機械加工の発展の一般的な傾向は、高効率、高精度、高柔軟性、環境意識の向上です。機械加工の分野では、切断（研削）加工が最も広く使用されている加工方法です。高速切断は、切断加工の発展方向であり、切断加工の主流となっています。先進的な製造技術の重要な共通キーテクノロジーです。高速切断技術の推進と応用は、生産効率と加工品質を大幅に向上させ、コストを削減します。高速切断技術の開発と応用は、工作機械と工具技術の進歩によって決定され、その中で工具材料の進歩は決定的な役割を果たします。
研究によると、高速切削の場合、切削速度が増加すると切削力が低下し、切削温度が非常に高くなり、一定の値に達した後、上昇が徐々に遅くなることが示されています。工具の損傷の主な原因は、切削力と切削温度の作用による機械的摩擦、接着、化学的摩耗、欠け、破砕、塑性変形などの摩耗と損傷です。したがって、高速切削の最も重要な要件は、 切削工具 材料に求められる要件は、機械的性質、熱物理的性質、高温での抗結合性、化学的安定性（酸化性、拡散性、溶解性など）、耐熱衝撃性、コーティングの耐クラック性などです。この要件に基づいて、過去20年間で、さまざまな切削条件下でさまざまなワークピース材料を切削できる、高速切削に適した工具材料が数多く開発されました。
私たちは常に、工具の耐摩耗性を確保するための高硬度と、工具の破損を防ぐための高靭性の両方を備えた工具材料を望んでいますが、現在の技術開発では、そのような優れた性能の工具材料はまだ見つかっておらず、両方を手に入れることはできません。したがって、実際には、ニーズに応じてより適切な工具材料を選択します。粗加工では工具材料の靭性が優先され、微細加工では工具材料の硬度が優先されます。もちろん、超高速切削で加工することで、より良い結果が得られることも期待されています。
アルミニウム合金材料の加工
快削性アルミ合金は航空宇宙産業で広く使用されています。適切な工具にはK10、K20、PCDなどがあります。切削速度は2000〜4000m/分、送り速度は3〜12m/分、工具すくい角は12°〜18°、バック角は10°〜18°、刃の傾斜角は25°に達します。
鋳造アルミニウム合金は、ベースSi含有量に応じて異なる工具を使用します。Si含有量が12%未満の鋳造アルミニウム合金の場合、K10およびSi3N4工具を使用できます。Si含有量が12%を超える場合は、PKD（人工ダイヤモンド）、PCD（多結晶ダイヤモンド）、およびCVDダイヤモンドコーティング工具を使用できます。Si含有量が16%〜18%のシリコンオーバーシリコンアルミニウム合金の場合、PCDまたはCVDダイヤモンドコーティング工具を使用し、切削速度1100m /分、送り速度0.125mm / rで使用するのが最適です。
鋳鉄材料の加工
または鋳物の場合、切削速度が350m / minを超えると高速加工と呼ばれ、切削速度は工具の選択に大きな影響を与えます。切削速度が750m / min未満の場合は、コーティングされた超硬合金と金属セラミックを使用できます。切削速度が510〜2000m / minの場合、Si3N4セラミック工具を使用できます。切削速度が2000〜4500m / minの場合、CBN工具を使用できます。鋳物の金属組織は、高速切削工具の選択に一定の影響を与えます。パーライトが優勢な鋳物を加工するために切削速度が500m / minを超える場合は、CBNまたはSi3N4を使用できます。
フェライトが優勢な場合、拡散摩耗により、工具の摩耗が深刻です。CBNの使用にかかわらず、セラミック工具を使用する必要があります。たとえば、結合相が金属Coで、平均粒径が3umで、CBN含有量が90%〜95%より大きい場合、BZN6000は、V = 700m / minのときにフェライト含有量の高いねずみ鋳鉄の加工に適しています。セラミック（AIN + AIB2）結合相、平均粒径10um、CBN含有量が90%〜95%のAmboriteブレードは、パーライト含有量の高いねずみ鋳鉄を加工する場合、切削速度が1100m / min未満の場合、切削速度の増加とともに工具寿命が長くなります。
普通鋼材の加工
