[发明专利]切入式磨削工具

说明书

本申请是申请人于2004年6月24日提出的国际申请号为PCT/JP2004/008873(中国国家阶段申请号：200480017419.2)、发明名称为“工具用表面覆盖高硬度材料”的国际申请的分案。

技术领域

本发明涉及一种以立方晶系氮化硼(CBN)为主要成分的CBN烧结体为基材，在其上覆盖薄膜的工具用材料的改良。

背景技术

CBN是具有仅次于宝石的高硬度的材料，合金属的反应性很低，因此其烧结体被用于耐热合金或淬火钢的切削。在如此高硬度的CBN烧结体中，通过覆盖具有能够防止刀刃的磨损的效果。覆盖膜在刀刃的刃的部分具有圆度部膜厚变厚则圆度部变大。在专利文献1中公开了在CBN烧结体上具有耐磨损层和中间层和最表面层的覆盖CBN烧结体。提出了作为耐磨损层覆盖有TiAl(CNO)等，作为中间层或最表面层覆盖有TiN等的工具用表面覆盖高硬度材料。

专利文献2是在CBN烧结体上具有含有钛和铝的复合氮化物、复合碳化物等的覆盖膜的材料。特别是覆盖膜的结晶面(200)的X射线的衍射强度和结晶面(100)的X射线衍射强度的比在特定范围内，覆盖膜的厚度为1～15μm的复合硬质膜覆盖构件。

专利文献1：特开平8-119774号公报第2页、第6～10页、表1、3、5

专利文献2：特开2001-234328号公报第2页

现有的覆盖工具，覆盖膜的厚度有1μm以上的厚度。最近，因为希望淬火钢等的间断切削加工的长寿命化和精加工的高精度化，所以在现有的覆盖工具中覆盖膜的稳定性不足，不能得到充分的工具寿命。在间断切削加工中，与CBN烧结体相比强度低的陶瓷覆盖膜膜厚越大则由剪断的冲击在刀刃的刃部膜剥离1膜脱落发生，成为覆盖工具的缺损或被切削材的面粗糙度恶化的原因。还有，随着进给量接近覆盖膜，覆盖膜下在没有基材的部分切削的比率高，容易发生覆盖膜的剥离。

一般，因为在覆盖超硬合金工具中不是高精度加工而是以切断、进给量大的高效加工为对象，所以存在由于高切断载荷的膜剥离发生的问题。另一方面，因为在由CBN工具的切削中，为了得到高精度的加工面，所以以进给量小的精加工为对象的情况较多。在本发明者们得到的认识中，即使在低进给加工中，由于比切削阻力(切削阻力除以切削断面积的值)变高，膜剥离也容易发生。比切削阻力变高的理由被认为是进给量小时，由于切削断面积变小被削材内部的缺陷存在概率变小，所以材质强度相对变高(比切削阻力的尺寸效果)。特别是在切入磨削的切槽加工中，因为切刃的接触面积大与其高切削载荷的纵削相比进给量小，并且其加工结束时进给为0的状态，对覆盖膜施与大的切削应力，导致膜的剥离。以上的覆盖膜的剥离的防止是第一课题。

还有，在高精度加工中现有的覆盖没的切刃的刃部发生的“圆度部”使加工精度下降，并且因为比切削阻力变高，所以减小此“圆度部”是第二课题。

发明内容

本发明是一种工具用表面覆盖高硬度材料，其以CBN烧结体为基材，在基材的表面具有由以从C、N以及O中任选至少1种的元素和Ti和Al中任选至少一种的元素为著称分的化合物构成的至少1层的厚度为0.1μm以上且低于1μm的覆盖膜。本发明的工具用表面覆盖高硬度材料，具有作为覆盖膜的由TiAl(CNO)构成的耐磨损层。另外还可以设有由TiN等构成的中间层或最表面层。

本发明的覆盖膜，由Ti和Al的氮化物或碳氮化物构成，以从覆盖膜的X射线衍射的(111)面的衍射强度为从I(111)，从(200)面的衍射强度为I(200)时，优选为I(111)/I(200)≤3。衍射强度依存于成膜条件，但是若I(111)/I(200)超过3，则由于压缩应力的下降以及结晶粒的粗大化导致耐磨损性和耐缺陷性的降低，所以设为3以下。

从各种实验可知，与现有膜相比膜厚薄的本发明的覆盖膜优选具有由(Ti₁-_XAl_X)N、0.3≤X≤0.6表示的组成。TiAlN系的覆盖膜因为与CBN基材相比热膨胀系数大，所以成膜结束后的冷却时因为各自的收缩率的差在覆盖膜内部发哼僧拉应力，使成膜时发生的残余压缩应力得到缓和。在此推定为随着覆盖膜中的Al的比率变高，覆盖没的热膨胀系数变低，X超过0.6，则由于和CBN基材的热膨胀系数的差压缩应力的缓和效果变低，膜内部的高压缩应力残留，在切削时容易发生膜剥离。还有，X低于0.3，则硬度变低不能得到抑制磨损的效果，所以设为0.3≤X≤0.6。此范围是耐磨损性和耐剥离性优异、适于间断切削或切槽加工的组成。此外优选为0.3≤X≤0.45。