Ⅰ. はじめに

超合金は、高温下でも優れた強度、耐酸化性、耐食性を維持する金属材料です。航空宇宙エンジンのエンジン、ガスタービン、原子力産業、エネルギー設備などに広く使用されています。しかし、その優れた特性は、機械加工に大きな課題をもたらします。特にエンドミルを使用したフライス加工では、工具の早期摩耗、高い切削温度、表面品質の低下などの問題が顕著です。この記事では、超合金のエンドミル加工でよく見られる問題点を探り、それに対する解決策を提示します。

Ⅱ. 超合金とは？

超合金（または高温合金）は、高温環境下でも高い強度と優れた耐酸化性および耐食性を維持する金属材料です。600℃から1100℃の酸化性およびガス腐食環境下で、複雑な応力下でも確実に動作できます。超合金には主にニッケル基、コバルト基、鉄基合金があり、航空宇宙、ガスタービン、原子力、自動車、石油化学産業などで広く使用されています。

Ⅲ. 超合金の特徴

代表的な用途高温下で長期間、大きなクリープ変形を起こすことなく、高い応力に耐えることができます。
2. 優れた耐酸化性と耐食性

Stellite 63. 優れた疲労強度と破壊靭性
過酷な環境下での熱サイクルや衝撃荷重に耐えることができます。

用途長期間の高温使用においても、優れた構造的安定性を示し、性能の劣化に抵抗します。
Ⅳ.

ニッケル基1. ニッケル基超合金
国際的に一般的なグレード:

グレード特徴

代表的な用途Inconel 718
優れた高温強度、良好な溶接性

Stellite 6優れた耐摩耗性と高温腐食性

Alloy 800H/800HT

GH2132

用途A-286 (UNS S66286)

良好な高温強度と溶接性航空機エンジンのファスナー、ガスタービン部品

Alloy 800H/800HT

GH2132

ニッケル基≤1100℃

化学工業 高温反応器、熱交換器、耐食性ポンプとバルブ

4. 高い靭性と切りくず制御の難しさ:超合金の切りくずは非常に靭性が高く、容易に破断せず、工具に巻き付いたり、ワーク表面を傷つけたりする長い切りくずを形成することがよくあります。これは、機械加工プロセスの安定性に影響を与え、工具の摩耗を増加させます。

5. 高い化学反応性:

ニッケル基合金は、工具材料（WC-Co超硬合金など）との拡散反応を起こしやすく、凝着摩耗を引き起こします。これにより、工具表面の材料が摩耗し、三日月形の摩耗クレーターが形成されます。

Ⅶ.

エンドミルによる超合金のフライス加工における一般的な問題

1. 激しい工具摩耗

• 超合金の高い硬度と強度は、エンドミルのすくい面と逃げ面の急速な摩耗につながります。

• 高い切削温度は、工具に熱疲労クラック、塑性変形、拡散摩耗を引き起こす可能性があります。

2. 過剰な切削温度

• 超合金の熱伝導率が低いため、切削中に発生する大量の熱を時間内に放散できません。

• これにより、工具が局所的に過熱し、深刻な場合には工具の焼損や欠けが発生する可能性があります。

3. 激しい加工硬化• 超合金は機械加工中に加工硬化を起こしやすく、表面硬度が急速に上昇します。

• 次の切削パスでは、より硬い表面に遭遇し、工具の摩耗を悪化させ、切削力を増加させます。

4. 高い切削力と激しい振動

• 材料の強度が高いため、大きな切削力が発生します。

• 工具構造が適切に設計されていない場合、または工具がしっかりと固定されていない場合、機械加工振動やビビリが発生し、工具の損傷や表面仕上げの悪化につながる可能性があります。

5. 工具の凝着と構成刃先

• 高温では、材料が工具の切刃に付着しやすく、構成刃先を形成します。

• これにより、不安定な切削、ワークの表面の傷、または寸法の不正確さが発生する可能性があります。

6. 表面品質の低下

• 一般的な表面欠陥には、バリ、傷、表面の硬い点、熱影響部の変色などがあります。

• 高い表面粗さは、部品の寿命に影響を与える可能性があります。

7. 短い工具寿命と高い機械加工コスト

• 上記の問題が複合的に作用し、アルミニウム合金や低炭素鋼などの材料の機械加工と比較して、工具寿命が大幅に短くなります。

• 工具の頻繁な交換、低い機械加工効率、高い機械加工コストが結果として生じます。8. 解決策と最適化

Ⅷ. 解決策と最適化の推奨事項

1. 激しい工具摩耗に対する解決策:

1.1. 超微粒子超硬合金材料（サブミクロン/超微粒子超硬合金）を選択します。これは、優れた耐摩耗性と横引張強度を提供します。

*超微粒子超硬合金は、優れた耐摩耗性と高い硬度により、金型、切削工具、精密機械加工、電子部品などの分野で広く使用されています。一般的なWCの粒径は約0.2～0.6μmです。さまざまな国やブランドの規格によると、一般的に使用される超微粒子超硬合金のグレードは次のとおりです:

A. 中国の一般的な超微粒子超硬合金グレード（例：XTC、Zhuzhou Cemented Carbide、Jiangxi Rare Earth、Meirguteなど）

グレード

粒径（μm）

Co含有量（％）

特徴と用途

YG6X

0.6

6.0

高精度および高硬度用途に適しています。硬質材料の仕上げに最適です。

K40UF

0.5

10.0

4.2. 工具の突き出し長さを最小限に抑え（L/D比を<4に保つ）剛性を高めます。

4.3. ワークの安定性を向上させるために、治具設計を最適化します。

4.4. 可能であれば、正面フライス加工ではなく、周辺フライス加工を使用して、切削経路を賢く計画します。

5. 工具の凝着と構成刃先に対する解決策:

5.1. 低摩擦係数（例：TiB₂、DLC、nACo）のコーティングを選択して、凝着傾向を低減します。

5.2. 切削液またはMQLを使用して、潤滑性を向上させます。

5.3. 鋭い切刃を維持して、鈍い工具によるスクレーピングや熱の蓄積を防ぎます。

6. 表面品質の低下に対する解決策:

6.1. 逃げ角と刃先処理を最適化して、切削の滑らかさを向上させます。

6.2. 送り速度を下げて、振動と切削痕を最小限に抑えます。

6.3. 仕上げ加工には、精密研削工具を使用し、粗加工→半仕上げフライス加工→仕上げフライス加工の複数パスを検討します。

6.4. 局所的な過熱と酸化変色を防ぐために、切削液を塗布します。

7. 短い工具寿命と高い機械加工コストに対する解決策:7.1. 上記の戦略を総合的に実装して、各工具の耐用年数を延長します。

7.2. 工具モニタリングシステム（例：自動工具交換/寿命検出）をインストールして、使いすぎを防ぎます。

7.3. 有名ブランドまたは高品質のコーティング工具を選択して、全体的な費用対効果を向上させます。

7.4. 超合金のバッチ加工には、効率とコストを最適化するために、カスタマイズされた工具を使用することをお勧めします。

Ⅸ. 推奨される切削パラメータ

例：Inconel 718

パラメータ項目

荒加工

仕上げ加工

工具径

10mm

10mm

切削速度：Vc

30～50 m/min

20～40 m/min

1歯あたりの送り：fz

0.03～0.07 mm/歯

0.015～0.03 mm/歯切り込み深さ：ap

0.2～0.5 mm