(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼、鋳鉄好ましくは短い切屑となる材料の粗仕上げ、中仕上げ及び最終仕上げに用いる被覆超硬合金切削工具インサートに関し、さらに、基材の一部だけが強化表面領域を備える被覆インサートを提供する。【解決手段】特に短い切屑加工となる材料の金属加工用の被覆切削工具インサートに関し、バインダ相豊富表面区域を有するタングステン炭化物基材を含み、少なくなくとも一つのすくい面及び少なくとも一つのクリアランス面を交差させて切刃を形成する。このバインダ相豊富表面区域が、切刃から延在する表面の少なくとも一部を含むすくい面上で少なくとも部分的に欠落する。結果として、切刃強度と耐摩耗性の最適組み合わせが達成された。【選択図】図１
2006021321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダ相豊富表面区域を有するタングステン炭化物ベースの基材を含み、少なくとも一つのすくい面と少なくとも一つのクリアランス面とを交差させて切刃を形成する金属切削加工用の被覆切削インサートであって、
前記バインダ相豊富表面区域が、前記切刃から延在する表面の少なくとも一部に含まれるすくい面上で、少なくとも部分的に欠落していることを特徴とする金属切削加工用の被覆切削インサート。
【請求項２】
前記すくい面が平坦で、且つ前記バインダ相豊富表面区域が、締結用の孔の表面を除外してすくい面の表面の２５％を越えて欠落するが、存在するならば１０％を超えて存在することを特徴とする請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項３】
前記すくい面が平坦で、且つ前記バインダ相豊富表面区域が、前記すくい面の表面上で完全に欠落することを特徴とする請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項４】
前記すくい面が、平坦な表面と凹部とを含む切屑ブレーカ形状を備え、バインダ相豊富区域が、前記切刃から延在する前記平坦な表面の少なくとも一部上で欠落し、且つ凹部で残存することを特徴とする請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項５】
前記バインダ相豊富表面区域が、０．１ｍｍを超える一定幅でもって、前記被覆切削インサートの切刃に沿って欠落することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆切削インサート。
【請求項６】
前記被覆切削インサートが、ネガテブ型であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆切削インサート。
【請求項７】
前記バインダ相豊富表面区域が、名目バインダ相含有量の１．２〜２．５倍の平均バインダ相含有量及び５〜５０μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削インサート。
【請求項８】
前記被覆切削インサートの基材が、３．０〜９．０ｗｔ％のＣｏと、周期律表のＩＶｂ及びＶｂ族からの元素で形成される１．０〜１０．０ｗｔ％の立方晶炭窒化物と、Ｎと、Ｃと、ＷＣとの組成を有する超硬合金であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の被覆切削インサート。
【請求項９】
既知のＣＶＤ及びＭＴＣＶＤ技法のいずれかによって作られた２〜２５μｍ厚みの耐摩耗性被膜を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の被覆切削インサート。
【請求項１０】
さらに１〜１５μｍ厚みのアルミニウム酸化物層を含むことを特徴とする請求項９に記載の被覆切削インサート。
【請求項１１】
粉砕と加圧成形と焼結と前記バインダ相豊富区域の除去を含む後焼結処理との粉末冶金法によって、バインダ相豊富表面区域を有するタングステン炭化物ベースの基材を含み、少なくとも一つのすくい面と少なくとも一つのクリアランス面とを交差させて切刃を形成する金属切削加工用の被覆切削インサートの製造方法であって、
