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徳島県立工業技術センター

日開野　輔，小川　仁

1. 緒言

　ステンレス鋼は，強度，耐食性等の優れた性質を有しており，様々な分野で使用されている．金属加工を行う事業所において取り扱われる加工材料の中で，ステンレス鋼と炭素鋼が高い割合を占めている．

しかし，ステンレス鋼は加工硬化が大きい，熱伝導性が低く切削熱が逃げにくい，靭性が高く溶着しやすい等のことから難削材の一つとされている．また，ステンレス鋼の切削条件は工具メーカーにより選定されているが，金属加工事業所では高能率な生産が求められており，工具メーカー推奨加工条件ではなく，各事業所の加工サイクルにあわせた加工条件となっている場合が多いことも難削材とされる理由の一つと考えられる．

　そこで，ステンレス鋼SUS304，SUS410，SUS430の正面フライス加工を行い工具摩耗と表面粗さを調査し，切削条件の違いによる切削性能の比較を行った．

2. 実験方法

2. 1使用工具，被削材，使用機器

実験には，以下の工具，被削材および装置を用いた．カッターには一ヶ所のみチップを取り付け正面フライス切削を行った．

　使用工具：サンドビック　コロミル245

カッタ直径 φ80 mm

アキシャルレーキ ＋22°

ラジアルレーキ －11°

真のすくい角 ＋23°

コーナー角 45°

チップ：TiNコーティング超硬M20種 (チップブレーカ付)

　被削材：ステンレス鋼 (SUS304,SUS410,SUS430) 60×60×100mm

　加工機：マシニングセンター　オークマ　MD-45VA

　測定機：マイクロスコープ　キーエンス　VH-7000

　表面粗さ測定装置：東京精密　ハンディサーフ E-10A

2. 2 切削条件

SUS304

　切削速度：100，150，185 m/min

送り速度：0.15mm/tooth

切り込み：0.5mm

　切削方向：センタカット

　切削油剤：乾式，水溶性切削液，

　　　　　　オイルミスト

SUS410，SUS430

　切削速度：500m/min

　送り速度：0.3mm/tooth

　切り込み：0.5mm

　切削方向：センタカット

切削油剤

SUS410：乾式，水溶性切削液，

オイルミスト

SUS430：乾式

2. 3評価方法

2パスもしくは5パス毎にマイクロスコープを用いて工具逃げ面摩耗と切削面送り方向の算術平均粗さRaを評価した．寿命判定基準は，逃げ面摩耗幅0.2mmもしくは大規模欠損が発生するまでとした．

3. 結果

3.1 SUS304の冷却方法による影響

図2. SUS304切削時の冷却方法による影響

図2. SUS304切削時の冷却方法による影響

　切削速度100m/minにおいて冷却方法による影響を調査した．冷却方法としては，冷却なし（乾式），水溶性切削液，オイルミストの三種類の比較を行った．図2に工具摩耗曲線と表面粗さを示す．乾式では，実切削距離1900mでチッピングが発生し工具寿命に達したのに対して，水溶性切削液を使用した場合は，実切削距離362mで工具寿命に達した．水溶性切削液を使用することで，冷却性が向上したため，熱衝撃による疲労が発生したためだと考えられる．また，オイルミストを使用した場合は，乾式よりもさらに実切削距離が伸び2714mとなった．これはオイルミストであるため，水溶性切削液を使用した場合よりも冷却性が低いことと，オイルによる切削抵抗の低減によるものだと考えられる．図3に加工終了後の工具の写真を示す．いずれの条件においても，チッピングが発生している．

　表面粗さは，水溶性切削液を用いた場合は，乾式加工の場合よりも低い値を示す．また，オイルミストを用いた場合は実切削距離905mまでは乾式より高い値を示すが，それ以降は乾式加工時とほぼ同じ値で安定して推移する．

	図3. SUS304切削終了後の工具の様子

3.2 SUS304の切削速度による影響

図4. SUS304切削時のオイルミストの効果

図4に切削速度ごとのオイルミストの効果を示す．切削速度が高くなるとともに工具寿命が短くなっている．また，各切削速度のオイルミストの効果は切削速度が上がるとともに小さくなっていおり，切削速度185m/minではオイルミストによる効果はほとんどない．これは，切削速度が高くなるとともに，切削時の工具温度が上がり，熱衝撃の影響が大きくなったためだと考えられ，オイルミストは切削速度の低い領域で効果がある．

3.3 SUS410とSUS430による違い

　図5にSUS410とSUS430の工具寿命を示す．SUS410とSUS430の切削条件は，切り込みは0.5mmと各条件とも同じであるが，送りが0.3mm/toohとSUS304の倍であり，また，切削速度も500m/minと二倍以上である．SUS304と比較するとはるかに加工速度を速くすることができる．また，SUS430がSUS410に比べ，工具寿命が長い．

図5. SUS410とSUS430の切削性の違い

図6. SUS410切削時の冷却方法による影響

SUS410においても切削油剤の影響の調査を行った．図6に工具摩耗と表面粗さの結果を示す．工具寿命に関して，SUS304にて一部効果の見られたオイルミストの効果はSUS410では確認できなかった．これは，SUS304のより切削速度が高いために，熱衝撃による疲労が大きくなったためだと考えられる．また，水溶性切削液を用いた場合は，SUS304同様に工具寿命が短くなり，正面フライス加工には適していない．

　表面粗さはオイルミストを用いると乾式より小さいが，摩耗の進行とともに大きくなる．水溶性切削液を用いた場合も乾式よりも小さくすることができる．

まとめ

SUS304の正面フライス加工は

・切削速度の低い領域ではオイルミストの使用により工具寿命を延ばすことができるが，表面粗さへの効果は見られない．

・水溶性切削液の使用は工具寿命が短くなる．

SUS410とSUS430の正面フライス加工は

・SUS304と比較すると，切削速度，一刃あたりの送りを大きくすることができ切削性はよい．

・SUS430よりSUS410の方が切削性がよい．

・今回の条件ではオイルミストによる工具寿命への効果は見られなかったが，表面粗さを改善することができる．

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