JP2004322229A - Gear processing method and coated hob - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速度工具鋼を母材とする刃部を有するホブを用いて歯形を形成させる歯車加工方法及びコーティング被覆ホブに関する。
【0002】
【従来の技術】これまで歯車加工においては切削中に油剤を用いる湿式法が主流であったが、最近では環境問題を考慮にいれた、切削時に油剤を全く用いない乾式方法が登場している。工具本体のホブについても、耐熱性を向上させたTiAlN膜をホブに被覆して高速切削加工を乾式で行うことが可能となった。例えば特許第3165658号では、高速度工具鋼製の刃部を備えたホブを用いて、
(Ti1−x Alx )(Ny C1−y ) 0.2≦x≦0.85、
0.25≦y≦1.0 の組成からなる膜を少なくとも1層コーティングしたホブを用い、切削速度が120m/min をこえて400m/min 以下の範囲で、切削油剤を用いずドライカット、または切削部にエアを吹き付けて歯形を創成することを特徴とする歯車加工方法を提唱している。
【0003】
【解決しようとする課題】しかしながら、この引用例の発明を用いて歯車加工をした場合には、高速でドライカットは実現されるが、ホブに施したTiAlN膜の耐熱性が不十分なためクレータ摩耗の進行がはやくなり、実用的な摩耗限界幅までに早期に至るという欠点がある。
また特許文献2ではギヤシャーパにおいて窒化物形成元素をMとし、実質的に
(Tiz Alx M1−z−x )(1−w) (Ny C1−y )w ただし
0.2≦x≦0.9、 0.2≦y≦1.0、 0.1≦z≦0.8、
0.7≦(z+x)<1.0、 0.45≦w≦0.55
の組成の膜を少なくとも一層を、少なくとも逃げ面にコーティングしたものを用い、切削油剤を用いずに、切削速度300m/min 以下で加工することを特徴とするギヤシェーパ加工方法およびギヤシェーパを提唱している。そして窒化物形成元素Mの1つとしてV,Bなどの各種の第3元素も含めて、「窒化物形成元素MはTiAlと置換可能で良質な窒化物を形成できる」として第3元素を添加した実施例を述べているが、第3元素が積極的な効果を有するなどの提唱はしていない。また切削加工についてもあくまでも「窒化物形成元素を添加しない場合と同一」加工が実現できるとして、実施例でもV,Bの微量添加の場合に対しても影響のないこと実証しているにすぎない。したがって上記引用例においてはいずれもTiAlN膜の効果の範疇をでることはなく、高速切削条件下でのホブの早期摩耗は避けることができず、いずれも高速切削に対応したコーティング被覆ホブおよびそれを用いた加工法を提案しているとはいえない。
【0004】
【特許文献1】特許第3165658号 請求項1
【特許文献2】特許第2961106号 請求項3、請求項7
【0005】
本発明の課題は、従来技術において、ホブに施したTiAlN膜の耐熱性が不十分なためクレータ摩耗の進行がはやくなり、実用的な摩耗限界幅までに早期に至るという欠点を解消した、耐酸化性を充分に発揮することのでき、かつ工具基体である被覆母材と硬質被膜との密着性と硬度が確保された膜構造を有するコーティング被覆ホブ及び歯車加工方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解決すべく、高速度工具鋼を母材とする刃部を有するホブを用いて、
ホブの表面に(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )、ただし、金属元素の原子分率で、0.3≦x≦0.45、0.1<y≦0.3、0≦z≦0.4で示される化学組成からなる硬質被膜のa層と、
(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で
0.3≦u≦0.55、 0.01≦v≦0.2、 0≦w≦0.2
で示される化学組成からなる硬質被膜のb層と、それぞれの層が少なくとも1層以上交互に被覆されたものであり、かつ硬質被膜のb層が前記母材の表面上にあるホブを用いて、
切削速度が100m/min から300m/min の範囲で、
完全乾式または微少な油剤s cc/min ただし 0<s≦20 を噴霧状にして切削部に吹き付け切削加工することを特徴とする歯車加工法及びコーティング被覆ホブを提供することにより、上述した本発明の課題を解決した。
【0007】
【発明の効果】本発明のかかる構成により、TiAlSiN系膜の耐酸化性を充分に発揮することのできるa層と、かかるa層を被覆母材に被覆したTiAlCrCN層のb層上に被覆することにより、工具基体である被覆母材と硬質被膜との密着性と硬度が確保された膜構造を有するコーティング被覆ホブ及び歯車加工法を提供するものとなり、従来のTiAlN膜を被覆したものに較べてすくい面のクレータ摩耗とフランク面の逃げ面摩耗の進行を遅れさせることができ、その結果、逃げ面摩耗も大きく進行することなく高速切削おけるホブの寿命を大幅に延ばすことが可能となった。
【0008】
特に上記歯車加工において、20cc/min以下の微少な油剤を噴霧状にして切削部に吹き付けて歯形を形成する方法ではさらに完全乾式以上の効果が得られることも知見として得られた。これは微小油剤の油滴がワークとホブ切れ刃の間に入り込んで潤滑膜を形成し摩擦係数を減少させることで切削による発熱を押さえる効果となり、結果的に発熱擦過による摩耗の進行が抑制されることによるものと考えられる。
