産業素材

高耐摩耗性、高強度ダイヤモンド焼結体
D A 1 0 0 0 の開発
沖田泰＊彦 ・久木野暁・深谷朋弘Development of Wear-Resistant, Tough Diamond Grade SUMIDIA® DA1000 ─ by Yasuhiko Okita, Satoru Kukinoand Tomohiko Fukaya ─ The newly developed SUMIDIA DA1000 grade, which is applicable for machining of nonferrous alloy parts that are hard to cut, has been developed as a solution to environmental problems in various
industries such as automobile and machine manufacturing. DA1000 is made by densely sintering the fine grains ofdiamond and provides the highest level of wear resistance and toughness as well as excellent surface roughness.
The SUMIDIA DA1000 grade realizes higher productivity and excellent surface roughness in machining of various
hard-to-cut non-ferrous alloy parts. This paper describes the features of DA1000 and its cutting performance.

1.

緒

言
表1

ダイヤモンド粉末を焼結させたダイヤモンド焼結体工具
は、自動車産業、電子部品産業等でその優れた耐摩耗性により非鉄金属や非金属等の加工において工具の長寿命化、DA1000 の特性

DA1000 DA2200 DA200 DA150
ダイヤモンド平均粒径（μm） 〜 0.5

高速化、高能率化、高精度化には欠かせない工具材料とし

硬度 Hv（GPa）て利用されている。当社はダイヤモンド焼結体工具スミダ抗折力（GPa）

0.50.55DA9050110〜120 90〜100 80〜100 100〜120 100〜120
2.60

2.45

1.95

2.151.10®

イヤ シリーズを開発し、生産性の向上やコストダウンに貢献してきた。
近年、これらの産業では生産性向上に加えて、環境対策による部品の難削化や、また仕上げ面粗さ等の部品の要求

精度が厳しくなる傾向もあり、これらの加工に適したダイ
ヤモンド焼結体切削工具の必要性がさらに高まっている（1）。
ダイヤモンド焼結体スミダイヤ ®DA1000 を開発した。このスミダイヤ ®DA1000 の特長および切削性能について以下に述べる。

2.

DA1000
抗折力（GPa）

これらの要求に応える為に、当社は高耐摩耗性、高強度

 DA200
DA2200
DA150



DA90

スミダイヤ ®DA1000 の特長


表 1 に DA1000 と従来材種の PCD の特性を示し、図 1 にDA2200 の耐摩耗性を 1 とした場合の各材種の耐摩耗性の相対比と抗折力との関係を示す。ダイヤモンド焼結体は、



耐摩耗性比（DA2200を1とする）

図1

ダイヤモンド材種の位置づけ

ダイヤモンド粒子と Co 結合材からなり、DA90 はダイヤモンド平均粒径が 50μm と大きいことから、ダイヤモンドを高密度で焼結でき、耐摩耗性に優れるが、焼結体強度が低くなる。DA200 はダイヤモンド平均粒径が 0.5μm と小さく、DA1000 のダイヤモンド粒子の状態を明確にする為、酸強度が高いが、ダイヤモンドの含有率が低くなり、耐摩耗処理を行い、結合材を除去した組織写真を図 2 に示す。こ性は低下する傾向にある。当社は微粒ダイヤモンドの密度のように DA1000 は結合材が溶け出してできた空孔が少なを高め、耐欠損性と耐摩耗性を両立させたスミダイ

く、ダイヤモンド粒子の密度が高い。DA1000 は DA2200（2）の約 2 倍、粗粒ダイヤモンドの DA90 に匹敵する耐摩耗性®

ヤ DA2200 を発売してきたが、さらに耐欠損性と耐摩耗性を高めたスミダイヤ ®DA1000 の開発を行った。

−（ 96 ）− 高耐摩耗性、高強度ダイヤモンド焼結体 DA1000 の開発を有し、かつ抗折力に優れている。

の刃先には、約 3μm の凹凸が存在するが、DA1000 の刃先酸処理により結合材が溶け出してできた空孔は滑らかな形状となる為である。
さらに、延性の高い被削材の加工では切れ味が重要であり、摩耗により刃先に丸みが生じ、切れ味が低下した場合、加工面にむしれが発生する為、刃先の鋭利さ（刃立性）も重要である。DA1000 は微粒のダイヤモンドが高密度に焼結

DA2200

図2されている為、刃立性に優れ、切削中にもその刃立性が維DA1000持され、高品位の加工面が要求される用途に適している。

ダイヤモンド焼結体を酸処理した組織3.

