6種類のCNC切削工具の種類・性能・特徴・用途

高度な加工装置と高性能 CNC 切削工具を組み合わせることで、本来の効率を最大限に発揮し、優れた経済的利益を得ることができます。 切削工具材料の急速な発展に伴い、さまざまな新しいタイプの切削工具材料が物理的、機械的、切削性能を大幅に向上させ、その適用範囲も拡大し続けています。

1. 切削工具材料が持つべき基本特性

工具材料の選択は、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。 切削工具は、切削中の高圧、高温、摩擦、衝撃、振動に耐える必要があります。 したがって、工具材料には次の基本特性が必要です。
(1) 硬度と耐摩耗性。 工具素材の硬度はワーク素材の硬度よりも高い必要があり、一般的には60HRC以上の硬度が必要です。 工具素材の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。
(2) 強度と靭性。 工具材料は、切削力、衝撃、振動に耐え、工具の脆性破壊や刃先の崩れを防ぐために、高い強度と靭性を備えている必要があります。
(3) 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、耐酸化性にも優れています。
(4) プロセスのパフォーマンスと経済性。 工具材料は、良好な鍛造性能、熱処理性能、溶接性能を備えている必要があります。 研削加工性能、高いコストパフォーマンスを追求。

2. 切削工具材料の種類、性質、特徴、用途

ａ． ダイヤモンド工具素材の種類・物性・特徴と工具用途

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。 ダイヤモンド切削工具は、高い硬度、耐摩耗性、熱伝導性を備えており、非鉄および非金属材料の加工に広く使用されています。 特にアルミニウムおよびシリコンアルミニウム合金の高速切削においては、ダイヤモンド工具は代替の難しい切削工具の主要品種です。 高能率、高安定、長寿命の加工を実現できるダイヤモンド切削工具は、現代のCNC加工において欠かせない重要な工具です。

2. 立方晶窒化ホウ素工具材料の種類、物性、特徴、工具用途

2番目の超硬材料である立方晶窒化ホウ素（CBN）は、ダイヤモンドの製造方法と同様の方法で合成され、硬度と熱伝導率がダイヤモンドに次ぎます。 熱安定性に優れており、大気中で10000度まで加熱しても酸化しません。 CBN

鉄金属としては極めて安定した化学的特性を有しており、鉄鋼製品の加工に広く使用できます。

3. セラミック工具の材質の種類・性能・特徴と工具用途

セラミック切削工具は、高硬度、優れた耐摩耗性、優れた耐熱性、化学的安定性を特徴としており、金属との結合が容易ではありません。 NC加工においてセラミック工具は非常に重要な役割を果たします。 セラミック工具は、高速切断や困難な材料の加工に使用される主要な工具の 1 つとなっています。 セラミック工具は高速切削、乾式切削、ハード切削、難削材の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加工できなかった高硬度材料を効率よく加工することができ、「削るより旋削する」を実現します。 セラミック工具の最適な切削速度は超硬工具の 2 ～ 10 倍であるため、切削の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、地殻中に最も多く含まれる元素です。 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とって極めて重要であり、また、切削技術の進歩を大きく促進することになります。

4. コーティング工具材質の性能・特徴と工具の用途

工具のコーティングは、工具の性能を向上させる重要な方法の 1 つです。 コーティングされた切削工具の出現により、切削性能は大幅に進歩しました。 コーティングされた切削工具は、良好な靭性を備えた工具本体上に、優れた耐摩耗性を備えた耐火性化合物の 1 つまたは複数の層でコーティングされています。 工具マトリックスと硬質コーティングを組み合わせることで、工具の性能が大幅に向上します。 コーティングされた切削工具は、加工効率を向上させ、加工精度を向上させ、工具寿命を延ばし、加工コストを削減します。
新しい CNC 工作機械で使用される切削工具の約 80% には、コーティングされた工具が使用されています。 コーティングされたツールは、将来の CNC 加工分野で最も重要なツールの種類になります。

