(57)【要約】【課題】  チタン合金の切削加工用において工具寿命が延びる切削工具を提供する。【解決手段】  主面が略多角形形状の略平板状をなし、主面がすくい面２を、側面が逃げ面３を、すくい面２と逃げ面３との交差稜線部が切刃４を、略多角形形状の主面の角部がノーズ部５を、ノーズ部５の切刃４がノーズ切刃４ａを、ノーズ切刃４ａ以外の略多角形形状の主面の辺部に位置する切刃４が直線切刃４ｂを構成して、少なくとも直線切刃４ｂにはノーズ切刃４ａよりも大きいホーニングが形成され、かつ、直線切刃４ｂは超硬合金からなる基体７を被覆層８で被覆した構成からなるとともにノーズ切刃４ａは被覆層８を被覆しない基体７の構成からなるチタン合金加工用として好適なスローアウェイチップ１である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面が多角形形状の平板状をなし、前記主面がすくい面を、側面が逃げ面を、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部が切刃を、前記多角形形状の主面の角部がノーズ部を、該ノーズ部の切刃がノーズ切刃を、該ノーズ切刃以外の前記多角形形状の主面の辺部に位置する切刃が直線切刃を構成するチタン合金加工用の切削工具であって、少なくとも前記直線切刃には前記ノーズ切刃よりも大きいホーニングが形成され、かつ、前記ノーズ切刃は表面が超硬合金からなる基体にて構成されるとともに、前記直線切刃は前記基体の表面に被覆された被覆層にて構成されているチタン合金加工用切削工具。
【請求項２】
前記ノーズ切刃にもホーニングが形成されて、前記すくい面側から見た際のホーニング幅が０．０１０〜０．０２５ｍｍであり、前記直線切刃におけるホーニング幅が０．０２０〜０．０５０ｍｍである請求項１記載のチタン合金加工用切削工具。
【請求項３】
前記被覆層は、前記直線切刃における厚みが１．５〜３μｍであり、Ｔｉ１−ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＷｂＳｉｃＭｄ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｙから選ばれる１種以上、０．４５≦ａ≦０．５５、０．０１≦ｂ≦０．１、０．０１≦ｃ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．１、０≦ｘ≦１）からなる請求項１または２記載のチタン合金加工用切削工具。
【請求項４】
前記基体が、３〜６質量％のＣｏからなる結合相と、平均粒径が０．１〜０．９μｍのＷＣからなる硬質相とにて構成され、かつ、前記ノーズ切刃において、前記基体の表面におけるＣｏ含有量が内部におけるＣｏ含有量に対する比率で０．６〜０．９５であるとともに、前記基体の表面における前記ＷＣ相の平均粒径が内部における前記ＷＣ相の平均粒径に対する比率で１．０５〜１．６である請求項１乃至３のいずれか記載のチタン合金加工用切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン合金加工用の切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
難削材として知られているチタン合金は、航空機、宇宙開発、原子力発電などに使用される素材であり、その切削加工についても性能向上が求められている。このような課題に対して数多くの切削工具が提案され実用化されているが、その性能が不十分であり、更なる性能向上が図られている。
【０００３】
また、切削工具においては、切刃にホーニングをつけて切刃のチッピングを抑制する方法が取られているが、ホーニングをつけると切削時の切れ味は低下することから、ホーニング幅については種々の切削条件に応じてホーニング幅が決定されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、セラミックスローアウェイチップにおいて切刃のノーズ部の曲線切刃の面取り（Ｃホーニング）幅に比べてそれより離れた直線切刃部の面取り量を大きくしたスローアウェイチップが開示され、切刃のノーズ部付近におけるチッピングを抑制することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、被覆層を成膜した後に被覆層の表面からブラシまたはブラスト処理してノーズ部において被削材と溶着しやすい被覆層を一部研磨した工具が開示され、工具寿命が延びることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０１−１８８２０２号公報
