の選択 フライス盤 切削加工において、工具材質は加工効率、加工品質、加工コスト、工具寿命に直接関係する重要な決定要因です。切削工具材質はそれぞれ物理的・化学的特性が異なり、加工条件や材料によって適した工具も異なります。そのため、エンドミル工具の材質を適切に選択することが、効率的で高品質な加工を実現するための鍵となります。
エンドミル工具材料は基本的な特性を備えている必要がある
切削工具の材質の選択は、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。 エンドミル 工具は切削時に高圧、高温、摩擦、衝撃、振動に耐えなければなりません。そのため、フライス加工工具の材料には、以下の基本特性が求められます。
- 硬度と耐摩耗性。工具材料の硬度は、被削材の硬度よりも高くなければなりません。一般的には60HRC以上が求められます。工具材料の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。
- 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。
- 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、優れた耐酸化性を備えている必要があります。
- 加工性能と経済性。工具材料は、優れた鍛造性能、熱処理性能、溶接性能、研削性能などを備え、高い性能と価格の比率を追求する必要があります。
エンドミル工具の性能
ダイヤモンド Cやる Tウール
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。ダイヤモンドフライスカッターは高硬度、高耐摩耗性、高熱伝導性を備え、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、ダイヤモンドエンドミルは代替が困難な主要な切削工具となっています。高効率、高安定性、長寿命加工を実現す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ツールです。
の種類 Dダイヤモンド Cやる Tウール
天然ダイヤモンド切削工具：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は、精密研磨により、刃先半径最大0.002μmの極めて鋭い刃先に研削されます。極薄切削が可能で、極めて高いワーク精度と極めて低い表面粗さを実現できます。これは、理想的な、そしてかけがえのない超精密加工工具として広く認められています。
PCDダイヤモンド切削工具：天然ダイヤモンドは高価です。多結晶ダイヤモンド（PCD）は切削に広く使用されています。1970年代初頭から、高温高圧合成技術で製造された多結晶ダイヤモンド（PCD）は、切削に広く使用されています。PCDブレードと呼ばれるダイヤモンドの開発に成功した後、天然ダイヤモンド工具は多くの場合、人工多結晶ダイヤモンドに置き換えられました。PCD原材料は豊富で、その価格は天然ダイヤモンドの数十分のXNUMXから数十分のXNUMXです。PCDエンドミルは非常に鋭い刃を研削することができず、加工されたワークピースの表面品質は天然ダイヤモンドほど良くありません。現在、業界ではチップブレーカー付きのPCDフライスカッターブレードを製造することは容易ではありません。そのため、PCDは非鉄金属および非金属の精密切削にのみ使用でき、超精密ミラー切削を実現することは困難です。
CVDダイヤモンド切削工具：CVDダイヤモンド技術は、1970年代後半から1980年代初頭にかけて日本で登場しました。CVDダイヤモンドとは、化学気相成長法（CVD）によって、異種基板（セメント炭化物、セラミックスなど）上にダイヤモンド膜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同様の構造と特性を有し、その性能は天然ダイヤモンドに非常に近いです。天然単結晶ダイヤモンドと多結晶ダイヤモンド（PCD）の利点を備え、それらの欠点をある程度克服しています。
パフォーマンス Cの特徴 Dダイヤモンド End M病気
- 極めて高い硬度と耐摩耗性：天然ダイヤモンドは自然界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有しており、高硬度材料の加工において、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。
