JP7634574B2 - Coated and cutting tools - Google Patents
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Description
本開示は、被覆工具および切削工具に関する。 The present disclosure relates to coated tools and cutting tools.
旋削加工や転削加工等の切削加工に用いられる工具として、超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている(特許文献1参照)。Coated tools are known as tools used in cutting processes such as turning and milling, and have improved wear resistance, etc. by coating the surface of a base material such as cemented carbide, cermet, or ceramic with a coating layer (see Patent Document 1).
本開示の一態様による被覆工具は、基体と、基体の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具である。被覆工具は、すくい面を有する第1面と、逃げ面を有する第2面と、第1面および第2面との間に位置する稜線部とを有する。第1面は、平面視したとき、複数の角部を有する。角部における稜線部には、切刃が位置する。切刃は、少なくとも一部に第3面を有している。また、被覆層は、第1面に位置する第1被覆層と、第2面に位置する第2被覆層と、第3面に位置する第3被覆層とを有する。第3被覆層の少なくとも一部には、底面および側壁を有する凹部が位置している。底面と基体との間の距離を第1距離とし、側壁における被覆層の表面と基体との間の距離を第2距離とした場合、第1距離は、第2距離の70%以下である。A coated tool according to one aspect of the present disclosure is a coated tool having a base and a coating layer located on the base. The coated tool has a first surface having a rake face, a second surface having a flank face, and a ridge portion located between the first surface and the second surface. The first surface has a plurality of corners when viewed in a plan view. A cutting edge is located on the ridge portion at the corner. The cutting edge has a third surface at least in part. The coating layer has a first coating layer located on the first surface, a second coating layer located on the second surface, and a third coating layer located on the third surface. A recess having a bottom surface and a side wall is located in at least a part of the third coating layer. When the distance between the bottom surface and the base is defined as a first distance and the distance between the surface of the coating layer at the side wall and the base is defined as a second distance, the first distance is 70% or less of the second distance.
本開示の一態様による切削工具は、端部にポケットを有する棒状のホルダと、ポケット内に位置する上述の被覆工具とを有する。A cutting tool according to one aspect of the present disclosure has a rod-shaped holder having a pocket at an end and the above-mentioned coated tool positioned within the pocket.
以下に、本開示による被覆工具および切削工具を実施するための形態(以下、「実施形態」と記載する)について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による被覆工具および切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。 Below, the form for implementing the coated tool and cutting tool according to the present disclosure (hereinafter, referred to as "embodiment") will be described in detail with reference to the drawings. Note that the coated tool and cutting tool according to the present disclosure are not limited to this embodiment. Furthermore, each embodiment can be appropriately combined to the extent that the processing content is not contradictory. Furthermore, the same parts in each of the following embodiments are given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。 In addition, in the embodiments described below, expressions such as "constant," "orthogonal," "vertical," and "parallel" may be used, but these expressions do not necessarily mean "constant," "orthogonal," "vertical," or "parallel" in the strict sense. In other words, each of the above expressions allows for deviations due to, for example, manufacturing precision, installation precision, and the like.
超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている。この種の被覆工具には、長寿命化を実現するという点で更なる改善の余地がある。There are known coated tools that have improved wear resistance and other properties by coating the surface of a substrate such as cemented carbide, cermet, or ceramic with a coating layer. However, there is room for further improvement in this type of coated tool in terms of achieving a longer life.
