6種類のCNC切削工具の種類、性能、特徴、応用ノウハウ

効率を最大限に発揮し、良好な経済的利益を達成するには、高度な加工装置と高性能 CNC 切削工具の組み合わせが必要です。 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 工具材料は基本的な特性を備えている必要があります
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。 研削性能と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
1. ダイヤモンド切削工具素材の種類、性質、特徴、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。 特にアルミニウムやシリコンアルミニウム合金の高速切削では、ダイヤモンド切削工具が代替困難な切削工具の主流となっています。 高能率、高安定性、長寿命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。

⑴ ダイヤモンド切削工具の種類
①天然ダイヤモンド切削工具：天然ダイヤモンドは切削工具として100年以上の歴史があります。 精密研削後の天然単結晶ダイヤモンド切削工具は、切削半径が最大 0.002 μ m の非常に鋭い刃を持つことができます。 極薄切削を実現し、極めて高いワーク精度と低い面粗さを実現する、かけがえのない理想的な超精密加工ツールとして認知されています。
② PCD ダイヤモンド切削工具：天然ダイヤモンドは高価であり、切削加工には現在でも多結晶ダイヤモンド（PCD）が広く使用されています。 1970年代初頭以来、高温高圧合成技術により製造された多結晶ダイヤモンド（PCD）ブレードの開発に成功して以来、多くの場面で天然ダイヤモンド切削工具は人造多結晶ダイヤモンドに取って代わられてきました。 PCDの原料は豊富にあり、価格は天然ダイヤモンドの数十倍から数十倍に過ぎません。
PCD ツールは非常に鋭いエッジ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、産業上、チップ溝を備えた PCD ブレードを製造するのは不便です。 そのため、PCDは非鉄金属や非金属の精密切削にしか使用できず、超精密な鏡面切削を実現することが困難でした。
③ CVD ダイヤモンド切削工具：1970 年代後半から 1980 年代前半にかけて、CVD ダイヤモンド技術が日本で登場しました。 CVD ダイヤモンドとは、化学蒸着 (CVD) を使用して異種基板 (硬質合金、セラミックなど) 上にダイヤモンド フィルム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じ構造と特性を持っています。
CVD ダイヤモンドの性能は天然ダイヤモンドの性能に非常に似ており、天然単結晶ダイヤモンドと多結晶ダイヤモンド (PCD) の利点を兼ね備えており、それらの欠点をある程度克服します。
⑵ ダイヤモンド切削工具の性能特性
① 非常に高い硬度と耐摩耗性：天然ダイヤモンドは自然界に存在する物質の中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持っています。 高硬度の材料を加工する場合、ダイヤモンド切削工具の寿命は硬質合金切削工具の 10-100 倍、さらには数百倍も長くなります。
② 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摩擦係数が他の切削工具に比べて低く、摩擦係数が低く、加工時の変形が少ないため、切削抵抗を低減できます。
③ 刃先は非常に鋭利です。ダイヤモンド工具の刃先は非常に鋭く研削することができ、天然単結晶ダイヤモンド工具は 0.002-0.008 μ m にも達します。 極薄切削、超精密加工が可能です。
④熱伝導率が高い：ダイヤモンドは熱伝導率、熱拡散率が高く、切削熱が逃げやすい。 工具の切削温度が低い。
⑤ 熱膨張係数が低い：ダイヤモンドの熱膨張係数は硬質合金の熱膨張係数の数倍小さく、切削熱による工具サイズの変化が非常に小さいため、精密加工や超精密加工において特に重要です。高い寸法精度の要件。
ダイヤモンド切削工具の応用
ダイヤモンド切削工具は、高速での非鉄および非金属材料の微細な切削や穴あけに一般的に使用されます。 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、さまざまな耐摩耗性非金属材料の加工に適しています。 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。 非鉄金属の各種仕上げ加工。
ダイヤモンド切削工具の欠点は、熱安定性が低いことです。 切削温度が700度から800度を超えると、硬度が完全に失われます。 さらに、ダイヤモンド（炭素）は高温で鉄原子と容易に相互作用し、炭素原子をグラファイト構造に変換し、工具が非常に損傷しやすくなるため、黒色金属の切断には適していません。
