CBN による生鋼材仕上げ加工に関する研究

生産技術科 総合制作実習
CBN による生鋼材仕上げ加工に関する研究
新井 和也 遠藤 郁 中根 顯太郎
1．はじめに
CBN は，主に焼入れ材の加工に使われているが，
技能五輪などの競技会では，生鋼材の仕上げ加工に使
われており，非常に美しい仕上げ面が得られることが
知られている．また，CBN は非常に硬度が高いため，
耐摩耗性に優れると考えられるが，CBN による生鋼
材の加工データは非常に乏しい．そこで，実際の製造
工程の仕上げ加工にも使用することを念頭に置いた加
工データを採取する必要がある．工具摩耗が少なく，
美しい仕上げ面を得られれば，量産加工などにおいて
大きなメリットをもたらすと考えられる．
４．テーラーの工具寿命方程式
工具摩耗の程度は，すくい面にでるクレータの深さ
と，逃げ面に発生する逃げ面摩耗幅の大きさで決めら
れる．その判定基準は規格（JIS B 4011）で定められ
ている．この基準に達するまでの総作業時間を寿命時
間とする．テーラーによる実験では切削速度 V と寿命
時間 T との間には次式（1）の関係があるとされ，こ
れを寿命方程式と呼んでいる．
VTn=C
（1）
ここでｎおよびCは工具と被削材の関係で決まる定
数である．
上式（1）の両辺を対数にとり整理すると式（2）の
ようになり，切削速度 V と寿命時間 T を対数座標上に
とれば切削速度 V は勾配ｎの直線で表される（図 3 参
照）．直線は，図 1 で示すように，右上に上がるほど
工具寿命が長いことを表している．
２．目的
今回は，生鋼材の仕上げ加工に CBN が使用できる
かを，工具寿命により検討することを目的とする．そ
の方法としては，CBN と一般的な生鋼材の仕上げ加
工に使用されるサーメットを用いて，生鋼材を半自動
旋盤により加工し，工具寿命を比較する．
lnV=lnC-nlnT
（2）
３．CBN とサーメットの比較
CBN は，ダイヤモンドに次ぐ硬さを持っており，
熱に対してダイヤモンドよりも安定している．また，
熱伝導率が高く切削熱の拡散がしやすい．一方，サー
メットは，超硬と比較して耐熱性や耐摩耗性が高い．
鉄との親和性が低いため，構成刃先がなどを生じにく
く，美しい加工面が得られる．
CBN チップとサーメットチップの違いをまとめた
ものを表 1 に示す．
表 1．CBN とサーメットの主な違い
CBN
サーメット
立方晶窒化
ホウ素 （CBN）
TiC
TiCN
3200~3400
500~3000
1.00
2.0
被削材
焼入れ鋼
高硬度材料
鋼
価格
約 7,000 円/1c
約 300 円/1c
主成分
硬度
（HV）
抗折力
（GPa）
図 1．寿命曲線の例
５．実験方法
まず，サーメットチップを用いて，鋼を仕上げ加工
するときの一般的な切削条件を選定し，切削速度のみ
を変化させて，切削時間と工具摩耗の関係を調べた．
つぎに，工具材種を CBN チップに変更し，同様の切
削条件で加工し，その結果を比較することにした．表
2 にその切削条件を示す．テーラーの工具寿命方程式
において，工具寿命は，切削速度と強く関係し，送り
速度や切り込み量とは，あまり関係がないことから，
今回は，切削速度のみを変化させて実験を行なった．
3
表 2．実験機材および切削条件
今回の実験では，初期摩耗と呼ばれる切削開始直後
の著しい摩耗は見られなかった．図 2，図 3 により切
削速度 250m/min の場合，CBN，サーメットともに
同じようなデータが得られた．しかし，切削速度
150m/min においては CBN チップのほうが長寿命で
あった．
これらのデータをもとに VT 線図の作成に臨んだが，
完成には至らなかった．これは，今回収集したデータ
だけでは実験回数が少なかったことに起因すると考え
られる．
瀧澤鉄工所 TAC-510
使用機械
CBN：京セラ SCLCR2525M-09
バイトホルダー
サーメット：タンガロイ
ETGNR2525M33W
CBN：京セラ
CCMW09T302T08815ME-TBV01195
KBN510
チップ
サーメット：タンガロイ
TNGG160402-01 NS530
被削材
S45C φ100×250
回転センター
使用
切削速度
切
削
条
件
７．仕上げ面について
現在，生鋼材仕上げ加工にサーメットチップは，大
変多く用いられているが，その理由の一つとして，美
しい仕上げ面が得られることがあげられる．今回，
CBN チップを使用して生鋼材を加工したところ，サ
ーメットチップで加工した面と比較しても遜色のない
美しい仕上げ面が，安定して得られた．CBN チップ
とサーメットチップを用いた仕上げ面の比較を図 4 に
示す．
100～250m/min
50m/min 毎
送り速度
0.05mm/rev
切り込み量
0.1mm
６．実験結果
切り込み量を 0.1mm とした結果，逃げ面摩耗幅を
工具顕微鏡等での計測が困難となってしまった．そこ
で，加工するときの狙い寸法と，実寸法との差を工具
摩耗量とした．実寸法の測定には，マイクロメータを
使用した．
ここで，サーメットチップで加工した場合の切削時
間と工具摩耗量の関係を図 2 に，CBN チップで加工
したものを図 3 に示す．
工具摩耗量(mm)
0.25
切削速度
図 4．CBN チップ(左)とサーメットチップ(右)の比較
100
150
200
250
0.2
0.15
８．おわりに
今回，CBN による生鋼材仕上げ加工に関する研究
を行なって，半自動旋盤をはじめとした今までに経験
のない機器を使用したことで，その取り扱いに大変苦
労した．しかし，使いこなすために努力したことで新
しい知識や技術を身につけることができたと思う．ま
た，CBN による生鋼材加工に関する研究は，先行事
例が少なく，すべてが手さぐりとなってしまった．
今後は，さらに加工実験を繰り返し，たくさんのデ
ータを採取することで，新たな知見が見出すことがで
きると考えられる．
0.1
0.05
0
0
50
100
切削時間(min)
150
図 2．サーメットチップの摩耗の推移
工具摩耗量(mm）
0.25
切削速度
(m/min）
0.2
100
150
200
250
0.15
0.1
参考文献
・ 鳥居 彦之(1965)『切削工具(わかり易い機械講座)』
・ 加工技術データベース‐寿命方程式
(http://www.monozukuri.org/mono/db-dmrc/cutt
ing/basic/tool_life/life_eq.htm)
・ Wikipedia－立方晶窒化ホウ素
(http://ja.wikipedia.org/wiki/立方晶窒化ホウ素)
0.05
0
0
50
100
切削時間(min)
150
図 3．CBN チップの摩耗の推移
4