旋削加工において、切削インサートの選定は、加工効率、表面品質、および生産安定性に直接影響します。材料、切削条件、工作機械の性能によって、インサートの形状、グレード、およびコーティングは異なります。インサートが適切に選定されない場合、刃先欠け、振動、表面仕上げ不良、工具寿命の短縮といった問題が発生する可能性があります。インサートを適切に組み合わせることで、安定した加工性能を確保し、生産コスト全体を削減することができます。
旋削インサートの基本タイプ
旋削インサートは、形状と用途に基づいて様々な種類に分類できます。それぞれの構造は、特定の加工条件に合わせて設計されています。
一般的なインサート形状
一般的なインサート形状には以下のようなものがあります。
- 三角形インサート：汎用性が高く、荒加工および半仕上げ加工に適しています。
- ダイヤモンドインサート：仕上げ加工や輪郭加工に最適
- 角型インサート：強力な切削刃を備え、重切削加工に適しています。
- 丸型インサート：断続切削や高衝撃条件に適しています
刃先の角度によって切断の安定性は異なります。鋭利な刃先は仕上げ作業に適しており、強度のある刃は重切削に適しています。
一般的な挿入材料
挿入材の種類によって、耐摩耗性と耐熱性が決まります。一般的な種類は以下のとおりです。
- 超硬インサート：最も広く使用されており、一般的な鋼材加工に適しています。
- コーティングされたインサート：耐摩耗性と熱安定性を向上させます
- セラミックインサート：鋳鉄の高速加工に適しています
- CBNインサート：硬化材に使用
- PCDインサート：アルミニウム合金および銅合金に最適
インサートの材質によって、使用条件や工具寿命性能が左右される。
ワークピースの材質に基づいたインサートの選択
異なる素材には異なるインサート特性が必要であり、適切な組み合わせが不可欠です。
炭素鋼および合金鋼
炭素鋼は比較的加工しやすく、幅広い種類のインサートを選択できる。
一般的な選択肢は次のとおりです。
- コーティングされた超硬インサート
- 中程度の靭性グレード
- 汎用ジオメトリ
45鋼を機械加工する際には、脆性破壊や過度の摩耗を避けるために、切れ味と耐衝撃性のバランスが求められる。
ステンレス鋼の機械加工
ステンレス鋼は切削加工中に加工硬化を起こしやすいため、機械加工がより困難になる。
推奨挿入機能：
- 高耐熱性
- 付着防止コーティング
- 適切に設計されたレーキ角
ステンレス鋼の機械加工では構成刃先がよく発生するため、工具の接触状態が頻繁に変化しないように、安定した切削条件を維持する必要があります。
アルミニウム合金の機械加工
アルミニウムは柔らかいが、刃先が盛り上がってしまう傾向があるため、鋭利な刃先が必要となる。
適切な挿入物には以下が含まれます。
- PCDインサート
- 高度に研磨されたエッジインサート
- 専用アルミニウム加工インサート
アルミニウム加工では、表面品質と切りくず排出が非常に重要視されます。鋭利な刃先とスムーズな切りくずの流れは、切削屑の付着や表面の傷を防ぐために不可欠です。
高硬度材料加工
焼入れ鋼や金型鋼には、高性能な切削工具が必要です。
推奨される挿入物は以下のとおりです。
- CBNインサート
- セラミックインサート
- 耐摩耗性に優れたコーティング超硬インサート
機械加工は、安定性と工具寿命を確保するために、一般的に切削深さを小さくし、送り速度を低くして行われます。
挿入形状パラメータの影響
インサートの形状は、切削力、切りくず制御、および表面仕上げに直接的な影響を与える。
すくい角と逃げ角
レーキ角は切断の切れ味に影響を与える。
- すくい角が大きい：切削力が軽く、軟質材料に適しています
- すくい角が小さいほど、刃先が強くなり、硬い材料に適しています。
逃げ角は摩擦挙動に影響を与える。
- 小さすぎると摩擦が増え、発熱量も増加する。
- 大きすぎると、エッジの強度が弱まります。
加工条件に応じて、切れ味と強度とのバランスが求められる。
鼻の半径
ノーズ半径は加工結果に大きく影響する。
- 半径が大きいほど表面仕上げは良くなるが、切削力は高くなる。
- 半径が小さい：細かい輪郭に適しているが、耐久性は低い
仕上げ加工では、表面品質を向上させるために、より大きなノーズ半径を用いることが多い。
チップブレーカー設計
チップブレーカーの形状は、チップ制御に影響を与える。
- 幅広チップブレーカー：粗加工に適しています
- タイトチップブレーカー：仕上げ作業に適しています
- 特殊な設計：長いチップの絡まりを防ぎます
切りくずの排出不良は、切削温度の上昇や工具寿命の短縮につながる。
加工条件に合ったインサート
安定した性能を確保するためには、インサートの選定が加工条件に合致している必要がある。
切断速度の互換性
インサートの種類によって、動作速度範囲が異なります。
- 超硬インサート：中速～高速
- セラミックインサート：高速加工
- CBNインサート：超高硬度と高速切削
切削速度が不適切だと、早期摩耗やインサートの破損につながる可能性があります。
切削パラメータのマッチング
挿入機能によってパラメータの制限が定義されます。
- 頑丈なインサートが重切削にも耐える
- 仕上げ用インサートには小さな送り速度が必要です
- 荒削り用インサートは、高い材料除去率を実現するように設計されています。
安定した加工を行うためには、パラメータはインサートの性能と整合していなければならない。
機械剛性の影響
高性能なインサートであっても、機械の剛性が不十分な場合は破損する可能性がある。
このような場合:
- より安定した挿入形状を使用する
- 鼻の半径を小さくする
- 切削条件を低くする
挿入選択における一般的な問題
実際の機械加工において、インサートの選択ミスはよくあることであり、性能に大きな影響を与える可能性がある。
典型的な問題は次のとおりです:
- 素材の適合性を考慮せず、価格のみに基づいてインサートを選択する
- 仕上げ加工に荒削り用インサートを使用する
- コーティングの違いを無視する
- インサートとツールホルダーの不一致
- チップ排出要件を無視する
これらの問題は、工具寿命の短縮や加工品質の低下につながる可能性があります。
