何 入れる 熱処理後の硬度が HRC58-62 までの浸炭焼入れ鋼にはどちらが適していますか? 高硬度浸炭焼入れ鋼部品の場合、超硬インサート、セラミックインサート、多結晶立方晶窒化ホウ素 (CBN) インサートのいずれも加工可能です。なぜ CBN インサートは HRC58-62 浸炭焼入れ鋼に適したツールなのでしょうか?
浸炭焼入れ鋼の加工特性
浸炭焼入れ鋼の硬度は一般的にHRC58～62度です。一般的な鋼には20CrMnTi、40Crなどがあり、ギア、ギアスリーブ、歯型、ギアシャフトなどの部品によく使用されます。その切削加工特性は次のとおりです。
- 浸炭焼入れ鋼は強度と硬度が高く、可塑性はほとんどなく、0に近いです。
- HRC58-62浸炭焼入れ鋼を切断する場合、切削力が大きく、切断温度が高くなります。
- 浸炭焼入れ鋼部品の表面に構成刃先を生成するのは容易ではありません。
- 浸炭焼入れ鋼の熱伝導率は低いです。
浸炭焼入れ鋼の熱処理工程
浸炭焼入れは金属材料の一般的な熱処理プロセスです。浸炭されたワークピースの表面に高い硬度を与え、耐摩耗性を向上させることができます。従来のプロセスには主に、低温焼入れ、予冷直接焼入れ、一次加熱焼入れ、浸炭高温焼入れ、二次焼入れ冷間処理、浸炭後の誘導加熱などのプロセスが含まれます。
浸炭焼入れ鋼の機械加工工程
浸炭焼入れ鋼は、熱処理後に精密加工を行い、図面で要求されるサイズと表面粗さを確保する必要があります。しかし、熱処理後の浸炭焼入れ鋼部品は硬度が高く、加工が困難です。浸炭焼入れワークピースの中には断続切削のものもあり、工具欠けが発生しやすいです。浸炭焼入れ歯車を例に挙げます。
- 歯車加工技術：切削 - 鍛造 - 焼き入れ - 荒削り - 焼入れ焼戻し熱処理（焼入れ＋高温焼戻し） - 精削り - 歯面研削 - 検査・保管。
- 加工技術の観点から見ると、浸炭焼入れ鋼部品は図面の要求を満たすために研磨が必要です。ギアは断続切削であり、旋削工具は一定時間加工できません。
浸炭焼入れ鋼の加工用工具材料
切削技術の継続的な発展に伴い、工具業界ではコーティングされた超硬工具、セラミック工具、立方晶窒化ホウ素工具が次々と開発され、浸炭硬化鋼の加工を研削ではなく旋削で実現しています。
コーティングされた超硬インサート。靭性に優れた超硬インサートに耐摩耗性材料の層を電気メッキします。コーティングされていない超硬インサートよりも硬度が高く、耐摩耗性に優れていますが、コーティングの厚さは一般に2〜18μmで、耐摩耗層は薄いです。長期間の加工により耐摩耗層が摩耗します。耐摩耗層が摩耗した後は、加工性能はコーティングされていない超硬合金と変わりません。また、断続的な作業条件に遭遇すると、コーティングされた超硬インサートの刃先が割れやすく、摩耗が増加し、工具の交換が頻繁になり、加工効率に影響し、工具コストが増加します。
セラミックインサート。コーティングされた超硬工具と比較すると、硬度が高く、性能も優れていますが、脆く、断続切削中にセラミックインサートが破損しやすいという欠点があります。
CBN工具。立方晶窒化ホウ素材料の硬度はダイヤモンド工具に次ぐもので、ダイヤモンド工具とともに超硬工具と呼ばれています。硬度が高く、耐摩耗性に優れているほか、脆いという欠点もあります。わが国の工具業界は、たゆまぬ努力と研究により、非金属バインダー立方晶窒化ホウ素工具を開発し、CBN工具は仕上げ加工にしか使えず、断続加工には使えないという問題を解決しました。浸炭焼入れ鋼部品加工の場合、BN-H10は連続仕上げ加工に、BN-H21は強力な断続加工に使用できます。
CBNインサートによる浸炭焼入れ鋼の切削パラメータ
浸炭焼入れ歯車鋼の加工には、連続切削、断続切削、荒削りの 2 つの作業条件がよくあります。我が国では、この 2 つの作業条件に対応する BN-H10、BN-H21、BN-S20 の材料を開発しました。加工プランは次のとおりです。
連続切削。複合CBNインサートに属するBN-H10材料を選択し、切削深さを0.3mm以内に制御します。切削パラメータ：ap≤1mm、Fr=0.05-0.35mm/r、Vc=60-250m/分。
断続切削。耐摩耗性と耐破損性に優れた複合立方晶窒化ホウ素工具であるBN-H21材料を選択し、切削深さを0.3mm以内に制御します。切削パラメータ：ap≤1mm、Fr=0.05-0.35mm/r、Vc=60-250m/分。
荒削り。断続切削の一種で、大許容度旋削に属します。大型ワークピースは熱処理後に大きく変形するため、加工許容度は2mm以上で、強断続切削に属します。この場合、国内で開発されたBN-S20材質を選択します。このブランドは、切削深さに上限がなく、インサート全体を埋めることができる一体型立方晶窒化ホウ素工具に属します。