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、ダイヤモンド製造と同様の方法で合成され、硬度と熱伝導率の点で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1000℃まで加熱しても酸化しません。 CBNは黒色金属としては非常に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。

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、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（PCBN）に分けられます。 CBN は窒化ホウ素 (BN) の異性体の 1 つであり、ダイヤモンドに似た構造を持っています。
PCBN (多結晶立方晶窒化ホウ素) は、高温高圧下で結合相 (TiC、TiN、Al、Ti など) を介して微細な CBN 材料を一緒に焼結した多結晶材料です。 現在、人工的に合成された工具材料の中で2番目に硬く、ダイヤモンドと並んで超硬工具材料と呼ばれています。 PCBNは主に切削工具やその他の工具の製造に使用されます。
PCBN 切削工具は、一体型 PCBN ブレードと硬質合金複合材料で焼結された PCBN 複合ブレードに分類できます。
PCBN複合ブレードは、優れた強度と靭性を備えた硬質合金上に厚さ0.{0}.0mmのPCBN層を焼結して作られています。 その性能は優れた靭性、高硬度、耐摩耗性を兼ね備えており、CBNブレードの低い曲げ強度と溶接の難しさの問題を解決します。
立方晶窒化ホウ素の主な性質と特徴
立方晶窒化ホウ素の硬度はダイヤモンドよりわずかに低いですが、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、その熱安定性がダイヤモンドよりもはるかに高く、1200 度 (ダイヤモンドの場合は 700-800 度) に達することです。また、もう 1 つの優れた利点は、鉄元素と反応しない高い化学的不活性性です。 1200-1300度。 立方晶窒化ホウ素の主な性能特性は次のとおりです。
① 高い硬度と耐摩耗性：CBN の結晶構造はダイヤモンドに似ており、ダイヤモンドと同様の硬度と強度を持っています。 PCBNは特に、これまで研磨しかできなかった高硬度材料の加工に適しており、ワークの表面品位を向上させることができます。
② 高い熱安定性を持っています。CBN の耐熱性は 1400-1500 度に達し、ダイヤモンドの耐熱性 (700-800 度) のほぼ 1 倍です。 PCBN 工具は、超硬合金工具の 3-5 倍の速度で高温合金や焼き入れ鋼を切断できます。
③優れた化学的安定性：1200-1300度の温度でも鉄系材料と化学反応せず、ダイヤモンドのように鋭く摩耗しません。 現時点では、硬質合金の硬度を維持できます。 PCBN切削工具は焼入れ鋼部品や冷間硬質鋳鉄の切削に適しており、鋳鉄の高速切削にも幅広く使用できます。
④ 良好な熱伝導率を有する：CBNの熱伝導率はダイヤモンドには追いつきませんが、PCBNの熱伝導率は各種工具材料の中でダイヤモンドに次ぎ、高速度鋼や超硬合金を大きく上回ります。
⑤ 摩擦係数が低い：摩擦係数が低いと、加工時の切削抵抗の低減、切削温度の低下、加工面品位の向上につながります。
立方晶窒化ホウ素切削工具の応用
立方晶窒化ホウ素は、焼き入れ鋼、硬質鋳鉄、高温合金、超硬合金、表面溶射材などの各種難削材の精密加工に適しています。 加工精度はIT5（穴IT6）に達し、表面粗さの値はRa1.25-0.20μMまで低くなります。
立方晶窒化ホウ素切削工具材料の靭性と曲げ強度は劣ります。 したがって、立方晶窒化ホウ素旋削工具は、低速で衝撃荷重が大きい荒加工には適していません。 アルミニウム合金、銅合金、ニッケル基合金、高塑性鋼などの高塑性材料の切断には、切りくず付着が激しく、加工面が劣化するため不向きです。
3. セラミック工具素材の種類、物性、特徴、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、化学的安定性の特性を備えており、金属との結合が容易ではありません。 セラミック切削工具は CNC 加工において非常に重要な役割を果たしており、高速切削や難削材の加工に使用される主要な切削工具の 1 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、難削材の切削などに幅広く使用されています。 セラミック切削工具は、従来の切削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、「研削ではなく旋削」を実現します。 セラミック切削工具の最適切削速度は超硬合金切削工具の 2 ～ 10 倍であり、切削の生産効率が大幅に向上します。 セラミック切削工具に使用される主な原材料は、地殻中に最も豊富に存在する元素です。 したがって、セラミック切削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非常に重要です。 切削技術の進歩も大きく促進します。

⑴ セラミック工具の材質の種類