<被覆工具>
図1は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。図1に示すように、実施形態に係る被覆工具1は、チップ本体2と、切刃部3とを有していてもよい。実施形態に係る被覆工具1は、たとえば、上面および下面(図1に示すZ軸と交わる面)の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。
<Coated tools>
Fig. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment. As shown in Fig. 1, the coated
被覆工具1は、第1面6(ここでは、上面)と、第1面6に連接する第2面7(ここでは、側面)と、第1面6と第2面7との間に位置する稜線部8とを有する。第1面6は、切削により生じた切屑をすくい取るすくい面を有する。また、第2面7は、逃げ面を有する。The coated
第1面6は、平面視したとき、複数(ここでは、4つ)の角部61を有する。ここで、角部とは、第1面6の角を含む領域のことをいう。複数の角部61のうちの少なくとも1つにおける稜線部8には、切刃11が位置している。被覆工具1は、切刃11を被削材に当てることによって被削材を切削する。When viewed in a plan view, the
(チップ本体2)
チップ本体2は、たとえば超硬合金で形成される。超硬合金は、W(タングステン)、具体的には、WC(炭化タングステン)を含有する。また、超硬合金は、Ni(ニッケル)およびCo(コバルト)の少なくとも一方を含有していてもよい。また、チップ本体2は、サーメットで形成されてもよい。サーメットは、たとえばTi(チタン)、具体的には、TiC(炭化チタン)またはTiN(窒化チタン)を含有する。また、サーメットは、NiやCoを含有していてもよい。
(Chip body 2)
The
チップ本体2のうち、被覆工具1の角部61に対応する箇所の1つには、切刃部3を取り付けるための座面4が位置していてもよい。また、チップ本体2の中央部には、チップ本体2を上下に貫通する貫通孔5が位置していてもよい。貫通孔5には、後述するホルダ70に被覆工具1を取り付けるためのネジ75が挿入される(図14参照)。A
(切刃部3)
切刃部3は、チップ本体2の座面4に取り付けられることによってチップ本体2と一体化されている。切刃部3は、被覆工具1が有する複数の角部61の1つを構成する。また、切刃部3は、上述した第1面6、第2面7および稜線部8の一部を構成している。切刃11は、切刃部3における稜線部8の少なくとも一部に位置している。
(Cutting edge portion 3)
The
かかる切刃部3の構成について図2を参照して説明する。図2は、実施形態に係る被覆工具1の一例を示す側断面図である。図2に示すように、切刃部3は、基体10と、被覆層20とを有する。The configuration of the
(基体10)
基体10は、超硬合金やサーメット、セラミックスであってもよい。また、複数の窒化硼素粒子を含有していてもよい。実施形態において、基体10は、立方晶窒化硼素(cBN)質焼結体であり、複数の立方晶窒化硼素粒子を含有していてもよい。基体10は、複数の窒化硼素粒子の間に、TiN、Al、Al2O3等を含有する結合相を有していてもよい。複数の窒化硼素粒子は、かかる結合相によって強固に結合される。なお、基体10は、必ずしも結合相を有することを要しない。なお、図1や図2では、基体10は切刃部3に位置しているが、基体10が、本体2と切刃部3とであってもよい。言い換えると、例えば、矩形状の基体10を用いてもよい。
(Base 10)
The
切刃11の少なくとも一部には、第1面6と第2面7とに連続する第3面9が位置している。第3面9は、たとえば、第1面6と第2面7との角部を斜め且つ直線的に削ったC面(チャンファー面)である。第3面9は、第1面6と第2面7との角部を丸めたR面(ラウンド面)であってもよい。
At least a part of the
基体10の下面には、たとえば超硬合金またはサーメットからなる基板30が位置していてもよい。この場合、基体10は、基板30および接合材40を介してチップ本体2の座面4に接合している。接合材40は、たとえばロウ材である。チップ本体2の座面4以外の部分では、基体10は接合材40を介してチップ本体2と接合していてもよい。A
(被覆層20)
被覆層20は、例えば、切刃部3の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体10に被覆される。図2の例では、被覆層20がチップ本体2および基体10の両方に位置しているが、被覆層20は、少なくとも基体10の上に位置していればよい。被覆層20が切刃部3の第2面7に相当する基体10の側面に位置する場合、第2面7の耐摩耗性、耐熱性が高い。
(Covering layer 20)
The
図3は、図2に示すIII部の模式的な拡大図である。図3に示すように、被覆層20は、第1面6に位置する第1被覆層201と、第2面7に位置する第2被覆層202と、第3面9に位置する第3被覆層203とを有している。
Figure 3 is a schematic enlarged view of part III shown in Figure 2. As shown in Figure 3, the
これら第1被覆層201、第2被覆層202および第3被覆層203のうち、第3被覆層203の少なくとも一部には、凹部50が位置している。実施形態において、第3被覆層203は、複数の凹部50を有している。かかる凹部50の構成について図4を参照して説明する。図4は、凹部50の構成の一例を示す模式的な断面図である。Of the
図4に示すように凹部50は、第3被覆層203の厚み方向に沿って、すなわち、第3被覆層203の表面から基体10の第3面9に向かって窪んでいる。凹部50は、底面51および側壁52を有する。As shown in Figure 4, the
