良い馬には良いサドルが必要であり、高度な CNC 加工装置を使用します。間違ったツールを使用すると、役に立ちません。適切な工具材質の選択は、工具寿命、加工効率、加工品質、加工コストに大きな影響を与えます。この記事ではナイフの知識に関する役立つ情報を提供し、収集して転送し、一緒に学びましょう。
工具材料には基本的な特性が必要です
工具材料の選択は、工具寿命、加工効率、加工品質、加工コストに大きな影響を与えます。工具は切断時の高圧、高温、摩擦、衝撃、振動に耐える必要があります。したがって、工具材料には次の基本特性が必要です。
(1) 硬度と耐摩耗性。工具素材の硬度はワーク素材の硬度よりも高くなければならず、一般的には60HRC以上であることが求められます。工具材料の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。
(2) 強度と靭性。工具材料は、切削力、衝撃、振動に耐え、工具の脆性破壊や欠けを防ぐために、高い強度と靭性を備えている必要があります。
(3) 耐熱性。工具材料は耐熱性に優れ、高い切削温度に耐えることができ、耐酸化性にも優れています。
(4) プロセスのパフォーマンスと経済性。工具材料は、良好な鍛造性能、熱処理性能、溶接性能を備えている必要があります。研削性能などを重視し、高い性能と価格の比率を追求する必要があります。
工具材料の種類・性質・特徴・用途
1. ダイヤモンド工具の材質
ダイヤモンドは炭素の同素体であり、自然界で最も硬い物質です。ダイヤモンド切削工具は、高硬度、高耐摩耗性、高熱伝導率を有しており、非鉄金属や非金属材料の加工に広く使用されています。特にアルミニウムやシリコン・アルミニウム合金の高速切削においては、ダイヤモンド工具が代替困難な切削工具の主流となっています。高能率、高安定性、長寿命を実現できるダイヤモンド工具は、現代のCNC加工において欠かせない重要な工具です。
⑴ ダイヤモンド工具の種類
① 天然ダイヤモンド工具：天然ダイヤモンドは数百年にわたり切削工具として使用されてきました。天然単結晶ダイヤモンド工具を細かく研磨し、非常に鋭い切れ味を実現しました。刃先半径は0.002μmに達し、極薄切削が可能です。極めて高いワーク精度と極めて低い面粗さを加工できます。誰もが認める、理想的な、かけがえのない超精密加工ツールです。
② PCD ダイヤモンド切削工具：天然ダイヤモンドは高価です。切削加工で最も広く使用されているダイヤモンドは多結晶ダイヤモンド (PCD) です。 1970年代初頭から、高温高圧合成技術を用いて作製された多結晶ダイヤモンド（ポリクリスタウインダイヤモンド、PCDブレードと呼ばれる）が開発されてきました。その成功以降、天然ダイヤモンドの切削工具は人工多結晶ダイヤモンドに置き換わることが多々ありました。 PCD原料は資源が豊富で、価格は天然ダイヤモンドに比べて数分の一から10分の1程度です。 PCD 切削工具を研磨して非常に鋭い切削工具を製造することはできません。刃先や加工物の表面品質は天然ダイヤモンドには及びません。業界では、チップブレーカーを備えた PCD ブレードを製造するのはまだ不便です。そのため、PCDは非鉄金属や非金属の精密切削にしか使用できず、超高精度の切削を実現することは困難です。精密なミラーカット。
③ CVD ダイヤモンド切削工具：1970 年代後半から 1980 年代前半にかけて、CVD ダイヤモンド技術が日本に登場しました。 CVD ダイヤモンドとは、化学気相成長法 (CVD) を使用して、異種マトリックス (超硬合金、セラミックなど) 上にダイヤモンド フィルムを合成することを指します。 CVDダイヤモンドは天然ダイヤモンドと全く同じ構造と特性を持っています。 CVDダイヤモンドの性能は天然ダイヤモンドの性能に非常に近いです。天然の単結晶ダイヤモンドと多結晶ダイヤモンド（PCD）の利点を持ち、それらの欠点をある程度克服します。
⑵ ダイヤモンド工具の性能特性