- 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間の摩擦係数は、他の工具よりも低くなっています。摩擦係数が低いということは、加工中の変形が少なく、切削抵抗を低減できることを意味します。
- 切れ刃は非常に鋭い：ダイヤモンドフライスカッターの切れ刃は非常に鋭く研ぐことができます。天然単結晶ダイヤモンド工具の粒度は0.002～0.008μmと高く、極薄切削や超精密加工が可能です。
- 熱伝導率が高い：ダイヤモンドは熱伝導率と熱拡散率が高く、切削熱が放散しやすく、工具の切削部分の温度が低くなります。
- 熱膨張係数が低い：ダイヤモンドの熱膨張係数は炭化物に比べて数倍小さく、切削熱による切削工具サイズの変化が非常に小さいため、高い寸法精度が求められる精密・超精密加工に特に重要です。
の応用 Dダイヤモンド M病気 C全くの
ダイヤモンド切削工具は、主に非鉄金属および非金属材料の高速微細切削および穴あけ加工に使用されます。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の各種耐摩耗性非金属、各種シリコンアルミニウム合金などの各種耐摩耗性非鉄金属、および各種非鉄金属の仕上げ加工に適しています。
ダイヤモンドエンドミルの欠点は、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ます。また、ダイヤモンド（炭素）は高温で鉄原子と容易に反応し、炭素原子をグラファイト構造に変換し、工具が損傷しやすくなるため、鉄系金属の切削には適していません。
立方晶窒化ホウ素切削工具材料
立方晶窒化ホウ素（CBN）は、ダイヤモンドの製造方法に類似した方法で合成される第二の超硬質材料であり、ダイヤモンドに次ぐ硬度と熱伝導率を誇ります。優れた熱安定性を有し、大気中で10000℃に加熱しても酸化しません。CBNは鉄系金属に対して極めて安定した化学的性質を有し、鉄鋼製品の加工に広く利用されています。
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。単結晶と多結晶、すなわちCBN単結晶と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）の同素体の一つであり、ダイヤモンドに似た構造をしています。
PCBN（多結晶立方晶窒化ホウ素）は、高温高圧下で微細なCBN材料を結合相（TiC、TiN、Al、Tiなど）を介して焼結させた多結晶材料です。現在、ダイヤモンドに次ぐ人工硬度を持つ工具材料であり、ダイヤモンドと合わせて超硬工具材料と呼ばれています。PCBNは主にナイフなどの工具の製造に使用されます。
PCBN 切削工具は、一体型 PCBN ブレードと、セメント炭化物で焼結された PCBN 複合ブレードに分けられます。
PCBN複合ブレードは、優れた強度と靭性を持つ超硬合金上に、厚さ0.5～1.0mmのPCBN層を焼結して製造されます。優れた靭性、高い硬度、耐摩耗性を備え、CBNブレードの曲げ強度の低さや溶接の難しさといった問題を解決します。
メイン P特性と Cの特徴 Cユビック Bオロン Nイトライド
立方晶窒化ホウ素（CBN）の硬度はダイヤモンドよりわずかに低いものの、他の高硬度材料よりもはるかに高いです。CBNの優れた利点は、熱安定性がダイヤモンドよりもはるかに高いことです。ダイヤモンドは1200℃以上に達することもあります（ダイヤモンドは700～800℃）。また、化学的に不活性で、1200～1300℃でも鉄と化学反応を起こしません。立方晶窒化ホウ素の主な性能特性は以下のとおりです。
- 高い硬度と耐摩耗性：CBNの結晶構造はダイヤモンドに類似しており、ダイヤモンドと同等の硬度と強度を備えています。PCBNは、これまで研磨加工しかできなかった高硬度材料の加工に特に適しており、ワークピースの表面品質を向上させることができます。
- 高い耐熱性：CBNの耐熱性は1400～1500℃に達し、ダイヤモンドの耐熱性（1～700℃）のほぼ800倍です。PCBN工具は、超硬工具の3～5倍の速度で高温合金や硬化鋼を切削できます。
- 優れた化学的安定性：1200～1300℃でも鉄材料と化学反応を起こさず、ダイヤモンドほど摩耗が激しくありません。この状態でも超硬合金の硬度を維持できます。PCBN工具は、焼入れ鋼部品やチルド鋳鉄の切削に適しており、鋳鉄の高速切削にも広く使用できます。
- 優れた熱伝導率: CBN の熱伝導率はダイヤモンドに追いつくことはできませんが、PCBN の熱伝導率は、あらゆる工具材料の中でダイヤモンドに次ぐものであり、高速度鋼や超硬合金よりもはるかに高くなっています。
