セラミックは 切削工具 超硬合金は、硬化鋼、耐熱合金、高温合金の加工に非常に適していますが、オペレーターはしばしば誤って超硬合金の加工方法に従います。この「超硬合金複合体」を解きほぐし、セラミック工具加工の特殊な要件を考慮する必要があります。加工材料に応じて、適切なインサート形状と工作機械、ツールバー、固定具の剛性を選択します。
超硬工具複合体：セラミック工具の誤用
高温は超硬合金加工の最大の敵です。そのため、ほとんどの作業者は切削速度を下げて送り速度を上げ、状況が悪い場合はさらにスピンドル速度を下げます。しかし、超硬合金に最適なこの加工方法は、セラミック工具加工における最大のタブーです。セラミック工具加工で発生する問題のほとんどは、不十分な切削速度と過剰な送り速度によって引き起こされるからです。
高温は、セラミックスと超硬フライス工具とでは影響が異なります。切削プロセス中、切削される材料は工具すくい面のせん断領域から押し出され、切削熱もこの領域に蓄積されます。切削速度が増加すると、せん断領域で発生した熱は、廃棄チップによって短時間で運び去ることができず、高温になり、軟化効果を生み出します。
セラミック工具の切削特性
超硬合金の融点は約1199℃で、高温は超硬合金インサートのマトリックスに変形や損傷を引き起こしやすくなります。そのため、切削速度を下げると、超硬合金インサートの妥当な寿命を確保できる場合が多くあります。セラミック材料の融点は1999℃と高いため、高速加工中に発生する高温はセラミックインサートに有利です。
セラミックインサートに最も適した切削速度は、超硬合金インサートよりもはるかに高速です。高速切削中に発生する高温効果により、加工材料が柔らかくなり、切削時の抵抗が大幅に減少します。したがって、同じ条件下では、超硬合金インサートよりも壊れやすいセラミックインサートを選択すると、超硬合金インサートと同じ切削効果を簡単に達成できます。セラミックツールを使用すると、材料除去速度が毎分数百フィートから毎分数千フィートに増加する場合があります。
切削速度と送り速度を適切に組み合わせると、せん断領域にセラミックインサートを配置するのに最適な環境が生まれます。ただし、スピンドル速度を低下させると、ツールが火花を散らし、ブレードとツールが故障する原因になります。
セラミックインサートの材質は、コーティングの有無にかかわらず、窒化ケイ素または酸化アルミニウムマトリックスに基づいています。窒化ケイ素ベースのセラミック工具は一般に靭性が良好で、鍛造鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、その他の難加工鋳鉄や高硬度合金の荒旋削やフライス加工に適しています。窒化ケイ素ベースのセラミック工具は鋳鉄の加工に非常に適しているだけでなく、硬度がHRC65未満の鋼材の加工にも適しています。速度が低すぎるためにウィスカー強化セラミックを使用できない旋削ロールや高温合金加工に使用できます。鋳鉄の旋削やフライス加工では、表面線速度1524m / minで最も経済的な工具寿命を実現できます。
セラミック工具材料の分類と応用
アルミナ系セラミックは耐摩耗性に優れ、硬度も適度で、最も経済的なセラミック工具材料です。ただし、断続的、衝突的、または高硬度の材料の加工には使用しないでください。アルミナ系セラミックは、主にねずみ鋳鉄の半仕上げおよび仕上げに使用されます。この材料は圧縮強度が高いため、鋳鉄の穴あけ加工に非常に適しています。ただし、アルミナ系セラミックは耐熱衝撃性が低いため、加工中に冷却剤を使用するのには適していません。
炭化ケイ素 (SiC) 単結晶またはウィスカーを含む新しいアルミナベースのセラミックは、高融点、高強度、優れた化学的安定性、耐摩耗性、耐熱衝撃性を備えています。ウィスカーはセラミック材料の破壊強度を高めます。
ウィスカー強化セラミックインサートは、従来の超硬インサートのように破損したり、壊滅的に破損したりすることはほとんどありません。通常、ウィスカー強化セラミックインサートは、予測可能な損傷モードで徐々に摩耗するだけです。
ウィスカー強化セラミックスは他のセラミックス材料よりも強度が高く、高温合金や、硬化鋼、高硬度鋳鉄、プラズマ溶射、溶接表面処理などの類似材料の加工に非常に適しています。たとえば、ウィスカー強化セラミックスを使用して高ニッケル合金を加工する場合、界面温度は982°Cに達し、材料除去率は超硬工具の10倍以上になります。ウィスカー強化セラミックスは強度が高いため、断続旋削、フライス加工、金型加工に非常に適しています。
ウィスカー強化セラミック工具は、耐熱衝撃性に優れているため、欠けや熱割れを心配することなく、乾式切削、湿式切削、断続冷却に使用できます。
コーティングされたウィスカー強化セラミックは、長い工具寿命を必要とする連続的な中仕上げおよび仕上げ作業や、同様の軽中強度作業に非常に適しています。コーティングされたセラミック工具の寿命は、コーティングされていないセラミック工具の 3 倍ですが、フライス加工や断続切削などの過酷な条件下での加工には適していません。
セラミック工具はチタン金属の加工には推奨されません。チタンは発火点が非常に低く、セラミック工具の加工では必然的に高温が発生し、火災が発生しやすくなります。
セラミック工具のクランプと剛性の要件
工具バーの剛性は、工作機械の剛性と同じくらい重要です。大量生産環境では、セラミックインサートは、インサートが小さく動かないように特別な工具バーに固定する必要があります。工具バーの剛性は、長い張り出しのある旋削で特に重要です。張り出しが大きいと、高速切削中に工具バーが小さなたわみを生じやすくなり、たわみによって振動が発生し、セラミック工具が損傷します。したがって、セラミックインサートの工具バーの張り出し長さは、工具バーのたわみによって発生する力が張り出しの長さの3乗で増加するため、できるだけ短くする必要があります。つまり、他の条件が同じであれば、工具バーの張り出しは1倍になり、工具バーのたわみは以前の8倍になります。
ボーリング工具は通常、外径旋削工具よりもアスペクト比が大きいため、重金属ボーリング工具と超硬ボーリング工具を使用するのが合理的です。一般に、ニッケル基合金は、アスペクト比が3倍の鋼製ボーリング工具、アスペクト比が5倍の重金属ボーリング工具（重金属防振工具など）、アスペクト比が7倍の超硬ボーリング工具を使用して加工できます。
