広く知られている。
さらに、従来のＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートの耐熱性、耐摩耗性、靭性を改善するために、インサート表面の焼き肌面の最大表面粗さを３．５μｍ以下に低減することも知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１０８９０８号公報
【特許文献２】特開平９−２０７００５号公報
【特許文献３】特開平２−１５１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、切削加工の分野では、高能率加工が求められていることから、切削加工時に切刃に対して作用する負荷がますます高くなる傾向にあるが、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ると、耐欠損性が低い工具材料であるとされているため、切刃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。
例えば、前記特許文献３に示されるようなＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを、重切削、断続切削等の切刃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、切削インサートに欠損が生じたり、被削材の加工精度が低下し、比較的短時間で使用寿命にいたるのが現状である。
そこで、本発明は、ＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを、切刃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、長期の使用に亘って、欠損が発生することなく、かつ、高仕上げ面精度の加工面を形成することができる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目的とする。
【問題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、切刃に対して高負荷が作用する切削条件におけるＴｉＣＮ基サーメット製切削インサート（以下、ＴｉＣＮインサートという）の欠損発生および被削材の加工精度低下の要因について、鋭意検討したところ、次のような知見を得たのである。
【０００６】
通常条件の切削加工に用いるＴｉＣＮインサートにおいては、その表面粗さを低減し、平滑平面として形成した場合には、耐欠損性が改善され、また、仕上げ面精度も向上するようになり、例えば、インサート表面の平滑化手段としてウエットブラスト処理を施し、インサートの表面粗さを、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下である平滑平面として形成した場合には、耐欠損性が改善され、また、被削材の仕上げ面精度が向上し、光沢ある切削加工表面を形成することができるようになり、さらに、ウエットブラスト処理を施す際に、インサート表面を平滑化すると同時に、インサート表面に所定の圧縮残留応力を付与することによって、より耐欠損性が向上するようになる。
しかし、ねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段による工具本体への取り付け用貫通穴を有するＴｉＣＮインサートについて、該インサートの表面粗さを低減し、同時にインサート表面に所定の圧縮残留応力を付与し、これを重切削、断続切削等の切刃に対して高負荷が作用する切削条件において使用したところ、従来のＴｉＣＮインサートに比較すれば、ある程度の耐欠損性、被削材仕上げ面精度の向上はみられるものの、いまだ十分に満足できるものとはいえない。
【０００７】
本発明者等は、さらに検討を進めたところ、ウエットブラスト処理を施すことによって表面粗さを低減したＴｉＣＮインサートであっても、切刃に対して高負荷が作用する切削条件で使用した場合には、切刃に対して絶え間ない変動負荷が作用することによって、工具本体に保持されたＴｉＣＮインサートが微小振動を発生し、これが、耐欠損性、被削材仕上げ面精度に悪影響を及ぼすことを見出した。そこで、ねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段により工具本体に取り付けられる貫通穴を有するＴｉＣＮインサートを、工具本体に対して強固かつ確実に保持する方策について種々検討したところ、上記貫通穴内面の表面粗さが所定値以上に大きくなるよう形成した（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）場合には、上記クランプ手段とこれに接触する貫通穴内部表面の摩擦力が増大し、高負荷が作用する切削条件においても、ＴｉＣＮインサートが工具本体に強固かつ確実に保持され、その結果、さらに一段と欠損発生を抑制し得るとともに、高仕上げ面精度の加工面を形成することができることを見出したのである。
【０００８】
本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであって、  
「（１）  工具本体への取り付け用貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートにおいて、上記貫通穴が主として焼結肌で構成され、かつ、上記貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍを超えており、一方、上記インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、ウエットブラスト処理により、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、さらに、上記インサート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炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（２）  上記貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．