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切削工具刃の材質

「ハイス」、「超硬合金」 この2つの名称は工作機械の世界では有名です。

下記にそれぞれの特徴と性質を記載しますので、工具(刃物)選択の参考にしてください。

ハイス鋼:(高速度工具鋼・ハイスピードスチールの略)

● 一般的な切削では十分の特性を持ちオールラウンドで使えます。
● 刃先の形状を任意のかたちに加工しやすく経済的です。
● よく砥いだハイスは非高速切削時において優れた切れ味をもちます。

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ハイスとは炭素鋼をベースとして

・タングステン
・モリブデン
・クロム
・バナジウム
・コバルト

などを比較的多く含ませた合金材料です。製造過程では約1200度〜1350度で焼き入れし、粘りを出すために約530度〜630度で焼き戻しされています。

材料の硬さはHRC硬度(ロックウェル硬度)という単位で62〜67のものがメインで、上記金属の配合を変えることにより異なる性質をもたせて実際の製造現場での要求にこたえるため加工する被削材に適した選択ができるようになっています。

一般に窒化処理などを行なって耐摩耗性を向上させていることが多くなっています。

∧緩ハイス

金属粉末を原料として圧縮成形してつくられた高速度工具鋼。溶解でつくられたハイスに比べて、炭化物が微細に分散されており、靱性に優れています。

この粉末冶金法により従来の溶解ハイスでは得られなかった硬合金率を得て、超硬合金と溶解ハイス鋼との中間の性質をもつのが特徴です。

用途としては航空機部品や高硬度金型などの高硬度材料や難削材の加工などに用いられたりします。

最近では窒素含有などによりHRC72程度までの硬さを持たせ、摩擦係数を従来の粉末ハイスの1/3にしたものなどがあります。

超硬合金超硬):

● 難削材の加工や、時間当たりの生産性を重視する量産に向きます。
● 刃先の温度上昇に強いため、高速回転による切削が可能です。
● 超硬だから特に切れ味が優れているというわけではなく、用途として使用するものです。

硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる合金です。

一般的には炭化物の炭化タングステン(WC、タングステン・カーバイド)・タンタルと結合剤(バインダ)であるコバルト(Co)を混合して焼結したものを指し、最近では窒化物を添加したものもあります。

主に切削加工や金型などの耐磨耗性を要求される分野で使用されており、ハイスでは焼き戻し温度の600度付近で急激に硬さを失いますが、超硬合金の場合は800〜1000度程度まで硬さを保つことができます。

ハイス鋼に比べヤング率(曲げ剛性、たわみ剛性)が2.5倍程度高いことから、硬剛性工具用ホルダや、耐摩耗材料としても用いられております。

反面、もろさはハイス鋼より劣るため、最近では炭化物の微粒子超硬の研究が進められ、このもろさの改良がされてきており、プリント基板用のマイクロドリルなどに用いられるようになっています。

 

コラム:

1923年にドイツの化学者シュロッターが製法を開発し、1927年にはドイツのクルップ社が「ウィディア」と名づけて販売を始めました。 日本では1929年に東芝の前身である芝浦製作所と東京電気が日本初の超硬合金を開発したことに始まり、それを「タンガロイ」と称して市販したのが始まりとされています。

その後日本では時期をおかずに、住友電線製造所(現在の住友電工)により「イゲタロイ」が、三菱鉱業(現在の三菱マテリアル)により「ダイヤチタニット」がそれぞれ開発され、前述の「タンガロイ」と合わせて超硬合金あるいは超硬工具の御三家となる。主に営んでいた事業分野がそれぞれ異なる(金属部品加工、電線製造、鉱山経営)ことを反映して、当初の開発の目的(想定する用途)は異なっていた(一般金属の切削加工関連、電線の引き抜き用金型関連、鉱山の掘削関連)ようであるが、結局同じ超硬合金という材料にそれぞれが辿り着いた点は興味深いことといえます。


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