表面被覆超硬合金製切削工具
【課題】高硬度鋼を転削工具によって切削する際に、切刃の欠損等を防いで工具の長寿命化を図ることにより、優れた耐摩耗性を確実に発揮して高能率の加工を促す。
【解決手段】Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有する硬さ９３．０〜９４．５ＨＲＡの超硬合金基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層を１〜５μｍで被覆した切刃部４を、軸線Ｏ回りに回転させられる工具本体１の先端外周側に切刃８を向けて設け、この切刃は、工具回転方向Ｔ側から見て円弧状に形成するとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングを施し、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角θとを与える。
【解決手段】Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有する硬さ９３．０〜９４．５ＨＲＡの超硬合金基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層を１〜５μｍで被覆した切刃部４を、軸線Ｏ回りに回転させられる工具本体１の先端外周側に切刃８を向けて設け、この切刃は、工具回転方向Ｔ側から見て円弧状に形成するとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングを施し、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角θとを与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型等に用いられる例えば５５ＨＲＣ以上の高硬度鋼の切削加工において、優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような高硬度鋼の切削加工において優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具として、例えば特許文献１には、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された超硬基体の表面に、いずれもＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物からなる交互積層構造の上部層と単一層構造の下部層で構成した硬質被覆層を蒸着形成したものが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２１８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような高硬度鋼のうち、例えばプレス型のような金型に用いられるＳＫＤ１１を焼き入れして６０ＨＲＣ程度まで硬化させたものは、焼き入れによるひずみを除去するのに従来は研削加工に頼らざるを得なかった。また、例えば鍛造型のような金型に用いられるＳＫＤ６１の焼き入れ材に表面窒化処理を施したものの表面窒化層を除去するにも、この表面窒化層は７０ＨＲＣ程度の硬度になるために従来は放電加工に頼らざるを得ず、いずれも高能率の加工が困難であるため、このような金型の作製に対して切望されている短納期化を阻害する要因となっていた。
【０００４】
そこで、このような高硬度鋼よりなる金型の加工を行うのに、上記特許文献１に記載されたような耐摩耗性に優れた表面被覆超硬合金製切削工具を、ボールエンドミルやラジアスエンドミルのような金型加工に用いられる転削工具の軸線回りに回転される工具本体先端外周側に向けられる切刃部として使用して、切削加工によりひずみや表面窒化層を除去することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、このような表面被覆超硬合金製切削工具であっても、通常の転削工具の切刃部にそのまま転用しただけでは、切削条件等によっては切刃に欠損が生じてしまって、その優れた耐摩耗性を確実に発揮するのが困難となることがある。これは、バイトによる旋削加工やドリルによる穴明け加工などが、切刃が被削材に食い付いたまま送りが与えられる連続切削であるのに対し、上記エンドミルによる転削加工では切刃が被削材に断続的に食い付いて切削が行われるために、切刃に衝撃的な負荷が周期的に作用することが原因の１つであると考えられる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特に上述のような金型等に用いられる５５ＨＲＣ以上の高硬度鋼の切削加工を転削工具によって行う際に、切刃の欠損等を防いで工具の長寿命化を図ることにより、優れた耐摩耗性を確実に発揮して高能率の加工を促すことが可能な表面被覆超硬合金製切削工具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで、本発明の発明者等は、かかる高硬度鋼の切削加工に用いる転削工具の切刃部として、上述のように超硬基体の表面にＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物からなる硬質被覆層を形成した表面被覆超硬合金製切削工具を用いた場合に、種々の条件で切削試験を行って研究を重ねた結果、このような高硬度鋼の転削加工においては、基体や硬質被覆層が被削材に硬さ負けしない高硬度のものであることは勿論、切刃の形状についても、上述のような衝撃的な負荷が周期的に作用するのに抗し得るものであることが必要であり、むしろこのような切刃形状と基体や硬質被覆層の硬度が満足されれば、特許文献１に記載されたように硬質被覆層を多層構造にする必要はなくなるとの知見を得るに至った。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述のような目的を達成するためになされたもので、Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有する硬さ９３．０〜９４．５ＨＲＡの超硬合金よりなる基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層が１〜５μｍの厚さで被覆された切刃部が、軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周側に切刃を向けるようにして設けられ、上記切刃は、上記工具本体の回転方向側から見て円弧状に形成されるとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングが施され、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角とが与えられていることを特徴とする。
【０００９】
従って、このような表面被覆超硬合金製切削工具では、その切刃部の基体を構成する超硬合金がＣｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有してその硬さが９３．０〜９４．５ＨＲＡの範囲とされるとともに、その表面に被覆される硬質被覆層は、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）により硬さ２８００Ｈｖ以上とされているので、例えばＳＫＤ１１を焼き入れした６０ＨＲＣ程度の被削材の切削や、ＳＫＤ６１の焼き入れ材に表面窒化処理を施した７０ＨＲＣ程度の表面窒化層の切削にも十分抗し得る硬度を切刃部に与えることができる。
