26 あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2014 研 究 ノート ロータリ切 削 工 具 を用 いたインコネル 718 の切 削 加 工 河 田 圭 一 ＊ 1、 児 玉 英 也 ＊ 1 Cutting of Inconel718 with Rotary Cutting Tool Keiichi KAWATA *1 and Hideya KODAMA *1 Industrial Research Center *1 ニッケル基耐熱合金などの難削材を対象とした切削工程では、高能率・高寿命化を実現できる加工技術 の ニ ー ズ が 非 常 に 高 い 。そ こ で 、本 研 究 で は イ ン コ ネ ル 718 を 対 象 と し た 切 削 加 工 の 高 能 率 ・ 高 寿 命 化 を 目 標 に 、セ ラ ミ ッ ク 製 の 駆 動 式 ロ ー タ リ 工 具 を 用 い た 加 工 実 験 を 実 施 し た 。そ の 結 果 、① MQL、OoW、水 溶性の順に摩擦係数は大きくなる、②切削速度が速くなるにつれて摩擦係数は大きくなる、③速度比を大 き く す る と 摩 擦 係 数 も 増 加 し 、速 度 比 が 0.4 よ り も 大 き い と 工 具 が 欠 け て 加 工 が で き な い こ と が 分 か っ た 。 １．はじめに 加工点を被削材中心から 12°上方へ加工点をずらすこ ロータリ切削工具による加工は、円形状の刃を回転さ とにより、工具の逃げ面が被削材と干渉しないようにし せることにより、工具全周の切れ刃を利用した切削が行 た 。 油 剤 に は 、 極 微 量 潤 滑 法 (Minimum Quantity えるため、摩耗や加工熱を切れ刃全体に分散することが Lubrication、以下 MQL)、油膜付き水滴法(Oil on Water 可能となり、難削材の加工に利用されている。ロータリ droplet、以下 OoW)、エマルションタイプの水溶性切削 切削工具は、排出される切りくずとの摩擦を利用して工 油剤の 3 種類を用いた。 具を回転させる従動式と、モータなどにより強制的に回 回転式切削動力計 転させる駆動式に分けられる。これまで、アルミニウム 被削材 合金を対象として、駆動式ロータリ切削工具のすくい面 上に微細なテクスチャを施し、切りくずとの摩擦を低減 する研究を行ってきた 1) 。一方、ニッケル基耐熱合金な どの難削材を対象とした切削工程では、高能率・高寿命 化を実現できる加工技術のニーズが非常に高い。そこで、 本研究ではインコネル 718 を対象とした切削加工の高能 率・高寿命化を目標に、セラミック製の駆動式ロータリ MQL・OoW 供給ノズル 工具を用いた加工実験を実施した。本年度は、加工に用 いる油剤や切削速度などの加工条件が摩擦や工具損傷に 図１ 与える影響について調べた結果を報告する。 加工実験の様子 表１ 加工条件 被削材 インコネル 718 工具 材種：サイアロン φ10mm すくい角：3° 逃げ角：0° 切削速度 150～300m/min くい面に働く、垂直方向および水平方向の切削抵抗を求 工具傾斜角 10 度 めることで、摩擦係数を算出した。それぞれの加工条件 切込み 0.3mm における切削抵抗と摩擦係数の値は、被削材の端面から 送り 0.6mm/rev 40mm を加工したときの平均値とした。加工条件を表１ 工具周速 15～60m/min に示す。切削工具の材種にはチッ化珪素をベースとした 切削油剤 MQL(植物油 50mL/h) ２．実験方法 実験は、図１に示すような複合加工機を用いて行った。 回転式切削動力計により加工中の切削抵抗を測定し、す サイアロンを用いた。すくい面は工具研削盤を用いて丸 OoW(植物油 50mL/h、水 20mL/min) 棒から形成した。工具には逃げ角を設けていないので、 水溶性(20 倍希釈、吐出量 12L/min) ＊ 1 産業技術センター 自動車・機械技術室 27 定結果を図６に示す。油剤には MQL を用いた。摩擦係 ３．実験結果及び考察 数は速度比とともに増加した。さらに、速度比が 0.4 よ 3.1 油剤の影響 切削速度 150m/min、工具回転速度 30m/min の加工条 件における各切削油剤の切削抵抗の測定結果を図２に りも大きい条件では、加工の途中で工具が大きく欠けて しまい、加工を継続することができなかった。 示す。水平方向の力は MQL、OoW、水溶性の順に小さ 順に大きかった。この結果を用いて、摩擦係数を算出し 600 た結果を図３に示す。その結果、摩擦係数は MQL、OoW、 500 水溶性の順に小さいことが分かった。加工後のすくい面 の様子をマイクロスコープにより観察した結果を図４ に示す。どの油剤においても刃先のチッピングが観察さ れた。しかし、水分量が多く冷却効果の大きい油剤ほど チッピングは多く、刃先形状が大きく変化した。このこ 0.5 400 0.4 300 0.3 200 0.2 100 0.1 0 0 0.7 100 200 300 切削速度 [m/min] 0.6 図５ 切削速度の影響 400 0.5 700 0.7 0.3 600 0.6 200 0.2 500 0.5 100 0.1 400 0.4 0 0 300 0.3 300 切削抵抗 [N] 0.4 400 200 図３ 摩擦係数の比較 0.2 水平方向 垂直方向 μ 100 図２ 切削抵抗の比較 0 0 0.2 0.4 速度比Vt/Vw 摩擦係数 500 摩擦係数 切削抵抗 ［N］ 600 水平方向 垂直方向 0.6 0 とが、摩擦を大きくした原因の一つと考えられる。 700 0.7 水平方向 垂直方向 μ 摩擦係数 700 切削抵抗 [N] かった。一方、垂直方向の力は MQL、OoW、水溶性の 0.1 0 0.6 図６ 速度比の影響 1mm （a）MQL 1mm 1mm （b）OoW （c）水溶性 図４ 加工後のすくい面の観察結果 ４．結び 駆動式ロータリ切削工具を用いてインコネル 718 の切 削実験を実施した結果、以下のことが分かった。 (1)MQL、OoW、水溶性の順に摩擦係数は大きくなった。 3.2 切削速度の影響 (2)切削速度が速くなるにつれ摩擦係数は大きくなった。 速度比（=工具周速 Vt／切削速度 Vw）を 0.2 一定と (3)速度比を大きくすると摩擦係数も増加した。さらに速 して、切削速度を 150～300m/min に変化させたときの 度比が 0.4 よりも大きいと工具が欠け、加工できなか 切削抵抗と摩擦係数の測定結果を図５に示す。油剤には った。 MQL を用いた。切削速度の増加とともに摩擦係数は増 加する傾向が見られた。加工後の刃先を観察すると、切 付記 削速度の増加とともにチッピングが多く見られたことか 本研究は、平成 25 年度「知の拠点」重点研究プロジ ら、切削速度が速くなるにつれ、被削材の凝着量が多く ェクト事業「低環境負荷型次世代ナノ・マイクロ加工技 なることが推測される。 術の開発」において実施した。 3.3 速度比の影響 切削速度 150m/min 一定として工具回転速度の変更に より速度比を変化させたときの切削抵抗と摩擦係数の測 文献 1）河田，糸魚川，則久，石川：日本機械学会 2011 年度 年次大会 DVD-ROM 論文集，11(1)
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