CNC工作機械やマシニングセンタなどの高効率機器の人気が高まるにつれて、航空宇宙、自動車、高速列車、風力、エレクトロニクス、エネルギー、金型およびその他の機器製造産業の高度な発展において切断作業が急速に進みました。高能率と環境保護を特徴とする高速機械加工の新時代は、現代の切削技術の段階です。

 

    高速切削、乾式切削およびハード切削は現在の切削技術の重要な開発動向であり、そしてそれらの重要な位置および役割はますます顕著になっている。これらの高度な切削技術の適用は、加工効率を2倍にするだけでなく、製品開発と工程革新のプロセスも促進します。例えば、高速、少量の供給および軽食の深加工を伴う精密成形硬質材料のキャビティは、高い表面品質を達成することができるが、研削、ＥＤＭおよび手動研磨を排除するか、または対応するプロセスの時間を短縮する。製造工程を短縮し、生産性を高めます。

 

    過去には、納期が基本的に3〜4ヶ月かかる複雑な金型を製造していた会社もありましたが、現在では高速加工後の半年で完成することができます。調査によると、一般的なツーリングの加工能力の60％が高速加工によって達成することができます。

 

    高速加工には、高い工具信頼性、優れた切削性能、安定した切りくず・欠け、さらには高精度、そして迅速な交換や自動交換が必要です。したがって、工具材料、工具構造、およびツーリングにはより高い要件が課されます。

 

    工具材料の要件

 

   高速加工工具に対する最も優れた要求は、それらが高硬度および高温硬度を有しそして十分な破壊靭性を有しなければならないことである。そのためには、超硬合金、被覆超硬合金、セラミック、多結晶ダイヤモンド（PCD）、多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN）などの工具材料を使用する必要があります。切削速度範囲も異なります。たとえば、主にPCDおよびCVDダイヤモンドフィルムコーティング工具を使用した、アルミニウム、マグネシウム、銅などの非鉄金属部品の高速処理。鋳物、焼入鋼（50〜67HRC）、チルド鋳鉄の高速加工には、主にセラミック工具とPCBN工具が使用されます。

 

   上海フォルクスワーゲンオートモーティブカンパニーリミテッドは、Seco Tool（Shanghai）Co.によって製造された立方晶窒化ホウ素CBN300ブレード正面フライスカッターを使用して、フレキシブル生産ラインで最大1600m /分の切断速度および5000mm /分の送り速度でエンジンブロック平面を高速フライス加工する。分PCD工具で処理されたアルミニウム合金の切削速度は一般的に3000-4000m / minであり、最高は7500m / minです。セラミックとPCBN工具による硬化鋼とチルド鋳鉄の切削速度は200m /分に達した。

 

    1.超硬合金が超微粒子の段階に入った

 

    被覆超硬合金工具（ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなど）は、被加工物を加工するための広範囲の材料を有するが、酸化温度は一般に高くないので、通常４００〜５００ｍ ／分の切削速度範囲で鋼を加工するのに適しているだけである。小品Inconel 718高温ニッケル基合金には、セラミック工具とPCBN工具があります。報告によると、カナダの学者たちは、SiC製ウィスカーを使用してセラミック切削Inconel 718合金を強化し、推奨切削条件は次のとおりです。切削速度700 m /分、食深1〜2 mm、歯当たり送り0.1〜0.18 mm / z。

 

    現在、超硬合金は微細粒（1〜0.5μm）と超微細粒（<0.5μm）の開発段階にあり、過去においては、K（WC + Co）超硬合金には微細粒が主に使用されていました。 Ｐ型（ＷＣ ＋ ＴｉＣ ＋ Ｃｏ）およびＭ型（ＷＣ ＋ ＴｉＣ ＋ ＴａＣまたはＮｂＣ ＋ Ｃｏ）の超硬合金も結晶粒微細化に向かって進行する。

 

