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Machining

4B1

Vol.

August/2004■ 新商品紹介
高速高能率加工用エンドミル

マシニング事業工具
コーティング「ＧＳ ＭＩＬＬハード」
GS MILL Hard
High-speed, Highly-efficient End Milling〈キーワード〉

住友電工ハードメタルとの協業
直彫り加工・GS ハードコート・高速高能率加工
耐酸化性

機械工具事業部／ラウンドツール技術部

五島 康

高速高能率加工用エンドミル「GS MILLハード」

要旨

商品ライフサイクルの短期化や国際価格競争に対応するため、加工能率および加工精度の向上、加工コストの低減が求められている。特に、金型加工業では、超硬エンドミルによる焼き入れ材の高速

1. 切削速度800m／min

高能率直彫り加工が広く普及している。
NACHIは、住友電工ハードメタルと、金型加工の高速高能率加工用エンドミル GS MILLハード

世界標準エンドミル「GS MILLシリーズ」を協同開は、優れた耐熱・耐摩耗性および耐チッピング性を発し、2002年から加工能率向上と加工コスト低減の有しており、高硬度焼き入れ材の直彫り加工から生ための提案を行なってきた。

材の高速加工まで、幅広いアプリケーションに対応

今回、両社が各々得意とする材料・コーティング・可能なエンドミルである。
※1

設計解析技術を結集して、加工能率を一段と向新しく開発した超々微粒子系低コバルト超硬合上させた「GS MILLハード」を開発した。切削速度

金と、超アルミリッチなAl−Ti−Cr系積層コーティング

800m/minという世界最速領域の高速高能率加GSハードコート により、切削速度800m／minもの工を可能にしたエンドミルである。

超高速加工に耐えうる優れたパフォーマンスを実現した。

Abstract
Machining efficiency, improvement in machining accuracy and reduction of machining cost
are required in order to deal with a shorterproduct life cycle and to compete in price internationally. In the machining of tooling, highspeed, highly-efficient direct milling of thehardened material with carbide end mills has
become widely popular.
Nachi has developed the world-standard end
mills, GS Mill Series, for machining of tooling
jointly with Sumitomo Electric Hard Metal Co.,
Ltd. and has been presenting measures for improving machining efficiency and reducing machining cost.
We have converged the material, coating anddesign/analysis technologies where both companies excel and developed a new product, GS
Mill Hard in order to complete the GS Mill Series and to further improve the machining efficiency. GS Mill Hard is the high-speed, highly-efficient end mill with the cutting speed of
800m/min that is in the fastest speed range inthe world.

1

さらに、切りくず排出性と工具剛性を両立した断面形状、コーナー部の摩耗を抑制する独自の刃先形状により、長時間の高速加工において安定した切削性能を発揮する。
写真１に外観写真を示す。

写真1. GS MILLハードの外観

2. GS MILLハードの特長（新開発の超々微粒子系低コバルト超硬合金を採用）（超アルミリッチなＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ系積層コーティング ＧＳハードコート ）GS MILLハードの材料は、住友電工ハードメタ

高硬度焼き入れ材の超高速加工では、切削中ルと協同開発の超々微粒子系低コバルト超硬合の温度は800℃〜900℃あるいはそれ以上の高温に金により、硬度と剛性を大幅に向上させた。図1に達する。高温下では膜の酸化が急速に進み、膜破GS MILLハード用超々微粒子系低コバルト超硬合壊につながる。工具の耐久性の指標である耐摩耗金のコバルト含有率と硬度のグラフを示す。

性能は、膜の耐熱性、耐酸化性と密接に関連して一般に超硬合金は耐摩耗性の指標である硬さをいる。この切削熱に耐えるため、1100℃での耐酸化増すと、耐欠損性の指標である抗折力が低下する性を、従来のＴｉＡｌＮ系コーティングの3倍以上に高という相反する性質を持っている。超々微粒子系低めることにより、超高速加工における耐熱・耐摩耗

コバルト超硬合金は、炭化タングステン粒径を0.3μm

性能を飛躍的に向上させた。

まで微細化することで、結合材であるコバルト含有写真2に膜の断面構造を示す。

率を少なくして、耐欠損性を損なわずに硬度と剛性の向上を達成した。母材強度を高めることで、超高速切削中に発生するミクロな塑性変形を抑制し、耐Al−Ti−Cr系
耐酸化性膜久性を向上した。

