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米子工業高等専門学校技術教育支援センター 六宮 光郎
概 要
近年，環境意識の高まりから環境負荷低減への取組みとして，セミドライ加工が試みられ成果も報告されてい
る．本報では，SKD11（HRC60）とインコネル713 についてセミドライ旋削加工を行ったのでその結果について述
べる．
１． はじめに
切削油剤は，高精度・高品位や高能率のために重要
な役割を果たしてきた．また，高硬度材や難削剤の加
工要求の高まりからその必要性も増してきた．
しかし，作業者への健康問題，廃液処理経費や処理
後のダイオキシン発生等による自然環境への配慮な
どから、2000 年12 月には塩素系極圧添加剤を含む切
削油剤がJIS 規格から除外され，ドライ・セミドライ
加工の試みや，工具，切削油剤の改善などの取組みが
試みられている．
本報では，SKD11 とインコネル713（Ni 基耐熱合金）
について，切削油剤の使用を極力抑えミスト噴霧する
MQL（Minimum Quantity Lubrication）による旋削を
行い，乾式，湿式，エアブロー，冷風との比較・検討
し今後の課題について述べる．
２．実験方法
２．１冷風及びＭＱＬ供給の方法
切削点に供給する冷風は，コンプレッサからの圧縮空
気を冷凍式エアドライヤとヒートレスエアドライヤ
で露点を下げ，ゼェトクーラ内で断熱膨張した低温空
気を切削点に供給した．冷風温度は出口近傍で－２
０℃吹き出しノズル内面に霜の付着も無く，安定した
風量の冷風を供給できる．冷却のための噴射方向は工
具背面からを基本にした．
MQL の噴射方向は，工具背面から横逃げ面，前逃げ
面に２本のノズルで噴射した．切削油は植物性油を用
い給油量は６ml/h のミストとした．
２．２各種冷却剤，切削工具仕様
表１に冷却剤仕様を，表２に被削材と使用チップを
表３に切削条件を示す．
表１ 冷却方法
エアー 室温 450NL／min
冷風 -20℃ 113NL／min
湿式
切削油(ｴﾏ
ﾙｼﾞｮﾝ系)
20 倍液
17 L／min
MQL
植物性油
6ml/h
180NL／min
ミスト
表２ 工具仕様
被削材 工具ホルダ 工具チップ
SKD11
(HRC60)
-5 -6 -5- 6 15 15
NB90S 0.8R
ｱﾙﾐﾅ系
炭化物ｾﾗﾐｯｸ
インコネ
ル
713
-5 -6 -5 -6 15 15
WX120 0.8R
ｳｨｽｶ
強化ｾﾗﾐｯｸ
表３切削条件
被削材
切削速
度
m/min
切込
み
mm
送り
mm/rev
冷却
方法
SKD11 160 0.5 0.1
インコネ
ル713
80
120
0.5
0.25
0.1
乾式
ｴｱﾌﾞﾛｰ
冷風
湿式
MQL
３．実験結果
３．１ ＳＫＤ１１について
SKD11 は高硬度と耐摩耗性にすぐれた材料であり主
に金型等に使用されことはよく知られているが，切削
温度が高く，背分力や送分力が大きくなることから工
具摩耗，損傷が著しい難削材とされている．
SKD11(HRC60)を切削した場合の摩耗形態は，切削開
始後しばらくアブレッシブな摩耗が進行し，やがて横
逃げ面やすくい面にチッピングが発生する．その後急
激な摩耗が進行しフレーキング等大きな破損に発展
する．このことは，いずれの冷却方法でも同様であり，
高硬度材切削での特徴を示したものとなった．
図１はSKD11 を各種冷却方法の違いによる工具摩耗
幅の推移を示したものである．大きく欠損にいたるチ
ッピング，フレーキングの早期発生を防ぐためにも，
アブレッシブ摩耗の進行を抑えることが，工具寿命の
改善につながると考えられる．
図１からも工具摩耗において湿式が最も優れ，ＭＱ
Ｌとエアブローはほぼ同じ摩耗経過を示した．冷風と
エアブローでは，冷風の約４倍の風量があるエアブロ
ーがやや優った．このことはエアブローが冷風より冷
却効果に優ったと推察することができる．
0
0.1
0.2
0.3
0 5 10 15 20 25
切削時間(min)
摩耗幅(mm)
乾式
ｴｱﾌﾞﾛｰ
冷風
湿式
MQL
V=160m/min t=0.5mm f=0.1mm/rev
図１ 工具摩耗
図２はＭＱＬと冷風切削での切削時間と仕上げ面
あらさ（Ra）の関係を示す．ＭＱＬが冷風に対しやや
優る結果となった．
0.6
0.8
1.0
1.2
0 5 10 15
切削時間 min
仕上げ面あらさRa(μ)
冷風
ＭＱＬ
V=160m/min t=0.5mm f=0.1mm/rev
図２ 切削時間と仕上げ面あらさ
写真１，写真２は，図２に示す冷風とＭＱＬ切削の
工具刃先と仕上げ面あらさを示す．
仕上げ面形状に，最も影響を及ぼすと思われる工具
前逃げ面の摩耗は，仕上げ面のTool マークによくあ
らわれているが，あらさの測定値とは一致していない．