5. 超硬合金切削工具材料の種類、物性、特性、用途

超硬合金切削工具、特に刃先交換式超硬合金切削工具は、CNC 工作機械の主要製品です。 1980年代以降、一体型・刃先交換式の各種超硬合金切削工具や刃物が様々な切削工具分野に拡大してきました。 中でも刃先交換式超硬合金切削工具は、単純な旋削工具や平面フライス工具から、さまざまな精密工具、複雑工具、成形工具の分野にまで拡大しています。
超硬合金切削工具の種類
主な化学組成に従って、超硬合金は炭化タングステンベースの超硬合金と炭化チタン（TiC (N) ベースの超硬合金）に分けることができます。
タングステンカーバイドベースの超硬合金には、タングステンコバルト (YG)、タングステンコバルトチタン (YT)、およびレアカーバイド添加 (YW) が含まれます。 それらにはそれぞれ長所と短所があります。 主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。一般的な金属結合相はCoです。
炭素（窒素）チタン基超硬合金は、TiCを主成分とする超硬合金（その他の炭化物や窒化物を添加したものもあります）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) では、超硬合金の切削加工を次の 3 つのカテゴリに分類しています。
Kl0-K40 を含むクラス K は、中国の YG クラス（主に WC Co で構成される）に相当します。
P01 ～ P50 を含むクラス P は、中国の YT クラス（主に WC TiC Co で構成される）に相当します。
M10～M40を含むM級は、中国のYW級（主成分はWC TiC TaC (NbC) Co）に相当します。
各ブランドは、高硬度から最大靱性までの一連の合金を 01 ～ 50 の番号で表しています。

6. ハイス切削工具の種類と特徴と用途

ハイス鋼（HSS）は、W、Mo、Cr、V などの合金元素を多量に含む高合金工具鋼の一種です。ハイス鋼の切削工具は、強度、靭性、靭性の点で優れた総合性能を持っています。加工性。 複雑な切削工具、特に穴加工工具、フライス工具、ねじ切り工具、ブローチ、歯切り工具、その他の複雑な刃先形状の切削工具の製造には、高速度鋼が依然として主要な位置を占めています。 ハイス工具は鋭い刃先を研削しやすいです。
ハイスは用途に応じて汎用ハイスと高性能ハイスに分けられます。

