硬化鋼加工のプロセスでは、適切な切削工具を選択することが非常に重要です。優れた切削能力と強力な耐摩耗性を備えた エンドミル 硬度の高い焼入れ鋼を加工する場合、安定した切削効果が得られます。加工精度を確保し、工具寿命を延ばすには、コーティングされたエンドミルの使用をお勧めします。この種の工具のコーティングは、摩擦と熱の蓄積を効果的に減らし、工具の耐摩耗性を向上させることができます。切削プロセスでは、適切な切削パラメータ、切削液の使用、および工具の定期的なメンテナンスはすべて、加工品質を確保し、生産効率を向上させる重要な要素です。
硬化鋼とは
硬化鋼の加工では、適切な切削工具を選択することが重要です。優れた切削能力と強力な耐摩耗性を備えた エンドミル 硬度の高い焼入れ鋼を加工する場合、安定した切削結果を得ることができます。加工精度を確保し、工具寿命を延ばすために、コーティングされたエンドミルの使用をお勧めします。この工具のコーティングは、摩擦と熱の蓄積を効果的に減らし、工具の耐摩耗性を向上させることができます。切削プロセスでは、適切な切削パラメータ、切削液の使用、および工具の定期的なメンテナンスはすべて、加工品質を確保し、生産効率を向上させる重要な要素です。
- 高硬度、高強度、ほとんど塑性がないのが焼入れ鋼の主な切削特性です。焼入れ鋼の硬度がHRC50〜60に達すると、その強度はob=2100〜2600MR3に達します。加工材料の切削性の分類規定によると、焼入れ鋼の硬度と強度はともに9aで、最も切削が難しい材料です。
- 高い切削力と高い切削温度: 高硬度、高強度のワークピースからチップを切断する場合、単位切削力は 4500MR に達します。切削条件を改善し、放熱面積を増やすには、ツールの主偏向角と副偏向角を小さくする必要があります。これにより振動が発生し、プロセス システムの剛性が向上します。
- 構成刃先を生成することは容易ではありません。焼入れ鋼は硬度が高く、脆性も高いため、切削中に構成刃先を生成することは容易ではありません。機械加工された表面は、より低い表面粗さを得ることができます。
- 刃が折れやすく、摩耗しやすい：焼入れ鋼は脆いため、切削時にチップと刃の接触時間が短く、切削力と切削熱が工具刃先付近に集中し、刃が折れやすく、摩耗しやすくなります。
- 低熱伝導率：一般的な焼入れ鋼の熱伝導率は7.12W（m”K）で、45鋼の約1/7です。材料の被削性グレードは9aで、非常に切削が難しい材料です。焼入れ鋼の熱係数が低いため、切削熱が切りくずによって運び去られにくく、切削温度が非常に高くなり、工具の摩耗が加速されます。
硬化鋼の切削工具材料の選び方
工具材料の適切な選択は、硬化鋼の切削にとって重要な条件です。硬化鋼の切削特性に応じて、工具材料は高い硬度、耐摩耗性、耐熱性を備えているだけでなく、一定の強度と熱伝導性も備えている必要があります。
超硬合金：超硬合金の性能を向上させるために、超硬合金を選択する際には、適量のTaCまたはNbCの超微粒子を添加した超硬合金を優先する必要があります。WC-Co超硬合金では、TaCを添加すると、800℃での元の高温強度が150〜300MPa増加し、常温硬度がHV40〜100増加します。NbCを添加すると、高温強度が150〜300MPa増加し、常温硬度がHV70〜150増加します。さらに、TaCとNbCは粒子を微細化し、超硬合金の三日月形噴射摩耗に対する耐性を向上させることができます。 TaC は摩擦係数を下げ、切削温度を下げ、超硬合金の熱亀裂や熱可塑性変形に対する抵抗力を高め、WC の粒子を 0.5～1μm に微細化し、硬度を HRA1.5～2 増加させ、曲げ強度を 600～800MPa 増加させます。その高温硬度は、一般的な超硬合金よりも高くなっています。