前記バインダ相豊富表面区域が、前記切刃から延在する表面の少なくとも一部に含まれるすくい面上で、少なくとも部分的に欠落していることを特徴とする金属切削加工用の被覆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、特に、鋼、鋳鉄好ましくは短い切屑となる材料の粗仕上げ、中仕上げ及び最終仕上げに用いる被覆超硬合金切削工具インサートに関する。さらに、この発明は、改良された切刃強度が所定の表面領域で達成され且つ同一インサートの他の部分より耐摩耗性が増加するような方法で、基材の一部だけが強化表面領域を備える被覆インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、バインダ相豊富表面区域を備える被覆超硬合金インサートは、例えば、米国特許第４，２２７，２８３号、米国特許第４，６１０，９３１号及び米国特許第４，５４８，７８６号に開示され、金属及び合金の旋削加工に一般的に使用されている。このバインダ相強化表面区域は、より厳しい切削作業に適用が広げられているが、しかしこの表面区域の耐熱性と耐摩耗性とに制限される。
【０００３】
被覆超硬合金工具で短い切屑をだす材料の切削加工は、切屑ブレーカのないかまたは単純な切屑ブレーカを備えた平坦なすくい面を有し且つバインダ相豊富表面区域を備えないインサートを使用している。
【０００４】
米国特許第４，６１０，９３０号は、クリアランス面上のバインダ相豊富表面区域の除去を開示するが、逃げ面耐摩耗性を改良するためでる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，２２７，２８３号
【特許文献２】米国特許第４，６１０，９３１号
【特許文献３】米国特許第４，５４８，７８６号
【特許文献４】米国特許第４，６１０，９３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高温の機械的な負荷または摩耗を受ける領域すなわちすくい面上で、基材上のコバルト豊富表面区域が欠落させるならば、塑性変形及びクレータ摩耗に対する抵抗の増加を切刃強度の実質的減少なしに達成できることが、驚くべきことに判明した。熱伝導率が表面固さとともに増加し、その結果として、表面の熱伝達と摩擦抵抗に対するさらに好ましい条件が生じて、塑性変形、クレータ摩耗及び摩損などの高温で機械的な負荷によるマイナス効果が減少する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にしたがい、少なくとも一つのすくい面と少なくとも一つのクリアランス面とを交差させて切刃を形成する被覆切削工具インサートは、超硬合金ボディからなり準備され、この超硬ボディは実質的に立方晶炭化物相がなくてバインダ相豊富表面区域を備え、このバインダ相豊富区域は切刃から延在する表面の少なくとも一部に含まれるすくい面上で少なくとも部分的に欠落される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の金属切削加工用の被覆切削インサートは、高温の機械的な負荷または摩耗を受ける領域すなわちすくい面上で、基材上のコバルト豊富表面区域が欠落させることにより、塑性変形及びクレータ摩耗に対する抵抗の増加を切刃強度の実質的減少なしに達成できる。また、本発明の金属切削加工用の被覆切削インサートは、熱伝導率が表面固さとともに増加して、且つ表面の熱伝達と摩擦抵抗とが改良されて、塑性変形、クレータ摩耗及び摩損などの高温で機械的な負荷が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一つの実施態様において、インサートは平坦なすくい面を備え、このすくい面上で前記バインダ相豊富表面区域が、締結用の孔の表面を除外してすくい面の表面の２５％を越え好ましくは４０％を超え最も好ましくは６０％を超えて欠落するが、存在するならば２５％を超え好ましくは１０％を超えて存在し最も好ましくは０％である。好ましくはバインダ相豊富表面区域が、インサートのコーナ、好ましくは三角形領域、最も好ましくは三角形の二等辺において、または切削インサートの切刃に沿って、０．１ｍｍを超え好ましくは０．２５ｍｍを超える実質的に一定幅で欠落する。
【００１０】
最適の実施態様において、バインダ相豊富表面区域はすくい面上で完全に欠落される。
【００１１】
代わりの実施態様において、このすくい面は、平坦な表面と凹部を含む切屑ブレーカ形状を備えていて、そこにおいてバインダ相豊富表面区域が、切刃から延在する平坦な表面の少なくとも一部上で欠落し且つ凹部では残存する。好ましくは、バインダ相豊富表面区域が、実質的に０．１ｍｍを超え好ましくは０．２５ｍｍ超える一定幅でもって、切削工具インサートの切刃に沿って欠落する。
【００１２】
このバインダ相豊富区域は、クリアランス面上に部分的に好ましくは完全に存在する。
【００１３】
インサートは好ましくはネガテブ型（一般的に両面使用可能型）であり、したがってこのバインダ相豊富区域が、双方のすくい面上で少なくとも部分的に欠落する。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様においてインサートは、実質的に立方晶相がなくて、且つ名目バインダ相含有量の１．２〜２．５倍の範囲の平均バインダ相含有量と、５〜５０μｍの厚みとを有するバインダ相豊富表面区域を備える。
