超合金加工
超合金-複雑な合金構造を反映する金属合金は、長い間主要なエンジニアリング材料の1つになっています。それらは非常に高い高温強度を特徴とするため、高温超合金（HTSA）または耐熱性超合金（HRSA）と呼ばれることがよくあります。超合金の歴史は、高い作動温度範囲で信頼性の高い材料を必要とするガスタービンエンジンの開発から始まりました。冶金学における集中的な研究と進歩の結果として、現代の超合金（SA）は、1000°Cを超える動作温度で長い耐用年数を提供します。
当然の今日最大の超合金消費者は航空およびに船舶用エンジンの生産者です。超合金は医療業界でもかなり一般的であり、整形外科手術の補綴インプラントに効果的に使用されます。更に超合金は様々なデバイスの重要な部分の不可欠な材料として発電や石油、ガス産業で広く普及しています。
製造業者は鋳造、鍛造、焼結など様々なかたちでSAワークピースを扱っています。ワークピースの製造方法も機械加工性に影響を与えます。例えば、鋳造品よりも鍛造品の方が研磨性が高く、焼結品に比べて摩耗性が大幅に低くなります。
その結果切削工具には大きな熱的および機械的負荷が掛かり工具の寿命が大幅に短くなります。因って超合金の加工では鋼や鋳鉄等他の一般的なエンジニアリング材料と比較して切屑除去時の発熱に直接関係する切削速度が大幅に低下します。切削速度の制限の直接的な結果は生産性の低下です。従って機械加工の難しさを克服し生産性を向上させる事がSA部品の製造業者にとっての重要課題なのです。
ISO 513規格によればチタン合金や超合金はISOSグループの用途に関連しています。優勢な元素に応じて超合金は鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）ベースの合金の3タイプに分けられます。被削性は以下の順序で低下します。オーステナイト系ステンレス鋼と比較できる鉄基合金から始まりグループ内で最も切断が難しい材料であるコバルト基合金という順序で。
超合金の機械加工の効率を上げる事は様々な科学的研究と技術的改善の焦点となっています。その結果SAコンポーネントの製造が大幅に進歩しました。製造業は高圧冷却（HPC）、最小量潤滑（MQL）、そして更には極低温冷却等の新しい機械加工戦略とクーラント供給を削減する革新的な方法を効果的に取り入れています。これにより超合金の機械加工の生産性が新たなレベルに引き上げられました。但しチタン合金の場合と同様SA加工の生産性を向上させる重要な要素は切屑を発生させるワークピースから材料層を直接除去する切削工具です。切削工具は工具の材料と形状をその特徴としておりこれは工具の成功または失敗の決定要因です。
今日においてコーティングされたて硬化されたカーバイドは超合金を機械加工するための切削工具の最も一般的な材料です。強度と耐摩耗性が相互に補完されるカーバイドグレードの開発は適切なカーバイド基板、コーティング組成、およびにコーティング方法を必要とする難しいプロセスです。この方向での画期的な可能性はほぼ皆無に近くなったであろうと信じている人々は驚くだろうと思いますが、切削工具の生産者は新たな効果的なカーバイドを諦めずに造り続けています。更に超合金の加工では切削速度を大幅に向上させるもう一つの工具材料であるセラミックは既にかなりの使用されています。
工具材料が主に材料科学や冶金学を満足させているのならば切削形状は工具設計の分野にその改良がその次の課題です。高性能の形状を確保するにはエンジニアリングに関する深い知識と技術スキルが必要です。一方発熱と加工硬化を最小限に抑えるために正のすくい角、十分に大きな逃げ角、およびに鋭い刃先が必要です。他方このような形状はかなりの機械的負荷に耐えるはずである刃先を弱めます。従って正しく設計された最先端の条件が重要な成功要因となります。焼結カーバイドインサートにはインサートのすくい面の複雑な切屑成形や切屑の形状を可能にするという利点があります。今日の有限要素法を使用したチップ形成およびにプレスプロセスのコンピューターモデリングは既に設計段階にある形状を最適化するための効果的なツール形状を可能にします。ソリッドエンドミルでは数々の可変ピッチ設計により振動強度が向上します。これらのエンドミルの刃先は研削作業によって製造され、剥離や刃先の欠陥を排除するために、技術的なプロセス要件を厳密に順守する事が最重要ポイントです。
切削工具製造業者超合金の機械加工を目的とした製品ポートフォリオの改善に細心の注意を払っています。このISCARのニュースは優れた指標となる可能性があります。
フェースグルービング超合金とオーステナイト系ステンレス鋼のために過去数年にわたって導入された超硬グレードIC806は、ISCARのスレッディングおよびにディープドリルラインにへの採用を成功裏に収めました。このグレードはハードサブミクロン基板とISCARのSUMOTECテクノロジーに準拠したポストコーティング処理を施したPVDTiAlN / AlTiNコーティングを備えています。IC806は剥離や欠けに対する顕著な耐性を提供し信頼性と再現性のある結果を維持させます。
超硬エンドミルと交換可能なヘッドによる超合金の加工において超微細粒子基板とナノ層PVD TiAlNコーティングを組み合わせたグレードIC902は非常に高い耐摩耗性を保証し工具寿命を延ばします。このグレードは切断が困難なコバルトクロム合金で作られた人工膝関節および股関節の交換用デバイスの製造において非常に優れた結果を示しています。
ISCARは窒化ケイ素、SiAlON、ウィスカー強化グレード等の様々な切削セラミックから作られたISOSアプリケーション向けの製品の範囲を大幅に拡大しました。新しく導入されたセラミックアイテムはインデックス可能なインサートとソリッドエンドミルの両方を補充しました。
ISO規格の旋削インサート用の最新のすくい面設計F3MおよびF3Pは特に機械加工困難なオーステナイト系ステンレス鋼および超合金を対象としています。これらの正のすくい角形状は切削力を低減しスムーズな切削動作を保証し、すくい面のデフレクターのセットは切屑処理を改善します。旋削工具およびフライス盤用のセラミック両面インサートに対してISCARは、厳しい用途向けの新しい面取りおよび組み合わせ（面取りおよび丸み付け）最先端の条件オプションを追加しました。
ISCARは新しいインデックス可能なカッター本体とツールホルダーによる高圧冷却を目的としたソリューションの範囲を充実させました。例えば中央のボアに沿ってクーラントジェットチャネルを備えた多角形のテーパーシャンクを備えたサーマルシュリンクチャックはツールホルダー製品ラインによって更に強化されています。
結論として、HTSAの機械加工における生産性の向上の必要性は切削工具メーカーにとって継続的な課題でありそれを解決すべくの新たな効果的工具開発が近い将来行われる事でしょう。
Article by: ISCAR (THAILAND) Co., Ltd. & MEGA Tech