超硬インサートの選び方

超硬インサートとは何ですか?

現代の金属加工では、超硬インサート加工効率の向上と加工精度を確保するための核となるツールです。超硬インサートは通常、高硬度のタングステンカーバイド粒子を金属結合剤とともに高温高圧下で焼結することによって作られます。{1}その硬度は高速度鋼 (HSS) よりもはるかに高く、同時に優れた靭性と耐チッピング性も備えているため、高速、高負荷の切削環境に対応できます。-

• 高硬度:耐摩耗性があり、高速切断に適しています-
• 高い靭性:折れにくく、重切削や衝撃にも耐えます。
• 高温耐性:切断時に軟化したり変形したりしません。
• 複数のコーティング オプションが利用可能:耐摩耗性を向上させ、固着を軽減し、工具寿命を延ばします。
• 複数の形状とサイズ:旋削、フライス加工、穴あけ、その他の加工方法に適しています。
• インデックス可能なデザイン:1枚の刃を複数回使用できるため、コストを削減できます。

超硬インサートは旋削、フライス加工、穴あけなどのさまざまな加工プロセスで広く使用されており、最新の CNC 加工、金型製作、高精度部品の製造に不可欠なツールです。{0}}ただし、市場に出回っているインサートの種類、グレード、形状、コーティングはさまざまであるため、エンジニアや購買担当者にとって適切なインサートの選択は大きな課題となっています。

適切な超硬インサートを選択すると、加工効率が大幅に向上し、工具寿命が延長され、生産コストが削減され、加工部品の寸法精度と表面品質が保証されます。

超硬インサートのグレードを理解する

切削工具グレードとは、超硬切削工具材料の特性（硬さ、靭性、耐摩耗性など）の組み合わせを分類する基準です。これは、切削中に切削工具が耐えられる負荷と摩耗率を決定し、切削性能と工具寿命に影響を与える中心的な要素です。グレードごとに次のような独自の特徴があります。

• Pシリーズ: 高硬度、適度な靭性を持ち、一般精密加工に適しており、耐摩耗性と耐チッピング性のバランスが取れています。-
• Mシリーズ：靭性が高く、加工時の衝撃にも耐えることができ、適度な耐摩耗性があり、チップ強度も比較的安定しています。
• Kシリーズ：耐摩耗性に優れますが、靱性が比較的低いため、長時間安定した切削が必要な用途に適しています。
• Nシリーズ: 鋭い刃先、軽い切削速度、バランスの取れた靭性と耐摩耗性、軽負荷の加工条件に適しています。-
• Sシリーズ: 最高の靭性を持ち、より大きな衝撃や高負荷の切削に耐えることができますが、耐摩耗性は K シリーズよりわずかに低くなります。-
• Hシリーズ: 全体的なパフォーマンスのバランスが良く、工具寿命と切削安定性の両方が必要な加工シナリオに適しています。-

超硬チップ材種の選定にあたっては、単に高硬度や高靱性を追求するのではなく、硬さ、靱性、耐摩耗性、チップ強度のバランスに注意してください。適切な材種のマッチングにより、さまざまな加工条件下でも工具の安定性が維持され、工具寿命が延長され、加工効率が向上します。

加工材料の指定

選択の最初のステップ超硬インサート加工する材料の種類を理解することです。材料の硬度、靱性、熱伝導率、切削特性の大きな違いは、インサートのグレード、コーティング、形状の選択に直接影響します。

鋼（炭素鋼・合金鋼）

加工中に高熱が発生すると、工具の摩耗や欠けが発生しやすくなります。 P- シリーズの工具が推奨されており、多くの場合、耐摩耗性と靭性のバランスをとるために TiN または TiAlN コーティングが施されています。高硬度鋼の場合、工具先端に過度の応力がかかるのを避けるために、切削パラメータを制御する必要があります。-

ステンレス鋼

機械加工中、切削工具は固着しやすく、その結果刃先が形成されます。-したがって、M-シリーズのインサートを選択し、非固着コーティング(TiAlNやAlTiNなど)-を優先する必要があります。薄肉部品や精密部品の加工では、軽量切削インサート形状を使用して振動を低減し、表面品質を向上させることができます。-