① 非常に高い硬度と耐摩耗性：天然ダイヤモンドは自然界に存在する物質の中で最も硬い物質です。ダイヤモンドは非常に高い耐摩耗性を持っています。高硬度材料を加工する場合、ダイヤモンド工具の寿命は超硬工具の10～100倍、場合によっては数百倍にもなります。
② 摩擦係数が非常に低い：ダイヤモンドと一部の非鉄金属との摩擦係数は他の切削工具に比べて低くなります。摩擦係数が低く、加工時の変形が小さく、切削抵抗を低減できます。
③刃先が非常に鋭い：ダイヤモンド工具の刃先は非常に鋭利に研削することができます。天然単結晶ダイヤモンドツールは0.002～0.008μmまでの極薄切削、超精密加工が可能です。
④高い熱伝導率：ダイヤモンドは熱伝導率、熱拡散率が高いため、切削熱が逃げやすく、工具の切削部の温度が低くなります。
⑤ 熱膨張係数が低い：ダイヤモンドの熱膨張係数は超硬合金の熱膨張係数の数倍小さく、切削熱による工具寸法の変化が非常に小さいため、精密加工や超精密加工において特に重要です。高い寸法精度が要求されます。
⑶ ダイヤモンド工具の応用
ダイヤモンド工具は、主に非鉄金属や非金属材料の高速での微細な切断や穴あけに使用されます。グラスファイバー粉末冶金ブランク、セラミック材料など、さまざまな耐摩耗性非金属の加工に適しています。さまざまなシリコンアルミニウム合金などのさまざまな耐摩耗性非鉄金属。各種非鉄金属の仕上げ加工を行っております。
ダイヤモンド工具の欠点は、熱安定性が低いことです。切削温度が700℃～800℃を超えると硬度が完全に失われてしまいます。また、ダイヤモンド（カーボン）は高温になると鉄と反応しやすいため、鉄金属の切断には適しません。原子の作用により炭素原子がグラファイト構造に変化し、工具が損傷しやすくなります。
2. 立方晶窒化ホウ素工具材料
立方晶窒化ホウ素 (CBN) は、ダイヤモンド製造と同様の方法で合成された 2 番目の超硬材料であり、硬度と熱伝導率の点でダイヤモンドに次いで 2 番目です。熱安定性に優れており、大気中で10,000℃までの加熱が可能です。酸化は起こらない。 CBNは鉄金属としては極めて安定した化学的特性を有しており、鉄鋼製品の加工に広く使用できます。
⑴立方晶窒化ホウ素切削工具の種類
立方晶窒化ホウ素（CBN）は自然界には存在しない物質です。それは単結晶と多結晶、つまりCBN単結晶と多結晶立方晶窒化ホウ素（多結晶立方晶窒化ホウ素、略してPCBN）に分けられます。 CBNは窒化ホウ素（BN）の同素体の一つで、ダイヤモンドに似た構造を持っています。
PCBN (多結晶立方晶窒化ホウ素) は、微細な CBN 材料が高温高圧下で結合相 (TiC、TiN、Al、Ti など) を介して一緒に焼結された多結晶材料です。現在人工合成された素材の中で2番目に硬い素材です。ダイヤモンド工具材料は、ダイヤモンドと合わせて超硬工具材料と呼ばれます。 PCBN は主にナイフやその他の工具の製造に使用されます。
PCBN 切削工具は、ソリッド PCBN ブレードと超硬焼結 PCBN 複合ブレードに分類できます。
PCBN複合ブレードは、優れた強度と靭性を備えた超硬合金上に厚さ0.5～1.0mmのPCBN層を焼結して作られています。その性能は、優れた靭性と高い硬度および耐摩耗性を兼ね備えています。 CBNブレードの曲げ強度の低さと溶接の難しさの問題を解決します。
⑵ 立方晶窒化ホウ素の主な性質と特徴
立方晶窒化ホウ素の硬度はダイヤモンドよりわずかに低いものの、他の高硬度材料に比べてはるかに高いです。 CBN の優れた利点は、その熱安定性がダイヤモンドよりもはるかに高く、1200°C 以上の温度に達することです (ダイヤモンドは 700 ～ 800°C)。もう 1 つの優れた利点は、化学的に不活性であり、1200 ～ 1300 °C で鉄と反応しないことです。反応。立方晶窒化ホウ素の主な性能特性は次のとおりです。
① 高い硬度と耐摩耗性：CBN の結晶構造はダイヤモンドに似ており、ダイヤモンドと同等の硬度と強度を持っています。特にPCBNは、これまで研削加工しかできなかった高硬度材料の加工に適しており、ワークの表面品位を向上させることができます。
