超硬グレードの選択：ガイド
写真提供者：ゲッティイメージズ
冶金学的用語「カーバイドグレード」は、特にコバルトで焼結されたタングステンカーバイド（WC）を指しますが、同じ用語は、機械加工においてより広い意味を持ちます。コーティングおよび他の処理と組み合わせた焼結タングステンカーバイドです。たとえば、同じ超硬材料でできているが、コーティングまたは後処理が異なる2つのターニングインサートは、異なるグレードと見なされます。カーバイドとコーティングの組み合わせには分類の標準化が欠けているため、切削工具のサプライヤーが異なれば、グレードチャートに異なる名前と分類方法が使用されます。これにより、エンドユーザーにとってグレードの比較が困難になる可能性があります。特定のアプリケーションに対する超硬グレードの適合性が、可能な切削条件と工具寿命に劇的に影響することを考えると、特に難しい問題です。
この迷路をナビゲートするには、ユーザーは最初に超硬グレードを構成するものと、各要素が機械加工のさまざまな側面にどのように影響するかを理解する必要があります。
基板とは何ですか？
基板は、コーティングおよび後処理の下にあるカッティングインサートまたはソリッドツールのベアマテリアルです。これは通常、80〜95パーセントのWCで構成されています。基板に望ましい特性を与えるために、材料メーカーはさまざまな合金元素を追加します。主な合金元素はコバルト（Co）です。コバルトのレベルが高いほど靭性が高くなり、コバルトのレベルが低いほど硬度が高くなります。非常に硬い基板は、1800 HVの硬度に達し、優れた耐摩耗性を提供しますが、非常に脆く、非常に安定した状態にのみ適しています。非常に丈夫な基板の硬度は約1300HVです。これらの基板は、より低い切削速度でのみ加工でき、より速く摩耗しますが、中断された切削や不利な条件に対する耐性が高くなります。
硬度と靭性の適切なバランスは、特定の用途向けのグレードを選択する際の最も重要な要素です。硬すぎるグレードを選択すると、最先端に沿って微小な破損が発生したり、壊滅的な障害が発生したりする可能性があります。同時に、強すぎるグレードは摩耗が早いか、切削速度を落とす必要があるため、生産性が低下します。表1に、正しい硬度を選択するための基本的なガイドラインを示します。
| マテリアル | 回転 | フライス盤 | ||
|---|---|---|---|---|
| 継続的 | 光が遮られる | 大幅な中断 | ||
| 鋼 | ハード | 中 | タフ | タフ |
| ステンレス鋼 | ハード | 中 | タフ | タフ |
| アルミニウム | ハード | 中-ハード | 中 | 中 |
| インコネル | 非常に難しい | ハード | 中 | タフ |
| チタン | 非常に難しい | ハード | 中 | 中 |
カーバイドコーティングとは何ですか？
最新の超硬インサートと超硬工具は、薄膜（3〜20ミクロン、または0.0001〜0.0007インチ）でコーティングされています。コーティングは通常、窒化チタン、酸化アルミニウム、および窒化チタン炭素層で構成されています。このコーティングは硬度を高め、カットと基板の間に熱障壁を作ります。
切削工具のコーティングは、次の2つの主要なテクノロジーのいずれかによって追加されます。
- CVD（化学蒸着） -CVDコーティング層は25ミクロンまで厚くすることができます。この厚さは、効果的な熱障壁を保証し、PVDコーティングと比較してより速い切断速度を可能にします。一方、同じ厚さでは非常に鋭い刃先をコーティングすることは不可能であり、コーティングはひび割れや破損を起こしやすくなります。
- PVD（物理蒸着） — PVDコーティングの厚さは、1〜8ミクロンの範囲です。 PVDコーティングされたインサートは、CVDと比較してより低い切削速度で動作する必要があります。ただし、それらはより頑丈で、鋭い刃先に適用でき、より滑らかな表面を持ち、摩擦が少なくなります。
表2に、さまざまな用途に最適なコーティングを選択するための基本的なガイドを示します。
| マテリアル | 回転 | 別れと溝入れ | フライス盤 | |
|---|---|---|---|---|
| 高い切削速度 | 低速切削速度 | |||
| 鋼 | CVD | PVD | PVD | PVD/シンCVD |
| ステンレス鋼 | 薄いCVD | PVD | PVD | PVD/シンCVD |
| アルミニウム | コーティングなし | コーティングなし | コーティングなし | コーティングなし |
| インコネル | 薄いPVD | 薄いPVD | 薄いPVD | PVD |
| チタン | 薄いPVD/コーティングなし | 薄いPVD/コーティングなし | 薄いPVD/コーティングなし | PVD/コーティングなし |
後処理とは何ですか？
約10年前に勢いを増しただけですが、コーティング後に後処理を追加することは業界標準になっています。これらの処理は通常、サンドブラストまたは他の研磨技術であり、上部のコーティング層を滑らかにし、摩擦を減らし、その結果、熱を発生させます。通常、価格差はわずかであり、ほとんどの場合、後処理のあるグレードを優先することをお勧めします。
グレード選択チャート
特定の用途に適したカーバイドグレードを選択するには、サプライヤーのカタログまたはWebサイトでガイダンスを確認してください。正式な国際規格はありませんが、ほとんどのサプライヤーは、P05〜P20などの3文字の文字と数字の組み合わせで表される「適用範囲」に基づいて、グレードの推奨作業範囲を説明するチャートを使用しています。
最初の文字は、ISO規格に準拠した材料グループを表します。文字と対応する色が各マテリアルグループに割り当てられます。
| レター | 素材 | 色 |
| P | 鋼 | 青 |
| M | ステンレス鋼 | 黄色 |
| K | 鋳鉄 | 赤 |
| N | 非鉄 | 緑 |