鋳鉄

硬くて脆く、耐摩耗性に優れています。 K-シリーズインサートは耐摩耗性に優れています。ねずみ鋳鉄には汎用インサートを選択できますが、ダクタイル鋳鉄には耐チッピング能力の高いインサートを選択する必要があり、振動を低減するために切削パラメータに注意を払う必要があります。-

非鉄金属（アルミニウム、銅など）-

切れ味は早いですが、工具にくっつきやすいです。 N-シリーズのインサートを推奨します。目詰まりを防ぐため、チップの切れ味と切りくず排出設計に注意してください。薄肉アルミニウム部品を加工する場合は、変形を防ぐために切込み深さを適切に浅くしてください。-

高温合金とチタン合金-

機械加工プロセスは難しく、切削温度は高く、切削インサートは欠けや熱損傷を起こしやすくなります。 S- シリーズのチップが最適ですが、高効率クーラントの使用と切削速度と送り速度の厳密な制御が必要です。-

加工材料を正確に分析することで、選択できる切削工具の範囲を迅速に絞り込むことができるだけでなく、実際の加工における試行錯誤のコストを回避し、切削工具の安定した動作を保証します。

処理方法を明確に定義する

超硬インサートの選択には、材料自体に加えて、加工方法も同様に重要です。異なるプロセスにおける切削抵抗、安定性、切りくず除去方法の違いにより、チップの形状、すくい角の設計、刃先強度の異なる方向が決まります。

旋回

旋削加工では、特に外径、端面、輪郭の加工において、切削インサートの安定性と耐振動性が高度に要求されます。一般的な菱形チップ (80 度、55 度、または 35 度など) は、切削の柔軟性と刃先強度のバランスが取れており、ほとんどの一般的な旋削加工に適しています。

長いシャフトや細いワークを加工する場合は、刃先強度を高めて振動やチッピングのリスクを軽減するために、ネガティブすくい角または強化チップインサートを使用することをお勧めします。仕上げ加工や少量の大量切削には、ポジすくい角チップを使用できます。これは切削抵抗が少なく、表面仕上げと寸法安定性の向上に役立ちます。

フライス加工

フライス加工中、切削インサートは切削ゾーンへの出入りを繰り返す必要があるため、高い切りくず除去能力と刃先の耐衝撃性が求められます。軽切削や仕上げ加工の場合は、正のすくい角と鋭い切れ刃を備えたチップ形状を選択して、切削抵抗を低減し、薄肉部品の変形を最小限に抑えることができます。-

高速フライス加工や高送り加工では、通常、刃先強度と耐摩耗性を高め、耐用年数を延ばすために、ネガティブまたは複合すくい角のチップが使用されます。深い溝や複雑なキャビティを加工する場合は、十分な剛性と取り代を確保するために、チップの厚さとバックアングルの設計も考慮する必要があります。

掘削

穴あけインサートは大きな軸方向の力と横方向の圧力に同時に耐える必要があり、インサートの幾何学的安定性に対してより高い要求が課せられます。一般的に使用される特殊なドリルインサート、またはウェッジまたは三角形構造を備えたインサートは、切削負荷を分散し、チッピングのリスクを軽減します。

深穴加工では、インサートの切れ刃角度と切りくず溝の設計が特に重要です。切りくずをスムーズに除去するには、適切なすくい角と切れ味を組み合わせる必要があります。同時に、穴径精度を安定させ、チップ​​寿命を延ばすためには、切削熱を制御するクーラントの使用が不可欠です。

加工方法を定義し、それを切削工具の形状、すくい角の種類、刃先構造に合わせてさらに改良することで、エンジニアはさまざまな作業条件下でより合理的な選択を行うことができ、それによって全体的な加工の安定性が向上し、異常摩耗が軽減されます。これは特に精密部品や大量生産において有益です。

加工精度と効率の要件

機械加工の精度と効率は、生産コストと工具寿命に直接影響します。ワークピースが異なれば、表面仕上げ、寸法精度、生産サイクルタイムに対する要件も大きく異なります。

高精度部品:-鋭い刃先、安定した形状、加工中の振動や変形を防ぐための均一なコーティングなど、高い刃の安定性が必要です。航空宇宙部品、金型加工、精密シャフト部品などに適しています。