② 高い熱安定性：CBNの耐熱性は1400～1500℃に達し、ダイヤモンドの耐熱性（700～800℃）のほぼ1倍です。 PCBN 工具は、超硬工具よりも 3 ～ 5 倍の高速で高温合金や焼入れ鋼を切断できます。
③優れた化学的安定性：1200～1300℃まで鉄系材料と化学的相互作用がなく、ダイヤモンドほど鋭利に摩耗しません。現時点では、超硬合金の硬度を維持できます。 PCBN工具は焼き入れ鋼部品やチル鋳鉄の切断に適しており、鋳鉄の高速切断に広く使用できます。
④ 優れた熱伝導性：CBNの熱伝導率はダイヤモンドには及びませんが、PCBNの熱伝導率は各種工具材料の中ではダイヤモンドに次ぎ、高速度鋼や超硬合金を大きく上回ります。
⑤ 摩擦係数が低い：摩擦係数が低いと、切削時の切削抵抗の低減、切削温度の低下、加工面品位の向上につながります。
⑶立方晶窒化ホウ素切削工具の応用
立方晶窒化ホウ素は、焼き入れ鋼、硬質鋳鉄、高温合金、超硬合金、表面溶射材などの各種難削材の仕上げ加工に適しています。加工精度はIT5（穴はIT6）に達し、表面粗さはRa1.25～0.20μmと小さい値が可能です。
立方晶窒化ホウ素工具材料は、靭性と曲げ強度が劣ります。したがって、立方晶窒化ホウ素旋削工具は、低速および高い衝撃荷重での荒加工には適していません。同時に、加工時に深刻な構成刃先が発生するため、可塑性の高い材料（アルミニウム合金、銅合金、ニッケル基合金、高可塑性鋼など）の切断には適していません。金属との接触により加工面が劣化します。
3. セラミック工具材料
セラミック切削工具は、高硬度、優れた耐摩耗性、優れた耐熱性、化学的安定性の特性を備えており、金属との結合が容易ではありません。セラミックツールはCNC加工において非常に重要な役割を果たします。セラミック工具は、難削材の高速切断や加工を行うための主要な工具の1つとなっています。セラミック切削工具は、高速切削、乾式切削、ハード切削、難削材の切削などに幅広く使用されています。セラミック工具は、従来の工具では全く加工できなかった高硬度の材料を効率よく加工することができ、「削るより旋削する」を実現します。セラミック工具の最適な切削速度は超硬工具の 2 ～ 10 倍であるため、切削の生産効率が大幅に向上します。 ;セラミック工具材料の主原料は、地殻中に最も豊富に存在する元素です。したがって、セラミック工具の普及と応用は、生産性の向上、加工コストの削減、戦略的貴金属の節約にとって非常に重要です。切削技術の発展も大きく促進されます。進捗。
⑴ セラミック工具の材質の種類
セラミック工具材料の種類は、一般に、アルミナベースのセラミック、窒化ケイ素ベースのセラミック、窒化ケイ素とアルミナをベースにした複合セラミックの 3 つのカテゴリに分類できます。中でもアルミナ系、窒化珪素系のセラミック工具材料が最も広く使用されています。窒化ケイ素系セラミックスの性能はアルミナ系セラミックスよりも優れています。
⑵ セラミック切削工具の性能と特徴
① 高硬度、良好な耐摩耗性：セラミック切削工具の硬度は PCD や PCBN ほどではありませんが、超硬や高速度鋼の切削工具よりもはるかに高く、93 ～ 95HRA に達します。セラミック切削工具は、従来の切削工具では加工が困難であった高硬度材料の加工が可能であり、高速切削やハード切削に適しています。
② 高温耐性と優れた耐熱性：セラミック切削工具は 1200°C 以上の高温でも切削できます。セラミック切削工具は、優れた高温機械的特性を備えています。 A12O3 セラミック切削工具は、特に優れた耐酸化性を備えています。刃先が赤熱した状態でも連続使用可能です。したがって、セラミック工具は乾式切削を実現できるため、切削液が不要になります。
③ 優れた化学的安定性：セラミック切削工具は金属と結合しにくく、耐食性があり、化学的安定性が優れているため、切削工具の結合摩耗を軽減できます。
④ 低摩擦係数：セラミック工具と金属との親和性が小さく、摩擦係数が低いため、切削抵抗や切削温度を下げることができます。
⑶ セラミックナイフには用途がある
