工具鋼は、その高硬度、耐摩耗性、および高温でも刃先を保持する能力で知られており、CNC 加工において独特の課題と要件を提示します。このガイドは、プロの調達スペシャリストおよび業界関係者を対象として、これらの材料を適切に加工するための重要な技術的考慮事項の包括的な概要を提供します。
1. 材料の分類と選択
工具鋼の特定のグレードを理解することが最も重要です。主なカテゴリは次のとおりです。
- 冷間工具鋼-（AISI D2、A2、O1 など）: 炭素とクロムの含有量が高く、耐摩耗性に優れているのが特徴です。多くの場合、機械加工用に焼きなまし状態 (通常は約 200 ～ 250 HB) で供給されます。
- 熱間工具鋼（AISI H13、H11 など）: クロム、モリブデン、バナジウムなどの合金元素を使用して熱疲労耐性を高めています。機械加工は通常、焼きなましされた状態で行われます。
- 高速度鋼 (HSS、M2、M42 など): 赤い-硬度を実現するために、多量のタングステン、モリブデン、コバルト、バナジウムが含まれています。摩耗性が高く、機械加工が難しいことで知られています。
- 作業を計画する前に、正確な材料仕様 (DIN、AISI、JIS など) とその供給状態 (焼きなまし、予備硬化) を必ず確認してください。-
2. 加工前の考慮事項-
- ワークピースの準備: 均一な機械加工性を実現するために、ストック材料の応力が緩和され、適切にアニールされていることを確認します。{0}}寸法と許容差を確認してください。
- ツールパス戦略: 加工硬化を最小限に抑え、工具寿命を延ばすために、可能な限り上昇ミリング (下降ミリング) を採用します。過剰な熱の発生を避けるために、工具の係合を制御する必要があります。
- 剛性: システムの剛性を最大化します。短くて丈夫なツール ホルダー (油圧チャック、焼きばめホルダーなど) を使用し、振動を抑えるためにワークピースがしっかりと固定されていることを確認してください。-
3. 切削工具の選択
ツールの選択は、経済性と表面の完全性を実現するために非常に重要です。
- Tool Material: For annealed tool steels, premium coated carbide grades (e.g., PVD TiAlN, AlTiN) are standard. For hardened steels ( >45 HRC)、立方晶窒化ホウ素 (CBN) インサートまたはソリッド CBN 工具を仕上げ加工に推奨します。多結晶ダイヤモンド (PCD) は非鉄用途には適していますが、鋼には適していません。-
- 工具形状: 切削力と熱を軽減するために、鋭いポジティブすくい形状を使用してください。{0}工具には切りくずの排出を容易にするために研磨された溝が付いている必要があります。
- 工具の状態: 常に鋭利で磨耗していない工具を使用してください。切れ味の悪い工具は過度の熱を発生し、加工硬化や摩耗の促進につながります。
4. 切削パラメータの最適化
パラメータは、金属除去速度と工具寿命および部品品質のバランスをとる必要があります。
- 切削速度 (Vc): 速度を控えめにすることが重要です。超硬工具を使用した焼きなまし工具鋼の場合、Vc は通常、材種と操作に応じて 60-150 m/min の範囲になります。プリハードンまたは HSS グレードの場合は、速度を大幅に下げる必要があります。
- 送り速度 (fz): 摩擦や熱の蓄積を防ぐために適切な切りくず負荷を維持します。中加工から荒加工の場合、刃あたりの一般的な送りは 0.05 ～ 0.20 mm/刃の範囲です。仕上げには軽い送りが必要です。
- 切込み深さ (ap): 工具直径よりも小さい半径方向切込み深さを使用し (たとえば、フライス加工の場合は Dc の 30 ～ 70%)、軸方向切込み深さを調整して負荷を管理します。多くの場合、単一の重いカットよりも複数のライトパスの方が適しています。
- クーラントの塗布: 熱を放散し、ワークピースの焼き戻しを防ぎ、切りくずを洗い流すために、高圧で多量のクーラント（できればエマルジョン）が必須です。{0}} -ツールを介したクーラントの供給は非常に効果的です。 CBN を使用した一部の仕上げ作業には、乾式機械加工または最小量潤滑 (MQL) が適用される場合があります。
5. 特定の加工操作
- フライス加工: ポケットにトロコイドまたはピールフライス加工戦略を利用して、工具の噛み合いと熱分布を一定に維持します。
- 旋削加工: 厳密なセットアップ、荒加工にはネガティブすくいチップ、仕上げ加工にはポジティブすくいチップを採用します。-糸状の切りくずを制御するために、適切なチップブレーカーの形状を確保してください。
- 穴あけとタッピング: 内部クーラントを備えた超硬ドリルを使用してください。タッピングの場合は、速度を落とし、止まり穴での精度と工具寿命を向上させるためにねじ切り加工を検討し、高性能タッピング液を使用してください。-
6.-加工後の品質保証
- 応力除去: 複雑な部品や高い寸法安定性が必要な部品の場合は、粗加工後の仕上げ前に応力除去焼きなましを行うことをお勧めします。-
- バリ取り: 工具鋼は硬化しやすいため、-エッジを傷つけないように、機械的または熱によるバリ取り方法を慎重に使用してください。
- 検査: 精密計測機器 (CMM、光学コンパレーター、表面粗さ計) を使用します。重要な寸法、幾何公差 (ASME Y14.5 または ISO 1101 による)、および表面仕上げ (Ra、Rz) を確認します。亀裂の検出には、染料浸透探傷試験 (PT) または磁粉探傷試験 (MT) を指定できます。
成功工具鋼のCNC加工材料の理解、厳格なセットアップ、最適化されたツール、規律あるプロセス制御を中心とした系統的なアプローチが必要です。実証済みのパラメータとベスト プラクティスを遵守することで、整合性の高いコンポーネントの製造が保証され、工具寿命が最大限に延長され、全体的な費用対効果が達成されます。{{1}用途固有のアドバイスについては、材料および切削工具のサプライヤーと継続的に相談することを強くお勧めします。{4}