(57)【要約】【課題】ｃＢＮ焼結体の表面に硬質皮膜が形成された切削工具であって、刃先における硬質皮膜の欠けや剥離が抑制され、優れた工具寿命を有する切削工具を提供する。【解決手段】少なくとも切れ刃が形成される部位にｃＢＮ焼結体を有する工具本体と、工具本体の少なくとも切れ刃が形成される部位に被覆された硬質皮膜と、を備え、工具本体の切れ刃が形成されるすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を有し、ホーニング面は、交差稜線部に直交する第１断面においてすくい面及び逃げ面と交差する方向に直線状に延びる第１チャンファー面と、第１断面において第１チャンファー面の逃げ面側の端部から逃げ面の方向に直線状に延びる第２チャンファー面とを含む、切削工具。【選択図】図３
2017170544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも切れ刃が形成される部位にｃＢＮ焼結体を有する工具本体と、
前記工具本体の少なくとも前記切れ刃が形成される部位に被覆された硬質皮膜と、
を備え、
前記工具本体の前記切れ刃が形成されるすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を有し、
前記ホーニング面は、前記交差稜線部に直交する第１断面において前記すくい面及び逃げ面と交差する方向に直線状に延びる第１チャンファー面と、前記第１断面において前記第１チャンファー面の前記逃げ面側の端部から前記逃げ面の方向に直線状に延びる第２チャンファー面とを含む、
切削工具。
【請求項２】
前記第１断面において、
前記第１チャンファー面の幅方向中央での膜厚をｔ（μｍ）、
前記すくい面に対する前記第１チャンファー面の角度をＡ（°）、
前記第１チャンファー面に対する前記第２チャンファー面の角度をａ（°）、
前期すくい面に平行な方向における第２チャンファー面の幅をＬ２（ｍｍ）
としたとき、
０．０５×ｔ＜（Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００＜０．４×ｔ
を満たす、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記膜厚ｔの範囲が１μｍ以上４μｍ以下である、請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記膜厚ｔの範囲が１．５μｍ以上２．５μｍ以下である、請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記角度ａが１°以上７°以下である、請求項２から４のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項６】
前記すくい面と平行な方向における前記第２チャンファー面の幅Ｌ２が１μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項７】
前記硬質皮膜は、チタン、アルミニウム、シリコン、クロムから選択される少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物、又は炭窒化物からなる層を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項８】
前記工具本体は、ｃＢＮ焼結体からなる、請求項１から７のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項９】
前記工具本体は、前記切れ刃が形成される部位に配置されるｃＢＮ焼結体と、前記ｃＢＮ焼結体を支持する超硬合金からなる基体とを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１０】
工具本体と、前記工具本体の少なくとも前記切れ刃が形成される部位に被覆された硬質皮膜と、を備え、
前記工具本体の前記切れ刃が形成されるすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を有し、
前記ホーニング面は、前記交差稜線部に直交する第１断面において前記すくい面及び逃げ面と交差する方向に直線状に延びる第１チャンファー面と、前記第１断面において前記第１チャンファー面の前記逃げ面側の端部から前記逃げ面の方向に直線状に延びる第２チャンファー面とを含む、切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ焼結体の表面にＰＶＤ法によってＴｉＡｌ等の硬質皮膜が形成された被覆ｃＢＮ切削工具が知られている。この種の切削工具では、刃先先端において硬質皮膜が厚膜となることで容易に剥離したり欠けたりする問題があった。それらを抑制するために、刃先の硬質皮膜を予め除去していた（特許文献１参照）。また、硬質皮膜が除去された刃先に別の硬質皮膜を形成していた（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−９９２０１号公報
