KR101386328B1

KR101386328B1 - 표면피복 절삭공구

Info

Publication number: KR101386328B1
Application number: KR1020087013960A
Authority: KR
Inventors: 나오야 오모리; 요시오 오카다; 미노루 이토; 신야 이마무라; 스스무 오쿠노; 히로유키 모리모토; 치카코 코지마
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: US20090097933A1; EP2058069A4; KR20090057169A; IL191450A; US7967533B2; EP2058069A1; EP2058069B1; WO2008026433A1; JPWO2008026433A1

Abstract

기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 기재(104)의 제1표면(106) 상 및 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 A로 했을 때, 피복층(108)의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×A 이하인 표면피복 절삭공구이다. 또, 기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 기재(104)의 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 B1로 하고, 기재(104)의 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 B2로 했을 때, B1과 B2의 차이의 절대값을 B1과 B2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하인 표면피복 절삭공구이다.

Description

표면피복 절삭공구{SURFACE-COATED CUTTING TOOL}

본 발명은 표면피복 절삭공구에 관한 것이며, 특히 공구 수명을 보다 안정화한 표면피복 절삭공구에 관한 것이다.

종래부터, 금속의 절삭가공에 널리 이용되고 있는 절삭공구로는, 초경합금, 서멧 또는 세라믹스 등의 기재의 표면상에, 탄화티탄, 질화티탄, 알루미나 또는 탄질화티탄 등으로 이루어진 화합물층을 단층 또는 복수층 퇴적하여 피복층을 형성한 표면피복 절삭공구가 많이 이용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1(일본 특허공개 2004-195595 호 공보) 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2004-195595 호 공보

일반적으로, 표면피복 절삭공구의 피복층의 커팅 엣지부에서의 층두께가 큰 경우에는, 표면피복 절삭공구의 내마모성은 높아지지만 내결손성이 저하되고, 표면피복 절삭공구의 피복층의 커팅 엣지부에서의 층두께가 작은 경우에는, 표면피복 절삭공구의 내결손성은 높아지지만 내마모성이 저하된다.

그러나, 종래의 표면피복 절삭공구에서는, 표면피복 절삭공구의 돌발적인 결손의 발생 및 마모 진행의 편차 등에 의해, 표면피복 절삭공구의 수명이 불안정했기 때문에, 공구 수명을 안정화하는 것이 요망되었다.

상기와 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 공구 수명을 보다 안정화한 표면피복 절삭공구를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1형태에 의하면, 기재상에 피복층이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 기재의 제1표면상 및 제2표면상의 피복층의 층두께의 평균값을 A로 했을 때, 피복층의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×A 이하인 표면피복 절삭공구를 제공할 수 있다.

본 발명의 제2형태에 의하면, 기재상에 피복층이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 기재의 제1표면상의 피복층의 층두께의 평균값을 B1로 하고, 기재의 제2표면상의 피복층의 층두께의 평균값을 B2로 했을 때, B1과 B2의 차이의 절대값을 B1과 B2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하인 표면피복 절삭공구를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1∼제2형태에서, 상기 피복층의 층두께는 피복층의 커팅 엣지부에서의 층두께인 것이 바람직하다.

본 발명의 제3형태에 의하면, 기재상에 피복층이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 피복층은 화합물층을 포함하고 있고, 기재의 제1표면상 및 제2표면상의 화합물층의 층두께의 평균값을 C로 했을 때, 화합물층의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×C 이하인 표면피복 절삭공구를 제공할 수 있다.

본 발명의 제4형태에 의하면, 기재상에 피복층이 형성된 표면피복 절삭공구로서, 피복층은 화합물층을 포함하고 있고, 기재의 제1표면상의 화합물층의 층두께의 평균값을 D1로 하고, 기재의 제2표면상의 화합물층의 층두께의 평균값을 D2로 했을 때, D1과 D2의 차이의 절대값을 D1과 D2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하인 표면피복 절삭공구를 제공할 수 있다.

본 발명의 제3∼제4형태에서, 상기 화합물층의 층두께는 화합물층의 커팅 엣지부에서의 층두께인 것이 바람직하다.

본 발명의 표면피복 절삭공구에서, 화합물층은, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄 및 규소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 표면피복 절삭공구에서, 화합물층은, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소와 티탄의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 표면피복 절삭공구에서, 화합물층은 MT-CVD(Medium Temperature Chemical Vapor Deposition)법으로 형성된 티탄의 탄질화물로 이루어진 또는 이 티탄의 탄질화물을 주체로 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 표면피복 절삭공구에서, 기재의 제1표면 및 제2표면은 각각, 기재의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째가 될 수 있다. 여기서, 본 발명의 표면피복 절삭공구는, 기재의 제1표면상에 형성되어 있는 피복층의 표면 및 기재의 제2표면상에 형성되어 있는 피복층의 표면이 각각 경사면이 되는 네거티브 팁에서 그 효과가 현저해진다.

또, 본 발명의 표면피복 절삭공구에서, 기재는, WC계 초경합금, 서멧, 고속도 강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 산화알루미늄 및 탄화티탄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종으로 이루어진 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 표면피복 절삭공구는, 드릴, 엔드밀, 프레이즈 가공용 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 커팅 공구, 리머 또는 탭이 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 공구 수명을 보다 안정화한 표면피복 절삭공구를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 표면피복 절삭공구의 바람직한 일례의 모식적인 사시도이다.

도 2의 (a)는 도 1에 나타내는 표면피복 절삭공구의 상면측의 II-II에 따른 모식적인 단면의 일례이고, 도 2의 (b)는 도 1에 나타내는 표면피복 절삭공구의 하면측의 II-II에 따른 모식적인 단면의 일례이다.

도 3은 트레이상에 기재를 설치한 상태의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.

도 4는 막대형상 부재에 기재를 꽂은 상태의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.

도 5는 실시예 1∼4 및 비교예 1∼2에서, 피복층 또는 피복층을 구성하는 각 층의 층두께를 측정한 곳을 나타내는 모식적인 확대 평면도이다.