【特許文献２】特開平０８−０１１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、難削材と言われるチタン合金の切削加工においては、切削熱による切刃の温度上昇が他の被削材に比べて高く、化学的に活性で被覆層が反応により基体もろともチッピングして基体がえぐられてしまう可能性があり、しかも、切屑が鋸刃状になって切屑の進行で工具の表面に再度衝突する部分にチッピングや欠損が生じやすいという問題があった。
【０００８】
すなわち、特許文献１の切削工具のようにホーニング幅を調整するだけでは不十分であり、特に、切削によって発生した切屑が再度衝突しやすいノーズから離れた直線切刃においては摩耗が進行しやすく、工具寿命を延ばすことができなかった。
【０００９】
また、特許文献２のノーズ切刃における被覆層を研磨除去する方法では、切刃先端の鋭利さが損なわれて、かえって直線切刃よりもノーズ切刃のほうがホーニング幅が大きくなってしまい、切れ味が悪くなる結果、切刃における反応が進行して溶着から欠損に至ることが多かった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に対して、チタン合金の切削加工用において工具寿命が延びる切削工具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のチタン合金加工用切削工具は、主面が多角形形状の平板状をなし、前記主面がすくい面を、側面が逃げ面を、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部が切刃を、前記多角形形状の主面の角部がノーズ部を、該ノーズ部の切刃がノーズ切刃を、該ノーズ切刃以外の前記多角形形状の主面の辺部に位置する切刃が直線切刃を構成するチタン合金加工用の切削工具であって、少なくとも前記直線切刃には前記ノーズ切刃よりも大きいホーニングが形成され、かつ、前記ノーズ切刃は表面が超硬合金からなる基体にて構成されるとともに、前記直線切刃は前記基体の表面に被覆された被覆層にて構成されているものである。
【００１２】
ここで、前記ノーズ切刃にもホーニングが形成されて、前記すくい面側から見た際のホーニング幅が０．０１〜０．０２５ｍｍであり、前記直線切刃における前記ホーニング幅が０．０２〜０．０５ｍｍであることが望ましい。
【００１３】
また、前記被覆層は、前記直線切刃における厚みが１．５〜３μｍであり、Ｔｉ１−ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＷｂＳｉｃＭｄ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｙから選ばれる１種以上、０．４５≦ａ≦０．５５、０．０１≦ｂ≦０．１、０．０１≦ｃ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．１、０≦ｘ≦１）からなることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記基体が、３〜６質量％のＣｏからなる結合相と、平均粒径が０．１〜０．９μｍのＷＣからなる硬質相とにて構成され、かつ、前記ノーズ切刃において、前記基体の表面におけるＣｏ含有量が内部におけるＣｏ含有量に対する比率で０．６〜０．９５であるとともに、前記基体の表面における前記ＷＣ相の平均粒径が内部における前記ＷＣ相の平均粒径に対する比率で１．０５〜１．６であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明のチタン合金加工用切削工具によれば、ノーズ切刃においては被覆層に比べて被削材との反応が起こりにくい超硬合金基体が表面に存在する状態で被削材と接触するとともに刃先がシャープであることから、被削材との反応が起こりにくく、ノーズ切刃が異常に摩耗することがない。そして、ノーズ切刃で発生した切屑を衝突させて切屑を分断する直線切刃ではノーズ切刃に比べて大きいホーニングが形成されているので、切屑の衝突によって直線切刃がチッピングすることなく、工具寿命を延ばすことができる。
【００１６】
ここで、ノーズ切刃にもホーニングが形成されてすくい面側から見た際のホーニング幅が０．０１〜０．０２５ｍｍであり、直線切刃におけるホーニング幅が０．０２〜０．０５ｍｍであることが、各部位における耐欠損性を高めることができる。
【００１７】
また、被覆層の直線切刃における厚みが１．５〜３μｍであることが、直線切刃における耐摩耗性および耐欠損性をともに満足できる点で望ましく、被覆層がＴｉ１−ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＷｂＳｉｃＭｄ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｙから選ばれる１種以上、０．４５≦ａ≦０．５５、０．０１≦ｂ≦０．１、０．０１≦ｃ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．１、０≦ｘ≦１）からなる場合には、被覆層を厚く形成しても被覆層が高い内部応力によって早期に欠損することなく、耐チッピング性も良好である。
