超硬工具とは？切削加工・機械で使われる工具の基礎知識

このページでは、工作機械に使用される超硬工具や超硬チップ、種類や使用されている素材の特徴などをまとめています。

切削工具の基礎知識

切削工具とは、材料の不要な部分を取り除き必要な形状に加工するための道具です。工作機械に取り付けて使用する刃物の総称で、金属加工の現場ではもちろんプラスチック製品を取り扱う現場でも用いられています。

超硬工具とは

旋盤など切削加工に用いられる超硬工具は、超硬合金を母材として作られた、旋盤など切削加工で使われる機器の工具です。ダイヤモンドの次に固い人工金属で、一般超硬やサーメット超硬のカテゴリに属しており、製品を精密に削ることができます。

製法は炭化タングステンにコバルトとニッケル、場合によってはチタンやタンタルなどを結合剤として用いてプレスした後、高温で結合焼結させています。材料の配合量などによって形状や配合が自由にできるため、加工する材料に適した刃物を作り出せるでしょう。

超硬チップの種類について

切削工具に使用される超硬合金は、材料ごとにP種（青）、M種（黄）、K種（赤）の3種類に分類されます。

P種（青）

超硬合金の切削工具において識別色が青に指定されているP種。タングステンとコバルト以外にもタンタルカーバイトや炭化チタンを加えた合金で、工具の一部が青く塗装されているのが特徴です。耐熱性と耐溶着性が高く、熱を原因とした損傷が発生しにくいなどのメリットを持ちます。主に、ステンレス鋼や鋼、合金鋼といった一般的な鋼材の切削で使用されているでしょう。

M種（黄）

炭化チタンと炭化タンタルをバランスよく配合し、P種（青）の持つ熱的損傷とK種（赤）の持つ機械的損傷を兼ね備えた切削工具に仕上げています。ステンレスをメインに、他鋳鉄や非鉄金属といったさまざまな材料の切削に対応可能です。また、連続・非連続の切りくずが発生する鉄系金属にも有効とされる材種でもあります。

K種（赤）

超硬チップの種類の中で、最も靭性や機械的損傷に優れているK種（赤）。非連続の切りくずが発生する鉄系金属、非鉄金属、非金属の切削に使用されます。具体的には、低強度のアルミや銅、プラスチックや木材などが対象です。

超硬工具に使われる素材の特徴

超硬工具に使われる素材は鋼を熱処理する従来の工具よりも高温下での硬度低下が小さいので、高速切削をしてもマシントラブルを起こしにくく、作業効率の大幅アップが期待できます。また、熱伝導率も高く、被削材金属との間で摩擦熱による焼き付きが発生しにくいです。耐摩耗性にも優れているので、工具の寿命化も狙えます。

さらに、超硬工具は耐剛性にも長けており、切削時に超硬工具そのものが変形しにくいというメリットも。超硬ドリルによる穴あけ加工では、曲がりや拡大を抑えつつ高精度な加工が可能です。耐溶着性も高く構成刃先が発生する心配がないので、加工精度だけでなく仕上げ面精度や工具寿命も挙げられるでしょう。

超硬工具の注意点

超硬工具は硬度が非常に高いので、靱性が低いというデメリットを持ちます。靭性の低い道具は刃先の欠けや剥離などのトラブルを引き起こし、これらが発生した場合は作業を一時ストップしなければなりません。そのため、靱性の高い工具鋼の代わりとして使いたい人にとっては、十分な効果が期待できないでしょう。また、超硬工具は断続加工時の衝撃を原因とした刃先の欠けや折れも起こりやすいです。

さらに、素材自体の価格が高いため、コストがかかるなどのデメリットも存在するでしょう。なお、コバルトの相場が高騰傾向にあるため、今後も値上がりする可能性があります。

超硬工具・超硬チップのメンテナンスは必要？

いくら耐剛性に優れた道具だといっても、長期的に使用すれば摩耗によって加工精度が落ちてしまいます。そのため、超硬工具・超硬チップも他の切削工具と同様に、定期的なメンテナンスや修理が欠かせません。

ただし、行うのは工具のメンテナンスのため、一般的な工作機械のオーバーホールなどを行う会社では対応できない可能性があります。超硬工具のみを直したい場合は、工具の修理や再研磨に対応している会社へ依頼すると良いでしょう。