立方晶窒化ホウ素工具の特徴と切削応用

1.多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN）工具の特徴

PCBN工具はCBN粒子を原料とし、ボンドの存在下または非存在下で高温高圧下によって焼結され、その構造は焼結一体型と硬質合金基地付き焼結体です。PCBNは主にCBNで作られているため、PCBN工具にはCBNのさまざまな優れた性能があります。その性能指標を表1に示し、その主な特徴は次のとおりです：

表1各種工具材料の力学的性能

 

(1)高強度と耐摩耗性

多結晶立方晶窒化ホウ素は、結晶構造がダイヤモンドに似ており、ダイヤモンドに近い硬度と耐圧強度を持っおり、切削にPCBN工具を使用するとき、硬質合金工具とセラミック工具よりも耐摩耗性がはるかに高いです；強度の高い鋳鉄と高強度、高硬度、高熱感受性の鋼材または他の合金材料の加工に使用できます。

(2)優れた化学安定性

CBNは化学的安定性が高く、温度が1200〜1300℃に達しても鉄材料と反応せず、CBNは1000°Cの高温で酸化されず、耐酸化性が強いため、PCBN工具が切削加工を行う時には、 化学的摩耗が他の工具材料よりも小さく、さまざまな材料の切断および加工に使用できます。

(3)優れた熱伝導率と低摩擦係数

CBNの熱伝導率は、高速度工具鋼、セラミック、硬質合金の熱伝導率よりもはるかに高く、PCBN工具の熱伝導率は温度の上昇とともに増加します。 これにより、切削中の刃先温度が高くなりすぎないため、工具の耐久性の向上と工具の寿命の延びには役たちます。CBNが他の材料と相互作用する場合、摩擦係数は約0.1〜0.3であり、硬質合金と他の材料との摩擦係数（0.4〜0.6）よりもはるかに小さいため、切削力が低下し、切削温度が下がり、切削加工時のスティッキング現象が減少し、 切りくずの蓄積の発生を効果的に回避でき、それにより、工作物表面の加工品質を向上させます。

2.多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN）工具の応用

PCBN工具は主に、工具鋼、高速度工具鋼、焼入れ鋼、オーステナイト軟鉄などの難削材および高硬度材料（> HRC35）の加工に使用されます；耐摩耗性材料はねずみ鋳鉄、焼結鉄などのようなものです；難削材は表面コーティング材料、表面硬化合金、ダクタイル鋳鉄などのようなものであり、PCBN工具は、従来の研削プロセスを置き換えることができ、加工後の精度はIT5-IT6と同じくらい高く、表面粗さはRa0.8〜0.2μmに達することができ、 研削加工の精度が得られます。

2.1ねずみ鋳鉄の加工

高速切削ねずみ鋳鉄材料の高速切削は、PCBN工具の代表的な応用の1つであり、PCBN工具が高速ねずみ鋳鉄を切削するとき、工具の寿命はセラミック工具の20〜30倍に達することがあります。異なるブランドのPCBN工具に対して、CBN含有量が高いほど、PCBN工具の硬度、耐摩耗性、および熱伝導率が高くなります。ねずみ鋳鉄材料のフェライト含有量が10％以下の場合、PCBN工具の切削加工により適し、この時のPCBN工具の寿命がより長いであり、これはフェライトが多すぎると、切削中に高温でCBNのホウ素と反応して、PCBN工具の化学的摩耗が増大し、工具の寿命が低下するためです。ねずみ鋳鉄を切断する時、特に注意する必要な1つの側面は、適時性であり、つまり工作物が鋳造されてからPCBN工具が切断加工されるまでの時間であり、これは、ねずみ鋳鉄が大量の酸素と窒素を生成するためです。 PCBN工具の耐久性に害を及ぼすため、工具の通常の使用寿命を確保するために酸素と窒素が揮発するまでには少し時間がかかり、一般的な時効日数は10日です。

2.2焼入れ鋼の加工

焼入れ鋼は、典型的な難加工と耐摩耗材料で、これまで焼入れ鋼部品の精密加を完成するために研削が使用されており、PCBN工具を使用して焼入れ鋼を加工する場合、加工効率は研削よりも速く、 異なる形状の部品の切削加工にはより適しており、研削よりも柔軟性があります。PCBN工具はしばしば乾式切削を使用するため、切りくずの廃液の汚染を回避し、エネルギーを節約することもできます。 加工面の品質は研削と同等であり、研削よりも優れています。焼入れ鋼の高速切削中にPCBN工具によって生成される高熱により、被切削材料の切削領域が連続的に軟化して切削加工を行い、硬质合金工具と比較して、効率が大幅に向上し、工作物の表面粗さを改善し、加工精度を高めることができます。

2.3難削材

比べて言えば、ノジュラーまたはバーミキュラグラファイト鋳鉄の加工におけるPCBN工具の応用と利点は比較的小さいです。グラファイトまたはバーミキュラグラファイト鋳鉄の加工中、PCBN工具は深刻な化学的摩耗を生じやすく、工具の寿命が短くなります。したがって、部品の寸法精度と幾何公差を確保するためにPCBN工具を使用する必要がある場合、通常はコーティングしてPCBN工具を保護し、その耐久性を高めます。上記の典型的な応用に加えて、PCBN工具は、ニッケルベースの高温合金、表面硬化合金、硬質合金、セラミック、粉末冶金などの材料の切断にも使用できます。 加工効率、ワーク寸法精度、表面粗さ、工具耐久性に優れ、広く応用されています。

3.まとめ

PCBN工具は、加工効率が高く、工具の寿命が長く、加工コストが低く、これらは、ねずみ鋳鉄や焼入れ鋼などの非鉄金属の加工領域で広く応用されており、同時に、高温合金、溶射材料、硬質合金及びその他の難削材の高速切削加工を行うことができ、研削ではなく旋削加工が可能となり、加工効率が大幅に向上します。PCBN工具の応用は、黒い金属の硬質切削の加工問題を解決し、高速切削加工技術を促進する上で非常に重要な意義があります。