切削性能

DA1000 の切削性能を評価する為に、Si 含有量 12 ％のアルDA1000 はダイヤモンド平均粒径が 0.5μm 以下であり、ミニウム合金（ADC12）を切削速度 Vc ＝ 2,000m/min で、ま仕上げ面の加工精度の厳しい部品において、優れた面粗度た Si 含有量 17 ％のアルミニウム合金を Vc ＝ 800m/min で切を得ることができる。DA1000 と DA150 を用いてハイシリ削した結果をそれぞれ図 5、図 6 に示す。ADC12 の加工でコンアルミニウム合金（Si 含有量 17 ％）を Vc ＝は DA1000 の逃げ面摩耗量は DA2200 に比べ、約 30 ％小さく、1,000m/min で切削した加工面の面粗さを図 3 に、前切れ刃5.4km 切削時における DA1000 の逃げ面摩耗量は 15μm と小のエッジ部の摩耗状態を図 4 に示す。このように DA150 のさい。これに対して、硬質粒子を多く含有する 17 ％ Si-Al 合

表面粗さの最大高さは 5.8μm であり、送りマークの形態が不規則で乱れているが、これに対して DA1000 では最大高さ 3.6μm と理論面粗さの 3.5μm に近い値となり、平滑で規
逃げ面摩耗幅（mm）則的な形態を有する面粗さを達成している。この理由は焼結体を構成しているダイヤモンド粒径が反映され、DA150DA2200



DA90



DA1000




3.6μm

DA1000







切削長 （km）

5.8μm

DA150

被削材：ADC12（12%Si-Al合金）
工具：TPGN160304
加工条件：8? = 2,000m/min, B = 0.15mm/rev,=F = 3.0mm, WET

図 5 アルミニウム合金（ADC12）における旋削性能
被削材：17%Si-Al合金、工具：TPGW160308
加工条件：8? =1,000m/min, B = 0.15mm/rev,加工面の比較
逃げ面摩耗幅（mm）

図3=F = 0.2mm, WET

DA1000DA2200


DA90



DA1000DA1000






切削距離（km）

DA150DA90

DA22005.4km加工時

被削材：17%Si-Al合金工具：TPGN160304
加工条件：8? = 800m/min, B = 0.12mm/rev,

図4

ダイヤモンド焼結体の前切れ刃部の摩耗状態

図6=F = 0.5mm, WET

ハイシリコンアルミニウム合金における旋削性能

2 0 0 8 年 1 月 ・ SEI テクニカルレビュー ・ 第 172 号 −（ 97 ）−金の加工では、ADC12 よりも Vc ＝ 800m/min と低速で加工きい。この理由は、硬質粒子 Si によるアブレイシブな摩耗や、ダイヤモンド焼結体は 700 度以上でダイヤモンドがグラファイト化することが報告されており、Si 粒子を切削しているときの部分的な刃先温度の上昇によりダイヤモンド


逃げ面摩耗幅（mm）したが、5.4km 切削時における逃げ面摩耗量は 80μm と大

DA2200DA2200（4,000cm3加工時）

DA1000

2

DA1000（4,000cm3加工時）

焼結体工具の摩耗が促進される為である。このような難削材においても、DA1000 は、DA2200 の逃げ面摩耗に比べて、約 50 ％も小さくなり、優れた耐摩耗性を示す。
図 7 に寿命判定基準を逃げ面摩耗量 0.1mm とした時の、17 ％ Si-Al 合金加工の V-T 線図を示す。これに示すように
Vc ＝ 800m/min では、DA1000 は 7.5min であり、DA2200 の