切削速度は鋼の表面品質に大きな影響を与えます。研究によると、最適な切削速度は500〜800m /分です。現在、コーティングされた超硬工具、金属セラミック工具、非金属セラミック工具、CBN工具はすべて、鋼部品の高速切削用の工具材料として使用できます。そのうち、コーティングされた超硬工具は切削液を使用できます。PVDコーティング法で製造されたTiNコーティング工具の耐摩耗性は、CVDコーティング法で製造されたコーティング工具の耐摩耗性よりも優れています。これは、前者が刃先の形状を良好に維持できるため、加工部品の精度と表面品質が向上するためです。
サーメット工具は現在、大きな市場シェアを占めています。TC-Ni-Moをベースとした金属セラミックは、化学的安定性に優れていますが、曲げ強度と熱伝導性が低く、切削速度400〜800m / minで、小さな送りと小さな切削深さで仕上げるのに適しています。TiCNをマトリックスとし、バインダーにモリブデンを少なくし、タングステンを多く含む金属セラミックは、強度と耐摩耗性を兼ね備えています。TiNは金属セラミックの靭性を高めるために使用されます。鋼または鋳鉄の切削深さは2〜3mmに達することができます。
高硬度鋼材の加工
高硬度鋼（HRC40〜70）用の高速切削工具には、金属セラミック工具、セラミック工具、TiCコーティング超硬工具、PCBN工具などがあります。金属セラミックは、TiCを基本成分としてTiNを添加した金属セラミックです。硬度と破壊靭性は超硬合金とほぼ同等ですが、熱伝導率は超硬合金の1/10以下で、耐酸化性、耐凝着性、耐摩耗性に優れています。また、高温での機械的性質が良好で、鋼との親和性が低いため、中高速（約200m /分）の金型鋼SKD加工に適しています。金属セラミックは特に溝入れ加工に適しています。セラミック工具は、硬度HRC63のワークピース材料を切断するために使用できます。ワークピースを切断前に焼き入れすると、「研削ではなく切断」を実現できます。
焼入れ硬度がHRC48〜58の45鋼を切断する場合、切断速度は150〜180m / min、送り速度は0.3〜0.4min / r、切断深さは2〜4mmです。粒子サイズが1umで、TiC含有量が20%〜30%のAI203-TiCセラミック工具は、約100m / minの切断速度で、高い耐剥離性能を備えた高硬度鋼を加工するために使用できます。切断速度が1000m / minを超える場合、PCBNが最適な工具材料であり、CBN含有量が90%を超えるPCBN工具は、硬化工具鋼（HRC55のH13工具鋼など）の加工に適しています。
高温ニッケル基合金材料の加工
インコネル718ニッケル基合金は、高温強度、動的せん断強度が高く、熱拡散係数が低い典型的な難加工材料です。切削中に加工硬化が生じやすく、工具の切削領域が高温になり、摩耗が加速されます。この合金を高速で切削する場合、セラミック工具とCBN工具が主に使用されます。シリコンカーバイドウィスカー強化アルミナセラミックは、100〜300m / minでより長い工具寿命を得ることができます。切削速度が500m / minを超える場合、TiC添加アルミナセラミックの工具摩耗は小さいですが、100〜300m / minではノッチ摩耗が大きくなります。
窒化ケイ素セラミック（Si3N4）もインコネル718合金の加工に使用できます。SiCウィスカー強化セラミックを使用したインコネル718の加工に最適な切削条件は、一般的に、切削速度700m/分、切削深さ1〜2mm、送り速度0.1〜0.18mm/zであると考えられています。サイアロンセラミックは靭性が高く、溶体化処理されたインコネル718（HRC45）合金の切削に適しています。AI203-SiCウィスカー強化セラミックは、硬度の低いニッケルベースの合金の加工に適しています。
チタン合金（Ti6Al6V2Sn）材料の加工
チタン合金は強度と衝撃靭性が高く、硬度はインコネル718よりわずかに低いですが、加工硬化が非常に激しいため、切削中に高温と激しい工具摩耗が発生します。実験によると、直径10mmの超硬K10両刃スパイラルフライスカッター（ねじれ角30°）でチタン合金を高速フライス加工すると、十分な工具寿命が得られ、切削速度は628m / minに達し、歯当たりの送りは0.06〜0.12mm / zになります。チタン合金の連続高速旋削の切削速度は200m / minを超えてはなりません。
複合材料の加工
航空宇宙分野で使用される先端複合材料には、従来、超硬合金やPCDが使用されていました。超硬合金の切削速度には限界がありましたが、900℃以上の高温では、PCDブレードが超硬合金や高速度鋼のカッター本体との溶接点で溶融し、セラミック工具では約300m/分の高速切削を実現できます。