【００１０】
ここで、切刃部を形成する上記基体の超硬合金におけるＣｏ含有量が８質量％を上回ったり、Ｃｒ３Ｃ２含有量が０．２質量％を、ＶＣ含有量が０．１質量％を下回ったりすると、この基体に上述のような高い硬度を確保することができなくなる一方、逆にＣｏ含有量が４．５質量％を下回ったり、Ｃｒ３Ｃ２含有量が１．５質量％を、ＶＣ含有量が０．５質量％を上回ったりすると、基体が硬脆くなりすぎて却って切刃に欠損などが生じ易くなるおそれがある。なお、このような欠損を効果的に防ぎつつ上記被削材の確実な切削を図るには、基体の硬さは９３．２〜９４．０ＨＲＡであるのが望ましく、またこの基体を形成する超硬合金のＷＣ原料は０．８μｍ以下の平均粒径であることが望ましい。
【００１１】
さらに、上記硬質被覆層においては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉの原子比ｘ、ｙ、ｚについて、Ｓｉの含有量を示すｚが原子比０．０１を下回るとこの硬質被覆層における高温強度を確保することができず、またＡｌの含有量を示すｙが原子比０．４を下回ると硬質被覆層における耐熱性が損なわれる一方、これらｚが０．０５を上回ったり、ｙが０．７を上回ったりすると、相対的にＴｉの含有量を示すｘが小さくなって硬質被覆層の高温強度が十分に確保できなくなり、被削材の切削により切刃部が高温となった際に上述のような高い硬度を維持することができなくなるおそれがある。
【００１２】
また、この硬質被覆層の厚さについては、１μｍを下回るほど層厚が薄いと、如何に高硬度であっても摩耗によって当該硬質被覆層が早期に摩滅して、工具の長寿命化を図ることができなくなる一方、逆に層厚が５μｍを上回るほど厚すぎると、この厚い硬質被覆層が部分的に層厚分ごと剥離を生じて切刃部に微小な欠け（チッピング）を生じるおそれがある。なお、このような硬質被覆層の摩滅やチッピングを確実に防止するには、この硬質被覆層の厚さは２〜４μｍであることが望ましい。また、この硬質被覆層の厚さは平均の厚さであればよい。
【００１３】
一方、上記構成の表面被覆超硬合金製切削工具においては、このように超硬合金基体の表面に硬質被覆層が被覆された切刃部が、転削工具の軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周側にその切刃を向けるようにして設けられ、この切刃が、工具本体の回転方向側から見て円弧状に形成されるとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングが施され、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角とが与えられている。従って、まず切刃が円弧状に形成されていることにより被削材に食い付く際の衝撃が分散されて緩和され、しかも１９°以下の極小さな切込み角で切刃が被削材に切り込まれるので、比較的厚みの薄い切屑が生成されることになって切刃への負荷を軽減することができる。
【００１４】
さらに、切刃の逃げ角も１５°以下と比較的小さいために刃物角を大きく確保することができるとともに、この切刃に施された幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングによって切刃の刃先強度も確保することができ、摩耗を抑制して切削長の延長を図りつつ、衝撃的負荷が周期的に作用する転削加工においても切刃の欠損を防ぐことが可能となる。従って、このような形状の切刃を備えた切刃部が、上述のような組成の超硬合金基体表面に硬質被覆層を被覆して形成されているので、上記表面被覆超硬合金製切削工具によれば、高硬度鋼よりなる被削材の転削加工を、工具寿命の延長を図りつつ高能率に行うことが可能となる。
【００１５】
ここで、上記切込み角が１９°を越えると、工具本体の送り量を十分に小さくしなければ厚みの大きい切屑が生成されることになって切刃への衝撃が増大して欠損を招くおそれがあり、その一方で送り量を小さくすると加工の高能率化が阻害されることになる。なお、円弧状の切刃の切込み角は、被削材に切り込まれた切刃の被削材表面の位置における該切刃がなす円の接線が工具本体の軸線に直交する平面に対してなす角度とすればよい。従って、この切込み角は、０°に近いほど生成される切屑を薄くできるが、小さくなりすぎると必要な被削材への切込み量を確保することができなくなるので、４°以上とされるのが望ましい。
【００１６】
また、切刃の逃げ角も、逃げ面に逃げ量が与えられるように０°よりも大きければよく、０°に近いほど大きな刃物角を確保することができるが、あまり小さすぎるとやはり工具本体の送り量によっては逃げ面が被削材の加工面に接触して摩耗が促進されるおそれがあるため、３°以上とされるのが望ましい。さらに、丸ホーニングの幅は、０．０１ｍｍより小さいと欠損を防止することができず、０．０５ｍｍより大きいと切削抵抗が大きくなって切削長の延長は望めない。また、ホーニングがチャンファホーニングであっても、切削長を確保することができない。なお、このように切刃の欠損を確実に防止しつつ切削長の延長を図るには、上記丸ホーニングの幅は０．０２〜０．０４ｍｍの範囲内であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、焼き入れを施した高硬度鋼やさらに表面窒化処理を施した高硬度鋼を、転削工具による切削加工によってそのひずみや表面窒化層を除去することができるので、このような高硬度鋼よりなるプレス型や鍛造型などの金型の作製を高能率に、しかも工具の長寿命化によって長期に亙って安定的に行うことができて、その納期の短縮を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の表面被覆超硬合金製切削工具の一実施形態を示すものであって、本発明をインサート着脱式のラジアスエンドミルに適用したものである。本実施形態において、工具本体１は、鋼材等により形成されて軸線Ｏを中心とした円柱状をなし、その後端側（図１において上側）部分は図示されないシャンク部とされて、このシャンク部が工作機械の主軸に把持されることにより、上記軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏに交差する方向に送り出されて切削（転削）加工に使用される。
【００１９】
そして、この工具本体１の先端部外周には複数（図１では２つ）のチップポケット２が形成され、これらのチップポケット２の工具回転方向Ｔ側を向く壁面に形成されたインサート取付座３に、それぞれ本実施形態の表面被覆超硬合金製切削工具の切刃部とされる切削インサート４が、クランプネジ５によって着脱可能に取り付けられている。
【００２０】
すなわち、この切削インサート４は、Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有し、残部がＷＣである超硬合金よりなる基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬質被覆層が平均して１〜５μｍの範囲内の所定厚さで単層で被覆されたものであり、超硬合金基体の硬さは９３．０〜９４．５ＨＲＡとされるとともに、硬質被覆層の硬さは２８００Ｈｖ以上とされている。