ここで、底面51と基体10との間の距離を第1距離D1とし、側壁52における被覆層20の表面と基体10との間の距離を第2距離D2とする。なお、「側壁52における・・・第2距離D2」とは、具体的には、第3被覆層203の表面と凹部50の側壁52との縁部(すなわち、凹部50の開口縁部)から基体10までの最短距離が第2距離D2であることを意味する。Here, the distance between the
第1距離D1は、第2距離D2の70%以下である。このように、凹部50は、たとえば第3被覆層203の表面粗さに起因する窪みではなく、意図的に(具体的には、後述するようにレーザー加工により)形成されたものである。なお、好ましくは、第1距離D1は、第2距離D2の50%以下である。より好ましくは、第1距離D1は、第2距離D2の30%以下である。The first distance D1 is 70% or less of the second distance D2. Thus, the
このように、実施形態に係る第3被覆層203には、複数の凹部50が位置している。一方、第1被覆層201および第2被覆層202には、上述したような凹部50が位置していない。かかる第3被覆層203は、第1被覆層201および第2被覆層202と比較して基体10との密着力が小さい。In this manner, the
本願発明者は、第3面9に位置する第3被覆層203の密着力を相対的に小さくすることで、被覆工具1の長寿命化を実現できることを見出した。この理由の一つとしては、被覆工具1が冷却液に接触しながら断続切削するような被覆工具1に熱衝撃が加わる加工の場合、第3被覆層203の密着力が強いと、第3被覆層203が破壊される際に母材である基体10ごと損傷するためであることが考えられる。The inventors of the present application have discovered that it is possible to extend the life of the
そこで、実施形態に係る被覆工具1では、第3被覆層203に複数の凹部50を設けて、第3被覆層203の基体10との密着力を第1被覆層201および第2被覆層202と基体10との密着力よりも小さくした。このような構成を有する被覆工具1は、第3面9における基体10の損傷を抑制することができる。したがって、実施形態に係る被覆工具1によれば、長寿命化を図ることができる。Therefore, in the
また、第3被覆層203は相対的に密着力が小さいため、たとえば被覆工具1の使用初期(たとえば、初回使用時)に被削材の切削に伴って第3面9から除去される。したがって、被覆工具1によれば、第3被覆層203の有無を確認することで、未使用品か使用済みかを容易に判断することができる。なお、被覆層20は、基体10と異なる色を有していることが好ましい。この場合、未使用品か使用済みかを目視にて容易に判断することができる。
In addition, since the
図5は、凹部50の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図5に示すように、凹部50は、第3被覆層203を貫通していてもよい。すなわち、凹部50の底面51は、基体10の第3面9であってもよい。かかる構成によれば、第1被覆層201および第2被覆層202と比較して、第3被覆層203の基体10との密着力をさらに小さくすることができる。したがって、被覆工具1のさらなる長寿命化を図ることができる。
Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the
また、凹部50は、第3被覆層203の表面のうち、10面積%以上を占めていてもよい。かかる構成によれば、第3被覆層203の基体10との密着力を適切に小さくすることができ、被覆工具1の長寿命化を図ることができる。In addition, the
図6は、凹部50の構成の一例を示す模式的な平面図である。なお、図6には、第3面9に対して垂直な方向から第3被覆層203を見た場合の平面図を示している。図6に示すように、凹部50は、平面視した場合に、稜線部8に沿って線状に伸長していてもよい。かかる構成によれば、加工時に被削材と第3被覆層203との摩擦力が大きいため、第3被覆層203が除去されやすい。
Figure 6 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the
図7~図10は、凹部50の構成の他の一例を示す模式的な平面図である。たとえば、図7に示すように、凹部50は、平面視した場合に、第3面9において稜線部8に沿った方向と交差する方向に線状に伸長していてもよい。かかる構成によれば、凹部50に冷却水が供給されやすく、被覆工具1が冷却されやすい。7 to 10 are schematic plan views showing other examples of the configuration of the
また、図8に示すように、凹部50は、平面視した場合に、稜線部8に沿って線状に伸長する部位55と、第3面9において稜線部8に沿った方向と交差する方向に線状に伸長する部位56を有していてもよい。この場合、凹部50は、全体として格子状に広がっていてもよい。かかる構成によれば、被覆工具1を使用した際に、第3被覆層203がより均一に除去されるようになる。言い換えれば、第3面9に第3被覆層203が残ってしまうことを抑制することができる。8, the
また、図9に示すように、凹部50は、稜線部8に沿って線状に伸長する部位55と、第3面9において稜線部8に沿った方向と交差する方向に線状に伸長する部位56を有していてもよい。この場合、これらの部位55,56が交互に繋がることで、一筆書きで蛇行しながら伸長する1つの凹部50を構成していてもよい。9, the
また、図10に示すように、凹部50は、第3被覆層203の厚み方向にのみ伸長する穴であってもよい。ここでは、一例として丸穴を示しているが、凹部50は、角穴であってもよい。このように、凹部50は、必ずしも第3面9に沿って伸長していることを要しない。10, the
図11は、被覆層20の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図11に示すように、第3被覆層203の厚みは、第1面6に近い領域において、第2面7に近い領域よりも薄くてもよい。言い換えれば、第3被覆層203の厚みは、第1面6から第2面7に向かって漸次厚くなってもよい。このような構成を有する被覆工具1は、耐欠損性、耐摩耗性、耐熱性のバランスが良い。
