高い切削速度で工具寿命を延ばすために、注意すべき摩耗の兆候は何ですか? 1

金属切削工程における消費電力は、切削熱と摩擦の形で表されます。これらの要因により、工具は表面負荷が高く、切削温度が高く、加工条件が悪い状態になります。高温になるのは、チップが工具の前面に沿って高速でスライドし、刃先に高圧と強い摩擦が生じるためです。

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崩壊

機械加工の過程で、カッターはコンポーネントの微細構造のハードポイントに接触するか、断続的に切断します。これにより、切断力が変動する可能性があります。したがって、切削工具は、高温耐性、高靭性、高耐摩耗性、高硬度という特徴を持っています。

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溝摩耗

過去半世紀、切削工具の性能を継続的に向上させるために、多くの研究が行われてきました。ほとんどすべての工具材料の摩耗率に影響を与える重要な要素の1つは、機械加工の過程で達成される切削温度です。残念ながら、切削温度計算のパラメータを定義することは困難ですが、実験測定は経験式の基礎を提供できます。

一般的に、切削工程で発生するエネルギーはすべて切削熱に変換され、80%の切削熱が切りくずに奪われることが想定されています

数値はいくつかの要因で変化し、切削速度が主な要因です。これにより、約20%の熱がツールに入ります。低炭素鋼が切断された場合でも、工具温度はHSSが耐えられる最高温度である550℃を超えることがあります。 CBN工具で高硬度鋼を切削する場合、工具と切りくずの温度は1000℃を超えることがあります。

工具摩耗と工具寿命の関係

ツールの摩耗パターンは、次のカテゴリに分類できます。

後部カッター面の摩耗

溝摩耗

クレーター摩耗

最先端の崩壊

高温割れ

バースト失敗

現在、業界では工具寿命の普遍的に受け入れられている統一された定義はありません。被削材の材料寿命と切削技術を指定する必要があります。工具寿命を定量化する方法は、背面の許容最大摩耗値、つまりVBまたはVBmaxを定義することです。

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後部カッター面の摩耗

数学的観点から、工具寿命は次式で表すことができます。テイラー式は、工具寿命予測のための優れた近似計算方法を提供します。

Vctn = C、これはテイラー式の一般的な形式です。関連するパラメータは次のとおりです。

VC =切削速度

T =工具寿命

D =切込み

F =送り速度

Xとyは実験によって決定されます。 NおよびCは、実験または経験値によって決定される定数です。工具材料、ワークピース材料、送り速度が異なるため、それらは異なります。

実用的な観点から、過度の工具摩耗を抑制し、高温を克服するために、3つの重要な要素に注意を払う必要があります:基板、コーティング、および最先端の処理。各要素は、金属切削の成功または失敗に関連しています。これら3つの要素は、チップカーリンググルーブの形状とツールチップのフィレット半径によって、各ツールの適用可能な材料と適用機会を決定します。上記のすべてのパラメーターが連携して切削工具の長寿命を確保し、最終的に処理の経済性と信頼性を反映します。

マトリックス

耐摩耗性と靭性を備えた炭化タングステン工具は、幅広い機械加工アプリケーションを備えています。ツールのサプライヤーは通常、マトリックスのパフォーマンスを把握するために、WCの粒径範囲を0.3μmから5μmに制御します。 WCの粒度は、工具切削の性能に大きな影響を与えます。 WCの粒度が小さいほど、工具の耐摩耗性は高くなります。逆に、WCの粒度が大きいほど、工具の靭性は高くなります。超微細粒マトリックスで作られたブレードは、主にチタン合金、インコネル合金、高温合金などの航空宇宙産業で処理された材料を処理するために使用されます。

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蓄積腫瘍

さらに、コバルト含有量を6%から12%に調整することにより、マトリックスの靭性を大幅に改善できます。したがって、金属加工の用途での靭性と耐摩耗性に関するツールの要件を満たすために、マトリックス材料の組成を調整するだけで済みます。