セラミック工具材料の種類は、一般に、アルミナベースのセラミック、窒化ケイ素ベースのセラミック、複合窒化ケイ素アルミナベースのセラミックの 3 つのカテゴリに分類できます。 中でもアルミナ系、窒化ケイ素系のセラミック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。
⑵ セラミック切削工具の性能と特徴
セラミック切削工具の性能特性は次のとおりです。
① 高い硬度と優れた耐摩耗性：セラミック切削工具の硬度は PCD や PCBN ほどではありませんが、超硬合金や高速度鋼の切削工具よりも大幅に高く、93-95HRA に達します。 セラミック切削工具は、従来の工具では加工が困難であった高硬度材料の加工が可能であり、高速切削やハード切削に適しています。
② 高温耐性と優れた耐熱性: セラミック切削工具は 1200 度以上の高温でも切断できます。 セラミック切削工具は優れた高温機械的特性を備えており、A12O3 セラミック切削工具の耐酸化性は特に優れています。 刃先が赤熱状態になっても連続使用が可能です。 したがって、セラミック切削工具は乾式切削が可能であり、切削液を節約できます。
③ 優れた化学的安定性：セラミック切削工具は金属と結合しにくく、耐食性があり、化学的安定性が良いため、切削工具の凝着摩耗を軽減できます。
④ 低い摩擦係数：セラミック切削工具は金属との親和性が低いため、摩擦係数が低く、切削抵抗や切削温度を下げることができます。
⑶ セラミックナイフには用途がある
セラミックスは主に高速精密加工や準精密加工に使用される工具素材の一つです。 セラミック切削工具は、各種鋳鉄（ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄、冷間硬質鋳鉄、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）の切断に適しています。 、高マンガン鋼、焼き入れ鋼など）をはじめ、銅合金、黒鉛、エンジニアリングプラスチック、複合材料の切断にも使用できます。
セラミック工具材料は、曲げ強度が低く、衝撃靱性が低いという問題があり、低速や衝撃荷重下での切削には適していません。
4. コーティング工具材質の性能・特徴と工具の用途
切削工具のコーティングは、切削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 層または複数層でコーティングされた工具です。 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切削工具は、将来の CNC 加工分野で最も重要な工具品種となるでしょう。

⑴ コーティング切削工具の種類
さまざまなコーティング方法に応じて、コーティングされたツールは、化学蒸着 (CVD) コーティングされたツールと物理蒸着 (PVD) コーティングされたツールに分けることができます。 コーティングされた超硬合金切削工具は、一般に化学蒸着法を使用し、蒸着温度は約 1000 度です。 コーティングされた高速度鋼の切削工具は一般に物理蒸着法を使用し、蒸着温度は約 500 度です。
コーティング工具の母材の違いに応じて、コーティング工具は超硬合金コーティング工具、高速度鋼コーティング工具、セラミックスおよび超硬材料（ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素）のコーティング工具に分類できます。
コーティング材料の特性に応じて、コーティングされた工具は、「ハード」コーティングされた工具と「ソフト」コーティングされた工具の 2 つのカテゴリに分類できます。 「硬質」コーティングされた切削工具が追求する主な目標は、高硬度と耐摩耗性であり、TiC および TiN コーティングに代表される高硬度と優れた耐摩耗性が主な利点です。 「ソフト」コーティング工具が追求する目標は、自己潤滑工具としても知られる低摩擦係数です。 被削材との摩擦係数は約0.1と非常に低く、凝着を低減し、摩擦を低減し、切削抵抗と切削温度を下げることができます。
最近、ナノコーティングツールが開発されました。 このコーティングされたツールは、さまざまな機能および性能要件を満たすために、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) のさまざまな組み合わせを使用できます。 適切に設計されたナノコーティングは、工具材料に優れた耐摩擦性、耐摩耗性、自己潤滑性を与え、高速乾式切削に適しています。
コーティング切削工具の特徴
コーティングされた切削工具の性能特性は次のとおりです。
① 優れた機械的性能と切削性能：コーティングされた切削工具は、母材とコーティング材料の優れた特性を兼ね備えており、母材の良好な靭性と高強度を維持し、コーティングの高硬度、耐摩耗性、低摩擦係数を維持します。 したがって、コーティングされた工具の切削速度は、コーティングされていない工具に比べて 2 倍以上増加し、より高い送り速度が可能になります。 コーティングされた切削工具の寿命も向上しました。