- 低摩擦係数: 摩擦係数が低いと、切削力が減少し、切削温度が低下し、切削時の表面品質が向上します。
の応用 Cユビック Bオロン N窒化物 M病気 C全くの
立方晶窒化ホウ素は、焼入れ鋼、硬質鋳鉄、耐熱合金、超硬合金、表面溶射材など、さまざまな難削材の仕上げに適しています。加工精度はIT5（穴の場合はIT6）に達し、表面粗さはRa1.25～0.20μmと小さくなります。
立方晶窒化ホウ素（CBN）切削工具材料は、靭性と曲げ強度が低いため、低速・高衝撃負荷での荒加工には適していません。また、塑性性の高い材料（アルミニウム合金、銅合金、ニッケル基合金、高塑性鋼など）の切削にも適していません。これらの金属を切削すると、深刻な構成刃先が発生し、加工面が劣化するからです。
セラミック切削工具材料
セラミックフライスカッターは、高硬度、耐摩耗性、耐熱性、化学的安定性に優れ、金属と接着しにくいという特徴を持っています。セラミック工具はCNC加工において非常に重要な位置を占めており、セラミックエンドミルは高速切削や難削材加工の主要工具の一つとなっています。セラミック切削工具は、高速切削、乾式切削、ハード切削、難削材切削に広く使用されています。セラミック工具は、従来の工具では到底加工できなかった高硬度材料を効率的に加工でき、「研削ではなく旋削」を実現しています。セラミック工具の最適切削速度は、超硬合金工具の2～10倍にも達するため、切削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大きな意義を持ち、切削技術の進歩を大きく促進するでしょう。
セラミック切削工具材料の種類
セラミック切削工具材料は、一般的にアルミナ系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、窒化ケイ素・アルミナ系複合セラミックスの3種類に分けられます。中でも、アルミナ系と窒化ケイ素系のセラミックフライス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。
パフォーマンスと Cの特徴 Cエラミック Cやる Tウール
- 高硬度と優れた耐摩耗性：セラミックフライス工具の硬度はPCDやPCBNほど高くはありませんが、超硬合金や高速度鋼工具の硬度よりもはるかに高く、93～95HRAに達します。セラミックエンドミルは、従来の工具では加工が困難な高硬度材料の加工が可能で、高速切削や硬質切削に適しています。
- 耐高温性と優れた耐熱性：セラミック切削工具は1200℃を超える高温でも切削可能です。セラミック工具は優れた高温機械的特性を有しています。特にAl12O3セラミック工具は耐酸化性に優れており、刃先が赤熱状態であっても連続的に使用できます。そのため、セラミック工具はドライカットを実現し、切削液の使用を不要とします。
- 優れた化学的安定性: セラミックフライスカッターは金属と結合しにくく、耐腐食性と化学的安定性を備えているため、工具の結合摩耗を軽減できます。
- 低摩擦係数: セラミック工具は金属との親和性が低く、摩擦係数が低いため、切削力と切削温度を低減できます。
セラミック Cやる Toolsは持っている Applications
セラミックは、主に高速仕上げ加工および中仕上げ加工に使用される工具材料の一つです。セラミックフライス工具は、各種鋳鉄（ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄、チルド鋳鉄、高合金耐摩耗鋳鉄）および鋼（炭素構造用鋼、合金構造用鋼、高張力鋼、高マンガン鋼、焼入れ鋼など）の切削に適しており、銅合金、グラファイト、エンジニアリングプラスチック、複合材料の切削にも使用できます。
セラミックフライス工具の材料性能には、曲げ強度が低く、衝撃靭性が劣るという問題があり、低速および衝撃負荷での切削には適していません。
コーティングエンドミル工具材料
工具のコーティングは、工具性能を向上させる重要な方法の一つです。コーティングされたエンドミル工具の登場は、工具の切削性能に大きな進歩をもたらしました。コーティングされたフライスカッターは、工具本体の靭性に優れた耐摩耗性化合物を1層または複数層コーティングしています。工具基材と硬質コーティングを組み合わせることで、工具の性能を大幅に向上させます。コーティングされた工具は、加工効率、加工精度、工具寿命の向上、加工コストの削減を実現します。