3

切りくず排出量（cm ）被削材：ADC12（12%Si-Al合金）
カッタ：RF4100R（6枚刃）
工具：NF-SNEW1204ADFR
加工条件：8? = 2,000m/min, B = 0.15mm/rev,=F = 3.0mm, WET

2.5min に比べ、3 倍長寿命であり、Vc ＝ 200m/min では、
図8DA1000 は 54min であり、DA2200 の 27min に比べ、2 倍長アルミニウム合金（ADC12）におけるフライス加工寿命であった。このように DA1000 は、低速域から高速域に渡り、従来材種 DA90、DA2200 に比べて長寿命を発揮する。

切削速度V［m/min]

DA2200 は急激なチッピングの発生により、逃げ面摩耗量が 50μm と増大しているが、DA1000 の刃先にはチッピン

&$

DA1000グがみられない。このことから DA1000 は、フライス加工

DA2200DA90"

DA1000（8? =600m/min 9min）

においても優れた耐摩耗性、耐欠損性を示すことがわかる。


DA2200（8? =600m/min 9min）



#



#



推奨条件および適用領域

スミダイヤ ®DA1000 の適用領域を表 2 に示す。このよう切削時間［min］に DA1000 は、アルミニウム合金加工では被削性が悪いハ

被削材：17%Si-Al合金、工具：TPGN160304
加工条件：8? = 200-800m/min, B = 0.12mm/rev,
判定基準：8> = 0.1mm

図74.

=F = 0.5mm, WET

DA1000 の V-T 線図

イシリコンアルミニウム合金まで適用できるだけではな
く、砲金や銅の焼結合金等においても優れた工具性能を発揮する。推奨加工条件は表 3 に示すように Si 含有量 13 ％以下のアルミニウム合金では、切削速度 3,000m/min 以下を推奨しているが、Si 含有量 13 ％を超える被削材の加工では、切削速度 800m/min 以下を推奨する。また、銅合金や強化DA1000 のフライス加工での性能を評価する為に写真 1プラスチックでは 1,000m/min 以下の切削速度を推奨する。に示すカッタ（RF4100）にチップ（NF-SNEW1204ADFR）
を 6 枚組み込み ADC12 を加工した。結果を図 8 に示す。
2,800cm 3 加工時の逃げ面摩耗量は、DA1000 が 27μm、DA2200 が 40μm であり、4,000cm 3 加工時においては、

表2DA1000 の適用

アルミニウム
被削性
良被削材

ターニング
粗加工
仕上加工焼結アルミ

ミリングDA1000,) 

ローシリコン

シリンダーヘッド（AC2B-T6,AC4C-T6）

難ピストンライナー
トランスミッションケース､オイルパン
シリンダーブロック､アルミホイール､HDD

アルミダイカスト（ADC12）部品例,)#ハイシリコン

シリンダーブロック（A390-T6）

非アルミニウム良RF4100R

写真 1

NF-SNEW1204ADFR

フライス評価の工具−（ 98 ）− 高耐摩耗性、高強度ダイヤモンド焼結体 DA1000 の開発

非鉄焼結合金砲金カーボン,) 

超硬合金
難鉄共削り,)'