【００１８】
さらに、前記基体が、３〜６質量％のＣｏからなる結合相と、平均粒径が０．１〜０．９μｍのＷＣ相とにて構成され、かつ、前記ノーズ切刃において、前記基体の表面におけるＣｏ含有量が内部におけるＣｏ含有量に対する比率で０．６〜０．９５であるとともに、前記基体の表面における前記ＷＣ相の平均粒径が内部における前記ＷＣ相の平均粒径に対する比率で１．０５〜１．６であることが、基体表面での熱伝導性を改善できるととも
に、被削材の溶着も抑制できる点で望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のチタン合金加工用切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一例についての概略斜視図である。
【図２】図１のスローアウェイチップにおける（ａ）Ａ−Ａ断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のチタン合金加工用切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一例についての概略斜視図である図１、および図１のスローアウェイチップにおける（ａ）Ａ−Ａ断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図を基に説明する。
【００２１】
図１、２のスローアウェイチップ（以下、チップと略す。）１は、主面が多角形形状の平板状をなし、この主面がすくい面２を、側面が逃げ面３を、すくい面２と逃げ面３との交差稜線部が切刃４を、前記多角形形状の主面の角部がノーズ部５を、ノーズ部５の切刃がノーズ切刃４ａを、ノーズ切刃４ａ以外の前記多角形形状の主面の辺部に位置する切刃が直線切刃４ｂを構成している。ここで、本発明における上記多角形形状とは、角部に丸みのあるノーズ部を具備する形状である。
【００２２】
そして、図１、２によれば、少なくとも直線切刃４ｂにはノーズ切刃４ａよりも大きいホーニングが形成され、かつ、ノーズ切刃４ａは表面が超硬合金からなる基体７にて構成されるとともに、直線切刃４ｂは基体７の表面に被覆された被覆層８にて構成されている。この構成により、ノーズ切刃４ａにおいては被覆層８に比べて被削材との反応が起こりにくい超硬合金基体７が表面に存在する状態で被削材と接触するとともにノーズ切刃４ａがシャープであることから、被削材との反応が起こりにくく、ノーズ切刃４ａが異常に摩耗することがない。そして、ノーズ切刃４ａで発生した切屑を衝突させて切屑を分断する直線切刃４ｂではノーズ切刃４ａに比べて大きいホーニングが形成されているので、切屑の衝突によって直線切刃４ｂがチッピングすることなく、工具寿命を延ばすことができる。
【００２３】
ここで、ノーズ切刃４ａにもホーニングが形成されてすくい面２側から見た際のホーニング幅が０．０１〜０．０２５ｍｍであり、直線切刃４ｂにおけるホーニング幅が０．０２〜０．０５ｍｍであることが、各部位における耐欠損性を高めることができる点で望ましい。前記ノーズ切刃４ａにおけるホーニング幅／前記直線切刃４ｂにおけるホーニング幅の比が０．３７〜０．７であることが、耐欠損性と耐摩耗性のバランスがよい。
【００２４】
また、被覆層８の直線切刃７ｂにおける厚みが１．５〜３μｍであることが、直線切刃７ｂにおける耐摩耗性および耐欠損性をともに満足できる点で望ましく、被覆層８がＴｉ１−ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＷｂＳｉｃＭｄ（ＣｘＮ１−ｘ）（ただし、ＭはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｙから選ばれる１種以上、０．４５≦ａ≦０．５５、０．０１≦ｂ≦０．１、０．０１≦ｃ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．１、０≦ｘ≦１）からなる場合には、被覆層８を厚く形成しても被覆層８が高い内部応力によって早期に欠損することなく、耐チッピング性も良好である。
【００２５】
さらに、基体７が、Ｃｏを３〜６質量％からなる結合相と、平均粒径が０．１〜０．９μｍのＷＣからなる硬質相とにて構成され、かつ、ノーズ切刃４ａにおいて、前記基体の表面におけるＣｏ含有量が内部におけるＣｏ含有量に対する比率で０．６〜０．９５であるとともに、前記基体の表面における前記ＷＣ相の平均粒径が内部における前記ＷＣ相の平均粒径に対する比率で１．０５〜１．６であることが、基体表面での熱伝導性を改善で
