なぜガラス繊維強化プラスチックでは工具交換が頻繁に必要なのか？
なぜガラス繊維強化プラスチックはより頻繁な工具交換が必要なのか？
ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）は、その極めて高い研磨性のため、他の材料よりも頻繁な工具交換が必要となります。ガラス繊維は工具の切れ刃よりも硬く、「研磨摩耗」と呼ばれるメカニズムによって工具を急速に摩耗させます。これは複合材料を加工する際に避けられない基本的な課題のひとつです。
工具摩耗が加速する主な理由
1. 極端な研磨性 プラスチック母材中に埋め込まれたガラス繊維は、超硬工具よりもはるかに硬い性質を持っています。この絶え間ない高摩耗接触によって、切れ刃は急速に鈍化し、精密度の低下や切削抵抗の増大を引き起こします。
2. 断続的な切削作用 均質な金属とは異なり、工具は柔らかいプラスチック母材と硬く脆いガラス繊維を交互に切削します。この断続的な衝撃荷重により、切れ刃に微小な欠け（チッピング）が生じ、単なる摩耗を超えて急速に工具が損傷します。
3. 切削刃先での熱集中 プラスチック母材は熱に敏感である一方、ガラス繊維は優れた断熱性を持っています。このため、発生した熱がワーク全体に拡散せず、刃先に集中します。この高温状態は超硬工具の結合材を軟化させ、炭化タングステン粒子が脱落しやすくなります。
摩耗を抑えるための工具選定戦略
• 工具材料： 標準的なハイス工具（HSS）はすぐに摩耗します。そのため、当社では高耐摩耗性の超硬ソリッド工具、もしくはより高度な多結晶ダイヤモンド（PCD）チップ工具を長期生産に採用しています。PCDは最も高い耐摩耗性を誇ります。
• 工具形状： 高いポジティブレーキ角と研磨フルートを備えた特殊形状の工具を採用し、クリーンな切削を実現します。これは、さまざまなプラスチックCNC加工での品質管理において重要です。
• コーティング： コーティングは熱と摩擦の低減に役立ちますが、ガラス繊維に耐えるためには、基材そのものが極めて高い耐摩耗性を持つ必要があります。
運用上の推奨事項
ガラス繊維入りプラスチックの加工で工具寿命を最大化するには、適切な工具材料（超硬またはPCD）の選定と、最適な加工パラメータ設定の両立が最も効果的です。送り速度を高めることで、工具が繊維を「擦る」よりも「切る」状態を維持できますが、層間剥離のリスクとバランスを取る必要があります。当社の試作サービスおよび少量生産では、ガラス繊維系材料の加工時に品質と一貫性を維持するため、工具寿命の監視と定期交換を標準手順として導入しています。