大量の-または荒加工された-部品の場合:工具の耐久性と切削効率にさらに注意が払われます。高い耐摩耗性と適切な材種を備えたチップを選択することで、切削速度とチップ寿命のバランスをとり、チップの交換頻度を減らし、生産サイクルタイムを延長できます。

荒加工を行ってから仕上げ加工を行う混合加工シナリオでは、異なるチップを一緒に使用できます。荒加工用インサートは高い耐摩耗性を備え、仕上げ用インサートは高い表面仕上げを備え、最終部品の品質を保証します。

加工精度と効率の要件を明確に定義することで、調達チームとエンジニアリングチームは、切削工具を選択する際に品質、効率、コストを考慮に入れることができ、不適切な工具選択によって引き起こされる加工の問題や生産の中断を回避しながら、その後のプロセス最適化のための基礎データを提供できます。

インサートコーティングタイプ

コーティングは重要な役割を果たします超硬インサート、耐摩耗性が向上するだけでなく、切削性能が向上し、切削温度が低下するため、工具寿命が大幅に延長されます。加工材料や切削条件が異なれば、コーティングに対する要件も異なります。一般的なコーティングの種類とその特徴は次のとおりです。

TiN（窒化チタン）

優れた耐摩耗性と低い摩擦係数を備えた古典的な汎用コーティングで、低負荷または軽度の切削作業に適しています。- TiNコーティングは金色{4}}の表面を持ち、切削工具と被削材との凝着を軽減し、鋼および一般鋳鉄の加工に適しています。

TiAlN（窒化チタンアルミニウム）

優れた耐高温性を示し、高速切削によって発生する高温に耐えることができます。-、鋼、ステンレス鋼、および一部の合金材料の中高速切削に適しています。-および一部の合金材料の切削に適しています。 TiAlN コーティングは高温でアルミナ保護層を形成し、工具寿命をさらに延長します。

AlTiN（窒化チタンアルミニウム）

非常に高い耐摩耗性と耐チッピング性を示し、特に高硬度または高温合金の加工に適しています。{0}{1}{2} AlTiN コーティングの高い表面硬度により、高負荷下でも工具先端の完全性を維持できるため、欠けや破損のリスクが軽減されます。

多層複合コーティング (例: TiCN/TiAlN)

多層構造により耐摩耗性と靱性を最適化することにより、チタン合金、高温合金、焼入れ鋼などの難削材の加工に適しています。-{{2}多層コーティングにより、高速{6}}深切削条件下でより安定した切削性能が得られます。-

包括的な選択に関する推奨事項

実際の機械加工では、超硬インサートの選択は単一のパラメータによって決定されるのではなく、複数の要素間の包括的なトレードオフによって決定されることがよくあります。{0}}合理的な選択アプローチは、「安定した加工」から始めて、徐々に効率とコストの最適化を追求する必要があります。

• 加工材質を優先し、適切な刃材グレードとコーティングを決定し、加工方法に応じて対応する刃形状を選択します。ブレードの性能と寿命を確保するには、材料の正しい適合が必須条件です。
• 加工の安定性を考慮して調整してください。工作機械の剛性が平均的である場合や、使用条件が不安定な場合には、チッピングや異常摩耗を軽減するために、より靭性の高いインサートを選択する必要があります。動作条件が安定している場合にのみ、切断効率の向上を検討してください。
• 切削インサートの目的は加工段階に応じて区別する必要があります。荒加工では耐久性と切りくず除去に重点を置き、仕上げ加工では切削安定性と表面品質に重点を置きます。すべてのプロセスに単一の挿入を使用することはお勧めできません。
• 最後に、汎用仕様で安定供給が可能なブレードモデルを選択することをお勧めします。これにより、その後の交換や大量購入が容易になり、全体の加工コストの抑制にも役立ちます。

要約すると、適切な超硬インサートの選択は加工条件の十分な理解に基づく必要があり、安定性、効率、コストのバランスを考慮して自社の生産システムに適した工具ソリューションを形成する必要があります。

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