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Aug 20, 2023

PCD および CBN インサートの選択

Gli inserti in nitruro di boro cubico sono ideali per operazioni leggere di semifinitura e finitura.

立方晶窒化ホウ素インサートは、軽度の半仕上げおよび仕上げ加工に最適です。

地球上で最も硬いカッターの製造には、いくつかの激しいプロセスと化学が必要です。 多結晶ダイヤモンド (PCD) 工具と立方晶窒化ホウ素 (CBN) は、それぞれ最も硬いインサート材料のリストの 1 番目と 2 番目に挙げられますが、その構成はまったく異なります。

化学の本質には触れませんが、材料と結合の比率に基づいて、これらのインサートのさまざまなグレードを形成するために、極度の熱、焼結、および圧力がすべて使用されます。

BIG Daishowa はホルダーを専門としていますが、ボーリング工具用のカスタムチップブレーカー形状を備えた CBN および PCD チップチップも提供していますが、このスタイルのツーリングに関する質問がよくあります。 シニア製品スペシャリストのマット・テーゲルマン氏に、最もよくある質問をいくつか尋ねました。 ここで彼の答えを紹介します。

Q: 工具保持の専門家として、工具とホルダーのインターフェースの重要性をどのように説明しますか? A: PCD と CBN には最も安定した条件のみが適しています。 硬度が高いと非常に脆い特性を持ちます。 工具や治具の剛性が理想的でない場合、または過剰なボイドによってワークピースに重大な高調波が発生する場合、切断部分に振動が現れる可能性があります。 これはダイヤモンド刃先の工具寿命の低下につながります。 このような場合には、超硬インサートを使用するのが最善です。

Q: PCD と CBN インサートの最大の違いは何ですか?A: PCD インサートは、その極めて高い硬度により、これらの非鉄材料で非常に長い工具寿命を実現するため、アルミニウムおよびマグネシウムの用途、およびカーボンファイバー部品の場合には第一の選択肢となります。

これは合成ダイヤモンド (ほぼ純粋な炭素) であるため、鋼や鋳鉄などの鉄材料の機械加工には使用できません。700 度を超える温度では、炭素原子が部品材料と反応して炭化鉄を形成し、ダイヤモンド構造が崩壊する。

PCD は、アルミニウムにシリコン含有量が 5% を超える場合、摩耗につながる摩耗性に抵抗するために特に必要です。

CBN は主元素としてボロンを使用します。 ホウ素は炭素と似た結晶構造を持っていますが、鉄との親和性がありません。

CBN は既知の材料の中で 2 番目に硬く、華氏 1,800 度を超える切削温度に耐えることができます。CBN は鋼または鉄の機械加工に適しており、通常は少なくとも 50 HRC を超える硬化鋼を加工する場合の最初の選択肢の 1 つです。仕上げのみに使用されます。 断続切削には、可能な限り安定性の高い工具が必要です。そうしないと、うまく機能しません。

CBNにはいくつかのグレードがあり、セラミックスや金属などのバインダーを添加して特性を変えています。 特定の特性に合わせて結晶構造の粒径を微調整することもできます。 高いCBN含有量と超微細粒径の組み合わせは最も硬く、焼入れ鋳鉄や粉末金属の連続加工に適しています。

立方晶窒化ホウ素工具にはさまざまなグレードがあり、セラミックスや金属などの結合剤を添加して特性を変化させます。

CBNインサートもコーティング可能です。 たとえば、硬化鋼の機械加工には、TiCN コーティングを施した中粒度の CBN 材料が推奨されます。

Q: PCD および CBN インサートの最適な最小/最大切り込み深さはどれくらいですか? A: PCD および CBN チップは、軽度の中仕上げおよび仕上げ加工に最適です。 インサートのノーズ半径に応じて、一般的に直径は最大 0.040 インチ、最小は 0.004 インチまでをお勧めします。

Q: 表面仕上げと工具のノーズ半径の関係は何ですか? A: ノーズ半径が大きいほど、所定の送り速度でより良い表面仕上げが得られます。 したがって、半径が大きいほど、工具をより速く送りながら、良好な仕上げを得ることができます。 トレードオフとしてツールのプレッシャーが生じます。 半径が大きいと工具のたわみが大きくなり、ある時点でビビリが発生する可能性があります。 重要なのは、チャタリングのない結果を生み出す最大の半径を見つけることです。

