汽車/航空相關產業

工具磨損、壽命管理與評估的定量化

為了追求更高強度與精度以及輕量化的結果，對超硬合金、硬脆性材、SUS系淬火鋼等不易切削加工的材質(難削材)之需求提升。

難削材會造成切削工具極大的負擔，必須注意切削工具的刃尖磨損或缺損。

4K數位顯微鏡可進行以往難以進行的觀察與量測，提升切削工具的量測效率，讓工具的管理、評估更為容易。

新素材和切削工具的進化

為了實現輕量化與性能提升，在汽車、飛機領域，高精度的切削鈦合金與CFRP*等難削材的需求激增。除難削材外，高速切削與長時間無人連續切削等為了提升生產效率的加工法也對切削工具帶來極大的負擔。此外半導體產業對細微加工的需求，也出現了數微米級的精密切削技術。

針對這些需求，車刀、鑽頭、端銑刀已開發出可更換刀尖的拋棄式工具。拋棄式工具可在刀尖安裝加工難削材所需的超硬合金*、PCD*、CBN*素材的刀刃。刀尖磨損時只需更換刀刃，縮短維護時間與降低成本，在各領域廣泛的實用化。

CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics（碳纖維強化塑膠）的縮寫。是碳纖維和樹脂的複合材料。密度比鐵或鋁更低，是輕量且高強度的材料。不同於金屬，纖維方向的彈性率和強度高，因此可根據纖維方向的比例進行強度設計。

超硬合金（WC-Co系合金）：將IVa、Va、VIa族金屬碳化物用 Fe、Co、Ni等鐵系金屬燒結而成的複合材料。低溫、高溫硬度（HRA：80至94）、強度（抗折力：約2 GPa以上）、楊氏係數（約鐵的3倍）等，機械特性優異。

PCD：Polycrystalline Diamond（多晶鑽石）的縮寫。將鑽石微結晶和金屬或陶瓷末一起在高溫、高壓下燒結（燒硬固結）而成的人工礦物。天然的鑽石為單晶，PCD內含的鑽石則為多晶，有極佳的熱傳導性、硬度。

CBN：Cubic Boron Nitride（氮化硼立方晶體）的縮寫。由硼、氮製成，非天然存在的化合物。硬度僅次於鑽石，PCD的耐熱溫度約700°C開始氧化，CBN則約1300°C，高溫下加工時CBN較優。

刀尖磨損或缺陷除影響加工精度和速度外，刀尖高溫也會導致被切削材變形、破損，甚至加工機故障。觀察刀尖並掌握其狀態和切削製程能力直接相關。

例如適用於難削材加工工具的PCD工具與CBN工具的捨棄式刀刃，為了排出碎屑的「前刀面」，與為避免刀刃和切削面接觸的「隙面」，這些面的角度精度和加工精度息息相關。持續使用磨損變化後的刀刃會影響切削精度，最終發生不良品。

因此，定期檢查工具磨損，進行最佳的工具磨損管理，對減少材料的浪費，實現切削工具的預測維護，透過改善良率減降成本，讓切削工具穩定稼動大幅提升生產力，大有貢獻。

工具壽命會因被加工物的材質、加工法、加工速度、轉速等切削條件而不同。例如提高轉速加大車刀進給量，加工速度會變快，但刀尖負擔也變大，磨損更為激烈。反之降低轉速減少車刀進給量，可延長刀尖壽命，但加工速度會變慢。

切削必須在兼顧加工速度和刀尖長壽命化的最佳切削條件下進行。用顯微鏡觀察、量測工具的磨損狀態，導出最佳切削條件，可說是延長工具壽命，提升良率和生產效率的有效手段之一。

以刀具的2D、3D形狀，執行R定量磨損測量，使精度管理更正確。

工具的刀尖是具有厚度的立體形狀。執行整體由近至遠的對焦觀察、量測，就可以掌握刀尖的磨損與加工面的狀態。如果只能部分對焦，就必須花費許多時間針對不同位置重新對焦。

4K數位顯微鏡「VHX系列」可進行「即時景深合成」，簡單操作即可瞬間合成多個焦點位置，對有凹凸的目標物全對焦。還配備Eucentric（自動中心）機構，不用移動中心軸即可自全方向進行觀察，即使樣本改變也可用相同條件觀察。能夠縮短量測所需時間，也容易進行樣本比較。

工具由經研磨後的金屬製成，導致工具有強烈的光澤面。因此強烈的反射光造成的光暈會影響觀察、量測。

4K數位顯微鏡「VHX系列」配備消除光暈功能、去除反射功能，並且拍攝時可強調表面紋理的HDR功能，可輕鬆解決以上難題。

去除環狀功能是去除以往難以去除的工件表面環狀反射的功能。透過環狀照明在不同照射方向下取得的複數影像，避免部分影像過度反光。

還可取得多張不同快門速度的影像，並取得高灰階影像的HDR（High Dynamic Range）功能。實現超高精細和高對比度的觀察。

透過這些功能抑制反射光，取得清晰影像，讓金屬表面的觀察、量測變得無比容易。

端銑刀與鑽頭尖端是有深度的形狀。缺陷的量測不只2D, 也需要3D。而捨棄式刀刃的磨損與缺陷也需要立體的影像量測。

4K數位顯微鏡「VHX系列」不但支援2D，也支援3D量測。以3D量測獨有的立體影像進行正確觀察，取得更高可靠性的量測結果。還鏡頭可即時傾斜，執行景深合成的「Auto Adjust功能」。自動補正讀能改善景深合成影像時發生的輪廓偏移和振動，建構高完成度的全對焦影像。傾角下也能合成。

鑽石工具（PCD工具）非常適合用來加工超硬合金、鏡面、玻璃纖維強化塑膠（FRP）或碳纖維強化塑膠（CFRP）。相較以往的超硬合金工具，更耐磨損，壽命更長。而當刀尖溫度達約700°C，會發生鑽石的碳原子被鐵吸收（氧化）的現象，PCD會嚴重磨損。

使用4K數位顯微鏡「VHX系列」的「3D合成功能」，可進行輪廓量測。可掌握PCD工具的表面形狀，除了缺損與磨損都能以微米等級量測。

穩定的製造，有賴工具的壽命管理。也許更新切削條件的評估。切削工具的尖端精度管理高達微米等級。能分辨是磨損、切削物凝著或異物附著也很重要。

4K數位顯微鏡「VHX系列」的倍率涵蓋0.1~6000倍。一般的顯微鏡倍率無法觀察的細微裂痕，VHX系列都不會錯過。大倍率與4K的高精細拍攝，有助以往無法辨別的磨損和異物附著的差異。

以此方式可長期觀察工具尖端的狀態，掌握磨損的進行與裂痕等問題發生的模式。藉由問題模式導出最佳切削條件，延長工具壽命，事先預防不良品的發生。

「VHX系列」以4K的清晰度、透過精細量測取得高精度的數值資料。利用資料的儲存、活用，解決以往的量測、檢查課題。是提升作業效率的強力工具。

即使是有高低差的目標物，透過能從近到遠的全對焦的「即時景深合成」，傾斜或旋轉載物台視野也不會偏離的「Eucentric（自動中心）機構」、抑制反射光暈等。。。配備各類強力的觀察功能。還配備許符合現場速度與精度的功能，如可清晰表現微小的凹凸的「光影模式」、「多重照明」、自動重現拍攝條件等各種設定。

有關「VHX系列」的詳細說明，請下載型錄，或洽詢KEYENCE。