３μｍ以上である前記（１）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（３）  上記インサートの表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で６００ＭＰａ以上である前記（１）または（２）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（４）  上記インサートの刃先先端のホーニング部の表面粗さが、インサート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前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（５）  上記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以下である前記（４）に記載の炭窒化チタン基サーメット製切削インサート。
（６）  工具本体への取り付け用貫通穴を有する炭窒化チタン基サーメット製切削インサートを製造する方法において、上記貫通穴が主として焼結肌で構成され、かつ、上記貫通穴内面の表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍを超える炭窒化チタン基サーメット製切削インサート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上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により研磨液を噴射してウエットブラスト処理を施すことにより、上記貫通穴内部は上記表面粗さを維持したままで、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、上記インサート表面部の硬質相の残留応力を圧縮で４５０ＭＰａ以上とす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の製造方法。
（７）  上記インサートを回転可能に挟み込む上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前記（６）に記載の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。
（８）  上記噴射角が４０度以上５０度以下である前記（７）に記載の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。
（９）  上記インサートにウエットブラスト処理を施した後、上記インサートの刃先先端部にホーニング加工を施す前記（６）乃至（８）のいずれかに記載の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。
（１０）  上記ホーニング加工を、湿式ブラシホーニングで施す前記（９）に記載の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。」
を特徴とするものである。
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１０】
まず、この発明では、工具本体への取り付け用貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートにおいて、貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍを超える粗面とする。
図２に示されるように、上記貫通穴の表面は、貫通穴に通されるねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段と接触し、その摩擦力によりインサートを工具本体に固定保持するが、貫通穴内面の表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下であると、クランプ手段との接触面における摩擦力が十分でないため、絶え間ない高負荷（変動負荷）の作用する切削加工条件においては、インサートの強固かつ確実な保持を行うことができず、その結果として、欠損が発生しやすくなり、また、仕上げ面精度が低下することになるので、強固かつ確実な保持を行うという点から、貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍを超える粗面とすることが必要であり、好ましくは、０．３μｍ以上の粗面とする。
なお、ここでいう貫通穴内面とは、必ずしも、貫通孔の内面全体である必要はなく、クランプ手段との接触面を形成する貫通孔の内面がＲａ＞０．２μｍであれば十分である。
ところで、ＴｉＣＮ基サーメットからなる焼結インサートの貫通穴内面の表面粗さは、主として、例えば、焼結条件を調整した焼結肌にて構成することによって、その表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μmを超える粗面を形成することができる。
【００１１】
また、この発明では、工具本体への取り付け用貫通穴を有するＴｉＣＮ基サーメット製切削インサート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以下の平滑面とし、さらに、上記インサートの表面部の硬質相には４５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を付与している。
前記のように、貫通穴内面を主として焼結肌にて構成しようとした場合、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは自ずと粗いものとなるが、逃げ面が粗面である場合には仕上げ面精度を低下させ、また、チップブレーカが粗面である場合には、耐欠損性を劣化させるので、これらを防止するため、インサート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以下の平滑面とすることが必要である。
