加工コスト低减と生产効率向上を両立させた新材种を开発
难削材転削加工用材种「础颁厂2500/础颁厂3000」
住友电工ハードメタル株式会社
铃木 优太
自动车、航空機、石油ガス、医療分野などのシビアな環境下で使われる機器や部品には、耐熱性や耐食性に優れたニッケルやコバルト、チタンなどを主成分にした合金が多く使われています。これらの合金はその優れた材料特性ゆえに加工が難しく、「難削材」と呼ばれています。例えば、航空機に用いられるチタン合金は、切削加工時に高い熱と大きな負荷が発生するため、能率よく加工することが難しく、加工に使う切削工具も刃先が欠けてすぐに使えなくなってしまうという問題がありました。そのため、難削材に負けない強度と優れた切れ味を兼ね備えた工具が求められていました。
私たち住友电工ハードメタルは、长年にわたる素材开発の知见により、「难削材」という强敌に対して新たなコーティング膜と超硬母材を开発し、安定した加工と従来比2倍以上の寿命を実现する製品を完成させました。お客様からは加工コストを大幅に削减し、生产効率を向上させることができたと嬉しい言叶をいただき、开発者として大きな喜びを感じています。
使用済み工具から寿命を短くする原因を解明
难削材加工における课题を明确にするために、私たちが最初に取りかかったのは使用済み切削工具の回収です。破损した工具のコーティング膜や超硬母材にどのような现象が起きているのかを彻底的に観察、分析することで工具の寿命を低下させる原因を解明したのです。例えば、ニッケルを主成分とするインコネルという耐热合金の加工では、刃先の摩耗が进行することで切れ味が低下し欠损に繋がることを発见し、また、チタン合金の加工では、难削材加工时特有の刃先の発热や回転する工具の接触?离脱による温度変化で刃先が膨张?収缩を繰り返し、亀裂が発生していることがわかりました。高度な分析を行うにはそれなりの费用がかかりますが、开発を进めるうえでは损伤形态の解明が不可欠だと考え、上司に説明して十分な予算を组んでもらいました。先辈や上司からの轨道修正に助けられながらではありますが、勤続年数や立场にかかわらず、意思をしっかりと伝えれば尊重してもらえることに感谢しています。
热亀裂の模式図
新しいコーティング膜と超硬合金母材开発への挑戦
切削工具は、耐摩耗性を向上させるために母材と呼ばれる超硬合金にマイクロオーダーのセラミックコーティングが施されています。従来のコーティングは、强度不足により难削材の加工中に膜内に亀裂が発生し、刃先の损伤が急激に进行していました。私は试行错误の末、ボロン(硼素)という元素を添加することで膜の组织を微细化し、耐摩耗性に加え强度も向上できることを発见し、难削材加工で优れた性能を発挥するコーティング膜の开発に成功しました。また、并行して取り组んだ母材の开発では、原料となる炭化タングステン粉末の均粒化と、工具を成形するための焼结工程を改良することで、従来製品と比べて1.5倍の抗折力（曲げに対する强さ）を持つ、耐热亀裂性に优れた母材を手に入れました。こうして得た超硬合金母材とコーティング膜を当社独自の高密着技术でしっかりとつなぎとめることで、难削材を安定して加工できる、长寿命の切削工具をお客様に届けることができるようになりました。
お客様からの感谢の言叶を励みに
快适な社会を実现するために被削材はますます硬く削りにくくなり、その一方で製造现场からは加工のさらなる効率化が求められることは间违いありません。难削材は高価な材料ですので、お客さまは加工トラブルやロスには敏感です。私たちの开発した新材种は、そういったお客さまの课题の多くを解消してくれると信じています。
今回の製品开発では、市场调査から试作评価、量产生产技术、拡贩までを一手に任されました。命令されてやるのではなく、主体的に责任を持って取り组めたことが结果として损伤メカニズムの解明とベストな新材种の开発につながったと感じています。当社グループは海外にも多くの拠点を抱えており、我々の製品は世界各国のお客様に大変ご好评をいただいております。これからも、厳しい使用条件に耐え、世界中のお客様にお役立ていただける革新的な製品を开発し続けていきたいと思います。
関连情报
(一社)粉体粉末冶金协会
?2021年度秋季大会 「AlTiBN膜の難削材加工用工具への適用」 口頭発表
?第40回 技術進歩賞受賞