Figure 11 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the
この場合、凹部50の深さは、第1面6に近い領域に位置する凹部50よりも、第2面7に近い領域に位置する凹部50の方が深くてもよい。なお、ここでは、凹部50が、第3面9に対して垂直な方向に伸長する場合の例を示しているが、凹部50は、第3被覆層203の表面に対して垂直な方向に伸長していてもよい。In this case, the depth of the
この場合における第3被覆層203は、たとえば均等な厚みの被覆層を第3面9に形成した後、その被覆層の一部を除去することにより形成されてもよい。In this case, the
(被覆層20の具体的な構成)
次に、被覆層20の具体的な構成について図12を参照して説明する。図12は、図3に示すXII部の模式的な拡大図である。
(Specific configuration of coating layer 20)
Next, a specific configuration of the
図12に示すように、被覆層20は、少なくとも硬質層21を有する。硬質層21は、1層以上の金属窒化物層を有していてもよい。硬質層21は、金属層22と比較して耐摩耗性に優れた層である。硬質層21は1層であってもよい。また、複数の金属窒化物層が重なっていてもよい。また、硬質層21は、複数の金属窒化物層が積層された積層部23と、積層部23の上に位置する第3金属窒化物層24とを有していてもよい。かかる硬質層21の構成については後述する。As shown in FIG. 12, the
(金属層22)
また、被覆層20は、金属層22を有していてもよい。金属層22は、基体10と硬質層21との間に位置していてもよい。具体的には、金属層22は、一方の面において基体10に接し、且つ、他方の面において硬質層21に接していてもよい。
(Metal layer 22)
The
金属層22は、基体10との密着性が硬質層21と比べて高い。このような特性を有する金属元素としては、たとえば、Zr、V、Cr、W、Al、Si、Yが挙げられる。金属層22は、上記金属元素のうち少なくとも1種以上の金属元素を含有する。The
なお、Tiの単体、Zrの単体、Vの単体、Crの単体およびAlの単体は、金属層22としては用いられない。これらはいずれも融点が低く、耐酸化性が低いことから、切削工具への使用に適さないためである。また、Hfの単体、Nbの単体、Taの単体、Moの単体は基体10との密着性が低い。ただし、Ti、Zr、V、Cr、Ta、Nb、Hf、Alを含む合金については、この限りではない。
Note that elemental Ti, elemental Zr, elemental V, elemental Cr, and elemental Al are not used as the
金属層22は、Al-Cr合金を含有するAl-Cr合金層であってもよい。かかる金属層22は、基体10との密着性が特に高いことから、基体10と被覆層20との密着性を向上させる効果が高い。The
金属層22がAl-Cr合金層である場合、金属層22におけるAlの含有量は、金属層22におけるCrの含有量よりも多くてもよい。たとえば、金属層22におけるAlとCrとの組成比(原子%)は、70:30であってもよい。このような組成比率とすることで、基体10と金属層22との密着性はより高い。When the
金属層22は、上記金属元素(Zr、V、Cr、W、Al、Si、Y)以外の成分を含有していてもよい。ただし、基体10との密着性の観点から、金属層22は、上記金属元素を合量で少なくとも95原子%以上含有していてもよい。より好ましくは、金属層22は、上記金属元素を合量で98原子%以上含有してもよい。たとえば、金属層22がAl-Cr合金層である場合、金属層22は、少なくとも、AlおよびCrを合量で95原子%以上含有していてもよい。さらに金属層22は、少なくとも、AlおよびCrを合量で98原子%以上含有していてもよい。なお、金属層22における金属成分の割合は、たとえば、EDS(エネルギー分散型X線分光器)を用いた分析により特定可能である。The
また、Tiは実施形態に係る基体10との濡れ性が悪いため、基体10との密着性向上の観点から、金属層22は、Tiを極力含有していないことが好ましい。具体的には、金属層22におけるTiの含有量は、15原子%以下であってもよい。In addition, since Ti has poor wettability with the
このように、実施形態に係る被覆工具1では、基体10との濡れ性が硬質層21と比べて高い金属層22を基体10と硬質層21との間に設けることにより、基体10と被覆層20との密着性を向上させることができる。なお、金属層22は、硬質層21との密着性も高いため、硬質層21が金属層22から剥離するといったことも生じにくい。In this way, in the
また、基体10として用いられるcBNは、絶縁体である。絶縁体であるcBNには、PVD法(物理蒸着)により形成される膜との密着性に改善の余地があった。これに対し、実施形態に係る被覆工具1では、導電性を有する金属層22を基体10の表面に設けることで、PVDにより形成される硬質層21と金属層22との密着性が高い。In addition, the cBN used as the
(硬質層21)
次に、硬質層21の構成について図13を参照して説明する。図13は、図12に示すXIII部の模式的な拡大図である。
(Hard layer 21)
Next, the configuration of the
図13に示すように、硬質層21は、金属層22の上に位置する積層部23と、積層部23の上に位置する第3金属窒化物層24とを有する。As shown in FIG. 13, the
積層部23は、複数の第1金属窒化物層23aと複数の第2金属窒化物層23bとを有する。積層部23は、第1金属窒化物層23aと第2金属窒化物層23bとが交互に積層された構成を有している。The