ホットプレス複合セラミックスとホットプレス窒化ケイ素セラミックス：TiCなどの金属元素をAI203に添加し、ホットプレス技術を使用することで、セラミックスの密度とアルミナ系セラミックスの性能が向上し、硬度がHRA95.5に増加し、曲げ強度が800〜1200MPaに達し、耐熱性が1200℃〜1300℃に達し、使用中の接着と拡散摩耗を軽減できます。窒化ケイ素系セラミックスは、TiCなどの金属元素をSi3N4に添加して作られ、硬度はHRA93〜94、曲げ強度は700〜1100MPaです。これら2つのセラミックスは、焼入れ鋼の旋削、フライス加工、穴あけ、平削りに適しています。
立方晶窒化ホウ素複合シート（PCRN）工具：硬度はHV8000〜9000、複合曲げ強度は900〜1300MPa、熱伝導率は比較的高く、耐熱性は1400℃〜1500℃で、工具材料の中で最も高いです。硬化鋼の半仕上げおよび仕上げに非常に適しています。
硬化鋼用切削工具の幾何学的パラメータの選び方
焼入れ鋼を切削する場合、切削工具の材質が良好であっても、切削工具の幾何学的パラメータが適切でなければ、満足のいく結果を得ることができません。したがって、工具材質、ワークピース材質、切削条件に応じて工具の幾何学的パラメータを合理的に選択し、工具材質の切削性能を効果的に発揮させる必要があります。
すくい角：すくい角の大きさは、焼入れ鋼の切削に大きな影響を与えます。焼入れ鋼は硬度と強度が高いため、切削力が大きく、工具の刃先近くに集中します。欠けや切削を避けるために、すくい角はゼロまたは負の値に選択する必要があります。一般的にはγ0=-10°～0°です。ワークピースの材質が硬く、断続切削が必要な場合は、より大きな負のすくい角を選択する必要があります。γ0=-10°～-30°。正のすくい角のスローアウェイチップを使用する場合は、刃の強度を高めるために、幅bγ=0.5～1mm、γ01=-5°～-15°のより大きな負の面取りを研磨する必要があります。
バック角：焼入れ鋼を切削する工具のバック角は、工具背面の摩擦を減らすために、一般工具よりも大きくする必要があります。一般的には、α0=8°～10°が適しています。
主すくい角と二次すくい角：工具先端の強度を高め、放熱条件を改善するために、主すくい角κr=30°～60°、二次すくい角κ'r=6°～15°とする。
刃先傾斜角：刃先傾斜角が負の場合、工具先端の強度を高めることができます。ただし、負の値が大きすぎると、fp力が増加し、加工システムの剛性が低い場合に振動が発生します。したがって、通常の状況では、λs = -5°～0°、断続切削の場合はλs = -10°～-20°、硬い歯面スクレーピングホブの場合は、刃先傾斜角λs = -30°です。
刃先円弧半径：その大きさは工具先端の強度と加工面の粗さに影響します。加工システムの剛性の影響により、刃先円弧半径γε=0.5～2mmが適切です。
切削硬化鋼工具は、各工具表面の研磨品質を向上させ、工具の耐久性を向上させるために、幾何学的パラメータの適切な選択に基づいて慎重に研磨およびホーニングする必要があります。
焼入れ鋼を切断する際の切断量の選び方
焼入れ鋼の切削量は、主に切削工具材料の物理的および機械的性質、ワークピースの材料、ワークピースの形状、加工システムの剛性、および加工余裕に応じて選択されます。切削量の3つの要素を選択するときは、まず適切な切削速度を選択し、次に切削深さ、最後に送り速度を検討します。