セラミックスは主に高速仕上げ加工や中仕上げ加工に使用される工具素材の一つです。セラミック切削工具は、各種鋳鉄（ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄、チル鋳鉄、高合金耐摩耗鋳鉄）や鋼材（炭素構造用鋼、合金構造用鋼、高張力鋼、高マンガン鋼、焼き入れ鋼など）、銅合金、グラファイト、エンジニアリングプラスチック、複合材料の切断にも使用できます。
セラミック切削工具の材料特性には、曲げ強度が低く、衝撃靱性が低いという問題があり、低速や衝撃荷重下での切削には適していません。
4. コーティング工具材料
切削工具のコーティングは、工具の性能を向上させる重要な方法の 1 つです。コーティング工具の出現は、切削工具の切削性能に大きな進歩をもたらしました。コーティング工具は、良好な靭性を備えた工具本体上に、優れた耐摩耗性を備えた耐火性化合物の 1 層または複数層でコーティングされています。工具マトリックスと硬質コーティングを組み合わせることで、工具の性能が大幅に向上します。コーティングされた工具は、加工効率の向上、加工精度の向上、工具寿命の延長、および加工コストの削減を可能にします。
新しい CNC 工作機械で使用される切削工具の約 80% には、コーティングされた工具が使用されています。コーティングされたツールは、将来の CNC 加工分野で最も重要なツールの種類になります。
⑴ コーティング工具の種類
さまざまなコーティング方法に応じて、コーティングされたツールは、化学蒸着 (CVD) コーティングされたツールと物理蒸着 (PVD) コーティングされたツールに分けることができます。コーティング超硬切削工具は一般に化学蒸着法が使用され、蒸着温度は約1000℃です。コーティングされたハイス鋼の切削工具は一般に物理蒸着法を使用しており、蒸着温度は約 500°C です。
コーティング工具の母材の違いに応じて、コーティング工具は超硬コーティング工具、高速度鋼コーティング工具、セラミックスおよび超硬材料（ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素）上のコーティング工具に分類できます。
コーティング材料の特性に応じて、コーティングされた工具は、「ハード」コーティングされた工具と「ソフト」コーティングされた工具の 2 つのカテゴリに分類できます。 「ハード」コーティングされた工具が追求する主な目標は、高硬度と耐摩耗性です。その主な利点は、高硬度と優れた耐摩耗性であり、通常は TiC および TiN コーティングです。 「ソフト」コーティングツールが追求する目標は、自己潤滑ツールとも呼ばれる低い摩擦係数です。被削材との摩擦係数はわずか約0.1と非常に低く、付着を低減し、摩擦を低減し、切削を低減することができます。力と切断温度。
最近、ナノコーティング（ナノイーティング）切削工具が開発されました。このようなコーティングされたツールは、コーティング材料のさまざまな組み合わせ (金属/金属、金属/セラミック、セラミック/セラミックなど) を使用して、さまざまな機能および性能要件を満たすことができます。ナノコーティングを適切に設計することで、工具材料に優れた摩擦低減機能、耐摩耗性機能、自己潤滑性を持たせることができ、高速乾式切削に適しています。
⑵ コーティング切削工具の特徴
① 優れた機械的性能と切削性能：コーティングされた工具は、母材とコーティング材の優れた特性を兼ね備えています。母材の良好な靭性と高強度を維持するだけでなく、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数も備えています。したがって、コーティングされた工具の切削速度は、コーティングされていない工具の切削速度の 2 倍以上に向上し、より高い送り速度が可能になります。コーティングされた工具の寿命も向上します。
② 高い汎用性：コーティングツールは汎用性が高く、加工範囲が大幅に広がります。 1 つのコーティングされたツールで、複数のコーティングされていないツールを置き換えることができます。