도 6은 실시예 5∼6 및 비교예 3에서, 피복층을 구성하는 각 층의 층두께를 측정한 곳 및 커팅 엣지로서 사용한 곳을 나타내는 모식적인 확대 평면도이다.

(부호의 설명)

101 : 표면피복 절삭공구 104 : 기재

105 : 측면 106 : 제1표면

107 : 제2표면 108 : 피복층

108a, 108b, 108c, 108d, 108e : 화합물층

109 : 트레이 110 : 부재

111 : 막대형상 부재 112 : 스페이서

113, 114, 115, 117 : 가상선 116 : 가상 접선

201, 204 : 가상 경사면 201a, 204a : 가상 경사 평행면

202, 205 : 가상 여유면 202a, 205a : 가상 여유 평행면

203, 206 : 가상 평면

이하, 본 발명에 관해 더욱 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는 도면을 이용하여 설명하고 있지만, 본원의 도면에서 동일한 참조부호를 붙인 것은 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내고 있다. 또, 각 도면은 어디까지나 설명을 위한 모식적인 것이며, 피복층의 막두께와 표면피복 절삭공구 본체의 크기비나 코너의 라운드 부(R)의 크기비는 실제의 것과는 상이할 수 있다.

도 1에, 본 발명의 표면피복 절삭공구의 바람직한 일례의 모식적인 사시도를 나타낸다. 도 2의 (a)에, 도 1에 나타내는 본 발명의 표면피복 절삭공구의 상면측의 II-II에 따른 모식적인 단면의 일례를 나타내고, 도 2의 (b)에, 도 1에 나타내는 본 발명의 표면피복 절삭공구의 하면측의 II-II에 따른 모식적인 단면의 일례를 나타낸다.

본 발명의 표면피복 절삭공구(101)는, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기재(104)의 상면인 제1표면(106) 상, 기재(104)의 하면인 제2표면(107) 상 및 기재(104)의 측면(105) 상에 피복층(108)이 형성된 구성을 갖고 있고, 피복층(108)은, 기재(104)측으로부터, 화합물층(108a), 화합물층(108b), 화합물층(108c), 화합물층(108d) 및 화합물층(108e)이 이 순서로 적층되어 구성되어 있다.

여기서, 본 발명의 제1형태에서는, 기재(104)의 제1표면(106) 상에서의 피복층(108)의 층두께 및 기재(104)의 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 A로 했을 때, 기재(104)의 제1표면(106) 상에서의 피복층(108)의 층두께 및 기재(104)의 제2표면(107) 상에서의 피복층(108)의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×A 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

이것은, 본 발명자가 공구 수명의 안정화에 관해 예의 검토한 결과, 피복층(108)의 층두께를 상기 제1형태와 같이 설정함으로써, 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명의 편차를 저감할 수 있어, 공구 수명을 안정화할 수 있음을 발견한 것에 의한 것이다.

또, 본 발명의 제2형태에서는, 기재(104)의 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 B1로 하고, 기재(104)의 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 B2로 했을 때, B1과 B2의 차이의 절대값을 B1과 B2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

이것은, 본 발명자가 공구 수명의 안정화에 관해 예의 검토한 결과, 피복층(108)의 층두께를 상기 제2형태와 같이 설정한 경우에도, 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명의 편차를 저감할 수 있어, 공구 수명을 안정화할 수 있음을 발견한 것에 의한 것이다.

본 발명의 제1∼제2형태에서, 기재(104)의 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 층두께는, 표면피복 절삭공구(101)의 도 2의 (a)에 나타내는 날끝 능선(Z1)보다 내측의 제1표면(106)의 영역(도 2의 (a)의 사선에 의해 그 영역의 일부를 나타낸다) 상의 적어도 일부의 피복층(108)의 층두께를 말한다.

여기서, 날끝 능선(Z1)은, 표면피복 절삭공구(101)의 상면측의 경사면(rake face: 절삭가공시에 피삭재에 접촉하여 피삭재를 커팅하는 면)을 확대한 가상의 가상 경사면(201)과 표면피복 절삭공구(101)의 여유면(flank face: 절삭가공시에 경사면에 의한 절삭 후의 피삭재에 대향하는 면)을 확대한 가상의 가상 여유면(202)과의 교선을 X1로 하고, 가상 경사면(201)을 기재(104)의 제1표면(106)에 처음 접촉하는 위치까지 평행이동시킨 가상 경사 평행면(201a)과, 가상 여유면(202)을 기재(104)의 측면(105)에 처음 접촉하는 위치까지 평행이동시킨 가상 여유 평행 면(202a)과의 교선을 Y1로 했을 때, X1과 Y1의 쌍방을 포함하는 가상 평면(203)과 표면피복 절삭공구(101)의 최표면과의 교선을 말한다.

또, 본 발명의 제1∼제2형태에서, 기재(104)의 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께는, 표면피복 절삭공구(101)의 도 2의 (b)에 나타내는 날끝 능선(Z2)보다 내측의 제2표면(107)의 영역(도 2의 (b)의 사선에 의해 그 영역의 일부를 나타낸다) 상의 적어도 일부의 피복층(108)의 층두께를 말한다.

여기서, 날끝 능선(Z2)은, 표면피복 절삭공구(101)의 하면측의 경사면(절삭가공시에 피삭재에 접촉하여 피삭재를 커팅하는 면)을 확대한 가상의 가상 경사면(204)과 표면피복 절삭공구(101)의 여유면(절삭가공시에 경사면에 의한 절삭 후의 피삭재에 대향하는 면)을 확대한 가상의 가상 여유면(205)과의 교선을 X2로 하고, 가상 경사면(204)을 기재(104)의 제2표면(107)에 처음 접촉하는 위치까지 평행이동시킨 가상 경사 평행면(204a)과, 가상 여유면(202)을 기재(104)의 측면(105)에 처음 접촉하는 위치까지 평행이동시킨 가상 여유 평행면(205a)과의 교선을 Y2로 했을 때, X2와 Y2의 쌍방을 포함하는 가상 평면(206)과 표면피복 절삭공구(101)의 최표면과의 교선을 말한다.