第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bの厚みは、それぞれ50nm以下としてもよい。このように、第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bを薄く形成することで、第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bの残留応力が小さい。これにより、たとえば、第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bの剥離やクラック等が生じ難くなることから、被覆層20の耐久性が高い。The thickness of the first
第1金属窒化物層23aは、金属層22に接する層であり、第2金属窒化物層23bは、第1金属窒化物層23a上に形成される。
The first
第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bは、金属層22に含まれる金属を含有していてもよい。
The first
たとえば、金属層22に2種類の金属(ここでは、「第1の金属」、「第2の金属」とする)が含まれているとする。この場合、第1金属窒化物層23aは、第1の金属および第3の金属の窒化物を含有する。第3の金属は、金属層22に含まれない金属である。また、第2金属窒化物層23bは、第1の金属および第2の金属の窒化物を含有する。For example, suppose that
たとえば、実施形態において、金属層22は、AlおよびCrを含有してもよい。この場合、第1金属窒化物層23aは、Alを含有してもよい。具体的には、第1金属窒化物層23aは、AlおよびTiの窒化物であるAlTiNを含有するAlTiN層であってもよい。また、第2金属窒化物層23bは、AlおよびCrの窒化物であるAlCrNを含有するAlCrN層であってもよい。For example, in an embodiment, the
このように、金属層22に含まれる金属を含有する第1金属窒化物層23aを金属層22の上に位置させることで、金属層22と硬質層21との密着性が高い。これにより、硬質層21が金属層22から剥離し難くなるため、被覆層20の耐久性が高い。In this way, by positioning the first
第1金属窒化物層23aすなわちAlTiN層は、上述した金属層22との密着性の他、たとえば耐摩耗性に優れる。また、第2金属窒化物層23bすなわちAlCrN層は、たとえば耐熱性、耐酸化性に優れる。このように、被覆層20は、互いに異なる組成の第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bを含むことで、硬質層21の耐摩耗性や耐熱性等の特性を制御することができる。これにより、被覆工具1の工具寿命を延ばすことができる。たとえば、実施形態に係る硬質層21においては、AlCrNが持つ優れた耐熱性を維持しつつ、金属層22との密着性や耐摩耗性といった機械的性質を向上させることができる。The first
なお、積層部23は、たとえばアークイオンプレーティング法(AIP法)により成膜してもよい。AIP法は、真空雰囲気でアーク放電を利用してターゲット金属(ここでは、AlTiターゲットおよびAlCrターゲット)を蒸発させ、N2ガスと結合することによって金属窒化物(ここでは、AlTiNとAlCrN)を成膜する方法である。なお、金属層22もAIP法により成膜してもよい。
The
第3金属窒化物層24は、積層部23の上に位置してもよい。具体的には、第3金属窒化物層24は、積層部23のうち第2金属窒化物層23bと接する。第3金属窒化物層24は、たとえば、第1金属窒化物層23aと同様、TiおよびAlを含有する金属窒化物層(AlTiN層)である。The third
第3金属窒化物層24の厚みは、第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bの各厚みよりも厚くてもよい。具体的には、上述したように第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bの厚みは50nm以下とした場合、第3金属窒化物層24の厚みは、1μm以上としてもよい。たとえば、第3金属窒化物層24の厚みは、1.2μmであってもよい。The thickness of the third
これにより、たとえば、第3金属窒化物層24の摩擦係数が低い場合には、被覆工具1の耐溶着性を向上させることができる。また、たとえば、第3金属窒化物層24の硬度が高い場合には、被覆工具1の耐摩耗性を向上させることができる。また、たとえば、第3金属窒化物層24の酸化開始温度が高い場合には、被覆工具1の耐酸化性を向上させることができる。As a result, for example, when the friction coefficient of the third
また、第3金属窒化物層24の厚みは、積層部23の厚みよりも厚くてもよい。具体的には、実施形態において、積層部23の厚みは0.5μm以下とした場合、第3金属窒化物層24の厚みは、1μm以上であってもよい。たとえば、積層部23の厚みが0.3μmである場合、第3金属窒化物層24の厚みは1.2μmであってもよい。このように、第3金属窒化物層24を積層部23よりも厚くすることで、上述した耐溶着性、耐摩耗性等を向上させる効果がさらに高い。
The thickness of the third
なお、金属層22の厚みは、たとえば0.1μm以上、0.6μm未満であってもよい。すなわち、金属層22は、第1金属窒化物層23aおよび第2金属窒化物層23bの各々よりも厚く、且つ、積層部23よりも薄くてもよい。The thickness of the
(被覆工具1の製造方法)
次に、被覆工具1の製造方法の一例について説明する。ここでは、基体10がcBNからなる場合の製造方法の一例について説明する。まず、TiN原料粉末72体積%以上82体積%以下と、Al原料粉末13体積%以上23体積%以下と、Al2O3原料粉末1体積%以上11体積%以下とを準備する。そして、準備した各原料粉末に有機溶媒を添加する。有機溶媒としては、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコール類が用いられ得る。その後、ボールミルにて、20時間以上24時間以下、粉砕および混合する。粉砕および混合後、溶媒を蒸発させることにより、第1混合粉末が得られる。
