FAQ
CNC 加工ではどのような材料を扱うことができますか?
当社は、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮、銅、チタン、プラスチック（POM、ABS、PTFEなど）、特殊合金など、幅広い材料を取り扱っています。特定の材料要件がある場合は、当社のチームがお客様の用途に最適なオプションをご提案いたします。
CNC 加工サービスはどのような業界にサービスを提供していますか?
当社のCNC加工サービスは、航空宇宙、自動車、医療、エレクトロニクス、ロボット工学、産業機器製造など、幅広い業界に対応しています。また、ラピッドプロトタイピングやカスタム少量生産にも対応しています。
CNC 加工ではどの程度の許容誤差を実現できますか?
部品の形状と材質にもよりますが、通常は±0.005 mm（±0.0002インチ）の公差を実現しています。より厳しい公差をご希望の場合は、詳細な図面をご提供いただくか、当社のエンジニアリングチームまでご相談ください。
CNC 加工プロジェクトの典型的なリードタイムはどれくらいですか?
標準的なリードタイムは、部品の複雑さ、数量、材料の入手状況に応じて3～10営業日です。ご要望に応じて、迅速な生産も承ります。
カスタム CNC プロトタイプや少量生産を提供できますか?
カスタム CNC プロトタイプや少量生産を提供できますか?
ホット投稿
チタン合金は、高い比強度、高い靭性、および耐熱性を備えているため、航空宇宙、防衛、および3C産業で幅広く使用されており、その消費量は年々増加し続けており、市場の見通しも有望である。
チタン合金の機械加工における課題
しかし、チタン合金は熱伝導率が低く（45鋼の約0.2～0.6倍）、引張降伏強度が高い（45鋼の1.2～2.2倍）ため、チタン合金の加工中に切削工具が高温にさらされるだけでなく、ビビリ振動が発生しやすく、工具の摩耗が加速します。
チタン合金は、一般的に加工が難しい金属である。
したがって、チタン合金の加工に最適な工具材料は、高温での赤熱硬度、耐摩耗性、および優れた衝撃靭性を備えている必要がある。
従来の超硬工具の限界
チタン合金は強度が高いため、機械加工には通常、高硬度の超硬合金工具が使用される。
チタン合金を機械加工する際、超硬合金材料の特性は、金属除去率と工具寿命に大きな影響を与える。
しかし、高速切削条件下では、回転速度の増加により工具にかかる衝撃荷重が増大し、工具寿命が著しく短くなるだけでなく、欠けや工具の破損といった問題を引き起こし、職場の安全事故につながる可能性もある。
そのため、超硬合金マトリックスは、高い硬度と耐摩耗性を維持すると同時に、欠けやその他の問題が発生する可能性を低減するために、優れた衝撃靭性も備えている必要がある。
従来の超硬合金では、硬度と耐摩耗性は粒径と硬質相（WC、硬質固溶体）の含有量によって決まり、靭性は結合相（Co含有量）によって決まります。
均質な微細構造に内在するこれらの相反する特性が、超硬合金の応用可能性を制限してきた。
傾斜機能超硬合金（FGMコンセプト）の開発
しかし、新野正之氏のような研究者が機能勾配材料（FGM）の概念を提唱して以来、硬度と靭性の両方をバランス良く備えた勾配型超硬合金が大きな注目を集めている。
傾斜機能超硬合金に関する現在の研究は、主に性能向上と製造プロセスの最適化という2つの分野に焦点を当てている。
研究者たちは傾斜機能超硬合金の研究と製造において大きな進歩を遂げてきたが、ほとんどの研究は依然として探査や掘削などの用途に焦点を当てており、チタン合金の切削加工に関する研究は限られている。
本研究は、チタン合金の高速加工における特定の要件に対応し、2段階焼結プロセスを用いて傾斜機能超硬合金材料とそのエンドミルを作製する。
本研究では、従来の超硬エンドミルとの比較試験を実施し、TC4の高速フライス加工における勾配超硬エンドミルの性能を調査する。
傾斜型超硬合金材料の調製
超硬合金の場合、コバルト含有量が高く、粒径が大きいほど、硬度は低下するが靭性は高くなる。
傾斜機能超硬合金を製造するために、このプロセスでは、チタン合金の機械加工に一般的に使用される超硬合金マトリックスAと、より高いCo含有量とより大きな結晶粒径を持つマトリックスBを選択する。
2段階焼結プロセスにより、勾配型超硬合金Cが製造される。
表1は、超硬合金材料AおよびBの主な組成と物理的特性を示しています。
| 合金 | 共含有量（重量％） | 粒径（μm） | 硬度（HV30） | 破壊靭性 KIC (MPa·m1/2) |
|---|---|---|---|---|
| A | 10 | 0.6〜0.8 | 1620〜1650 | 10.5〜11.5 |
| B | 12 | 0.8〜1.0 | 1580〜1610 | 11.7〜12.7 |
表1．2種類の超硬合金の組成と物理的特性
超硬合金材料Aを、外径8mm、内径4mm、長さ60mmの中空円筒形ロッドに加工した。
直径約4mmの超硬合金Bを埋め込んで傾斜超硬合金Cを作製した。その断面概略図を図1に示す。
超硬合金Cの断面界面をSEMで観察したところ、図2に示すように、超硬合金AとBは密に結合しており、界面に隙間や亀裂は見られなかった。
超硬合金のCエッジと中心部の硬度と破壊靭性を測定し、その結果を表2に示す。