③ めっき厚さ：めっき厚さが厚くなると工具寿命も長くなりますが、めっき厚さが飽和すると工具寿命はあまり伸びなくなります。塗膜が厚すぎると剥がれやすくなりますので、塗膜厚が厚すぎると剥がれやすくなります。コーティングが薄すぎると耐摩耗性が低下します。
④ 再研磨性: コーティングされたブレードは再研磨性が低く、コーティング装置が複雑で、高いプロセス要件があり、コーティング時間が長い。
⑤ コーティング材質：コーティング材質が異なる工具は切削性能が異なります。たとえば、低速で切削する場合、TiC コーティングには利点があります。高速で切削する場合はTiNの方が適しています。
⑶コーティング切削工具の適用
コーティング工具は CNC 加工の分野で大きな可能性を秘めており、将来的には CNC 加工の分野で最も重要な工具の種類となるでしょう。エンドミル、リーマ、ドリルビット、複合穴加工ツール、ギヤホブ、ギヤシェイパーカッター、ギヤシェービングカッター、フォーミングブローチ、各種機械クランプ式刃先交換式インサートなどにコーティング技術を応用し、高速切削加工のさまざまな要求に応えています。鋼や鋳鉄、耐熱合金、非鉄金属などの材料ニーズ。
5. 超硬工具材料
超硬切削工具、特に刃先交換式超硬切削工具は、CNC 工作機械の主要製品です。 1980年代以降、一体型・刃先交換式の超硬切削工具やチップの種類が多岐にわたりました。刃先交換式超硬工具は、単純な旋削工具や正面フライスから、精密、複雑、成形工具の分野まで幅広く展開しています。
⑴ 超硬切削工具の種類
主な化学組成に従って、超硬合金はタングステンカーバイドベースの超硬合金とチタンカーボン（窒化物）（TiC(N)）ベースの超硬合金に分けることができます。
タングステンカーバイド系超硬合金には、タングステンコバルト（YG）、タングステンコバルトチタン（YT）、レアカーバイド添加（YW）の3種類があります。それぞれに独自の長所と短所があります。主成分は炭化タングステン（WC）と炭化チタンです。 (TiC)、炭化タンタル (TaC)、炭化ニオブ (NbC) など。一般的に使用される金属結合相は Co です。
チタンカーボン（窒化物）系超硬合金は、TiCを主成分とした超硬合金です（その他の炭化物や窒化物を添加したものもあります）。一般的に使用される金属結合相は Mo と Ni です。
ISO (国際標準化機構) では、超硬切削を 3 つのカテゴリに分類しています。
Kl0 ～ K40 を含むクラス K は、我が国の YG クラス (主成分は WC.Co) に相当します。
P01 ～ P50 を含む P カテゴリは、我が国の YT カテゴリに相当します (主なコンポーネントは WC.TiC.Co)。
M10～M40を含むクラスMは、我が国のYWクラス（主成分はWC-TiC-TaC(NbC)-Co）に相当します。
各グレードは、高硬度から最大靱性までの一連の合金を 01 ～ 50 の番号で表します。
⑵ 超硬切削工具の性能特性
① 高硬度：超硬切削工具は、硬度と融点の高い炭化物（硬質相といいます）と金属結合剤（結合相といいます）を粉末冶金法により形成したもので、硬度は89～93HRAです。 、ハイスよりはるかに高い。 5400℃でも硬度は82～87HRAに達する可能性があり、これは室温での高速度鋼の硬度（83～86HRA）と同じです。超硬合金の硬度は、炭化物の性質、量、粒径、結合金属相の含有量により変化し、一般に結合金属相の含有量が増加すると硬度が低下する。結合相の含有量が同じ場合、YT合金の硬度はYG合金の硬度よりも高く、TaC(NbC)を添加した合金の方が高温硬度が高くなります。
②曲げ強度と靱性：一般的に使用される超硬合金の曲げ強度は900～1500MPaの範囲にあります。金属結合相の含有量が多いほど、曲げ強度は高くなります。バインダー含有量が同じ場合、YG 系（WC-Co）合金の強度は YT 系（WC-TiC-Co）合金よりも高く、TiC 含有量が増加すると強度は低下します。超硬合金は脆性材料であり、常温での衝撃靱性は高速度鋼の1/30～1/8しかありません。
