超硬材種の選び方

超硬のグレードや用途を定義する国際規格はないため、ユーザーは自らの判断と基礎知識に頼って成功する必要があります。＃ベース
冶金用語の「超硬グレード」は特にコバルトで焼結された炭化タングステン (WC) を指しますが、同じ用語は機械加工においてはより広い意味を持ち、コーティングやその他の処理と組み合わせた超硬合金を指します。たとえば、同じ超硬材料で作られ、コーティングや後処理が異なる 2 つの旋削インサートは、異なるグレードとみなされます。ただし、超硬とコーティングの組み合わせの分類には標準化がないため、工具サプライヤーごとにクラス表で異なる指定と分類方法が使用されています。このため、エンドユーザーがグレードを比較することが困難になる可能性があります。特定の用途に対する超硬グレードの適合性が、想定される切削条件や工具寿命に大きな影響を与える可能性があることを考えると、これは特に難しい問題です。
この迷路をナビゲートするには、ユーザーはまず超硬が何でできているのか、そして各要素が加工のさまざまな側面にどのように影響するのかを理解する必要があります。
バッキングは、コーティングおよび後処理が行われている切削インサートまたはソリッドツールの裸の素材です。通常、80～95％がWCで構成されています。基材に望ましい特性を与えるために、材料メーカーは基材にさまざまな合金元素を添加します。主な合金元素はコバルト (Co) です。コバルトのレベルが高いほど靱性が向上し、コバルトのレベルが低いほど硬度が高くなります。非常に硬い基材は HV 1800 に達し、優れた耐摩耗性を提供しますが、非常に脆く、非常に安定した条件にのみ適しています。非常に強力な基材の硬度は約 1300 HV です。これらの基板は低い切削速度でしか加工できず、摩耗が早くなりますが、断続切削や悪条件に対してはより耐性があります。
特定の用途向けに合金を選択する場合、硬度と靱性の適切なバランスが最も重要な要素です。硬すぎる材種を選択すると、刃先に沿って微小な亀裂が生じたり、致命的な破損が発生したりする可能性があります。同時に、硬すぎる材種は摩耗が早くなったり、切削速度を下げる必要が生じたりするため、生産性が低下します。表 1 に、適切なデュロメーターを選択するための基本的なガイドラインを示します。
最新の超硬インサートと超硬工具のほとんどは、薄いフィルム (3 ～ 20 ミクロンまたは 0.0001 ～ 0.0007 インチ) でコーティングされています。コーティングは通常、窒化チタン、酸化アルミニウム、窒化チタンのカーボン層で構成されています。このコーティングは硬度を高め、カットアウトと基板の間に熱障壁を形成します。
ほんの 10 年ほど前に人気が出たばかりですが、コーティング後に追加の処理を追加することが業界の標準になっています。これらの処理は通常、最上層を滑らかにして摩擦を軽減し、発熱を抑えるサンドブラストまたはその他の研磨方法です。通常、価格の差は非常に小さいため、ほとんどの場合、処理された品種を優先することをお勧めします。
特定の用途に適した超硬グレードを選択するには、サプライヤーのカタログまたは Web サイトで手順を参照してください。正式な国際規格はありませんが、ほとんどのベンダーは表を使用して、P05 ～ P20 などの 3 文字の英数字の組み合わせで表される「使用範囲」に基づいてグレードの推奨動作範囲を説明しています。
最初の文字は ISO 材料グループを示します。各マテリアル グループには文字と対応する色が割り当てられます。
次の 2 つの数字は、05 から 45 までのグレードの相対硬度を 5 刻みで表します。05 の用途には、良好で安定した条件を得るために非常に硬いグレードが必要です。45 過酷で不安定な条件下で非常に強靱な合金を必要とする用途。
繰り返しになりますが、これらの値には標準がないため、それらが表示される特定のグレーディング テーブルにおける相対値として解釈される必要があります。たとえば、異なるサプライヤーの 2 つのカタログで P10 ～ P20 とマークされているグレードは、硬度が異なる場合があります。