【0009】
本発明の硬質被膜a層を構成する(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )の金属元素中のTiの原子比率は、膜硬度の測定結果から、金属元素の原子分率で28%以上、45%以下を満足することが必要である。より好ましくは31%以上、44%以下である。同じく硬質被膜a層におけるSiの添加量は、耐酸化性の観点から金属元素の原子分率で10%こえて多ければ多いほど効果が高いが、30%を越えるとコーティング膜が脆くなり切削中にチッピング現象(膜飛び)が発生するためこの範囲に限定した。より好ましくは13%以上、28%以下である。Cの原子比率は、0%でもよいが、40%を越えるとb層との密着性が低下するためこの範囲に限定した。より好ましくは0%以上、35%以下である。本発明において硬質被膜a層の密着性を向上し、被膜の硬度低下を抑制する下地の硬質被膜b層の膜としてはa層と結晶構造の等しい(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w )系の被膜である必要がある。従って硬質被膜b層における各金属元素の原子分率は、Tiは膜硬度の測定結果から、金属元素の原子分率で30%以上、55%以下を満足することが必要である。より好ましくは32%以上、54%以下である。Crは1%未満では効果がなく、20%を越えると密着性が低下し、切削に耐えることが出来ない。より好ましくは1%以上、19%以下である。Cの原子比率は、0%でもよいが、40%を越えると靱性が不足するので、50%以下である。より好ましくは0%以上、17%以下である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明品の実施の形態のコーティング被覆ホブのコーティング膜の構成を示すブロック図を図1に示す。本発明品のコーティング被覆ホブは、高速度鋼を母材質とし、硬質被膜を被覆してなる工具20であって、前記硬質被膜の成分が、(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で 0.3≦u≦0.55、 0.01≦v≦0.2、0≦w≦0.2
で示される化学組成からなる硬質被膜のb層21を被覆し、
b層21の上に、前記硬質被膜の成分が(Tix Al1−x−y Siy )(Cz N1−z )、ただし、金属元素の原子分率で 0.30≦x≦0.45,
0.1<y≦0.3,0≦z≦0.4 で示される化学組成からなるa層22を、それぞれ1層以上交互に被覆されたものである。図1では各1層のみ示す。
【0011】
図2に図1に示す本発明の硬質被膜を被覆したコーティング被覆ホブホブを使用しホブ盤を用いた本発明の歯車加工法の実施形態を示す概略側面図を示す。切削速度が100m/min から300m/min の範囲で、かつ完全乾式または微少な油剤s cc/min、ただし0<s≦20 を噴霧状にして切削部に吹き付けて切削を行うことを特徴とする歯車加工方法であり、完全乾式あるいはエアを吹き付けた時の寿命を大幅に向上させることができ、特に上記歯車加工において、20cc/min以下の微少な油剤を噴霧状にして切削部に吹き付けて歯形を形成する方法ではさらに完全乾式以上の効果が得られることも知見として得られた。これは微小油剤の油滴がワークとホブ切れ刃の間に入り込んで潤滑膜を形成し摩擦係数を減少させることで切削による発熱を押さえる効果となり、結果的に発熱擦過による摩耗の進行が抑制されることによるものと考えられる。ホブ23は回転機構をもつホブヘッド24のホブ軸に装着され、ワーク25は回転自在なテーブルの取り付け具に固定されている。ホブヘッド24は高速回転しながら、同期回転するワーク25に接近移動し切り込み送りがされる。ワーク25外周は送り込まれたホブ23の刃部26により削りとられてワークの歯型27が形成される。切削中は切削油剤は供給されず、完全乾式もしくは加工部近くに設置されたエアノズルよりエアを供給して行う。霧状の微小油剤を噴霧するときはエアノズル28を利用して切削中に供給する。
【0012】
〔実施例1〕本発明の構成の硬質被膜を被覆したコーティング被覆ホブは、高速度鋼製で、TiAlSiの窒化物あるいは炭窒化物と、TiAlCrの窒化物あるいは炭窒化物の積層構造をもつコーティング膜を施したものを使用した。また本発明品の比較としてTiAlN膜を被覆したものを用いた。コーティング被覆ホブの形状はモジュールm2.87で、圧力角15°、外径95mmである。ワークである被削歯車の緒元は、歯の大きさm2.87、圧力角15°、歯数48,ねじれ角31°、外径166.6mm、歯たけ、7.995,歯厚3.917でる。ワークの材質はSCM420Hで硬さは180HBのものを使用した。歯車加工の切削速度は100m/min から300m/min の範囲で高速加工を完全乾式または切削部にエアを吹き付ける状態で行った。また微小油剤の潤滑効果を確認するため20cc/min以下の油剤を切削部に霧状に吹き付けて高速切削を行った。
【0013】
