なぜ超硬ツイストドリル鋼材加工時に刃が折れる!? 実は、その理由はここにあります!

工具材料

工具の品質は、材質（基材）、形状、およびコーティングによって決まります。たとえ世界最高水準の設計とコーティングが施されていても、工具の基材が適切に選定されていなければ、その性能は発揮されません。基材の品質を示す最も重要な指標は結晶粒径です。一般的に、結晶粒径が小さい工具ほど高速加工に適しています。高速加工には、0.5μm以下の結晶粒径が推奨されます。

粒径が同じであっても、硬度や横方向の破壊強度など、工具の品質に影響を与える他の要因がいくつかあります。特定の基材の場合、硬度と横方向の破壊強度はコバルト含有量によって影響を受けます。従来、超硬合金の靭性を向上させるには、通常、CO含有量を増やす必要がありましたが、その代償として硬度が低下しました。現在では、このような状況は結晶粒を微細化することで補償でき、超硬合金の曲げ強度を向上させることができ、通常のHSS鋼の曲げ強度に達し、それを超えることができるため、超微細超硬合金が好まれています。人々は徐々に、鋼に適したp型超硬合金から、鋳鉄やアルミニウムなどの非鉄金属の加工にのみ適したK型超硬合金へと移行しています。微細粒超硬合金のもう1つの利点は、工具の刃先が鋭利であることであり、特に粘着性のある硬い材料の高速切削に適しています。

超硬ツイストドリル材料の開発は主に微細粒（1-0.5）および超微細粒（< 0.5) cemented carbide materials and integral cemented carbide tools, which greatly improves the bending strength of cemented carbide. It can replace high-speed steel to manufacture universal tools with a large range of small size bits, end mills and taps, and its cutting speed and tool life are far beyond that of high-speed steel.

高速加工で使用されるすべての工具には、精度、剛性、耐用年数という3つの重要な特性があります。高速切削モードでは、加工の要求水準が高いため、工具とその半径方向および軸方向の力に対する耐性が非常に重要になります。

工具コーティング

伝送モードと比較すると、高速切削では発熱量が少なく、切削部の温度もより一定になります。そのため、刃を支えるにはより高度なPVDコーティングが必要です。ほとんどの加工用途では、錫、TiCN、単層TiAlNなどの標準コーティングで用途の要件を満たすことができます。しかし、高速加工モードでは、満足のいく工具寿命を実現するために、コーティングと工具はより高い要件を満たす必要があります。超硬合金基材と同様に、切削工具の異なるコーティングは肉眼では同じように見えることが多いですが、顕微鏡で見るとかなり異なります。TiAlNだけでも多くの種類があります。超硬ツイストドリルの基材と同様に、コーティングの違いもプロセスによって決まります。実際、プロセスにはますます注目が集まっています。一部の専門コーティングメーカーは、競合他社による模倣を防ぐために、自社のプロセスの特許を申請しています。加工の観点から、実験により、高速加工では多層コーティングが最適であることが証明されています。多層コーティングの各層は、他の特許取得済みコンポーネントと統合されており、コーティング内の切粉がコーティング全体を貫通して基板表面に突き刺さるのを防ぎ、隣接する層に飛散させるように設計されています。そのため、従来の単層PVDコーティングと比較して、多層コーティングの工具寿命は大幅に向上します。

高品質の切削工具は、より強固な基材、特別に設計された形状、そしてより効果的な保護コーティングを備えており、切削工具の寿命と表面仕上げを向上させます。品質基準の向上は最終顧客の初期投資を増加させますが、その代わりに加工時間を大幅に短縮できます。企業が短い生産サイクルを実現すれば、製品の品質も再現性が高まります。オペレーターは工作機械を自動運転させることができます。

したがって、切削工具のコスト削減は賢明な策とは言えません。重視すべきは長期的な生産コスト削減ですが、多くの場合、初期費用（工具費）の削減にばかり焦点が当てられていました。そのため、切削工具への初期投資を増やすことで生産コストを最小限に抑えられるのであれば、生産性の向上によって最終的に利益を増やすことができるのです。