또, 본 발명의 제1∼제2형태에서는, 특히 피복층의 커팅 엣지부에서의 층두께가 본 발명의 제1∼제2형태의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 표면피복 절삭공구(101)를 사용한 절삭가공은, 표면피복 절삭공구(101)의 커팅 엣지부를 피삭재에 접촉시켜 행해지므로, 커팅 엣지부에서의 피복층의 층두께가 본 발명의 제1∼제2형태의 관계를 만족하고 있는 경우에는, 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명 의 편차를 저감할 수 있어, 공구 수명을 안정화할 수 있다고 생각되기 때문이다.

여기서, 커팅 엣지부로는, 일반적으로 표면피복 절삭공구(101)의 상면에 관해서는, 날끝 능선(Z1)으로부터 날끝 능선(Z1)에 대해 수직인 방향(도 2의 (a)의 지면의 좌측방향)으로 적어도 2㎜까지의 영역이 사용되고, 표면피복 절삭공구(101)의 하면에 관해서는, 날끝 능선(Z2)으로부터 날끝 능선(Z2)에 대해 수직인 방향(도 2의 (b)의 지면의 좌측방향)으로 적어도 2㎜까지의 영역이 사용된다.

따라서, 날끝 능선(Z1)으로부터 날끝 능선(Z1)에 대해 수직인 방향(도 2의 (a)의 지면의 좌측방향)으로 적어도 2㎜까지의 표면피복 절삭공구(101)의 상면 영역의 적어도 일부에서의 피복층(108)의 층두께, 및 날끝 능선(Z2)으로부터 날끝 능선(Z2)에 대해 수직인 방향(도 2의 (b)의 지면의 좌측방향)으로 적어도 2㎜까지의 표면피복 절삭공구(101)의 하면 영역의 적어도 일부에서의 피복층(108)의 층두께가 본 발명의 제1형태 및/또는 본 발명의 제2형태의 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제3형태에서는, 기재(104)의 제1표면(106) 상 및 제2표면(107) 상의 화합물층의 층두께의 평균값을 C로 했을 때, 화합물층의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×C 이하인 것을 특징으로 한다.

이것은, 본 발명자가 공구 수명의 안정화에 관해 예의 검토한 결과, 화합물층의 층두께를 본 발명의 제3형태와 같이 설정함으로써, 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명의 편차를 저감할 수 있어, 공구 수명을 안정화할 수 있음을 발견한 것에 의한 것이다.

또, 본 발명의 제4형태에서는, 기재(104)의 제1표면(106) 상의 화합물층의 층두께의 평균값을 D1로 하고, 기재(104)의 제2표면(107) 상의 화합물층의 층두께의 평균값을 D2로 했을 때, D1과 D2의 차이의 절대값을 D1과 D2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하인 것을 특징으로 한다.

이것은, 본 발명자가 공구 수명의 안정화에 관해 예의 검토한 결과, 화합물층의 층두께를 상기 제4형태와 같이 설정한 경우에도, 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명의 편차를 저감할 수 있어, 공구 수명을 안정화할 수 있음을 발견한 것에 의한 것이다.

본 발명의 제3∼제4형태에서, 기재(104)의 제1표면(106) 상의 화합물층의 층두께는, 표면피복 절삭공구(101)의 도 2의 (a)에 나타내는 날끝 능선(Z1)보다 내측의 영역(도 2의 (a)의 사선에 의해 그 영역의 일부를 나타낸다) 상의 적어도 일부의 화합물층의 층두께를 말한다. 날끝 능선(Z1)에 관한 설명은 상기와 동일하다.

또, 본 발명의 제3∼제4형태에서, 기재(104)의 제2표면(107) 상의 화합물층의 층두께는, 표면피복 절삭공구(101)의 도 2의 (b)에 나타내는 날끝 능선(Z2)보다 내측의 영역(도 2의 (b)의 사선에 의해 그 영역의 일부를 나타낸다) 상의 적어도 일부의 화합물층의 층두께를 말한다. 날끝 능선(Z2)에 관한 설명은 상기와 동일하다.

또, 본 발명의 제3∼제4형태에서는, 특히 화합물층의 커팅 엣지부에서의 층두께가 본 발명의 제3∼제4형태의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 표면피복 절삭공구(101)를 사용한 절삭가공은, 표면피복 절삭공구(101)의 커팅 엣지부를 피 삭재에 접촉시켜 행해지므로, 커팅 엣지부에서의 화합물층의 층두께가 본 발명의 제3∼제4형태의 관계를 만족하고 있는 경우에는, 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명의 편차를 저감할 수 있어, 공구 수명을 안정화할 수 있다고 생각되기 때문이다.

커팅 엣지부에 관한 설명은 상기와 동일하다. 따라서, 날끝 능선(Z1)으로부터 날끝 능선(Z1)에 대해 수직인 방향(도 2의 (a)의 지면의 좌측방향)으로 적어도 2㎜까지의 표면피복 절삭공구(101)의 상면 영역의 적어도 일부에서의 화합물층의 층두께, 및 날끝 능선(Z2)으로부터 날끝 능선(Z2)에 대해 수직인 방향(도 2의 (b)의 지면의 좌측방향)으로 적어도 2㎜까지의 표면피복 절삭공구(101)의 하면 영역의 적어도 일부에서의 화합물층의 층두께가 본 발명의 제3형태 및/또는 본 발명의 제4형태의 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3형태 및 본 발명의 제4형태는, 피복층이 복수의 화합물층으로 구성되어 있는 경우에만 적용되고, 피복층이 단층의 화합물층으로 구성되어 있는 경우에는 본 발명의 제1형태 및/또는 본 발명의 제2형태가 적용된다.

또, 본 발명의 제3형태 및 본 발명의 제4형태에서는, 동일한 부위의 화합물층(예를 들어, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 나타내는 구성의 표면피복 절삭공구에서는, 도 2의 (a)에 나타내는 화합물층(108a)과 도 2의 (b)에 나타내는 화합물층(108a), 도 2의 (a)에 나타내는 화합물층(108b)과 도 2의 (b)에 나타내는 화합물층(108b), 도 2의 (a)에 나타내는 화합물층(108c)과 도 2의 (b)에 나타내는 화합물층(108c), 도 2의 (a)에 나타내는 화합물층(108d)과 도 2의 (b)에 나타내는 화합물 층(108d), 도 2의 (a)에 나타내는 화합물층(108e)과 도 2의 (b)에 나타내는 화합물층(108e)) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 합계의 층두께(피복층(108) 전체의 층두께를 제외) 중 어느 하나가 본 발명의 제3형태 및/또는 본 발명의 제4형태의 관계를 만족하고 있으면 된다.