切削速度：一般的な焼入れ鋼の耐熱性は 200℃～600℃ ですが、超硬合金の耐熱性は 800℃～1000℃、セラミック切削工具の耐熱性は 1100℃～1200℃、立方晶窒化ホウ素の耐熱性は 1400℃～1500℃ です。高速度鋼を除いて、一般的な焼入れ鋼の硬度は約 400℃ に達すると低下し始めますが、上記の工具材料は元の硬度を維持します。したがって、焼入れ鋼を切断する場合は、上記の特性を十分に利用し、工具の一定の耐久性を維持するために、切削速度が低すぎたり高すぎたりしてはなりません。現在の経験によると、焼入れ鋼を切断するためのさまざまな工具材料の切削速度は、超硬工具の場合 vc=30～75m/分、セラミック工具の場合 vc=60～120m/分です。立方晶窒化ホウ素工具の場合、vc=100～200m/分。断続的に切削する場合やワークピースの硬度が高すぎる場合は、切削速度を下げる必要があります。一般的には、上記の最小切削速度の約1/2です。連続切削時の最適な切削速度は、切りくずが暗赤色のときです。
切削深さ：一般的には加工代と加工システムの剛性に応じて選択されます。通常はαp=0.1～3mmです。
送り速度：一般的には0.05～0.4mm/r。ワーク材質が硬い場合や断続切削の場合は、単位切削力を低減し、チッピングやツーリングを防止するために送り速度を下げる必要があります。
セラミックエンドミルで硬化鋼を切断する方法
セラミック切削工具材料を使用して焼入れ鋼を切断すると、超硬エンドミルを使用して焼入れ鋼を切断する場合と比較して大きな効果があります。これは主に、セラミック工具の硬度と耐熱性が超硬合金よりも高いという事実に反映されています。セラミック工具で作られた旋削工具、フライスカッター、ねじ切り工具は、焼入れ鋼をうまく切断できます。
セラミック切削工具材料は超硬合金よりも硬度と耐熱性が高いという事実を最大限に活用し、超硬合金切削焼入れ鋼の切削速度よりも高い切削速度を選択する必要があります。これは通常、50%高くなります。たとえば、切削速度が50m / minの場合、セラミック工具の側面摩耗は超硬合金の摩耗に近くなります。切削速度が95m / minに増加すると、その耐摩耗性は超硬合金よりもはるかに高くなります。たとえば、セラミックブレードで作られた3面刃フライスカッターを使用して、深さ5.2mm、幅16mm、長さ700mmの焼入れ鋼キー溝を切削速度102m / minでフライス加工すると、工具は基本的に摩耗しません。
セラミック切削工具が切削中に衝撃荷重を受ける場合、先端強度を高めて工具の損傷を防ぐために、先端角が小さい、先端円弧が大きい、または丸いインサートを選択することをお勧めします。たとえば、円形のセラミックブレードで作られた機械クランプエンドミルを使用して焼入れ鋼をフライス加工する場合、vc=120〜150m/分、vf=230〜290mm/分、αp=1〜2mmです。
ブレードと刃先の強度を高めるには、負のすくい角と負の刃先傾斜角を使用する必要があります。ブレードとブレード表面の粗さ ra は 0.4μm 未満である必要があります。
切削液は、切削中に使用することは通常ありません。使用する場合は、最初から最後まで完全に供給する必要があります。そうしないと、熱膨張と収縮により刃が割れてしまいます。
セラミック工具の曲げ強度は超硬合金工具よりも低いため、工具の単位面積あたりの力を低減するには、切削時の送り速度を小さくする必要があります。一般的には f=0.08~0.15mm/r です。
立方晶窒化ホウ素切削工具を使用して硬化鋼を切断する方法
立方晶窒化ホウ素切削工具（CBN）は、研磨工具の製造に適した材料であるだけでなく、研ぎやすい（ダイヤモンド砥石で研ぐことができる）材料でもあります。また、旋削工具、ボーリングカッター、フライスカッター、ガンドリル、リーマ、ギアカッターなどの製造にも適しています。CBNは主にさまざまな硬化鋼の切断に使用され、他の難削材の切断にも使用できます。金属除去率が高いだけでなく、表面処理品質も良好です。さまざまな硬化鋼を切断すると、研削を効果的に置き換え、処理手順を減らし、生産性を向上させることができます。市場で販売されているCBNブレードのほとんどは、CBNブレードの曲げ強度を向上させるために、超硬合金との複合シートの形でインデックス可能なブレードまたはツールになっています。
