ダイヤモンドコーティングされた超硬合金の機械加工マイクロボールノーズエンドミル

適切な工具と工作機械があれば、D-2工具鋼のようなHRC60硬度の硬質材料のフライス加工は難しくありません。しかし、硬質合金のようなさらに硬い材料のフライス加工は容易ではありません。これらの材料は通常、研削加工または放電加工によってのみ加工可能です。

ユニオンツール社のUDCBシリーズマイクロボールエンドミルの導入により、状況は大きく変わりました。「牧野フライス製作所は、この工具の開発は重要であり、おそらく1990年代半ばの硬質フライス加工の導入と同じくらい重要だと考えています」と、牧野フライス製作所のマイクロファブリケーション研究開発責任者であるジョン・ブラッドフォード氏は述べています。以前は、硬質合金カッターで硬質合金ワークピースをフライス加工する成功率はわずか10～20%でした。

IMTS 2012において、Muye District社は、IQ300マイクロマシニングセンターで、硬度HRA93以上のマイクロボールエンドミルを用いて、直径1mmのUDCBで超硬パンチの粗加工および精密加工を行う様子を実演しました（図1および図2）。38分間の加工後、工具摩耗はわずか1.8mでした。ワークピースを放電加工する場合、少なくとも4時間かかります（電極プログラミング、電極加工、ワークピースの放電加工を含む）。「少なくとも3本の銅タングステン電極を加工する必要があります。5M以上の精度を維持するには、ほとんどの場合4本の電極を加工する必要があります」とBradford氏は述べています。

図1udcbダイヤモンドコーティングマイクロボールエンドミル

図2 超硬パンチ

深さ2,200 mmの複数のワークピースをフライス加工するために、Udcb両刃マイクロボールエンドミルを使用し、主軸回転速度30,000 r/min、送り速度300 mm/minで加工を行った。刃当たりの切削量は10 mであった。マイクロボールエンドミルはMST Unoホットローディングツールチャックに固定され、工場認証による最大直径ジャンプ誤差は600nmであった。

ジョイントツール会社が開発したUdcb両刃マイクロボールエンドミルの直径は0.2～6mmです。同社の販売・マーケティング担当上級副社長であるジョナサン・ヘイ氏によると、ホットフィラメントCVDで成膜された10μm以上の厚さのダイヤモンドコーティングは、精密に制御された加工条件下で優れた耐久性を発揮し、コーナー半径の影響を最小限に抑えます。プラズマCVDと比較して、ホットフィラメントCVDは複雑な形状の表面に、より均一なコーティングを成膜できます。

UDCBマイクロボールエンドミルに施されたダイヤモンドコーティングの硬度は約100GPa（9,000HV）であり、単結晶ダイヤモンドの硬度に非常に近い値です。さらに、精密な界面制御により、ダイヤモンドコーティングと基板との密着性が非常に高くなっています。

硬質合金のフライス加工時の切削力はD-2工具鋼（HRC60）のフライス加工時の約2倍であるため、振動を最小限に抑えるには、UDCBマイクロボールエンドミルを使用する際には高剛性工作機械を使用し、スパイラル送り工具でワークピースを徐々に切削する必要があります。IMTS展示会での加工デモンストレーションでは、牧野フライス製作所は1フライスがワークピースを切削する際、°螺旋角で送り速度を90%削減しました。

「オーガー送りは切削力がより均一であるため、信頼性が高いことがわかりました」とヘイ氏は述べ、切削プロセス全体を通して送りを一定に保つことができると指摘した。UDCBマイクロボールエンドミルは、工具の剛性を高めるために標準的な螺旋状の溝を使用している。均一で均一な切削力は、非常に脆い部品、工具基材、およびコーティングの損傷を回避するのに役立つ。

Muino社は、加工デモンストレーション中に、送風乾燥を用いて切削屑を除去し、工具とワークピースの接触面を冷却している。Hay氏によると、この方法は水性切削油を用いたスプレー冷却やオイルミスト冷却よりも優れているという。「オイルミストで冷却すると、超硬合金の切削屑を含む小さな油塊が形成される可能性があります。連続的な送風の方が信頼性が高く、環境にも優しいのです。」

前述の通り、硬質合金ダイスや同程度の硬度のワークピースは研削加工で加工できますが、加工可能な形状（特に微細形状）の種類は、ダイヤモンド砥石が形状に到達または入り込む能力によって制限されます。PCBNやPCDなどの超硬工具も入手可能ですが、これらの工具はUDCBマイクロボールエンドミル（直径によって534.50ドル～674.50ドル）の最大4倍の価格になる場合があり、加工中のこれらの切削工具は基本的に徐々に摩耗することはありません。「PCBNは工具に加工するのが非常に難しい」とヘイ氏は言います。「PCD材料は異方性（異方性材料は異なる方向で測定すると異なる特性を持つ）がないため、破損しやすいのです。」

ブラッドフォード氏は、実演中の来場者の反応にやや驚いたと述べた。「彼らは目の前の光景を信じられない様子だった。超硬工具メーカーは新しい工具を手に入れることになるだろう。これは歴史的な技術革新だ。」