【００２１】
望ましくは、上記超硬合金基体は、素原料ＷＣがＦ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．にて０．８μｍ以下の平均粒径のものが用いられて、本実施形態では例えばＣｏ：６質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．４質量％、ＶＣ：０．３質量％を含有するものとされ、その硬さは９３．２〜９４．０ＨＲＡとされる。また、硬質被覆層を形成する（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎは、例えば原子比ｘ＝０．４０、ｙ＝０．５５、ｚ＝０．０５とされて、その硬さは３２００Ｈｖとされ、厚さは２〜４μｍとされるのが望ましく、例えば３μｍとされる。
【００２２】
このように形成された本実施形態の表面被覆超硬合金製切削工具の切刃部とされる切削インサート４は、外形略円板状をなすポジティブインサートであって、すなわち円形をなすすくい面６と、このすくい面６よりも一回り小さな円形をなす図示されない着座面とが互いに平行かつ同軸に配置されるとともに、これらすくい面６と着座面との間の円錐面状をなす周面が逃げ面７とされ、この逃げ面７とすくい面６との交差稜線部に、円周状をなす切刃８が形成されている。
【００２３】
また、この切削インサート４の切刃８には、すくい面６がなす円の径方向に向けて該すくい面６に沿った方向の幅が０．０１〜０．０５ｍｍ、望ましくは０．０２〜０．０４ｍｍの範囲内で、すくい面６と逃げ面７とに滑らかに連なる断面円弧状をなす丸ホーニングが施されており、従ってこの幅が、該丸ホーニングの断面がなす円弧の半径となる。ここで、本実施形態では、この幅および半径は０．０３ｍｍとされている。
【００２４】
このような切削インサート４は、そのすくい面６を工具回転方向Ｔに向けるとともに、円周状の切刃８の円弧状をなす一部分を工具本体１の先端から外周側に向けて突出させるようにして、上記インサート取付座３に取り付けられる。ここで、こうして工具本体１の先端外周側に向けられた切刃８には所定のすくい角と１５°以下の逃げ角とが与えられ、特に本実施形態では工具本体１最先端において逃げ角が１５°とされている。
【００２５】
そして、さらにこうして取り付けられた切削インサート４は、図１に示すように工具回転方向Ｔ側から見たときに、被削材Ｗに切り込まれた切刃８の被削材Ｗ表面の位置において該切刃８がなす円の接線Ｌが工具本体１の軸線Ｏに直交する平面Ｐに対してなす角度、すなわち切刃８の被削材Ｗへの切込み角θが１９°以下となるようにされている。
【００２６】
従って、このような切刃部（切削インサート４）を備えた表面被覆超硬合金製切削工具（ラジアスエンドミル）では、この切削インサート４の超硬合金基体がＣｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有して、望ましくは素原料ＷＣが０．８μｍ以下の平均粒径とされ、該基体の硬さが９３．０〜９４．５ＨＲＡ、望ましくは９３．２〜９４．０ＨＲＡとされるとともに、硬質被覆層は（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）より成り、厚さ１〜５μｍ、望ましくは２〜４μｍで被覆されて、硬さ２８００Ｈｖ以上とされているので、被削材Ｗが硬度６０ＨＲＣ程度のＳＫＤ１１焼き入れ材や、ＳＫＤ６１焼き入れ材の硬度７０ＨＲＣ程度の表面窒化層でも、これら基体や硬質被覆層自体が硬さ負けすることはない。また、硬質被覆層は単層でよいため、その被覆に要する時間や労力等も軽減することができる。
【００２７】
そして、この切削インサート４の切刃８は円弧状に形成されるとともに、該切刃８には幅０．０１〜０．０５ｍｍ、望ましくは０．０２〜０．０４ｍｍの丸ホーニングが施されており、また逃げ角は１５°以下とされ、さらに切込み角θが１９°以下とされているので、転削加工により切刃８が被削材Ｗに断続的に食い付いて周期的に衝撃が切刃８に作用しても、かかる衝撃を分散させるとともに切刃８への負荷を軽減するとともに切刃８自体の刃先強度を確保することができる。従って、上述のような高硬度鋼よりなる被削材Ｗの転削加工でも切刃８に欠損等が生じたりするのを防ぐとともに、上記硬質被覆層により優れた耐摩耗性を発揮して工具の長寿命化を図りつつ、転削による高能率の切削加工を促すことができる。
【００２８】
このため、上記ＳＫＤ１１焼き入れ材より成るプレス型において焼き入れによって生じたひずみを除去したり、表面窒化処理したＳＫＤ６１焼き入れ材より成る鍛造型の表面窒化層を除去したりするのに、従来の研削加工や放電加工などに頼らずとも、短時間でこれらひずみや表面窒化層を切削して除去することが可能となり、このような金型作製の短納期化にも十分に対応することが可能となる。例えば、従来の研削加工では１４時間ほどを要した硬度６０ＨＲＣのＳＫＤ１１焼き入れ材のひずみ除去は、転削加工では半分の７時間ほどで可能となり、また従来の放電加工では８時間ほぼを要した硬度７０ＨＲＣのＳＫＤ６１焼き入れ材の表面窒化層の除去は、転削加工では半分以下の３時間ほどで可能となった。
【００２９】
なお、本実施形態では、本発明をインサート着脱式のラジアスエンドミルに適用して切刃８が円周状をなす円板状の切削インサート４を切刃部とした場合について説明したが、同様に円弧状を切刃を有するボールエンドミルに本発明を適用することも可能であり、また例えば多角形平板状の切削インサートでも各切刃が円弧状をなすものにも適用可能である。さらに、インサート着脱式ではなく、これらのような切削インサートを工具本体にろう付け等により接合したものにも勿論適用可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例ではまず、素原料粉末として、平均粒径０．８μｍ以下のＷＣ粉末と、平均粒径１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、平均粒径１．８μｍのＶＣ粉末を、Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％、ＷＣ：残となるように配合し、公知の方法により混合、乾燥、プレス成形した後に焼結し、切刃に幅および半径が０．０３ｍｍの丸ホーニングを施し、ＩＳＯ規格でＲＤＭＷ０６２０Ｅの形状をもった硬さ９３．８〜９４．５ＨＲＡの４種の超硬合金基体を作製した。
【００３１】
次いで、これらの超硬合金基体の表面に、上記特許文献１に記載されたような公知のアークイオンプレーティング法および蒸着条件によって、平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を、平均層厚が３μｍとなるように被覆して切削インサートを製造した。そして、こうして製造した切削インサートを、上述した実施形態と同様のインサート着脱式ラジアスエンドミルの工具本体に切刃部として、すくい角０°、逃げ角１５°となるように装着し、被削材に対して切刃の切込み角が７°となるようにして転削加工により条件を変えた２種の平面切削試験を行い、その際の加工可能であった切削長をそれぞれ測定した。これらを、実施例１〜４として、超硬合金基体の組成、ＷＣ平均粒径、硬さ、および２種の試験結果とともに表１に示す。