次に本発明品であるコーティング被覆ホブの製作工程は、本発明品のコーティング被覆ホブのコーティング膜を形成するイオンプレーティング装置の概略断面図を示す図3に示すように、アーク方式イオンプレーティング装置1の工具取り付け治具3に図示しないホブを装着して、真空装置11で0.133Pa以下まで排気し、加熱用ヒータ12により400〜500℃に加熱した。所定の温度に達した後、ガス導入口6から導入したアルコンガスによってイオンボンバードを施した上、0.666〜0.4Paの窒素ガスをガス導入口7から導入して金属蒸発源5からTi0.5 Al0.4 Cr0.1 、Ti0.3 Al0.5 Cr0.2 、Ti0.5 Al0 .5の元素分率で異なった組成を有する3つのターゲットを組み合わせて、基板電圧10〜100Vを印加して硬質被膜b層を成膜した。からTiを蒸発させて硬質被膜b層としてTiAlCrN膜またはTiAlCrCN膜を成膜した。その後硬質被膜b層の上に、Ti0.4 Al0.4 Si0.2 、Ti0.3 Al0.5 Si0.2 、Ti0.35Al0.35Si0.3 、Ti0.5 Al0.5 の元素分率で異なった組成を有する4つのターゲットを組み合わせて、基板電圧10〜100Vを印加して、表に示す金属元素の原子分率で示す種々の組成の硬質被膜a層を得た。その後硬質被膜b層の上に、Ti0.4 Al0.4 Si0.2 、Ti0.3 Al0.5 Si0.2 、Ti0.35Al0.35Si0.3 、Ti0.5 Al0.5 の元素分率で異なった組成を有する4つのターゲットを組み合わせて、基板電圧10〜100Vを印加して、表に示す金属元素の原子分率で示す種々の組成のTiAlSiの窒化物あるいは炭窒化物硬質被膜a層を得た。また原子分率の組成は電子プローブアナリシスで行った。
【0014】
上記方式により請求項の範囲の各種コーティングしたコーティング被覆ホブを切削した結果を表1に示す。またホブの摩耗測定部位の形態を図4に模式的に示す。表1の実施例1の結果から、本発明品であるTiAlCrN膜またはTiAlCrCN膜である硬質被膜b層と、TiAlSiの窒化物あるいは炭窒化物である硬質被膜a層と、を施したコーティング被覆ホブ(本発明1〜7)のクレータ摩耗はTiAlNのそれ(従来例1から3)よりも少なく、逃げ面摩耗幅についても同様な結果となった。このように本発明の硬質被膜a層を構成する金属元素中のSiの成分は切削中の耐熱効果に大きく効果を現しているが、TiAlSiCNにおいて金属元素の原子分率でSi含有が10%未満の場合、即ち、(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )でy<0.1のときはSiの含有量が少ないため耐熱効果が十分に発揮されない。またSi含有が30%を越える場合(y>0.3)(比較例2)ではコーティング膜が脆くなり切削中にチッピング現象(膜飛び)が発生するためこの範囲に限定した。より好ましくは11%以上、24%以下である。本発明の硬質被膜a層を構成する金属元素中のTiの原子比率は、膜硬度の測定結果から、金属元素の原子分率で30%以上、45%以下を満足することが必要である。(比較例1)より好ましくは31%以上、44%以下である。さらに炭素の原子比率は多いほど膜硬度が増加するが、40%を越える(z>0.4)とb層との密着性が低下するため(比較例4)、この範囲に限定した。より好ましくは13%以上、28%以下である。
【0015】
本発明において硬質被膜a層の密着性を向上し、被膜の硬度低下を抑制する下地の硬質被膜b層の膜としてはa層と結晶構造の等しい(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w )系の被膜である必要がある。従って硬質被膜b層における各金属元素の原子分率は、Tiは膜硬度の測定結果から、金属元素の原子分率で30%以上、55%以下を満足することが必要である(比較例1)。より好ましくは32%以上、54%以下である。Crの含有量が1%未満では少ないため膜の緻密化が不十分であり、母材との密着性が不十分となる。20%を越える場合(v>0.2)では膜硬度が低下し、逃げ面摩耗幅が増加するため(比較例1)、この範囲に限定した。。より好ましくは1%以上、19%以下である。Cの原子比率は、0%でもよく、多いほど膜硬度が増加するが、20%を越えると靱性が不足するので、20%以下である(比較例3)。より好ましくは0%以上、17%以下である。
【0016】
膜厚については実施例1では(Tix Al1−x−y Siy )(Cz N1−z )、
ただし、金属元素の原子分率で0.30≦x≦0.45,0.1<y≦0.3,0≦z≦0.4 で示される化学組成からなるa層は、0.3μm〜5.0μmの範囲で、(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で 0.3≦u≦0.55、0.01≦v≦0.2、 0≦w≦0.2で示される化学組成からなる硬質被膜のb層は、0.3μm〜5.0μmの範囲で、b層を母材表面上にして、それぞれ1層以上に組み合わせ、全体の膜厚が2μm〜10μm以下であることが望ましい。これは全体の膜厚が2μm未満ではコーティング膜の効果は期待できず、10μmを越える膜厚ではチッピング(膜飛び)現象が起きる確率が高くなることによるものである。
【0017】
【表1】
【表2】
【表3】
【0018】
〔実施例2〕本発明品であるTiAlSiN膜を被膜した表1の本発明品4、7について、切削速度を50m/min 、80m/min 、100m/min 、200m/min 及び300m/min で、本発明品4は微量油剤を噴霧状にして切削部に吹き付けて切削を行い、本発明品7は完全乾式で切削加工した。この結果を表2に示す。50m/min から300m/min まで、切削速度が上がるにつれて、クレータ摩耗は増加し、逃げ面摩耗幅についても同様な結果となったが、微量油剤を噴霧状にして切削部に吹き付けた方がよい成績を挙げた。図5は、表2の結果を示すグラフである。