この発明では、焼結肌のインサート表面（但し、貫通穴を除く）に対してウエットブラスト処理を施すことにより、貫通穴内面の表面粗さをＲａで０．２μｍを超える粗面、好ましくは、Ｒａで０．３μｍ以上、に維持したまま、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを、上記の平滑面とする。
【００１２】
ウエットブラスト処理とは、すでによく知られているように、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材質としてはアルミナ、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、初期投入時の中心粒子径としては約１〜１００μｍ程度が望ましく、生産性と品質の両方を考慮すると約１０〜５０μｍ程度がより好ましい。また、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。
【００１３】
インサートの逃げ面の表面粗さを低減し平滑性を高めると、主に被削材の仕上げ面品位を改善する効果があり、また、チップブレーカの表面粗さを低減し平滑性を高めると、主に耐欠損性改善に効果があるが、このような仕上げ面品位の改善、耐欠損性改善の効果は、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａが０．２μｍを超える粗面になると低下傾向を示すようになるので、インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下とする。
一方、インサートの貫通穴内面の表面粗さが、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下であると、貫通穴に通し工具本体に固定するためのねじ、Ｌ字形レバー、偏心ピン等のクランプ手段と接触する面の摩擦力が十分でないため、高負荷条件下での切削加工においては、インサートの強固かつ確実な保持を行うことができず、その結果、欠損が発生し、あるいは、仕上げ面精度が低下するので、貫通穴内面にはウエットブラスト処理を施さず、その表面粗さをＲａで０．２μｍを超える粗面、好ましくは、Ｒａで０．３μｍ以上、に維持する。
また、切削初期段階では、切刃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、切れ刃の摩耗が発達してくると、切削加工表面に接触する領域は逃げ面側に移行するようになる。
したがって、ウエットブラスト処理を施した後、上記インサート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すことにより、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、好ましくは、Ｒａで０．１μｍ以下にすると、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。  
【００１４】
この発明においては、表面粗さは、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本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。
【００１５】
本発明では、ウエットブラスト処理により、インサートの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、インサート表面部の硬質相に圧縮で４５０ＭＰａ以上の残留応力を付与するが、圧縮残留応力が４５０ＭＰａ未満の場合には、切削加工時に作用する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、と定める。
なお、ウエットブラストを施さない通常の焼結肌表面部の硬質相の残留応力は、圧縮で１００ＭＰａ以下程度であり、また、表面の組成等を内部と変化させたＴｉＣＮ基サーメットの場合でも３００ＭＰａ程度であって、本発明においてウエットブラスト処理を施すことによって、圧縮残留応力の値を４５０ＭＰａ以上とすることができる。
【００１６】
本発明でいう、インサート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。
【００１７】
図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、ウエットブラスト処理の概略を説明する。
図３（ａ）において、焼結肌のままのＴｉＣＮ基サーメット製切削インサートを、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上記軸線回りに回転させながら、ブラストガンにより上記インサートの表面に研磨液を噴射して1個ずつウエットブラスト処理を行う。この場合、インサートの貫通穴が存在する箇所は、一対の回転軸により挟み込まれた状態となるため、貫通穴内面は処理が行われず、したがって、貫通穴内面は焼結肌が維持される。
一方、インサートの逃げ面およびチップブレーカには、ウエットブラスト処理により平滑面が形成されるが、研磨液の種類、噴射圧等を調整することにより、インサートの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以下の平滑面が形成され、同時に、上記インサートの表面部の硬質相には４５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力が付与される。
本発明では、インサート表面にウエットブラスト処理を施すことによって、インサート表面を平滑化すると同時に、表面部の硬質相に所定の圧縮残留応力を付与する。
【００１８】
図３（ａ）に示すウエットブラスト処理装置では、インサートを挟み込む一対の回転軸の軸線方向に対して、４５度の噴射角を有する概略対向する２本のブラストガンを配置し、インサートを、軸線回りに回転させてウエットブラスト処理することにより、貫通穴を除く全周面を均一に処理することができるが、図３（ｂ）に示す軸線方向に対するブラストガンの噴射角θが、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、インサート全周面（貫通穴の内面を除く）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、種々の目的のために貫通穴周辺の一部も、より確実に、ウエットブラストを受けないようにするためには、図３（ｃ）に示すように、インサートと、これを挟み込む回転軸との間に、マスキング部材を介在させて挟み込むことで、マスキング部材でカバーされた領域を焼結肌のままの処理されない状態で維持することができる。