【００３２】
また、これら実施例１〜４に対して、同表１に比較例１〜４として示す組成およびＷＣ平均粒径の素原料粉末を用いて、実施例１〜４と同じ製造方法によって同じ寸法、形状の４種の超硬合金基体を作製し、この超硬合金基体の表面に、公知のアークイオンプレーティング法および蒸着条件によって、やはり実施例１〜４と同様の平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を、平均層厚が３μｍとなるように被覆して切削インサートを製造し、これらの比較例１〜４についても、実施例１〜４と同様の２種の平面切削試験を行った。その結果についても、超硬合金基体の硬さとともに表１に示す。
【００３３】
なお、これら２種の平面切削試験における上記ラジアスエンドミルのその他の諸元、転削加工の加工条件は以下の通りである。
【００３４】
試験１
ラジアスエンドミル
外径：２０ｍｍ（ただし、切刃の最外周の径）
刃数：３
被削材
ＳＫＤ１１焼入れ材
硬さ：６０ＨＲＣ
加工条件
工具回転数：１３０００ｍｉｎ−１
切込み量 ：０．１ｍｍ
送り量 ：７８０ｍ／ｍｉｎ
乾式切削
【００３５】
試験２
ラジアスエンドミル
外径：２５ｍｍ（ただし、切刃の最外周の径）
刃数：４
被削材
ＳＫＤ６１表面窒化材
表面硬さ：７０ＨＲＣ
加工条件
工具回転数：６４０ｍｉｎ−１
切込み量 ：０．１ｍｍ
送り量 ：３６０ｍ／ｍｉｎ
乾式切削
【００３６】
【表１】
【００３７】
次に、平均粒径０．２μｍのＷＣ粉末と、平均粒径１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、平均粒径１．８μｍのＶＣ粉末を、Ｃｏ：６質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．３質量％、ＶＣ：０．２質量％、ＷＣ：残となるように配合して、実施例１〜４および比較例１〜４と同じ製造方法によって同じ寸法、形状の硬さ９３．５ＨＲＡの超硬合金基体を複数作製した。そして、これらの超硬合金基体の表面に、公知のアークイオンプレーティング法および蒸着条件によって、平均組成（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層を１〜５μｍで被覆して３種の切削インサートを製造し、これらの切削インサートを用いて上記試験１、２と同様の条件で２種の平面切削試験を行った。これらを、実施例１１〜１３として、硬質被覆層の組成、層厚、硬さ、および２種の試験結果とともに表２に示す。
【００３８】
また、これら実施例１１〜１３に対する比較例１１〜１３として、同表２に示す組成、層厚、硬さの硬質被覆層を実施例１１〜１３と同じ超硬合金基体に被覆した切削インサートを製造し、これら比較例１１〜１３についても、実施例１１〜１３と同様の２種の平面切削試験を行った。その結果についても、表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
さらに、これら実施例１１〜１３および比較例１１〜１３と同様の組成、粒径、硬さの超硬合金基体に対して、表３に示す幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングを施した後に、平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を平均層厚３μｍで被覆した３種の切削インサートを製造し、これらの切削インサートを用いて上記試験１、２と同様の条件で２種の平面切削試験を行った結果を、実施例２１〜２３として、表３に示す。また、同表３には、これら実施例２１〜２３に対する比較例２１〜２３として、上記と同様の超硬合金基体に、施すホーニングの幅や種類を変えた上で、これらに実施例２１〜２３と同様の平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を平均層厚３μｍで被覆した３種の切削インサートを用いて同様の２種の平面切削試験を行った結果も示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
さらにまた、同じく実施例１１〜１３および比較例１１〜１３と同様の組成、粒径、硬さで、すくい角を０°としたときに表４に示すような逃げ角および切込み角となるような超硬合金基体を作製し、これらに幅０．０３±０．００５ｍｍの丸ホーニングを施した後に、平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を平均層厚３μｍで被覆して複数の切削インサートを製造した。そして、これらの切削インサートを、同表４に示した通りの逃げ角および切込み角で工具本体に取り付けた６種のインサート着脱式ラジアスエンドミルにより、上記試験１、２と同様の条件で２種の平面切削試験を行った。この結果を、逃げ角１５°以下、切込み角１９°以下の範囲にあるものを実施例３１〜３４として、またこの範囲にないものを比較例３１、３２として、表４に合わせて示す。
【００４３】
【表４】
【００４４】
これら表１〜４の結果より、本発明に係わる実施例１〜４、１１〜１３、２１〜２３、３１〜３４によれば、それぞれの比較例１〜４、１１〜１３、２１〜２３、３１、３２が欠損で切削ができなかったり切削長が短かったりしていたのに対して、切削初期の欠損を防いで切削自体が可能となったのは勿論、大幅に切削長を長くすることができたことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態を示す工具本体１の先端部の側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 工具本体
４ 切削インサート（切刃部）
８ 切刃
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 工具本体１の回転方向
Ｗ 被削材
θ 切込み角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型等に用いられる例えば５５ＨＲＣ以上の高硬度鋼の切削加工において、優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような高硬度鋼の切削加工において優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具として、例えば特許文献１には、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された超硬基体の表面に、いずれもＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物からなる交互積層構造の上部層と単一層構造の下部層で構成した硬質被覆層を蒸着形成したものが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２１８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような高硬度鋼のうち、例えばプレス型のような金型に用いられるＳＫＤ１１を焼き入れして６０ＨＲＣ程度まで硬化させたものは、焼き入れによるひずみを除去するのに従来は研削加工に頼らざるを得なかった。また、例えば鍛造型のような金型に用いられるＳＫＤ６１の焼き入れ材に表面窒化処理を施したものの表面窒化層を除去するにも、この表面窒化層は７０ＨＲＣ程度の硬度になるために従来は放電加工に頼らざるを得ず、いずれも高能率の加工が困難であるため、このような金型の作製に対して切望されている短納期化を阻害する要因となっていた。