３．２ インコネル713 について
Ni 基超耐熱合金は熱伝導率が小さく切削温度が高
くなる．また凝着性が大で工具との親和性が大きい特
徴がある．表４にインコネル713 の成分表を示す．
表４ Inconel 713 の成分（％）
Ni Cr Al Mo Ti C Zr B Nb+Ta
bal 12.5 6.1 4.2 0.8 0.12 0.1 0.012 2.2
３．２．１ 工具摩耗の特徴
インコネル713 を切削した場合，境界摩耗が大きく
現れることは知られているが，本実験でも特に横逃げ
面に著しくあらわれた．
３．２．２ 前逃げ面摩耗と仕上げ面あらさ
仕上げ面あらさに最も影響すると考えられる前逃
げ面でも，境界摩耗が大きく現れ，ノーズ部に近ずく
にしたがって減少する摩耗を示した．
従って平均摩耗幅の測定は，現場測定には不向きな
ことから，前逃げ面最大摩耗幅(Vbmax)で整理した．
写真３は切削速度120m/min t=0.5mm s=0.1mm/rev
で切削した時の仕上げ面付着物の状態を示す．冷却方
法によりかなりの差があり，乾式，エアブロー，冷風
では，仕上げ面に付着物が多く仕上げ面を悪化させる
原因となっている．
写真３ インコネル713 の仕上げ面あらさ
ＭＱＬや湿式では，付着物が無いことから，切削油
の潤滑作用が付着物の発生を抑えていることがわか
る．図３.1，図３.2 は，切削速度120m/min の仕上げ
面あらさと工具摩耗を示す． 同様に図４.1，図４.2，
は切削速度80m/min の時の仕上げ面あらさと工具摩耗
を示す．
V=120 m/min t=0.5mm s=0.1mm/rev
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 100 200 300 400
切削時間(sec)
仕上げ面あらさRa(μm)
乾式
ｴｱﾌﾞﾛｰ
冷風
湿式
MQL
V=120m/min t=0.5mm s=0.1mm/rev
図３．１ 仕上げ面あらさ
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 100 200 300 400
切削時間(sec)
摩耗幅(mm)
乾式
ｴｱﾌﾞﾛｰ
冷風
湿式
MQL
V=120m/min t=0.5mm s=0.1mm/rev
図３.２工具摩耗
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 200 400 600
切削時間(sec)
仕上げ面あらさRa(μm)
乾式
ｴｱﾌﾞﾛｰ
冷風
湿式
MQL
V=80m/min t=0.25mm f=0.1mm/rev
図４．１ 仕上げ面あらさ
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 200 400 600
切削時間(sec)
摩耗幅(mm)
乾式
ｴｱﾌﾞﾛｰ
冷風
湿式
MQL
V=80m/min t=0.25mm f=0.1mm/rev
図４．２ 工具摩耗
切削初期から安定し，良好な仕上げ面あらさと工
具摩耗を示したのが湿式であり，切削条件が過酷にな
るに従いその差が大きくなる傾向にある．切削速度
120m/min では，ＭＱＬと湿式の工具摩耗に差があるも
ものの，他の冷却方法とは明らかに異なることを示し
た．切削速度80m/min では，ＭＱＬと湿式の仕上げ面
あらさがほぼ同じ値で推移し，冷風，エアブロー，乾
式とは大きく異なることを示した．このことは，写真
３の仕上げ面付着物の有無からも明らかである．
４．おわりに
４．１ SKD11 について
アブレッシブな摩耗進行を緩和し，フレーキング，
チッピングの発生を遅らせる方法として，工具刃先の
冷却が重要であり，多くの風量を噴射したエアブロ－
と，微量の切削油を噴霧するＭＱＬとが，同程度の工
具摩耗経過を示した．
ＭＱＬは湿式にはおよばなかったが，ＭＱＬの最適
条件の検討が今後も必要である．
４．２ インコネル７１３について
ＭＱＬは工具寿命・仕上げ面あらさにおいて，一部
ではあるが湿式に近い結果も得られた．微量の切削油
が潤滑作用に貢献し，摩耗や仕上げ面付着物の抑制に
効果を示したと考えられる．さらに油量や噴射方向な
ど考慮する必要がある．
参考文献
［1］例えば槇山正 ”セミドライ加工” 機械技術11 月
臨時増刊号78-79, 2001，Vol,49，No,12
［2］六宮光郎 ”低温空気による冷却切削 ”米子工業高
等専門学校研究報告 29-34, 1999，No.35
［3］田辺郁男ほか ”環境にやさしい気化熱冷却を用いた
旋削加工 ”日本機械学会論文集（ｃ）330-334,
2000-3，Vol,66 No,643
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