【特許文献２】特開平８−１７４３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、刃先の硬質皮膜を除去して基材が露出した状態とした切削工具では、硬質皮膜による耐摩耗性向上効果が得られなくなるため、工具寿命を延ばすことができなかった。また、基材が露出した部分に別の硬質皮膜を形成した場合、硬質皮膜間に生じる段差によって剥離が生じやすくなるという課題があった。
【０００５】
本発明は、ｃＢＮ焼結体の表面に硬質皮膜が形成された切削工具であって、刃先における硬質皮膜の欠けや剥離が抑制され、優れた工具寿命を有する切削工具を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、少なくとも切れ刃が形成される部位にｃＢＮ焼結体を有する工具本体と、前記工具本体の少なくとも前記切れ刃が形成される部位に被覆された硬質皮膜と、を備え、前記工具本体の前記切れ刃が形成されるすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を有し、前記ホーニング面は、前記交差稜線部に直交する第１断面において前記すくい面及び逃げ面と交差する方向に直線状に延びる第１チャンファー面と、前記第１断面において前記第１チャンファー面の前記逃げ面側の端部から前記逃げ面の方向に直線状に延びる第２チャンファー面とを含む、切削工具が提供される。
【０００７】
この構成によれば、第２チャンファー面が形成されていることにより、第１チャンファー面よりも刃先側において、硬質皮膜が形成される面が逃げ面側へ後退しているので、刃先における硬質皮膜の表面も逃げ面側へ後退した構成となる。これにより、刃先近傍において硬質皮膜が第１チャンファーに対して一様、又は角度をもって被覆されることで、刃先近傍の硬質皮膜が容易に剥離せず、欠損やチッピングを生じにくくすることができる。また、刃先が硬質皮膜で覆われた切削工具となるので、刃先に基材が露出した切削工具と比較して優れた耐摩耗性が得られる。以上により、刃先における硬質皮膜の欠けや剥離が抑制され、優れた工具寿命を有する切削工具となる。
【０００８】
前記第１断面において、前記第１チャンファー面の幅方向中央での膜厚をｔ（μｍ）、前記すくい面に対する前記第１チャンファー面の角度をＡ（°）、前記第１チャンファー面に対する前記第２チャンファー面の角度をａ（°）、前記第２チャンファー面のすくい面に平行な方向における幅をＬ２（ｍｍ）としたとき、０．０５×ｔ＜（Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００＜０．４×ｔを満たす構成としてもよい。
【０００９】
前記膜厚ｔの範囲が１μｍ以上４μｍ以下である構成としてもよい。
前記膜厚ｔの範囲が１．５μｍ以上２．５μｍ以下である構成としてもよい。
前記角度ａが１°以上７°以下である構成としてもよい。
前記すくい面と平行な方向における前記第２チャンファー面の幅Ｌ２が０．００１ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下である構成としてもよい。
前記硬質皮膜は、チタン、アルミニウム、シリコン、クロムから選択される少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物、又は炭窒化物からなる層を含む構成としてもよい。
前記工具本体は、ｃＢＮ焼結体からなる構成としてもよい。
前記工具本体は、前記切れ刃が形成される部位に配置されるｃＢＮ焼結体と、前記ｃＢＮ焼結体を支持する超硬合金からなる基体とを有する構成としてもよい。
【００１０】
本発明の一態様によれば、工具本体と、前記工具本体の少なくとも前記切れ刃が形成される部位に被覆された硬質皮膜と、を備え、前記工具本体の前記切れ刃が形成されるすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を有し、前記ホーニング面は、前記交差稜線部に直交する第１断面において前記すくい面及び逃げ面と交差する方向に直線状に延びる第１チャンファー面と、前記第１断面において前記第１チャンファー面の前記逃げ面側の端部から前記逃げ面の方向に直線状に延びる第２チャンファー面とを含む、切削工具が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、刃先における硬質皮膜の欠けや剥離が抑制され、優れた工具寿命を有する切削工具が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は実施形態の切削工具を示す平面図である。
【図２】図２は実施形態の切削工具を示す側面図である。
