| セラミックス |
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| 【技術分類】 |
| ４−４ セラミックス |
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| 【技術の名称】 |
| ４−４−１ Al2O3-ZrO2系セラミックス工具による炭素鋼の高速正面フライス切削（２−１−２、６−１−２、７−２−１、８−１−２） |
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| 【技術内容】 |
| ジルコニア強化アルミナセラミックス（Zirconia Toughened Alumina:ZTA）工具の特性を調べ、炭素鋼の高速正面フライス切削に対する性能を調査した。 |
| ZTAの機械的性質はジルコニア粒径の大きさに大きく依存する。ZTAを電子顕微鏡により調査しAl2O3とZrO2の粒径を測定した。抗折試験等の試験結果と対比し、その結果から、ジルコニア粒径の小さいZTAが抗折強度（または抗折力）と破壊靭性に優れることを明らかにした。 |
| Al2O3-ZrO2セラミックス工具のほか、Al2O3-TiCおよび純アルミナ系（Al2O3）の各セラミックス工具を使用し、炭素鋼S45Cについて切削速度400および600m/minの条件で正面フライス切削試験を行った。一部超硬合金（P10）工具も使用した。この内、600m/minの場合の摩耗進行曲線を図１に示す。逃げ面摩耗については工具間に極端な差は認められない。しかし、すき面摩耗には明確な差が認められ、超硬合金工具では特に大きなクレータ摩耗が生じている。Al2O3-ZrO2セラミックス工具はクレータ摩耗が最も小さかった。 |
| しかし、同じ炭素鋼を旋削した場合は、これら３つのセラミックス工具はほぼ同じ耐クレータ摩耗性を示した。この原因を探るため、これらの工具とFeO（酸化した切屑）との反応性を調べた。その結果、Al2O3-ZrO2セラミックス工具はAl2O3-TiCセラミックス工具より安定であるがAl2O3セラミックス工具とは同等であるとわかった。他方、Al2O3-ZrO2セラミックス工具は、ZrO2の相変態から、正面フライス切削時の衝撃によりすくい面底部に圧縮残留応力が発生していると推定した。これらに基づき、Al2O3-ZrO2セラミックス工具の優れた耐摩耗性は、同工具のFeOに対する安定性と工具表面の圧縮残留応力による耐衝撃性のいずれもが寄与していることを明らかにした。 |
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| 【図】 |
| 図１ 正面フライス切削時の摩耗進行曲線（S45C） |
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| 出典：「Al2O3-ZrO2系セラミック工具による炭素鋼の正面フライス切削」、「精密工学会誌 59巻 ９号」、（1993年９月）、林桂、山根八州男、鳴瀧則彦著、精密工学会発行、1504頁 Fig.６ Wear progress curves of tested tools when milling S45C at 400m/min、Fig.７ Wear progress curves of tested tools when milling S45C at 600m/min |
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| 【応用分野】 |
| 炭素鋼の正面フライス加工 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「精密工学会誌 59巻 ９号」、（1993年９月）、林桂、山根八州男、鳴瀧則彦著、精密工学会発行、1501頁〜1506頁 |
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| 【技術分類】 |
| ４−４ セラミックス |
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| 【技術の名称】 |
| ４−４−２ 炭化チタン基セラミックスチップ（１−１−１、６−１−２、７−１−１、８−１−１） |
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| 【技術内容】 |
| 炭化チタン基セラミックスは炭化チタン：アルミナが７：３の割合でホットプレス法により製造される。 |
| このセラミックスの特徴は、アルミナ基と比べ耐アブレイシブ摩耗性と耐熱衝撃性に優れる。これは主成分である炭化チタンの特性によるものである。炭化チタンの添加量と摩耗量（逃げ面摩耗Vβおよびクレータ摩耗KT）との関係を図１に示す。 |
| アプリケーションは、近年加工の増加しているダクタイル鋳鉄および普通鋳鉄の高速ウェット旋削や普通鋳鉄の高速化仕上げフライス加工などである。FCD55を旋削したときのV-T線図を図２に示す。炭化チタン系セラミックスの特性を見ることができる。 |
| ダクタイル鋳鉄の仕上げ旋削におけるサーメット工具と比較したときの切削速度と寿命向上率をプロットし領域を図３に示す。サーメット工具より一層高い300〜500m/minの高速域で有利なことを示す。 |
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| 【図】 |
| 図１ アルミナ/炭化チタン比と切削性能の関係 |
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| 出典：「新マシニング・ツール事典」、（1992年）、大河出版発行、283頁 図3.20 アルミアー炭化チタン比と切削性能の関係 |