또, 본 발명의 제1∼제4형태의 관계를 만족하는 화합물층으로는, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄 및 규소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 층을 적어도 1층 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 본 발명의 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명이 안정화되는 경향이 있다.

또, 본 발명의 제1∼제4형태의 관계를 만족하는 화합물층으로는, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소와 티탄의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 층을 적어도 1층 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 본 발명의 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명이 안정화되는 경향이 있다.

또, 본 발명의 제1∼제4형태의 관계를 만족하는 화합물층으로는, MT-CVD 법으로 형성된 티탄의 탄질화물로 이루어진 또는 이 티탄의 탄질화물을 주체로 하는 층을 적어도 1층 사용하는 것이 바람직하다. MT-CVD 법으로 형성된 티탄의 탄질화물로 이루어진 층이 본 발명의 제1∼제4형태의 관계를 만족하는 화합물층에 해당하는 경우에는, 본 발명의 표면피복 절삭공구(101)의 공구 수명이 더욱 안정화되는 경향이 있다. MT-CVD 법은, 예를 들어, 탄소원에 아세토니트릴(CH₃CN)을 사용하여 성장 온도(기재의 온도)가 700℃ 이상 1000℃ 이하의 조건으로 티탄의 탄질화물로 이루어진 층을 CVD 법에 의해 성장시킴으로써 행할 수 있다.

본 발명에서 「주체」란, 상기 화합물로 이루어진 화합물층의 50질량% 이상이 상기 화합물로 구성되어 있는 것을 의미한다.

또, 본 발명의 표면피복 절삭공구(101)에서, 피복층(108)은, 예를 들어 종래부터 공지인 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 또는 PVD(Physical Vapor Depo sition)법으로 형성할 수 있다.

예를 들어, CVD 법에 의해 피복층(108)을 형성하는 경우에는, 일반적으로 트레이상에 기재(104)를 나열하여 노 내에 장입하지만, 트레이와 기재(104) 사이의 거리를 거의 또는 전혀 변화시키지 않음으로써, 기재(104)의 제1표면(106) 상에 형성되는 피복층(108)의 층두께와 제2표면(107) 상에 형성되는 피복층(108)의 층두께를 본 발명의 제1형태∼제4형태의 관계를 만족하도록 설정할 수 있다.

예를 들어 도 3의 모식적 단면도에 나타낸 바와 같이, 트레이(109)와 기재(104) 사이에 삼각추형상의 부재(110)를 설치하고, 부재(110)이 높이를 거의 또는 전혀 변화시키지 않음으로써, 본 발명의 제1형태∼제4형태의 관계를 만족하도록 할 수 있다.

또, PVD 법에 의해 피복층(108)을 형성하는 경우에는, 일반적으로 복수의 기재(104)를 막대형상 부재에 꽂아 노 내에 장입하지만, 꽂힌 기재(104) 사이의 거리 를 거의 또는 전혀 변화시키지 않음으로써, 본 발명의 제1형태∼제4형태의 관계를 만족하도록 설정할 수 있다.

예를 들어 도 4의 모식적 단면도에 나타낸 바와 같이, 복수의 기재(104)를 막대형상 부재(111)에 꽂고, 꽂힌 기재(104) 사이에 스페이서(112)를 설치한다. 그리고, 이 스페이서(112)의 높이를 거의 또는 전혀 변화시키지 않음으로써, 본 발명의 제1형태∼제4형태의 관계를 만족하도록 설정할 수 있다.

즉, 본 발명에서는, CVD 법 또는 PVD 법의 어느 것을 사용하든 다양한 방법으로 피복층(108)을 형성할 수 있다.

본 발명의 표면피복 절삭공구(101)의 기재(104)는, 이 종류의 용도의 기재로서 종래 공지의 것이라면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들어, WC계 초경합금(탄화텅스텐 외에 코발트를 포함하는 것, 또는 티탄, 탄탈, 니오븀 등의 탄질화물을 더 첨가한 것도 포함한다), 서멧(탄화티탄, 질화티탄, 탄질화티탄 등을 주성분으로 하는 것), 고속도 강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 또는 산화알루미늄과 탄화티탄으로 이루어진 혼합체 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또, 기재(104)의 제1표면(106) 및 제2표면(107)은 각각, 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째인 것이 바람직하다. 즉, 제1표면(106)이 기재(104)의 표면의 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째인 경우에는 제2표면(107)이 기재(104)의 표면의 면적이 넓은 쪽부터 세어 두번째가 되고, 제2표 면(107)이 기재(104)의 표면의 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째인 경우에는 제1표면(106)이 기재(104)의 표면의 면적이 넓은 쪽부터 세어 두번째가 되는 것이 바람직하고, 기재(104)의 제1표면(106)의 면적과 제2표면(107)의 면적이 동일한 경우에는, 기재(104)의 제1표면(106) 및 제2표면(107)이 각각, 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 모두 첫번째가 되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 표면피복 절삭공구(101)는, 기재(104)의 제1표면(106) 상에 형성되어 있는 피복층(108)의 표면 및 기재(104)의 제2표면(107) 상에 형성되어 있는 피복층(108)의 표면이 각각 경사면이 되는 네거티브 팁(경사면과 여유면이 이루는 각도의 적어도 하나가 90° 이상인 팁)인 것이 바람직하다.

본 발명의 표면피복 절삭공구(101)는, 드릴, 엔드밀, 프레이즈 가공용 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 커팅 공구, 리머 또는 탭 등으로서 적합하게 사용할 수 있다.