新しいCNC工作機械で使用される切削工具の約80%はコーティング工具です。コーティング工具は、将来、CNC加工分野において最も重要な工具となるでしょう。
の種類 Cオーテッド End M病気
コーティング方法の違いにより、コーティングフライスカッターは化学蒸着（CVD）コーティングカッターと物理蒸着（PVD）コーティングカッターに分けられます。コーティング超硬合金カッターは一般的に化学蒸着法を採用し、蒸着温度は約1000℃です。コーティング高速度鋼カッターは一般的に物理蒸着法を採用し、蒸着温度は約500℃です。
コーティングエンドミルの異なるベース材料に応じて、コーティングカッターは、超硬コーティングカッター、高速度鋼コーティングカッター、セラミックおよび超硬材料（ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素）などのコーティングカッターに分けられます。
コーティング材の特性により、コーティングされたフライスカッターは「ハード」コーティングされたフライスカッターと「ソフト」コーティングされたフライスカッターの0.1種類に分けられます。「ハード」コーティングされたフライスカッターの主な目的は、高い硬度と耐摩耗性です。その主な利点は、高い硬度と優れた耐摩耗性です。代表的な例としては、TiCコーティングとTiNコーティングが挙げられます。一方、「ソフト」コーティングされたフライスカッターの主な目的は、低摩擦係数、つまり自己潤滑性です。被削材との摩擦係数は約XNUMXと非常に低く、凝着や摩擦を低減し、切削抵抗と切削温度を低減できます。
最近、ナノコーティングカッターが開発されました。このタイプのコーティングカッターは、様々なコーティング材料（金属/金属、金属/セラミック、セラミック/セラミックなど）を様々な組み合わせで使用でき、様々な機能・性能要件を満たすことができます。ナノコーティングの適切な設計により、工具材料は優れた耐摩擦・耐摩耗性、そして自己潤滑性を備え、高速ドライ切削に適しています。
の特徴 Cオーテッド End M悪く Tウール
- 優れた機械特性と切削性能：コーティングされた切削工具は、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。母材の優れた靭性と高強度を維持するだけでなく、コーティング材の高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数も備えています。そのため、コーティングされたフライス工具の切削速度は、コーティングされていない工具の2倍以上になり、より高い送り速度が可能になります。また、コーティングされた工具の寿命も向上します。
- 高い汎用性：コーティングされたフライス工具は汎用性が高く、加工範囲が大幅に拡大します。1本のコーティング工具で複数の非コーティング工具を置き換えることができます。
- コーティング厚さ：コーティング厚さが厚くなると工具寿命も長くなりますが、コーティング厚さが飽和状態に達すると、工具寿命はそれほど大きく向上しなくなります。コーティングが厚すぎると剥離が発生しやすくなり、コーティングが薄すぎると耐摩耗性が低下します。
- 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、プロセス要件が高く、コーティング時間が長くなります。
- 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。例えば、低速切削ではTiCコーティングが有利ですが、高速切削ではTiNコーティングが適しています。
の応用 Cオーテッド M病気 C発声する
コーティングされた切削工具はCNC加工分野において大きな可能性を秘めており、将来的にはCNC加工分野において最も重要な工具となるでしょう。コーティング技術は、エンドミル、リーマ、ドリル、複合穴加工工具、ギアホブ、ギアシェービングカッター、ギアシェービングカッター、成形ブローチ、そして様々な機械搭載型スローアウェイチップに応用され、各種鋼・鋳鉄、耐熱合金、非鉄金属の高速切削のニーズに応えています。
超硬エンドミル工具材料
超硬エンドミル工具、特に刃先交換式超硬工具は、CNC加工工具の主力製品です。1980年代以降、様々な種類の一体型および刃先交換式超硬工具やブレードが様々な切削工具分野に展開され、中でも刃先交換式超硬工具は、単純な旋削工具や正面フライス加工から、様々な精密工具、複雑工具、成形工具分野へと拡大しました。
の種類 Cセメント Cアービド M病気 C全くの Tウール