【0019】
〔実施例3〕本発明品であるTiAlSiN膜(本発明品1〜7)と従来例であるTiAlN膜の耐熱特性を比較するため、実施例1と同時に作成したコーティング被覆超硬チップを大気中で800℃、1時間加熱保持し、鋼球による擦過痕を利用したカロテスト法により表面からの酸化物層の厚さを測定した結果を表3に示す。従来例のTiAlN膜は高温度の環境下でコーティング被覆膜の表面から酸化層が進行しているが、本発明品であるTiAlSiN膜は酸化層がほとんど観察されることが無く耐酸化性はTiAlN膜よりも格段に優れている。
【0020】
〔実施例4〕実施例1と同じホブの高速歯切加工を、切削部に10cc/minの微小油剤を霧状に吹き付けて行った結果を表1の本発明5に示す。完全乾式と比較してクレータ摩耗の進行は進行することなく寿命を向上させている。これは微小な油剤がホブとワークの間で潤滑剤として作用することで摩擦係数を低減し、加工による発熱を押さえる働きをするためであると考えられる。この方式は微小潤滑(MQL:Minimum Quantity Lubrication)作用としてエンドミル加工などに使用されているが、ホブによる高速歯車加工においても効果を発揮し、本発明品であるTiAlSiN膜と併用することによりさらに効果的に作用する。
【0021】
〔本発明の実施の形態の効果〕上記の実施例から、本発明品であるTiAlSiN膜からなる硬質被膜のa層と、TiAlCrCNからなる硬質被膜のb層と、を含むコーティング膜を被覆したホブによる歯車加工は、従来のTiAlN膜を被覆したものに較べてすくい面のクレータ摩耗とフランク面の逃げ面摩耗の進行を遅れさせることができ、完全乾式あるいはエアを吹き付けた時の寿命を大幅に向上させることができる。また微小な油剤の噴霧吹き付けによりさらに摩耗の進行を防ぎ、より効果的な歯車加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明品のコーティング被覆のコーティング膜の構成を示すブロック図。
【図2】図1の構成の硬質被膜を被覆したコーティング被覆ホブを使用したホブ盤を用いた本発明の歯車加工法の実施形態を示す概略側面図。
【図3】本発明品のコーティング被覆ホブのコーティング膜を形成するイオンプレーティング装置の概略断面図。
【図4】コーティング被覆ホブ切削後の切刃の摩耗形態を表した概略斜視図。
【図5】表2の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
20・・工具母材 21・・硬質被膜a層 12・・硬質被膜b層[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art In the past, in gear processing, a wet method using an oil agent during cutting has been the mainstream, but recently, a dry method using no oil agent at the time of cutting has appeared in consideration of environmental problems. . As for the hob of the tool body, it has become possible to dry-process high-speed cutting by coating the hob with a TiAlN film having improved heat resistance. For example, in Japanese Patent No. 3165658, using a hob provided with a blade portion made of high-speed tool steel,
(Ti 1-x Al x ) (N y C 1-y ) 0.2 ≦ x ≦ 0.85,
Using a hob coated with at least one layer of a film having a composition of 0.25 ≦ y ≦ 1.0, a cutting speed of not less than 120 m / min and not more than 400 m / min and dry cutting without using a cutting oil, or We propose a gear machining method characterized by creating a tooth profile by blowing air to the cutting part.
[0003]
However, when gear processing is performed using the invention of this cited example, dry cutting can be realized at a high speed, but the heat resistance of the TiAlN film applied to the hob is insufficient, so that craters are formed. There is a drawback that wear progresses quickly and reaches a practical wear limit width early.
