放電加工を極める！ 〜メリットを引き出す最新活用事例〜

特集

機能解説 5

放電加工に適した「フジロイ V シリーズ超硬合金」とモータコア金型向け開発新材種
冨士ダイス㈱藤 井卓＊、小 椋

勉＊＊、和田光平＊＊＊、福島崇洋＊＊＊＊超硬合金とは、金属の炭化物を、鉄族金属を用いて近年では、高性能な部品の製造のために、高精度の焼結した合金の総称（英名；Cemented carbide）で金型が要求されている。例えば、自動車のモータの重あり、炭化タングステン（WC）をコバルト（Co）で要部品であるモータコアは、モータ特性の向上のため焼結した超硬合金は機械的特性が特に優れているため、 に電磁鋼板の薄板化が進んでおり、それを打ち抜く超一般的には、本系合金を超硬合金という。超硬合金は、 硬合金製の金型は、クリアランスの狭小化と形状精度工具鋼などと比較して硬さ、圧縮強度、ヤング率が高の向上が求められている。そのため、超硬合金に求めく、高応力下での寸法変化が小さいため、金型としてられる特性としては、放電加工性に優れること、耐チ使用すると長寿命かつ高精度となる。そのため古くかッピング性に優れることがあげられる。

ら切削、耐摩耗、耐衝撃用の工具や金型などに使用さ上記を踏まえ、本稿では、放電加工が超硬合金に与れており、自動車部品などの製造にはなくてはならなえる影響、放電加工性に優れた「フジロイ V シリー

い材料である。

ズ超硬合金」およびモータコア金型向けの開発新材種*Taku Fujii、**Tsutomu Ogura、***Kouhei Wada：技術開発
本部 開発センター 材料開発部****Takahiro Fukushima：同 部長〒257−0015 神奈川県秦野市平沢 36−1
TEL（0463）
82−9588について紹介する。

放電加工が超硬合金に与える影響
放電加工は、電極と被加工材との間に電圧を印加してアーク放電を発生させることで、材料を融解、気化させて加工する方法である。超硬合金を放電加工で加工すると、熱衝撃による応力が加工面に生じ、多数の変質層マイクロクラックや Co 相の融解による変質層を生じる場合がある（図 1）。これらは、超硬合金の強度低下を引き起こし、金型として使用する場合には寸法精度や寿命にも影響を与える。
放電加工で超硬合金を加工した場合の強度は、加工後の表面粗さが粗いほど、また WC 粒度が微粒になるほど低下する。これは、表面粗さが粗いほどマイクマイクロクラック

ロクラックの寸法が大となり、WC 粒度が微粒であ10μmるほど靱性（破壊靱性を指標）が低下しマイクロクラックが伸展しやすいためである。

図 1 ワイヤ放電加工後の微粒超硬合金の断面組織例

０４４

一方で、Co 量が増加すると耐熱衝撃性、破壊靱性

特集

放電加工を極める！ 〜メリットを引き出す最新活用事例〜が上昇するため、マイクロクラックの発生およびクラシリーズ超硬合金に共通している。そのため、V シックの伸展が抑制される。そのため、放電加工で加工

リーズ超硬合金は、放電加工時のマイクロクラックのした場合の抗折力の低下量は、Co 量の増加に依存し伸展が抑制され、腐食層も生じにくく、放電加工性にて軽減される。さらに、加工液に水を使用する場合、優れる。
表に、V シリーズ超硬合金のラインナップを示す。

超硬合金の加工面には電解性の腐食が生じる。超硬合金の耐食性は、一般的に結合相である Co の耐食性に顧客のニーズに対応するため、硬さ 85．0〜91．5 HRA依存するため、結合相の耐食性を向上することで、耐と幅広い特性を有しており、多岐の用途で使用されて食性に優れた超硬合金を得ることができる。

いる。
D40

したがって、超硬合金を放電加工にて効率よく加工VD45（a）し、より高精度な金型を作製するためには、用途に適した WC 粒度と Co 量の中で、より耐食性の高い材料を選択することが必要となる。

フジロイ V シリーズ超硬合金
腐食層

前項の知識と基礎研究に基づき、開発されたのが放10μm

電加工に適したフジロイ V シリーズ超硬合金である。
V シリーズ超硬合金は、同程度の耐摩耗性を有する（b）

WC−Co 系超硬合金と比較して、耐食性、破壊靱性に61μm優れる。

54μm

図（2 a）に WC−Co 系超硬合金の D40 と V シリー
ズ超硬合金の VD45 の放電加工後に生じた腐食層の断面組織を示す。VD45 は D40 と比較して、放電加50μm工による腐食層が生じにくいことがわかる。また、図D40（2 b）にビッカース硬さ測定時に生じる圧痕の隅のクラ図2ックを示す。このクラックは破壊靱性の測定に用いらVD45

D40 と VD45 の比較（a）放電加工後の腐食層の断面組織例。過度な条件のもと放電加工し、極端に腐食層を形成させている。
（b）ビッカース硬さ測定時の圧痕の隅に生じたクラック長さ。
ビッカース圧子の圧入荷重は 294 N。