【０００４】
そこで、このような高硬度鋼よりなる金型の加工を行うのに、上記特許文献１に記載されたような耐摩耗性に優れた表面被覆超硬合金製切削工具を、ボールエンドミルやラジアスエンドミルのような金型加工に用いられる転削工具の軸線回りに回転される工具本体先端外周側に向けられる切刃部として使用して、切削加工によりひずみや表面窒化層を除去することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、このような表面被覆超硬合金製切削工具であっても、通常の転削工具の切刃部にそのまま転用しただけでは、切削条件等によっては切刃に欠損が生じてしまって、その優れた耐摩耗性を確実に発揮するのが困難となることがある。これは、バイトによる旋削加工やドリルによる穴明け加工などが、切刃が被削材に食い付いたまま送りが与えられる連続切削であるのに対し、上記エンドミルによる転削加工では切刃が被削材に断続的に食い付いて切削が行われるために、切刃に衝撃的な負荷が周期的に作用することが原因の１つであると考えられる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特に上述のような金型等に用いられる５５ＨＲＣ以上の高硬度鋼の切削加工を転削工具によって行う際に、切刃の欠損等を防いで工具の長寿命化を図ることにより、優れた耐摩耗性を確実に発揮して高能率の加工を促すことが可能な表面被覆超硬合金製切削工具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで、本発明の発明者等は、かかる高硬度鋼の切削加工に用いる転削工具の切刃部として、上述のように超硬基体の表面にＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物からなる硬質被覆層を形成した表面被覆超硬合金製切削工具を用いた場合に、種々の条件で切削試験を行って研究を重ねた結果、このような高硬度鋼の転削加工においては、基体や硬質被覆層が被削材に硬さ負けしない高硬度のものであることは勿論、切刃の形状についても、上述のような衝撃的な負荷が周期的に作用するのに抗し得るものであることが必要であり、むしろこのような切刃形状と基体や硬質被覆層の硬度が満足されれば、特許文献１に記載されたように硬質被覆層を多層構造にする必要はなくなるとの知見を得るに至った。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述のような目的を達成するためになされたもので、Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有する硬さ９３．０〜９４．５ＨＲＡの超硬合金よりなる基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層が１〜５μｍの厚さで被覆された切刃部が、軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周側に切刃を向けるようにして設けられ、上記切刃は、上記工具本体の回転方向側から見て円弧状に形成されるとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングが施され、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角とが与えられていることを特徴とする。
【０００９】
従って、このような表面被覆超硬合金製切削工具では、その切刃部の基体を構成する超硬合金がＣｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有してその硬さが９３．０〜９４．５ＨＲＡの範囲とされるとともに、その表面に被覆される硬質被覆層は、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）により硬さ２８００Ｈｖ以上とされているので、例えばＳＫＤ１１を焼き入れした６０ＨＲＣ程度の被削材の切削や、ＳＫＤ６１の焼き入れ材に表面窒化処理を施した７０ＨＲＣ程度の表面窒化層の切削にも十分抗し得る硬度を切刃部に与えることができる。
【００１０】
ここで、切刃部を形成する上記基体の超硬合金におけるＣｏ含有量が８質量％を上回ったり、Ｃｒ３Ｃ２含有量が０．２質量％を、ＶＣ含有量が０．１質量％を下回ったりすると、この基体に上述のような高い硬度を確保することができなくなる一方、逆にＣｏ含有量が４．５質量％を下回ったり、Ｃｒ３Ｃ２含有量が１．５質量％を、ＶＣ含有量が０．５質量％を上回ったりすると、基体が硬脆くなりすぎて却って切刃に欠損などが生じ易くなるおそれがある。なお、このような欠損を効果的に防ぎつつ上記被削材の確実な切削を図るには、基体の硬さは９３．２〜９４．０ＨＲＡであるのが望ましく、またこの基体を形成する超硬合金のＷＣ原料は０．８μｍ以下の平均粒径であることが望ましい。
【００１１】
さらに、上記硬質被覆層においては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉの原子比ｘ、ｙ、ｚについて、Ｓｉの含有量を示すｚが原子比０．０１を下回るとこの硬質被覆層における高温強度を確保することができず、またＡｌの含有量を示すｙが原子比０．４を下回ると硬質被覆層における耐熱性が損なわれる一方、これらｚが０．０５を上回ったり、ｙが０．７を上回ったりすると、相対的にＴｉの含有量を示すｘが小さくなって硬質被覆層の高温強度が十分に確保できなくなり、被削材の切削により切刃部が高温となった際に上述のような高い硬度を維持することができなくなるおそれがある。
【００１２】
また、この硬質被覆層の厚さについては、１μｍを下回るほど層厚が薄いと、如何に高硬度であっても摩耗によって当該硬質被覆層が早期に摩滅して、工具の長寿命化を図ることができなくなる一方、逆に層厚が５μｍを上回るほど厚すぎると、この厚い硬質被覆層が部分的に層厚分ごと剥離を生じて切刃部に微小な欠け（チッピング）を生じるおそれがある。なお、このような硬質被覆層の摩滅やチッピングを確実に防止するには、この硬質被覆層の厚さは２〜４μｍであることが望ましい。また、この硬質被覆層の厚さは平均の厚さであればよい。
【００１３】
一方、上記構成の表面被覆超硬合金製切削工具においては、このように超硬合金基体の表面に硬質被覆層が被覆された切刃部が、転削工具の軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周側にその切刃を向けるようにして設けられ、この切刃が、工具本体の回転方向側から見て円弧状に形成されるとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングが施され、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角とが与えられている。従って、まず切刃が円弧状に形成されていることにより被削材に食い付く際の衝撃が分散されて緩和され、しかも１９°以下の極小さな切込み角で切刃が被削材に切り込まれるので、比較的厚みの薄い切屑が生成されることになって切刃への負荷を軽減することができる。
