金属切削技術と工具開発状況

金属切削技術と工具開発状況

20世紀半ば以降、マイクロエレクトロニクス、情報技術、材料科学などの科学技術の成果と工学の進歩の加速により、製造業と製造業の急速な発展が促進されてきました。 20世紀の終わりまでに、驚くべき結果が達成されました。この進歩は世界経済の発展に大きく貢献しており、世界経済の原動力として高く評価されています。

この歴史を要約し、人間社会、経済、文明の発展を振り返ると、政府は製造業の重要性を新たに理解しています。ハイテク産業や新興産業が経済を大きく推進している今日でも、製造業は依然として国民経済です。そして、包括的な強さの基盤。製造業の発展に注意を払い、その発展を加速させることは、世界で強力な国になりました。特に中国のような発展途上国は、製造業と製造業の技術の発展にまれな機会と新たな挑戦をもたらしました。

この間、製造技術の基礎技術である金属切削技術も急速に発展し、高速切削の開発、新しい切削工程や加工方法の開発を特徴とする新たな発展段階に入りました。 、および完全な処理技術の提供。これは、CNC工作機械、制御システム、工具材料、コーティング技術、工具構造、その他の技術の包括的な進歩を含む、製造技術の包括的な進歩と革新に基づいています。同社の総合的な効果により、切削技術の全体的な進歩が促進されました。全体的なレベルを新しいレベルに引き上げます。この高さの主な特徴と技術的特徴は、高速切断であり（表1）、切断プロセスを高速切断の新しい段階にマークします。

これまで、高速切断は高度な製造技術の重要な部分であり、重要なシンボルとなり、製造業、自動車産業、航空宇宙産業、金型産業、およびその他の主要産業部門の重要な技術になりました。先進国では、高速切断が実用的な新技術になっています。高速切断新技術の積極的な開発と適用は、企業が処理効率と製品品質を改善し、製造コストを削減し、リードタイムを短縮し、競争力を向上させるための重要な手段になっています。重要な技術的および経済的利益。そのため、高速切断技術に代表される高度な切断技術の開発と応用を加速することは、さまざまな国の製造および製造技術のさまざまな分野でコンセンサスになっています。

切削技術と工具開発状況

まず、高速切断などの新技術を生み出し、加工効率を向上させました。

高速切断は、新しい切断プロセスとして独自の利点があります。まず、切削効率が大幅に向上しました。自動車エンジンの5ピース加工を例にとると、過去10年ほどで、アルミ合金製シリンダーヘッド加工用のPCD正面フライスなど、生産効率が約1〜2倍向上しています。粉砕速度は4021m / minに達し、送り速度は5670mm / minであり、1990年代初頭に中国で導入された生産ラインの2倍になっています。たとえば、灰色の鋳鉄シリンダーを仕上げるためのCBN正面フライスは、従来の超硬正面フライスカッターよりも10倍優れた2000m /分のフライス盤速度を持っています。第二に、高速切断も製品の品質を向上させ、製造コストを削減し、リードタイムを短縮するのに役立ちます。また、高速切断技術をベースに、乾式切断（準乾式切断、微量潤滑切断）、ハード切断（車の研削、フライス盤、研削）などの新技術が開発され、改善されるだけではありません。処理効率だけでなく、伝統を変えます。さまざまな切断作業の境界、および切断製造の新時代「グリーン製造」の創造。ハードカッティング技術は、自動車の歯車の内穴の機械加工と硬化金型加工のための非常に効率的な新しいプロセスになりました。図1は、65HRCを処理するための金型を示しています。

同時に、高速切削技術の大きな発展の可能性を反映して、さまざまな加工要件に応じて、高効率の機械加工プロセスまたは高送り速度の高生産性の機械加工プロセス（HPM、HSM）が登場しました。