② 高い汎用性：コーティングツールは幅広い汎用性を持ち、加工範囲を大幅に拡大します。 1 つのコーティングされたツールで、複数のコーティングされていないツールを置き換えることができます。
③ めっき厚さ：めっき厚さが厚くなると工具寿命も長くなりますが、めっき厚さが飽和すると工具寿命はあまり伸びなくなります。 塗膜が厚すぎると剥がれが生じやすくなりますので、塗膜厚が厚すぎると剥がれが生じやすくなります。 コーティングが薄すぎると耐摩耗性が低下します。
④ 再研磨性: コーティングされたブレードは再研磨性が悪く、コーティング装置が複雑で、高いプロセス要件があり、コーティング時間が長い。
⑤ コーティング材質：コーティング材質が異なる切削工具は、切削性能も異なります。 たとえば、低速切削では TiC コーティングが有利です。 TiNは高速切削に適しています。
コーティングされた切削工具の適用
コーティングされた切削工具は CNC 加工の分野で大きな可能性を秘めており、将来的には最も重要な工具の種類となるでしょう。 エンドミル、リーマ、ドリルビット、複合穴加工工具、歯切り用カッター、歯切り用カッター、歯切り用カッター、フォーミングブローチ、各種マシンクランプ刃先交換式インサートなどにコーティング技術を応用し、高速切削のニーズに応えています。鋼や鋳鉄、耐熱合金、非鉄金属など様々な材質に対応します。
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、単純な旋削工具や正面フライスから、精密、複雑、成形工具のさまざまな分野に広がっています。
⑴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類できます。
タングステンカーバイド系超硬合金には、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）、レアカーバイド添加（YW）の3種類があり、それぞれに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。一般的に使用される金属結合相はCoです。
炭素（窒素）チタン基超硬合金は、TiC（その他の炭化物や窒化物を含むもの）を主成分とする硬質合金で、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Kクラスは、中国のYGクラス（主にWC.Coで構成）に相当します。
P01-P50 を含む P クラスは、中国の YT クラス（主に WC. TiC. Co で構成）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。
高硬度から最大靱性までの一連の合金は、グレードごとに 01 ～ 50 の番号で表されます。
⑵ 超硬合金切削工具の性能特性
超硬合金切削工具の性能特性は次のとおりです。
① 高硬度：超硬合金切削工具は、硬度と融点が高い炭化物（硬質相と呼ばれる）と金属結合剤（結合相と呼ばれる）の粉末冶金によって作られています。 その硬度は 89-93HRA に達し、高速度鋼よりもはるかに高くなります。 5400℃でも硬度は 82-87HRA に達する可能性があり、これは室温での高速度鋼 (83-86HRA) と同じです。 超硬合金の硬度値は、炭化物の金属結合相の性質、量、粒径、含有量によって異なり、一般に結合金属相の含有量が増加すると硬度が低下します。 付着相の含有量が同じ場合、YT系合金の硬度はYG系合金よりも高く、TaC(NbC)を添加した合金の方が高温硬度が高くなります。
②曲げ強度と靱性：一般的に使用される超硬合金の曲げ強度は900～1500MPa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。 接着剤含有量が同じ場合、YG 系（WC Co）合金の強度は YT 系（WC TiC Co）合金よりも高く、TiC 含有量が増加すると強度は低下します。 超硬合金は脆性材料であり、室温での衝撃靱性は高速度鋼のわずか 1/30-1/8 です。
一般的に使用される超硬合金切削工具の応用
YG 系合金は主に鋳鉄、非鉄金属、非金属材料の加工に使用されます。 微粒子超硬合金 (YG3X、YG6X など) は、コバルト含有量が同じ場合、中粒子超硬合金よりも高い硬度と耐摩耗性を備えています。 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、耐摩耗絶縁材の加工に適しています。
YT 系超硬合金の優れた利点は、高硬度、良好な耐熱性、YG 系に比べて高い硬度と高温での圧縮強度、および良好な耐酸化性です。 したがって、ナイフに高い耐熱性や耐摩耗性が要求される場合には、TiC含有量の多いグレードを選択する必要があります。 YT タイプの合金は、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 タイプの合金は、YG および YT タイプの合金の特性を備えており、優れた総合性能を備えています。 鋼材の加工をはじめ、鋳鉄、非鉄金属の加工にも使用できます。 コバルトの含有量を適切に増加させると高強度が得られ、各種難削材の荒加工や断続切削に使用できます。