The
0.7 ≦ (z + x) <1.0, 0.45 ≦ w ≦ 0.55
A gear shaper processing method and a gear shaper characterized by processing at least a cutting speed of 300 m / min or less without using a cutting oil, using a film having at least one layer coated on at least a flank of a film having the following composition: . Then, as one of the nitride forming elements M, various third elements such as V and B are added, and the third element is added as "the nitride forming element M can replace TiAl and form a good quality nitride". Examples described above do not suggest that the third element has a positive effect. In addition, the cutting process can be realized as "the same as when no nitride-forming element is added", and it is only demonstrated that there is no effect even in the case of adding a small amount of V and B in the examples. . Therefore, none of the above cited examples fall within the category of the effect of the TiAlN film, and the early wear of the hob under high-speed cutting conditions cannot be avoided. It cannot be said that the processing method used was proposed.
[0004]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 3165658
[Patent Document 2] Japanese Patent No. 2961106
[0005]
An object of the present invention is to solve the disadvantage of the prior art that the TiAlN film applied to the hob has an insufficient heat resistance, so that the crater wear progresses rapidly, and the problem that the TiAlN film reaches the practical wear limit early is solved. It is an object of the present invention to provide a coating-coated hob and a gear machining method, which can sufficiently exhibit chemical properties and have a film structure in which adhesion and hardness between a coating base material as a tool base and a hard coating are secured.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems by using a hob having a blade portion made of high-speed tool steel as a base material.
On the surface of the hob (Ti x Al (1-x -y) Si y) (C z N 1-z), however, in atomic percent of the metal element, 0.3 ≦ x ≦ 0.45,0.1 A layer of a hard coating having a chemical composition represented by <y ≦ 0.3, 0 ≦ z ≦ 0.4,
(Ti U Al (1-U -v) Cr v) (C w N 1-w) , however 0.3 ≦ u ≦ 0.55 primitive fraction of metal elements, 0.01 ≦ v ≦ 0.2, 0 ≦ w ≦ 0.2
The b layer of the hard coating having the chemical composition represented by, and each layer is alternately coated at least one or more layers, and the b layer of the hard coating using a hob on the surface of the base material ,
When the cutting speed is in the range of 100m / min to 300m / min,
The present invention described above is provided by providing a gear processing method and a coating-coated hob, wherein a completely dry-type or a fine oil agent s cc / min, where 0 <s ≦ 20 is sprayed and cut to a cutting portion. Solved the problem.
[0007]
According to the structure of the present invention, the a layer capable of sufficiently exhibiting the oxidation resistance of the TiAlSiN-based film and the b layer of the TiAlCrCN layer in which the a layer is coated on the coating base material. This provides a coating-coated hob and a gear machining method having a film structure in which the adhesion and hardness between the coating base material as the tool base and the hard coating are ensured, and is compared with a conventional coating with a TiAlN film. The progress of crater wear on the rake face and flank wear on the flank face can be delayed, and as a result, the life of the hob in high-speed cutting can be extended significantly without significant progress of flank wear. .
[0008]
In particular, it has been found that, in the above-mentioned gear processing, a method of forming a tooth profile by spraying a minute oil agent of 20 cc / min or less into a cutting portion and spraying the same onto a cutting portion can further obtain an effect more than a completely dry type. This has the effect of suppressing the heat generated by cutting by the oil droplets of the minute oil entering between the work and the cutting edge of the hob, forming a lubricating film and reducing the friction coefficient, and as a result, the progress of wear due to heat abrasion is suppressed. It is thought to be due to
[0009]
Atomic ratio of Ti in the metal elements constituting the hard coating a layer of the present invention (Ti x Al (1-x -y) Si y) (C z N 1-z) , from the measurement results of the film hardness, It is necessary to satisfy the atomic ratio of the metal element of 28% or more and 45% or less. More preferably, it is 31% or more and 44% or less. Similarly, from the viewpoint of oxidation resistance, the more the amount of Si added to the hard coating a layer is more than 10% in terms of the atomic ratio of the metal element, the higher the effect is. Since the chipping phenomenon (film jump) occurs in this range, the range is limited to this range. More preferably, it is 13% or more and 28% or less. The atomic ratio of C may be 0%, but if it exceeds 40%, the adhesion to the layer b is reduced, so that it is limited to this range. More preferably, it is 0% or more and 35% or less. To improve the adhesion of the hard coating layer a in the invention, the film of the hard coating b layer for suppressing underlayer hardness reduction in the coating equal crystal structure a layer (Ti U Al (1-U -v) Cr v ) It must be a ( CwN1 -w ) type coating. Therefore, the atomic fraction of each metal element in the hard coating b layer needs to satisfy 30% or more and 55% or less in terms of the atomic fraction of the metal element based on the measurement result of the film hardness of Ti. More preferably, it is 32% or more and 54% or less. If the content of Cr is less than 1%, there is no effect, and if it exceeds 20%, the adhesiveness is reduced and the material cannot withstand cutting. More preferably, it is 1% or more and 19% or less. The atomic ratio of C may be 0%, but if it exceeds 40%, the toughness is insufficient, so it is 50% or less. More preferably, it is 0% or more and 17% or less.