マトリックスの特性は、表面層に隣接するコバルトが豊富な層だけでなく、炭化チタン(TIC)、炭化タンタル(TAC)などの他のタイプの合金元素を超硬合金に選択的に追加することによっても強化できます。炭化バナジウム(VC)および炭化ニオブ(NBC)。コバルトが豊富な層は、刃先の強度を大幅に向上させるため、荒削りや断続的な機械加工の用途で優れた性能を発揮します。

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高温割れ

さらに、ワークピースの材料に合わせて特定の処理要件を満たすために、適切なマトリックスを選択する際に、衝撃靭性、横破壊強度、圧縮強度、硬度、および熱衝撃靭性の5つの物理的特性を考慮する必要があります。

コーティング

現在、市場の主流のコーティング材料は次のとおりです。

窒化チタン(TIN)–通常PVDコーティングは、硬度が高く、耐酸化性が高いという特徴があります。

窒化チタンカーバイド(TiCN)–炭素の添加により、コーティングの硬度と自己潤滑性が向上します。

チタンアルミニウムナイトライド(TiAlNまたはAlTiN)–アルミナの層で構成されており、特に準乾式/乾式切削において、切削温度が高いアプリケーションで工具寿命を延ばします。 TiAlNコーティングと比較して、アルミニウムとチタンの比率が異なるため、コーティングの表面硬度は高くなります。このコーティング方式は、高速加工アプリケーションに非常に適しています。

窒化クロム(CRN)–高硬度と高耐摩耗性の利点を備えた、チップの付着を防ぐための最初の選択肢です。

ダイヤモンド(PCD)–非鉄合金材料の最高の処理性能を備えています。特に、グラファイト、金属マトリックス複合材料、高シリコンアルミニウム合金、およびその他の研削材料の処理に適しています。化学反応によりコーティングと基材の組み合わせが破壊されるため、鋼の加工にはまったく適していません。

クレーター摩耗

コーティング材料の開発と近年の市場需要の成長を分析すると、CVDコーティングツールよりもPVDコーティングツールの方が人気があることがわかります。 CVDコーティングの厚さは一般的に5-15ミクロンの間で変化します

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PVDコーティングの厚さは通常2〜6μMです。CVDコーティングを基板の上面に適用すると、CVDコーティングで引張応力が発生し、PVDコーティングで圧縮応力が発生します。これらの2つの要因は、特に断続的な切削や連続加工における工具の性能に、刃先に大きな影響を与えます。コーティングプロセスにおける新しい合金元素の添加は、コーティングの接着性を改善するだけでなく、コーティングの特性を改善するためにも有益です。

刃先処理

多くの場合、最先端の処理(パッシベーション)によって、機械加工の成否が決まります。パッシベーションパラメータは、プリセットアプリケーションによって決定されます。たとえば、鋼の高速仕上げに必要な刃先処理は、荒加工に使用されるものとはまったく異なります。

一般に、連続旋削では、ほとんどの鋼や鋳鉄のフライス加工と同様に、刃先の不動態化が必要です。厳しい断続的な機械加工では、パッシベーションパラメータまたは刃先のTランドの負の面取りを増やす必要があります。

これに対し、ステンレス鋼や超合金を加工する場合は、刃物を不動態化して小さな不動態半径を得て鋭利な刃先を採用する必要があります。これらの材料を加工する場合、切りくずの付着が発生しやすいためです。同様に、アルミニウムを加工する場合、鋭い刃先も必要です。

ジオメトリでは、iskaはらせん状の刃先を備えた幅広いブレードを提供しており、そのプロファイルは軸に沿って円筒面の周りに徐々に分布しています。らせん状ブレードの方向はらせんに似ています。スパイラルエッジ設計の利点の1つは、切削プロセスを滑らかで過剰にし、びびりを減らし、より高い表面仕上げを得ることができることです。さらに、スパイラル刃先はより多くの切削負荷に耐えることができるため、切削力を低減し、同時により多くの金属を除去できます。ヘリカル切削工具のもう1つの利点は、切削力と熱が低いため、工具寿命が長いことです。

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