【００１９】
なお、インサート表面への圧縮残留応力の付与手段としては、従来から、ショットピーニング（ショットブラスト）、ドライブラストも知られているが、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、インサート表面に粗大クラックが発生したり、また、表面の平滑化が不十分で、耐欠損性を十分改善できず良好な仕上げ面が得られない恐れがあり、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十分な残留圧縮応力を付与することができず、また、噴射研磨材が処理表面へ食い込み不純物の残留現象も生じやすいため、圧縮残留応力の付与は、ウエットブラストにより行うことが最も好ましく、本発明によるウエットブラストによれば上記の各種弊害は生じない。
【００２０】
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、丸形等の略平板インサートのみならず、三角形等の溝入れあるいはねじ切りインサート、各種刃先交換式エンドミル用インサート、あるいは縦刃型インサートなどを用いることが可能であり、その形状は問わない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の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よれば、本発明の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を有し、該貫通穴内面の表面粗さは粗面として形成しているため、これに接触するクランプ手段との摩擦力が大になるため、インサートは工具本体へ強固かつ確実に保持されるようになり、また、インサートの逃げ面およびチップブレーカには、ウエットブラスト処理が施され、表面の平滑化が図られると同時に、インサート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、高負荷が作用する切削加工において、優れた耐欠損性を発揮するようになるとともに、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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】チップブレーカを有する切削インサートの模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図を示す。
【図２】工具本体へのＬ字形レバーを用いたインサートの取り付け形態を示す断面図である。
【図３】インサートに対するウエットブラスト処理の形態を示し、（ａ）は、インサートを挟み込む一対の回転軸の軸線方向に対して、４５度の噴射角を有する相対向する２本のブラストガンを配置し、インサートを、軸線回りに回転させてウエットブラスト処理を行う一つの形態を示し、（ｂ）は、ブラストガンと軸線のなす噴射角θを示し、（ｃ）は、インサートと、これを挟み込む回転軸との間に、マスキング部材を介在させて挟み込みウエットブラスト処理を行う他の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を、実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
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、焼結温度および窒素雰囲気圧力を調整することにより種々の表面粗さを有する焼肌面を有するとともに、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４１２に規定する形状・寸法を有する貫通穴を有する切削インサートを準備した。
原料配合組成：
いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ粉末、ＷＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末を、それぞれ、５５ｗｔ％、２０ｗｔ％、７ｗｔ％、９ｗｔ％、９ｗｔ％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℃／分の速度で昇温し、
（３）１３５０℃から所定の焼結温度（１４５０〜１５５０℃）まで２℃／分の速度での昇温、並びに前記焼結温度に６０分間保持を４．０ｋＰａ〜０．１ｋＰａの窒素雰囲気で行う。
なお、切れ刃には、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０．０９ｍｍ、かつ、逃げ面側から測定した幅が０．０５ｍｍ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。
これら切削インサートに中心粒子径４０μｍを有するアルミナを噴射研磨材とし、表1に示す噴射圧力で、図３（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、本発明のＴｉＣＮ基サーメット製切削インサート（本発明１〜８）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３（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全面が処理されるようウエットブラストを行っており、インサートの貫通穴内周面にはウエットブラスト処理は施されておらず、焼結肌を維持したままである。
【００２５】
製造した本発明１〜８のインサート表面部の硬質相の残留応力を、インサート逃げ面の平坦面で前述のＸ線回折装置により測定した。