실시예

(실시예 1)

우선, TaC 분말, NbC 분말, TiC 분말, Co 분말 및 WC 분말을 혼합한 혼합 분말(TaC 분말의 질량 : NbC 분말의 질량 : TiC 분말의 질량 : Co 분말의 질량 : WC 분말의 질량 = 3 : 2 : 1.5 : 6 : 87.5)을 1450℃의 온도로 1시간 소결한 소결체를 복수 제작했다. 이렇게 하여 제작한 소결체의 탈 β층은 17㎛의 두께였다.

다음으로, 제작한 각각의 소결체에 관해, 날끝 처리 및 SiC 브러시로 경사면에서 볼 때 0.06㎜의 호닝을 행하여, 스미토모전공하드메탈(주)사 제조의 CNMG120408N-UX와 동일한 형상의 기재를 제작했다.

그리고, 동일 트레이의 평탄한 표면상에 임의의 높이의 삼각추형상의 부재를 설치하여 상기 기재를 각각 상기 삼각추형상의 부재상에 설치했다.

그 후, 종래부터 공지인 CVD 법에 의해, 기재의 표면상에 TiN 층, MT-TiCN 층, TiBN 층, α-Al₂O₃ 층 및 TiN 층을 순서대로 적층하여 피복층을 형성했다. 이에 의해, 실시예 1의 표면피복 절삭공구를 제작했다. MT-TiCN 층은 MT-CVD 법으로 형성된 TiCN 층을 말한다.

실시예 1의 표면피복 절삭공구는, 가장 큰 면적을 갖는 상면 및 하면을 각각 경사면으로 하고, 그 이외의 표면인 측면을 여유면으로 하는 네거티브 팁이고, 경사면과 여유면이 이루는 각도는 90°였다. 또, 실시예 1의 표면피복 절삭공구는, 그 상면측에 꼭지각(인접하는 2개의 날끝 능선(Z1)이 이루는 각도)이 80°인 커팅 엣지 1 및 커팅 엣지 2를 가지며, 그 하면측에 꼭지각(인접하는 2개의 날끝 능선(Z2)이 이루는 각도)이 80°인 커팅 엣지 3 및 커팅 엣지 4를 갖고 있다.

그리고, 실시예 1의 표면피복 절삭공구의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께의 단위는 ㎛이다.

여기서, 표 1에 나타내는 각 층의 층두께의 값은, 도 5의 모식적 확대 평면도에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 표면피복 절삭공구의 날끝 능선(Z1) 및 날끝 능선(Z2)으로부터 이들 날끝 능선에 대해 수직이며 경사면에 대해 평행하게 0.5㎜ 내측으로 신장되는 가상선(113), 가상선(114) 및 가상선(115)을 따라 절단한 단면을 상기 각 가상선상의 10점의 위치에서 각각 랩핑하여, 표면피복 절삭공구 1개당 총 30점의 위치에서 표 1에 나타내는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 금속 현미경으로 측정하여, 그 측정값으로부터 산출한 평균값으로 되어 있다.

또, 표 1에서, A값, B값, C값 및 D값으로는, 실시예 1의 각각의 표면피복 절삭공구에 관해 상기 측정값으로부터 하기의 식을 이용하여 개개의 표면피복 절삭공구의 A값, B값, C값 및 D값을 산출하고, 그 산출값으로부터 산출한 평균값이 나타나 있다. A값, B값, C값 및 D값은 각각 소수점 이하 3자리를 사사오입한 값이다.

A값=(피복층 전체의 최대 층두께와 최소 층두께의 차이의 절대값)/(피복층 전체의 층두께의 평균값)

B값=(상면측의 피복층 전체의 층두께의 평균값과 하면측의 피복층 전체의 층두께의 평균값의 차이의 절대값)/(상면측의 피복층 전체의 층두께의 평균값과 하면측의 피복층 전체의 층두께의 평균값 중 큰 쪽의 값)

C값=(MT-TiCN 층의 최대 층두께와 최소 층두께의 차이의 절대값)/(MT-TiCN 층의 층두께의 평균값)

D값=(상면측의 MT-TiCN 층의 층두께의 평균값과 하면측의 MT-TiCN 층의 층두께의 평균값의 차이의 절대값)/(상면측의 MT-TiCN 층의 층두께의 평균값과 하면측의 MT-TiCN 층의 층두께의 평균값 중 큰 쪽의 값)

또, 10개의 실시예 1의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 하기의 절삭시험조건으로 절삭시험을 행하여 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

공구 수명은, 커팅 엣지의 여유면 마모량이 0.2㎜를 초과한 시점 및/또는 날끝가 결손된 시점의 절삭시간(초)으로 했다. 또, 표 2의 공구 수명의 평균값(초)란에는, 10개의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4의 총 40개의 커팅 엣지의 공구 수명(초)의 평균값이 나타나 있다. 또한, 표 2의 공구 수명의 표준편차란에는, 10개의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4의 총 40개의 커팅 엣지의 공구 수명(초)의 표준편차가 나타나 있다.

<절삭시험조건>

사용 홀더 : PCLNR2525-43(스미토모전공하드메탈(주)사 제조)

피삭재 : SCM420H, HB=205(단속 있음)

절삭 속도 : 196m/min

피딩(feeding) : 0.27∼0.35㎜/rev.

절삭 깊이 : 1.5㎜

절삭 오일 : 수용성 오일

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 802초이고, 표준편차는 90이었다.

(실시예 2)

CVD 법에 의한 형성조건을 변경하여 피복층을 구성하는 각 층을 형성한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 실시예 2의 표면피복 절삭공구를 복수 제작했다.

여기서, 실시예 2의 표면피복 절삭공구는, 가장 큰 면적을 갖는 상면 및 하면을 각각 경사면으로 하고, 그 이외의 표면인 측면을 여유면으로 하는 네거티브 팁이고, 경사면과 여유면이 이루는 각도는 90°였다. 또, 실시예 2의 표면피복 절삭공구는, 그 상면측에 꼭지각이 80°인 커팅 엣지 1 및 커팅 엣지 2를 가지며, 그 하면측에 꼭지각이 80°인 커팅 엣지 3 및 커팅 엣지 4를 갖고 있다.

그리고, 실시예 2의 표면피복 절삭공구의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 실시예 1과 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또, 10개의 실시예 2의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 실시예 1과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 절삭시험을 행하여, 실시예 1과 동일한 기준으로 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 783초이고, 표준편차는 127였다.

