タングステンとは?特徴と加工方法を紹介!

タングステンという金属を聞いたことはございますか。タングステンは、元素番号74番のWで表される金属で、私たちの身の回りで様々なものに使われています。

今回は、難削材加工を得意とする超精密・ナノ加工センター.comが、タングステンの特徴や加工におけるポイントについて紹介します。

タングステンとは?

タングステンの特徴は3つあります。

①金属の中で、最も高い融点

融点とは、個体が液体になり始める温度のこと。つまり、融点が高いと耐熱性に優れているということになります。タングステンの融点は3422℃と、とても高いです。一般的に高いといわれている鉄の融点が、1538℃であることから、タングステンの耐熱性が特段、高いことがお分かりになるでしょう。この耐熱性の高さから、超高温の環境下でも形状安定性が極めて高いという特徴もあり、2000℃を超える炉のヒーターなどに使用されています。

②硬度

タングステンは、それ単体でも非常に高い硬度をほこります。さらに、炭素と結びつくと、「タングステンカーバイド」という物質になり、より硬くなります。タングステンカーバイドは、モース硬度においてダイヤモンドの「10」に次ぐ「9」にランクされます。この硬さから、切削工具や軍事用の徹甲弾にも使用されています。

③重量

タングステンは、スウェーデン語で「重い石」という意味があるほど、思い金属です。その重さは、金とほぼ同じであり、鉛と比べても、約1.7倍重いです。また、放射線の遮蔽能力も高いため、レントゲンなどの医療現場でも使われています。

タングステン加工のポイント

上記3つの特徴から、タングステンは加工が非常に難しい、難削材です。ここでは、そのような特徴をもつタングステンの様々な加工の仕方を説明していきます。

施盤加工のポイント

旋盤加工とは、対象物を回転させ、固定した切削工具によって削り出しを行う方法のことです。タングステンの旋盤加工では、チップ素材の選び方が重要になります。超硬度のチップを用いると、チップの先端形状のすくい角が緩くなり、面粗度が荒くなってしまいます。そこで、サーメットのチップを用いることがポイントです。すくい角が大きくなり、面粗度を上げることができます。

フライス加工のポイント

フライス加工は、旋盤加工の逆で、対象物を固定し、回転する切削工具によって削り出す方法です。タングステンにおけるフライス加工では、荒加工は湿式で行うと同時に、回転数を落とし、仕上げ加工は乾式で行うのがポイントです。仕上げ加工を湿式で行うと刃物が逃げやすくなり、仕上がりが不安定になってしまいます。

タップ加工のポイント

タップ加工とは、加工により開けられた穴に雌ねじを作る方法のことです。難削材のタップ加工は、タップに大きな負荷が掛かるため、タップが折れやすく、また加工に非常に長い時間が掛かってしまいます。そこで、通常のタップの代わりに、プラネットカッタを使用します。まず、荒加工で穴を空けた後に、プラネットカッタを用いることで、工程が1/12程度へと、劇的な短縮をすることができます。

チッピング防止のポイント

チッピングとは、切り削工具や切り刃の刃先が細かく欠ける現象のことを指します。タングステンの表面は滑りやすいので注意が必要です。一般的な材料の場合は、クーラントを掛けることでチッピングを防止しますが、タングステンの場合はクーラントを掛けずにドライ加工を行うほうが、チッピングの防止に効果があります。ただし、面粗度を上げるためには、クーラントを掛けた方が良いので、荒加工はドライ加工、仕上げ加工は取りしろを最大にしてクーラント加工を行うことが効果的です。

タングステンの加工実績

下の写真は、全体球面の部品をマシニング加工によって成形し、超精密研削加工によって鏡面仕上げをしたタングステンカーバイド製の加工部品です。

タングステンカーバイドは難削材と知られておりますが、当社ではタングステンカーバイド等の難削材の研削加工に関するノウハウを蓄積しているため、このような球体形状においても寸法精度±0.003mm、面粗度Ra0.05の高精度仕上げ加工を実現しました。

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今回は、タングステンの特徴、加工方法についてご紹介いたしました。タングステンは、「耐熱性が高い、硬い、重い」という特徴を備えており、加工が非常に難しい難削材です。

当サイトを運営する株式会社木村製作所は、タングステンの他にも、チタンやタングステンカーバイド、超硬などの難削材加工も得意としており、超精密加工のプロフェッショナルとして、難削材の高精密加工にも対応しております。長年蓄積してきた独自の難削材加工における知見と、産学連携によって開発してきた超精密加工に関するノウハウを合わせて、難削材の高精密加工に対応いたします。

超精密・ナノ加工センター.comを運営する株式会社木村製作所では、超精密加工に特化した「ナノ加工研究所」にて、日本屈指の超精密加工を行っております。

また、お客様の過剰品質の設計を防止するために、あらゆる角度からVA/VE提案をいたします。ナノレベルはマイクロレベルとは異なるノウハウが必要とされますが、どちらにも対応することができる当社だからこそ、最適な品質設計をお客様に提案することができます。

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