精密製造の分野では、特定の材料がエンジニアにとって手ごわい課題となります。タングステンカーバイド(超硬合金とも呼ばれる)は、そのような「難攻不落の要塞」として際立っています。タングステンと炭化物の合金であるこの材料は、その優れた硬度、耐摩耗性、熱安定性により、切削工具や耐摩耗性部品に不可欠なものとなっています。しかし、これらの特性こそが、従来の技術では不十分であり、特殊な技術では非効率性と工具の急速な摩耗に苦労する、重大な機械加工の困難を生み出しています。
タングステンカーバイドの優れた特性(鋼鉄の2~3倍の硬度、モース硬度8.5~9)は、ほとんどの金属材料よりも優れています。その化学的安定性は、高温や過酷な条件下でも損なわれることがなく、金属加工、採掘、金属成形、鋸刃用途など、切削工具や高摩耗部品に最適です。
しかし、この極度の硬度は、これまでにない機械加工の課題を生み出します。従来の旋削、フライス加工、穴あけ加工は効果がありません。多結晶ダイヤモンド(PCD)、立方晶窒化ホウ素(CBN)、またはセラミック工具を使用することもできますが、摩耗が加速し、切れ味が急速に失われます。
現在の主な機械加工方法は、ダイヤモンドホイール研削または放電加工(EDM)です。機能的ではありますが、これらのアプローチは、高品質の結果を達成する上で複数の困難を抱えています。
機械加工の障害は、3つの重要な領域に現れます。
超音波加工技術の最近の進歩は、これらの永続的な課題に対する有望な解決策を提供します。この革新的な技術は、従来の機械加工プロセスに高周波振動(毎秒20,000回以上の微振動)を重ね合わせ、回転中に縦方向の工具振動を生成します。
この微振動機構の利点には以下が含まれます。
事例1:鏡面研削
あるメーカーは、超音波HSKE40ツールホルダー(CTS、ATC、CNC自動化を統合)を使用して、20x20mmのタングステンカーバイドワークピースで光学グレードの表面品質(Ra < 0.002μm)を達成しました。単一工具プロセスは、荒加工から最終的な鏡面仕上げまで、すべてを完了し、精密金型、パンチ、高圧バルブ部品に特に有効であることが証明されました。
事例2:ねじ加工
別の作業では、HSKA63超音波ホルダーを使用して、M10x1.5Pねじを機械加工し、50x70x10mmのワークピースにH型研削を行いました。5時間の完了時間は、従来のEDM方法と比較して60%の削減となり、優れた表面仕上げ(Ra 0.8μm)を達成しました。
工具の互換性: 超音波システムは、共振周波数(通常20~32kHz)の工具を自動的にスキャンし、特定の工具要件に適応できます。広範な検証の後、ほとんどの標準工具が互換性があることが証明されています。
パラメータの最適化: この技術には、最適な送り速度と振幅を決定するための包括的なサポートが含まれており、ユーザーがシステムから最大のメリットを得られるようにします。
タングステンカーバイドの機械加工の課題に直面しているメーカーにとって、超音波技術は、従来の技術と比較して、効率性、品質、工具寿命を向上させる、大きな進歩を表しています。