特集

加工と関連技術

超硬合金への切削加工技術

前場宣

冨士ダイス㈱技術開発本部 開発センター 製品開発部 主査

表1 試料のWC粒度とCo量

表2 加工条件№

試料記号

主軸回転数（min−1）

20000

超硬合金は耐摩耗性に優れる合金であ1F1送り速度（㎜/min）

100

り切削工具および耐摩耗工具の素材とし2F2切込み（軸方向）
（㎜）

0.1

3F3超微粒

4F4工用のダイス・プラグ、圧延加工などで微粒

5F5使用する熱間ロール、製缶工具に用いら

6F67M18

M2〜

1．は じ め に

9M3中粒

10C1中粒11C2粗粒れる絞り金型、電子部品の成形に用いるダイなどの素材に用いられている。
耐摩耗工具は、使用用途によって環境や条件（温度、圧力、被加工素材など）が異なり、それぞれ、求められる合金特性

12S1〜

Co量少↓
多る 。

超微粒特殊

少↓
多ない。

極少性質を種々変化させることが可能である
力、引張り強さ、圧縮強さ、ヤング率が超硬合金は、炭化タングステン粉末

かつ安価に提供することも忘れてはなら
超硬合金を図面指示通りの形状・精度に加工する方法は大別すると以下の三つからなる。

からである。機械的性質には硬さ、抗折2．超硬合金の特徴

0.3
ドライエアて、顧客に満足してもらえるよう短納期特性を持つ材種が多数開発されており、 るなど、組成を変化させることで機械的
1）

冷却方法

少↓
多も異なる。そのため、超硬合金は異なる用途に応じて選択することが重要にな切込み（径方向）（㎜）

さらに、品質と同等に大事なこととし細粒〜て多用されている。たとえば、引抜き加WC粒度①研削加工（ダイヤモンド砥石を用いて加工する）②放電加工（アーク放電現象を用いて加工する）あり、熱的性質として、熱伝導率や熱膨③切削加工（単結晶ダイヤモンド、PCD張係数などがある。

（Poly Crystalline Diamond）、ダイヤ（WC）とバインダーとなるコバルト（Co）

一般的には微粒系超硬合金は高い強度モンドコーティングなどで削る）④ラップ加工（機械加工が完了した面をやニッケル（Ni）粉末を圧粉成形後、1300と耐摩耗性に優れ、「抜きパンチ」や「刃〜1500℃の真空および不活性ガス中で焼物」に用いられる。中粒系超硬合金は耐鏡面に磨く）結して得る焼結合金である。前述したよ

摩耗性と靭性に優れ「鍛造金型」に用いら

特に③の切削加工は、ほかの①②と比うに超硬合金に異なる特性を持つ材種がれ、粗粒系超硬合金は耐衝撃性や耐熱衝べて、品質向上やコスト削減、納期短縮あるのは、WC粒度やバインダーの配合撃性に優れ「圧延ロール」など使い分けさを達成するための一つの手段として期待量を変化させ、場合によっては他の炭化れている。

されている。しかし、2013年頃より専門誌で盛んに取り上げられようになった比物を複合化し、チタンカーバイド（TiC）やバナジウムカーバイド（VC）を添加す 3．耐摩耗工具の特徴【著者問合先】〒146-0092 東京都大田区下丸子2-17-10
Tel.03-3759-7196 Fax.03-3759-7396
E-mail maeba.2127＠fujidie.co.jp

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月刊トライボロジー

2015.3較的新しい加工方法であり、材種との関次に、耐摩耗工具とする場合は、超硬係で「切削加工」した詳しい結果は見られ合金の各材種の特性を失わない加工方法ないので、今回、当社が取り組んだ結果と加工条件を選択し、所定の寸法精度、 の一部を、紹介させて頂く。
表面粗さに仕上げることになる。
2015.3