| S | 超合金 | オレンジ |
| H | 焼入れ鋼 | グレー |
次の2つの数値は、05から45までのスケールでのグレードの相対硬度レベルを5刻みで表しています。05アプリケーションには、良好で安定した条件に適した非常に硬いグレードが必要です。 45アプリケーションには、不利で不安定な条件に適した非常にタフなグレードが必要です。
繰り返しになりますが、これらの値の基準はないため、これらの値が表示される特定のグレードテーブル内の相対値として解釈する必要があります。たとえば、異なるサプライヤの2つのカタログでP10〜P20とマークされているグレードは、硬度が異なる可能性があります。
グレード選択表は通常、4つの異なる主な用途について別々に表示されます。
- 回転
- フライス盤
- 溝入れ/別れ
- 掘削
旋削グレード表でP10-P20とマークされているグレードは、同じカタログであっても、フライス盤グレード表でP10-P20とマークされているグレードとは硬度が異なる場合があります。この違いは、アプリケーションによって好ましい条件が異なるという事実に起因します。旋削加工の用途は非常に硬いグレードで対処するのが最適ですが、フライス盤では、その性質が中断されているため、良好な条件にはある程度の靭性が必要です。
表3は、切削工具のサプライヤカタログに表示される可能性のある、旋削アプリケーションのさまざまな難易度におけるグレードとその使用法の仮想チャートを示しています。この例では、グレードAは広範囲の回転条件に推奨されますが、重度の断続的なカットには推奨されません。一方、グレードDは、重度の断続的な回転およびその他の非常に不利な条件に推奨されます。 MachiningDoctor.comのGradesFinderなどのツールは、この指定システムに従って成績を検索できます。
超硬グレードの指定
グレードの適用範囲に関する公式の基準がないのと同様に、グレードの指定に関する正式な基準もありません。とはいえ、ほとんどの主要な超硬インサートサプライヤーは、グレード指定の一般的なガイドラインに従います。 「クラシック」の指定は、6文字のフォーマットBBSSNNに従います。ここで、
- BB — ブランドコード： 各主要サプライヤーには、独自の手紙が関連付けられています。
- SS — グレードシリーズ番号： グレードシリーズ番号は通常、2つのランダムな数字で表されます。シリーズは通常、特定の原材料用に設計され、共通のコーティングタイプを共有するグレードのグループです。グレードシリーズの例としては、次のようなものがあります。
- BB85 —鋼の旋削用のCVDグレード。
- BB64 —ニッケル基合金のPVDグレード。
- BB23 —鋳鉄をフライス盤するためのCVDグレード。
- NN — 硬度レベル： ほとんどの場合、最後の2桁は、シリーズ内のさまざまなグレードの硬度レベルを反映しています。グレードチャートについて上で説明したのと同じシステムによれば、この数は通常05から45の範囲です。例：
- BB8505 —安定した状態で鋼を旋削するための非常に硬いグレード。
- BB8540 —重い断続切削で鋼を旋削するための非常にタフなグレード。
上記の説明は多くの場合正しいです。ただし、これはISO / ANSI規格ではないため、一部のサプライヤはシステムを独自に調整します。これらの変更に注意することをお勧めします。
成績を上げる
グレードは、他のどのアプリケーションよりも、アプリケーションを回転させる上で重要な役割を果たします。そのため、サプライヤーのカタログを確認するとき、ターニングセクションには最大のグレードの選択肢があります。
なぜ転向において成績がそれほど重要なのですか？
この広範囲の旋削グレードは、広範囲の旋削用途に由来します。刃先が常にワークに噛み合い、衝撃はないが大量の熱を発生する連続加工から、大きな衝撃を与える断続切削まで、すべてがこのカテゴリに分類されます。
幅広い旋削グレードは、スイスタイプの機械の1/8インチ（3 mm）から重工業用の100インチまで、製造におけるさまざまな直径にも関係しています。切削速度は直径にも依存するため、低速または高速のいずれかに最適化されたさまざまなグレードが必要です。
主要なサプライヤーは通常、材料グループごとに個別の一連のグレードを提供します。各シリーズのグレードは、断続切削用のタフなものから連続加工用のハードなものまであります。
フライス盤グレード
フライス盤では、提供されるグレードの範囲は狭くなります。アプリケーションの根本的な中断の性質により、フライス盤には高い耐衝撃性を備えたタフなグレードが必要です。同じ理由で、コーティング層は薄くする必要があります。そうしないと、衝撃に耐えられません。
ほとんどのサプライヤーは、さまざまな材料グループをフライス盤に使用するために、丈夫な基板とさまざまなコーティングを使用します。
パーティングおよびグルービンググレード
パーティングまたはグルービングアプリケーションでは、切削速度の要因により、グレードの選択が制限されます。つまり、カットが中心に近づくにつれて直径が小さくなります。したがって、切削速度は徐々に低下します。中央への分離では、切断の終わりに速度が最終的にゼロになり、操作は切断ではなくせん断になります。
したがって、パーティングオフのグレードは、幅広い切断速度に対応している必要があり、基板は、操作の最後にせん断を処理するのに十分な強度が必要です。
浅い溝は他のタイプの例外です。旋削との類似点を共有しているため、溝入れインサートの選択肢が豊富なサプライヤは、通常、特定の材料グループと条件に合わせてさまざまなグレードを提供します。
掘削グレード
穴あけでは、ドリルの中心は常にゼロの切削速度を持ち、周辺はドリルの直径とスピンドル速度に依存する切削速度を持ちます。高い切削速度に最適化されたグレードは失敗するため、使用しないでください。ほとんどのサプライヤーはほんの一握りのグレードを提供します。
産業機器