一、高張力鋼の品質とその加工中に発生する問題{0}
高張力鋼は通常、引張強さが1200MPa以上の合金鋼です。これは、低合金鋼 (40Cr、30CrMnSi など) と超高張力鋼 (300M、45CrNiMoVA など) の 2 つのグループに分けることができます。-その主な部分は次のとおりです。
高い硬度と靭性：焼入れまたは焼き戻し後の硬度はHRC30〜50に達し、引張強さは1500MPaに達し、靭性は良好です。このため非常に切れにくく、切削抵抗は普通鋼の1.2～1.5倍となります。
低熱伝導率：熱伝導率は中炭素鋼の1/3～1/4です。切削熱は主に工具先端部分に集中するため、工具が急速に摩耗する可能性があります。
加工硬化傾向：切削時に表層に硬化層が形成されます。この層は下にある材料よりも 50% ～ 100% 硬いため、切断がさらに難しくなります。
切りくずが折れにくい：可塑性が高いため、切りくずが連続した帯を形成し、工具やワークに詰まりやすくなり、加工の安定性が低下します。
これらの特性は、従来の方法で加工する場合、工具の破損、急速な摩耗、表面品質の低下などの問題を引き起こします。本質的な問題は、CNC 加工がこれらの課題を克服できるかどうかです。
2、CNC 加工技術が高張力鋼でどの程度うまく機能するかの調査-
数値制御加工により、モーションを高精度で制御し、工具を自動的に交換し、多くの軸をリンクできるため、高張力鋼の製造に役立ちます。{0}次の方法で、それがどれほど適応性があるかを確認できます。
1. 工作機械の厳しいルール
高強度鋼の加工には、大きな切削力に耐えることができる高剛性スピンドルとガイド レール システムを備えた工作機械が必要です。{{1}たとえば、5- 軸リンケージ CNC 工作機械は、構造設計と動作制御アルゴリズムを改善することで、複雑な表面加工中の振動を低減し、加工をより安定させることができます。航空分野で使用される 5 軸マシニング センターには、円錐面や球面を加工する際の切削速度を一定に保つ直線速度一定切削機能が備わっています。これにより、速度が変化したときにツールが過負荷になるのを防ぎます。
2. 工具の材質・形状の改良
高張力鋼は非常に強いため、工具材料には硬度、靱性、熱安定性の適切なバランスを見つける必要があります。{0}
超硬合金切削工具は過酷な加工に適しています。 TiC や TaC などの炭化物を添加することで性能が向上します。たとえば、2169 オーステナイト系ステンレス鋼と YH1 グレードの超硬合金の切削工具を使用する場合、前角 22 度、後角 10 度を使用し、硫化切削油を冷却することで、Ra0.8 ～ 1.6 μ m の表面粗さを得ることができます。
コーティングされた切削工具: TiAlN コーティングにより切削工具の表面が 3500HV より硬くなり、三日月摩耗が起こりにくくなります。テストでは、300M 鋼を使用した場合、コーティングのある工具はコーティングのない工具よりも 3 倍長持ちすることが実証されました。
立方晶窒化ホウ素 (CBN) 切削工具は精密加工に適しており、最大 3000HV の温度に耐えることができます。 50m/min切削、0.1mm/s送りで面粗さRa0.4μm以下が得られます。
切削工具の幾何学的パラメータ: 短いすくい角 (0 度 -5 度)、大きなすくい角 (10 度 -15 度)、および切削力を分散させて刃先が破損する可能性を下げることができる湾曲した刃先デザイン。たとえば、工具先端の半径 r が 0.8 mm 以上であると、300M 鋼を使用する際の工具の寿命を大幅に延ばすことができます。
3. カットの設定とクールダウンの方法
切削速度: 荒加工の場合、熱応力を軽減するために速度は低く抑えられます (15 ～ 50 m/min)。精密加工の場合は、熱軟化効果を利用するため、速度を80～120m/minまで上げます。 300M鋼の荒加工試験では、切削速度150m/min、送り速度0.2mm/s、切り込み深さ1mmの場合、切削抵抗は控えめで、面品位は良好であることがわかりました。
冷却方法: 高圧クーラント（圧力 7MPa 以上）が切削領域に入り込み、温度が 40% 以上低下する可能性があります。{0}}破損しにくいチップ材料の場合、パルス冷却技術によりチップの割れを促進できます。
適切な切削液の選択: 硫黄と塩素の極圧添加剤を含む極圧エマルジョンは、工具がワークピースに直接接触するのを防ぐ化学吸着コーティングを提供します。たとえば、高温金属を扱うときに CCL4 を含む活性クーラントを使用すると、工具の寿命が 50% 長くなります。-
3、高張力鋼の CNC 加工の一般的な用途-
1. 航空鍛造品の製造
航空分野では、燃料タンクの後端フレームなどの高張力鋼の型鍛造品は、複雑な形状と強力な素材を備えています。{0}従来の処理は時間がかかり、多くのクランプが必要です。光学スキャニング リバース モデリングを使用することで、5 軸 CNC 加工技術に切り替えた後、ブランク許容値を正確に位置決めすることができました。-切削テストと組み合わせて最適な設定（切削速度60m/min、送り速度0.05mm/rなど）を行ったところ、1個の加工時間を40％短縮し、面粗さはRa0.8μmに達しました。
2. 自動車のトランスミッションのシャフトの加工
自動車のトランスミッションシャフトに使用される40Cr鋼は、疲労に対して非常に強い必要があります。 CNC 旋削加工で前角 5 度、後角 12 度のコーティングされた超硬合金切削工具を使用し、一定線速度切削 (表面速度 120m/min) を行うと、バッチ処理中に工具が 2 時間以上持続し、製品認定率が 99.5% に達します。