(1) 万能ハイス切削工具
万能ハイス鋼。 一般に、タングステン鋼とタングステンモリブデン鋼の 2 つのカテゴリに分類できます。 このタイプの高速度鋼には、0.7 パーセントから 0.9 パーセントの範囲の (C) が含まれています。 鋼中のタングステン含有量の違いにより、Wを12％または18％含むタングステン鋼、Wを6％または8％含むタングステンモリブデン鋼、Wを2％または含まないモリブデン鋼に分けることができます。 万能高速度鋼ある程度の硬度（63-66HRC）と耐摩耗性、高い強度と靭性、良好な塑性と加工能力を備えており、さまざまな複雑な切削工具の製造に広く使用されています。
① タングステン鋼: 万能高速度鋼タングステン鋼の代表的なグレードは W18Cr4V (W18 と呼ばれます) で、良好な総合特性と 6000 度で 48.5HRC の高温硬度を備えています。 さまざまな複雑な切削工具の製造に使用できます。 研削性が良く、脱炭感度が低いなどの利点がありますが、炭化物の含有量が高いため、不均一な分布があり、粒子が大きくなり、強度と靭性が低くなります。
②タングステンモリブデン鋼：タングステン鋼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グレードは W6Mo5Cr4V2 (略して M2) です。 M2 の炭化物粒子は細かく均一であり、W18Cr4V よりも優れた強度、靭性、高温可塑性を備えています。 タングステン モリブデン鋼のもう 1 つのタイプは W9Mo3Cr4V (略称 W9) です。これは、M2 鋼よりわずかに高い熱安定性、W6M05Cr4V2 よりも優れた曲げ強度と靭性を備え、優れた被削性を備えています。
(2) 高性能ハイス切削工具
高機能高速度鋼とは、汎用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し、耐熱性、耐摩耗性を向上させた新しい鋼種のことを指します。 。 主に以下のカテゴリーがあります。
① 高炭素ハイス鋼。 高炭素高速度鋼 (95W18Cr4V など) は、室温および高温で高い硬度を備えているため、高い耐摩耗性が要求される普通鋼や鋳鉄、ドリルビット、リーマ、タップ、フライスなどの製造および加工に適しています。より硬い材料を加工するための切削工具。 大きな衝撃に耐えるには不向きです。
②高バナジウムハイス鋼。 W12Cr4V4Mo (略して EV4) などの代表的な材種は、V 含有量が 3% ～ 5% に増加しており、優れた耐摩耗性を備えており、繊維、硬質ゴム、プラスチック、プラスチックなどの工具摩耗が大きい材料の切削に適しています。ステンレス鋼、高張力鋼、高温合金などの加工にも使用できます。
③コバルトハイス。 W2Mo9Cr4VCo8（M42と呼ばれます）に代表されるコバルト含有超硬高速度鋼で、69～70HRCまでの高硬度を持っています。 高張力耐熱鋼、高温合金、チタン合金などの難削材の加工に適しています。 M42は研削性が良く、精密で複雑な切削工具の製作に適していますが、切削工具の加工には適しません。衝撃切削条件下での作業。
④アルミハイス。 W6Mo5Cr4V2Al（略称：501）などの代表的な材種のアルミニウム含有超硬高速度鋼です。 6000度の高温硬度も54HRCに達し、切削性能はM42と同等です。 フライス、ドリルビット、リーマ、ギヤカッター、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、高温合金などの材料の加工に使用されます。
⑤窒素超硬ハイス。 W12M03Cr4V3N（略称：V3N）などの代表的な材種は、M42に匹敵する硬度、強度、靱性を備えた窒素含有超硬高速度鋼です。 コバルト入りハイス鋼の代替として難削材の低速切削や低速高精度加工に使用できます。
(3) ハイス及び粉末冶金ハイスの溶解
製造プロセスの違いにより、高速度鋼は溶解高速度鋼と粉末冶金高速度鋼に分類されます。
①溶解ハイス：普通ハイスも高機能ハイスも溶解法で製造されます。 製錬、インゴット鋳造、メッキ、圧延などの工程を経て切削工具となります。 ハイスを製錬する際に発生しやすい深刻な問題は炭化物の偏析です。 ハイス鋼には硬くて脆い炭化物が不均一に分布しており、粒径が粗大（最大数十マイクロメートル）であるため、ハイス工具の耐摩耗性、靱性、切削性能に悪影響を及ぼします。
②粉末冶金高速度鋼（PM HSS）：粉末冶金高速度鋼（PM HSS）は、高周波誘導炉で溶解された鋼液です。 高圧のアルゴンまたは純窒素ガスでアトマイズし、急冷することにより微細で均一な結晶組織（ハイス鋼粉末）が得られます。 得られた粉末は、高温高圧で工具ブランクにプレスされるか、最初に鋼ビレットに作られ、次に鍛造され、工具の形状に圧延されます。 PMハイスは、溶解法で製造されたハイスと比較して、炭化物粒子が微細かつ均一であり、強度、靱性、耐摩耗性が溶解ハイスに比べて大幅に向上するという利点があります。 PM HSS ツールはさらに発展し、複雑な CNC ツールの分野で重要な位置を占めることになります。 F15、FR71、GF1、GF2、GF3、PT1、PVNなどの代表的なグレードは、大型、高耐久、耐衝撃性の切削工具や精密切削工具の製造に使用できます。