⑶ 一般的に使用される超硬切削工具の適用
YG 合金は主に鋳鉄、非鉄金属、非金属材料の加工に使用されます。微粒超硬合金（YG3X、YG6Xなど）は、同じコバルト含有量の中粒超硬よりも高い硬度と耐摩耗性を備えています。一部の特殊硬質鋳鉄、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱合金、チタン合金、硬質青銅、耐摩耗絶縁材などの加工に適しています。
YT型超硬合金の優れた利点は、高硬度、良好な耐熱性、YG型に比べて高い硬度と高温での圧縮強度、および良好な耐酸化性です。したがって、より高い耐熱性や耐摩耗性が要求されるナイフの場合は、TiC含有量の多いグレードを選択する必要があります。 YT 合金は鋼などのプラスチック材料の加工には適していますが、チタン合金やシリコン - アルミニウム合金の加工には適していません。
YW合金はYG合金とYT合金の特性を併せ持ち、優れた総合特性を持っています。鋼、鋳鉄、非鉄金属の加工に使用できます。この種の合金はコバルト含有量を適切に増加させると強度が非常に高くなり、各種難削材の荒加工や断続切削に使用できます。
6．ハイス鋼切削工具
ハイス鋼（HSS）は、W、Mo、Cr、Vなどの合金元素をさらに加えた高合金工具鋼です。ハイス鋼の切削工具は、強度、靭性、加工性の点で優れた総合性能を持っています。複雑な切削工具、特に穴加工工具、フライス、ねじ切り工具、ブローチ工具、歯切り工具などの複雑な刃形状を有する工具には、現在でも高速度鋼が使用されています。支配的な地位を占めます。ハイス鋼の包丁は研ぎやすく鋭い切れ味が得られます。
ハイスは用途に応じて汎用ハイスと高性能ハイスに分けられます。
⑴汎用ハイス切削工具
汎用ハイス鋼。一般に、タングステン鋼とタングステンモリブデン鋼の 2 つのカテゴリに分類できます。 (C)を0.7～0.9％含有するハイス鋼です。鋼中のタングステン含有量の違いに応じて、W含有量が12％または18％のタングステン鋼、W含有量が6％または8％のタングステンモリブデン鋼、およびW含有量のモリブデン鋼に分けることができます。 2% または W なし。汎用高速度鋼は、一定の硬度（63～66HRC）と耐摩耗性を備え、強度と靱性が高く、優れた塑性と加工技術を備えているため、さまざまな複雑な工具の製造に広く使用されています。
①タングステン鋼：汎用高速度鋼タングステン鋼の代表的な材種はW18Cr4V（以下W18）です。全体的なパフォーマンスが優れています。 6000℃での高温硬度は48.5HRCであり、さまざまな複雑な工具の製造に使用できます。粉砕性が良く、脱炭感度が低いという利点がありますが、炭化物含有量が高く、不均一な分布があり、粒子が大きく、強度と靭性が低いためです。
②タングステン・モリブデン鋼：タングステン鋼のタングステンの一部をモリブデンに置換した高速度鋼を指します。タングステン モリブデン鋼の代表的なグレードは W6Mo5Cr4V2 (M2 と呼ばれます) です。 M2 の炭化物粒子は細かく均一であり、その強度、靱性、および高温可塑性は W18Cr4V よりも優れています。別のタイプのタングステン モリブデン鋼は W9Mo3Cr4V (略して W9) です。熱安定性はM2鋼よりわずかに高く、曲げ強度と靭性はW6M05Cr4V2より優れており、加工性が良好です。
⑵ 高性能ハイス切削工具
高機能ハイスとは、汎用高速度鋼の組成に炭素、バナジウム、Co、Alなどの合金元素を添加し、耐熱性、耐摩耗性を向上させた新しい鋼種を指します。 。主に以下のカテゴリーがあります。
① 高炭素ハイス鋼。高炭素高速度鋼（95W18Cr4Vなど）は、常温および高温で高い硬度を持っています。通常の鋼および鋳鉄、高い耐摩耗性が要求されるドリルビット、リーマ、タップおよびフライス、またはより硬い材料を加工するための工具の製造および加工に適しています。大きな衝撃に耐えるには不向きです。