第二に、超硬合金材料をベースにしたさまざまな工具材料の性能が大幅に向上しました。

超硬合金の性能を継続的に向上させ、塗布面を拡大することで切削の主な工具材料となり、切削効率の向上に重要な役割を果たします。 1つ目は、超硬合金材料の強度と靭性を大幅に向上させる、細粒、超細粒の硬質合金材料の開発です。それから作られた全体的な硬質合金ツール、特に汎用の大中型ドリルビット。エンドミルやタップなどの工具は、従来の高速度鋼工具の代わりに使用されます。これにより、切削速度と加工効率が数倍向上します。面の多い万能工具を高速切削の範囲に持ち込み、切削工程に完全に参入します。高速切断ステージの半分が敷設されています。現在、超硬工具全体が国内外の工具会社の定番製品となっており、切削加工レベル全体の向上に伴い、ますます広く使用されるようになります。現在、国内のHunan Diamond Carbide Tools Co.、Ltd.、Shanghai Tool Factory Co.、Ltd.、Siping Xinggong Cutting Tool Co.、Ltd。およびその他の企業も、ソリッドカーバイドエンドミル、タップ、ドリルおよびその他の製品を製造できます。図2に示すように、Hunan。ダイヤモンドカーバイドで製造された超硬工具。それだけでなく、一部の複雑な成形工具にも超硬工具が使用されています。第二に、超硬合金の圧力焼結などの新しいプロセスの開発と使用により、超硬合金の本質的な品質が向上しました。さまざまな加工ニーズに対応する特殊グレードの開発により、超硬合金の性能がさらに向上しました。化学コーティングされた超硬合金インサートグレードの母材の場合、塑性変形に強く、表面が硬いグレードの超硬合金が開発され、コーティングされた超硬合金インサートの切削性能と適用範囲が改善されました。

セラミックやサーメットの工具材料の種類が増え、強度と靭性が向上し、適用分野と加工範囲が拡大し、鋼と鋳鉄の仕上げと半仕上げで硬質合金が置き換えられました。加工効率と製品品質を向上させました。現在、このような工具材料は、単品の小ロット生産だけでなく、組立ラインの大量生産にも使用でき、低価格であるため、乾式切削やハードの好ましい工具として使用できます。切断。

PCDおよびCBN超硬工具材料の靭性と製造プロセスの改善により、アプリケーション分野が拡大しました。自動生産にはCBN製のシリンダボーリング工具が使用されていますラインだけでなく、鋳鉄や焼入れハードウェアの加工においても、仕上げ分野から半仕上げ分野へと拡大し、切削効率を大幅に向上させました。アルミニウム合金は、航空宇宙産業および自動車産業において重要な材料です。アルミニウム合金の高効率処理は、これら2つの産業分野における重要な技術です。現在、PCDを使用したさまざまな高性能工具の幅広い用途により、切削効率が大幅に向上し、最高になっています。切削速度は7000m / minに達しました。製品は、元の旋削工具や正面フライスからエンドミル、ドリルビット、リーマ、成形工具などに拡張されました。 PCDは、グラファイトや合成材料などの非金属材料を処理するための唯一の効率的なツールでもあります。 CBN・PCD工具の普及により、工具の種類がさらに増え、応用分野がさらに拡大し、高速・高効率加工に向けた切削加工の開発につながることが予想されます。

高速度鋼材料の開発は、工具材料の開発でまだ言及されています。高速度鋼および超硬合金の売上高は年間約5％減少しますが、高性能コバルト高速度鋼および粉末冶金高速度鋼の使用が増加しています。これら2つの高性能高速度鋼は長い歴史があり、通常の高速鋼よりも優れた耐摩耗性、赤色硬度、信頼性、特に粉末冶金高速度鋼の性能を備えていますが、価格が高いため、使用されています困難な材料を処理するために航空宇宙産業で使用されます。切削効率の追求とコンセプトの変化により、これらの高性能高速度鋼工具は、ドリル、エンドミル、タップなどの汎用工具やギアカッター、ブローチなどの自動ラインで最初に広く使用されています。洗練されたツール。切削速度と加工品質の向上、信頼性の高い使用、工具寿命の延長を実現しました。近年、上記の高速度鋼製工具を拡張して一般加工に応用し、海外の高速度鋼工具の従来品となっています。

要約すると、さまざまな工具材料の開発において、超硬合金が主導的な役割を果たしますが、他の工具材料の性能も大幅に改善され、それぞれの応用分野が拡大し、さまざまな工具材料が形成されています。全体的なパターンを補完するために互いに置き換わる独自の利点と使用範囲があります。工具材料の包括的かつ迅速な開発は、今日の高速、高効率の金属切削の基礎を築いたと言えます。

第三に、コーティングは工具の性能を向上させるための重要な技術です。

ツールのコーティング技術は、最新の切削工具および切削工具の開発において重要な役割を果たします。それは、特に近年、その開始以来非常に急速に発展してきました。化学コーティング（CVD）は、インデックス可能なインサートの主要なコーティングプロセスです。中温CVD、厚膜酸化アルミニウム、遷移層などの新しいプロセスが開発されました。基材の改良により、CVDコーティングは耐性があります。摩耗と靭性の両方が改善されます。 CVDダイヤモンドコーティングも進歩し、コーティングの表面仕上げが改善され、実用的な段階に入っています。現在、異質炭化物割出しインサートのコーティング率は70％以上に達しています。この間、物理コーティング（PVD）の進歩は特に顕著であり、高速切断、乾式切断、およびハード切断に適した耐熱性だけでなく、炉の構造、プロセス、および自動制御においても大きな進歩が見られました。カッティングが開発されました。などのより良いコーティングスーパーTiAlN、TiAlCN汎用コーティングで、全体的な性能とDLC、W / C減摩コーティングが向上し、コーティング構造の革新により、ナノ層および多層構造が開発され、コーティングの硬度と靭性が向上します。表2は、スイスのPLATIT社の最新のコーティングを示しています。