超硬合金は、主な化学組成によって、炭化タングステン系超硬合金と炭化チタン（TiC（N））系超硬合金に分けられます。
炭化タングステン系超硬合金には、タングステンコバルト型（YG）、タングステンコバルトチタン型（YT）、希土類炭化物添加型（YW）の3種類があり、それぞれ長所と短所があります。主な成分は、炭化タングステン（WC）、炭化チタン（TiC）、炭化タンタル（TaC）、炭化ニオブ（NbC）などです。一般的に使用される金属結合相はCoです。
炭化チタン（窒化物）系超硬合金は、TiCを主成分とする超硬合金（他の炭化物や窒化物が添加されているものもある）で、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) は、切削用セメント炭化物を 3 つのカテゴリに分類しています。
- K型はKl0～K40まで含めて我が国のYG型（主成分はWC.Co）に相当します。
- P01～P50を含むPクラスは、我が国のYTクラス（主な成分はWC、TiC、Co）に相当します。
- M10～M40を含むMクラスは、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 01 から 50 までの数字で表され、高硬度から最大靭性までの一連の合金を表します。
パフォーマンス Cの特徴 Cセメント Cアービド M病気 C全くの Tウール
高硬度：超硬合金フライス工具は、粉末冶金法により、高硬度、高融点の炭化物（硬質相）と金属結合剤（結合相）で作られています。その硬度は89～93HRAに達し、高速度鋼よりもはるかに高いです。5400℃でも硬度は82～87HRAに達し、これは常温の高速度鋼の硬度（83～86HRA）と同じです。超硬合金の硬度値は、炭化物に含まれる金属結合相の性質、量、粒径、含有量によって異なり、一般的に結合相含有量が増加すると硬度は低くなります。結合相含有量が同じ場合、YT合金の硬度はYG合金よりも高く、TaC（NbC）を添加した合金は高温硬度が高くなります。
曲げ強度と靭性：一般的な超硬合金の曲げ強度は900～1500MPaの範囲です。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（WC-Co）合金の強度はYT（WC-TiC-Co）合金よりも高く、TiC含有量の増加に伴い強度は低下します。超硬合金は脆性材料であり、室温での衝撃靭性は高速度鋼の1/30～1/8に過ぎません。
一般的な超硬合金工具の用途
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、コバルト含有量が同じ場合、中粒超硬合金よりも硬度と耐摩耗性が高く、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、耐摩耗性絶縁材料の加工に適しています。
YT超硬合金の優れた利点は、高硬度、優れた耐熱性、YGよりも高温での硬度と圧縮強度が高いこと、そして優れた耐酸化性です。したがって、工具に高い耐熱性と耐摩耗性が求められる場合は、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合金の両方の特性を持ち、優れた総合性能を備えています。鋼、鋳鉄、非鉄金属の加工に使用できます。このタイプの合金は、コバルト含有量を適切に増加させることで強度が非常に高くなり、様々な難加工材料の粗加工や断続切削に使用できます。
高速度鋼フライスカッター
高速度鋼（HSS）は、W、Mo、Cr、Vなどの合金元素を多く含む高合金工具鋼です。高速度鋼工具は、強度、靭性、加工性に優れた総合的な性能を備えています。高速度鋼は、複雑な工具、特に穴加工工具、フライス、ねじ切り工具、ブローチ、歯切り工具、その他の複雑な刃物形状の工具の製造において、依然として主要な位置を占めています。高速度鋼工具は、刃先の研磨を容易にします。
高速度鋼は用途の違いにより、汎用高速度鋼と高性能高速度鋼に分けられます。
ユニバーサル H高速 S引き裂く Tウール
汎用高速度鋼。一般的には、タングステン鋼とタングステンモリブデン鋼の0.7種類に分けられます。このタイプの高速度鋼は、0.9％～12％のタングステン（C）を含みます。鋼中のタングステン含有量の違いにより、18％または6％のWを含むタングステン鋼、8％または2％のWを含むタングステンモリブデン鋼、63％またはWを含まないモリブデン鋼に分けられます。汎用高速度鋼は、一定の硬度（66～XNUMXHRC）と耐摩耗性、高い強度と靭性、優れた可塑性と加工性を備えているため、様々な複雑な工具の製造に広く使用されています。