[0010]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a coating film of a coating-coated hob according to an embodiment of the present invention. Coating Application hob of the present invention product is a high-speed steel as a base material, a tool 20 formed by coating the hard coating, components of the hard coating, (Ti U Al (1- U-v) Cr v ) (C w N 1-w ) where the primary fraction of the metal element is 0.3 ≦ u ≦ 0.55, 0.01 ≦ v ≦ 0.2, 0 ≦ w ≦ 0.2
A hard coating b layer 21 having a chemical composition represented by
on the b layer 21, components of the hard coating (Ti x Al 1-x- y Si y) (C z N 1-z), however, 0.30 ≦ x ≦ 0 in atomic percent of metallic elements .45,
One or more a layers 22 each having a chemical composition represented by 0.1 <y ≦ 0.3 and 0 ≦ z ≦ 0.4 are alternately coated. FIG. 1 shows only one layer.
[0011]
FIG. 2 is a schematic side view showing an embodiment of the gear machining method of the present invention using a hobbing machine using the coated hob hob coated with the hard coating of the present invention shown in FIG. The cutting speed is in the range of 100 m / min to 300 m / min, and the cutting is performed by spraying a completely dry or fine oil scc / min, where 0 <s ≦ 20, onto the cutting portion. This is a gear processing method that can greatly improve the life when completely dry or air is blown. In particular, in the above-mentioned gear processing, a fine oil agent of 20 cc / min or less is sprayed and sprayed on a cutting portion to form a tooth profile. It has also been found that the method of forming satisfactorily obtains an effect more than that of the completely dry method. This has the effect of suppressing the heat generated by cutting by the oil droplets of the minute oil entering between the work and the cutting edge of the hob, forming a lubricating film and reducing the friction coefficient, and as a result, the progress of wear due to heat abrasion is suppressed. It is thought to be due to The hob 23 is mounted on a hob shaft of a hob head 24 having a rotating mechanism, and the work 25 is fixed to a rotatable table fixture. While the hob head 24 is rotating at a high speed, the hob head 24 moves close to the synchronously rotating work 25 and is fed by cutting. The outer periphery of the work 25 is shaved by the
[0012]
[Example 1] A coating-coated hob coated with a hard coating of the present invention is made of high-speed steel and has a laminated structure of a nitride or carbonitride of TiAlSi and a nitride or carbonitride of TiAlCr. The one with the film was used. Also, a product coated with a TiAlN film was used as a comparison of the present invention. The shape of the coating-coated hob has a module m of 2.87, a pressure angle of 15 °, and an outer diameter of 95 mm. The specifications of the work gear, which is a work, are: tooth size m 2.87, pressure angle 15 °, number of teeth 48, helix angle 31 °, outer diameter 166.6 mm, tooth height, 7.995,
[0013]
Next, as shown in FIG. 3, which shows a schematic cross-sectional view of an ion plating apparatus for forming a coating film of the coating-coated hob of the present invention, an arc-type ion plating is performed. A hob (not shown) was attached to the
[0014]
Table 1 shows the results of cutting the coating-coated hob according to the above-mentioned method. FIG. 4 schematically shows the form of the wear measurement site of the hob. From the results of Example 1 in Table 1, a coating-coated hob provided with a hard coating b layer that is a TiAlCrN film or a TiAlCrCN film of the present invention and a hard coating a layer that is a nitride or carbonitride of TiAlSi. The crater wear of the
[0015]
To improve the adhesion of the hard coating layer a in the invention, the film of the hard coating b layer for suppressing underlayer hardness reduction in the coating equal crystal structure a layer (Ti U Al (1-U -v) Cr v ) It must be a ( CwN1 -w ) type coating. Therefore, the atomic fraction of each metal element in the hard coating b layer needs to satisfy the atomic percentage of the metal element of 30% or more and 55% or less from the measurement result of the film hardness of Ti (Comparative Example 1). ). More preferably, it is 32% or more and 54% or less. If the content of Cr is less than 1%, the film is insufficiently densified because it is small, and the adhesion to the base material becomes insufficient. If it exceeds 20% (v> 0.2), the film hardness decreases and the flank wear width increases (Comparative Example 1). . More preferably, it is 1% or more and 19% or less. The atomic ratio of C may be 0%, and as the ratio increases, the film hardness increases, but if it exceeds 20%, the toughness is insufficient, so that it is 20% or less (Comparative Example 3). More preferably, it is 0% or more and 17% or less.