DA1000,)#

ブッシュ
コネクティングロッド
電極
ロール
シリンダーブロック､ベアリングキャップ

表3

低下し、バリの発生が問題となる為、1,000 個加工にて工具

DA1000 の推奨加工条件

切削速度
送 り
Vc（m/min） f（mm/rev）

被削材

切込みap（mm）

アルミニウム合金（Si 含有量≦ 13%）

〜 3,000〜 0.2〜3

アルミニウム合金（Si 含有量＞ 13%）〜 800〜 0.2〜3銅合金〜 1,000〜 0.2〜3強化プラスチック〜 1,000〜 0.4〜2

木質、無機質ボード（切断等）〜 4,000〜 0.4−

カーボン

100 〜 600

1〜2交換を行っていた。これに対して、DA1000 は耐摩耗性に優れることから、3,000 個を超える加工を実現し、工具交換の設定数を 3 倍にすることができた。
シリンダーブロック及び、シリンダーヘッドの上面フライス加工において、各々 DA2200 を用いていたが、バリにより工具寿命に至っていた。DA1000 は優れた刃立ち性と耐摩耗性によりバリの発生を抑制し、シリンダーブロック加工では 5,000 台加工を、シリンダーヘッド加工では 2,500台加工を達成した。これによりそれぞれ工具費を 60 ％にすることに成功し、かつ工具交換回数の削減による生産性の向上にも貢献することができた。

6.

結言

高耐摩耗性、高強度ダイヤモンド焼結体スミダイ®

5.

ヤ DA1000 は難削材加工や仕上げ面粗さ等の部品の要求精使用事例度が高い加工に適応することができ、工具の長寿命化を実DA1000 の使用事例を表 4 に示す。

現した。さらに CFRP 等の難削材が増加する傾向にあり、面粗度規格 3.2S の銅合金のブッシュ内径旋削加工では、ダイヤモンド焼結体工具スミダイヤ ®DA1000 の優れた性能

加工条件 Vc ＝ 300m/min、f ＝ 0.07mm/rev、a p ＝ 0.08mm、により、コスト削減および生産性の向上に貢献できるもの

WET にて加工を行っている。DA2200 はマイクロチッピンと考える。

グの集積による欠損の発生の為、面粗度が悪化し、工具寿命に至っている。一方、DA1000 は逃げ面摩耗量が小さく正常摩耗であり、面粗度の悪化を抑制できた。DA1000 は安定して 2,500 個加工以上を達成することができ、定数を 3倍以上に引き上げることに成功した。次に、ADC12 のオイルポンプカバーの加工では、Vc ＝ 1,400m/min、f ＝参0.3mm/rev、a p ＝ 0.2mm、WET で加工を行っている。従来（1）深谷朋弘、8 非鉄金属、ダイヤモンド技術総論、p480（2007）

使用していた DA2200 は刃先の摩耗により刃先の鋭利さが

表4
加工内容
ブッシュ内径加工

文献（2）金田泰幸他、高強度ダイヤモンド焼結体工具スミダイヤ DA2200の開発、SEI テクニカルレビュー、第 151 号、p.119（1997）

DA1000 の使用事例

加工諸元

結

果

被削材；銅合金
加工数（個）
 ! "8? ＝300m/min､2,500個加工達成
B ＝0.07mm/rev
DA1000F ＝0.08mm､WET
欠損の為､寿命不安定
NF-TPGN160308 ,)  平均800個
面粗度規格：3.2S=切削距離 73m/個

考

オイルポンプカバー加工 被削材；ADC12
加工数（個）
8? ＝1400m/min､
B ＝0.3mm/rev
DA1000F ＝0.2mm､WET
NF-CNGX120408 ,) 
切削距離 62m/個 寿命判定基準：バリシリンダーブロック上面 被削材；ADC12加工数（台）
フライス加工8? ＝2800m/min､
B ＝0.14mm/rev
DA1000F ＝2mm､WET
NF-SNEW1204ADFR ,) 
寿命判定基準：バリシリンダーヘッド上面 被削材；AC2C加工数（台）
フライス加工8? ＝1500m/min､
B ＝0.2mm/rev
DA1000F ＝3mm､WET
NF-SNEW1204ADFR ,) 
寿命判定基準：バリ#  # ! " #

=執筆者 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

沖田

泰 彦＊：住友電工ハードメタル㈱ダイヤ開発部

久木野

暁 ：住友電工ハードメタル㈱ダイヤ開発部

主査

深 谷 朋 弘 ：住友電工ハードメタル㈱ ダイヤ開発部 主席--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

3,000個加工達成
定数1,000個 ! " #=5,000台
3,000台

=



#

2,500台1,500台

2 0 0 8 年 1 月 ・ SEI テクニカルレビュー ・ 第 172 号 −（ 99 ）−