きるとともに、被削材の溶着も抑制できる点で望ましい。
【００２６】
なお、このような本発明のチタン合金加工用切削工具の加工形態は、ドリル、エンドミル、切削チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどが挙げられる。
【００２７】
また、本発明におけるチタン合金とは、たとえば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ＨＢ＝３１０）、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ等を挙げることができ、特に硬度１１０〜４５０ＨＢ（ブリネル硬さ）のものを切削する際にも良好な切削加工が可能である。
【００２８】
（製造方法）
上記のチップを製造する方法について、その具体的な一例を挙げて説明する。まず、原料粉末を所定の割合に混合して所定の形状に成形して焼成する。次に、この焼結体に対して、所望によって主面（すくい面）の表面研削加工（両頭研削）やバレル加工を施した後、ノーズ切刃に治具や金属箔等のフィルムをマスキングして、ホーニング幅はノーズ切刃よりも直線切刃のほうが大きくなるように切刃部分にホーニング加工を施す。すなわち、ノーズ切刃にはバレル加工の際に形成されるホーニングのみがついた構成からなることが望ましい。
【００２９】
そして、焼成後の基体に被覆層を形成する。被覆層の成膜方法としてはイオンプレーティング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。本発明によれば、被覆層を成膜する際に、ノーズ切刃部分を治具や金属箔等のフィルムにてマスキングした状態で成膜処理をする。
【実施例】
【００３０】
平均粒径１．５μｍのＷＣ粉末に対して、所定量のＣｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末およびＶＣ粉末を混合し、ＣＮＭＧ１２０４１２のスローアウェイチップ形状に成形し、真空焼成した後、両頭研磨を施し、さらに、一部の試料については、ノーズ切刃を治具でマスキングして、表１に示すようなホーニング加工を行った。なお、表１においては、後述する被覆層を成膜した後のチップについて、ホーニング幅をすくい面から見た幅で測定した。
【００３１】
その後、ノーズ切刃部分にチタン箔をマスキングした状態で試料を成膜装置内に載置して、窒素（Ｎ２）ガスをチャンバ内に導入してＰＶＤ法によって表２に示す被覆層を成膜してチップを作製した。
【００３２】
得られたチップをホルダに装着して以下の切削試験を行って切削性能を評価した。結果は表２に示した。
（耐摩耗性試験）
切削方法：外径連続加工
被削材  ：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ
切削速度：６０ｍ／分
送り    ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み  ：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
形状：ＣＮＭＧ１２０４１２
評価方法：８０分を上限として切削を行い、欠損が生じるまでの加工時間および寿命に達した時の切刃の状態を評価した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
【表２】
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【００３５】
表１、２に示される結果から、被覆層を形成しない試料Ｎｏ．７では、直線切刃において境界摩耗が大きくなった。逆に、チップ全体に被覆層を形成した試料Ｎｏ．８では、ノーズ切刃において溶着が激しくクレータ摩耗の進行が速かった。また、切刃のホーニング幅が全体均一な試料Ｎｏ．９およびノーズ切刃のホーニング幅が直線切刃のホーニング幅より大きい試料Ｎｏ．１０では、いずれも境界損傷が大きかった。さらに、ホーニングを形成しなかった試料Ｎｏ．１１では、切削を開始してすぐに直線切刃で欠損が発生した。
【００３６】
これに対し、本発明の要件を満たしている試料Ｎｏ．１〜６では、いずれも工具寿命の長いものであった。
【符号の説明】
【００３７】
１  スローアウェイチップ（チップ）
２  すくい面
３  逃げ面
４  切刃
４ａ  ノーズ切刃
４ｂ  直線切刃
５  ノーズ部
７  基体
８  被覆層
【図１】
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【図２】
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