【００１４】
さらに、切刃の逃げ角も１５°以下と比較的小さいために刃物角を大きく確保することができるとともに、この切刃に施された幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングによって切刃の刃先強度も確保することができ、摩耗を抑制して切削長の延長を図りつつ、衝撃的負荷が周期的に作用する転削加工においても切刃の欠損を防ぐことが可能となる。従って、このような形状の切刃を備えた切刃部が、上述のような組成の超硬合金基体表面に硬質被覆層を被覆して形成されているので、上記表面被覆超硬合金製切削工具によれば、高硬度鋼よりなる被削材の転削加工を、工具寿命の延長を図りつつ高能率に行うことが可能となる。
【００１５】
ここで、上記切込み角が１９°を越えると、工具本体の送り量を十分に小さくしなければ厚みの大きい切屑が生成されることになって切刃への衝撃が増大して欠損を招くおそれがあり、その一方で送り量を小さくすると加工の高能率化が阻害されることになる。なお、円弧状の切刃の切込み角は、被削材に切り込まれた切刃の被削材表面の位置における該切刃がなす円の接線が工具本体の軸線に直交する平面に対してなす角度とすればよい。従って、この切込み角は、０°に近いほど生成される切屑を薄くできるが、小さくなりすぎると必要な被削材への切込み量を確保することができなくなるので、４°以上とされるのが望ましい。
【００１６】
また、切刃の逃げ角も、逃げ面に逃げ量が与えられるように０°よりも大きければよく、０°に近いほど大きな刃物角を確保することができるが、あまり小さすぎるとやはり工具本体の送り量によっては逃げ面が被削材の加工面に接触して摩耗が促進されるおそれがあるため、３°以上とされるのが望ましい。さらに、丸ホーニングの幅は、０．０１ｍｍより小さいと欠損を防止することができず、０．０５ｍｍより大きいと切削抵抗が大きくなって切削長の延長は望めない。また、ホーニングがチャンファホーニングであっても、切削長を確保することができない。なお、このように切刃の欠損を確実に防止しつつ切削長の延長を図るには、上記丸ホーニングの幅は０．０２〜０．０４ｍｍの範囲内であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、焼き入れを施した高硬度鋼やさらに表面窒化処理を施した高硬度鋼を、転削工具による切削加工によってそのひずみや表面窒化層を除去することができるので、このような高硬度鋼よりなるプレス型や鍛造型などの金型の作製を高能率に、しかも工具の長寿命化によって長期に亙って安定的に行うことができて、その納期の短縮を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の表面被覆超硬合金製切削工具の一実施形態を示すものであって、本発明をインサート着脱式のラジアスエンドミルに適用したものである。本実施形態において、工具本体１は、鋼材等により形成されて軸線Ｏを中心とした円柱状をなし、その後端側（図１において上側）部分は図示されないシャンク部とされて、このシャンク部が工作機械の主軸に把持されることにより、上記軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏに交差する方向に送り出されて切削（転削）加工に使用される。
【００１９】
そして、この工具本体１の先端部外周には複数（図１では２つ）のチップポケット２が形成され、これらのチップポケット２の工具回転方向Ｔ側を向く壁面に形成されたインサート取付座３に、それぞれ本実施形態の表面被覆超硬合金製切削工具の切刃部とされる切削インサート４が、クランプネジ５によって着脱可能に取り付けられている。
【００２０】
すなわち、この切削インサート４は、Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有し、残部がＷＣである超硬合金よりなる基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬質被覆層が平均して１〜５μｍの範囲内の所定厚さで単層で被覆されたものであり、超硬合金基体の硬さは９３．０〜９４．５ＨＲＡとされるとともに、硬質被覆層の硬さは２８００Ｈｖ以上とされている。
【００２１】
望ましくは、上記超硬合金基体は、素原料ＷＣがＦ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．にて０．８μｍ以下の平均粒径のものが用いられて、本実施形態では例えばＣｏ：６質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．４質量％、ＶＣ：０．３質量％を含有するものとされ、その硬さは９３．２〜９４．０ＨＲＡとされる。また、硬質被覆層を形成する（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎは、例えば原子比ｘ＝０．４０、ｙ＝０．５５、ｚ＝０．０５とされて、その硬さは３２００Ｈｖとされ、厚さは２〜４μｍとされるのが望ましく、例えば３μｍとされる。
【００２２】
このように形成された本実施形態の表面被覆超硬合金製切削工具の切刃部とされる切削インサート４は、外形略円板状をなすポジティブインサートであって、すなわち円形をなすすくい面６と、このすくい面６よりも一回り小さな円形をなす図示されない着座面とが互いに平行かつ同軸に配置されるとともに、これらすくい面６と着座面との間の円錐面状をなす周面が逃げ面７とされ、この逃げ面７とすくい面６との交差稜線部に、円周状をなす切刃８が形成されている。
【００２３】
また、この切削インサート４の切刃８には、すくい面６がなす円の径方向に向けて該すくい面６に沿った方向の幅が０．０１〜０．０５ｍｍ、望ましくは０．０２〜０．０４ｍｍの範囲内で、すくい面６と逃げ面７とに滑らかに連なる断面円弧状をなす丸ホーニングが施されており、従ってこの幅が、該丸ホーニングの断面がなす円弧の半径となる。ここで、本実施形態では、この幅および半径は０．０３ｍｍとされている。
【００２４】
このような切削インサート４は、そのすくい面６を工具回転方向Ｔに向けるとともに、円周状の切刃８の円弧状をなす一部分を工具本体１の先端から外周側に向けて突出させるようにして、上記インサート取付座３に取り付けられる。ここで、こうして工具本体１の先端外周側に向けられた切刃８には所定のすくい角と１５°以下の逃げ角とが与えられ、特に本実施形態では工具本体１最先端において逃げ角が１５°とされている。
【００２５】
そして、さらにこうして取り付けられた切削インサート４は、図１に示すように工具回転方向Ｔ側から見たときに、被削材Ｗに切り込まれた切刃８の被削材Ｗ表面の位置において該切刃８がなす円の接線Ｌが工具本体１の軸線Ｏに直交する平面Ｐに対してなす角度、すなわち切刃８の被削材Ｗへの切込み角θが１９°以下となるようにされている。
【００２６】