(Method of manufacturing the coated tool 1)
Next, an example of a manufacturing method of the
次に、平均粒径が2.5μm以上4.5μm以下であるcBN粉末と、平均粒径が0.5μm1.5μm以下であるcBN粉末とを、体積比で8以上9以下:1以上2以下の割合で調合する。さらに、有機溶媒を添加する。有機溶媒としては、アセトン、IPA等のアルコール類が用いられ得る。その後、ボールミルにて、20時間以上24時間以下、粉砕および混合する。粉砕および混合後、溶媒を蒸発させることにより、第2混合粉末が得られる。Next, cBN powder with an average particle size of 2.5 μm to 4.5 μm and cBN powder with an average particle size of 0.5 μm to 1.5 μm are mixed in a volume ratio of 8 to 9:1 to 2.0. An organic solvent is then added. As the organic solvent, alcohols such as acetone and IPA can be used. The mixture is then pulverized and mixed in a ball mill for 20 to 24 hours. After pulverization and mixing, the solvent is evaporated to obtain a second mixed powder.
次に、得られた第1混合粉末と第2混合粉末とを、体積比で68以上78以下:22以上32以下の割合で調合する。調合した粉末に有機溶媒と有機バインダとを添加する。有機溶媒としては、アセトン、IPA等のアルコール類が用いられ得る。また、有機バインダとしては、パラフィン、アクリル系樹脂等が用いられ得る。その後、ボールミルにて20時間以上24時間以下粉砕混合し、さらにその後、有機溶媒を蒸発させることにより、第3混合粉末が得られる。なお、ボールミルを用いた工程では必要に応じて分散剤を添加しても良い。Next, the first mixed powder and the second mixed powder are mixed in a volume ratio of 68 to 78:22 to 32. An organic solvent and an organic binder are added to the mixed powder. As the organic solvent, alcohols such as acetone and IPA can be used. As the organic binder, paraffin, acrylic resin, etc. can be used. After that, the mixture is pulverized and mixed in a ball mill for 20 to 24 hours, and then the organic solvent is evaporated to obtain a third mixed powder. In addition, a dispersant may be added as necessary in the process using the ball mill.
そして、この第3混合粉末を所定形状に成形することによって成形体が得られる。成形には、一軸加圧プレス、冷間等方圧プレス(CIP)等の既知の方法が使用され得る。この成形体を300℃以上600℃以下の範囲内の所定の温度にて加熱し、有機バインダを蒸発除去する。Then, the third mixed powder is molded into a predetermined shape to obtain a molded body. Known methods such as uniaxial pressing and cold isostatic pressing (CIP) can be used for molding. The molded body is heated to a predetermined temperature in the range of 300°C to 600°C to evaporate and remove the organic binder.
次に、成形体を超高圧加熱装置に装入し、4GPa以上6GPa以下の圧力下において1200℃以上1500℃以下で15分以上30分以下加熱する。これにより、実施形態に係る立方晶窒化硼素質焼結体が得られる。そして、得られた立方晶窒化硼素質焼結体を、超硬合金からなるチップ本体の座面に接合材を介して取り付ける。これにより、実施例に係るチップが得られる。Next, the molded body is placed in an ultra-high pressure heating device and heated at 1200°C to 1500°C for 15 minutes to 30 minutes under a pressure of 4 GPa to 6 GPa. This produces a cubic boron nitride sintered body according to the embodiment. The resulting cubic boron nitride sintered body is then attached to the seat of a tip body made of cemented carbide via a bonding material. This produces the tip according to the embodiment.