| 測定位置 | 硬度（HV30） | 破壊靭性 KIC (MPa·m1/2) |
|---|---|---|
| エッジ（Edge） | 1642 | 10.8 |
| センター | 1593 | 12.3 |
表2．傾斜機能を有する超硬合金の物理的特性
試験条件
TC4チタン合金の加工における勾配超硬エンドミルの性能をさらに検証するために、AとCの2種類の超硬材料を用いて、同一の幾何学的パラメータを持つ5枚刃の超硬コーティングされたソリッドエンドミルを製造した。
我々は、超硬合金AをツールX、超硬合金CをツールYと指定した。
表3に、工具の幾何学的パラメータとコーティング組成を示します。
| 直径の測り方 | 切削長さ | ラジアルすくい角 | ラジアル逃げ角 | らせん角 | コーティング |
|---|---|---|---|---|---|
| ２０ mm | ２０ mm | 2° | 8° | 45° | アルクロムSiN |
表3．試験用カッターの幾何学的パラメータ
試験対象物の材料としては、硬度が約35HRCのTC4チタン合金が選定された。
使用した工作機械は、マザック社製のNexus 430A-II立形マシニングセンタでした。
この試験では、水系エマルジョン冷却を用いたアップカットフライス加工を採用した。加工パラメータは表4に示す。
| 切断速度(m/min) | 歯当たりの送り量（mm/z） | 軸方向切込み量(mm) | 半径方向の切削深さ（mm） |
|---|---|---|---|
| 105 | 0.08 | 10 | 0.8 |
表4：TC4チタン合金のフライス加工パラメータ
測定基準として切削距離10mを用い、切削距離が一定の条件下で、キーエンスVHX-950F光学顕微鏡を用いて試験工具のすくい面の摩耗幅（VB）を観察した。
すくい面の最大摩耗幅が0.10mmに達したとき、または外周縁に2つ以上のノッチが現れ、それぞれのノッチの幅が0.10mmを超えたときに、試験を終了した。
テスト結果と分析
図3は、切削速度105m/minでサイドフライス加工条件下でTC4チタン合金を加工するために使用されるエンドミルのXおよびYすくい面の摩耗幅の変化を示しています。
図3に示すように、すくい面の摩耗幅が0.10mmを超えると、工具Xの切削距離は280mとなり、工具Yの切削距離は360m近くになる。
傾斜機能付き超硬合金工具Yの耐用年数は、工具Xの耐用年数よりも約28.5%長い。
異なる切削距離における工具Xの摩耗変化
図4は、異なる切削距離における工具Xの摩耗状態を示す画像である。
摩耗の初期段階では、工具Xの切削刃は均一に摩耗しますが、切削距離が80mになると、図4(a)に示すように、工具先端付近の円周エッジに局所的な微小な欠けが発生します。
切削が続けられ、切削距離が240mに達したとき、工具先端のすくい面に幅約0.05mmの円形の切りくずが2つ現れたが、切削刃は損傷を受けていなかった。
工具のすくい面は均一に摩耗したが、工具先端の半径部分の摩耗はより顕著であった。
切削距離が280mに達すると、切削刃の前面の欠けが激しくなり、欠けは貝殻のような形状になり、切削刃が部分的に損傷した。
刃先半径部の欠けも著しく悪化し、半径部の背面における摩耗は0.15mm近くに達した。
加工が290mまで進むと、工具は欠けが生じて急速に破損し、工具の円周方向背面の摩耗は0.23mmに達した。
異なる切削距離における工具Yの摩耗変化
図5は、異なる切削距離における工具Yの摩耗状態を示す画像である。
図5(a)に示すように、切削距離80mでは、ツールYの背面と前面は均一に摩耗しており、明らかな欠けは観察されません。
ツールYの切削距離が240mに達したとき、前面半径と円周エッジの接合部に著しい欠けが生じたが、前面切削エッジは無傷のままであった。
ツールYの切削距離が340mに達したとき、すくい面のフィレット付近に複数のチッピングがはっきりと確認できた。すくい面の摩耗値は約0.13mmで、図5(c)に示すように、切削刃は無傷のままであったが、すくい面のチッピングは拡大していた。
ツール性能の比較分析
図4と図5を比較すると、同じレベルの工具摩耗に達した場合、勾配型超硬工具は従来の超硬工具に比べて、チッピング耐性と耐用年数が優れていることがわかる。
これは、ツールYの外層がツールXと同等の硬度を持ちながら、内層は破壊靭性が向上しているためであり、その結果、ツールYは材料の硬度と破壊靭性の両面でより優れた総合性能を発揮する。
結論
本研究では、超硬合金の焼結収縮特性を利用することにより、高硬度と高破壊靭性の両方を備えた傾斜機能超硬合金を作製した。
我々は、TC4チタン合金の高速フライス加工用切削工具について、同一の切削条件下で比較試験を実施し、以下の結論を得た。
1) 異なるコバルト含有量と粒径を持つ2種類の超硬合金を用いた2段階焼結プロセスによって作製された勾配超硬合金は、隙間や亀裂のない緻密な界面を示し、高硬度と高靭性の特性を兼ね備えている。
2) 同じ工具摩耗基準を満たした場合、傾斜機能付き超硬工具のチッピング耐性と耐用年数は、従来の超硬工具よりも優れている。
3) 傾斜型超硬工具は、従来の超硬工具と比較して総合的に優れた性能を示し、チタン合金の高速フライス加工においてより長い耐用年数を発揮します。