[0016]
In Example 1 for a film thickness (Ti x Al 1-x- y Si y) (C z N 1-z),
However, the a layer having a chemical composition represented by the following atomic ratio of the metal element: 0.30 ≦ x ≦ 0.45, 0.1 <y ≦ 0.3, 0 ≦ z ≦ 0.4 is 0.3 μm in the range of ~5.0μm, (Ti U Al (1 -U-v) Cr v) (C w N 1-w) , however primitive fraction of the metal elements 0.3 ≦ u ≦ 0.55,0. The b layer of the hard coating having a chemical composition represented by 01 ≦ v ≦ 0.2 and 0 ≦ w ≦ 0.2 has a range of 0.3 μm to 5.0 μm. It is desirable to combine them into one or more layers, and the total film thickness is 2 μm to 10 μm or less. This is because the effect of the coating film cannot be expected if the total film thickness is less than 2 μm, and the probability of occurrence of chipping (film skipping) increases if the film thickness exceeds 10 μm.
[0017]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
[0018]
[Example 2] With respect to the
[0019]
Example 3 In order to compare the heat resistance of the TiAlSiN film of the present invention (products of the
[0020]
[Example 4] The results of the same high-speed gear cutting as in Example 1 performed by spraying a fine oil of 10 cc / min on the cut portion in a mist state are shown in Table 1 of the present invention 5. The life of the crater is improved without progress of the crater wear as compared with the completely dry type. This is considered to be because the minute oil acts as a lubricant between the hob and the work to reduce the friction coefficient and to suppress the heat generated by processing. This method is used for end milling and the like as a function of minimum quantum lubrication (MQL), but is also effective in high-speed gear machining with a hob, and is further effective when used in combination with the TiAlSiN film of the present invention. Acts in a way.
[0021]
[Effects of the embodiment of the present invention] From the above examples, the hob coated with the coating film including the layer a of the hard film made of the TiAlSiN film and the layer b of the hard film made of TiAlCrCN according to the present invention. Gear processing can delay the progress of crater wear on the rake face and flank wear on the flank face compared to the conventional TiAlN film coated, greatly extending the life when completely dry or air blown. Can be improved. Further, the spraying and spraying of a minute oil agent further prevents the progress of abrasion, thereby realizing more effective gear machining.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a coating film of a coating of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing an embodiment of the gear machining method of the present invention using a hobbing machine using a coating-coated hob coated with a hard coating having the configuration of FIG.
FIG. 3 is a schematic sectional view of an ion plating apparatus for forming a coating film of a coating-coated hob of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a wear mode of a cutting blade after cutting a coating-coated hob.
FIG. 5 is a graph showing the results of Table 2.
[Explanation of symbols]
20 ・ ・ Tool base material 21 ・ ・ Hard coating a
Claims (4)
ホブの表面に(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )、ただし、金属元素の原子分率で、0.3≦x≦0.45、0.1<y≦0.3、0≦z≦0.4で示される化学組成からなる硬質被膜のa層と、
(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で
0.3≦u≦0.55、 0.01≦v≦0.2、 0≦w≦0.2
で示される化学組成からなる硬質被膜のb層と、それぞれの層が少なくとも1層以上交互に被覆されたものであり、かつ硬質被膜のb層が前記母材の表面上にあるホブを用いて、
切削速度が100m/min から300m/min の範囲で、
完全乾式または微少な油剤s cc/min ただし 0<s≦20 を噴霧状にして切削部に吹き付け切削加工することを特徴とする歯車加工法。Using a hob with a blade part whose base material is high-speed tool steel,
On the surface of the hob (Ti x Al (1-x -y) Si y) (C z N 1-z), however, in atomic percent of the metal element, 0.3 ≦ x ≦ 0.45,0.1 A layer of a hard coating having a chemical composition represented by <y ≦ 0.3, 0 ≦ z ≦ 0.4,
(Ti U Al (1-U -v) Cr v) (C w N 1-w) , however 0.3 ≦ u ≦ 0.55 primitive fraction of metal elements, 0.01 ≦ v ≦ 0.2, 0 ≦ w ≦ 0.2
The b layer of the hard coating having the chemical composition represented by, and each layer is alternately coated at least one or more layers, and the b layer of the hard coating using a hob on the surface of the base material ,
When the cutting speed is in the range of 100m / min to 300m / min,
A gear machining method wherein a completely dry type or a minute oil agent s cc / min where 0 <s ≦ 20 is sprayed to a cutting portion and cut.
(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )、ただし、金属元素の原子分率で、0.28≦x≦0.33、0.13<y≦0.28、0≦z≦0.35で示される化学組成からなり、
前記硬質被膜のb層は、
(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で
0.3≦u≦0.55、 0.01≦v≦0.2、 0≦w≦0.2
で示される化学組成からなることを特徴とする請求項1記載の歯車加工法。A layer of the hard coating,
(Ti x Al (1-x -y) Si y) (C z N 1-z), however, in atomic percent of metallic elements, 0.28 ≦ x ≦ 0.33,0.13 <y ≦ 0 .28, having a chemical composition represented by 0 ≦ z ≦ 0.35,
The b layer of the hard coating,
(Ti U Al (1-U -v) Cr v) (C w N 1-w) , however 0.3 ≦ u ≦ 0.55 primitive fraction of metal elements, 0.01 ≦ v ≦ 0.2, 0 ≦ w ≦ 0.2