【００１５】
さらに好ましい実施態様において、被覆切削工具の基材が、３．０〜９．０ｗｔ％好ましくは４．０〜７．０ｗｔ％のＣｏと、周期律表のＩＶｂ及びＶｂ族からの元素で形成される１．０〜１０．０ｗｔ％好ましくは４．０〜９．０ｗｔ％の立方晶炭窒化物と、Ｎと、Ｃと、ＷＣとの組成を有する超硬合金である。
【００１６】
このインサートは、２〜２５μｍ厚みの既知の耐摩耗性被膜を備え、好ましくは既知のＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤ技法によって作られ、好ましくは１〜１５μｍ厚みのアルミニウム酸化物層を含む。
【００１７】
好ましい実施態様において、本発明にしたがう切削工具は、
０．７≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１であり好ましくはｚ＜０．２、ｘ＞０．３及びｙ＞０．２最も好ましくはｘ＞０．４であり、３〜１４μｍ好ましくは４〜１２μｍ最も好ましくは５〜１０μｍの厚みと柱状粒とを有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
２〜１４μｍ好ましくは３〜１０μｍの厚みを有し、Ａｌ２Ｏ３好ましくはαＡｌ２Ｏ３の少なくとも１層
０．７≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１．２であり好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．４、さらに好ましくはｙ＞０．４最も好ましくはｙ＞０．７であって、３μｍ好ましくは０．４〜１．５μｍの厚みを有するＴｉＣｘＮｙＯｚ、ＨｆＣｘＮｙＯｚまたはＺｒＣｘＮｙＯｚまたはそれらの混合物の層に続くＡｌ２Ｏ３の外側層であり、最外層とするＡｌ２Ｏ３層、
を含んで成る被膜を有する。
【００１８】
また、本発明は、バインダ相豊富区域の無い選択表面領域を有する上述の被覆切削工具インサートに製造方法に関する。本発明の方法にしたがい、超硬合金炭化物の基材の原材料が、混合、加圧成形及び焼結され、通常の手段にしたがい実質的に立方晶炭化物相を含まずバインダ相豊富表面区域を有する切削工具インサートが得られる。
【００１９】
焼結後に、すくい面上の表面材料が、機械的手段、化学的手段、または他の手段によって、少なくともバインダ相豊富区域の深さまで除去される。クリアランス面上のバインダ相豊富区域は影響されずに、切刃周囲の強靭性は残留する。切刃のホーニングを含む慣用の後燒結処理のあとで、硬い耐摩耗性の被膜が被覆され、可能であるならば、ブラスト加工またはブラシ加工のような被膜表面の後処理が続けられる。
【実施例】
【００２０】
種々のインサートが次の実施例で試験された。
バインダ相豊富表面区域が切刃とクリアランス面上に備わり、すくい面に備わらない本発明にしたがうインサート「Ａ」
切刃を規定する全ての表面上にバインダ相豊富表面区域が備わる従来のインサート「Ｂ」
バインダ相豊富表面区域が全ての面上で除去された本発明外のインサート「Ｃ」
【００２１】
試験されたインサートＡ、Ｂ及びＣは、同じ化学組成の超硬合金ボディと、同じバルク物理的性質とを有する。
【００２２】
実施例１
本発明にしたがうインサート「Ａ」は、インサート「Ｂ」及び「Ｃ」に比較されて試験された。このインサートは、５．３ｗｔ％のＣｏと、３．３ｗｔ％のＴａと、２．１ｗｔ％のＮｂと、２．０ｗｔ％のＴｉと、６．０ｗｔ％のＣと、０．２ｗｔ％のＮと、残部Ｗと、のバルク組成を有した。このインサート基材の表面区域は、立方晶炭窒化物層をほとんど含まない２５μｍの厚みのバインダ相豊富部分からなった。すくい面表面上のバインダ相豊富区域の除去後、この基材は、７μｍの厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ層と、５μｍの厚みのα相から成るＡｌ２Ｏ３層とで被覆され、窒素リッチのＴｉＣｘＮｙＯｚ外側層が０．５μｍの厚みで蒸着された。
【００２３】
このインサートは次の条件で試験をした。
加工部材：  環状溝付き棒
材質：  ＳＳ１６７２―０８、出発直径１６０ｍｍ
インサート型式：ＣＮＭＡ１２０４０８０
切削速度：  １４０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１から１．０ｍｍ／回転に増加
切削深さ：２．０ｍｍ
切削長さ：１０ｍｍ
備考：  冷却剤無しでの断続切削
工具寿命基準：  破断するまで次第に送りを増加
【００２４】