PVDコーティング技術の新しい開発は、ツールの性能を向上させるコーティング技術の大きな可能性と独自の利点を示しています。新しいコーティングは、コーティングプロセスパラメータの制御とターゲットガスと反応ガスの調整を通じて開発できます。処理の多様性のニーズを満たすために、ツールのパフォーマンスを改善および改善するための高速で優れたテクノロジーであり、非常に幅広いアプリケーションの見通しがあります。

第4に、ツール構造の革新により、従来の標準ツールの外観と単一の機能が変更されました。

製造業の急速な発展に伴い、自動車産業、航空宇宙産業、金型産業などの主要産業は、切削加工に対するより高い要件を提唱し、インデックス可能なツールの継続的な開発を促進しています。自動車産業の組立ライン用に開発された特別なツールセットは、オンデマンドでツールを供給するという従来の慣行と「密室製造」を打ち破り、革新的な加工技術、加工効率の向上、投資の節約のための重要な技術的要素になりました。新しい役割を果たしています。図3は、WIDIAのクランクシャフト加工の新プロセス用の高速フライスです。

金型業界は、高効率、単一部品、小ロット生産、金型材料の高硬度、困難な加工、複雑な形状、大量の金属除去、短納期を特徴とし、インデックス可能な工具の革新の強力な原動力になります機能面フライス、各種ボールエンドミルカッター、モジュラーエンドミルシステム、ボーリングおよびフライス、大型フィードフライスなどの構造。1990年代以降の切削加工の発展を振り返ると、金型業界は今もなお新しい高速切断、ハード切断、乾式切断プロセスの発祥の地。

大型アルミニウム合金部品を効率的に処理する航空宇宙産業のニーズを満たすために、新しい高速アルミニウム合金正面フライスおよびその他の工具が開発されました。図4は、サンドビックの高速正面フライスで、最高速度は24000r / min、切削速度は24000r / minです。 6000m /分です。

同時に、旋削用の高効率ブリスターブレード、前角のある複雑なサイズのフライスブレード、ボールエンドエンドミルブレード、高速アンチスマッシングブレードなど、インデックス可能なインサートの新しい構造が登場しました。フライス刃など。

5軸リンケージCNC工具研削盤の機能向上とその応用の普及により、エンドミルやドリルビットなどの標準ユニバーサル工具の幾何学的パラメータが多様化し、従来の標準工具の古いパターンが変わりました。さまざまな加工材料や加工条件に適応できるため、それに応じて切削性能が向上します。いくつかの革新的な構造は、不等ねじれ角エンドミルなどの新しい切削効果も生み出します。標準のエンドミルと比較して、ねじれ角が等しくないエンドミルは、工具の振動を効果的に抑制し、加工仕上げを改善し、工具を増やすことができます。切削深さと送り速度。たとえば、さまざまなドリルチップタイプとさまざまな溝タイプのさまざまな超硬ドリル（図5）は、さまざまな材料に適応するためにShanghai Tool Works Co.、Ltd。によって導入されたさまざまなドリルビットとさまざまなドリルチップ研削フォームです。超硬タップと超硬ねじフライスの開発により、ねじ加工の効率​​が高速切削レベルまで向上します。特に、超硬ねじフライス盤カッターは加工効率が高いだけでなく、汎用性も高く、工具費を節約できます。

第五に、支援技術の急速な発展。

切断技術は、切断技術の進歩とともに徐々に発展していきます。それは現代の切削技術の不可欠な部分であり、工具ホルダーと工作機械のスピンドルの間を含め、切削技術と工具の急速な発展を維持しています。接続方法、ツールホルダーのツールクランプ、ツールシステムバランスおよびツール管理。