従って、このような切刃部（切削インサート４）を備えた表面被覆超硬合金製切削工具（ラジアスエンドミル）では、この切削インサート４の超硬合金基体がＣｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有して、望ましくは素原料ＷＣが０．８μｍ以下の平均粒径とされ、該基体の硬さが９３．０〜９４．５ＨＲＡ、望ましくは９３．２〜９４．０ＨＲＡとされるとともに、硬質被覆層は（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）より成り、厚さ１〜５μｍ、望ましくは２〜４μｍで被覆されて、硬さ２８００Ｈｖ以上とされているので、被削材Ｗが硬度６０ＨＲＣ程度のＳＫＤ１１焼き入れ材や、ＳＫＤ６１焼き入れ材の硬度７０ＨＲＣ程度の表面窒化層でも、これら基体や硬質被覆層自体が硬さ負けすることはない。また、硬質被覆層は単層でよいため、その被覆に要する時間や労力等も軽減することができる。
【００２７】
そして、この切削インサート４の切刃８は円弧状に形成されるとともに、該切刃８には幅０．０１〜０．０５ｍｍ、望ましくは０．０２〜０．０４ｍｍの丸ホーニングが施されており、また逃げ角は１５°以下とされ、さらに切込み角θが１９°以下とされているので、転削加工により切刃８が被削材Ｗに断続的に食い付いて周期的に衝撃が切刃８に作用しても、かかる衝撃を分散させるとともに切刃８への負荷を軽減するとともに切刃８自体の刃先強度を確保することができる。従って、上述のような高硬度鋼よりなる被削材Ｗの転削加工でも切刃８に欠損等が生じたりするのを防ぐとともに、上記硬質被覆層により優れた耐摩耗性を発揮して工具の長寿命化を図りつつ、転削による高能率の切削加工を促すことができる。
【００２８】
このため、上記ＳＫＤ１１焼き入れ材より成るプレス型において焼き入れによって生じたひずみを除去したり、表面窒化処理したＳＫＤ６１焼き入れ材より成る鍛造型の表面窒化層を除去したりするのに、従来の研削加工や放電加工などに頼らずとも、短時間でこれらひずみや表面窒化層を切削して除去することが可能となり、このような金型作製の短納期化にも十分に対応することが可能となる。例えば、従来の研削加工では１４時間ほどを要した硬度６０ＨＲＣのＳＫＤ１１焼き入れ材のひずみ除去は、転削加工では半分の７時間ほどで可能となり、また従来の放電加工では８時間ほぼを要した硬度７０ＨＲＣのＳＫＤ６１焼き入れ材の表面窒化層の除去は、転削加工では半分以下の３時間ほどで可能となった。
【００２９】
なお、本実施形態では、本発明をインサート着脱式のラジアスエンドミルに適用して切刃８が円周状をなす円板状の切削インサート４を切刃部とした場合について説明したが、同様に円弧状を切刃を有するボールエンドミルに本発明を適用することも可能であり、また例えば多角形平板状の切削インサートでも各切刃が円弧状をなすものにも適用可能である。さらに、インサート着脱式ではなく、これらのような切削インサートを工具本体にろう付け等により接合したものにも勿論適用可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例ではまず、素原料粉末として、平均粒径０．８μｍ以下のＷＣ粉末と、平均粒径１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、平均粒径１．８μｍのＶＣ粉末を、Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％、ＷＣ：残となるように配合し、公知の方法により混合、乾燥、プレス成形した後に焼結し、切刃に幅および半径が０．０３ｍｍの丸ホーニングを施し、ＩＳＯ規格でＲＤＭＷ０６２０Ｅの形状をもった硬さ９３．８〜９４．５ＨＲＡの４種の超硬合金基体を作製した。
【００３１】
次いで、これらの超硬合金基体の表面に、上記特許文献１に記載されたような公知のアークイオンプレーティング法および蒸着条件によって、平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を、平均層厚が３μｍとなるように被覆して切削インサートを製造した。そして、こうして製造した切削インサートを、上述した実施形態と同様のインサート着脱式ラジアスエンドミルの工具本体に切刃部として、すくい角０°、逃げ角１５°となるように装着し、被削材に対して切刃の切込み角が７°となるようにして転削加工により条件を変えた２種の平面切削試験を行い、その際の加工可能であった切削長をそれぞれ測定した。これらを、実施例１〜４として、超硬合金基体の組成、ＷＣ平均粒径、硬さ、および２種の試験結果とともに表１に示す。
【００３２】
また、これら実施例１〜４に対して、同表１に比較例１〜４として示す組成およびＷＣ平均粒径の素原料粉末を用いて、実施例１〜４と同じ製造方法によって同じ寸法、形状の４種の超硬合金基体を作製し、この超硬合金基体の表面に、公知のアークイオンプレーティング法および蒸着条件によって、やはり実施例１〜４と同様の平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を、平均層厚が３μｍとなるように被覆して切削インサートを製造し、これらの比較例１〜４についても、実施例１〜４と同様の２種の平面切削試験を行った。その結果についても、超硬合金基体の硬さとともに表１に示す。
【００３３】
なお、これら２種の平面切削試験における上記ラジアスエンドミルのその他の諸元、転削加工の加工条件は以下の通りである。
【００３４】
試験１
ラジアスエンドミル
外径：２０ｍｍ（ただし、切刃の最外周の径）
刃数：３
被削材
ＳＫＤ１１焼入れ材
硬さ：６０ＨＲＣ
加工条件
工具回転数：１３０００ｍｉｎ−１
切込み量 ：０．１ｍｍ
送り量 ：７８０ｍ／ｍｉｎ
乾式切削
【００３５】
試験２
ラジアスエンドミル
外径：２５ｍｍ（ただし、切刃の最外周の径）
刃数：４
被削材
ＳＫＤ６１表面窒化材
表面硬さ：７０ＨＲＣ
加工条件
工具回転数：６４０ｍｉｎ−１
切込み量 ：０．１ｍｍ
送り量 ：３６０ｍ／ｍｉｎ
乾式切削
【００３６】
【表１】
【００３７】
次に、平均粒径０．２μｍのＷＣ粉末と、平均粒径１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、平均粒径１．８μｍのＶＣ粉末を、Ｃｏ：６質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．３質量％、ＶＣ：０．２質量％、ＷＣ：残となるように配合して、実施例１〜４および比較例１〜４と同じ製造方法によって同じ寸法、形状の硬さ９３．５ＨＲＡの超硬合金基体を複数作製した。そして、これらの超硬合金基体の表面に、公知のアークイオンプレーティング法および蒸着条件によって、平均組成（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層を１〜５μｍで被覆して３種の切削インサートを製造し、これらの切削インサートを用いて上記試験１、２と同様の条件で２種の平面切削試験を行った。これらを、実施例１１〜１３として、硬質被覆層の組成、層厚、硬さ、および２種の試験結果とともに表２に示す。
【００３８】
また、これら実施例１１〜１３に対する比較例１１〜１３として、同表２に示す組成、層厚、硬さの硬質被覆層を実施例１１〜１３と同じ超硬合金基体に被覆した切削インサートを製造し、これら比較例１１〜１３についても、実施例１１〜１３と同様の２種の平面切削試験を行った。その結果についても、表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