切刃の靭性は図２に示され、各インサート型式の１０個の切刃が、切刃の切り欠けが生じるまで増加させた送り速度で実施された。バインダ相豊富区域の無いインサート「Ｃ」は、遅い送り速度で激しい切刃欠け落ちを示したが、一方本発明したがう「Ａ」と先行技術「Ｂ」との切刃はより高速でほとんど同一の靭性を示した。
【００２５】
このことは、たとえバインダ相豊富表面区域がすくい面から取り除かれても、切刃靭性はこの豊富区域が残留するインサートと比較してほとんど影響を受けずに維持されることを実証する。
【００２６】
実施例２
「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」にしたがうインサートを、連続金属切断において速度を上昇させて比較した。このインサートの基材は、７．６ｗｔ％のＣｏと、２．２ｗｔ％のＴａと、２．０ｗｔ％のＮｂと、１．５ｗｔ％のＴｉと、を含んでいた。このインサート基材の表面区域は、立方晶炭窒化物層のほとんど存在しない３０μｍの厚みのバインダ相豊富部分からなった。選択表面上の勾配区域の除去後、この基材は、５μｍの厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ層と、８μｍの厚みのαＡｌ２Ｏ３層とで被覆され、窒素リッチのＴｉＣｘＮｙＯｚ外側層が０．５μｍの厚みに蒸着された。
【００２７】
この試験条件を次に示した。
加工部材：  環状棒
材質：  ＳＳ１６７２―０８
インサート型式：  ＴＰＵＮ１６０３０８
切削速度：  ３００〜５５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：  ０．３ｍｍ／回転
切削深さ：  ２．５ｍｍ
備考：  冷却剤無しで使用
【００２８】
塑性変形及び／または逃げ面摩耗（ｖｂｎ）は、ノーズ半径が種々の切削速度（ｖｃ）で開始する点で測定された。
【００２９】
図３の結果から、切刃とクリアランス面上にバインダ相豊富表面区域が存在し且つ救い面に存在しない本発明「Ａ」にしたがうインサートと、バインダ相豊富区域を含まない先行技術のインサート「Ｃ」とは、バインダ相豊富表面区域を備えた先行技術にしたがうインサート「Ｂ」より塑性変形と逃げ面摩耗に対して優れた耐性を有することが明らかである。
【００３０】
実施例３
実施例１にしたがうインサートが比較され、且つ試験条件は次に示した。
加工部材：  六角形状棒
材質：  ＳＳ２２４４−１５（硬化した）
インサート型式：  ＳＮＭＡ１２０４１２
切削速度：  ２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：  ０．１５〜０．３ｍｍ／回転
切削深さ：  １．５ｍｍ
切削時間：  各周期に対して３７秒
備考：  各周期の開示時に激しい断続切削の六角形状棒の正面削り、各インサート型式の３個の切刃が試験された。工具寿命の基準はｖｂ＞０．３ｍｍである。
【００３１】
先行技術のインサート「Ｂ」及び「Ｃ」は、本発明にしたがうインサート「Ａ」より顕著でさらに短い工具寿命になることが図４から明白である。ノッチまたはクレータ摩耗が、この適用における工具寿命を規定する摩耗機構であった。表面に豊富なバインダ相区域の無いインサート「Ｃ」は、激しいノッチ摩耗と、数周期直後に言い表すことができない挙動を示した。表面に豊富なバインダ相区域の無いインサート「Ｂ」は、限定されたノッチ摩耗と改良された工具寿命を示しが、切刃の破損をもたらす激しいクレータ摩耗を被った。
【００３２】
バインダ相豊富区域が救い面上で取り除かれた本発明に従う形式「Ａ」に対しては、ノッチ摩耗が限定され、且つクレータ摩耗が激しくなくて、すなわち工具寿命を増加せせることがもたらされた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明のインサートを示し、１）は切刃、２）はコバルト豊富区域、３）はすくい面、４）は切削工具を示す。
【図２】図２は、種々の試験条件のもとでの本発明したがうインサート性能の要約を示す。
【図３】図３は、種々の試験条件のもとでの本発明したがうインサート性能の要約を示す。
【図４】図４は、種々の試験条件のもとでの本発明したがうインサート性能の要約を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１    切刃
２    コバルト豊富区域
３    すくい面
４    切削工具
Ａ    本発明のインサート
Ｂ    先行技術のインサート
Ｃ    先行技術のインサート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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