次に、物理気相蒸着(PVD)法によってチップの表面に被覆層20を製膜する。その後、第3被覆層203に対してレーザー加工により凹部50を形成する。これにより、被覆工具1が得られる。Next, a
<切削工具>
次に、上述した被覆工具1を備えた切削工具の構成について図14を参照して説明する。図14は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。
<Cutting tools>
Next, a configuration of a cutting tool including the above-mentioned
図14に示すように、実施形態に係る切削工具100は、被覆工具1と、被覆工具1を固定するためのホルダ70とを有する。As shown in FIG. 14, the
ホルダ70は、第1端(図14における上端)から第2端(図14における下端)に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ70は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼が用いられることが好ましい。The
ホルダ70は、第1端側の端部にポケット73を有する。ポケット73は、被覆工具1が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ75を螺合させるネジ孔が設けられている。The
被覆工具1は、ホルダ70のポケット73に位置し、ネジ75によってホルダ70に装着される。すなわち、被覆工具1の貫通孔5にネジ75を挿入し、このネジ75の先端をポケット73の着座面に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、被覆工具1は、切刃部3がホルダ70から外方に突出するようにホルダ70に装着される。The
実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に被覆工具1を用いてもよい。In the embodiment, a cutting tool used for so-called turning is exemplified. Examples of turning include internal diameter machining, external diameter machining, and grooving. Note that cutting tools are not limited to those used for turning. For example, the
たとえば、被削材の切削加工は、(1)被削材を回転させる工程、(2)回転する被削材に被覆工具1の切刃11を接触させて被削材を切削する工程、および、(3)被覆工具1を被削材から離す工程を含む。なお、被削材の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。For example, cutting of a workpiece includes (1) a step of rotating the workpiece, (2) a step of bringing the
<その他の実施形態>
上述した実施形態では、窒化硼素粒子等からなる基体10を、超硬合金等からなるチップ本体2に取り付け、これらを被覆層20でコーティングした被覆工具1について説明した。これに限らず、本開示による被覆工具は、たとえば、上面および下面の形状が平行四辺形である六面体形状の基体の全てが立方晶窒化硼素質焼結体であって、かかる基体の上に被覆層が形成されたものであってもよい。
<Other embodiments>
In the above-described embodiment, a
上述した実施形態では、被覆工具1の上面および下面の形状が平行四辺形である場合の例を示したが、被覆工具1の上面および下面の形状は、ひし形や正方形等であってもよい。また、被覆工具1の上面および下面の形状は、三角形、五角形、六角形等であってもよい。In the above embodiment, an example is shown in which the shape of the upper and lower surfaces of the
また、被覆工具1の形状は、ポジティブ型であってもよいしネガティブ型であってもよい。ポジティブ型は、被覆工具1の上面の中心および下面の中心を通る中心軸に対して側面が傾斜しているタイプであり、ネガティブ型は、上記中心軸に対して側面が平行なタイプである。The shape of the
上述した実施形態では、基体10が立方晶窒化硼素(cBN)の粒子を含有する場合の例について説明した。これに限らず、本願の開示する基体は、たとえば、六方晶窒化硼素(hBN)、菱面体晶窒化硼素(rBN)、ウルツ鉱窒化硼素(wBN)等の粒子を含有していてもよい。また、基体10は、窒化硼素に限らず、たとえば超硬合金およびサーメット等であってもよい。超硬合金は、W(タングステン)、具体的には、WC(炭化タングステン)を含有する。また、超硬合金は、Ni(ニッケル)やCo(コバルト)を含有していてもよい。また、サーメットは、たとえばTi(チタン)、具体的には、TiC(炭化チタン)またはTiN(窒化チタン)を含有する。また、サーメットは、NiやCoを含有していてもよい。In the above-described embodiment, an example in which the
上述した実施形態では、被覆工具1が切削加工に用いられるものとして説明したが、本願による被覆工具は、たとえば掘削用の工具や刃物など、切削工具以外への適用も可能である。In the above-described embodiment, the
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。Further advantages and modifications may readily occur to those skilled in the art. Therefore, the invention in its broader aspects is not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Thus, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.