【図３】図３は実施形態の切削工具の刃先を拡大して示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本実施形態の切削工具を示す平面図、図２は本実施形態の切削工具を示す側面図である。図３は本実施形態の切削工具の刃先を拡大して示す部分断面図である。
【００１４】
本実施形態の切削工具は、刃先交換式バイト等のホルダに着脱可能に取り付けられる切削インサートである。工具本体１は、平面視で菱形の平板状をなすネガティブインサートである。工具本体１の菱形状をなす上面がすくい面２、側面が逃げ面３である。すくい面２と逃げ面３との交差稜線部に切れ刃４が形成されている。工具本体１の平面視中央部に、工具本体１をホルダに取り付けるための取付穴５が形成されている。
【００１５】
工具本体１の対角に位置する２つの鋭角の角部は、平面視で凸円弧状に形成されている。本実施形態の切削工具では、２つの角部のうちの少なくとも１つが切削加工に使用されるコーナ部Ｃとされる。コーナ部ＣにはｃＢＮ焼結体６が設けられている。ｃＢＮ焼結体６はｃＢＮと結合材を含む焼結体である。ｃＢＮ焼結体６において、ｃＢＮの含有量は２０体積％以上８０体積％以下である。結合剤としては、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物およびこれらの固溶体からなる群から選択される少なくとも一種と、アルミニウムの窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの固溶体からなる群から選択される少なくとも一種とからなる結合材を用いることができる。
【００１６】
コーナ部Ｃ以外の部分における工具本体１は超硬合金母材からなる。図２に示すように、工具本体１は、超硬合金母材からなる菱板状の基体７と、基体７のコーナ部Ｃに形成された切欠部８に固定されたｃＢＮ焼結体６を有する。ｃＢＮ焼結体６は超硬合金からなる薄板状の接合部９と一体に焼結されて層状焼結体１０とされている。層状焼結体１０はｃＢＮ焼結体６がコーナ部Ｃに向くように配置され、ろう付け等によって基体７に接合されている。
【００１７】
本実施形態では、切れ刃４を形成する部位にｃＢＮ焼結体６を用いたが、工具本体１としては、切れ刃４を形成する部位に超硬合金、サーメット、セラミックス等の基材を用いたものであってもよい。また、工具本体１の全体をｃＢＮ焼結体、超硬合金、サーメット、あるいはセラミックスで構成してもよい。
【００１８】
図３に示すように、すくい面２と逃げ面３との交差稜線部（切れ刃４）に直交する第１断面（例えば図１に示すＺ−Ｚ断面）において、すくい面２と逃げ面３との間に、ホーニング面１３が形成されている。ホーニング面１３は、第１断面において、第１チャンファー面１１と第２チャンファー面１２とを有する二段構成のチャンファーホーニング面である。
【００１９】
第１チャンファー面１１は、第１断面において、すくい面２と逃げ面３とに交差する方向に直線状に延びている。第２チャンファー面１２は、第１チャンファー面１１の逃げ面３側の端部から逃げ面３側へ直線状に延びている。すなわち、すくい面２を基準とすれば、第１チャンファー面１１の角度よりも第２チャンファー面１２の角度の方が大きい。
【００２０】
本実施形態の切削工具では、第１チャンファー面１１に加えて第２チャンファー面１２が形成されていることにより、第１チャンファー面１１よりも刃先側において、硬質皮膜１４が形成される面が逃げ面３側へ後退している。そのため、刃先における硬質皮膜１４の表面も逃げ面３側へ後退した構成となる。この構成により、刃先近傍において硬質皮膜１４が第１チャンファーに対して一様、又は角度をもって被覆されるので、刃先近傍の硬質皮膜が容易に剥離せず、欠損やチッピングを生じにくくすることができる。また、刃先が硬質皮膜１４で覆われた切削工具となるので、刃先に基材（ｃＢＮ焼結体６）が露出した切削工具と比較して、優れた耐摩耗性が得られる。以上により、刃先における硬質皮膜１４の欠けや剥離が抑制され、優れた工具寿命を有する切削工具となる。
【００２１】
第１断面において、第１チャンファー面１１のすくい面２に対する角度Ａは５°以上４５°以下の範囲である。角度Ａが５°未満の場合、刃先の強度の不足により刃先欠損が生じやすくなる。角度Ａが４５°を超えている場合には、刃先における切削抵抗が大きくなって刃先近傍の硬質皮膜の剥離が生じやすくなる。
なお、ホーニング面１３のすくい面２に平行な方向の幅Ｌは特に限定されず、公知のホーニングの幅と同様とすることができる。幅Ｌは、例えば、０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲である。
【００２２】
第２チャンファー面１２の第１チャンファー面１１に対する角度ａは、１°以上７°以下の範囲であることが好ましい。角度ａが１°未満では第２チャンファー面１２と第１チャンファー面１１とがほぼ同じ面となるため、刃先近傍の硬質皮膜が厚くなることで刃先にチッピングが生じやすくなる。角度ａが７°を超える場合には、刃先における切削抵抗が大きくなって刃先近傍の硬質皮膜の剥離が生じやすくなる。硬質皮膜１４の実用的な膜厚は４μｍ以下であり、この範囲で好適な第２チャンファー面１２の角度ａは７°以下である。
