切削速度の向上により切り粉除去率が大幅に向上します。材料の高いひずみ速度（切削速度500m/min、切削温度1400度で約1.67×10⁵/s）により、切りくずの生成過程や工具とワークの接触面で起こるさまざまな現象が従来の切削条件とは異なります。工具の高温硬度と工具摩耗は重大な問題になります。高速切削を実現するには、適切な工具材料と工具製造技術が不可欠です。
現在使用されている金属切削工具の材質は、切削速度が最も低く耐摩耗性が最も低い高速度鋼から、最高の高速性能を有する多結晶ダイヤモンド工具まで、9 つのカテゴリに分類できます。-高速切削には、優れた靭性、高い耐衝撃性、優れた耐摩耗性を備えた工具材料も必要です。
一般に、高速度鋼やコーティングされていない超硬合金などの低性能工具が通常の切削プロセスで広く使用されていますが、高速性能は劣っています。-多結晶ダイヤモンド (PCD) 工具などの高性能切削工具は、すべての工具材料の中で最も硬く、非常に高い耐摩耗性と速度性能を備えています。切断熱はほとんど影響を受けないため、非鉄金属や非金属材料の高速加工に特に優れています。{{6}{7}}ただし、耐衝撃性が低く、鋼や鋳鉄を切断する場合の熱性能は非常に劣ります。これは、鉄金属の高速切削中に、工具材料内の炭素原子がワークピースに拡散し、工具の摩耗が促進されるためです。
超硬工具は最も多くの用途があり、工具総売上高の 80% を占めています。. 90 通常の速度での金属切削の % には超硬工具が使用されています。超硬は比較的優れた衝撃靱性を持っていますが、高速性能は劣っています。-さらに、高速切削工具には、非常に高い熱間硬度と化学的安定性が必要ですが、超硬では満たすことができない要件です。
CBN工具は耐熱性に優れ、高温で硬い材料を切削することができますが、高価であり柔らかい金属を加工することはできません。アルミニウム-ベースのセラミック材料は、化学的安定性に優れており、この種の加工には適しています。-しかし、高温硬度に欠けるため、高速加工には使用できません。-
高速切削工具の研究で解決すべき主な問題の 1 つは、さまざまな工具材料の利点を組み合わせて、衝撃靱性と高い耐摩耗性を同時に備えた新しい工具材料を開発することです。{0}新しい工具は、良好な衝撃靱性を備えた工具マトリックス材料を、良好な熱間硬度と耐摩耗性を備えた材料でコーティングすることによって作成され、多くの場合、両方の材料の利点を組み合わせています。これらの工具は高速切削において幅広い用途に使用できます。-
この考えに基づいて、さまざまな金属材料の高速切削に適した、超硬コーティング工具、CBN コーティング工具、PCD コーティング工具などの新しい複合工具材料が登場しました。{0}
高速切削に適したコーティング超硬工具は、耐熱性、高硬度に優れたコーティング材と多層コーティング技術の採用により、広い切削範囲と長寿命を実現し、ノンコート超硬工具に比べて切削性能が大幅に向上しています。{0}{1}したがって、コーティングされた超硬合金は、通常のコーティングされていない超硬合金に取って代わる強い傾向を示しています。
工具コーティング技術は超硬工具に適用できるだけでなく、サーメットやセラミックスなどの他の工具材料にも良好な結果をもたらします。
セラミック切削工具は高速切削にも適しており、近年の工具材料の研究開発の重要な部分を占めています。{0}ウィスカー-強化セラミック切削工具は特殊な材料で作られており、優れた耐衝撃性、靭性、耐熱衝撃性を備えているため、高速加工に適しています。-
高速切削工具のもう 1 つの課題は、切りくずの分断と切りくずの方向の制御を実現するために、特定の形状のチップ ブレーカ溝をインサートに研削または押し付けることです。これは加工効率と工具の耐久性を向上させるために重要な技術です。
高速切削工具は、優れた耐衝撃性、耐熱衝撃性、優れた耐熱性、耐摩耗性、化学的安定性に加えて、優れた切りくず破壊性能を備え、幅広い金属切削用途に適応できる必要があります。{0}}