鋳鉄加工のための革新的工具戦略

この難削材は切削工具に独特の要求を突きつけますが、R&D、ラボテスト、実用途での成果の組み合わせが効果的な解決策を導いています。

鋳鉄は依然として最も加工が難しい材料の一つです。その主な理由は、組成の不均一性と構造のばらつき、特に外表面において顕著だからです。これにより、機械加工性に大きなばらつきが生じます。断続切削や不安定な機械条件も、鋳鉄加工時には考慮しなければなりません。これらの要因は切削工具、特に大量生産における荒加工工具にとって特に厳しく、工具寿命とプロセス信頼性がコストに大きな影響を与えます。

軽金属合金の使用増加にもかかわらず、鋳鉄は依然として多用されています。軽金属合金の台頭により、例えば今日の小型・中型車のエンジンブロックはアルミニウム製が多くなっています。しかし、2リッター以上の大型エンジンを搭載する大型車では、アルミニウム製エンジンブロックはかなり大型化する必要があります。この場合、鋳鉄なら薄肉化とコンパクト化が可能です。これは特に横置きエンジンで重要な要素です。

「鋳鉄かアルミニウムか」の選択が当てはまらないのがディーゼルエンジンと商用車です。この領域では、鋳鉄の振動減衰効果により競合が存在しません。通常はコンパクテッド・グラファイト鋳鉄（CGI）の形で使用され、その強度は灰鉄とダクタイル鋳鉄の中間に位置します。

「鋳鉄加工は私たちにとって非常に重要なアプリケーション領域です」と、ウォルターの旋削担当シニアプロダクトマネージャー、ゲルト・クッスマウル氏。この見解は他の主要工具メーカーも共有しており、特に近年は自動車業界がこの重要だが難しい材料をより効率的かつ信頼性高く加工する方法を求めています。「自動車業界、一般産業、建設など複数のフォーカス分野があり、エンジンブロック、ホイールハブ、ポンプ、デファレンシャルやギアボックスハウジングなどのコンポーネントが含まれます」と同氏は付け加えます。

前述の通り、鋳鉄を用いてエンジン壁を薄くすることが可能ですが、これらの薄肉を加工すると通常振動が誘発されます。だからこそ、柔らかく切れかつ頑強な工具が必要です。その組み合わせを実現するには、工具に特定の特性が必要です。まず第一に高性能コーティング。なぜか？

「コーティングは最適化された微細構造を持ち、耐熱摩耗性を高め、最大工具寿命と切削速度を提供しなければなりません」と同氏。「さらに、コーティング内の引張応力を圧縮応力に変換する特殊表面処理が必要です。」これは切削工具材料の靭性を高め、特に鋳鉄スケール加工時に切れ刃の信頼性を向上させるよう設計されています。耐摩耗性と靭性の両方が、従来コーティングより優れています。

クッスマウル氏は、適切なインサート形状も極めて重要だと強調します。切れ刃のマクロおよびミクロ形状がチップ形成に大きな影響を与え、結果として切削力に影響するためです。用途に合った形状、好ましくはグランド接触面を持つもの（インデキサブルインサートの確実な着座を保証）を選ぶことが不可欠です。「先進コーティングと最適化された形状、今日の新しい切削工具材質グレードの組み合わせにより、最大切削性能と最大75％の工具寿命延長が可能になります」と同氏。

フライス加工における複数切れ刃

鋳鉄加工で遭遇するワークピースの大半、そして一般的に最大のものは立方体形状であり、フライス盤またはマシニングセンタの仕事になります。最も一般的な操作の一つは、シール面と取り付け面の平面フライス加工、例えばエンジンブロックのシリンダーヘッド面です。

「自動車業界では、できるだけ多くの面を、最短時間で、プロセス信頼性を持って加工することが重要です。適切な金属除去率を得るには、多数の切れ刃を持つ大型フライスカッターが必要です」と、ウォルターのプロダクトマネジメント部門フライススペシャリスト、ヴォルフガング・ヴェッチ氏。

ヴェッチ氏は、同社のF4045を、鋳鉄加工の生産性とプロセス信頼性を最大化するために必要な工具の好例として挙げます。F4045のインサートは、対称性のあるインデキサブルインサートがラジアル方向だけでなく反転も可能なため、14個の使用可能な切れ刃を提供します。これらの特性により、切れ刃コストを抑える高効率鋳鉄カッターとなります。さらに、ポジティブな全体形状により、低切削力と消費電力削減を実現します。

フライスカッターに望ましいもう一つの特長は、インサートウェッジクランプシステムです。これにより、インデキサブルインサートをそのシートに精密かつ確実に装着できます。この設計では、クランプネジを数回回すだけでクランプウェッジが横に倒れ、インデキサブルインサートへの迅速かつ容易なアクセスが可能になります。

「多くの使用可能な切れ刃を持つ工具では、取り扱い性が極めて重要です」とヴェッチ氏。「インデキサブルインサートを手で素早く簡単に反転・インデックスできなければ、多くの貴重な時間が失われます。」