【００２３】
第２チャンファー面１２のすくい面２に平行な方向における幅Ｌ２は、０．００１ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。幅Ｌ２が０．００１ｍｍ未満の場合、第２チャンファー面１２と第１チャンファー面１１とがほぼ同じ面となるため、刃先近傍の硬質皮膜が厚くなることで刃先にチッピングが生じやすくなる。幅Ｌ２が０．０３ｍｍを超える場合、第２チャンファー面１２自体の幅が大きいために切削抵抗が大きくなって刃先近傍の硬質皮膜の剥離が生じやすくなる。
【００２４】
工具本体１の表面には、硬質皮膜１４が被覆されている。硬質皮膜１４は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素およびアルミニウムの中から選択される一種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる層を含む。硬質皮膜１４は、チタン、アルミニウム、シリコン、クロムから選択される少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物、又は炭窒化物からなる層を含むことが好ましい。硬質皮膜１４の具体例としては、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮとＴｉＡｌＮの多層膜、ＴｉＣＮなどである。硬質皮膜１４は、工具本体１の全面に形成されていてもよく、コーナ部Ｃのみに形成されていてもよい。
【００２５】
硬質皮膜１４は１μｍ〜４μｍの範囲であることが好ましい。硬質皮膜１４が１μｍ未満の場合は、硬質皮膜としての効果が発揮されず、耐摩耗性の向上が得られない。硬質皮膜１４が４μｍを超える場合は、硬質皮膜の膜厚が厚すぎることで、刃先の硬質皮膜が容易に剥離してしまうことで、チッピングが生じやすくなる。
【００２６】
なお、刃先において硬質皮膜１４が厚くなり、チッピング等が生じやすくなると言う課題は、硬質皮膜１４をＰＶＤ法によって形成した場合に起きやすい。しかし、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いて硬質皮膜１４を形成した場合であっても、何らかの理由により刃先の硬質皮膜１４が厚くなってしまう場合には、同様の課題が生じる可能性がある。また、仮に刃先の硬質皮膜１４が厚くならないとしても、刃先において硬質皮膜１４が剥離したりチッピングが生じたりしやすい場合には、本実施形態の構成は有効に作用する。したがって、本実施形態のチャンファー面１３の構成は、ＰＶＤ法以外の成膜方法を用いて形成された硬質皮膜１４を備える切削工具にも好適である。
【００２７】
本実施形態の切削工具は、第１断面における第１チャンファー面１１の幅方向中央での膜厚ｔ（μｍ）、すくい面２に対する第１チャンファー面１１の角度Ａ（°）、第１チャンファー面１１に対する前記第２チャンファー面１２の角度ａ（°）、及びすくい面に平行な方向における第２チャンファー面の幅Ｌ２（ｍｍ）を用いた下記式を満たすことが好ましい。
（式）  ０．０５×ｔ＜（Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００＜０．４×ｔ
【００２８】
上記の式を満たすように膜厚ｔ、角度Ａ、及び角度ａを設定することで、第２チャンファー面１２を形成することによる工具本体１の刃先後退量Ｂを適切な大きさとすることができる。これにより、ホーニング面１３全体における切れ刃４の角度（ホーニング角）を適切な範囲に維持しつつ、刃先における硬質皮膜１４の膜厚を過度に大きくならないように調整することができる。その結果、切削抵抗を大きくすることなく刃先のチッピングを抑制することができる。そして、本実施形態の切削工具では、切れ刃４の先端の硬質皮膜１４が除去されていないため、切れ刃４の摩耗が生じにくい。よって本実施形態の切削工具によれば、優れた耐摩耗性と耐チッピング性が得られ、長期間にわたって切削性能を維持することが可能である。上記式を満たすことによる効果は後述の実施例において詳細に説明する。
【００２９】
なお、本実施形態の切削工具においては、図３に示すように、第１チャンファー面１１と第２チャンファー面１２との境界において、角度ａに対応する段差Ｄが形成される。しかし、硬質皮膜１４は第１チャンファー面１１から刃先にかけて膜厚が徐々に厚くなるため、硬質皮膜１４の表面に形成される段差は、工具本体１の段差Ｄよりも格段に小さくなる。したがって本実施形態の切削工具では、硬質皮膜１４の段差に起因する剥離やクラックが生じにくい。よって、切れ刃４の欠損やチッピングが生じにくく、長期にわたって安定した切削性能を維持することが可能である。
【００３０】
上記実施形態では、第２チャンファー面１２と逃げ面３とが連続している場合について説明したが、第２チャンファー面１２と逃げ面３との間に、Ｒホーニングが施されている構成としてもよい。