これを回避する方法は、一部の PCD および CBN インサートに提供されているワイパー形状を使用することです。 ワイパーは、メイン コーナーのカットの波形プロファイルをさらに滑らかにするために、メイン コーナーの半径に続く二次的な小さな半径、または一連の小さな半径です。 これは、より良い送り対表面仕上げ比を得る方法です。

Q: PCD および CBN インサートにはクーラントを使用する必要がありますか? A: 冷却剤を大量に使用するか、まったく使用しないかのどちらかです。 これらの材料の熱破壊は、大きな温度変動によって発生します。 クーラントを効果的に使用すると、工具寿命が延び、切りくず排出性が向上します。 クーラントを一定の流れで切削動作に向けることができない場合、作業に悪影響を及ぼします。

Q: PCD および CBN インサートの場合、刃先処理は重要ですか? A: これらの非常に硬いカッター材料を作成するために使用される極端なプロセスにより、CBN ツールと PCD ツールの両方にとって、補強と切りくず処理の両方で刃先の準備が重要になります。 さらに、エッジの準備前には、ほぼすべてのツールで微細なエッジの欠陥が常に見つかります。 これらのカッターによくあることですが、高い性能が必要な場合は、準備を行うことで、不安定な性能の原因となる欠陥が排除されます。

PCD および CBN インサートは現在、超硬インサートとほぼ同じ数の刃先処理スタイルで提供されています。 「ランド」の種類によって分類されており、それぞれの種類によって特定の材質や切削条件に有利な点が得られます。

Q: 土地の種類と用途や素材をどのように一致させるのですか? A: ほとんどの刃先処理は依然としてラジアスホーンで構成されており、通常は半径を小さくすることが好ましいため、刃先により多くの材料が残り、工具寿命が長くなります。 ウォーターフォールホーンは半径を歪めて刃の下により多くの材料を残し、より重い切削や断続切削用途に向けて刃先を強化しますが、このスタイルでは工具圧力も高くなります。

Q: PCD および CBN インサートには最小速度と最大速度はありますか?A: 大方の認識に反して、PCD にはアルミニウムに対する許容可能な表面フィート/分 (SFM) 設定が 200 SFM から 6,000 SFM まで幅広くあり、通常、超硬インサートよりも少なくとも 10 倍長持ちし、工具の耐久性が向上します。非常に長い切削時間でも調整なしで公差内に留まります。

CBN インサートの場合、焼き入れ鋼の用途では 200 SFM という低い送りがよく使用されます。

多結晶ダイヤモンド工具は、摩耗性に耐えられるため、シリコン含有量が 5% を超えるアルミニウムの機械加工によく使用されます。

速度はツールアセンブリ全体にも依存します。 たとえば、ボーリング工具の場合、これらのタイプのインサートで高速加工を使用するかどうかを決定する場合、多くの場合、工具アセンブリとワークのセットアップの剛性を考慮する必要があります。 多くの場合、これらのインサートが可能な速度を実行するには、バランスをとるためのカウンターウェイトが組み込まれたボーリングヘッドが必要です。

Q: これらのインサートの一般的な摩耗様式は何ですか? A: クレータ摩耗は、鉄基合金およびチタン基合金の CBN 加工において、ワークの切りくずからの熱によって超硬結合剤が溶解および分散し、工具の先端にクレータが形成されるときに発生します。 クレーターが結晶構造の微小崩壊を引き起こすほど大きくなると、変形と急速な逃げ面摩耗が発生します。

ビルトアップエッジ（BUE）は、熱間圧接（切断ゾーンでの化学的親和性を伴う高圧と温度の組み合わせ）によってワークピースの破片が刃先に接着されるときに発生します。

この積み重ねは最終的には失敗しますが、失敗した場合には最先端の部分も奪われる可能性があります。 この問題は、ワークピースの形状サイズや表面仕上げの異常な変化、および刃先表面の光沢のある領域によって特定できます。 BUE は、多くの場合、工具の切削負荷を増加させる (切削速度および/または送りを高める) か、切削ゾーン内のクーラント流量または濃度を変更することによって制御できます。

BIG Daishowa, www.bigdaishowa.com

多結晶ダイヤモンド工具はその極めて高い硬度により、非鉄材料において非常に長い工具寿命を実現します。