(비교예 1)

CVD 법에 의한 형성조건을 변경하여 피복층을 구성하는 각 층을 형성한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 비교예 1의 표면피복 절삭공구를 복수 제작했다.

그리고, 비교예 1의 표면피복 절삭공구의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 실시예 1과 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또, 10개의 비교예 1의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 실시예 1과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 절삭시험을 행하여, 실시예 1과 동일한 기준으로 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 689초이고, 표준편차는 218이었다.

[표 1]

[표 2]

표 1 및 표 2에 나타내는 결과에서 분명한 바와 같이, A값 및 B값이 각각 0.04 이하인 실시예 1∼2의 표면피복 절삭공구는, A값 및 B값이 각각 0.04를 초과한 비교예 1의 표면피복 절삭공구와 비교하여, 공구 수명이 길어지고, 공구 수명이 안정화되는 것이 확인되었다.

실시예 1∼2의 표면피복 절삭공구의 공구 수명이 비교예 1과 비교하여 길어진 이유로는, 실시예 1∼2의 표면피복 절삭공구는 정상 마모였던 데 비해, 비교예 1에서는 상면측의 커팅 엣지 1∼2의 칩핑이 보이고, 이에 의해 비교예 1의 표면피복 절삭공구는 공구 수명이 짧아졌다고 생각된다.

(실시예 3)

우선, TaC 분말, Cr₃C₂ 분말, Co 분말 및 WC 분말을 혼합한 혼합 분말(TaC 분말의 질량 : Cr₃C₂ 분말의 질량 : Co 분말의 질량 : WC 분말의 질량 = 0.3 : 0.2 : 10 : 89.5)을 1400℃의 온도로 1시간 소결한 소결체를 복수 제작했다. 이렇 게 하여 제작한 소결체에는 탈 β층이 형성되지 않았다.

다음으로, 그 각각의 소결체에 관해, 날끝 처리 및 SiC 브러시로 경사면에서 볼 때 0.03㎜의 호닝을 행하여, 스미토모전공하드메탈(주)사 제조의 CNMG120408N-EX와 동일한 형상의 기재를 제작했다.

그리고, 상기 기재를 각각 스페이서를 통해 막대형상 부재에 꽂은 후, 종래부터 공지인 PVD 법에 의해, 기재의 표면상에 TiAlN 층을 1층 적층하여 피복층을 형성했다. 이에 의해, 실시예 3의 표면피복 절삭공구를 제작했다.

여기서, 실시예 3의 표면피복 절삭공구는, 가장 큰 면적을 갖는 2개의 표면을 각각 경사면으로 하고, 그 이외의 표면인 측면을 여유면으로 하는 네거티브 팁이고, 경사면과 여유면이 이루는 각도는 90°였다.

그리고, 실시예 3의 표면피복 절삭공구의 각각의 TiAlN 층으로 이루어진 피복층의 층두께를 실시예 1과 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3에서의 TiAlN 층의 층두께의 값, A값 및 B값의 표기는 각각 표 1에 준하여 기재되어 있다.

또, 10개의 실시예 3의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 하기의 절삭시험조건으로 절삭시험을 행하여, 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

공구 수명은, 커팅 엣지의 여유면 마모량이 0.2㎜를 초과한 시점, 날끝가 결손된 시점 및 하기 피삭재의 표면조도 Rz(JIS B 0601-1994)가 2.0㎛를 초과한 시점의 적어도 하나의 시점의 절삭시간(초)으로 했다. 또, 표 4의 표기는, 표 2에 준하 여 기재되어 있다.

<절삭시험조건>

사용 홀더 : PCLNR2525-43(스미토모전공하드메탈(주)사 제조)

피삭재 : SUS304 인발재, HB=155(단속 있음)

절삭 속도 : 140m/min

피딩(feeding) : 0.28㎜/rev.

절삭 깊이 : 2.0㎜

절삭 오일 : 수용성 오일

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 125초이고, 표준편차는 6.3이었다.

(실시예 4)

PVD 법에 의한 형성조건을 변경하여 TiAlN 층을 형성한 것 외에는 실시예 3과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 실시예 4의 표면피복 절삭공구를 복수 제작했다.

여기서, 실시예 4의 표면피복 절삭공구는, 가장 큰 면적을 갖는 상면 및 하면을 각각 경사면으로 하고, 그 이외의 표면인 측면을 여유면으로 하는 네거티브 팁이고, 경사면과 여유면이 이루는 각도는 90°였다. 또, 실시예 4의 표면피복 절삭공구는, 그 상면측에 꼭지각이 80°인 커팅 엣지 1 및 커팅 엣지 2를 가지며, 그 하면측에 꼭지각이 80°인 커팅 엣지 3 및 커팅 엣지 4를 갖고 있다.

그리고, 실시예 4의 표면피복 절삭공구의 TiAlN 층의 층두께를 실시예 3과 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

또, 10개의 실시예 4의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 실시예 3과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 절삭시험을 행하여, 실시예 3과 동일한 기준으로 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 4의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 120초이며, 표준편차는 8.1이었다.

(비교예 2)

PVD 법에 의한 형성조건을 변경하여 TiAlN 층을 형성한 것 외에는 실시예 3과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 비교예 2의 표면피복 절삭공구를 복수 제작했다.

그리고, 비교예 2의 표면피복 절삭공구의 TiAlN 층의 층두께를 실시예 3과 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

또, 10개의 비교예 2의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 실시예 3과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 절삭시험을 행하여, 실시예 3과 동일한 기준으로 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 117초이며, 표준편차는 17.8이었다.

[표 3]

[표 4]

표 3 및 표 4에 나타내는 결과에서 분명한 바와 같이, A값 및 B값이 각각 0.04 이하인 실시예 3∼4의 표면피복 절삭공구는, A값 및 B값이 각각 0.04를 초과한 비교예 2의 표면피복 절삭공구와 비교하여, 공구 수명이 길어지고, 공구 수명이 안정화되는 것이 확인되었다.

