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【技術】ダイヤモンド工具

时间 - en:2018-09-06 分享到 - en:

 ダイヤモンド工具は、アルミニウム合金、銅合金などの非鉄金属材料や、プラスチック、木材、セラミックス成形体などの非金属材料の切削加工に広く用いられている。特にダイ ヤモンド粉末を超高圧高温下で焼き固めたダイヤモンド焼結体は、高硬度で強靱であり、 切削工具や耐摩工具として多く使用されている。近年、機械加工の高能率化、高精度化と ともに、材料の多様化、難削化が進んでおり、ダイヤモンド工具に対する要求が最近ます ます高くなっている。


1.製品適用分野  アルミニウム合金、銅合金などの非鉄金属材料や、 プラスチック、木材、セラミックス成形体などの非金属材料の切削加工 


2.適用分野の背景  機械、電気・電子などの分野における、切削加工の 高能率化、高精度化の流れにより、ダイヤモンド工具 による切削加工が広まってきた。自動車業界の例を挙 げると、生産性を高めるために高能率加工が必要とさ れるのに加え、車体の軽量化のためアルミニウム合金 の使用率が増加したことなどにより、ダイヤモンド工 具の使用量が増加してきている。 


3.製品の特徴  ダイヤモンドは、物質の中で最高の硬度と熱伝導率 を有している。この性質のため、天然に産出されるダ イヤモンドを利用して工具とすることは古くから行わ れていた。しかし、天然のダイヤモンドは高価であり、 また機械的特性にばらつきがあるといった問題があっ た。


 1955 年に GE(ゼネラル・エレクトリック)社が、 超高圧高温発生装置を用いるダイヤモンドの人工合成 に初めて成功し、粉末状の合成ダイヤモンドが、砥石 の原料として使われ始めた。1975年頃、GE社によって、この合成ダイヤモンド粉末をコバルトなどの金属結合 材を用いて焼き固める方法が開発された。この後、様々 なダイヤモンド焼結体が開発され、天然ダイヤモンド よりも安価で高品質なダイヤモンド焼結体は、広く切 削加工に用いられるようになった(図1)。


 2007 年の ダイヤモンド切削工具の国内生産額は 110 億円にのぼ る。この中には、超高精度加工に用いられる単結晶ダ イヤモンドを用いた工具も含まれるが、ここでは、生 産額の大部分を占めるダイヤモンド焼結体工具につい て述べる。 


 図2に典型的なダイヤモンド焼結体組織の模式図を 示す。数μm ~数十μm のダイヤモンド粒子が相互に 結合しており、ダイヤモンド粒子の隙間には、コバル トなどの金属結合材が存在している。ダイヤモンド単結晶は、劈開注1)のため、特定の方位にはたやすく破  壊し、靭性が低いという問題があった。


 一方、多結晶  のダイヤモンド焼結体は、様々な方位を向いた結晶の  集合体であるために、劈開の影響が小さく、単結晶に  比べて強靱で高い強度を有する。このため、ダイヤモ  ンド焼結体は、切削加工用バイト注2)、フライス注3)、ドリルなど様々な形状の工具となり、幅広い分野の切削加工に用いられている。


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 将来展望近年、環境問題への取り組みの中で高能率化、高精 度化とともに、材料の多様化、難削化が進んでいる。 例えば、航空機部材が高強度化、軽量化のため難加工 材の使用率が急増しているなど、ダイヤモンド工具に 対する要求が最近ますます高くなっている。これに対応して製造各社は、組織の微細化などにより、高強度、高耐摩耗性を実現する方向で、新製品を 開発している(図4)2)。また、これまでのダイヤモ ンド焼結体は金属結合材を含むため、耐熱温度が約 700℃と低く、使用条件に限界があったが、最近では、 非金属触媒を用いる方法や、結合材を使用しない方法 (黒鉛からの直接変換法)3)による、高強度ダイヤモンド焼結体の開発も進められている。これらの取り組みにより、今後もダイヤモンド焼結体は多彩な切削加工の要求に応え、産業の発展に貢献 していくものと期待される。


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 この記事は日本セラミックス協会のホームページから転載されたものです

 http://www.ceramic.or.jp/museum/contents/pdf/2008_08_03.pdf#search=


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