また、本発明１〜８のインサートの貫通穴内面、逃げ面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。
表１に、残留応力および表面粗さの測定値を示す。
なお、本発明１〜８のインサートでは、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ので、すくい面、特に逃げ面とほぼ直角に位置する切れ刃近傍のランド部分やブレーカ底部（すくい面では切れ刃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概略同等であると考えられることから、インサートの残留応力は、逃げ面について測定した残留応力で代表させることとする。
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、すくい面（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ので、インサートの表面粗さは、逃げ面について測定した表面粗さで代表させることとする。
【００２６】
比較のために、上記本発明１〜８のインサートと同様な組成・形状・寸法を有する切削インサートに対して、ウエットブラスト処理を施さない切削インサートを参考例１として作製するとともに、本発明１〜８のインサートと同様なウエットブラスト処理を施すとともに、貫通穴内面にもウエットブラスト処理を施した切削インサートを比較例１，２として作製し、本発明１〜８と同様に、インサート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、インサートの貫通穴内面、逃げ面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。
表１に、測定した残留応力値および表面粗さの値を示す。  
【００２７】
【表１】
0005510637.tif 000002
【００２８】
表１によると、インサートの表面（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ると、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０．０６μｍと滑らかであるが、この表面に、本発明条件のウエットブラスト処理を施すと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。
なお、本発明１〜８、参考例１のインサートの貫通穴内面にはウエットブラスト処理が施されておらず、焼結肌のままである。
【００２９】
つぎに、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図２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》
被削材；ＪＩＳ−ＳＣＭ４４０の角材、
切削速度；２００ｍ／ｍｉｎ、
送り；０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み；２ｍｍ
の湿式断続切削を行い、
衝撃回数は最大２０００回を上限とし、欠損が発生するまでの衝撃回数を評価した。
《切削試験２》
被削材；ＪＩＳ−Ｓ１０Ｃの丸棒、
切削速度；４００ｍ／ｍｉｎ、
送り；０．６ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み；３ｍｍ
の湿式連続切削を行い、
切れ刃交換までの実切削時間を評価し、切れ刃交換時の切削加工表面（仕上げ面）の観察も行った。
表２に、上記切削試験１，２における欠損が発生するまでの衝撃回数、切れ刃交換までの実切削時間および切れ刃交換時の切削加工表面状況を示す。
なお、切れ刃交換までの実切削時間は、仕上げ面が劣化した場合には、その時点で切削を終了してそれまでの時間とし、良好な仕上げ面が維持されている場合には、逃げ面摩耗幅が０．４ｍｍに達するまでの時間とした。これは、逃げ面摩耗幅が０．４ｍｍを越えるまで成長すると、高負荷が作用する高送り切削での加工寸法精度を維持することができなくなるからである。
【００３０】
【表２】
0005510637.tif 000003
【００３１】
表２によれば、ウエットブラスト処理を施していない参考例１は、衝撃回数２３２回で欠損を生じ、耐欠損性に劣ることが分かる。
また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、本発明と同等であるが、貫通穴内周面の表面粗さがＲａで０．２μｍ以下の比較例１，２については、参考例１の場合と同様に耐欠損性に劣る。さらに、湿式連続切削でも仕上げ面の劣化により短時間で切削を中断した。
これに対し、貫通穴内面の面粗さが０．２μｍを超え、かつ、ウエットブラスト処理により逃げ面およびチップブレーカの表面粗さを低減し、逃げ面表面部の硬質相に圧縮残留応力を付与した本発明品１〜８は、欠損を発生することなく、すぐれた仕上げ面精度を示し、かつ、長寿命を示した。
【実施例２】
【００３２】
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・ＴＮＭＧ１６０４１２に規定する形状・寸法を有する貫通穴を有する切削インサートを準備した。
原料配合組成：
いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ粉末、ＷＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末を、それぞれ、５６ｗｔ％、１５ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、７ｗｔ％、７ｗｔ％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℃／分の速度で昇温し、
（３）１３５０℃から所定の焼結温度（１５００℃）まで２℃／分の速度での昇温、並びに前記焼結温度に６０分間保持を２．０ｋＰａの窒素雰囲気で行う。
これら切削インサートに実施例1と同様のブラシホーニング処理およびウエットブラスト処理を、表３に示す工程順序、処理条件で施した。
