セラミックロータリ工具を用いたインコネル718 の高速切削加工（PDF

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あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2015
研 究 ノート
セラミックロータリ工 具 を用いたインコネル 718 の高 速 切 削加 工
河 田 圭 一 ＊ 1、 児 玉 英 也 ＊ 1
High Speed Cutting of Inconel 718 with Ceramic Rotary Cutting Tool
Keiichi KAWATA *1 and Hideya KODAMA * 1
Industrial Research Center * 1
イ ン コ ネ ル 718 な ど の ニ ッ ケ ル 基 耐 熱 合 金 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、本研究では切削加工の 高能率 ・高寿命化を目標に、セラミック
ロ ー タ リ 工 具 を 用 い た 加 工 実 験 を 実 施 し 、 工 具 寿 命 の 検 討 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、 ① ド ラ イ 加 工 、 MQL、
OoW に 比 べ 、ソ リ ュ ブ ル 系 水 溶 性 切 削 油 剤 を 用 い た 場 合 に 最 も 工 具 摩 耗 の 進 行 が 低 減 す る 、② 工 具 の す く
い 角 が -35°の 場 合 、 加 工 中 に 火 花 が 発 生 す る と と も に 、 工 具 摩 耗 は 大 き く な る こ と が 分 か っ た 。
な い ド ラ イ 加 工 、 極 微 量 潤 滑 法 (Minimum Quantity
１．はじめに
航空機エンジン部品の材料として使用されているイ
Lubrication、以下 MQL)、油膜付き水滴法(Oil on Water
ンコネル 718 などのニッケル基耐熱合金は、難削材とし
droplet、以下 OoW)、ソリュブル系水溶性切削油剤の 4
て知られている。近年、航空機産業においても厳しい生
種類を実施し、工具摩耗を比較した。
産性の向上が求められており、工具の長寿命化や加工能
率の向上が要望されている。そこで、これらの課題を解
工具回転方向
チャック
ロータリ切削工具
決するため、本研究ではこれまでロータリ切削工具によ
る旋削加工を実施し、セラミック工具を用いた加工能率
向上や長寿命化の可能性について検討してきた
1)
。昨年
15°
度に引き続き、本年度においてもセラミックロータリ工
被削材
具による旋削実験を実施し、切削油剤や工具形状が工具
被削材回転方向
寿命に与える影響について調べた。
図１
加工模式図
２．実験方法
実験は、既報
1)
同様、複合加工機（オークマ㈱
MULTUS B300）を用いて行った。図１に加工模式図を
示す。ロータリ切削工具による加工では、一般的な旋削
3°
加工と異なり、円筒形の工具を同時に回転させている。
(a)
このため、非切削時間が生じ、工具が冷却され工具寿命
の延長が期待できる。本実験で用いた加工条件を表１に
示す。工具材種には窒化けい素系のセラミック SX9（日
20°
(b) 工具 B
工具 A
図２ ロータリ工具断面
表１
加工条件
被削材
インコネル 718（HRC45）
工具
材種：SX9（日本特殊陶業㈱）
形状：φ10mm 円筒
すくい角：3°、-20° 逃げ角：0°
ていないので、被削材中心から 15°上方へ加工点をオフ
切削速度
300m/min
セットすることにより、工具の逃げ面が被削材と干渉し
切込み
0.5mm
送り
0.4mm/rev
工具周速
5m/min
切削油剤
MQL(植物油 50mL/h)
OoW(植物油 50mL/h、水 20mL/min)
ソリュブル系水溶性(希釈濃度 6.5%)
本特殊陶業㈱）を用いた。工具研削盤を用いて丸棒から
すくい面を形成し、工具とした。工具には逃げ角を設け
ないようにした。工具のすくい角の影響を調べるため、
図２に示すような 2 種類の工具を作製した。加工点をオ
フセットしているため、すくい角は-12°と-35°の負角
となる。また、油剤の影響を調べるため、油剤を使用し
＊
1 産業技術センター 自動車・機械技術室
47
具 A に比べ、逃げ面摩耗は大きくなった。加工中、工具
３．実験結果及び考察
B では加工点から火花が発生しており、非常に高温にな
3.1 油剤の影響
各油剤における工具逃げ面摩耗幅の変化を図３に示
っていることが予想される。このため摩耗の進行も速く
す。実験には工具 A を用いた。初期摩耗には油剤による
なったと推測される。図６に示した各工具における切り
大きな違いは見られなかった。しかし、切削距離が進む
くず形態を見ると、工具 B では、細かく分断されるとと
につれ、ドライ加工、OoW および MQL では急激に摩耗
もに櫛状の切りくずになっており、正常な加工が行われ
が進行し、切削距離 150m 程度で加工不能となった。一
ていないと思われる。
方、水溶性油剤では切削距離に比例して摩耗が進行し、
切削距離 450m 付近で工具の一部に比較的大きな欠損が
生じたため加工を終了した。水溶性油剤以外で急激に摩
耗が進行した原因を調べるため、切削距離 50m 付近のす
くい面をマイクロスコープにより観察した。その結果を
図４に示す。ドライ加工および OoW では水溶性油剤に
比べ、刃先への被削材の凝着が多く見られ、このことが
摩耗の進行を速めたと考えられる。また、MQL では刃
逃げ面摩耗幅 [μm]
他の油剤に比べ摩耗の進行は緩やかであった。しかし、
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
工具A
工具B
0
先への凝着は比較的見られなかったが、小さな刃先の欠
100
200
図５
500
切削速度の影響
水溶性
ドライ
OOW
OoW
MQL
140
逃げ面摩耗幅 [μm]
400
切削距離 [m]
損が観察され、摩耗が速く進行した一因と考えられる。
160
300
120
100
80
60
10mm
40
20
(a)
0
0
200
400
切削距離 [m]
図３
600
工具 A
図６
(b)
工具 B
各工具における切りくず形態
４．結び
各油剤の工具逃げ面摩耗
セラミックロータリ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) ドライ加工、MQL、OoW に比べ、ソリュブル系水
凝着
(a)
1mm
ドライ加工
凝着
(b)
OoW
溶性切削油剤を用いた場合に最も工具摩耗の進行
が低減した。
(2) 切削工具のすくい角が-35°の場合、加工点から火花
が発生し、工具摩耗は大きくなった。
付記
欠け
(c)
凝着
MQL
図４
(d)
水溶性
すくい面の観察結果
本研究は、平成 26 年度「知の拠点あいち」重点研究
プロジェクト「低環境負荷型次世代ナノ・マイクロ加工
技術の開発」の研究成果の一部である。
文献
3.2 すくい角の影響
すくい角が工具摩耗に及ぼす影響を調べた結果を図
５に示す。油剤には水溶性油剤を用いた。工具 B では工
1）河田，児玉：あいち産業科学技術総合センター研究報
告書，3，26(2014)