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 などの合金元素を大量に含む高合金工具鋼の一種です。ハイス鋼切削工具は、強度、靭性、および強度の点で優れた総合性能を備えています。加工性。 複雑な切削工具、特に穴加工工具、フライス、ねじ切り工具、絞りカッター、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おいては、高速度鋼が依然として主要な位置を占めています。 ハイス鋼の刃物は鋭い刃先を研削することが容易です。
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。

⑴ 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% ～ 0.9% 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応じて、W含有量が12％または18％のタングステン鋼、W含有量が6％または8％のタングステンモリブデン鋼、W含有量が2％のモリブデン鋼に分けることができます。 %またはWを含まない万能高速度鋼は、一定の硬度（63-66HRC）と耐摩耗性、高い強度と靭性、良好な塑性と加工性を備えており、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：汎用高速度鋼タングステン鋼の代表的な材種は W18Cr4V（以下、W18）であり、6000℃で 48.5HRC の高温硬度を有し、優れた総合特性を備えています。 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く、不均一に分布し、粒子が大きく、強度と靭性が低いためです。
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 (M2 と略されます) です。 M2 の炭化物粒子は小さく均一であり、W18Cr4V よりも優れた強度、靭性、および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。
⑵ 高性能ハイス切削工具
高機能ハイスとは、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、耐熱性を向上させた新しい鋼種を指します。抵抗と耐摩耗性。 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、室温および高温での硬度が高いため、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。または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 (EV4 と呼ばれる) などの代表的な材種は、V 含有量が 3% -5% に増加し、優れた耐摩耗性を備えており、繊維、硬質ゴムなどの重大な工具摩耗を引き起こす材料の切削に適しています。ステンレス鋼、高張力鋼、高温合金などの材料の加工にも使用できます。
③コバルトハイス。 コバルト含有超硬高速度鋼に属し、代表的なグレードとしては W2Mo9Cr4VCo8 (M42 と呼ばれます) があり、硬度が高く、69-70HRC に達することがあります。 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作成に適していますが、衝撃切削条件下での加工には適していません。
④ アルミハイス。 アルミニウムを含む超硬高速度鋼に属し、W6Mo5Cr4V2Al（501と呼ばれます）などの代表的な鋼種があります。 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、ドリルビット、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、高温合金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。
⑶ 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けられます。
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。 ハイス鋼の溶解時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、ハイス鋼切削工具の耐摩耗性、靭性、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した鋼液を高圧のアルゴンまたは純窒素ガスで霧化し、急冷したものです。小さく均一な結晶組織（ハイス粉末）を得る。 得られた粉末は、高温高圧で切削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、切削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、炭化物粒子が小さく均一であり、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。