②高バナジウムハイス鋼。 W12Cr4V4Mo (EV4 と呼ばれる) などの代表的な材種は、V 含有量が 3% ～ 5% に増加しており、優れた耐摩耗性を備えており、繊維、硬質ゴム、プラスチックなどの工具摩耗が大きい材料の切削に適しています。 、などの加工に使用でき、ステンレス鋼、高張力鋼、高温合金などの材料の加工にも使用できます。
③コバルトハイス。コバルトを含有した超硬高速度鋼です。 W2Mo9Cr4VCo8 (M42 と呼ばれる) などの代表的なグレードは、非常に高い硬度を持っています。その硬度は69〜70HRCに達することがあります。難削材の高張力耐熱鋼、高温合金、チタン合金などの加工に適しています。 加工材質：M42は研削性が良く、精密で複雑な工具の製作に適していますが、M42は不向きです。衝撃切削条件下での作業に適しています。
④ アルミハイス鋼。アルミニウムを含有した超硬高速度鋼です。代表的なグレードは、たとえば W6Mo5Cr4V2Al (501 と呼ばれます) です。 6000℃での高温硬度も54HRCに達します。切断性能はM42と同等です。フライス、ドリルビット、リーマ、ギアカッター、ブローチの製造に適しています。合金鋼、ステンレス鋼、高張力鋼、高温合金などの材料の加工に使用されます。
⑤窒素超硬ハイス。 W12M03Cr4V3N（V3N）などの代表的な材種は、窒素を含有した超硬高速度鋼です。硬度、強度、靱性はM42と同等です。コバルト含有高速度鋼の代替として使用され、難削材の低速切削や低速・高精度鋼に使用されます。処理。
⑶高速度鋼及び粉末冶金高速度鋼の製錬
製造プロセスの違いにより、高速度鋼は製錬高速度鋼と粉末冶金高速度鋼に分けられます。
①高速度鋼の製錬：普通高速度鋼と高性能高速度鋼はいずれも製錬法によって作られます。製錬、地金鋳造、メッキ、圧延などの工程を経てナイフとなります。ハイスを製錬する際に発生しやすい深刻な問題は炭化物の偏析です。硬くて脆い炭化物は高速度鋼中に不均一に分布しており、粒子は粗く（最大数十ミクロン）、これが高速度鋼工具の耐摩耗性と靭性に影響を与えます。切断性能に悪影響を及ぼします。
②粉末冶金高速度鋼（PM HSS）：粉末冶金高速度鋼（PM HSS）は、高周波誘導炉で溶融した鋼を高圧のアルゴンまたは純窒素で霧化し、その後急冷して得られます。細かく均一な結晶。組織（ハイス鋼の粉末）を高温高圧でプレスしてナイフブランクにするか、鋼ビレットを作り、その後鍛造、圧延してナイフ形状に成形します。 PMハイスは溶解法で製造された高速度鋼と比較して炭化物粒子が細かく均一であり、強度、靭性、耐摩耗性が溶解法で製造された高速度鋼に比べて大幅に向上するという利点があります。複雑なCNCツールの分野において、PM HSSツールはさらに発展し、重要な位置を占めることになります。 Ｆ１５、ＦＲ７１、ＧＦ１、ＧＦ２、ＧＦ３、ＰＴ１、ＰＶＮなどの代表的なグレードは、大型、高負荷、高衝撃切削工具や精密切削工具の製造に使用できます。
CNC工具材料選択の原則
現在、広く使用されているCNC工具材料には、主にダイヤモンド工具、立方晶窒化ホウ素工具、セラミック工具、コーティング工具、超硬工具、高速度鋼工具などが含まれます。工具材料には多くのグレードがあり、その特性は大きく異なります。次の表は、さまざまな工具材料の主な性能指標を示しています。
CNC加工の工具材質は、加工するワークや加工内容に応じて選択する必要があります。工具材料の選択は、加工対象物に合わせて適切に選択する必要があります。切削工具材料と加工対象物のマッチングとは、主に、最長の工具寿命と最大の切削生産性を得るために、両者の機械的特性、物理的特性、化学的特性を一致させることを指します。
1. 切削工具の材質と加工対象物の機械的性質のマッチング
切削工具と加工対象物の機械的特性のマッチングの問題とは、主に工具と被削材の強度、靱性、硬度などの機械的特性パラメータのマッチングを指します。異なる機械的特性を持つ工具材料は、異なる被削材の加工に適しています。
① 工具材質の硬さは、ダイヤモンド工具＞立方晶窒化ホウ素工具＞セラミック工具＞超硬＞高速度鋼の順となります。