Ti−Al系
耐摩耗性膜

母材の耐摩耗性の向上は、エンドミルの長寿命化につながっている。

高強度超硬母材

GS MILLハード写真2. GSハードコートの断面構造

GSハードコートは、Ti−Al系耐摩耗性膜の上にAl−Ti−Cr系耐酸化性膜を積層させ、かつ膜組織硬度（優）新合金の採用により硬度と剛性を大幅に向上

耐摩耗・耐変形性

微細組織で膜強度アップを微細化することで、膜強度および超硬母材との密着性を高め、高速高温切削下における膜破壊を防止している。
Co含有率（wt％）（優）
剛性

従来膜では達成できなかっ四元素にすることにより、た耐酸化性・密着性・耐摩耗性を確保することができた。今後、他の切削工具への応用が期待できる。

図1．GS MILLハードの材料特性

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高速高能率加工用エンドミル「GS MILLハード」

ＬＬハードの形状）（ＧＳ ＭＩ
写真3にGSハードコートと従来のTiAlN系コーティ

GS MILLハードは、図2に示すように独自の新断面形状の採用で、切りくず排出性と工具剛性を両ングの耐酸化性評価試験結果を示す。
※2

大気中1100℃-1時間保持後、カロテストにより膜立させることができた。溝形状を滑らかな中凹曲線の酸化範囲を調査した。従来のTiAlN系コーティンにすることで、切りくずの流出を円滑にし排出性をグは酸化層が約1μmに達したのに対し、GSハードコー向上するとともに、刃溝の溝底付近の応力集中をトは僅か0.3μmの範囲にとどまり、耐酸化性の高さ緩和している。また、切れ刃ランド幅を大きくすることを示した。

で工具剛性が向上し、超高速切削時のたわみやび※4びりを抑制し、きれいな加工面が得られる。

また、写真4に示すとおり、GSハードコートは膜表※3面のマクロパーティクルの発生を抑制し平滑性を向3次元のCAE解析結果によれば、工具剛性は上させたことで、切削中の摩擦抵抗を低減するととさらに、切40％程度向上していることが確認された。

もに、耐溶着性を向上し切りくず離れを良くしている。

れ刃コーナー部に特殊処理を施すことにより、高硬とくに問題となるエンドミル度焼き入れ材の加工で、先端部のコーナー部分のチッピングや摩耗の進行

大気中1100℃-1時間保持後のカロテスト痕を抑え、安定した加工を実現した。

従来Ｔ
ｉＡｌ
Ｎ膜

大きなランド幅で工具剛性を向上

従来膜

酸化層

滑らかな曲線により切りくず排出性を向上

酸化層約1μm
膜表面

超硬基材

ＧＳハードコート

ＧＳ MILLハード
断面形状

従来断面形状ＧＳハードコート

酸化層

断面形状比較

酸化層約0.3μm
図2．
ＧＳ MILLハードの断面形状2μm

写真3. 耐酸化性評価試験結果

マクロパーティクル

ＧＳハードコート

従来Ｔ
ｉＡｌＮコート

写真4. ＧＳハードコートの膜表面
3

トロコイドパス

トロコイド切り込み幅a）側面加工b）
トロコイド加工
図3．加工形態

3. GS MILLハードの切削性能（ＳＫＤ11〈60ＨＲＣ〉の高速切削）
GS MILLハードは、主に焼き入れ金型鋼などの切り込み量aa＝10mm、ar＝0.1mm、切削長70mをトロコイド加工を高能率
図3に示すような側面加工、加工したときの工具摩耗量の比較事例である。
他社高硬度鋼用エンドミルはコーナー部の摩耗で行なうことを目指している。
図4にSKD11の高速側面加工における切削性能

GS MILLハードはコーが大きく進行しているのに対し、φ10mm6枚刃のエンドミルでSKD11〈60HRC〉を示す。

ナー摩耗量は0.1mm以下と、2／3以下の摩耗量でを切削速度70m／min、送り速度900mm／min、あった。

10mm

径

被 削 材

SKD11〈60HRC〉

加工方法

側面加工

切削速度70m／min

送り速度900mm／min

切り込みaa＝10mm
ar＝0.1mm

切 削 長70m

切削油剤

DRYエアーブロー

0.2

摩耗量（mm）

外

VBc：コーナー摩耗
VB ：逃げ面摩耗
VBN：境界摩耗

0.15
0.10.05
0VBc

VBVBNVBc

GS MILLハードコーナー逃げ面VB

VBN

他社品

境界GS
MILL
ハード

逃げ面摩耗

他社
品

境界摩耗

コーナー摩耗
図4．
ＧＳ MILLハードによるＳＫＤ11の高速加工における切削性能

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高速高能率加工用エンドミル「GS MILLハード」（ＳＫＤ61〈53ＨＲＣ〉の超高速加工）
図5にSKD61の超高速加工における切削性能を他社高硬度鋼用エンドミルはコーナー摩耗量でφ10mm6枚刃のエンドミルでSKD61〈53HRC〉示す。