同じカタログ内であっても、旋削等級表で P10 ～ P20 とマークされた材種は、ミーリング等級表で P10 ～ P20 とマークされた材種とは異なる硬度を持つ場合があります。この違いは、結局のところ、好ましい条件がアプリケーションごとに異なるという事実に帰着します。旋削加工は非常に硬い材種で行うのが最適ですが、フライス加工の場合、断続的な性質があるため、好ましい条件ではある程度の強度が必要です。
表 3 は、切削工具サプライヤーのカタログに記載されている、さまざまな複雑さの旋削加工における合金とその用途の仮説表を示しています。この例では、A 級がすべての旋削条件に推奨されますが、重断続切削には推奨されません。一方、D 級は重断続旋削やその他の非常に不利な条件に推奨されます。MachineingDoctor.com の Grades Finder などのツールは、この表記を使用してグレードを検索できます。
切手の範囲に正式な基準がないのと同様に、ブランド名にも正式な基準はありません。ただし、主要な超硬インサートのサプライヤーのほとんどは、グレード指定に関する一般的なガイドラインに従っています。「クラシック」名は 6 文字の BBSSNN 形式です。ここで、
上記の説明は多くの場合正しいです。ただし、これは ISO/ANSI 標準ではないため、一部のベンダーはシステムに独自の調整を加えており、これらの変更を認識しておくことが賢明です。
合金は旋削加工において、他のどの用途よりも重要な役割を果たします。このため、サプライヤーのカタログを確認すると、旋削プロファイルには最も多くのグレードが選択されます。
幅広い旋削材種は、幅広い旋削加工の結果として得られます。連続切削（刃先が常にワークに接触しており、衝撃は受けませんが、多量の熱が発生します）から断続切削（強い衝撃が発生します）まで、すべてがこのカテゴリに分類されます。
幅広い旋削材種は、スイス型機械の 1/8 インチ (3 mm) から重工業用の 100 インチまで、製造における多数の直径にも対応しています。切削速度は直径にも依存するため、低速または高速の切削速度に最適化されたさまざまな材種が必要です。
大手サプライヤーは、多くの場合、材料グループごとに個別のグレード シリーズを提供しています。各シリーズにおいて断続加工に適した高硬度材から連続加工に適した材種まで取り揃えております。
フライス加工の場合、提供される材種の範囲は狭くなります。用途は主に断続的な性質があるため、カッターには高い靭性を備えたタフな材種が必要です。同じ理由で、コーティングは薄くないと衝撃に耐えられません。
ほとんどのサプライヤーは、剛性バッキングとさまざまなコーティングを備えたさまざまな材料グループをフライス加工します。
突切り加工や溝入れ加工では、切削速度の要因により材種の選択が制限されます。つまり、カットが中心に近づくにつれて直径が小さくなります。したがって、切断速度は徐々に低下します。中心に向かってカットする場合、最終的に速度はカットの終わりでゼロになり、操作はカットではなくシアーになります。
したがって、突切りに使用される材種は幅広い切削速度に対応できる必要があり、母材は加工終了時のせん断に耐えるのに十分な強度がなければなりません。
浅溝は他のタイプの例外です。旋削加工との類似性のため、溝入れインサートを豊富に取り揃えているベンダーは、特定の材料グループや条件に合わせてさまざまな材種を提供していることがよくあります。
穴あけ加工時、ドリルの中心部の切削速度は常にゼロであり、外周部の切削速度はドリルの直径と主軸の回転速度に依存します。高速切削用に最適化された材種は適切ではないため、使用しないでください。ほとんどのベンダーは数種類しか提供していません。
粉末、部品、製品は、企業が積層造形を推進するさまざまな方法です。超硬と工具は成功する別の分野です。
材料の進歩により、低速の切削速度でも優れた性能を発揮し、幅広い用途で超硬エンドミルと競合するセラミックエンドミルを作成することが可能になりました。あなたのショップでもセラミック製のツールを使い始めるかもしれません。
多くの店舗は、高度なツールがプラグ アンド プレイであると誤解しています。これらの工具は、既存の工具ホルダーに適合するだけでなく、超硬インサートと同じミーリングまたは旋削ポケット​​にも適合しますが、類似点はそこまでです。