航空機エンジンは、巨大な推力と極めて高い動作温度に耐える必要があります。チタン合金、耐熱合金、複合材料の応用は、航空機の飛行速度と積載量の向上に大いに役立ちます。石油化学業界では、低合金鋼、ステンレス鋼、耐食合金鋼、チタン合金などの材料が、その優れた耐食性により、パイプ、バルブ、フランジ、シャフトなどの部品で重要な役割を果たしています。
難加工材料とは、通常、切削性が悪い材料を指します。耐熱性、耐摩耗性、高硬度、延性などの優れた特性により、航空宇宙、造船、石油、化学などの業界の特殊部品で重要な役割を果たすことがよくあります。
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チルド鋳鉄と焼入れ鋼
チルド鋳鉄の硬度が非常に高いことが、加工が難しい主な理由です。可塑性が非常に低く、カッターとチップの接触長さが非常に短く、切削力と切削熱が刃先付近に集中するため、刃先が損傷しやすいです。チルド鋳鉄部品の構造寸法と加工代は一般的に大きく、ブランク精度が低いため、加工の難易度がさらに高まります。
熱処理後、硬化鋼は非常に高い硬度を持ち、工具に対する要求も極めて高くなります。フライスカッターは加工中に簡単に破損せず、長寿命でなければなりません。これには、工具材料自体に極めて高い要求があり、コーティングは高温と摩耗に耐える必要があります。
SAMHOはSHGとSHHシリーズを発売しました エンドミル硬質材料用に特別に設計された工具です。HRC63 以内の硬質材料の場合、切削効率と工具寿命の両方が非常に良好です。
高強度鋼
高強度鋼/超高強度鋼は、通常の炭素構造用鋼と比較して、強度が高く、熱伝導率が低いため、切削抵抗が大きく、切削温度が高く、工具の摩耗が速く、工具寿命が短く、切りくずの破断もやや困難です。
このような材料を加工する場合は、高性能の超硬工具、セラミック工具、PCBN工具が選択され、同時に高圧冷却またはMQLを使用して切削熱と工具摩耗が低減されます。
純金属
一般的に使用されている銅、純アルミニウム、純鉄などの純金属は、硬度と強度が低く、熱伝導率が高く、切削に適しています。しかし、可塑性が高く、切りくずの変形が大きく、工具と切りくずの接触長さが長く、冷間圧着しやすく、構成刃先が発生します。そのため、切削抵抗が大きく、良好な加工面品質が得られにくく、切りくずの破断が困難です。また、線膨張係数が大きく、微細加工時にワークの加工精度を制御することが困難です。
ステンレス鋼
ステンレス鋼は、金属組織によってフェライト、マルテンサイト、オーステナイトの3種類に分けられます。フェライト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼の主成分はクロムであり、一般に切削は難しくありません。オーステナイト系ステンレス鋼の主成分はクロム、ニッケルなどです。焼入れ後はオーステナイトとなり、切削加工性が比較的悪く、主に以下の特徴が見られます。
- 塑性が高く、加工硬化が激しく、構成刃先が発生しやすく、加工面の品質が低下します。加工面の硬化度合いと硬化層の深さが大きいため、次の工程に困難をもたらすことがよくあります。また、チップを破断するのは簡単ではありません。
- 熱伝導率が小さく、発生した熱が伝わりにくいため、切断温度が高くなります。
- 切削温度が高く、加工硬化が激しく、鋼中に炭化物（TiCなど）が存在するため、硬い介在物が形成され、工具と冷間圧接しやすく、工具の摩耗が早くなり、耐用年数が短くなります。
高温合金
耐熱合金は、化学成分によって、鉄系、ニッケル系、コバルト系の3種類に分けられます。加工性はステンレス鋼よりも劣ります。耐熱合金には、鉄、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、バナジウム、タングステン、モリブデンなどの高融点合金元素が多く含まれており、他の合金元素とともに高純度で緻密な構造のオーステナイト合金を形成します。一部の元素は、炭素、窒素、酸素などの非金属元素と結合して、比重が低く融点が高い高硬度化合物を形成します。
一定の靭性を持つ高硬度の金属間化合物も形成されることがあります。同時に、一部の合金元素が固溶体に入り、マトリックスを強化します。長期老化後、高温合金は固溶体から硬質相を析出させ、格子をさらに歪ませ、塑性変形に対する抵抗を高めるだけでなく、硬質粒子の存在により工具の摩耗を悪化させます。
エンドミル工具が難削材の加工にどのように対応しているか
高品質の素材を選ぶ
多結晶ダイヤモンド（PCD）工具と立方晶窒化ホウ素（CBN）工具も、難削材の加工に有効な手段です。近年、その市場シェアは徐々に拡大しています。PCD工具は、非鉄金属、複合材料、プラスチック、極めて難削材の超合金のフライス加工に広く使用されています。CBN工具は、硬化鉄金属の連続または断続切削、溶接金属や複合金属の切削に使用されます。
切削工具の高品質コーティング
工具コーティングは、加工が難しい材料に対して最も経済的で的を絞った技術です。多種多様な新材料は、より複雑な加工要件をもたらします。同時に、CVDやPVDなどのコーティング技術の継続的な開発も促進しています。工具コーティング自体は、工具上でのチップの移動中に発生する過度の力と熱の悪影響に対処するために開発された技術です。コーティングされた工具は、さまざまな加工材料において、コーティングされていない工具の耐用年数を2〜10倍に延ばすことができます。
高度な切断技術の使用
従来の加工温度は通常室温ですが、加工が難しい材料の場合、加工温度を変えると予期せぬ結果が出ることがあります。加熱切断法は、ワークと工具の間の回路に低電圧・高電流を流して、切断部に熱を発生させる方法です。また、プラズマ加熱切断法もあります。つまり、工具の先端付近のワーク材料をプラズマアークで加熱して硬度と強度を下げ、切断条件を改善します。
低温切削法は、液体窒素（-180℃）または液体CO2（-76℃）を切削液として使用し、切削領域の温度を下げることができます。この方法を使用すると、主な切削力を20%削減でき、切削温度を300℃以上下げることができます。同時に、構成刃先が消え、加工面の品質が向上し、工具の耐久性が2〜3倍になります。高強度鋼、耐摩耗鋳鉄、ステンレス鋼、チタン合金の加工に効果的です。
超音波工具ホルダーと超音波工具を用いた超音波加工は、工具を切削方向に沿って20～40KHzの周波数で高速振動させる特殊な切削技術です。超音波振動切削は、ミクロな観点から見るとパルス切削の一種です。1回の振動サイクルでは、工具の有効切削時間は非常に短く、1回の振動サイクルのほとんどの時間で、工具とワークピースのチップは完全に分離され、工具とワークピースのチップは断続的に接触しているため、切削熱が大幅に減少します。脆くて硬い材料の加工に適した技術です。ワークピースの粗さと加工精度が大幅に向上します。
