超硬加工（精密加工）で工具を製造！超硬合金の加工が難しい理由

切削加工の条件1.切削速度

切削速度とは、切削工具が素材を削る速さ、いわゆる周速のことです。周速というのは、物が回転する速さのことであり、1分間あたりに物が回転して進んだ距離と言い換えることもできます。この切削速度は、機械の主軸回転数と素材の直径、円周率などを用いた計算式で求めることが可能です。

切削速度は、加工の仕上がりや効率、工具の寿命などに影響します。例えば、切削速度の数値が大きくなると作業時間が短縮され加工面はきれいに仕上がりますが、回転速度が速いため熱が発生し工具の寿命は短くなってしまうのです。

また、切削速度の数値を小さくすればいいかというと、そういうわけでもありません。速度を落とすとその分時間が長くなり、加工面の仕上がりが粗くなります。素材に合わせ、工具の寿命なども考慮して最適な速度を見つけることが大切なのです。

切削加工の条件2.送り速度

送り速度とは、切削工具が動くスピードのことです。送り速度は送り量やテーブル送りと呼ばれることもあり、1分あたりに進む距離や回転する主軸速度などを用いて計算できます。また、送り速度には表記方法が複数あり、それぞれ表す単位が違ってくるため注意が必要です。

切削条件にはこの他にも、切削機械の主軸が1分間に何回転するかを表す「回転数」や、切削工具の刃が素材に当たる部分の長さを表す「切り込み」などがあります。これらの切削条件はいずれも切削加工における重要な要素です。

超硬合金とは

硬質の金属炭化物と鉄系金属で構成される合金のことです。合金という名のとおり、人工的に作られた金属で天然の金属ではありません。

材料となるのはタングステンカーバイドとコバルトです。タングステンカーバイドを粉末にして1300℃～1500℃の高温で、コバルトを結合材として焼き固めて製造します。こうして作られた合金は極めて硬い金属で、その硬さはダイヤモンドに次ぐといわれており、鉄やステンレスよりも硬いのが特徴です。また、硬さだけでなく強度や弾性にも優れているため、金属の加工工具や金型などに使用されています。

超硬合金の加工が難しい理由

超硬合金の加工には、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工を用いるのが一般的です。

・ダイヤモンド砥石の場合

ダイヤモンドに次ぐ硬さを誇る合金なので、加工するにはより硬いダイヤモンドを使用しなければなりません。しかしダイヤモンド工具は超硬合金との親和性が強いため、工具の摩耗が激しくなります。そのため超精密加工には向いていません。

加工条件を整えることで加工自体は可能ですが、送り速度を小さくする必要があるため長時間を要することになります。そのため加工が難しいといわれるのです。

・放電加工

放電現象を利用した加工方法で、電極とワークの間で微小な放電を繰り返し発生させることによって加工します。ここで問題となるのが、合金の材料となっているタングステンカーバイドの融点です。タングステンカーバイドの融点は、2900℃と非常に高温であるため、加工に必要なエネルギーが大きくなります。

必要なエネルギーが大きくなると電極消耗が大きくなるため、精度が落ちてしまうリスクもあるのです。この点もまた加工が難しい理由の1つになっています。