比較のために、ブラシホーニング処理のみを行いウエットブラスト処理を行わないインサートを参考例２として作製し、また、本発明と同条件で、ブラシホーニング処理及びウエットブラスト処理を行うとともに、これに加え、さらに、貫通穴内面にもウエットブラスト処理を行ったインサートを比較例３，４として作製した。
【００３３】
【表３】
0005510637.tif 000004
【００３４】
本発明９〜１２は、ウエットブラスト処理を施すことにより、その表面（逃げ面およびチップブレーカ）は全て４５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を示し、また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは全てＲａ：０．２μｍ以下であった。
ただ、ウエットブラスト処理を施した後にブラシホーニング処理を行った本発明１１，１２は、ブラシホーニング処理後にウエットブラスト処理を行った本発明９，１０と比較し、ホーニング部の表面粗さも大幅に改善されていることがわかる。
ブラシホーニング処理のみを行いウエットブラスト処理を行わなかった参考例２は、その表面（逃げ面およびチップブレーカ）の圧縮残留応力の値は、本発明９〜１２に比して小さいものであった。
また、比較例３，４の表面（逃げ面およびチップブレーカ）の圧縮残留応力の値は、本発明とほぼ同等であったが、貫通穴内面にもウエットブラスト処理を行うことにより、貫通穴内面の表面粗さはＲａ：０．１７μｍにまでに低減していた。
なお、インサート貫通穴内面の表面粗さは、本発明９〜１２、参考例２のいずれにおいても、Ｒａ：０．３２〜０．３４μｍの範囲内であった。
【００３５】
つぎに、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図２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３》
被削材；ＪＩＳ−ＳＮＣＭ４３９の角材、
切削速度；１５０ｍ／ｍｉｎ、
送り；０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み；２ｍｍ
の湿式断続切削を行い、
欠損が発生するまでの衝撃回数を評価した。
《切削試験４》
被削材；ＪＩＳ−ＳＵＪ２の丸棒、
切削速度；４００ｍ／ｍｉｎ、
送り；０．６ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み；３ｍｍ
の湿式連続切削を行い、
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。
【００３６】
【表４】
0005510637.tif 000005
【００３７】
ウエットブラスト処理を施した本発明９〜１２は、全て優れた耐欠損性を示したが、特にウエットブラスト処理を行った後にブラシホーニング処理を行い、ホーニング部の表面粗さを低減した本発明１１，１２はさらに良好な結果を示した。
これに対して、逃げ面およびチップブレーカにウエットブラスト処理を施さなかった参考例２、および、逃げ面、チップブレーカに加え、貫通穴内面にまでウエットブラストを行い、貫通穴内面の表面粗さをＲａ：０．１７μｍにまで低減した比較例３，４においては、欠損に至るまでの衝撃回数が非常に少なく、耐欠損性に劣ることが分かる。
なお、良好な加工表面を得ることの難しいＳＵＪ２の高速高送り切削において、ホーニング部の表面粗さが小さい参考例２や本発明１１，１２は切削開始段階から光沢のある良好な仕上げ面を提供したが、本発明９，１０による切削加工表面はムシレの発生や白濁現象のない通常の仕上げ面を得ることは可能であったが、光沢のある仕上げ面を提供するまでには至らなかった。
さらに、貫通穴内面の表面粗さを低減した比較例３，４においては、切削初期よりビビリの発生した仕上げ面となっていた。
【００３８】
表１〜４に示される結果から、本発明の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よれば、工具本体へのインサート取り付け用貫通穴の内面の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μmを超える粗面であるため、これに接触するクランプ手段との摩擦力が大になるため、インサートは工具本体へ強固かつ確実に保持され、また、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．２μm以下であり、さらに、表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で４５０ＭＰａ以上であることから、高負荷が作用する切削加工において、優れた耐欠損性を発揮するようになるとともに、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。
【００３９】
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表面粗さがＲａ：０．２μｍ以下に平滑化されている比較例１〜４、また、貫通穴の内面は焼結肌であって、その表面粗さＲａは０．２μｍを超えているが、ウエットブラストが施されていないために、逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、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、しかも、表面部の硬質相の圧縮残留応力が４５０ＭＰａ未満である参考例１，２においては、高負荷条件の切削加工においては、欠損の発生や仕上げ面精度の不具合により工具寿命が短時間のものであった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、切刃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。
【図１】
0005510637.tif 000006
【図２】
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【図３】
0005510637.tif 000008