(실시예 5)

우선, TiC 분말, TaC 분말, NbC 분말, Co 분말 및 WC 분말을 혼합한 혼합 분 말(TiC 분말의 질량 : TaC 분말의 질량 : NbC 분말의 질량 : Co 분말의 질량 : WC 분말의 질량 = 0.3 : 0.6 : 0.3 : 5.2 : 93.6)을 1450℃의 온도로 1시간 소결한 소결체를 복수 제작했다. 이렇게 하여 제작한 소결체에는 탈 β층이 형성되지 않았다.

다음으로, 제작한 각각의 소결체에 관해, 날끝 처리 및 SiC 브러시로 경사면에서 볼 때 0.03㎜의 호닝을 행하여, JIS B 4120-1998에 규정되어 있는 CNMA120408과 동일한 형상의 기재(칩 브레이커 없음)를 제작했다.

그리고, 동일한 트레이의 평탄한 표면상에 임의의 높이의 삼각추형상의 부재를 설치하여 상기 기재를 각각 상기 삼각추형상의 부재상에 설치했다.

그 후, 종래부터 공지인 CVD 법에 의해, 기재의 표면상에 TiN 층, MT-TiCN 층, TiBN 층, α-Al₂O₃ 층 및 TiN 층을 순서대로 적층하여 피복층을 형성했다. 이에 의해, 실시예 5의 표면피복 절삭공구를 제작했다. MT-TiCN 층은 MT-CVD 법으로 형성된 TiCN 층을 말한다.

실시예 5의 표면피복 절삭공구는, 가장 큰 면적을 갖는 상면 및 하면을 각각 경사면으로 하고, 그 이외의 표면인 측면을 여유면으로 하는 네거티브 팁이고, 경사면과 여유면이 이루는 각도는 90°였다. 또, 실시예 5의 표면피복 절삭공구는, 그 상면측에 꼭지각(인접하는 2개의 날끝 능선(Z1)이 이루는 각도)이 80°인 커팅 엣지 1 및 커팅 엣지 2를 가지며, 그 하면측에 꼭지각(인접하는 2개의 날끝 능선(Z2)이 이루는 각도)이 80°인 커팅 엣지 3 및 커팅 엣지 4를 갖고 있다.

그리고, 실시예 5의 표면피복 절삭공구의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 측정했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5에 나타내는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께의 단위는 ㎛이다.

여기서, 표 5에 나타내는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께의 값은, 도 6의 모식적 확대 평면도에 나타낸 바와 같이, 실시예 5의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4의 선단의 호형상의 만곡부에 대한 가상 접선(116)에 대해 수직방향으로 0.15㎜ 내측으로 들어간 영역(도 6의 사선부)에서, 커팅 엣지 1∼4의 선단의 호형상의 만곡부와 가상 접선(116)의 접점으로부터 가상 접선(116)에 대해 수직인 가상선(117)을 긋고, 그 가상선(117)을 따라 절단한 단면을 가상선(117) 상의 10점의 위치에서 각각 랩핑하여, 표면피복 절삭공구 1개당 총 10점의 위치에서 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 금속 현미경으로 측정하여, 그 측정값으로부터 산출한 평균값으로 되어 있다.

표 5에서의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께의 값, 피복층 전체의 층두께의 값, A값, B값, C값 및 D값의 표기는 각각 표 1에 준하여 기재되어 있다.

또, 10개의 실시예 5의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4를 각각 사용하여, 하기의 절삭시험조건으로 절삭시험을 행하여, 공구 수명을 평가하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다. 또, 공구 수명에 관해서는, 실시예 3과 동일하게 하여 평가했다. 또, 표 6의 표기는, 표 2에 준하여 기재되어 있다.

<절삭시험조건>

사용 홀더 : PCLNR2525-43(스미토모전공하드메탈(주)사 제조)

피삭재 : FCD450, HB=230(단속 있음)

절삭 속도 : 155m/min

피딩(feeding) : 0.31∼0.36㎜/rev.

절삭 깊이 : 2㎜

절삭 오일 : 수용성 오일

표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 5의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 615초이고, 표준편차는 111이었다.

(실시예 6)

실시예 5와는 다른 조건으로 피복층을 형성한 것 외에는 실시예 5와 동일한 방법 및 동일한 조건으로 실시예 6의 표면피복 절삭공구를 복수 제작했다.

그리고, 실시예 6의 표면피복 절삭공구의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 실시예 5와 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

또, 10개의 실시예 6의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4(도 6의 사선부)를 각각 피삭재에 접촉시켜, 실시예 5와 동일한 조건으로 절삭시험을 행하여, 실시예 5와 동일하게 하여 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 6의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 601초이고, 표준편차는 132였다.

(비교예 3)

실시예 5와는 다른 조건으로 피복층을 형성한 것 외에는 실시예 5와 동일한 방법 및 동일한 조건으로 비교예 3의 표면피복 절삭공구를 복수 제작했다.

그리고, 비교예 3의 표면피복 절삭공구의 피복층을 구성하는 각 층의 층두께 및 피복층 전체의 층두께를 실시예 5와 동일하게 하여 측정했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

또, 10개의 비교예 3의 표면피복 절삭공구의 커팅 엣지 1∼4(도 6의 사선부)를 각각 피삭재에 접촉시켜, 실시예 5와 동일한 조건으로 절삭시험을 행하여, 실시예 5와 동일하게 하여 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

표 6에 나타낸 바와 같이, 비교예 3의 표면피복 절삭공구의 공구 수명의 평균값은 537초이고, 표준편차는 201이었다.

[표 5]

[표 6]

표 5및 표 6에 나타내는 결과에서 분명한 바와 같이, A값 및 B값이 각각 0.04 이하인 실시예 5∼6의 표면피복 절삭공구는, A값 및 B값이 각각 0.04를 초과한 비교예 3의 표면피복 절삭공구와 비교하여, 공구 수명이 길어지고, 공구 수명이 안정화되는 것이 확인되었다.

상기 실시예 1∼4의 표면피복 절삭공구에는 각각 칩 브레이커가 있고, 상기 실시예 5∼6의 표면피복 절삭공구에는 칩 브레이커가 없지만, 칩 브레이커의 유무와 상관없이, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다고 생각된다.

