工具についての基礎知識

Question

今、工具の基礎知識をネットから引っ張って勉強をしているのですが某サイトに「切削工具は削る材料より３～4倍の硬さが必要であるといわれている」と記載していたのですが、何故3～4倍でなければならないのか理由が分かりません。自分の仮設は、被削材を削っていっている時に生じる切削抵抗？倒れ？が一番安定するのが被削材の3～4倍の硬さを持った工具で加工する時かなと思います。
もし、間違っていればご教示頂けますでしょうか？

Accepted Answer

まず根本的な話として「切削工具は削る材料より３～4倍の硬さが必要であるといわれている」という記述自体が非常にザックリした、ある意味乱暴なまとめ方である事に注意が必要です。
　切削対象の種類や加工の内容、許容される公差など、無数の条件で変化する『工具に要求される性能』を分かりやすさ優先でまとめたもので、2倍ではダメとか、5倍では無駄というような、細かなレベルの話ではありません。
　この点は念頭に置いて下さい。

その上で言うなら、基本的に物体は『硬いと脆い』というのが重要です。
　ガラスは硬いですが、衝撃が加わると砕けてしまいます。これが『脆さ（靭さ）』の端的な例です。
　そして柔らかい工具では加工自体が行えず、脆い工具はすぐに欠けたりヒビが入ったりして使えなくなります。
　硬くて強靭な素材というのもありますが、これは素材自体の値段も高く、工具として加工する事も難しくなるので、値段が上がってしまいます。
　この『硬さと脆さと値段』のバランスが取れている領域が、硬さとしては3から4倍、という話です。

Answer

刃物寿命と交換の手間、刃物のコスト、被削物の仕上がり状態などを考えたときの採算分岐点となる刃物の硬度がこのあたりになると言うことではないでしょうか？
刃物メーカーの技術資料とかを検索してみることを勧めます。

Answer

硬さの表し方は、複数の方法があると思いますが、それぞれの方法で、数値が大きい方が「硬い」という相対的な順位付けはできますが、一方に比べ他方が「何倍硬い」とするような比較はあまり合理的ではなさそうに思います。
まずは、「切削工具は削る材料より3～4倍の硬さが必要であるといわれている」とする情報で、どのような硬さの指標（例えばHRCなど）に従って比較しているかを確認なさることをお勧めします。
「3～4倍の硬さ」が、根拠がないということではありませんが、硬さを表す指標を特定した場合の「経験則」であって、無条件に適用できる理論的な説明は難しいと把握なさったら如何でしょうか。

Answer

>>自分の仮設は、被削材を削っていっている時に生じる切削抵抗？倒れ？
間違い
>>切削工具は削る材料より３～4倍の硬さが必要であるといわれている
間違い

紙で木を切る
https://www.ctv.co.jp/hapiene/program/20170930/index.html
紙の原料は木と同じセルロースで構成されていてであり　同じ木(木でも樫の木とか固い木は切れないだろうが)切ることができる

ダイヤはダイヤで削る　それ以上硬いものがないため

そもそもここでいう硬さは何？モース硬度さじゃないの？
モース硬度は15までしかないので　計算が合わないんだが

ハイス鋼　63HRC以上
S45C(生)　12.7HRC程度

約5倍なんだが？

Answer

刃の硬度が切削物の硬度に近いと刃がなまるのは想像できませんか？
例えばステンレスに普通の鉄鋼用のドリルで穴加工するとかろうじて
きたない穴加工ができますがドリルの刃先はまるまります。
なので工具の硬度は最低でも被削材の3～4倍の硬度は必要。
あと、アルミは鉄鋼用のドリルで十分きれいに穴加工ができますが高硬度の超硬ドリルでも同じ様に加工できます。余裕があり過ぎですが何の
問題もありません。

Answer

私は専門家ではありませんが、切削抵抗、倒れは刃先の形状に影響すると思いますが刃の硬度は関係ないと思います。
切削工具は削る材料より硬くなければ絶対に削れないですよね。
削るためには最低でも3～4倍の硬さを持った工具が必要ということだと思います。ですから５倍～１０倍以上の硬度の工具でもなんら問題ないと思います。

なぜ切削工具は削る材料より３～４倍の硬さが必要なのか？