    過去においては、超硬合金の靭性を改善するために、通常コバルト（Ｃｏ）の含有量を増加させ、その結果生じた硬度の低下は、結晶粒を微細化しそして超硬合金の曲げ強度を４．３ＧＰａに増加させることによって補うことができる。は、普通の高速度鋼（ＨＳＳ）の曲げ強度に達し、それを上回り、Ｐ型超硬合金は鋼の切断に適しており、Ｋ型超硬合金は鋳鉄やアルミニウムなどの非鉄金属の処理にしか適していないという一般的な考えを変えた。 。

 

    WC基超微粒子K型超硬合金は、さまざまな鋼材の加工に使用できます。微粒炭化物のもう一つの利点は工具の鋭利な刃先であり、それは粘着性があり靭性のある工作物材料の高速切削に特に適している。例えば、日本の富士通が開発したAQUAツイストドリルは、微粒の硬質合金でできていて、耐熱性と耐摩擦性の潤滑コーティングがされています高速湿式構造用鋼と合金鋼（SCM）を切るとき、切れます。速度は200m / min、送り速度は1600mm / min、加工効率は2.5倍、工具寿命は2倍、乾式穴あけでは切削速度は150m / min、送り速度は1200mm / minです。

 

   2.コーティングは厚膜コーティング、複合コーティング、多成分コーティング開発の新たな段階にアップグレードされます

 

   今日では、コーティングは、厚膜、複合および多成分コーティング、新たに開発されたTiCN、TiAlNの超薄膜、超多層コーティングの開発の新たな段階に入りました（一部の超薄膜コーティングは最大2000層まで可能です）。各層の厚さは約１ｎｍであり、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ａｌ ２ Ｏ ３および他のコーティングと、コーティングの靭性、コーティングと基材との間の結合強度の改善、およびコーティングの耐摩耗性の改善における新しい塑性変形耐性マトリックスとの組み合わせ。超硬合金の性能を改善するために著しい進歩がなされた。

 

    被覆工具は現代の切削工具の特徴となっており、その使用率は60％です。コーティングされた超硬工具の製品は現在、ブランド化、多様化および一般化に向かっています。たとえば、Schnellのナノテクノロジーを使用した超長寿命LLコーティングエンドミルは、硬度が70 HRCを超える焼入鋼の加工に使用された場合、2〜3倍の工具寿命を持ちます。

 

    自動車用クランクシャフト鋼鍛造品の加工に使用される場合、スウェーデンのSandvikの3つの新しい被覆インサート（GC4225、GC4240、GC1030）は、GC4025（P25）グレードへのアップグレードとして、幅広い汎用性のあるGC4225（画期的No.1）を備えています。同じ切削条件での工具寿命は切れ刃あたり41個の部品を処理できますが、GC4025は切れ刃あたり14個の部品を処理できます。

    Seco Jabroの新しい超硬ソリッド汎用フライスカッタSolid2シリーズは、新しい材料を使用するだけでなく、新しいコーティングも導入し、適用可能な加工温度を800℃から1100℃に高めます。加工効率と工具寿命を大幅に改善しました。同時に、Solid2シリーズは刃の不動態化処理と工具のコーティングと材料の組み合わせをより完璧にする放射状の全周バックスクレーピング技術を採用し、工具の再研削の数も大幅に改善されています。

 

    American Kennametal社のH7ブレードは、合金鋼、高合金鋼、ステンレス鋼の高速ミーリング用に設計されたTiAlNコーティングです。ドイツの会社Guhringからの商品名「Fire」の穴加工工具コーティングは、TiN、TiCNおよびTiAlNコーティングの組み合わせである多用途の複合コーティングです。この材料の利点は、通常の切削と同様に乾式および硬質切削の両方に適しています。

 

    近年開発された超硬合金の表面にダイヤモンドをコーティングする技術が、非鉄金属の分野だけでなく、非鉄金属の分野においても切削効率の向上をもたらしたことは特に強調に値する。超硬合金は、引き続き高速機械加工工具の製造のための主要なマトリックス材料であることがわかる。

 