또, 상기 실시예 1∼6의 표면피복 절삭공구의 피복층의 표면에 블러스트, 배럴 또는 브러시 등의 어떠한 표면처리가 이루어진다 하더라도 본 발명의 효과는 상실되지 않는다고 생각된다.

또, 상기 실시예 3∼4의 표면피복 절삭공구의 피복층은 단층이지만, 피복층이 복수층으로 이루어진 경우에도 상기 실시예 3∼4와 동일한 효과를 얻을 수 있다고 생각된다.

또, 상기에서, TiN 층, MT-TiCN 층, TiBN 층 및 TiAlN 층의 각각의 층에서의 원소의 조성은 반드시 화학양론 조성으로 되어 있지 않아도 된다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이라고 생각되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

예를 들어 10개, 바람직하게는 50개, 더욱 바람직하게는 100개, 가장 바람직하게는 표면피복 절삭공구의 전제품이, 상기 제1형태∼제4형태의 적어도 하나의 형태의 관계를 만족함으로써, 어느 표면피복 절삭공구의 어느 커팅 엣지를 선택하여 절삭가공을 행하더라도, 공구 수명이 안정화될 뿐만 아니라, 안정된 절삭가공이 가능해지는 장점도 있다.

Claims

기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구(101)로서,

상기 기재(104)의 상면인 제1표면(106) 상 및 하면인 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 A로 했을 때, 상기 피복층(108)의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×A 이하이고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 어느 하나가 되고, 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 다른 하나가 되고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 표면 및 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 표면이 각각 경사면이 되는 네거티브 팁인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제1항에 있어서,

상기 피복층(108)의 층두께는, 상기 피복층(108)의 커팅 엣지부에서의 층두께인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
삭제
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제1항에 있어서,

상기 기재(104)는, WC계 초경합금, 서멧, 고속도 강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 산화알루미늄 및 탄화티탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제1항에 있어서,

상기 표면피복 절삭공구(101)는, 드릴 날끝 교환형 팁, 엔드밀 날끝 교환형 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 커팅 공구, 리머, 또는 탭인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구(101)로서,

상기 기재(104)의 상면인 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 B1로 하고, 상기 기재(104)의 하면인 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 층두께의 평균값을 B2로 했을 때, B1과 B2의 차이의 절대값을 B1과 B2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하이고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 어느 하나가 되고, 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 다른 하나가 되고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 표면 및 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 표면이 각각 경사면이 되는 네거티브 팁인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제7항에 있어서,

상기 피복층(108)의 층두께는, 상기 피복층(108)의 커팅 엣지부에서의 층두 께인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
삭제
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제7항에 있어서,

상기 기재(104)는, WC계 초경합금, 서멧, 고속도 강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 산화알루미늄 및 탄화티탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제7항에 있어서,

상기 표면피복 절삭공구(101)는, 드릴 날끝 교환형 팁, 엔드밀 날끝 교환형 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 커팅 공구, 리머, 또는 탭인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구(101)로서,

상기 피복층(108)은 복수의 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)을 포함하고 있고,

상기 기재(104)의 상면인 제1표면(106) 상 및 하면인 제2표면(107) 상의 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 전체의 층두께의 평균값을 C로 했을 때, 상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 전체의 층두께 중 최대 층두께와 최소 층두께의 차이가 0.04×C 이하이고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 어느 하나가 되고, 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 다른 하나가 되고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 표면 및 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 표면이 각각 경사면이 되는 네거티브 팁인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제13항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 전체의 층두께는, 상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)의 커팅 엣지부에서의 층두께인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제13항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)은, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄 및 규소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제13항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)은, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소와 티탄의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제13항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)은, MT-CVD 법으로 형성된 티탄의 탄질화물로 이루어진 또는 이 티탄의 탄질화물을 주체로 하는 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
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제13항에 있어서,

상기 기재(104)는, WC계 초경합금, 서멧, 고속도 강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 산화알루미늄 및 탄화티탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제13항에 있어서,

상기 표면피복 절삭공구(101)는, 드릴 날끝 교환형 팁, 엔드밀 날끝 교환형 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 커팅 공구, 리머, 또는 탭인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
기재(104) 상에 피복층(108)이 형성된 표면피복 절삭공구(101)로서,

상기 피복층(108)은 복수의 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)을 포함하고 있고,

상기 기재(104)의 상면인 제1표면(106) 상의 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 전체의 층두께의 평균값을 D1로 하고, 상기 기재(104)의 하면인 제2표면(107) 상의 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 전체의 층두께의 평균값을 D2로 했을 때, D1과 D2의 차이의 절대값을 D1과 D2 중 값이 큰 것으로 나눈 값이 0.04 이하이고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 어느 하나가 되고, 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107)은 상기 기재(104)의 표면 중 면적이 넓은 쪽부터 세어 첫번째 또는 두번째 중 다른 하나가 되고,

상기 기재(104)의 상기 제1표면(106) 상의 피복층(108)의 표면 및 상기 기재(104)의 상기 제2표면(107) 상의 피복층(108)의 표면이 각각 경사면이 되는 네거티브 팁인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제22항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e) 중 어느 하나의 층두께 또는 임의의 복수의 화합물층의 전체의 층두께는, 상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)의 커팅 엣지부에서의 층두께인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제22항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)은, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄 및 규소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제22항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)은, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소와 티탄의 화합물로 이루어진 또는 이 화합물을 주체로 하는 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제22항에 있어서,

상기 화합물층(108a, 108b, 108c, 108d, 108e)은, MT-CVD 법으로 형성된 티탄의 탄질화물로 이루어진 또는 이 티탄의 탄질화물을 주체로 하는 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
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제22항에 있어서,

상기 기재(104)는, WC계 초경합금, 서멧, 고속도 강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화규소 소결체, 산화알루미늄 및 탄화티탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).
제22항에 있어서,

상기 표면피복 절삭공구(101)는, 드릴 날끝 교환형 팁, 엔드밀 날끝 교환형 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 금속 톱, 기어 커팅 공구, 리머, 또는 탭인 것을 특징으로 하는 표면피복 절삭공구(101).