--- 工具形状、切削油剤などの影響 ---
産業技術総合研究所 中国センター 大谷敏昭、藤瀬健領
要 旨
超硬K系列工具を用いてインコネル718合金を正面フライス切削し、カッタ形状(チップ形状)、切削油剤、エンゲージ角・ディスエンゲージ角、工具グレー ド、切削速度と工具損傷及び加工面粗さの関係を実験的に検討した。その結果、特殊グレードの丸こまチップで、不水溶性油剤を用いて、ディスエンゲージ角の 絶対値を大きくとって、切削速度が約50m/min以下で切削した場合に、工具損傷が少なくて加工面粗さが小さいことが判明した。
1.はじめに
近年、ジェットエンジンなどの高温で使用される機器の構造用部品としてインコネル等の超耐熱合金の需要が増加しているが、加工性能に関する情報が少ないため、適切な加工法を知りたいという要望が企業の加工現場では非常に強い。著者らは前報1)でインコネル
718合金の正面フライス切削への各工具材種の適用性を検討したが、今回は、そこで最も優れた性能を示した超硬K系列工具を用いて適切な加工条件を検討した結果を報告する。
2.実験方法
使用した被削材はニッケル基のインコネル718(固溶化十時効熱処理、硬度:HB415)である。この直方体ブロックをNC立フライス盤(日立精機MD- Ⅴ型)のテーブルに固定して上面を切削した。使用したカッタは3種類(表1)で、何れも住友電工製の直径80mmのものである。図1は、上から見たとき の、中心切削時のカッタと被削材の幾何学的位置関係である。図の左端直前までの1パス(実切削距離:約50m)を1枚刃で切削して工具損傷及び被削材送り 方向の加工面粗さを比較検討した。
使用した工具材種は①K10種、②K系列でインコネル等の難削材加工用に開発された特殊グレード (丸こまのみ)の2種頚である。使用した切削油剤は協同油脂製エマルカットB-50(水溶性:JIS W2-1種)、出光興産製ダフニー・マーグプラスL(不水溶性:非塩素系)の2種類であり、乾式でも実験を行った。切削速度29m/min(一部で 98m/minまで)、切込み 0.2mm、送り0.1mm/刃で2回ずつ切削した。
3.実験結果
3.1 カッタ(チップ)形状の影響
3 種類の形状の同一メーカの同一品名チップ(K10種)を用いて中心切削した。図2にその結果を白丸で示す。工具摩耗幅は丸こまチップが最も小さく、次いで 四角チップ(ネガ)、四角チップ(ポジ)の順であった。加工面粗さは丸こまチップの場合が最も小さく、両四角チップ間の差はあまりなかった。
3.2 切削油剤の影響
図 2に油剤の影響も示した。摩耗幅は、四角チップでは乾式がやや小さく油剤間の差は特にないが、丸こまチップでは乾式と不水溶性油剤の場合が同程度に小さ かった。加工面粗さもチップにより傾向が異なり、丸こまチップで不水溶性油剤の場合が最小(Rmax:1μm以下)であった。
3.3 工具グレードの影響
3.1で丸コマチップが適切であることが判明したことから、次にK10種と特殊グレードの性能を比較した。図2の丸こまチップの欄に黒丸で示したように、特殊グレードはK10種に比較して、加工面粗さには特に差はないが工具摩耗幅は小さい。
3.4 エンゲージ(E)角、ディスエンゲージ(DE)角の影響
以 上は中心切削の結果であるが、丸こまチップで不水溶性油剤を使用した場合について、カッタ位置(図3の3種類)の影響を検討した。その結果を図4に示す。 加工面粗さへの影響は特にないが、工具摩耗幅はE角が大きくてDE角の絶対値が小さいほど大きかった。そこで、特殊グレード工具で図1の被削材よりも幅広 の被削材(幅83mm、長さ102mm)を対象に、①E角:90°でDE角を変化、②DE角:-90°でE角を変化の2方法でどちらの角度が工具摩耗幅に 影響するかを検討した。その結果を図5に示す。E角に比較してDE角の影響が大きく、DE角の絶対値が小さいほど工具摩耗幅が大きかった。これは主に横逃 げ面境界部刃先でのチッピンク発生による。また、E角もDE角も絶対値が大きいほど、単位切削距離当たりの工具摩耗幅が小さかった。
3.5 切削速度の影響
図1の被削材を対象に、工具摩耗幅の小さい条件である、丸こまチップ、不水溶性油剤、DE角:-72°(E角:25°)で、切削速度の影響を検討した。そ の結果を図6に示す。切削速度が約50m/minを越えると1パス途中で刃先の中央部またはほぼ全体でチッピングが発生して工具摩耗幅が大きくなった。 従って、切削速度は約50m/min以下が適当である。
4.まとめ
超硬K系列工具でインコネル718を正面フライス切削した。実験条件の範囲での主な結果は以下の通りである。
1)丸こまチップ、特殊グレード工具、不水溶性油剤、DE角の絶対値大、切削速度:約50m/min以下の条件で切削した場合に、工具摩耗幅と加工面粗さ値の小さい、良好な結果が得られた。
2)E角の影響はあまりなかったが、DE角の絶対値が小さい場合に工具横逃げ面境界部にチッピンクが発生した。
(参考文献)1)大谷ら:1992年度精密工学会春季大会学術講濱会論文集、p851
表1 使用したカッタ、チップ
型式名 |
DNF4080R |
DPG4080R |
GRC6080R |
AA角 AR角 RR角 チップ形状 |
25° -5° -6° SNGN120408 (四角ネガ) |
15° 8° 0° SPGN120308 (四角ポジ) |
- 25° 10° RGEN2004SN (丸こま) |
図1 カッタと被削材の位置・寸法(中心切削時)
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図2 カッタ形状、切削油剤の影響
①
②
③
図3 カッタ位置の変化
① ② ③ ① ② ③
(カッタ位置) (カッタ位置)
図4 カッタ位置の影響
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図5 エンゲージ角、ディスエンゲージ角の影響
図6 切削速度の影響
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