   現在、米国、スウェーデン、日本では、ダイヤモンドコーティングタップ、ドリルビット、エンドミル、チップブレーカ付きスローアウェイチップ（サンドビックのCD1810、ケナメタルのKCD25グレードなど）が次のような製品に使用されています。非鉄および非金属材料の高速精密加工鋼材の加工に適した別のCBNコーティングも開発されており、工業試験段階に入っています。

 

 

    工具形状およびチップブレーカーの要件

 

    幾何学的パラメータ

 

    高速および乾式切削中の工具の故障の主な原因は、先端部のクレーター摩耗と熱摩耗です。これは、工具とチップとの間の界面および工具とワークピースとの間の接触領域における高温によって引き起こされる。そのため、高速切削加工は通常の切削加工における工具すくい角よりわずかに大きく、切削部の温度を下げ、刃先にマイナス面取りを施します。

 

    先端での熱摩耗を防止するために、丸みを帯びたまたは面取りされた先端は、コーナ角度を増大させそして切刃の長さおよび切刃の近くの材料の体積を増大させるために一次および二次切刃の接合部で使用されるべきである。工具の剛性を高め、刃先が破損する可能性を減らします。

 

    乾式切削用の新しいME-13カーバイドインサート。米国のCarboloy社により導入され、大きなすくい角（最大34°）、強化された刃先、およびリブ付きすくい面を備え、チッピングを大幅に低減インサートのすくい面との接触面積により、チップによって熱が運び去られる。ブレードは従来のブレードよりも400℃低い温度で動作すると言われており、切削力を大幅に減らし、工具寿命を2倍にします。同社は、最大55HRCのダイス鋼の硬度、120m / minの切削速度、7.6m / minの送り速度、0.51mmの軸方向深さ、ラジアルエイトの高速ミーリングに、ハイアングルコート硬質合金クラウンエンドミルを使用しています。 0.25 mmの深さと乾式切削で、工具寿命は最大1.5時間です。

 

    刃先が刃先に沿ってほぼ一定のすくい角を持ち、刃のすくい角またはサイドすくい角がマイナスに補正されるか、またはすくい角を変えることができるように、すくい角がプラスのスパイラル刃先切削インサートが海外で開発されました。小から大まで、切削はより軽くスムーズになります。これにより、スローアウェイフェースミーリングカッター、エンドミル、スロットミーリングカッターの切削性能が新しいレベルに向上し、工具寿命が50〜250％、切削効率が30％向上します。 -40％

 

    米国の会社は17-4PHステンレス鋼の周囲を乾式フライス加工するためにこの新しいタイプのインサートを使用しています切削量は次のとおりです：ミリングスピード304m / min、送り速度1270mm / min、歯当たり送りは0.14mm / z、 20Sは残りの36cmを取り除きます。

 

    チップブレーカタイプ

 

    切りくずの破断とチッピングを安定させるためには、適切な破片ブレーカタイプをブレードに作らなければなりません。現時点では、スローアウェイチップ上の3次元湾曲チップブレーカの設計および製造技術は比較的成熟しており、さまざまなワーク素材およびさまざまな切削量に対応する一般的なチップブレーカシリーズが開発されています。

 

    例えば、スウェーデンのサンドビック社は、Ｒ、ＭおよびＦの溝シリーズを導入した（鋼の荒削り、中仕上げおよび仕上げは、ＰＲ、ＰＭおよびＰＦの溝型を使用し、ステンレス鋼を切断するときはＭＲ、ＭＭおよびＭＦの溝型を使用する。カットキャスティングおよび非鉄金属用のKR、KM、KFのスロット付きバージョン、および「Overlord Knife」を備えたイスラエルのIscarに典型的なスロットデザインはユニークです。

 

    これらのインサートのチップブレーカーは、幅広い範囲のチップブレーカと優れた適応性を備えています。これらはすべて空間的な切れ刃と湾曲したすくい面を持ち、切れ刃のプレ角はゼロまたは負に調整でき、作業すくい角は適切な正の値なので、切削力が小さく、切れ刃強度が高く、高速抵抗が高い。高い耐摩耗性は、高速加工工具刃構造の開発の方向性を示しています。