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超音波加工技術が医療用ステンレス鋼のマイクロ加工において驚異を生む
ステンレス鋼とその一般的な用途について
ステンレス鋼の一般的な材料特性
ステンレス鋼は、その優れた耐食性、耐久性、および高強度で知られる鋼合金の一群です。以下は、ステンレス鋼の主な材料特性のいくつかです。
【耐食性】
ステンレス鋼は腐食と酸化に非常に耐性があります。これは、クロムが合金中に存在することによるもので、材料表面に被膜を形成します。この酸化被膜はバリアの役割を果たし、湿気、化学物質、およびその他の腐食性物質にさらされても鋼の腐食を防ぎます。これにより、ステンレス鋼は頻繁なクリーニング、塗装、またはコーティングが不要となり、厳しい環境でも腐食に対する保護が減少します。
【耐熱性】
ステンレス鋼は優れた耐熱性も有し、高温下での利用に適しています。著しい強度の低下や変形なしに、高温に耐えることができます。この特性は、航空宇宙、自動車、エネルギーなどの産業で重要であり、部品が極端な熱や熱循環にさらされる可能性がある場合に利用されます。
【高強度と延性】
ステンレス鋼は高い強度を示し、さまざまな構造および荷重ベアリングのアプリケーションに適しています。ステンレス鋼の強度は、合金組成、熱処理、および製造プロセスなどの要因に影響されます。ステンレス鋼はまた、良好な延性を有しており、異なる形状に簡単に形成および製造できます。この特性は、曲げ、溶接、加工、および成形を含むさまざまな製造プロセスで有益です。ステンレス鋼の延性は、合金組成を制御し、適切な熱処理を行うことでさらに向上させることができます。
【衛生の特性】
ステンレス鋼は、高い清潔度と衛生基準が必要な食品加工、医療（手術）、製薬産業などの産業で広く使用されています。非多孔性で細菌の増殖に抵抗しやすく、クリーニングが容易で繰り返しの滅菌プロセスに耐えることができます。
ステンレス鋼の異なるグレードファミリー
ステンレス鋼の材料特性の一般的な観点に加えて、ステンレス鋼のファミリーは主にフェライト、オーステナイト、マルテンサイト、デュプレックスの4つの主要なカテゴリに分類されています。これはそれらの結晶微細構造に基づいています。
一般的に、オーステナイトおよびマルテンサイトのグレードのステンレス鋼、例えばSUS 304、316、および420は、医療機器や医療用スペアパーツの製造によく使用されます。以下は、これらの3つの一般的なステンレス鋼グレードの比較を示しています。
【オーステナイト – 304ステンレス鋼（SUS 304）】
組成
304ステンレス鋼は18-20%のクロムと8-10.5%のニッケルを含み、小さな量の炭素、マンガン、およびその他の要素も含まれています。
腐食抵抗性
大気中条件や穏やかな化学環境を含む幅広い環境で良好な耐食性を提供します。
強度
304ステンレス鋼は良好な引張強度と降伏強度を有しており、一般的な用途に適しています。
産業アプリケーション
304ステンレス鋼は食品加工、キッチン機器、建築アプリケーション、化学処理など、さまざまな産業で一般的に使用されています。
【オーステナイト – 316ステンレス鋼（SUS 316）】
組成
316ステンレス鋼には16-18%のクロム、10-14%のニッケル、および2-3%のモリブデンが含まれており、その他の要素もあります。
腐食抵抗性
特に海洋環境や塩化物豊富な条件などの厳しい環境で優れた耐食性を提供します。
強度
316ステンレス鋼は304に比べて高い引張強度と降伏強度を有しており、高い圧力下での使用が必要なアプリケーションに適しています。
産業アプリケーション
316ステンレス鋼は、海洋機器、化学処理、製薬、および優れた耐食性が必要な医療用インプラントなどで一般的に使用されています。
【マルテンサイト – 420ステンレス鋼（SUS 420）】
組成
420ステンレス鋼には約12-14%のクロムが含まれ、ニッケルの含有量は少ないかない場合があります。 304および316と比較して炭素含有量も高いです。
腐食抵抗性
穏やかな環境では中程度の耐食性を提供しますが、304および316と比較して腐食性の強い化学物質や塩化物に対する耐性は劣ります。
強度
420ステンレス鋼は高い硬度と良好な強度を有しており、切削具、外科用器具、金型などの耐摩耗性が必要なアプリケーションに適しています。 素材は熱処理後にさらに高い硬度（HRC 50-55まで）を示すことがあり、より高い精度と厳格な基準が求められる環境で使用されます。
産業アプリケーション
420ステンレス鋼は、刃、ナイフ、はさみ、外科用器具、および硬度と耐摩耗性が重要な金型の製造に一般的に使用されます。
