超精密ダイヤモンド工具の超精密加工技術を読み解く

超精密ダイヤモンドは金型の超精密加工を実現するための重要な要素の一つです。 この記事では、日本アライドダイヤモンド株式会社の超精密ダイヤモンド工具UPC（UltraPrecisionCuttingTool）の性能と、さまざまなワーク材質を超精密切削する際の工具の摩耗状況、加工例を紹介します。

1. UPC超精密ダイヤモンド工具の性能

単結晶ダイヤモンドは、炭素原子が共有結合によって強固に結合した立方体の結晶構造を持っています。 その格子定数は 3.567 オングストローム、結合した原子間の距離は 1.544 オングストロームです。 単結晶ダイヤモンドの原子構造の特徴により、他の材質にはない優れた硬度と滑らかで鋭い切れ味が得られる工具素材として使用できます。 UPC超精密ダイヤモンドツールは、超精密研削技術によって製造されており、材料の特性を最大限に引き出し、滑らかな切れ味と耐摩耗性を備えた刃先を得ることができます。 超仕上げ工作機械との組み合わせにより、高精度な非球面形状や微細形状を実現します。 超仕上げ。

金型の超仕上げ加工の要求を満たすためには、切り込み深さをナノメートル単位で設定する必要があります。 このため、切削工具に求められる条件は、 ①工具先端の円弧半径が数十nmの切れ味に達すること。 ②刃先稜線の平滑度はナノメートルレベルに達します。 刃先半径と同じ切込み深さで加工する場合、ワークの加工面を傷つけにくく、加工が安定し、切りくず排出がスムーズで、弾性変形による切厚変化が少ない。ワークの微小な加工も可能なため、超仕上げ加工が可能です。

2. UPCツールで加工したワーク材質ごとの摩耗状態の違い

ダイヤモンド工具の熱化学的摩耗状態は、加工する材料の種類によって大きく異なります。 超精密旋盤でノーズ角130°の直刃超精密ダイヤモンドバイトを用いて無酸素銅と純アルミニウムを正面旋削加工した後、工具先端の摩耗状態からすくい面の劣化が見られます。無酸素銅を切断するための工具です。三日月形のクレーターは摩耗しますが、刃先の稜線はシャープなままです。純アルミ切削用工具の刃先稜線摩耗は円弧刃となるが、すくい面には三日月状のクレーター摩耗は見られない。 この摩耗状態の違いから、銅の切削時に工具すくい面に発生するクレーター摩耗は、銅の触媒作用によるダイヤモンドの酸化によって起こり、切削稜線は摩耗のメカニズムが異なることがわかります。工具の刃先はワークピースによるものです。 隙間なく完全に接触し、酸化摩耗はありません。アルミニウムを切削する場合、加工面と工具表面が直接接触することにより炭化アルミニウムが生成し、刃先により被削材が削られ、刃先が摩耗します。 ただし、摩耗の方向は広がり、銅切削の場合は逆に（切れ刃から逃げ面に広がる）すくい面の三日月摩耗は発生しません。

ワーク材質が異なれば熱化学現象も異なるため、工具の摩耗状態も異なるため、ワーク材質の種類に応じて適切な工具の前後角度を設計する必要があります。

3. UPC-R超精密ダイヤモンドツール加工例

UPC-Rは、円形刃先を備えたUPC超精密ダイヤモンドツールです。 一般的な用途は、DVD などの非球面ミラー金型の超仕上げです。 UPC-Rツールの円弧刃先の輪郭精度は50nm以下で、世界最高精度です。アークRもわずか5μmと世界最小です。 超精密ダイヤモンド工具UPC-Rを使用したCNC二軸超精密工作機械での非球面ミラーモールドの加工のポイントは、 ①いかに薄く安定した切りくずを連続的に形成し、スムーズに排出するか。 ②ワークは回転時の動バランス性能が高いこと。 ③ワークの芯出しが正確に行えます。 ④切削液等の安定供給 鋼加工中の熱化学反応によりダイヤモンドが黒鉛化し、ワークピースに拡散するため、UPC ダイヤモンド工具は鋼金型の超仕上げ加工には適していません。 ただし、鋼製金型の表面に厚さ数十ミクロンから数百ミクロンのニッケルめっきを無電解めっきしておけば、UPC ダイヤモンド工具による超仕上げ加工が可能になります。 コーティングの品質に関しては、多孔性や偏析などの結晶構造欠陥を生じない非晶質コーティングを選択してください。

4. UPC-T超精密ダイヤモンドツール加工例

UPC-Tは、主にフレネルレンズ金型や液晶導光板などの回折格子金型の超仕上げ加工に使用される、三角形切れ刃を持つUPC超精密ダイヤモンドツールです。

近年、光学部品の高精度化、小型化、集積化が急速に進んでいます。 非球面レンズから薄型・軽量・一体化が可能なフレネルレンズまで、超仕上げ技術への要求はますます高まっています。 高い。 この加工モードはUPC-T超精密ダイヤモンドツールを使用し、微細な格子部分や非球面形状を超仕上げする例です。 したがって、旋削工具の刃先には刃先Rが要求されます。 <100nm and excellent cutting performance. The cutting edge of UPC-T's tip is a small cutting edge of 50nm, which can realize super finishing.

超精密ダイヤモンド工具による金型加工は、レンズ金型加工に欠かせない加工方法として発展しました。 今後、金型の品質向上と高精度・多機能な成形部品の市場需要がますます高まるとともに、医療・バイオ分野での金型加工需要の増加に伴い、新たなツールの開発が求められます。今後も推進されていくだろう