両面中空中空テーパーシャンク（HSK）工作機械と工具のインターフェースには、優れた接続剛性、高い位置決め精度、短いロードおよびアンロード時間などの利点があります。技術の促進はますます広く使用されています（図6 ）。この工具ホルダーの構造は公式の国際規格になり、多くの工作機械メーカーに受け入れられています。 HSKスピンドルインターフェースとツールシステムを備えた高速マシニングセンター、またはHSKツールホルダーを備えた統合ツールを導入しました。この新しいタイプのツールホルダーの強力な活力と有効な使用の見通し。同時に、サンドビックのキャプトシャンクやケナメタルのKMシャンクなど、HSKに似たシャンク構造を開発している企業もあります。近年では、高速加工用の既存の工作機械のニーズに対応するために、両面接触または3つの接触用の7:24インターフェースもあります。

高速回転工具の使用はまた、工具クランプに新たな要求を課します。高いクランプ精度、半径方向の振れ

さらに、高速回転工具にはバランスと安全性の要件があります。製造ミスや組立ミスによる構造の非対称性や偏心により、回転中心と高速回転のバランスが崩れています。周期的なラジアルフォースは、スピンドルのベアリングシステム、さらには機械の他の部分にも作用し、機械加工の品質、工具の寿命、および機械の性能に影響を与えます。この目的のために、高速回転工具の許容される不均衡と高速使用が指定されています。工具メーカーは、スピンドルにロードする前に高速切削を行うためのさまざまな調整可能なバランスツール、または回転工具と工具システムを開発しました。ダイナミックバランシングマシンでバランスを取り、不均衡を特定の範囲に制限します。ツールがスピンドルにロードされた後に発生する不均衡（偏心）の量を減らすために、新しいオンライン自動バランシング技術は、動作時にローターシステムとしてスピンドル、シャンク、およびツールのバランスを取ります速度。

高速切削では、工具の速度が10,000〜20000r / min以上になります。このとき、ブレード本体、ブレード、ブレードのクランプ部に大きな遠心力がかかります。回転速度がある臨界値に達したら、それで十分です。刃が抜けたり、クランプネジが折れたり、全身が折れたりします。このような状況では、機器や人身事故により事故が発生する可能性がありますので、高速切断技術を防止する必要があります。この目的のために、ドイツは高速回転工具の安全仕様を開発しました。これには、工具の設計、テスト、使用、およびバランス品質に関する厳しい規制があります。この仕様は、ヨーロッパ規格および国際規格になっています。

データによると、ツールの直接コストは製造コストの2％〜4％しか占めていませんが、ツールの使用と管理のコストは12％以上です。科学的なツール管理は、ユーザーにかなりのツールコストを節約し、製造コストを削減することができます。そのため、工具管理技術および関連するソフトウェアとハ​​ードウェアの開発は工具メーカーの事業範囲となり、単純な工具ロジスティクス管理から工具調達、識別を含むすべての工具事業のパッケージ契約まで、さまざまな形態の工具管理サービスをユーザーに提供しています。 、保管、オンサイトサービス、工具再研磨、プロセス改善、プロジェクト開発など。ユーザー企業は、この特殊なソーシャルサービスを利用し、高レベルの切断処理を維持し、コアテクノロジーの開発に集中できます。経済的および技術的な二重の収穫を達成します。

第六に、工具業界の新しいビジネスモデル。

切削技術の発展に伴い、工具業界は操作メカニズムに革命を起こしつつあります。ますます新しい生産モデルと新しいワークピース材料に直面して、「ツール」はもはや単純な製品ではありません。一度販売されると、それらはプロセスまたはライン処理技術を最適化するための重要なプロセス要素です。工具メーカーは、ユーザーが加工効率、製品品質を改善し、製造コストを削減するという目標を達成するのに役立つ完全な加工技術をユーザーに提供できなければなりません。これは、外国の工具メーカーの事業開発の方向性とビジネス目的になっています。現在、工具メーカーは、「ユーザーへのサービス提供」や「ソリューションの提供」など、さまざまな形態のビジネスサービスを通じて、工具業界をより高度な発展段階に導いてきました。事実は、外国の工具メーカーのこの慣行が製造業の発展を助長し、ユーザーにより多くの利益をもたらし、ユーザーに歓迎されることを証明しています。

高度な切断技術を適用して、中国の製造業の発展を加速します

中国共産党第16回全国大会は、豊かな社会を全面的に構築し、新たな工業化を実現するという課題を提唱しました。それは中国の行進の角を製造業から製造業へと吹き飛ばした。製造技術の基礎技術として、切削工具が基本的な加工装置です。それはこの歴史的な行進の最初の位置にあります。高度な切断技術と切削工具は、中国の自動車産業、航空宇宙産業、エネルギー産業、および支援機器の発展です。金型業界の前提条件。このような絶好の機会に直面して、私たちは中国の製造業にサービスを提供するために高度な切削技術と切削工具を最大限に活用する必要があります。