約0.15mmに達しているのに対し、GS MILLハードを切削速度800m／min、送り速度10，500mm／min、は切れ刃全域にわたって0.05mm以下の摩耗量で切り込み量aa＝10mm、ar＝0.2mm、切削長75mをあり初期摩耗の状態である。高強度な超々微粒子加工したときの工具摩耗量の比較である。

コーナー超硬合金と高剛性断面形状の採用により、部のマイクロチッピングを抑制し長寿命を実現している。

10mm

径

被 削 材

0.2
VBc：コーナー摩耗
VB ：逃げ面摩耗
VBN：境界摩耗

SKD61〈53HRC〉

加工方法

側面加工

切削速度

800m／min

送り速度10,500mm／min

切り込み

aa＝10mm
ar＝0.2mm

切 削 長

75m

切削油剤

DRYエアーブロー

摩耗量（mm）

外0.15
0.1
0.05
0VBc

VB

VBN

VBc

GS MILLハード

コーナー

逃げ面VB

他社品

境界GS
M
IL
L
ハード

他
社
品

逃げ面摩耗
コーナー摩耗

図5．
ＧＳ MILLハードによるＳＫＤ61の超高速加工における切削性能

5

境界摩耗

VBN

（Ｓ50Ｃ〈200ＨＢ〉の超高速加工）
図6にS50Cの超高速切削における切削性能を他社高硬度鋼用エンドミルはコーナー近傍部がφ12mm6枚刃エンドミルでS50C〈200HB〉を示す。

大きく摩耗し、切削不能な状態であった。それに対し、000m／min、送り速度15，000mm／min、切削速度1，GS MILLハードはコーナー摩耗量で約0.1mm程度

切り込み 量 a a＝1 2 m m 、a r＝0 . 2 4 m m 、切 削 長と損傷は軽微である。GS MILLハードは、高硬度焼100mを加工したときの工具摩耗量の比較である。

き入れ材のみでなく、生材の加工においても優れた性能を有し、広い範囲の被削材への対応が可能である。

12mm

径

被 削 材

S50C〈200HB〉

加工方法

側面加工

切削速度

1000m／min

送り速度15,000mm／min

切り込みaa＝12mm
ar＝0.24mm

切 削 長

100m

切削油剤

DRYエアーブロー

摩耗量（mm）

外

0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.10.05
0VBc：コーナー摩耗
VB ：逃げ面摩耗
VBN：境界摩耗

VBc

VBVBNVBc

GS MILLハード

コーナー

逃げ面VB

VBN

他社品

境界GS
M
IL
Lハード他社
品

逃げ面摩耗

境界摩耗

コーナー摩耗
図6．
ＧＳ MILLハードによるＳ50Ｃの超高速加工における切削性能

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4. 直彫り高速ミーリングに
GS MILLハードは住友電工ハードメタル（イゲタロイ）

ますます重要性を増す焼き入れ材の直彫り高速との協同による新開発の超硬母材に加え、NACHIミーリング加工に対して、GS MILLハードは優れたオリジナルのコーティングの採用と工具形状の最適切削性能と高い信頼性により、生産性の向上とコ化により、高速切削における耐熱・耐摩耗性、耐チスト低減に大きく寄与できる工具である。

ッピング性を高め、生材から高硬度焼き入れ材まで今後も、NACHI・イゲタロイの統一ブランド GSの広い範囲の被削材に対し、高速高能率加工がMILL を、金型加工の世界標準エンドミルとして、さ可能なエンドミルである。

らにシリーズを充実させて行きたい。

用語解説※1 超々微粒子
炭化タングステン粒径が0.3μm以下の超硬合金。
※2 カロテスト
簡易膜厚測定手法。ダイヤモンドペーストを塗布した鋼球を膜表面で転がし、円形状に削りとった膜断面から膜厚を測定する手法。
※3 マクロパーティクル
コーティング表面に付着した粗大粒子。
※4 切れ刃ランド幅
切れ刃からヒールまでの幅。

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〈発行〉 2004年8月10日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213