III CNC工具材料の選択原則
現在広く使用されている CNC 工具材料には、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、コーティング工具、超硬合金工具、高速度鋼工具などがあります。 切削工具の材質には一般的に多くのグレードがあり、その性能は大きく異なります。 さまざまな工具材料の主な性能指標を以下の表に示します。

CNC 加工用の切削工具材料の選択は、加工されるワークピースと加工特性に基づいて行う必要があります。 工具材料の選択は、加工対象物に合わせて適切に選択する必要があります。 切削工具材料と加工対象物との適合とは、最長の工具寿命と最大の切削生産性を達成するために、主に機械的、物理的、化学的特性を適合させることを指します。
1. 切削工具材質と加工対象物の機械的性質のマッチング
切削工具と加工対象物の機械的性能のマッチング問題とは、主に工具と被削材の強度、靭性、硬度などの機械的性能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切削工具材料は、異なる被削材の加工に適しています。
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>ハイス鋼。
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素ツール。
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、セラミックツール。
高硬度の被削材を加工するには、より高硬度の切削工具を使用する必要があり、被削材の硬度よりも切削工具の材質の方が高い必要があり、一般的には60HRC以上の硬度が必要となります。 工具素材の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。 たとえば、超硬合金のコバルト含有量が増加すると、強度と靱性が増加しますが、硬度は低下するため、荒加工に適したものになります。 コバルトの含有量が少なくなると硬度や耐摩耗性が増し、精密加工に適します。
優れた高温機械的特性を備えた工具は、特に高速切削に適しています。 セラミック切削工具は優れた高温性能により高速切削が可能であり、超硬合金と比較して許容切削速度を2-10倍高めることができます。
2. 切削工具素材と加工対象物の物性のマッチング
高熱伝導率・低融点のハイス工具、高融点・低熱膨張のセラミック工具、高熱伝導率・低熱膨張のダイヤモンド工具など、物性の異なる工具が様々な加工に適しています。ワークの材質。 熱伝導率の悪いワークを加工する場合は、切削熱を素早く伝えて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、切削熱を逃がしやすく、大きな熱変形を生じにくいため、高い寸法精度が要求される精密加工ツールにとっては特に重要です。
① 各種切削工具材質の耐熱温度：ダイヤモンド切削工具は700-8000℃、PCBN切削工具は13000-15000℃、セラミック切削工具は1100-12000℃、900-11000℃ TiC (N) ベースの超硬合金の場合は 800-9000C、WC ベースの超微粒子超硬合金の場合は 600-7000C、HSS の場合は 600-7000C です。
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>A1203ベースのセラミック。
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD。
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>A1203ベースのセラミック。
3. 切削工具の材質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間の化学的性能マッチング問題とは、主に工具材料と被削材材料との間の化学的親和性、化学反応、拡散、溶解などの化学的性能パラメータのマッチングを指す。 材質の異なる切削工具により、様々な被削材の加工に適しています。
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS。
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS。
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>ダイヤモンド。
4. CNC工具材料の合理的な選択
一般に、PCBN、セラミック切削工具、コーティング超硬合金、TiCN ベースの超硬合金切削工具は、スチールなどの黒色金属の CNC 加工に適しています。 PCD ツールは、Al、Mg、Cu などの非鉄金属材料、およびそれらの合金や非金属材料の加工に適しています。 表 3-3-2 には、前述の工具材料での加工に適したいくつかの被削材材料がリストされています。
次の表は、さまざまな工具材料での加工に適した被削材の一部を示しています。