この目的のために、中国の工具産業は世界の工具産業との統合を加速し、技術革新を通じて高度なプロセス機器と技術を導入し、一流の工具製品を開発および生産しています。中国の工具産業株洲超硬合金グループと上海工具工場株式会社の2つの先駆者が、高い出発点と多額の投資で技術変革を主導し、中国でのスローアウェイチップと超硬工具の製造技術を完成させました。世界の上級レベル。同時に、外国の工具会社は、製造コストを削減し、サービス能力を向上させ、リードを短縮するために、中国の製造業の急速な発展と急速な発展の見通しに直面しており、中国での現地生産またはサービスのペースを速めています回数。外国の工具会社が中国市場に参入することは、従来の製造業を変革するために高度な工具を適用するための非常に有利な条件を提供すると言われています。加工技術と企業の競争力を向上させるためには、この好機を捉え、経済のグローバル化の課題に対応するために高度な切削工具を積極的に採用する必要があります。

企業が高度な切削技術の適用を加速する場合、各企業の状況は異なり、具体的な慣行も異なりますが、一般的な考え方として次の点を使用できます。

超硬工具、窒化ケイ素セラミック工具、CBNおよびPCD工具、高性能高速度鋼工具などの高性能工具材料で作られた工具、特定の生産状況の紹介の一種、段階的プッシュ、良い結果が得られます。現在、国内の工具メーカーもこれらの工具製品を部分的に供給することができます。

コーティングされたツールを大いに使用します。中国ではコーティングされたナイフの割合が非常に低く、宣伝の余地が大きい。適切なコーティンググレードは、加工条件に応じて選択する必要があり、望ましい結果を達成する必要があります。

インデックス可能なツールの使用が強く使用されます。インデックス可能なツールは長年中国で宣伝されてきましたが、さまざまな理由で進歩は十分に速くありませんでした。

開発はバランスが取れていません。しかし、この期間中に、インデックス可能なツールの技術は新たな進歩を遂げ、その種類は急速に増加し、より効率的で適切な方向に発展しました。湾曲したエッジフライス盤、ワイパー刃付きの旋削インサート、および汎用が開発されました。優れた円形ブレードと八角形ブレードを備えた製品は、アプリケーションに大きな可能性を秘めています。インデックス可能なツールを積極的に推進することは、企業の技術変革にとって重要なプロジェクトになるはずです。図7は、湖南ダイヤモンド切削工具株式会社が開発したカーブエッジインサートフライス盤です。

大規模な生産ラインでは、外国の経験から学び、新しいプロセスと特別なツールを開発し、効率を改善してコストを削減するか、効率を改善して投資を削減するための複合ツール集中プロセスを開発する必要があります。そのような作業は、結果を達成するために工作機械メーカーや工具メーカーと組み合わせる必要があります。これは、先進国では成熟した慣行です。

一体型の小ロット生産モードを採用している企業では、内部冷却ドリルやレーキフェースエンドミルなどの効率的な新しいツールを使用する必要があります。第二に、多機能ユニバーサルカッターを使用できるため、工具交換の時間を短縮できます。また、従来の穴あけ、フライス盤、研削などの工程限界を打ち破り、フライス盤、穴あけ、フライス盤、フライス盤、フライス盤、研削盤の工程を通じて新たな加工効果を実現する必要があります。さらに、工具管理を強化し、在庫を減らし、工具コストを削減します。

高度な切削工具や新技術を採用する場合、企業は社会化の道をたどるために工具の製造業者や販売業者の技術力に依存する必要があります。新しいワークピース材料、工具材料、コーティンググレードの現在の状況では、数千人がいますツールの種類の。彼らの専門家の助けを借りてのみ、あなたは正しいツールを選び、望ましい目標を達成することができます。これは現在の外国の工具製造でもあります。同社が積極的に推進している「システム供給」と「ソリューション提供」の経営理念。第二に、ツールのコストという誤った概念を打ち破る必要があります。つまり、優れたツールはコストがかかりすぎて使うことができないと考えています。中国の切削技術の進歩と国の工具産業の発展に長い間影響を与えてきたのはこの見方です。このツールは「高価」であり、製造コストの2％〜4％しか占めていません（中国のほとんどの企業では2％未満）。 「高価な」ナイフを使用するだけで、効率を大幅に下げることができ、1つの部品のコストを大幅に削減できます。企業のメリットは、最終的には投資を減らし、生産量を増やすという効果を実現します。特定の加工例を通して、工具のコストが各製品のコストを超えないことを証明することができます。

最後に、皆様のご尽力により、本機の切断技術を結集し、中国の製造技術の進歩に貢献していただきたいと思います。