セラミックインサート材料の開発と技術動向

セラミック刃材の開発と技術動向

機械加工において工具は常に「工業用歯」と呼ばれ、工具素材の切削性能はその生産効率、生産コスト、加工品質を決定する重要な要素の一つです。したがって、切削工具の材質を正しく選択することが重要です。セラミックナイフは、優れた耐熱性、耐摩耗性、化学的安定性を備えており、高速切削や難削材の切削の分野において従来の工具では得られない利点を発揮します。セラミックナイフの主原料はAlとSiです。地殻中の豊富な含有量は無尽蔵であり、無尽蔵であると言えます。したがって、新しいセラミックツールの応用の可能性は非常に広いです。

まずはセラミックツールの種類

セラミック工具材料の進歩は、高温耐性、耐摩耗性、耐性を得るために、従来の工具セラミック材料の性能向上、粒子の微細化、成分配合、コーティング、焼結プロセスの改善、新製品の開発に焦点を当てています。優れた切りくず性能を発揮し、高速精密加工のニーズに応えます。河南超硬材料研究所では、セラミック工具材料をアルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素（立方晶窒化ホウ素工具）の 3 つに大別できます。金属切断の分野では、アルミナセラミックブレードと窒化ケイ素セラミックブレードを総称してセラミックブレードと呼びます。無機非金属材料の中で、立方晶窒化ホウ素材料はセラミック材料の大きな部類に属します。 3種類のセラミックスの特徴は以下の通りです。

（１）アルミナ（Ａｌ ２ Ｏ ３ ）系セラミックス：炭化物系セラミックスにバインダー金属としてＮｉ、Ｃｏ、Ｗ等を添加し、アルミナと炭化物との結合強度を向上させることができる。優れた耐摩耗性と耐熱性を備えており、高温での化学的安定性は鉄との相互拡散や化学反応が容易ではありません。したがって、アルミナベースのセラミックカッターは最も広い適用範囲を持ち、鋼および鋳鉄に適しています。合金の高速加工。耐熱衝撃性が向上しているため、断続切削条件でのフライス加工やプレーニング加工にも使用できますが、化学摩耗が起こりやすいため、アルミニウム合金、チタン合金、ニオブ合金の加工には適していません。

(2) 窒化珪素（Si3N4）系セラミックカッター：窒化珪素マトリックスに金属炭化物と金属強化剤を適量添加し、複合強化効果（分散強化効果ともいう）を利用したセラミックスです。硬度が高く、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性に優れているのが特徴で、窒化ケイ素とカーボンや金属元素との化学反応が少なく、摩擦係数も低いです。仕上げ、中仕上げ、仕上げ、中仕上げに最適です。

（３）窒化ホウ素セラミックス（立方晶窒化ホウ素カッター）：高硬度、耐摩耗性、良好な耐熱性、良好な熱安定性、良好な熱伝導性、良好な摩擦係数、及び小さい線膨張係数。たとえば、Hualing 立方晶窒化ホウ素工具 BN-S20 グレードは焼入れ鋼の荒加工に使用され、BN-H10 グレードは焼入れ鋼の高速仕上げ加工に使用され、BN-K1 グレードは高硬度鋳鉄の加工に使用され、BN-S30 グレードの高速切削灰はセラミックインサートよりも鋳鉄の方が経済的です。

第二に、セラミック工具の特徴

セラミック工具の特徴: (1) 優れた耐摩耗性。 (2) 高温耐性、良好な赤色硬度。 (3) 工具の耐久性が従来の工具に比べて数倍、さらには数倍高く、加工中の工具交換回数が減少し、加工対象物のテーパが小さく高精度が確保されます。 (4) 高硬度材の荒加工や仕上げ加工だけでなく、フライス加工、プレーニング加工、断続切削、ブランク荒加工などの衝撃の大きい加工にも使用可能です。 (5) セラミック刃は切断の際、金属との摩擦が小さく、切断物が刃に付着しにくく、構成刃が発生しにくく、高速切断が可能です。

超硬合金インサートと比較すると、セラミックインサートは2000℃の高温に耐えることができますが、硬質合金は800℃で柔らかくなります。そのため、セラミック工具は高温での化学的安定性があり、高速での切削が可能ですが、セラミックインサートには欠点があります。強度と靭性が低く、壊れやすい。その後、窒化ホウ素セラミックス（以下、立方晶窒化ホウ素工具と呼ぶ）が導入され、主に超硬材料の旋削、フライス加工、穴あけに使用されます。立方晶窒化ホウ素カッターの硬度は、セラミックインサートの硬度よりもはるかに高いです。硬度が高いため、ダイヤモンドとともに超硬材とも呼ばれています。 HRC48以上の硬度の材料の加工によく使用されます。超硬ブレードよりも脆いものの、2000℃までの優れた高温硬度を持っていますが、アルミナセラミックツールと比較して衝撃強度と耐圧壊性が大幅に向上しています。さらに、一部の特殊な立方晶窒化ホウ素工具 (Huachao Super Hard BN-K1 や BN-S20 など) は、荒加工の切りくず負荷に耐え、断続的な加工や仕上げ加工の衝撃にも耐えることができます。摩耗と切削熱、これらの特性により、立方晶窒化ホウ素工具では困難な焼入れ鋼や高硬度鋳鉄の加工に対応できます。