1 :被覆工具
2 :チップ本体
3 :切刃部
6 :第1面
7 :第2面
8 :稜線部
9 :第3面
10 :基体
11 :切刃
20 :被覆層
21 :硬質層
22 :金属層
23 :積層部
30 :基板
50 :凹部
51 :底面
52 :側壁
61 :角部
100 :切削工具
201 :第1被覆層
202 :第2被覆層
203 :第3被覆層
D1 :第1距離
D2 :第2距離
1: Coated tool 2: Tip body 3: Cutting edge portion 6: First surface 7: Second surface 8: Ridge line portion 9: Third surface 10: Base body 11: Cutting edge 20: Coating layer 21: Hard layer 22: Metal layer 23: Laminated portion 30: Substrate 50: Recess 51: Bottom surface 52: Side wall 61: Corner portion 100: Cutting tool 201: First coating layer 202: Second coating layer 203: Third coating layer D1: First distance D2: Second distance
Claims (8)
前記基体の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具であって、
前記被覆工具は、
すくい面を有する第1面と、
逃げ面を有する第2面と、
前記第1面および前記第2面との間に位置する稜線部と
を有し、
前記第1面は、平面視したとき、複数の角部を有し、
前記角部における前記稜線部には、切刃が位置し、
前記切刃は、少なくとも一部に第3面を有しており、
前記被覆層は、
前記第1面に位置する第1被覆層と、
前記第2面に位置する第2被覆層と、
前記第3面に位置する第3被覆層と
を有し、
前記第3被覆層の少なくとも一部には、底面および側壁を有する凹部が位置しており、
前記底面と前記基体との間の距離を第1距離とし、前記側壁における前記被覆層の表面と前記基体との間の距離を第2距離とした場合、
前記第1距離は、前記第2距離の70%以下であると共に、
前記凹部は、前記稜線部に沿った方向と交差する方向に線状に伸長している、被覆工具。 A substrate;
a coating layer overlying the substrate,
The coated tool comprises:
a first surface having a rake surface;
a second surface having a flank surface;
a ridge portion located between the first surface and the second surface,
The first surface has a plurality of corners when viewed in a plan view,
A cutting edge is located on the ridge portion at the corner portion,
The cutting edge has at least a portion having a third surface,
The coating layer is
a first coating layer located on the first surface;
a second coating layer located on the second surface;
a third coating layer located on the third surface;
A recess having a bottom surface and a side wall is located in at least a portion of the third coating layer,
When the distance between the bottom surface and the base is a first distance, and the distance between the surface of the coating layer on the side wall and the base is a second distance,
The first distance is equal to or less than 70% of the second distance,
The recess extends linearly in a direction intersecting with a direction along the ridge line.
前記基体の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具であって、
前記被覆工具は、
すくい面を有する第1面と、
逃げ面を有する第2面と、
前記第1面および前記第2面との間に位置する稜線部と
を有し、
前記第1面は、平面視したとき、複数の角部を有し、
前記角部における前記稜線部には、切刃が位置し、
前記切刃は、少なくとも一部に第3面を有しており、
前記被覆層は、
前記第1面に位置する第1被覆層と、
前記第2面に位置する第2被覆層と、
前記第3面に位置する第3被覆層と
を有し、
前記第3被覆層の少なくとも一部には、底面および側壁を有する凹部が位置しており、
前記底面と前記基体との間の距離を第1距離とし、前記側壁における前記被覆層の表面と前記基体との間の距離を第2距離とした場合、
前記第1距離は、前記第2距離の70%以下であると共に、
前記凹部は、前記稜線部に沿った方向に線状に伸長している部位と、前記稜線部に沿った方向と交差する方向に線状に伸長している部位とを有する、被覆工具。 A substrate;
a coating layer overlying the substrate,
The coated tool comprises:
a first surface having a rake surface;
a second surface having a flank surface;
a ridge portion located between the first surface and the second surface,
The first surface has a plurality of corners when viewed in a plan view,
A cutting edge is located on the ridge portion at the corner portion,
The cutting edge has at least a portion having a third surface,
The coating layer is
a first coating layer located on the first surface;
a second coating layer located on the second surface;
a third coating layer located on the third surface;
A recess having a bottom surface and a side wall is located in at least a portion of the third coating layer,
When the distance between the bottom surface and the base is a first distance, and the distance between the surface of the coating layer on the side wall and the base is a second distance,
The first distance is equal to or less than 70% of the second distance,
The recess has a portion extending linearly in a direction along the ridge line and a portion extending linearly in a direction intersecting the direction along the ridge line.
硬質層と、
前記基体と前記硬質層との間に位置する、Ti、Zr、V、Cr、Ta、Nb、Hf、Alのうち少なくとも一種以上の元素を含有する合金である金属層と
を含む、請求項1~5のいずれか一つに記載の被覆工具。 The coating layer is
A hard layer;
and a metal layer which is an alloy containing at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, V, Cr, Ta, Nb, Hf, and Al, and which is located between the substrate and the hard layer.
前記ポケット内に位置する、請求項1~7のいずれか一つに記載の被覆工具と
を有する、切削工具。 a rod-shaped holder having a pocket at one end;
and a coated tool according to any one of claims 1 to 7 located in the pocket.
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