【００３１】
上記した実施形態の説明では、切削工具として、刃先交換式バイト等のホルダに着脱可能に取り付けられる切削インサートを例示したが、本発明の切削工具はこの態様に限定されない。例えば、刃先交換式バイト以外の刃先交換式工具の切削インサートに適用することもできる。あるいは、切れ刃が形成されたチップを工具本体にろう付けしたろう付け工具や、工具本体に直接切れ刃が形成されるソリッド工具に適用することも可能である。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を用いて実施形態の作用効果について詳細に説明する。
本実施例では、上記実施形態に基づく切削工具において、第１チャンファー面の角度Ａ及び幅Ｌ、第２チャンファー面の角度ａ及び幅Ｌ２、硬質皮膜の膜厚ｔを表１に示すように種々に変えて１６個の切削工具（切削インサート）を製造した。本実施例で製造した切削工具は、表面にＴｉＡｌＮ硬質皮膜が形成されたＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８の切削インサートである。
【００３３】
【表１】
2017170544.tif 000003
【００３４】
（評価）
次に、製造した切削工具を用いて丸棒状被削材の外周切削を行った。切削試験は、連続加工と断続加工の２種類を実施した。各切削条件は以下の通りである。切削試験１の評価結果を表２、切削試験２の評価結果を表３に示す。
【００３５】
［切削試験１］
切削方法  ：連続加工
被削材    ：ＳＣＭ４１５（焼入れ）
被削材硬さ：６０ＨＲＣ
切削条件  ：乾式切削
切削速度  １５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み  ０．１５ｍｍ
送り      ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
寿命判定  ：逃げ面摩耗量が０．１５ｍｍに達した時点、又は
刃先がチッピングした時点
対象      ：実施例１〜６、比較例１，２
【００３６】
［切削試験２］
切削方法  ：断続加工
被削材    ：ＳＣＭ４１５（焼入れ）  外径８スリット
被削材硬さ：６０ＨＲＣ
切削条件  ：乾式切削
切削速度  １５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み  ０．１５ｍｍ
送り      ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
寿命判定  ：刃先が欠損又はチッピングした時点
対象      ：実施例７〜１０、比較例３〜６
【００３７】
【表２】
2017170544.tif 000004
【００３８】
【表３】
2017170544.tif 000005
【００３９】
表２及び表３に示すように、実施例１〜１０の切削工具は、比較例１〜６に対して、工具寿命において著しい改善が見られた。特に、硬質皮膜の膜厚ｔが１．５μｍ〜２．５μｍである実施例３，４，８，９において特に工具寿命が改善されていた。
【００４０】
表１に、実施例１〜１０、比較例１〜６における０．０５ｔと、０．４ｔと、（Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００の値を記載した。
表１から明らかなように、工具寿命において著しい効果が得られた実施例１〜１０の切削工具は、（Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００が０．０５ｔより大きく、０．４ｔより小さくなるように第１チャンファー面、第２チャンファー面、及び硬質皮膜の膜厚をそれぞれ調整した切削工具であった。
これに対して、Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００の値が０．０５ｔ〜０．４ｔの範囲を外れるように第１チャンファー面、第２チャンファー面、及び硬質皮膜の膜厚を調整した比較例１〜６の切削工具では、いずれも実施例に対して工具寿命が劣る結果となった。したがって、二段構成のチャンファーホーニングを施した切削工具においては、硬質皮膜の膜厚と刃先後退量との関係が下記式を満たすように設計することで、工具寿命の長い切削工具とすることができることが分かった。
（式）  ０．０５×ｔ＜（Ｌ２／ｃｏｓＡ）／（ｔａｎ（９０−ａ））×１０００＜０．４×ｔ
【符号の説明】
【００４１】
１…工具本体、２…すくい面、３…逃げ面、４…刃、６…ｃＢＮ焼結体、７…基体、１１…第１チャンファー面、１２…第２チャンファー面、１３…ホーニング面、１４…硬質皮膜、ａ，Ａ…角度、ｃＢＮ…被覆、Ｌ，Ｌ２…幅、ｔ…膜厚
【図１】
2017170544.tif 000006
【図２】
2017170544.tif 000007
【図３】
2017170544.tif 000008