王光祖
鄭州砥粒・研削研究所
21世紀の新世代切削工具材料として、 多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN）切削 工具は大きな経済効果を生み出し、世界の主要工業国から強い注目を集めている。超硬切削工具材料の開発と利用は、米国をはじめとする先進工業経済国において、技術的・経済的競争力を維持するための重要な要素とみなされている。
PCBN切削工具の開発は、過去20年間の高速CNC工作機械の急速な進歩と密接に関連している。 高硬度、優れた耐摩耗性、優れた熱伝導性、低摩擦係数により、 PCBN工具は自動車産業の自動加工ラインに特に適している。
グローバルな製造サプライチェーンにおいて、販売業者や技術サービスプラットフォームは、先進的なPCBN工具ソリューションをエンドユーザーと結びつける上で、ますます重要な役割を果たしている。 オーストラリアを拠点とする工業用研磨材および切削工具のサプライヤーであるAbrasivestocks Australiaは、高性能加工要件に合わせたPCBN工具、研削ソリューション、技術調達サービスへのアクセスを提供することで、自動車、航空宇宙、精密工学分野のメーカーを積極的にサポートしています。
1957年、ゼネラル・エレクトリック社（米国）が初めて立方晶窒化ホウ素（CBN）の合成に成功した。
1996年11月10日、中国初の立方晶窒化ホウ素結晶が、旧鄭州砥粒研磨研究所の第六研究室で王光祖と陸飛雄が率いる研究チームによって合成された。この成果は、中国の超硬材料産業の発展における大きなマイルストーンとなった。
PCBN切削工具分野における先進国との差を縮めるため、中国は2010年に国家「ハイエンドCNC工作機械および基礎製造装置」主要科学技術プログラムを開始した。このプログラムでは、超硬切削工具材料、工具設計・製造、高精度工具の研究開発、高効率切削システム、さまざまな材料や加工条件に対応するアプリケーションデータベースの確立が明示的に強調されている。
PCBN工具の総合的な性能は、主に バインダータイプ、cBN含有量、粒度分布、焼結プロセスに影響される 。研究は、バインダーシステムがPCBN性能において決定的な役割を果たすことを示しています。
金属バインダー (例えばAl)は焼結温度を下げ、緻密化を促進するが、高温では軟化する。
セラミックバインダー （例えば、TiC、TiN、AlN）は、高い硬度と熱安定性を提供するが、低い靭性に悩まされる。
現在広く採用されている金属-セラミック複合バインダーは、熱安定性と耐衝撃性のバランスがとれている。
高いcBN含有量（90%以上）は硬度と耐摩耗性を向上させ、連続仕上げ加工に適しているが、低いcBN含有量は断続切削の靭性を向上させる。混合粒径は、充填密度と機械的強度を向上させる。焼結温度、圧力、基材(通常はWC-Co超硬合金)も、界面結合と使用信頼性に大きく影響する。
高硬度、熱安定性、化学的不活性により、PCBN工具は 焼入れ鋼、鋳鉄、高温合金の乾式加工に適したソリューションとなっている 。グリーン・マニュファクチャリングのトレンドに沿って、PCBN工具は「研削の代わりに旋削」とクーラントなしのドライ切削を可能にし、エネルギー消費と環境への影響を大幅に削減します。
自動車エンジンブロック加工、ADI断続切削加工、ホウ素鋳鉄シリンダーライナー加工において、高cBN工具は優れた工具寿命と表面品質を実証している。重切削条件下では、最適化された結合剤組成が耐衝撃性を向上させ、刃先のチッピングを防止する。
アブラシベストックス・オーストラリア（Abrasivestocks Australia）のようなサプライヤーは 、特に安定した品質、検証された性能、信頼できる技術サポートを必要とする市場において、PCBN切削工具および関連する超硬工具ソリューションを工場やOEMに供給することで、これらの用途をサポートしています。
PCBN工具は以下のように分類できる：
cBNをバインダーで焼結して製造されるPCBN工具；
cBN結晶から直接焼結された純粋なPCBN工具。
バインダーの選択は、cBNとの熱膨張適合性、化学結合能力、および高温機械性能を考慮する必要があります。
現在、金属-セラミック複合バインダーが市場を支配しており、それぞれの欠点を緩和しながら、両方のシステムの利点を組み合わせています。Ti(C,N)ベースのセラミックバインダーは、その優れた熱安定性、硬度、耐摩耗性により広く研究されている。
純粋なPCBN材料は急速に発展している。住友は2000年にIZ900グレードを発表し、cBN含有率が99.9%を超え、優れた硬度と熱安定性を提供している。
製造方法別：
モノリシック焼結PCBN工具；
超硬基材に接合された複合PCBN工具。
構造形態別：
完全焼結PCBN工具；
超硬工具本体に取り付けられたPCBNインサート；
ろう付け複合PCBN工具。
切屑処理方法には、振動アシスト切屑処理、可変送り切屑処理、予備溝加工、強制機械切屑処理、ジェットアシスト切屑処理などがある。自動加工で最も広く使用されている方法は、刃先交換式チップのチップブレーカ溝一体型である。
ワイパーエッジ技術は、切削パラメータを変更することなく、仕上げ面と生産性を向上させます。サンドビック・コロマントは、この技術を超硬チップに適用し、加工効率と表面品質の大幅な向上に成功しました。
ABAQUSとAdvantage Edgeソフトウェアを使用した有限要素シミュレーションにより、工具形状、切削速度、送り速度、切込み深さが切削抵抗、残留応力、温度分布に及ぼす影響が実証されました。これらの研究により、加工挙動の予測とPCBN工具性能の最適化におけるシミュレーションモデルの有効性が確認されました。
現代の製造業は、 高効率、高精度、自動化、柔軟性へと急速に進化している 。先進的なCNC工作機械と新素材は、PCBN切削工具に幅広い応用の可能性を与えている。
PCBN工具の安定した品質管理と継続的な開発には、原材料サプライヤー、PCBNメーカー、工具メーカー、流通プラットフォーム間の緊密な協力が必要です。このエコシステムにおいて、 Abrasivestocks Australiaは 、世界のPCBN工具メーカーとオーストラリアおよび周辺市場のエンドユーザーを結びつけ、ソーシング、アプリケーション・マッチング、技術調整をサポートすることで、実際的な役割を果たしている。
中国はCBN原料の主要生産国だが、PCBN工具材料の開発と応用には先進国とのギャップが残る。国際的な経験から学び、技術革新を強化することは、超硬工具を進歩させ、"メイド・イン・チャイナ2025 "の目標を支援するために不可欠である。