月刊トライボロジー

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写真1 試験後の外観

図 切削除去体積に及ぼすWC粒度とCo量の影響と判断したためである。

ドミルの刃先を観察した結果で、F3に各材種に対し同一条件で3回実施し、 用いた場合は、刃先のダイヤモンド被膜その平均値を用いた。
写真2 加工表面のSEMによる拡大観察結果

摩耗が大となった結果、刃先が大きく折5．切削加工した結果損していた。

①加工除去体積におよぼす諸特性につい④考察て

写真3 用いたエンドミルの刃先観察結果

やや無理があるが、図に示した点線の所定の形状まで加工できた試料は、試ように、粗粒ほど切削し難い傾向が読み

料記号F2およびF3で、それ以外の材種取れ、写真2はそのことを裏付けると思については工具先端部の摩耗によって切われる。

削能力がなくなり、加工途中で中断した。

しかし、同一粒度で、あまりにも切削

写真1に、所定の形状まで加工できた除去体積に違いがあるので、試料のほかF3と、途中で中断したC1を示す。

4．各種超硬合金の切削加工が一部脱落した程度であったが、C1はの機械的性質および熱的性質との関係を

図は、切削除去体積に及ぼすWC粒度、 詳しく調べたが、点線間の相違原因を見超硬合金の材種（特性）が変わると加工結合相量の影響を示す。白丸は超微粒〜工具に与える影響、すなわち加工性にも微粒、半白丸は細粒〜中粒、黒丸は中粒影響すると考える。そこで、特性の異な〜粗粒を示す。

る12材種の超硬合金への切削加工性の確図によって、切削除去体積はWC粒度認を行った。用いた超硬合金のWC粒度およびCo量と明瞭な関係がほとんどなとCo量を表1に示す。

出せなかった。
しかしながら、切削試験を3度繰り返しても再現性があり、よく切削できる材種とそうでない材種のあることが分かった。

いことが分かる。この結果は、かなり意

そうすると、よく切削できる材種とそ

試験片形状は6面を＃140のレジン砥石

外な結果である。超硬合金の場合、WCうでない材種の違いを明確にすることで 研 削 仕 上 げ し た 四 角 形 状（ 4 2 ㎜ ×粒度とCo量の関係でほとんどの特性とで、被切削加工特性を改良できることは42㎜×42㎜）のブロックとした。の相関関係を知ることができるからであもちろん、工具設計も変わるものと思われる。

切削形状のモデルはSR20㎜で、深さる。データは略したが、試料の硬さ、抗6㎜の凹の半球形状を削り込み、深さか折力、破壊靱性値、熱伝導率についてもら除去体積を算出した（切削が継続でき切削除去体積との相関関係は認められななくなった時点で完了とし、最後まで加かった。点線については後述する。

6．ま と め
試料を種々変化し、切削試験を行った工できても、それで完了とした。よって、 ②加工表面の観察結果

結果、違いの原因を明確にすることはで最大除去体積2013㎜3となる）。

各被加工材の加工表面を確認するためきなかったが、よく切削できる材種とそ加工条件は表2とした。この加工条件

SEMによる拡大観察を行い、写真2を得うでない材種のあることが示された。こは、工具メーカーの切削条件表を基に設た。写真2は写真1に対応し、F3およびれは、切削加工を対象とした工具設計を定している。

C1について示す。いずれの場合も、WC可能とするものである。また、今後、加工工具は、ダイヤモンド被覆エンド粒子の脱落もあったが、主として、WC 「点線間の相違原因」を検討することで、ミル（φ2.0×R1.0ボール型）を使用した。 およびCoをせん断することで切削加工
本工具を選定した理由は、超硬合金に対されていた。そして、C1よりF3の方がし切削加工を可能とする各種工具の中で容易にせん断されていると思われた。

比較的安価で、かつ一般的なマシニング③加工したエンドミルの外観観察結果

センターで高切り込みを可能にする工具
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2015.3

新しい材種および工具設計が可能になると思われた。
参考文献
1） 超硬工具協会規格 CIS019D-2005.

写真3は、写真2に用いた使用後のエン2015.3

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