②工具材質の曲げ強度は、ハイス＞超硬＞セラミック工具＞ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素工具の順となります。
③工具材質の靭性は、ハイス＞超硬＞立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、セラミック工具の順となります。
高硬度の被削材は、より高硬度の工具で加工する必要があります。工具素材の硬度はワーク素材の硬度よりも高くなければならず、一般的には60HRC以上であることが求められます。工具素材の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。たとえば、超硬合金中のコバルト含有量が増加すると、その強度と靭性が増加し、硬度が低下するため、荒加工に適します。コバルトの含有量が減ると硬度と耐摩耗性が増し、仕上げ加工に適します。
優れた高温機械的特性を備えた工具は、特に高速切削に適しています。セラミック切削工具は優れた高温特性により高速切削が可能であり、超硬合金に比べて2～10倍の切削速度が可能です。
2. 切削工具の材質と加工対象物との物性の一致
高熱伝導率・低融点のハイス工具、高融点・低熱膨張のセラミック工具、高熱伝導率・低熱膨張のダイヤモンド工具など、物性の異なる工具が適しています。さまざまなワーク材料の加工。熱伝導率の悪いワークを加工する場合は、熱伝導率の良い工具材質を使用することで切削熱を素早く逃がし、切削温度を下げることができます。ダイヤモンドは熱伝導率と熱拡散率が高いため、大きな熱変形を引き起こすことなく切削熱を容易に放散することができ、これは高い寸法精度が要求される精密加工ツールにとって特に重要です。
①各種工具材質の耐熱温度：ダイヤモンド工具700～8000℃、PCBN工具13000～15000℃、セラミック工具1100～12000℃、TiC(N)系超硬合金900～11000℃、WC基超微粒子超硬は800～9000℃、ハイスは600～7000℃です。
②各種工具材質の熱伝導率は、PCD＞PCBN＞WC基超硬＞TiC(N)系超硬＞HSS＞Si3N4系セラミックス＞A1203系セラミックスの順です。
③各種工具材質の熱膨張係数は、HSS＞WC基超硬＞TiC(N)＞A1203系セラミック＞PCBN＞Si3N4系セラミック＞PCDの順となります。
④各種工具材質の耐熱衝撃性は、HSS＞WC基超硬＞Si3N4系セラミックス＞PCBN＞PCD＞TiC(N)系超硬＞A1203系セラミックスの順となります。
3. 切削工具の材質と加工対象物との化学的性質の一致
切削工具材料と加工対象物の化学的特性を一致させる問題とは、主に工具材料と被削材材料の化学的親和性、化学反応、拡散、溶解などの化学的性能パラメータの一致を指します。異なる材質の工具は、異なる被削材の加工に適しています。
①各種工具材質（対鋼）の接合温度耐性は、PCBN＞セラミック＞タングステンカーバイド＞ハイスとなります。
②各種工具材質の耐酸化温度は、セラミック＞PCBN＞超硬＞ダイヤモンド＞ハイスとなります。
③工具材質（鋼用）の拡散強度は、ダイヤモンド＞Si3N4系セラミックス＞PCBN＞A1203系セラミックスとなります。拡散強度 (チタンの場合) は、A1203 ベースのセラミック > PCBN > SiC > Si3N4 > ダイヤモンドです。
4. CNC工具材料の合理的な選択
一般に、PCBN、セラミック工具、コーティングされた超硬工具、TiCN ベースの超硬工具は、鋼などの鉄金属の CNC 加工に適しています。一方、PCD ツールは、Al、Mg、Cu およびそれらの合金などの非鉄金属材料および非金属材料の加工に適しています。以下の表は、上記の工具材質が加工に適しているワーク材質の一部を示しています。
Xinfa CNC ツールは高品質で低価格という特徴があります。詳細については、以下をご覧ください。
CNC ツール メーカー – 中国 CNC ツール工場とサプライヤー (xinfatools.com)
投稿日時: 2023 年 11 月 1 日