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グレードはW18Cr4V（略称W18）で、優れた総合性能を有しています。6000℃の高温硬度は48.5HRCに達し、様々な複雑な工具の製造に使用できます。良好な研削性と低脱炭感受性という利点がありますが、炭化物含有量が高く、分布が不均一で、粒子が大きく、強度と靭性が低いという欠点があります。
タングステンモリブデン鋼：タングステン鋼中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鋼種はW6Mo5Cr4V2（略称M2）です。M2鋼の炭化物粒子は微細で均一であり、強度、靭性、高温塑性はW18Cr4V鋼よりも優れています。もう一つのタングステンモリブデン鋼はW9Mo3Cr4V（略称W9）で、M2鋼よりも熱安定性がわずかに高く、曲げ強度と靭性はW6M05Cr4V2よりも優れており、被削性も良好です。
ハイパフォーマンス H高速 S引き裂く Tウール
高性能高速度鋼とは、一般的な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することで、耐熱性と耐摩耗性を向上させた新しいタイプの鋼を指します。主に以下の種類があります。
- 高炭素高速度鋼。高炭素高速度鋼（95W18Cr4Vなど）は、常温および高温で高い硬度を有し、普通鋼や鋳鉄の加工用工具、耐摩耗性が求められるドリル、リーマ、タップ、フライス加工用工具、あるいはより硬質な材料の加工に適しています。ただし、大きな衝撃を受ける加工には適していません。
- 高バナジウム高速度鋼。W12Cr4V4Mo（略称EV4）などの代表的な鋼種は、V含有量が3％～5％に増加しており、耐摩耗性に優れているため、繊維、硬質ゴム、プラスチックなど、工具摩耗が極めて激しい材料の切削に適しています。また、ステンレス鋼、高張力鋼、耐熱合金などの材料の加工にも使用できます。
- コバルト高速度鋼。コバルトを含有した超硬質高速度鋼で、代表的な鋼種はW2Mo9Cr4VCo8（略称M42）です。69～70HRCの高い硬度を有し、高強度耐熱鋼、耐熱合金、チタン合金などの難加工材料の加工に適しています。M42は研削性に優れ、精密工具や複雑な工具の製造に適していますが、衝撃切削条件での加工には適していません。
- アルミニウム高速度鋼。アルミニウム含有超硬質高速度鋼で、代表的な鋼種はW6Mo5Cr4V2Al（略称501）です。6000℃の高温硬度も54HRCに達し、切削性能はM42と同等です。フライス、ドリル、リーマ、歯切り工具、ブローチなどの製造に適しており、合金鋼、ステンレス鋼、高張力鋼、耐熱合金などの加工に用いられます。
- 窒素超硬ハイス。W12M03Cr4V3N（V3N）などの代表的な鋼種は、M42と同等の硬度、強度、靭性を有する窒素含有超硬ハイスです。難加工材の低速切削や低速高精度加工において、コバルト含有ハイス鋼の代替として使用できます。
精錬 H高速 Sスチールと Pすごい M金属学 H高速 S引き裂く
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。
製錬ハイス鋼：一般ハイス鋼と高性能ハイス鋼はどちらも製錬によって製造され、製錬、インゴット鋳造・めっき、圧延などの工程を経て切削工具へと加工されます。製錬ハイス鋼が抱える深刻な問題は、炭化物の偏析です。硬くて脆い炭化物がハイス鋼中に不均一に分布し、結晶粒が粗大（最大数十ミクロン）となるため、ハイス鋼切削工具の耐摩耗性、靭性、切削性能に悪影響を与えます。
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アルゴンまたは純窒素で噴霧し、急速に冷却して微細で均一な結晶構造（高速度鋼粉末）を得た後、得られた粉末を高温高圧下でナイフブランクにプレスするか、最初に鋼ビレットにしてから鍛造および圧延して工具形状にします。溶解法で製造された高速度鋼と比較して、PM HSSには次の利点があります。炭化物粒子が小さく均一で、製錬高速度鋼よりもはるかに高い強度、靭性、耐摩耗性があります。PM HSSツールは、複雑なCNCツールの分野でさらに発展し、重要な位置を占めるでしょう。 F15、FR71、GF1、GF2、GF3、PT1、PVNなどの代表的なグレードは、大型、重荷重、高衝撃の工具の製造に使用でき、精密工具の製造にも使用できます。
CNC切削工具材料の選択原則