2. The method according to claim 1, wherein the gear has a chemical composition represented by the following formula.
ホブの表面に(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )、ただし、金属元素の原子分率で、0.3≦x≦0.45、0.1<y≦0.3、0≦z≦0.4で示される化学組成からなる硬質被膜のa層と、
(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で
0.3≦u≦0.55、 0.01≦v≦0.2、 0≦w≦0.28
で示される化学組成からなる硬質被膜のb層と、それぞれの層が少なくとも1層以上交互に被覆されたものであり、かつ硬質被膜のb層が前記母材の表面上にあるホブであって、
切削速度が100m/min から300m/min の範囲で、
完全乾式または微少な油剤s cc/min ただし0<s≦20 を噴霧状にして切削部に吹き付け歯形を形成させることを特徴とするコーティング被覆ホブ。A hob having a blade portion based on high-speed tool steel,
On the surface of the hob (Ti x Al (1-x -y) Si y) (C z N 1-z), however, in atomic percent of the metal element, 0.3 ≦ x ≦ 0.45,0.1 A layer of a hard coating having a chemical composition represented by <y ≦ 0.3, 0 ≦ z ≦ 0.4,
(Ti U Al (1-U -v) Cr v) (C w N 1-w) , however 0.3 ≦ u ≦ 0.55 primitive fraction of metal elements, 0.01 ≦ v ≦ 0.2, 0 ≦ w ≦ 0.28
A b layer of a hard coating having a chemical composition represented by: and a hob wherein at least one or more layers are alternately coated, and the b layer of the hard coating is on the surface of the base material. ,
When the cutting speed is in the range of 100m / min to 300m / min,
A coating-coated hob characterized in that a completely dry type or a fine oil agent s cc / min where 0 <s ≦ 20 is sprayed to form a tooth profile by spraying on a cutting portion.
(Tix Al(1−x−y) Siy )(Cz N1−z )、ただし、金属元素の原子分率で、0.28≦x≦0.33、0.13<y≦0.28、0≦z≦0.35で示される化学組成からなり、
前記硬質被膜のb層は、
(TiU Al(1−U−v) Crv )(Cw N1−w ) ただし金属元素の原始分率で
0.3≦u≦0.55、 0.01≦v≦0.2、 0≦w≦0.28
で示される化学組成からなることを特徴とする請求項3記載のコーティング被覆ホブ。A layer of the hard coating,
(Ti x Al (1-x -y) Si y) (C z N 1-z), however, in atomic percent of metallic elements, 0.28 ≦ x ≦ 0.33,0.13 <y ≦ 0 .28, having a chemical composition represented by 0 ≦ z ≦ 0.35,
The b layer of the hard coating,
(Ti U Al (1-U -v) Cr v) (C w N 1-w) , however 0.3 ≦ u ≦ 0.55 primitive fraction of metal elements, 0.01 ≦ v ≦ 0.2, 0 ≦ w ≦ 0.28
4. The coating-coated hob according to claim 3, comprising a chemical composition represented by the following formula:
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|---|---|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006336032A (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Osg Corp | Hard laminate coating and hard laminate coating tool |
| KR100835387B1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-06-04 | 한국야금 주식회사 | PDF multilayer film cutting tool with high hardness and high temperature oxidation resistance |
| US7797011B2 (en) | 2004-11-04 | 2010-09-14 | Panasonic Corporation | Communication method and communication equipment in the PoC service |
| CN114472947A (en) * | 2022-03-22 | 2022-05-13 | 常德职业技术学院 | Ultra-high temperature resistant cutting tool based on metal ceramic |
-
2003
- 2003-04-22 JP JP2003117098A patent/JP2004322229A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7797011B2 (en) | 2004-11-04 | 2010-09-14 | Panasonic Corporation | Communication method and communication equipment in the PoC service |
| JP2006336032A (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Osg Corp | Hard laminate coating and hard laminate coating tool |
| KR101122497B1 (en) * | 2005-05-31 | 2012-03-15 | 오에스지 가부시키가이샤 | Hard multilayer coating, and hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating |
| DE102006000259B4 (en) * | 2005-05-31 | 2018-02-22 | Osg Corp. | Multi-layer hard material layer and use in a coated with the multi-layer hard layer tool |
| KR100835387B1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-06-04 | 한국야금 주식회사 | PDF multilayer film cutting tool with high hardness and high temperature oxidation resistance |
| CN114472947A (en) * | 2022-03-22 | 2022-05-13 | 常德职业技术学院 | Ultra-high temperature resistant cutting tool based on metal ceramic |
| CN114472947B (en) * | 2022-03-22 | 2023-03-14 | 常德职业技术学院 | Ultra-high temperature resistant cutting tool based on metal ceramic |
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