小型丸切削工具の適切な表面処理により、工具寿命が向上し、加工サイクルタイムが短縮され、加工面の品質が向上します。ただし、加工ニーズに適した工具コーティングを選択するのは、複雑な作業となる場合があります。
各コーティングには、切断において長所と短所の両方があります。間違ったコーティングを選択すると、コーティングなしの工具よりも工具寿命が短くなったり、場合によってはさらなる問題が発生したりする可能性があります。
PVD コーティング、CVD コーティング、PVD コーティングと CVD コーティングを交互にした複合コーティングなど、さまざまな種類の工具コーティングが利用可能で、これらは工具メーカーやコーティング サプライヤーから簡単に入手できます。
この記事では、工具コーティングのいくつかの一般的な特性と、一般的に使用される PVD および CVD コーティングの選択オプションをいくつか紹介します。各コーティングの特性は、どのコーティングが切断に最も有益かを決定する上で重要な役割を果たします。
コーティング特性
1. 硬度
コーティングによってもたらされる高い表面硬度は、工具寿命を向上させる最良の方法の 1 つです。一般に、材料または表面が硬ければ硬いほど、工具寿命は長くなります。
炭化チタン（TiCN）コーティングは窒化チタン（TiN）コーティングよりも高い硬度を持っています。カーボン含有量の増加により、TiCN コーティングの硬度は 33% 増加し、その硬度は約 Hv3000 ～ 4000 (メーカーによって異なります) です。
表面硬度 Hv9000 までの CVD ダイヤモンドコーティングを切削工具に適用することは比較的成熟しています。 PVD コーティング工具と比較して、CVD ダイヤモンドコーティング工具の寿命は 10 ～ 20 倍長くなります。ダイヤモンド コーティングは硬度が高く、切削速度が高いため、コーティングされていない工具に比べて切削速度が 2 ～ 3 倍向上し、非鉄材料の切削に適しています。-
2.耐摩耗性
耐摩耗性とは、コーティングが摩耗に耐える能力を指します。被削材の材質によっては硬度がそれほど高くない場合もありますが、製造工程や使用するプロセス中に添加される元素により、工具の刃先に亀裂が入ったり、鈍くなったりすることがあります。
3. 表面潤滑性
摩擦係数が高いと切削熱が増加し、コーティングの寿命が短くなったり、場合によっては破損したりすることがあります。摩擦係数を低減すると、工具寿命を大幅に延ばすことができます。細かく滑らかな、または規則的にテクスチャーされたコーティング表面は、滑らかな表面により切りくずが前切れ刃から素早く滑り落ち、発熱が低減されるため、切削熱の低減に役立ちます。コーティングされていない工具と比較して、表面の潤滑性が優れているコーティングされた工具は、より高い切削速度で加工することもできるため、被削材との高温融着をさらに回避できます。-
4. 酸化温度
酸化温度とは、コーティングが分解し始める温度を指します。酸化温度が高いほど、高温条件下での切断に有利になります。 TiAlN コーティングの室温硬度は TiCN コーティングよりも低い場合がありますが、高温処理では TiCN よりもはるかに効果的であることが証明されています。{2}} TiAlN コーティングが高温でも硬度を維持できる理由は、工具とチップの間に酸化アルミニウムの層が形成され、工具からワークピースまたはチップに熱が伝わるためです。通常、超硬工具は高速度鋼工具と比較して切削速度が高いため、TiAlN が超硬工具に適したコーティングとなります。超硬ドリルとエンドミルは通常、この PVD TiAlN コーティングを使用します。
5. 癒着防止-
コーティングの付着防止特性により、工具と加工材料の間の化学反応を防止または軽減し、工具への加工材料の堆積を回避できます。{0}}
非鉄金属（アルミニウム、真鍮など）を加工する場合、-工具に構成刃先が発生し、工具の欠けやワークピースのサイズのずれが発生することがよくあります。-加工中の材料が工具に付着し始めると、付着は拡大し続けます。
フォーミングタップでアルミワークを加工する場合、穴を加工するごとにタップに付着するアルミが増加し、最終的にはタップ径が大きくなりすぎてワーク寸法の狂いが発生して廃棄してしまいます。優れた付着防止特性を備えたコーティングは、クーラントの性能が低い場合や濃度が不十分な場合でも、優れた役割を果たします。-
一般的に使用されるコーティング
1. 窒化チタンコーティング(TiN)
TiN は汎用 PVD コーティングであり、工具の硬度を高めることができ、高い酸化温度を備えています。-このコーティングを高速度鋼の切削工具や成形工具に使用すると、非常に良好な加工結果が得られます。-
2.炭窒化チタンコーティング(TiCN)
TiCN コーティングに炭素元素を添加すると、工具の硬度が向上し、表面の潤滑性が向上するため、高速度鋼工具に理想的なコーティングとなります。{0}
3. 窒素アルミニウムチタンまたは窒素チタンアルミニウムコーティング (TiAlN/AlTiN)
TiAlN/AlTiN コーティング内に形成された酸化アルミニウム層は、工具の高温加工寿命を効果的に向上させることができます。{0}このコーティングは、主に乾式または半乾式切削に使用される超硬工具に使用できます。-コーティングに含まれるアルミニウムとチタンの比率に応じて、AlTiN コーティングは TiAlN コーティングよりも高い表面硬度を提供できるため、高速加工の分野ではもう 1 つの実行可能なコーティング オプションとなります。{4}}
4. 窒素クロムアルミニウムコーティング (AlCrN)
AlCrN コーティングは優れた耐付着性を備えているため、エッジが立ち上がる傾向にある機械加工において推奨されるコーティングです。-このほとんど目に見えないコーティングを適用すると、高速度鋼工具や超硬工具、成形工具の加工性能が大幅に向上します。{3}
5. ダイヤモンド
CVD ダイヤモンド コーティングは、非鉄材料の加工工具に最適な性能を提供します。また、グラファイト、金属基複合材料（MMC）、高シリコン アルミニウム合金、その他多くの高摩耗性材料の加工に最適です（注: 鋼部品の加工では、鋼部品の加工では大量の切削熱が発生し、コーティングと工具の間の接着層を破壊する化学反応を引き起こすため、純粋なダイヤモンド コーティング工具は使用できません）。
ハードフライス加工、タッピング、ドリリングにはさまざまなコーティングが適しており、それぞれに固有の用途があります。さらに、表面層と工具基材の間に他のコーティングを埋め込んだ多層コーティングを使用して、工具寿命をさらに向上させることもできます。
コーティングの塗布の成功
コスト効率の高いコーティングの適用は多くの要因に依存しますが、特定の機械加工用途ごとに、実行可能なコーティング オプションは通常 1 つまたは少数しかありません。{0}}
コーティングとその特性を正しく選択すると、加工性能が大幅に向上するか、ほとんど向上しないかの違いが生じます。切削深さ、切削速度、クーラントはすべて、工具コーティングの塗布に影響を与える可能性があります。
被削材の加工には多くの変動要素があるため、どのコーティングを使用するかを決定する最良の方法の 1 つはテスト カットを行うことです。コーティングのサプライヤーは、コーティングの耐高温性、耐摩擦性、耐摩耗性をさらに向上させるために、常に新しいコーティングを開発しています。コーティング (工具) メーカーとともに、加工における最新かつ最高の工具コーティングの適用を確認することは常に良いことです。
