ワークピース

特徴： Pクラスの材料グループには、炭素鋼と合金鋼が含まれ、その主成分は鉄(Fe)です。炭素鋼は鉄-炭素合金で構成され、炭素(C)含有量によって低炭素鋼(

機械加工における困難点： P クラスの材料は通常、被削性が良好ですが、炭素濃度、硬度などによって大きく異なります。低炭素鋼は粘性が大きいため、切りくずを破砕するのが難しく、凝着摩耗が増加し、構成刃先につながります。合金鋼の被削性は、合金元素の含有量と硬度に依存し、合金含有量と硬度が高いほど被削性は低下します。炭化物と一部の合金元素は摩耗を悪化させるため、破損形態は主に側面摩耗とクレーター摩耗になります。

特徴： この種の材料の硬度は 45 ～ 65 HRC です。一般的な材料には、浸炭鋼、軸受鋼、工具鋼などがあります。硬度が高いため、このグループのすべての材料は機械加工が困難です。たとえば、マルテンサイト系基材は、緻密な構造で耐摩耗性に優れていますが、延性は低くなっています。熱伝導率は 15 ～ 25 W/mK と低いため、機械加工中に熱衝撃を受けやすくなっています。この種の材料で作られる典型的な部品には、ドライブシャフト、ギア、ステアリングギア、パンチングダイなどがあります。

機械加工における困難点： 通常、この種の材料の主な加工工程は仕上げ加工です。切削加工では大量の熱が発生し、切削刃は著しい摩耗を受けます。高硬度のため、切削工具の刃先に微細な欠けが生じます。この問題を回避するには、超微粒子超硬合金（K10～K20）またはCBN工具の使用が必要です。これらの切削工具は、優れた赤熱硬度、化学的安定性、機械的強度、および耐摩耗性を備えているためです。これらの材料の旋削加工には主にCBN工具が使用され、フライス加工や穴あけ加工には主に超硬合金が使用されます。

特徴： M クラスのステンレス鋼は、主に鉄 (Fe) で構成され、クロム (Cr) 含有量が 12% 以上で、Ni、Mo、Nb、Ti などの他の合金元素が含まれています。これらの材料は、優れた耐食性と高温強度を備えています。材料中の Cr とニッケル (Ni) の含有量に基づいて、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系、およびオーステナイト - フェライト (二相) ステンレス鋼に分類されます。フェライト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼のクロム含有量は通常 12 - 18% の範囲で、他の合金元素は少量です。これらは加工や硬化が容易で、溶接性が低く、耐食性は中程度です。オーステナイト系ステンレス鋼の Cr 含有量と Ni 含有量は通常、それぞれ 18% と 8% です (304 ステンレス鋼など)。2 - 3% のモリブデン (Mo) を添加すると、耐食性が向上します (316 ステンレス鋼など)。二相ステンレス鋼のCr含有量とNi含有量は通常それぞれ18～28％と4～7％であり、これらのステンレス鋼は高い引張強度と高い耐食性を備えています。

機械加工における困難点： これらの材料を加工する際の切削工具の摩耗は、主に側面摩耗、クレーター摩耗、および構成刃先によるものです。切削加工中に切削刃先で大量の熱が発生し、塑性変形や激しいクレーター摩耗を引き起こす可能性があります。また、切削加工によって表面が硬化し、硬い切りくずが生成され、それがノッチ摩耗につながります。硬化した表面は、コーティングや母材が切削刃先から剥離する原因となり、チッピングや表面品質の低下につながります。オーステナイトを加工すると、強度が高く、切りくずが破断しにくい長い連続した切りくずが生成されます。

