超硬合金の微細加工事例紹介

超硬合金とは

超硬合金は、炭化タングステンや炭化チタンなどの硬質な金属炭化物を、コバルトやニッケルなどの鉄系金属で焼結された合金のことを指します。

ダイヤモンドに次ぐ硬さを持っています。超硬合金のように高い弾性率を併せ持つ金属を作るには、硬質な金属炭化物と鉄系の金属の焼結が必要です。WC-Co系合金が有名ですが、WC-TiC-Co系合金にWC-TaC-Co系合金、WC-TiC-TaC-Co系合金、さらにはWC-Ni系合金やWC-Ni-Cr系合金が存在します。

超硬合金の特徴

硬質の金属炭化物と鉄系金属で構成されている合金を超硬合金と呼びます。ダイヤモンドに次ぐ硬さと高い弾性率を誇るのは、WC-Co合金が代表的な組成で、レアメタルであるWCとcoの粉末を混ぜて高温にて加工することで生じます。

ハイス（高速度工具鋼）と比較した場合、硬度や熱伝導率が高く熱膨張率が小さいのが特徴です。材料の組み合わせによっては、違う特性を持つ合金を作れます。

超硬合金の特徴として、その名の通り硬度が高く、鉄・ステンレスよりも硬いことや、ダイヤモンドの次に硬いことが挙げられます。

また、高温でも硬度が落ちにくいことから、耐摩性が要求されるなどの金属加工用の切削工具に使用されることが多いです。

超硬合金は、硬さや強さを活かしてドリス・フライス・旋盤などの金属加工の切削工具などに使用されています。

その他にも、缶コーヒーや缶ジュースなどのアルミ缶の金型など、身近なところでも活躍している金属です。

超硬合金の用途

超硬合金は幅広い分野で使用されています。例えば超微粒超硬合金は自動車・航空機産業の機械部分の金型や切削加工に使用されるドリルに。さらには耐摩工具として、ロータリーダイに使用されています。中粒超硬合金は建設工具として使用されています。削岩・土木工事にて用いられるボタンビットや道路・ビルの基礎工事に用いられるダウンザホールビットに用いられており、工業や製造業などで活用できる金属です。粗粒超硬合金に関しては、圧延ロールに利用されています。

超硬合金の加工の難しさ

超硬合金は、硬度が高いことから砥石を大きく損耗させてしまいます。その結果、通常の工具での加工が難しいといったデメリットがあります。

高硬度材の中では比較的加工が容易とされている超硬合金ですが、超精密加工は困難とされています。

超硬合金はダイヤモンドに次ぐ硬さを誇ります。加工の際には、超硬合金よりも硬いダイヤモンドを用意しなければならなりません。ただ、ダイヤモンド工具と超硬合金の親和性が高いことから工具が摩耗しやすいのが難点です。そのため、超精密加工に向いていないというデメリットがあります。条件を整えることで加工そのものは行えるのですが、加工作業には長い時間を要するでしょう。

高硬度材質の加工法に放電加工がありますが、超硬合金の材料の一つとなっているタングステンカーバイドは2900℃が融点です。加工のために多大なエネルギーを必要とします。このように、加工が難しい点も超硬合金の特徴です。

超硬合金への加工対策

通常の工具での加工が難しい超硬合金ですが、ダイヤモンド砥粒が含まれたダイヤモンドホイールで切削加工を行うことができます。

また、導電性を含んでいることから、放電現象を利用した放電加工でも加工が可能です。

業者によっては、高い硬度を持つダイヤモンド砥粒を用いたスラリー・ブレード、さらにはレーザーを使用しての加工が行われています。レーザー加工はダイヤモンドの加工にも用いられているほど高いエネルギーを持つので、超硬合金の加工も可能です。レーザーの種類もUVレーザーやからフェムト秒レーザーがあります。

ダイヤモンドスラリー・ブレードを用いての加工の場合、スラリーを流しながら素材をとパッドを当てて回転を実行。回転速度やスラリー配分を調整することで加工が行えます。ただしサファイヤでは平滑面の獲得が難しいので、仕上げ研磨を行うことでより滑らかな研磨面の獲得が可能となります。

超硬合金の微細加工事例

超硬合金微細切削加工

超硬合金の異形加工・微細穴加工・深穴加工

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微細加工を依頼する前に知っておきたいポイント

微細加工会社の選び方

微細加工会社を選ぶ際の大前提となるのが、「ISO9001認証を取得しているかどうか」と「工作設備が充実しているかどうか」です。

ISO9001認証は、厳しい審査基準をクリアした工場や会社だけに与えられる認証なので、これがあるだけでその会社は優れた技術力を持っているという証拠になります。また、工作設備の充実については、微細加工にはそれ専用の設備や機会が必要なので、設備が豊富な会社は、単純に対応できる加工の種類も多くなるのです。

微細加工会社には「精度」を重視する会社と「納期」を重視する会社があります

精度優先の会社は、特殊な工作設備や検査機器によって、加工が難しい依頼にも対応できます。しかし、高精度な加工依頼にも対応できる反面、短納期での製造が難しい傾向にあります。

納期優先の会社は、充実した工作設備によって単品から大口ロットの製造に一気に対応でき、結果として短納期での製造を可能とします。しかし、短納期で対応できる反面、常に高精度なものを製造できない場合もありますので、注意が必要です。

あなたの会社は精度を重視しますか？それとも納期ですか？このメディアでは精度に強みを持つ会社と納期に強みを持つ企業の中からそれぞれおすすめの企業を1社ずつピックアップしました。

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