優れた耐熱性と高速加工能力で知られるセラミック切削工具は、金属切削用途への採用が増加している。しかし、業界の認識が限られているため、多くの機械加工企業がセラミックの可能性を十分に認識することができず、また、特定のシナリオにおいて従来の工具材料を置き換える際の実現可能性と費用対効果を認識することができないでいる。
セラミック材料は、切削中に優れた熱伝導性を発揮し、切削領域で発生した熱を効率的に刃先から放散します。これにより、熱摩耗が減少し、工具寿命が延びます。対照的に、超硬合金、立方晶窒化ホウ素(CBN)、多結晶ダイヤモンド(PCD)などの従来の材料は熱伝導率が低いため、刃先付近に熱が蓄積し、摩耗が加速されます。
その熱性能のおかげで、セラミック工具は大幅に高い切削速度で動作することができます。例えば、耐熱合金を加工する場合、一般的な超硬工具は約125 SFM (surface feet per minute) で動作しますが、セラミック工具は800から1500 SFMの速度に達することができます。先進的なセラミック材料の中には、1600 SFMまで達成できるものもあります。この高速性能により、材料除去率と全体的な生産性が大幅に向上します。
その速度の利点にもかかわらず、セラミック工具にも一定の限界があります。セラミックは本質的に脆いため、鋭利な刃先を実現することは超硬合金に比べて困難です。その結果、刃先の切れ味が低下し、特定の用途において性能が低下することがあります。
製造コストも懸念事項の一つです。例えば、刃先交換式セラミックチップは、成形後に大規模な精密研削を必要とするため、従来の材料と比較して大量生産が難しく、コストが高くなります。形状やサイズにもよりますが、セラミック製チップは標準的なチップの1.5倍から4倍、ソリッドセラミック製工具は2倍から4倍のコストがかかります。
さらに、高速加工にはより高性能な装置が必要です。多くのメーカーがセラミック工具に関心を示しているが、不十分な主軸回転速度や適切な工具パラメータの知識不足により、工具の潜在性能を十分に発揮できないことが多い。
セラミック工具は、高温、高硬度、難削材に特に適しています:
セラミック工具の材料と製造プロセスにおける最近の開発は、その機械的特性を大幅に改善し、加工適性を広げている。その例として以下が挙げられます:
セラミック切削工具技術の進歩により、高温合金、粉末冶金、CGI、特定の伝統的な研削加工などの分野で高い競争力を持つようになった。高コスト、狭い加工領域、幾何学的限界などの課題は残るが、速度、サイクルタイムの短縮、工具寿命における利点は大きい。工作機械の機能が継続的に改善され、ユーザーがより使いやすくなるにつれて、セラミック切削工具は、さまざまな産業でより幅広い用途を見出すことが期待される。