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| 図２ FCD55を旋削したときのV-T線図 |
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| 出典：「新マシニング・ツール事典」、（1992年）、大河出版発行、283頁 図3.21 FCD55を旋削したときのV-T線図 |
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| 図３ ダクタイル鋳鉄の仕上げ加工における寿命向上領域 |
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| 出典：「新マシニング・ツール事典」、（1992年）、大河出版発行、283頁 図3.22 ダクタイル鋳鉄の仕上げ加工における寿命向上領域 |
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| 【応用分野】 |
| 鋳鉄の旋削加工、転削加工 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「新マシニング・ツール事典」、（1992年）、大河出版発行、282頁〜283頁 |
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| 【技術分類】 |
| ４−４ セラミックス |
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| 【技術の名称】 |
| ４−４−３ セラミックスチップ複合ボールエンドミルによる加工（２−２−４、４−２−１、４−２−２、６−１−２、６−２−１、６−２−２、７−１−１、７−１−２、８−１−１） |
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| 【技術内容】 |
| 最近の金型加工においては、倣い加工からNC加工へと移行してきており、それにつれて高速、高精度加工の重要性が増大してきている。 |
| 鋳物を中心とした大型のプレス金型を対象とした高速加工用工具として、周速が小さくピッチングが発生しやすい先端中心部に、先端をR形状とした超硬合金チップを、周速が大きい外周部には耐摩耗性に優れた窒化珪素系のセラミックスチップを配置した複合ボールエンドミルを採用し、加工時間を超硬合金工具使用時の約１／２に低減することができた。 |
| 加工部の形状を図１に示す。また、使用工具と切削条件を図２に、複合ボールエンドミルの外観を図３に示す。加工時間は工具ｂR25の全面荒加工で約35分、工具ｅR10の全面仕上加工で約４時間であった。いずれの場合もチッピングなどの損傷は認められず、摩耗量もわずかで連続使用が可能な状態であった。 |
| 金型加工では、工具が軸方向に突込む加工が多いが、この時の工具に対する衝撃を防止するため、立壁部のペンシル加工を実施しており、このペンシル加工および超硬合金工具（φ16〜φ６）による細部仕上加工を含めた全加工時間は７時間弱であった。 |
| なお、３次元形状を高速で加工する場合、従来のNC機では次のような問題が発生する。 |
| （１）送り指令値を上げても、NCの処理が追いつかないため、ある程度以上送りが上がらない。 |
| （２）コーナ部など形状急変部では、機械が指令値に追従できずに形状精度が著しく低下する。 |
| したがって、３次元形状を高速かつ高精度に加工するためには、高速NC機能（高速演算機能および精度を維持するための制御機能）を備えたNC機を使用する必要がある。 |
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| 【図】 |
| 図１ 工作物と加工箇所 |
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| 出典：「セラミックボールエンドミルによる加工」、「加工技術データファイル 加工事例 No．1539」、（1991年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、１／３頁 図１ 工作物と加工箇所 |
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| 図２ 使用工具と切削条件 |
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| 出典：「セラミックボールエンドミルによる加工」、「加工技術データファイル 加工事例 No．1539」、（1991年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、３／３頁 表１ 使用工具と切削条件 |
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| 図３ 複合ボールエンドミル |
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| 出典：「セラミックボールエンドミルによる加工」、「加工技術データファイル 加工事例 No．1539」、（1991年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、２／３頁 図２ 複合ボールエンドミル |
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| 【応用分野】 |
| 普通鋳鉄のエンドミル削り |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「加工技術データファイル 加工事例 No．1539」、（1991年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、１／３頁〜３／３頁 |