特徴： K クラスの材料である鋳鉄は、主に鉄 (Fe)、炭素 (C)、ケイ素 (Si) からなる合金で、C 含有量は一般的に 2.11% 以上、または共晶組織を持つ Fe-C 合金です。鋳鉄中の C は主に黒鉛の形で存在します。その結果、鋳鉄は振動散逸性が高く、ノッチ感度が低く、耐摩耗性に優れ、加工性も良好です。鋳鉄は、ねずみ鋳鉄 (HT250)、可鍛鋳鉄 (KTH300-06)、球状黒鉛鋳鉄 (QT400-18)、コンパクト鋳鉄 (RuT400) に分類されます。鋳鉄は、炭素含有量が 2.5%～4.0%、ケイ素含有量が 1.0%～3.0%、硬度が HB 150～300、熱伝導率が 50～80 W/mK、熱膨張係数が低いという特性を持ち、高速加工に適しています。優れた鋳造性能と低価格のため、各種工作機械のベース、鉄管、自動車部品などに用いられている。

機械加工における困難点： 鋳鉄中の黒鉛の形態は切削特性を決定づけ、片状黒鉛は超短チップを生成しやすく、球状黒鉛は切削抵抗を増加させます。すべての鋳鉄には炭化ケイ素（SiC）黒鉛相が含まれており、これが切削刃を激しく摩耗させ、研削摩耗を引き起こします。さらに、鋳鉄の脆性により刃先が欠けることがあります。ねずみ鋳鉄と可鍛鋳鉄は非常に加工しやすいですが、球状黒鉛鋳鉄、コンパクト鋳鉄、等温焼入れ球状黒鉛鋳鉄は、主にCとSiの含有量が高いため、加工がより困難です。

特徴： Sクラス材料には、チタン系材料と、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含む多くの高合金材料が含まれ、これらは鉄系、ニッケル系、コバルト系高温合金に分類されます。この種の材料は、高強度、優れた耐食性、高耐熱性を持ち、600℃を超える高温および一定の応力下でも長期間安定して使用できます。 Ti-6Al-4V、TC4、その他のα + βチタン合金などの材料の場合、強度対重量比は最大110 kN-m/kgで、熱伝導率はわずか7 W/mK、切削ゾーンの温度は最大1000 °TCシリーズ。β相の含有量が20%を超えると、塑性が大幅に増加し、深刻な切りくず付着につながります。γ'強化相を含むGH4169などの高温合金の場合、耐熱性は最大650 °Cまで維持できますが、機械加工が困難になります。高温合金は主に宇宙航空、ガスタービン、発電産業で使用されます。チタン合金は、携帯電話のフレームの結び目などの電子製品の構造でより一般的です。

機械加工における困難点： 高温合金は、加工時の粘着性が高く、弾性率が比較的大きく、熱伝導率が低いため、加工が困難な材料です。これらの特性により、大量の熱が発生し、構成刃先が形成されます。そのため、コーティングされたナイフの加工にはより高い要求が課せられ、工具は研削摩耗、拡散摩耗、結合摩耗などの摩耗による破損を起こしやすくなります。

特徴： Nクラス非鉄金属とは、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)以外のすべての金属を指します。例えば、アルミニウム合金(6061、7075)、銅合金(H62、C1100)、マグネシウム合金(AZ91D、AM60)などがこのクラスに属します。これらの金属は、硬度がHB 50～150、熱伝導率が120 W/mK以上です。非鉄金属は一般的に軟らかく、アルミニウム合金のように強度が高く耐食性に優れ、銅合金のように電気伝導性に優れるなど、独自の利点があります。非鉄金属は、機械製造、電力、通信、家電製品など、幅広い産業分野で利用されています。

機械加工における困難点： 非鉄金属を加工する際に、比較的鋭利な刃先を持つ切削工具を使用すると、切削速度が向上し、切削寿命が長くなります。しかし、非鉄金属は弾性率が小さく、塑性変形能力が低く、粘度が比較的大きいです。アルミニウム合金では、Si含有量が12%を超えると（AlSi10Mgなど）、硬いSiC相の形成により、工具の耐摩耗性と靭性に対する要求が高まります。銅合金は切削時に長い切りくずのロールが発生しやすく、切削に悪影響を及ぼします。