皮膜組織微細化し寿命改善

「ＴＨ３コーティング」開発

図１　従来皮膜とＴＨ３コーティングの破壊形態の違い

　以前から高硬度金型材の直彫りに伴う工具の短寿命化がユーザーを悩ませている。被削材がロックウェル硬さ（ＨＲＣ）５０を超える硬さになると工具刃先に加わる衝撃が非常に大きくなり、かつ切削温度が上昇するので工具寿命は短くなる。

　これら課題を受け、当社では従来の皮膜に対して皮膜組織を微細化させた「ＴＨ３コーティング」を開発し、耐衝撃性と耐摩耗性を向上させ工具寿命の大幅な改善を実現した。

　図１は従来皮膜とＴＨ３コーティングの皮膜組織と破壊形態を比較した模式図である。従来皮膜の組織は粗く、衝撃で大きく破壊され、早期に寿命を迎えるのに対し、ナノレベルで微細化された組織を採用したＴＨ３コーティングは、衝撃での破壊規模を小さくすることができ工具損傷の抑制、長寿命化を実現している。

切削熱下げる効果も／多刃化による高能率加工

写真１　エポックハイハードボール（ＥＨＨＢＥ―ＴＨ３）

写真２　エポックハイハードラジアス（ＥＨＨＲＥ―ＴＨ３）

　高硬度鋼を高能率で加工するためのアプローチとして、荒加工では多刃化による能率向上、仕上げ加工では新コンセプトの異形工具を使って加工ピッチを大きくすることでの高能率化を紹介する。

　まず、荒加工での高能率加工へのアプローチとして、ソリッドエンドミルの多刃化は以前から検討されてきたが、多刃化による課題も多い。市場では依然としてボールエンドミルでは２枚刃、ラジアスエンドミルでは４枚刃が一般的で広く普及している。

　高硬度鋼加工における多刃化のメリットは刃数を増やすことでの高能率化はもちろんのこと、同じ送り速度、１刃送り量において、従来の刃数の少ない工具と比較して切削速度を下げることができ、切削熱を下げることでの寿命向上も可能になる。

　当社の高硬度鋼加工用の超硬ソリッドエンドミルには、ボールエンドミルでは４枚刃のエポックハイハードボール（ＥＨＨＢＥ―ＴＨ３）、ラジアスエンドミルではエポックハイハードラジアス（ＥＨＨＲＥ―ＴＨ３）をラインアップしている。

　写真１に示すエポックハイハードボールは多刃化に伴うこれまでの課題を次のように解決し、４枚刃においても高能率で長寿命な工具性能を実現している。

▼エポックハイハードボール（ＥＨＨＢＥ―ＴＨ３）の特徴
（１）工具先端部まで４枚刃を備えることで高能率加工と寿命向上を実現
（２）４枚の刃を不規則に配置した不等分割設計を適用することでびびり振動を抑制
（３）高硬度鋼加工用のＴＨ３コーティングで長寿命

　ラジアスエンドミルであるハイハードラジアスも６枚刃に多刃化することで高能率化を実現している（写真２）。底刃に複合Ｒ形状を採用しており、従来ラジアス形状（正Ｒ）と比較して切りくずの厚みを薄くすることで切削負荷と切削熱の集中を抑えることが可能である。さらに、強ねじれ形状に設計することで優れた切りくず排出性を実現させている。

▼エポックハードラジアス（ＥＨＨＲＥ―ＴＨ３）の特徴
（１）６枚刃で高能率加工を実現
（２）低抵抗ラジアス刃形状で切りくず厚みを低減
（３）高硬度鋼加工用のＴＨ３コーティングで長寿命
（４）独自の外周刃形状によってコーナーでのびびり振動を抑制

仕上げ時間大幅短縮／５軸加工対応異形工具ＧＡＬＬＥＡシリーズ

　金型加工において加工時間の多くを占める仕上げ加工工程では、金型精度および要求面粗さの観点から、従来工具では加工時間短縮に苦慮している状況である。これらの背景より、当社は切れ刃形状を大きく変えた新しいコンセプトの異形工具ＧＡＬＬＥＡシリーズを開発した。

　このコンセプトは、従来ボールエンドミルやラジアスエンドミルに比べ、同じ工具径でも加工ピッチを大きく設定することが可能であり、市場での要望である仕上げ加工時間の大幅な短縮が期待できる。今回は従来工具を使用した３軸制御マシニングセンター（ＭＣ）での加工と、ＧＡＬＬＥＡシリーズを用いた５軸制御ＭＣでの加工のメリットを紹介する。

　ＧＡＬＬＥＡシリーズには、比較的大径の刃先交換式のインサートタイプからソリッドエンドミルタイプまで幅広くラインアップしており、今回はＧＡＬＬＥＡシリーズ唯一のソリッドエンドミルタイプであるＧＳ４ＴＮ―ＴＨ３を紹介する。

１本の工具に工程集約／工具交換時の加工段差軽減

写真３　異形工具ＧＡＬＬＥＡ（ＧＳ４ＴＮ－ＴＨ３）

図２　従来ボールエンドミルとＧＳ４ＴＮ－ＴＨ３との加工方法の比較

　写真３にＧＳ４ＴＮ―ＴＨ３の工具外観を示す。ＧＳ４ＴＮ―ＴＨ３は外周に大きなＲを持ったバレル刃と、先端に小さなＲを持った先端刃で形成された複合Ｒの異形工具であり、外周バレル刃で加工ピッチを大きくとった高能率仕上げ加工と、先端Ｒ刃を用いた隅部、およびフィレット部の加工が１本の工具で同じ剛性感で加工できる特徴を持っている。

　特に外周バレル刃を使った仕上げ加工では従来同径のボールエンドミルやラジアスエンドミルよりも大きな加工ピッチをとることができるため、大幅な加工時間短縮が可能となる。また、従来は２本を要していた工程を１本の工具に工程集約するメリットと、工具交換による段差の軽減による磨き工程時間短縮を実現できる新しいコンセプトの工具である。

　図２に従来ボールエンドミルによる３軸加工と、ＧＳ４ＴＮ―ＴＨ３を用いた５軸加工のメリットを示す。従来工具による３軸加工では、加工形状の最小Ｒサイズに伴って工具交換が必要となり、最終的には図２で示すような小径かつ首の長い工具を使用せざるを得ない。

　首下径の違いは工具剛性に影響するため、コーナー隅部に加工段差が生じやすくなり、そのため追い込み加工による加工時間増大につながってしまう。ＧＳ４ＴＮ―ＴＨ３は異なるＲ刃サイズを有することで、これまで課題の多かった仕上げ加工時間の短縮や、加工面の品質改善および磨き工程時間の短縮を可能にする。

　近年、５軸制御ＭＣの普及が進み、金型をはじめとする複雑形状の切削加工技術は日々進化している。この５軸制御ＭＣの性能を最大限に引き出す工具として当社ＧＡＬＬＥＡシリーズが貢献できることを願っている。さらに、複雑な曲面集合体の加工や同時５軸加工では異形工具に対応したＣＡＤ／ＣＡＭソフトウエアが必須である。

　これら異形工具形状を定義できるＣＡＭも近年増えており、高精度な加工が可能となってきている。これら周辺技術との融合によって、当社提唱の加工コンセプトであるＨｉ―Ｐｒｅ２をより具現化できると考える。

　以上、紹介してきた最新のエンドミルが高硬度金型における高能率加工の課題解決に役立てれば幸いである。

（日刊工業新聞 2020年8月5日付 13面～15面）