まとめると、304ステンレス鋼（SUS 304）は良好な一般的な耐食性を提供し、幅広い用途に適しています。316ステンレス鋼（SUS 316）は特に攻撃的な環境で優れた耐食性を提供し、304よりも強度が高いです。420ステンレス鋼（SUS 420）は耐食性は低いですが、高い硬度と耐摩耗性を提供し、切削または耐摩耗性が必要なアプリケーションに適しています。これらの等級の選択は、特定のアプリケーションの要件、耐食性、強度、および耐摩耗性を含む要因に依存します。
医療グレードのステンレス鋼加工の難しさ
304、316、および420などのグレードのステンレス鋼を加工することは、これらの鋼合金の材料特性に起因する特定の難しさがあります。以下に、これらのステンレス鋼グレードを加工する際に遭遇する一般的な課題を示します。
作業硬化
304、316、および420を含むステンレス鋼グレードは、加工中に作業硬化する傾向があります。切削工具によって材料が変形されると、硬度が上がり、さらなる切削が難しくなります。この作業硬化効果は、増加した切削力、ツールの摩耗、および望ましいワークピースの品質を達成する難しさにつながります。また、ステンレス鋼は長くて細いチップを生成する傾向があり、これがチップの蓄積を引き起こし、切削プロセスに干渉し、ワークピースやツールを損傷する可能性があります。材料が切削されるにつれて硬くなり、チップの排出が難しくなります。
高い切削力
ステンレス鋼は高い強度と靭性で知られており、これが加工中に高い切削力を引き起こします。これらの高い切削力には、応力に対処できる頑丈な切削ツールと機械が必要です。これらの力を効果的に管理することは、ツールの破損、チャッター、およびその他の加工の問題を防ぐために重要です。
発熱
ステンレス鋼は熱伝導率が低いため、加工中に発生する熱は切削ゾーンに集中しやすいです。これにより、ツールの摩耗、変形、および材料の歪みが発生する可能性があります。
ツールの摩耗
特に420などのステンレス鋼グレードは比較的硬いため、加工中にツールの摩耗が発生しやすいです。作業硬化、高い切削力、および発熱がツールの摩耗に寄与し、ツール寿命を減少させる可能性があります。したがって、高硬度と耐摩耗性を備えた適切なツール材料の選択と、切削パラメータの最適化が摩耗の問題を緩和するために重要です。
なお、ステンレス鋼を加工する際の具体的な難しさは、特定のグレード、ワークピースの形状、切削ツールの選択、および加工パラメータなどの要因によって異なることに注意してください。
HIT超音波加工技術が医療用ステンレス鋼のマイクロ加工にもたらすものは何ですか？
超音波高周波振動
HITの超音波支援加工技術は、ツールの回転と縦方向の高周波振動を重ね合わせ、1秒間に2万回以上のマイクロ振動を生成します。このメカニズムは切削力を減少させ、チップの取り外しプロセスを容易にします。
縦方向の高周波振動により、ツールとワークピースの間で断続的な接触が可能となります。これにより、ツール先端周りの蓄積された切削熱が排除され、ツールの摩耗が大幅に減少します。
切削力の低減
切削力の低減により、ツールとワークピースの摩擦が減少するだけでなく、切削速度と送り速度を増加させることが可能となります。このメカニズムは、最大70バールの高圧冷却液スルースピンドル（CTS）機能と共に、加工プロセス中に発生する熱を低減させます。これにより、ワークピースの品質とツール寿命の安定が向上し、膨大なエネルギーと加工時間を節約できます。
チップの取り外しプロセスが容易に
チップの取り外しまたは排出プロセスを容易にすることで、ツールとワークピースの間で発生する蓄積された大量のチップによる摩擦も低減されます。特に、チップが長くて糸状の場合、ビルトアップエッジ（BUE）やチップの再切削の状況につながる可能性があり、これはワークピースの品質を悪化させ、ツール寿命を危険にさらすことがあります。HITの超音波高周波マイクロ振動による切削力の低減により、ツールは材料をより簡単に切り取り、チップの取り外しプロセスも容易になります。絡まった、蓄積されたチップの排除も、ワークピースの品質向上とツール寿命の延長に寄与します。
ステンレス鋼のマイクロ加工の利点
医療用ステンレス鋼の加工では、HIT超音波支援加工技術が切削力を低減し、ツールが材料をより簡単に切り取り、より良好なチップの取り外しを可能にします。このメカニズムは、より良いワークピース品質（バリの除去と穴の円周の向上）およびツール寿命（良好なチップの排除と切削工具周りの絡まった、蓄積されたチップの予防）に寄与します。
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