CNC加工における切削工具材料は、ワークピースと加工特性に応じて選定する必要があります。工具材料の選択は、加工対象物と適切に適合させる必要があります。切削工具材料と加工対象物の適合とは、主に両者の機械的特性、物理的特性、化学的特性を適合させることを指し、これにより工具寿命を最長化し、切削生産性を最大限に高めます。
切削工具材料と加工対象物の機械的特性のマッチング
切削工具と加工対象物の機械的特性のマッチング問題は、主に工具と被加工物の強度、靭性、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、異なる被加工物の加工に適しています。
- 切削工具材料の硬度の順序は、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＞超硬合金＞高速度鋼です。
- 切削工具材料の曲げ強度の順序は、高速度鋼＞超硬合金＞セラミック工具＞ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素工具です。
- 切削工具材料の靭性の順序は、高速度鋼 > 超硬合金 > 立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、セラミック工具です。
高硬度のワーク材は、より硬度の高い工具で加工する必要があります。フライス工具の硬度はワーク材の硬度よりも高くする必要があり、一般的には60HRC以上が必要です。エンドミル工具の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。例えば、超硬合金中のコバルト含有量が増えると、強度と靭性が向上し、硬度は低下するため、粗加工に適しています。一方、コバルト含有量が減少すると、硬度と耐摩耗性が向上し、微細加工に適しています。
優れた高温機械的特性を持つ工具は、特に高速切削に適しています。セラミック工具は優れた高温性能を備えているため、高速切削が可能で、超硬合金に比べて許容切削速度が2～10倍向上します。
切削工具材料と加工対象物の物理的特性のマッチング
熱伝導率が高く融点が低い高速度鋼工具、融点が高く熱膨張率が低いセラミック工具、熱伝導率が高く熱膨張率が低いダイヤモンド工具など、異なる物理的特性を持つ工具は、さまざまなワーク材料の加工に適しています。熱伝導率の低いワークを加工する場合は、切削熱を素早く伝達し、切削温度を下げるために、熱伝導率の良い工具材料を使用する必要があります。ダイヤモンドは熱伝導率と熱拡散率が高いため、切削熱は放散しやすく、大きな熱変形を引き起こしません。これは、高い寸法精度が求められる精密加工工具にとって特に重要です。
- 各種エンドミル工具材料の耐熱温度：ダイヤモンド工具の場合700～8000℃、PCBN工具の場合13000～15000℃、セラミック工具の場合1100～12000℃、TiC(N)系超硬合金の場合900～11000℃、WC系超微粒子超硬合金の場合800～9000℃、HSSの場合600～7000℃。
- 各種エンドミル工具材料の熱伝導率の順序：PCD>PCBN>WC 基超硬合金>TiC(N) 基超硬合金>HSS>Si3N4 基セラミック>A1203 基セラミック。
- 各種エンドミル工具材料の熱膨張係数の順序は、HSS > WC基超硬合金 > TiC(N) > A1203基セラミック > PCBN > Si3N4基セラミック > PCDです。
- 各種エンドミル工具材料の耐熱衝撃性の順序は、HSS > WC 基超硬合金 > Si3N4 基セラミック > PCBN > PCD > TiC(N) 基超硬合金 > Al1203OXNUMX 基セラミックです。
切削工具材料と加工対象物の化学的性質のマッチング
切削工具材料と加工対象物との化学的性質のマッチング問題は、主に工具材料と被加工物材料間の化学的親和性、化学反応、拡散、溶解といった化学的性質パラメータを指します。被加工物材料によって、加工に適した工具は異なります。
- 各種切削工具材料（鋼材の場合）の耐凝着温度は、PCBN＞セラミックス＞超硬合金＞HSSの順となります。
- 各種切削工具材料の抗酸化温度は、セラミック＞PCBN＞炭化物＞ダイヤモンド＞HSSの順です。
- 各種切削工具材料の拡散強度（鋼の場合）は、ダイヤモンド＞Si3N4系セラミックス＞PCBN＞Al1203O1203系セラミックスの順です。拡散強度（チタンの場合）は、Al3O4系セラミックス＞PCBN＞SiC＞SiXNUMXNXNUMX＞ダイヤモンドの順です。