れ、クラックの長さが短いほど破壊靱性が高い。VD
45 は D40 と比較してクラックの長さが短く、クラックが伝播しにくいことがわかる。これらの特徴は V

表 V シリーズ超硬合金のラインナップ
材

種

比重

破壊靱性＊1

ヤング率（HRA） （GPa） （MPa・m1/2）

（GPa）

硬さ

抗折力

使用用途例＊2

VF1214．
5

91．
5

3．
6

7．
6560

刃物、タイバーカットダイ

VD1514．
9

92．
0

3．
2

6．
4620

パンチスリーブ、ピストン

TVD30

14．5

91．
0

3．
5

8．
0570

ロール、ニブ

VD45

14．
2

90．
0

3．
5

9．
7540

抜きパンチ、抜きダイ

TVD55

13．8

89．
0

4．
0

15500

ロール、抜きダイ

VG60

13．
9

88．
0

3．
418520

ロール、パンチスリーブ

VG86

13．
3

85．
0

2．
928460ニブ、ダイ

上記の特性は代表例であり規格ではない。
＊1：ビッカース圧痕法：新原の式を準用した当社の経験式を使用。

＊2：使用用途の一例であり、各材種とも多岐の用途で使用されている。

型技術

第 ３３ 巻 第 ７ 号 ２０１８ 年 ６ 月号

０４５5μm5μm

VD45TVD555μm
開発材種

図 3 各材種の SEM による合金組織の観察例

電子顕微鏡（SEM）による合金組織の観察例を示す。

モータコア金型向け開発材種

VD45 および TVD55 は、細粒〜中粒の WC 粒子が当社では、近年増加しているモータコア金型の分野において、先に紹介した V シリーズ超硬合金のライベースの合金であるが、開発材種はそれらと比較して、WC 粒子の平均粒径がやや大きい。

ンナップを用意しており、なかでも VD45 や TVD55

図 4 に、ビッカース硬さ測定時に生じる圧痕の隅は多くの顧客に使用いただいている。VD45 と TVDのクラックの長さと摩耗量との関係を示す。一般的に、

55 を比較すると、耐摩耗性は VD45 が、研削後の耐クラック長と摩耗量との間には反比例の関係があるが、チッピング性は TVD55 が優れる。

同図から、開発材種は VD45 に近い摩耗量でありな耐摩耗性と耐チッピング性は反比例の関係にあるが、 がら、クラック長は VD45 より短く破壊靱性が高い
VD45 に近い耐摩耗性を有しつつ、耐チッピング性をことがわかる。

さらに向上させた新材種の開発に成功した（開発コー

さらに、研削による耐チッピング性の評価を図 5

ド Z132R：以下、開発材種）。開発にあたっては先にに示す。これは平面研削盤を用いて加工した、各材種述べた特性以外に、破壊靱性と放電加工に適しているの刃先先端の SEM による観察例である。刃先は 20°か否かを判断する 1 つの指標として用いられる放電のシャープエッジとした。5 視野における最大チッピ加工後の強度に着目した。

ング幅の平均は VD45＞開発材種＞TVD55 であった。

図 3 に、VD45、TVD55 および開発材種の走査型

この結果から、開発材種は VD45 と同程度の摩耗量であるにもかかわらず、研削加工でのチッピング量が70少なくなると考えられる。
D40

次に、放電加工後の強度の評価を行った。強度の指クラック長＊1（μm）

60

標には、3 点曲げによる抗折力を用いた。図 6 に、研VD4550

削加工での抗折力、放電加工で荒仕上げおよび精密仕上げした後の抗折力を示す。一般的に同一 Co 量のも40

開発材種とでは、WC 粒子の平均粒径が大きくなると抗折力D6030は低下する。開発材種は VD45 および TVD55 と比TVD5520

較すると WC 粒子の平均粒径が大きいため、研削加VG60工での抗折力が低くなる。しかし、放電加工で荒仕上

104681012141618

摩耗量＊2（×10−5cm3/rev）

図 4 各材種のクラック長と摩耗量との関係＊

1：ビッカース硬さ測定時の圧痕の隅に生じたクラック長。ビッカース圧子の圧入荷重は 294 N。

＊

2：荷重は 10 kgf とし、ASTM B661−85 に準拠した。

０４６げした後の抗折力は、開発材種の方が VD45 や TVD55 よりも高く、精密仕上げした後の抗折力においても開発材種が VD45 よりも高い。これは、開発材種の方が放電加工時に生じるマイクロクラックの進展が抑制されることを示す。
先に述べた耐チッピング性と合わせると、開発材種

特集

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低倍50μm（逃げ側）

高倍
チッピング幅10μm（切込み側）
VD45TVD55

開発材種

図 5 各材種のチッピング幅の SEM 観察結果
5.0はモータコア金型の製作において形状精度と寿命の向研削面上に寄与することが期待される。

本稿では、放電加工に適した超硬合金のラインナッ
プ、および近年急増しているモータコア金型向け開発材種 Z132R を紹介した。開発材種に関しては、ワイ

抗折力（ GPa）

☆

荒仕上げ

精密仕上げ

4.0
3.039%

2.041%

50%
65%

68%

61%

VD45TVD55

開発材種1.0

ヤ放電加工後の耐食性などのデータを今後取得する予定である。加えて、当社では超硬合金以外にも、放電加工用の電極材である銅タングステンも製造・販売し0ている。今後も顧客のニーズ、目的を満たす材料開発

図 6 各材種における研削面および放電加工による荒仕上げ、精密仕上げ後の抗折力を行うことで、顧客の生産性向上やモノづくり技術の＊棒グラフ上の数値は研削面の抗折力からの低下率を示す発展に貢献していきたい。

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