さらに、これら実施例１１〜１３および比較例１１〜１３と同様の組成、粒径、硬さの超硬合金基体に対して、表３に示す幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングを施した後に、平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を平均層厚３μｍで被覆した３種の切削インサートを製造し、これらの切削インサートを用いて上記試験１、２と同様の条件で２種の平面切削試験を行った結果を、実施例２１〜２３として、表３に示す。また、同表３には、これら実施例２１〜２３に対する比較例２１〜２３として、上記と同様の超硬合金基体に、施すホーニングの幅や種類を変えた上で、これらに実施例２１〜２３と同様の平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を平均層厚３μｍで被覆した３種の切削インサートを用いて同様の２種の平面切削試験を行った結果も示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
さらにまた、同じく実施例１１〜１３および比較例１１〜１３と同様の組成、粒径、硬さで、すくい角を０°としたときに表４に示すような逃げ角および切込み角となるような超硬合金基体を作製し、これらに幅０．０３±０．００５ｍｍの丸ホーニングを施した後に、平均組成（Ｔｉ０．４，Ａｌ０．５５，Ｓｉ０．０５）Ｎよりなる硬さが３２００Ｈｖの硬質被覆層を平均層厚３μｍで被覆して複数の切削インサートを製造した。そして、これらの切削インサートを、同表４に示した通りの逃げ角および切込み角で工具本体に取り付けた６種のインサート着脱式ラジアスエンドミルにより、上記試験１、２と同様の条件で２種の平面切削試験を行った。この結果を、逃げ角１５°以下、切込み角１９°以下の範囲にあるものを実施例３１〜３４として、またこの範囲にないものを比較例３１、３２として、表４に合わせて示す。
【００４３】
【表４】
【００４４】
これら表１〜４の結果より、本発明に係わる実施例１〜４、１１〜１３、２１〜２３、３１〜３４によれば、それぞれの比較例１〜４、１１〜１３、２１〜２３、３１、３２が欠損で切削ができなかったり切削長が短かったりしていたのに対して、切削初期の欠損を防いで切削自体が可能となったのは勿論、大幅に切削長を長くすることができたことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態を示す工具本体１の先端部の側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 工具本体
４ 切削インサート（切刃部）
８ 切刃
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 工具本体１の回転方向
Ｗ 被削材
θ 切込み角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有する硬さ９３．０〜９４．５ＨＲＡの超硬合金よりなる基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層が１〜５μｍの厚さで被覆された切刃部が、軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周側に切刃を向けるようにして設けられ、上記切刃は、上記工具本体の回転方向側から見て円弧状に形成されるとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングが施され、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角とが与えられていることを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項２】
上記基体の硬さが９３．２〜９４．０ＨＲＡであることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項３】
上記基体を形成する超硬合金のＷＣ原料が０．８μｍ以下の平均粒径であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項４】
上記硬質被覆層の厚さが２〜４μｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項５】
上記丸ホーニングの幅が０．０２〜０．０４ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項１】
Ｃｏ：４．５〜８質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２〜１．５質量％、ＶＣ：０．１〜０．５質量％を含有する硬さ９３．０〜９４．５ＨＲＡの超硬合金よりなる基体の表面に、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｓｉｚ）Ｎ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは原子比で、０．０１≦ｚ≦０．０５、０．４≦ｙ≦０．７、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなる硬さ２８００Ｈｖ以上の硬質被覆層が１〜５μｍの厚さで被覆された切刃部が、軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周側に切刃を向けるようにして設けられ、上記切刃は、上記工具本体の回転方向側から見て円弧状に形成されるとともに、幅０．０１〜０．０５ｍｍの丸ホーニングが施され、１５°以下の逃げ角と１９°以下の切込み角とが与えられていることを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項２】
上記基体の硬さが９３．２〜９４．０ＨＲＡであることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項３】
上記基体を形成する超硬合金のＷＣ原料が０．８μｍ以下の平均粒径であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項４】
上記硬質被覆層の厚さが２〜４μｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項５】
上記丸ホーニングの幅が０．０２〜０．０４ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１１５７６４（Ｐ２０１０−１１５７６４Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９２５２９（Ｐ２００８−２９２５２９）
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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