CBN工具は高硬度（hv8000～9000）と高耐熱性（1400℃～1500℃）を特徴としており、超硬合金に比べて数倍の切削速度で焼入れ鋼を切削でき、耐久性は超硬合金に比べて数倍から数十倍の耐久性を誇ります。焼入れ鋼を切削する際のCBN工具と超硬合金工具の比較。
国内のCBNブレードメーカーとしては、LDP-Jというブランド名を生産する成都工具研究所、DLS-F1、DLS-F2、DLS-F3を生産する第六砥石工場などがあります。CBNインデックスブレードや溶接ナイフを生産するメーカーも多数あります。LDP-JとDLS-F1は主に各種硬化鋼の切断に使用されます。DLS-F2は主に各種鋳鉄の切断に使用されます。DLS-F3は主に高温合金やチタン合金の切断に使用されます。
CBN 工具は低速切削には適していません。CBN 工具は、切削中に発生する切削熱を利用して、切削領域の狭い範囲のワークピース材料を柔らかくして切削します。
硬度HRC55-65の材料を切削する場合、CBN工具の切削速度は50-120 m/分にする必要があります。フライス加工の場合、vc=100-160 m/分、毎分送り速度vf=70-160 mm/分、リーマ加工の場合、vc=60-130 m/分、ap=0.1-0.2 mm、f=0.07-0.2 mm/rです。CBN工具は主に硬化鋼の半仕上げと仕上げに使用されます。加工面は研削のように焼けず、効率は研削の約10倍です。
CBN工具の焼入れ鋼切削時の幾何学的パラメータは、γ0=-15°～-5°、α0=α'0=10°～15°、κr=30°～60°、κ'r=5°～15°、λs=0°～10°、γε=0.3～1mmである。
CBN工具を使用して硬化鋼を切断する場合、どのような場合に研削を置き換えるのが最も効果的ですか？
研削工程の代わりに CNC 工作機械で複雑な表面や複数の複雑な表面を切断すると、労力を 1/3 ～ 2/3 削減し、高い位置精度を確保できます。
複雑な形状の内穴または小穴。研削を使用する場合、研削ホイールの形状も複雑でなければなりません。研削が不可能な場合もあります。このとき、旋削が最も有利です。
部品の複数の面（外円、内穴、端面、段差、溝）を研削する必要があります。このとき、旋削を使用すると、1 つのプロセスで完了でき、研削用の工具を減らすことができます。
焼入れ後、部品は変形しやすく、小さなマージンが残り、スクラップが発生しやすくなります。このとき、より大きなマージンを残すことができます。焼入れ後、余分なマージンをCBN切削工具で切り取り、研磨することで、大きな変形によるスクラップを減らすことができます。
負荷変化が大きく、厳しい条件で使用される高周波部品を加工する場合、ワークピースの表面構造や物理的・機械的特性が研磨時よりも良好になり、部品の耐用年数を延ばすことができます。
フライスカッターやエンドミルなどの切削工具を選択する際には、加工対象材料の硬度やワークピースの形状に応じて、工具材質や形状パラメータを適切に選択することが重要です。高硬度鋼の加工では、切削速度、切削深さ、送り速度を最適化する方法や、適切な工具材質やコーティングを選択することが、加工品質の確保や生産効率の向上に重要な要素となります。切削工具を慎重に選択し、切削パラメータを適切に調整することで、切削結果を改善できるだけでなく、工具寿命を延ばすことができ、経済的で効率的な加工目標を達成できます。
